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Gekühlte elektrische Einrichtung Die Erfindung betrifft eine gekühlte elektrische Einrichtung, insbesondere einen Transformator, mit einem von einer zirkulierenden Kühlflüssigkeit durch- flossenen Behälter, welcher mit einer von Kühlflüssigkeit durchflossenen Wärmeaustauschvorrichtung verbunden ist, und mit mindestens einer stromführenden Spule in diesem Behälter.
Die Belastbarkeit elektrischer Einrichtungen ist in hohem Masse durch die Temperatur begrenzt, die die stromführenden Spulen annehmen, insbesondere durch die maximal zulässige Temperatur der heissesten Stellen in den Wicklungen. Bei Transformatoren, die in Behältern, in denen ein Kühlmittel zirkuliert, angeordnet sind, hängt die Temperatur der heissesten Stellen der Wicklungen von der Temperatur des Kühlmittels an dieser Stelle ab. Die Temperatur des Kühlmittels wiederum ist abhängig von der Wärmemenge, die es bereits auf seinem Wege entlang der Spule bis zu dem fraglichen Punkt aufgenommen hat. Es ist klar, dass die Kühlflüssigkeit am Ende der Spule um so heisser ist, je länger die zu kühlende Spule ist.
Diese Erscheinung ist für die unerwünscht niedrige Belastbarkeit von Transformatoren verantwortlich, wenn man nicht andere Massnahmen trifft, um die Temperatur an den heissen Stellen der Spulen zu verringern.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter durch mindestens eine Zwischenwand in Abteile unterteilt ist und dass sich in jedem Abteil eine Teilwicklung der Spule befindet zum Zwecke, in den einzelnen Abteilen unabhängig voneinander wirkende Kreisläufe des Kühlmittels zu ermöglichen.
Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht eines nach der Erfindung gekühlten Transformators, teilweise schematisch, teilweise im Schnitt, Fig. 2 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des gekühlten Transformators.
In Fig. 1 ist ein Behälter 10 von beliebiger Form dargestellt, der einen auf Trägern 12, 13 und 14 montierten Transformator 11 enthält. Der Transformator 11 besitzt einen Kern 15, der die Primär- und Sekundärspulen 16 und 17 trägt, die in die Teilwicklungen 16a, 16b bzw. 17a, 17b unterteilt sind und vorzugsweise senkrechte Kühlkanäle (nicht dargestellt) enthalten. Übersichtlichkeitshalber sind in Fig. 1 die Eingangs- und Ausgangsleitungen und die Leitungen zur Verbindung der Spulen nicht dargestellt.
Eine horizontal angeordnete Zwischenwand 18 ist an den Seitenwänden des Behälters 10 befestigt und unterteilt damit diesen Behälter 10 in die praktisch voneinander unabhängigen Abteile 10a und 10b. Die Zwischenwand 18 ist mit Öffnungen 19 und 20 versehen, die die freiliegenden Teile des Transfor- matorkernes 15 zwischen den Teilwicklungen 16a, 16b bzw. 17a, 17b aufnehmen.
Die Abteile 10a und 10b enthalten eine Kühlflüssigkeit 21, beispielsweise ein Transformator-Kühl- öl. Zum Ausgleich der Wärmeausdehnung der Kühlflüssigkeit 21 ist ein Vorratsbehälter 22 oberhalb des Behälters 10 vorgesehen, der durch ein Rohr 23 mit dem Abteil 10a in Verbindung steht. Zusätzlich erstreckt sich ein weiteres Rohr 23a durch die Zwischenwand 18. Es endet vorzugsweise in den Abteilen 10a und 10b an Punkten gleicher Kühlmitteltemperatur, so dass sich die Kühlmittelflüssigkeit 21 in dem Abteil 10b ebenfalls ausdehnen kann.
Es wird betont, dass die Unabhängigkeit der Abteile 10a und
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10b durch das Rohr 23a im wesentlichen unbeeinflusst bleibt, da dieses so angeordnet und geformt ist, dass keine merkliche Zirkulation von Kühlmittelflüssig- keit 21 durch dieses stattfinden kann. Zu diesem Zweck kann eine übliche S-förmige Wärmesperre in dem Rohr 23a angeordnet werden, so dass jede Strömung infolge von Temperaturdifferenzen in den Behälterabteilen verhindert wird.
An zwei gegenüberliegenden Seiten des Behälters 10 ist je ein Paar von Kühlern 24 und 25 angeordnet und mit diesem durch die Leitungen 26, 27 bzw. 28, 29 verbunden. Diese Kühler 24, 25 bilden eine Wärmeaustauschvorrichtung. In den Leitungen 27 und 29 sind Pumpen 30 bzw. 31 eingebaut, die einen Umlauf der Kühlflüssigkeit 21, wie durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet, bewirken, so dass in den beiden Abteilen 10a und 10b zwei unabhängig voneinander wirkende Kreisläufe des Kühlmittels entstehen. Die Pumpen 30 und 31 können selbstverständlich entfallen und der Umlauf der Kühlflüssigkeit durch die Schwerkraft erfolgen.
Die Flüssigkeit 21 erwärmt sich dabei in den Abteilen 10a und 10b, steigt hoch, während sich die Flüssigkeit in den Kühlern 24 und 25 abkühlt und nach unten strömt, so dass eine Zirkulation zur wirksamen Kühlung der Wicklungen 16 und 17 stattfindet. Die Kühler 24 und 25 können in üblicher Weise ausgebildet sein und beispielsweise sowohl durch Luft als auch durch Wasser gekühlt sein.
Zur Betrachtung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1 wird angenommen, dass die Pumpen 30 und 31 in Betrieb gesetzt sind und einen Umlauf der Kühlflüssigkeit 21 durch die Abteile 10a und 10b hervorrufen, wodurch eine wirksame Kühlung der Teilwicklungen 16a, 16b und 17a, 17b sowie des Kernes 15 erreicht wird. Dadurch, dass die Kühlflüssigkeit 21 nur die relativ kurzen Teilwicklungen zu durchströmen braucht, nimmt sie entlang ihres Weges nicht genügend Wärme auf, um beispielsweise an dem Teil der Wicklung 17b, die der Zwischenwand 18 benachbart ist, eine übermässig hohe Temperatur zu erreichen.
Anderseits ist es offensichtlich, dass die Kühlflüssigkeit dann, wenn die Zwischenwand 18 fehlte und sie die ganze Länge der Spule 17 durchströmen müsste, am oberen Ende der Windung eine wesentlich höhere Temperatur annähme als im vorliegenden Falle. Durch die in Fig. 1 dargestellte Kühlung des Transformators kann also bei sonst gleichbleibenden Parametern die Belastbarkeit des Transformators erheblich gesteigert werden.
Dadurch, dass die Teilwicklungen 16a und 16b bzw. 17a und 17b in einem gewissen Abstand auf dem Kern 15 angebracht sind, kann die Kühlmittelflüssig- keit unbehindert zwischen den Teilwicklungen und der Zwischenwand 18 durchströmen, wodurch die Kühlwirkung noch gesteigert wird. Selbstverständlich können die Spulen 16 und 17 aus einer einzigen Wicklung bestehen, die durch die Zwischenwand 18, welche die Abteile 10a und l Ob mitbestimmt, getrennt ist. Volumenänderungen der Kühlmittelflüssigkeit im Behälter 10 infolge von Temperaturänderungen können ohne Schaden stattfinden, da ein Ausgleich durch die Rohre 23 und 23a und den Vorratsbehälter 22 möglich ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2, bei welcher gleiche Bauteile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, enthält der Behälter 10 zwei horizontal angeordnete Zwischenwände 18, so dass die Abteile 10a, 10b und 10c entstehen. Dementsprechend sind die Primär- und Sekundärspulen 16 und 17 des Transformators 11 in die entsprechenden Teilwicklungen 16a, 16b, 16e bzw. 17a, 17b und 17e unterteilt. Wie bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, sind die Zwischenwände 18 mit Öffnungen 19 und 20 versehen, die die freiliegenden Teile des Kernes 15 zwischen den einzelnen Teilwicklungen aufnehmen.
Zusätzlich zur grösseren Anzahl der Abteile im Behälter 10 unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 von dem in Fig. 1 dargestellten durch eine abgewandelte Bauweise der Kühler für die Kühlflüssi- keit 21. An zwei gegenüberliegenden Seiten des Behälters 10 ist je ein grosser Kühler 32 vorgesehen, welche Kühler 32 mit den Abteilen 10a, 10b und 10c durch die Rohre 33 und 34, die sich waagrecht zu den Rohrverteilern 35 und 36 erstrecken, verbunden sind. Die Zuführungsleitung 35a speist den Verteiler 35 vom Kühler 32, wobei Pumpen 37 in den Zuführungsleitungen 35a vorgesehen sind, die einen Umlauf der Kühlflüssigkeit 21 entsprechend den in Fig. 2 eingezeichneten Pfeilen bewirken.
Auch hier ist der im betreffenden Abteil entstehende Kreislauf des Kühlmittels unabhängig von den Kreisläufen des letzteren in den übrigen Abteilen. Es kann auch hier, wie in Verbindung mit Fig. 1 bereits besprochen, eine natürliche Zirkulation Verwendung finden.
Die Arbeitsweise des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen dieselbe wie die der Fig. 1, wobei jedoch die grössere Anzahl von Abteilen im Behälter 10 die Verwendung .eines Transformators 11 mit kleineren Primär- und Sekundärspulen 16 und 17 sowie mit einem kleineren Kern 15 erlaubt. Anderseits kann auch die Belastung des Transformators 11 gegenüber einem Transformator ähnlicher Grösse mit üblicher Kühlung erheblich erhöht werden. Es kann eine beliebige Anzahl von Abteilen zur Kühlung von Transformatorspulen beliebiger Grösse Verwendung finden.
Durch die beschriebene gekühlte elektrische Einrichtung wird erreicht, dass die maximal auftretende Temperatur der Kühlflüssigkeit im Vergleich zu den bisher gebräuchlichen Systemen bei gleicher Wärmeentwicklung verringert wird. Dementsprechend ist die heisseste Stelle der Wicklungen wesentlich kühler als bei den bekannten Ausführungen. Anderseits kann die Belastung einer solchen gekühlten elektrischen Einrichtung erheblich gesteigert werden, wenn z. B. der Transformator so betrieben wird, dass die heisseste
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Stelle dieselbe Temperatur wie in einem üblichen Transformator besitzt.
Obwohl die Erfindung anhand eines Transformators mit einer einzigen Primär- und Sekundärwicklung beschrieben worden ist, können selbstverständlich auch Transformatoren mit einer beliebigen Anzahl von Wicklungen erfindungsgemäss gekühlt werden. Der Einfachheit halber wurden die Transforma- torwicklungen Primär- und Sekundärwicklung genannt; dieser Ausdruck soll jedoch so verstanden werden, dass auch mehrere Eingangs- und Ausgangswicklungen darunter fallen. Die Erfindung kann aber auch für andere, ähnliche elektrische Einrichtungen Verwendung finden, wie z. B. grosse Drosseln.