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EP1133779A1 - Transformator - insbesondere giessharztransformator - Google Patents

Transformator - insbesondere giessharztransformator

Info

Publication number
EP1133779A1
EP1133779A1 EP99962087A EP99962087A EP1133779A1 EP 1133779 A1 EP1133779 A1 EP 1133779A1 EP 99962087 A EP99962087 A EP 99962087A EP 99962087 A EP99962087 A EP 99962087A EP 1133779 A1 EP1133779 A1 EP 1133779A1
Authority
EP
European Patent Office
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plastic film
coil
transformer
coils
plastic
Prior art date
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Granted
Application number
EP99962087A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1133779B1 (de
Inventor
Rudolf Dedelmahr
Friedrich Alber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1133779A1 publication Critical patent/EP1133779A1/de
Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/327—Encapsulating or impregnating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/323—Insulation between winding turns, between winding layers

Definitions

  • the invention relates to a transformer, in particular cast resin transformer, with air cooling and with a high-voltage winding made up of a plurality of coils which are electrically connected in series and are arranged one above the other with plastic film as winding insulation.
  • Air-cooled transformers have been in widespread use recently because of their excellent active and passive behavior in the event of a fire. This applies especially to transformers whose windings are enclosed in cast resin blocks, which are practically non-flammable due to their high filler content.
  • Air cooling results in relatively high temperatures both in the individual turns and in the winding as a whole, because the plastic films and the casting resin have a relatively low thermal conductivity.
  • the heat transfer of casting resin and the coolant air is orders of magnitude lower than that of a coolant.
  • Another disadvantage is that a relatively large temperature gradient also occurs within the winding itself, the temperature in the upper region of the winding in particular being significantly higher than in the lower region thereof.
  • very high-quality and accordingly expensive plastic films must be used for the mutual insulation of the turns in the coils of the winding.
  • the invention is therefore based on the object of reducing the outlay for winding insulation, in particular in the high-voltage winding of air-cooled transformers.
  • This object is achieved in that the plastic film within the uppermost coil is thermally stronger than the plastic film in the bottom coil, matched to the respective thermal load on the top and bottom coil.
  • the thermal strength of the plastic film within the high-voltage winding preferably increases in steps from the lowest to the uppermost coil.
  • the plastic films of different thermal strength consist of different materials and have the same dimensions.
  • the coils adjacent to the uppermost coil have plastic foils with the same thermal strengths as the uppermost coil and the coils adjacent to the bottom coil have plastic foils with the same thermal strengths as the bottom coil.
  • the coils arranged in the central region of the high-voltage winding are preferably each insulated with a plastic film, the thermal strength of which lies between those of the plastic films in the upper and in the lower part of the high-voltage winding.
  • coils with plastic film of the same thermal strength are enclosed in a common cast resin block.
  • At least one of the plastic films used is preferably two-layered.
  • Dry transformers designed according to the invention are very advantageous because they are actually to be taken into ing thermal loads are adaptable, so that an overdimensioning of the thermal strength can be avoided without special manufacturing facilities, such as new molds, being required.
  • FIG. 1 shows a dry transformer with a winding cast in cast resin in a perspective view and a cut winding set
  • a three-leg iron core carries on each of its core legs 1 a winding set consisting of one undervoltage winding 2 and one high-voltage winding 3.
  • the core legs 1 are connected to one another by a lower yoke 4 and an upper yoke 5.
  • the core limbs 1, like the yokes 4 and 5, are layered from approx. 0.35 mm thick transformer laminations.
  • the core legs 1 are pressed together by bandages 6.
  • the bandages 6 simultaneously comprise tension cover plates 7, one of which rests on the front and rear of each of the core legs 1.
  • the tension cover plates 7 serve to absorb tensile forces parallel to the leg and are suspended in longitudinal beams 8, two of which press the upper and the lower yoke 5 and 4 together by screw bolts 11 transversely to their layer planes.
  • the lower longitudinal members 8 rest on cross members 9 of a chassis with rollers 10.
  • the undervoltage windings 2 and high-voltage windings 3 cast in cast resin are supported by blocks 12 with an elastic support on the longitudinal beams 8.
  • the elastic core separates the iron core and the windings from each other in terms of vibration.
  • the high-voltage windings 3 are electrically connected in a triangle via couplings 13 and are connected to a co-connector via connecting lugs 14. can be connected.
  • the high-voltage winding 3 is composed of coils 16, which are wound from coil-wide metal strip 17 (FIG. 2), for example made of aluminum, at least one plastic film 18 being located between the windings lying one on top of the other for electrical insulation.
  • the plastic film 18 is as thin as possible for economic reasons, but on the other hand it must ensure reliable winding insulation.
  • the transformer is heated up by the losses that occur in it, which are converted into heat. This heat is dissipated to the outside and taken up by the surrounding air.
  • the air heated in this way rises and cooler air flows in from below, so that a cooling air flow moves upwards at the transformer.
  • the coils 16 lying at the bottom in the high-voltage winding 3 are cooled by cool air and the coils 16 at the top in the high-voltage winding 3 are cooled by air which has already been heated, so that the coils 16 lying at the top reach a higher final temperature for which their thermal strength must be designed .
  • the thermal strength of the metal strip 17 is far from being achieved in nominal operation.
  • the aforementioned end temperature lies in the range of the thermal strength of the plastic film 18, to which high demands are therefore made, which often only meet special and expensive films.
  • the thermal load on the lowermost and uppermost coils is now determined, for example by experiment or calculation, and a plastic film 18 with a for the uppermost and the coils 16 following it downward aligned high thermal strength used.
  • the temperature in the high-voltage winding 3 increases linearly from the lowest coil 16 to the uppermost coil 16. Since the same plastic film 18 was previously used in all the coils 16 of a winding, this was oversized in most of the high-voltage winding 3.
  • Plastic foils 18 used within one and the same high-voltage winding 3 have the same dimensions regardless of their thermal strength. To avoid confusion of plastic films 18, these are identified by a tracer thread or a tracer tape.
  • Plastic film 18 used with the required thermal strength As a result, considerable economic advantages are achieved, in particular in the case of large air-cooled transformers, when the high-voltage winding 3 is divided into three or more cast resin blocks.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulating Of Coils (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

Luftgekühlte Transformatoren haben üblicherweise eine Oberspannungswicklung (3) aus einer Vielzahl von Spulen (16) mit Kunststofffolie (18) als Windungs- und/oder Lagenisolierung. Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit ist abgestimmt auf die jeweilige thermische Belastung der obersten und der untersten Spule (16) im Betrieb die Kunststofffolie (18) innerhalb der obersten Spule (16) thermisch fester als die Kunststofffolie (18) in der untersten Spule (16).

Description

Beschreibung
Transformator - insbesondere Giessharztransformator
Die Erfindung betrifft einen Transformator, insbesondere Giessharztransformator, mit Luftkühlung und mit einer Oberspannungswicklung aus einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten, räumlich übereinander liegenden Spulen mit Kunststofffolie als Windungsisolierung.
Luftgekühlte Transformatoren werden in letzter Zeit verbreitet eingesetzt, weil sie ein hervorragendes aktives und passives Verhalten im Brandfall aufweisen. Das trifft vor allem auf Transformatoren zu, deren Wicklungen in Giess-harzblöcke eingeschlossen sind, die infolge ihres hohen Füllstoffanteils praktisch nicht brennbar sind.
Die Luftkühlung hat aber relativ hohe Temperaturen sowohl in den einzelnen Windungen als auch in der Wicklung insgesamt zur Folge, denn die Kunststofffolien und das Giessharz haben eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus ist auch die Wärmeübertragung von Giessharz und des Kühlmittels Luft um Größenordnungen niedriger als die von einer Kühl- flüssigkeit. Ein weiterer Nachteil ist dadurch gegeben, daß auch innerhalb der Wicklung selbst ein verhältnismäßig großes Temperaturgefälle auftritt, wobei vor allem die Temperatur im oberen Bereich der Wicklung deutlich höher ist als in deren unterem Bereich. Infolgedessen müssen zur gegenseitigen Isolierung der Windungen in den Spulen der Wicklung sehr hoch- wertige und dementsprechend teuere Kunststofffolien eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Windungsisolierung, insbesondere in der Oberspan- nungswicklung von luftgekühlten Transformatoren, zu reduzieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß abgestimmt auf die jeweilige thermische Belastung der obersten und der untersten Spule im Betrieb die Kunststofffolie innerhalb der obersten Spule thermisch fester ist als die Kunststofffolie in der untersten Spule.
Vorzugsweise nimmt die thermische Festigkeit der Kunststoffolie innerhalb der Oberspannungswicklung von der untersten bis zur obersten Spule gestuft zu.
Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindungen bestehen die Kunststofffolien unterschiedlicher thermischer Festigkeit aus unterschiedlichen Werkstoffen und weisen die gleichen Abmessungen auf .
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die der obersten Spule benachbarten Spulen Kunststofffolien mit denselben thermischen Festigkeiten wie die oberste Spule auf und die der untersten Spule benachbarten Spulen weisen Kunststofffo- lien mit denselben thermischen Festigkeiten wie die unterste Spule auf.
Bevorzugtermaßen sind die im mittleren Bereich der Oberspannungswicklung angeordneten Spulen jeweils mit einer Kunst- stofffolie isoliert, deren thermische Festigkeit zwischen denen der Kunststofffolien im oberen und im unteren Teil der Oberspannungswicklung liegen.
Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind Spulen mit Kunststofffolie gleicher thermischer Festigkeit in einem gemeinsamen Giessharzblock eingeschlossen.
Vorzugsweise ist mindestens eine der eingesetzten Kunststofffolien zweischichtig.
Erfindungsgemäß ausgeführte Trockentransformatoren sind sehr vorteilhaft, weil sie genauer an tatsächlich zu berücksichti- gende thermische Belastungen anpaßbar sind, so daß eine Überdimensionierung der thermischen Festigkeit vermeidbar ist, ohne daß besondere Fertigungseinrichtungen, wie beispielsweise neue Giessformen, erforderlich sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
FIG 1 einen Trockentransformator mit in Giessharz eingegosse- ner Wicklung in perspektivischer Darstellung und einem aufgeschnittenen Wicklungssatz und
FIG 2 eine Einzelheit bei X in sehr stark vergrößertem Maßstab.
Ein dreischenkliger Eisenkern trägt auf jedem seiner Kernschenkel 1 einen Wicklungssatz aus je einer Unterspannungs- wicklung 2 und einer Oberspannungswicklung 3. Die Kernschenkel 1 sind durch ein unteres Joch 4 sowie ein oberes Joch 5 miteinander verbunden. Die Kernschenkel 1 sind ebenso wie die Joche 4 und 5 aus ca. 0,35 mm dicken Transformatorblechlamellen geschichtet. Die Kernschenkel 1 werden von Bandagen 6 zusammengepreßt . Dabei umfassen die Bandagen 6 gleichzeitig Zugdeckplatten 7 von denen je eine jeweils vorn und hinten an jedem der Kernschenkel 1 anliegt. Die Zugdeckplatten 7 dienen der Aufnahme von schenkelachsparallelen Zugkräften und sind in Längsträger 8 eingehängt, von denen je zwei das obere bzw. das untere Joch 5 bzw. 4 durch Schraubenbolzen 11 quer zu deren Schichtebenen zusammenpressen. Die unteren Längsträger 8 ruhen auf Querträgern 9 eines Fahrgestells mit Rollen 10.
Die in Giessharz eingegossenen Unterspannungswicklungen 2 und Oberspannungswicklungen 3 stützen sich über Klötze 12 mit einer elastischen Auflage an den Längsträgern 8 ab. Durch die elastische Auflage sind der Eisenkern und die Wicklungen schwingungsmechanisch voneinander entkoppelt. Die Oberspannungswicklungen 3 sind über Kupplungen 13 elektrisch im Dreieck zusammengeschaltet und über Anschlußfahnen 14 an ein Mit- telspannungsnetz anschließbar. In jedem der Wicklungssätze wird zwischen der Unterspannungswicklung 2 und der jeweils konzentrisch hierzu angeordneten zugeordneten Oberspannungs- wicklung 3 ein Hauptstreukanal gebildet, in dem ein Isolier- stoffzylinder 15 angeordnet ist.
Die Oberspannungswicklung 3 ist aus Spulen 16 zusammengesetzt, die aus spulenbreitem Metallband 17 (FIG 2), beispielsweise aus Aluminium, gewickelt ist, wobei zur elektri- sehen Isolierung zwischen aufeinanderliegenden Windungen mindestens eine Kunststofffolie 18 liegt. Die Kunststofffolie 18 ist einerseits aus wirtschaftlichen Gründen so dünn wie möglich, muß aber andererseits eine sichere Windungsisolierung gewährleisten.
Im Betrieb wird der Transformator durch die in ihm auftretenden Verluste aufgeheizt, die in Wärme umgewandelt werden. Diese Wärme wird nach außen abgeleitet und von der Luft in der Umgebung aufgenommen. Die so erwärmte Luft steigt nach oben und von unten strömt kühlere Luft nach, so daß sich ein am Transformator von unten nach oben bewegender Kühlluft- ström bildet. Demzufolge werden die unten in der Oberspannungswicklung 3 liegenden Spulen 16 von kühler Luft und die oben in der Oberspannungswicklung 3 liegenden Spulen 16 von bereits aufgeheizter Luft gekühlt, so daß die oben liegenden Spulen 16 eine höhere Endtemperatur erreichen, für die ihre thermische Festigkeit ausgelegt sein muß. Die thermische Festigkeit des Metallbandes 17 wird dabei im Nennbetrieb bei weitem nicht erreicht. Dagegen liegt die vorgenannte Endtem- peratur im Bereich der thermischen Festigkeit der Kunststofffolie 18, an die deshalb hohe Anforderungen gestellt sind, die häufig nur besondere und teuere Folien erfüllen.
Gemäß der Erfindung wird nun beispielsweise durch Versuch oder Rechnung die thermische Belastung der untersten und obersten Spule ermittelt und für die oberste und die ihr nach unten folgenden Spulen 16 eine Kunststofffolie 18 mit einer darauf ausgerichteten hohen thermischen Festigkeit eingesetzt. Wie Versuche gezeigt haben, steigt die Temperatur in der Oberspannungswicklung 3 ausgehend von der untersten Spule 16 linear bis zur obersten Spule 16 an. Da bisher in allen Spulen 16 einer Wicklung die gleiche Kunststofffolie 18 eingesetzt wurde, war diese im größten Teil der Oberspannungs- wicklung 3 überdimensioniert. Nach der Erfindung wird nun vorgeschlagen, für die unteren Spulen 16 eine Kunststofffolie 18 mit einer geringeren thermischen Festigkeit einzusetzen als in den oberen Spulen 16. Im Hinblick auf die Temperaturverteilung genügt es beispielsweise für die Spulen 16 in der unteren Hälfte der Oberspannungswicklung 3, wenn die thermische Festigkeit für den Mittelwert der jeweils für die unterste und für die oberste Spule ermittelten Temperatur ausge- legt wird.
Innerhalb ein und derselben Oberspannungswicklung 3 eingesetzte Kunststofffolien 18 haben unabhängig von ihrer thermischen Festigkeit die gleichen Abmessungen. Zur Vermeidung von Verwechslungen von Kunststofffolien 18 sind diese durch einen Kennfaden oder ein Kennband gekennzeichnet . Außerdem ist es zweckmäßig, Spulen 16 mit gleichen Kunststofffolien jeweils in denselben Giessharzblock einzugießen. Dabei wird jeweils die höchste für eine Spule 16 in einem Giessharzblock zu er- wartende Endtemperatur ermittelt und dementsprechend eine
Kunststofffolie 18 mit der erforderlichen thermischen Festigkeit eingesetzt. Dadurch werden vor allem bei großen luftgekühlten Transformatoren bei Aufteilung der Oberspannungswicklung 3 in drei oder mehr Giessharzblöcke erhebliche wirt- schaftliche Vorteile erzielt.

Claims

Patentansprüche
1. Transformator, insbesondere Giessharztransformator, mit Luftkühlung und mit einer Oberspannungswicklung (3) aus einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten, räumlich übereinander liegenden Spulen (16) mit Kunststofffolie (18) als Windungsisolierung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß abgestimmt auf die jeweilige thermische Belastung der ober- sten und der untersten Spule (16) im Betrieb die Kunststofffolie (18) innerhalb der obersten Spule (16) thermisch fester ist als die Kunststofffolie (18) in der untersten Spule (16) .
2. Tansformator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die thermische Festigkeit der Kunststofffolie (18) innerhalb der Oberspannungswicklung (3) von der untersten bis zur obersten Spule (16) gestuft zunimmt.
3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kunst- Stofffolien (18) unterschiedlicher thermischer Festigkeit aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und die gleichen Abmessungen aufweisen.
4. Transformator nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die der obersten Spule (19) benachbarten Spulen (19) Kunststofffolien (18) mit denselben thermischen Festigkeiten wie die oberste Spule (19) aufweisen und daß die der untersten Spule (19) benachbarten Spulen (19) Kunststofffolien (18) mit denselben thermischen Festigkeiten wie die unterste Spule (19) aufweisen.
5. Transformator nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die im mittleren Bereich der Oberspannungswicklung (3) angeordneten Spu- len (16) jeweils mit einer Kunststofffolie (18) isoliert sind, deren thermische Festigkeit zwischen denen der Kunststofffolien (18) im oberen und im unteren Teil der Oberspannungswicklung liegen.
6. Transformator nach einem der Ansprüche 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Spulen (16) mit Kunststofffolie (18) gleicher thermischer Festsigkeit in einem gemeinsamen Giessharzblock eingeschlossen sind.
7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens eine der Kunststofffolien (18) zweischichtig ist.
EP99962087A 1998-11-25 1999-11-24 Transformator - insbesondere giessharztransformator Expired - Lifetime EP1133779B1 (de)

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