DE20022325U1

DE20022325U1 - Radiator für einen elektrischen Transformator

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Publication number: DE20022325U1
Application number: DE20022325U
Authority: DE
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: Grid Solutions SAS
Priority date: 2000-03-04
Filing date: 2000-03-04
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2010-03-05

Description

F:\lJBDHF\DHFANM\014 2045

Anmelder:

ALSTOM

25, avenue Kleber

F - 75116 Paris

0142 045 17.04.2001

Titel: Radiator für einen elektrischen Transformator Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einem Radiator für einen elektrischen Transformator mit zwei mit einer Mehrzahl von Sicken versehenen Blechen, die durch Schweißungen in den Sicken miteinander verbunden sind, und die Hohlräume mit einem daraus resultierenden Volumen bilden. Die Erfindung betrifft ebenfalls einen elektrischen Transformator mit einem derartigen Radiator.

Elektrische Transformatoren dienen der Umsetzung von elektrischer Spannung. Zu diesem Zweck sind die Transformatoren mit Wicklungen versehen, die in einem Transformatorgehäuse untergebracht sind. Bei der Umsetzung der Spannung wird von den Wicklungen Wärme erzeugt, die mit Hilfe einer Kühlflüssigkeit, insbesondere mittels Öl von den Wicklungen abgeleitet wird. Das Öl wird aus dem

Transformatorgehäuse heraus zu einer Mehrzahl von Radiatoren geführt, die der Kühlung des Öls dienen.

Durch die Wärme dehnt sich das Öl volumenmäßig aus. Diese Volumenausdehnung wird dadurch kompensiert, dass der Transformator mit einem Ausdehnungsgefäß versehen ist, das der Aufnahme des durch die Erwärmung entstehenden größeren Volumens des Öls vorgesehen ist. Dieses Ausdehnungsgefäß ist mit den Radiatoren des Transformators über Rohrleitungen verbunden.

Über das Ausdehnungsgefäß steht das Öl in Kontakt mit der Umgebungsluft. Dies kann zum Oxidieren und damit zum Altern des Öls führen. Damit eine Feuchtigkeitsaufnahme des Öls über die Umgebungsluft vermieden oder zumindest vermindert wird, ist häufig ein Luftentfeuchter vorgesehen, der jedoch zusätzlichen Bauteilaufwand und damit zusätzliche Kosten erfordert. Des Weiteren haben diese Bauteile zur Folge, dass die bekannten Transformatoren in regelmäßigen Zeitabständen gewartet werden müssen.

Alternativ ist es aus der DE 1 971 624 U bekannt, die beiden Bleche des Radiators membranartig auszugestalten, so dass sich die beiden Bleche einander nähern bzw. voneinander wegbewegen können. Auf diese Weise kann sich das von den beiden Blechen eingeschlossene Volumen verkleinern und vergrößern. Das Ausdehnungsgefäß und der Luftentfeuchter können dann ggf. entfallen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den vorstehend beschriebenen Radiator weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem Radiator der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die
beiden Bleche nur bei jeder zweiten der Mehrzahl der Sicken miteinander verbunden sind, so dass das Volumen der
Hohlräume über eine Mehrzahl von Ausbauchungen vergrößerbar ist.

Aufgrund der möglichen Vergrößerung des Volumens des
erfindungsgemäßen Radiators muss im Vergleich zu dem
eingangs beschriebenen Transformator kein Ausdehnungsgefäß
mehr vorhanden sein. Stattdessen wird die bei der Erwärmung des Öls entstehende Vergrößerung des Volumens des Öls durch die Ausbauchungen des Radiators kompensiert. Damit ist bei
dem erfindungsgemäßen Transformator kein Ausdehnungsgefäß
mehr vorhanden.

Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der erfindungsgemäße Transformator vollständig abgeschlossen ausgebildet sein
kann. Das Öl ist also in dem erfindungsgemäßen
Transformator hermetisch abgeschlossen enthalten. Damit ist kein Kontakt des Öls mit der Umgebungsluft mehr möglich.
Ein Oxidieren oder Altern des Öls kann nicht mehr
stattfinden. Eine diesbezügliche Wartung des Transformators kann damit entfallen.

Entsprechend ist aufgrund der hermetischen
Abgeschlossenheit des Öls in dem erfindungsgemäßen

Transformator auch kein Luftentfeuchter mehr erforderlich. Auch die diesbezügliche Wartung entfällt damit ersatzlos.

Aufgrund des nicht-vorhandenen Ausdehnungsgefäßes sind auch keine Rohrleitungen und Abdichtungen zu dessen Anschluss erforderlich. Auch insoweit ist somit kein Bauteileaufwand und auch keine Wartung mehr bei dem erfindungsgemäßen Transformator erforderlich.

Darüber hinaus werden bei dem erfindungsgemäßen Transformator im Vergleich zu dem bekannten Transformator eine Mehrzahl von Bauteilen nicht mehr benötigt. Dies führt zu einer Vereinfachung der Konstruktion des Transformators, wie auch zu einer Verringerung der Größe und des Gewichts des Transformators. Ebenfalls hat dies eine wesentliche Kostenersparnis bei dem erfindungsgemäßen Transformator zur Folge.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Transformators bestehen darin, dass die Kondensator-Durchführungen desselben unabhängig von einem Ausdehnungsgefäß angeordnet werden können. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, auf ein sog. Buchholz-Schutzrelais, das bei bekannten Transformatoren zur Fehlererkennung üblicherweise vorgesehen ist, zu verzichten. Auch insoweit weist somit der erfindungsgemäße Transformator wesentliche Vorteile im

Hinblick auf den erforderlichen Bauteileaufwand und die daraus resultierenden Kosten auf.

Die vorstehenden Vorteile werden, wie ausgeführt, dadurch erreicht, dass erfindungsgemäß ein Radiator vorgesehen ist, dessen Volumen vergrößert werden kann. Diese Vergrößerung des Volumens wird dabei durch eine Mehrzahl von Ausbauchungen der beiden Bleche erreicht, aus denen der Radiator zusammengesetzt ist. Diese Ausbauchungen werden wiederum dadurch erreicht, dass die beiden Bleche in ihren Sicken nicht durchgehend, sondern nur teilweise miteinander verbunden sind, dass also Bereiche vorhanden sind, in denen die Sicken nicht miteinander verbunden sind, so dass in diesen Bereichen die Sicken zu den erwähnten Ausbauchungen gedehnt werden können.

Wesentlich ist, dass die Vergrößerung des Volumens des erfindungsgemäßen Radiators und damit die Vergrößerung des Volumens des erfindungsgemäßen Transformators über eine Mehrzahl von Ausbauchungen des Radiators erreicht wird, und dass diese Ausbauchungen wiederum über eine entsprechende Verbindung innerhalb der Sicken der beiden, den Radiator bildenden Bleche erreicht wird. Dabei kommt es jedoch nicht darauf an, auf welche spezielle Art und Weise die beiden Bleche miteinander verbunden sind oder welche spezielle Anordnung die Verbindungen in den Sicken aufweisen. Hierfür

gibt es eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen, die in Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Anwendungsfall ausgewählt werden können.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass es für die Erfindung auch von Bedeutung ist, dass nicht nur eine Ausbauchung pro Radiator vorhanden ist, sondern dass eine Mehrzahl von Ausbauchungen vorhanden sind. Eine einzige Ausbauchung bringt den Nachteil mit sich, dass sie in ihrem Zentrum eine relativ starke Verformung der Oberfläche des Radiators aufweist. Dies kann dazu führen, dass Ausbauchungen benachbarter Radiatoren einander berühren, was zu Verschlechterungen der Kühlwirkung der Radiatoren führt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Mehrzahl von Ausbauchungen wird dies verhindert. Bei einer Mehrzahl von Ausbauchungen ist die Verformung einer einzelnen Ausbauchung relativ gering, so dass die Ausbauchung nur geringfügig über die von der Oberfläche des Radiators an sich gebildete Ebene übersteht. Ausbauchungen von benachbarten Radiatoren können sich somit nicht berühren, so dass die Kühlwirkung der Radiatoren vollständig erhalten bleibt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden Bleche durch Schweißungen in den Sicken miteinander verbunden sind. Dabei kann es sich vorzugsweise um Punktschweißungen

• ·

handeln. Ebenfalls sind Rollenschweißungen o.dgl. möglich. Wie bereits erwähnt wurde, kommt es dabei nicht auf die Anordnung der Schweißungen innerhalb der Sicken an, sondern nur darauf, dass die Schweißungen nicht derart angeordnet sind, dass die beiden miteinander verbundenen Bleche keine Ausbauchungen bilden können. Wesentlich ist, dass die Schweißungen derart angeordnet sind, dass die beiden Bleche zwischen den Schweißungen im Bereich der Sicken Ausbauchungen bilden können, so dass sich das Volumen des Radiators vergrößert.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Radiators bzw. des erfindungsgemäßen Transformators in der Mittelspannung, insbesondere bei etwa 110 kV.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Radiators für einen elektrischen Transformator in einer Draufsicht und in zwei Querschnitten, und

Figuren

2a und 2b zeigen schematische Draufsichten auf weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Radiatoren für einen elektrischen Transformator.

Elektrische Transformatoren dienen der Umsetzung elektrischer Spannung. Zu diesem Zweck sind die Transformatoren mit Wicklungen versehen, die in einem Transformatorgehäuse untergebracht sind. Bei der Umsetzung der Spannung wird von den Wicklungen Wärme erzeugt, die mit Hilfe einer Kühlflüssigkeit, insbesondere mittels Öl von den Wicklungen abgeleitet wird. Durch die Wärme dehnt sich das Öl volumenmäßig aus. Das Öl wird aus dem Transformatorgehäuse heraus zu einer Mehrzahl von Radiatoren geführt, die der Kühlung des Öls und der Aufnahme der wärmebedingten Ausdehnung des Öls dienen.

In der Figur 1 ist ein Radiator 10 für einen elektrischen Transformator in einer Draufsicht und in zwei Querschnitten dargestellt. Der Radiator 10 weist zwei geformte und

miteinander verbundene Bleche 11, 12 auf, die etwa
rechteckförmig ausgebildet sind.

Die beiden Bleche 11, 12 des Radiators 10 sind an ihrem
jeweiligen Außenrand 13 mit Hilfe einer umlaufenden
Schweißnaht 14 dicht miteinander verbunden. Die Schweißnaht

14 ist in der Figur 1 nur angedeutet, jedoch nicht
umlaufend dargestellt. Ebenfalls ist in der Figur 1 kein
Anschlussstutzen oder dergleichen dargestellt, mit dem der Radiator 10 für die Verbindung mit dem Transformatorgehäuse und mit den anderen Radiatoren versehen ist.

Innerhalb der von der Schweißnaht 14 gebildeten Fläche sind die beiden Bleche 11, 12 mit Sicken 15 versehen. Die Sicken

15 sind etwa parallel zueinander und zu den beiden längeren Seiten des Radiators 10 ausgerichtet. Die Sicken 15 der
beiden Bleche 11, 12 sind derart ausgeformt, dass
einerseits Hohlräume 16 zwischen den Sicken 15 und den
beiden Blechen 11, 12 vorhanden sind, und dass andererseits die beiden Bleche 11, 12 mit ihren Sicken 15 aneinander
anliegen.

Zusätzlich zu der Schweißnaht 14 sind die beiden Bleche 11, 12 im Bereich der Sicken 15 miteinander verschweißt. Dabei
handelt es sich in dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 um
Punktschweißungen 17. Es versteht sich, dass hier auch

andere Schweißungen zur Anwendung kommen können, beispielsweise kurze Schweißnähte, Rollenschweißungen oder dergleichen.

In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind die beiden Bleche 11, 12 nur bei jeder zweiten Sicke 15 miteinander verschweißt. Es sind also - ausgehend von einer der beiden längeren Seiten des Radiators 10 - die erste, dritte und fünfte Sicke 15 miteinander verschweißt, während bei der zweiten und vierten Sicke 15 keine Verbindung zwischen den beiden Blechen 11, 12 vorhanden ist.

Im Betrieb des Transformators wird der Radiator 10 von Öl durchflossen. Sämtliche zwischen den beiden Blechen 11, 12 gebildeten Hohlräume 16 bilden ein Volumen, das zur Aufnahme des durchfließenden Öls des Transformators vorgesehen ist. Aufgrund der großen Oberfläche der Bleche 11, 12 des Radiators 10 wird das Öl beim Durchfließen des Radiators 10 gekühlt.

Gleichzeitig wird die durch die Erwärmung des Öls hervorgerufene volumenmäßige Ausdehnung des Öls dadurch kompensiert, dass sich die beiden Bleche 11, 12 in denjenigen Bereichen, in denen die beiden Bleche 11, 12 nicht miteinander verbunden sind, ausbauchen. Es entstehen dadurch eine Mehrzahl von Ausbauchungen, bei denen die

Bleche 11, 12 geringfügig über diejenige Ebene überstehen, die die Oberfläche der Bleche 11, 12 an sich ohne die Ausbauchungen bilden.

In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 bedeutet dies, dass in denjenigen Bereichen der Bleche 11, 12, in denen die Sicken 15 nicht miteinander verschweißt sind, eine Mehrzahl von Ausbauchungen entstehen. Dabei handelt es sich gemäß der Figur 1 und ausgehend von einer der beiden längeren Seiten des Radiators 10 um die Bereiche der zweiten und der vierten Sicke 15.

Das Ausbauchen der Bleche 11, 12 in den Bereichen der zweiten und der vierten Sicke 15 bedeutet, dass die Bleche 11, 12 an diesen zweiten und vierten Sicken 15 nicht mehr aneinander anliegen, sondern dass sie einen geringfügigen Abstand zueinander aufweisen. Durch diesen Abstand entstehen die genannten Ausbauchungen.

Durch die Mehrzahl der Ausbauchungen wird das Volumen, das die Hohlräume 16 innerhalb eines Radiators 10 bilden, vergrößert. Damit wird die aufgrund der Erwärmung des Öls entstehende Ausdehnung des Öls und die daraus resultierende Vergrößerung des Volumens des Öls ausgeglichen.

Mit steigender Erwärmung des Öls und der damit verbundenen Vergrößerung des Volumens des Öls entstehen somit Ausbauchungen an den Oberflächen des Radiators 10. Diese Ausbauchungen stellen eine Vergrößerung des Volumens des Radiators 10 dar, die der Vergrößerung des Volumens des Öls entspricht. Damit wird die Vergrößerung des Volumens des Öls durch die Ausbauchungen automatisch kompensiert.

In den Figuren 2a und 2b sind weitere Ausführungsbeispiele für Radiatoren 10' und 10'' dargestellt. Die Ausführungsbeispiele der Figuren 2a und 2b unterscheiden sich dabei von dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 im Wesentlichen nur im Hinblick auf die Anordnung der Verbindungen der beiden Bleche 11, 12 im Bereich der Sicken 15 voneinander. Aus diesem Grund sind in den Figuren 2a und 2b für gleiche Merkmale auch dieselben Bezugszeichen wie in der Figur 1 verwendet.

In der Figur 2a sind Punktschweißungen 17' vorgesehen, die auf alle fünf Sicken 15 verteilt sind. Dabei sind jedoch die einzelnen Sicken 15 nicht über ihre gesamte Längsausdehnung mit den Punktschweißungen 17' versehen, sondern nur teilweise. So sind - ausgehend von einer der beiden längeren Seiten des Radiators 10' - in der ersten Sicke nur in deren Endbereich Punktschweißungen 17' vorhanden, in einem mittleren Bereich jedoch nicht. In

umgekehrter Weise sind bei der zweiten Sicke 15 nur im mittleren Bereich Punktschweißungen 17' vorhanden, nicht jedoch in deren Endbereich. Diese Anordnungen von Punktschweißungen 17' sind in den nachfolgenden Sicken abwechselnd vorhanden. Die Punktschweißungen 17' bilden insoweit ein Muster.

Bei der Figur 2a ergeben sich damit Möglichkeiten für eine Mehrzahl von Ausbauchungen immer dort, wo keine Punktschweißungen 17' vorhanden sind, also immer abwechselnd in den Endbereichen einer Sicke 15 und dem mittleren Bereich der nachfolgenden Sicke 15.

In der Figur 2b sind Punktschweißungen 17'' vorgesehen, die auf alle fünf Sicken 15 verteilt sind. Dabei ist jedoch der Abstand der einzelnen Punktschweißungen 17'' innerhalb einer Sicke 15 größer.als insbesondere im Vergleich zur Figur 1. Damit ist auch die Anzahl von Punktschweißungen 17'' innerhalb einer Sicke 15 kleiner als insbesondere im Vergleich zur Figur 1. Der Abstand der Punktschweißungen 17'' in den Sicken ist dabei so groß gewählt, dass zwischen diesen Punktschweißungen 17'' Ausbauchungen entstehen können.

In der Figur 2b ergeben sich damit Möglichkeiten für eine Mehrzahl von Ausbauchungen immer dort, wo keine

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Punktschweißungen 17'' vorhanden sind. Dies ist aufgrund des größeren Abstands immer zwischen den einzelnen Punktschweißungen 17'' einer Sicke 15 der Fall.

Es versteht sich, dass eine Vielzahl von Möglichkeiten vorhanden ist, die Punktschweißungen 17, 17' und 17'' innerhalb der Sicken 15 der Radiatoren 10, 10' und 10'' derart anzuordnen, dass eine Mehrzahl von Ausbauchungen entstehen können.

So ist es möglich, im Hinblick auf die Figur 1 nicht jede zweite Sicke 15 ohne Punktschweißungen 17 auszubilden, sondern jede dritte oder jede vierte Sicke 15. Zusätzlich oder alternativ kann die Anzahl der Sicken 15 innerhalb eines Radiators 10, 10' oder 10'' verändert werden.

Im Hinblick auf die Figur 2a kann das Muster verändert werden, mit dem die Punktschweißungen 17' innerhalb der Sicken 15 des Radiators 10' angeordnet sind. Und im Hinblick auf die Figur 2b kann der Abstand der Punktschweißungen 17'' beliebig verändert und an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.

Es versteht sich auch, dass sämtliche, vorstehend beschriebenen Möglichkeiten miteinander kombiniert werden können.

Bei den vorstehend beschriebenen Radiatoren 10, 10' und
10'' wird davon ausgegangen, dass die Längsausdehnung
derselben einerseits veränderbar ist, andererseits aber
keinen oder nur einen geringfügigen Einfluss auf die
Ausbauchungen und damit auf die Vergrößerung des Volumens der Radiatoren 10, 10' und 10'' hat. Sollte dies nicht der Fall sein, sollte also die Längsausdehnung einen
wesentlichen Einfluss auf die Ausbauchungen haben, so kann die Vergrößerung des Volumens der Radiatoren 10, 10' und 10'' auch insoweit beeinflusst werden.

Entsprechendes gilt für die Querausdehnung der Radiatoren 10, 10' und 10'', also deren Ausdehnung quer zur Richtung der Sicken 15. Hierzu ist zu ergänzen, dass diese
Querausdehnung üblicherweise aufgrund einer Normierung
festgelegt ist.

Entsprechendes gilt auch für die Dicke der verwendeten
Bleche 11, 12 der Radiatoren 10, 10' und 10'' die
beispielsweise im Bereich von etwa 1,0 mm bis 1,5 mm liegen kann.

Insgesamt ist es damit möglich, bei den Radiatoren 10, 10' und 10'' durch die Anordnung der Punktschweißungen 17, 17' oder 17'' die beiden Bleche 11, 12 derart miteinander zu
verbinden, dass das Volumen der entstehenden Hohlräume 16

16

aufgrund einer Mehrzahl von möglichen Ausbauchungen vergrößert werden kann. Die beiden Bleche 11, 12 sind also in den Sicken 15 derart miteinander verbunden, dass das Volumen der Hohlräume 16 über eine Mehrzahl von Ausbauchungen vergrößerbar ist.

Ein üblicher Wert für eine auf diese Art und Weise erreichbare Vergrößerung des Volumens des Radiators 10, 10' oder 10'' beträgt etwa 10 Prozent des ursprünglichen Volumens des Radiators 10, 10' oder 10''.

Die vorstehend beschriebenen Radiatoren 10, 10' und 10'' werden vorzugsweise bei Mittelspannungstransformatoren im Bereich von etwa 110 kV eingesetzt.

Claims

1. Radiator (10, 10', 10") für einen elektrischen Transformator mit zwei mit einer Mehrzahl von Sicken (15) versehenen Blechen (11, 12), die durch Schweißungen (17, 17', 17") in den Sicken (15) miteinander verbunden sind, und die Hohlräume (16) mit einem daraus resultierenden Volumen bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bleche (11, 12) nur bei jeder zweiten der Mehrzahl der Sicken (15) miteinander verbunden sind, so dass das Volumen der Hohlräume (16) über eine Mehrzahl von Ausbauchungen vergrößerbar ist.

2. Radiator (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bleche (11, 12) nur in Teilbereichen der Sicken (15) miteinander verbunden sind.

3. Radiator (10') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißungen (17') in der Mehrzahl der Sicken (15) ein Muster bilden, bei dem Ausbauchungen entstehen können.

4. Radiator (10") nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Schweißungen (17") in den Sicken (15) so groß ist, dass dazwischen Ausbauchungen entstehen können.