DE2020028C3 - Elektrisches Gerät, wie Transformator, Drosselspule, Mefiwandler u.dgl., mit Gießharzumhüllung und Verdampfungskühlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Gerät, wie Transformator, Drosselspule, Meßwandler und dgl., mit einer Gießharzumhüllung und einer Kühlung mittels einer verdampfenden Flüssigkeit

Bekanntlich entsteht beim Betrieb derartiger Geräte Wärme, die nach außen abgeführt werden muß. Bei kleineren Einheiten ist die wärmeabgebende Oberfläche des Gerätes groß genug, um die im Inneren entstehende Wärme abzuführen. Bei größeren Einheiten ist jedoch meist eine Fremdkühlung erforderlich, die bekanntlich in den meisten Fällen mit Hilfe eines die Wicklung um- und durchspülenden Öles erfolgt. Zwar ist diese Kühlmethode für den Normalbetrieb ausreichend, sie kann jedoch die bei einer Überlastung auftretenden Überhitzung der Wicklungen beispielsweise eines Transformators u. U. nicht verhindern. Da bekanntlich mit der Temperatur auch der elektrische Widerstand eines Leiters anwächst, steigt bei einer Überlastung die Temperatur mehr als quadratisch an, was sehr schnell zu einer Überhitzung der Wicklung führt.

Es ist zwar üblich, bei elektrischen Geräten, bei deren Betrieb mit derartigen Überlastungen zu rechnen ist, die Kühlanlage so auszulegen, daß auch die bei Überlast entstehende Wärmemenge genügend rasch abgeführt oder zumindest in der vorhandenen oder vergrößerten Wärmekapazität bis zum Abklingen der Überlast schadlos gespeichert wird. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird jedoch eine solche Maßnahme gerne vermieden.

Eine erhebliche Vergrößerung der Wärmekapazität des Systems und damit eine Verlängerung der Zeitspanne in welcher bei einer Überlast kritische Temperaturen erreicht werden, wird bei einem bekannten Vorschlag durch die Verwendung von Verdampfungskühlung erreicht, d. h. an Stelle von öl wird zur Durchströmung der Kühlkanäle in den Wicklungen eine verdampfende Flüssigkeit verwendet, die in angeschlossenen Wärmetauschern wieder rückkondensiert wird. Bekanntlich ist die zur Verdampfung einer Flüssigkeit verbrauchte Wärmemenge beträchtlich. Da hierbei jedoch die isolierende Eigenschaft des Öles in den spannungsbeanspruchten Strecken in Wegfall kommt, werden bei der bekannten Ausführung die Wicklungen in mit Kühlkanälen versehene Gießharze oder schmelzbare Harzmassen eingebettet (CH-PS 4 09 131). Diese Anordnung macht einen besonderen kostspieligen und empfindlichen, sowie raumaufwendigen Rückkühler zum Kondensieren der verdampften Flüssigkeit notwendig, bedarf einer speziellen Auslegung und Formgebung des ganzen Transformators und ist an sich nur für größere Transformatoren mit kostspielig herzustellenden Kühlkanälen vorgesehen.

Für viele Zwecke in Industrie-, Verkehr- und ähnliche Anwendungen, insbesondere auch als Trenntransformatoren zur Erzeugung einer ungefährlichen Niederspannung, sowie als Drosselspulen, Meßwandler, etc. sind kleinere kompakte Einzelgeräte vorgesehen, die heute fast ausschließlich eine Komplettumhüllung aus Kunstharz als Isolierung und Schutz aufweisen. Infolge der relativ niedrigen Grenztemperatur dieser organischen

ίο Kunstharzisolierung ist ein Überlastbetrieb des Gerätes nur sehr begrenzt und kurzzeitg möglich, als Abhilfe kann im Bedarfsfalle praktisch nur eine größere Type eingesetzt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches kleines kunstharzisoliertes Kompaktgerät zu schaffen, das ohne wesentliche Vergrößerung seines Volumens auf einfache, zuverlässige und billige Art durch Anwendung des bekannten Verdampfungsprinzips eine erhebliche Vervielfachung seiner Wärmeaufnahmefä-

higkeit und damit große und langdauernde Überlastungszustände auszuhalten im Stande ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Transformator oder gleichartigen elektrischen Gerät der oben beschriebenen Bauweise durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Wärmeleitfähigkeit des Gießharzes sowie die Menge und die Siedetemperatur des verwendeten Kühlmittels wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß eine Überheizung der Wicklung bei Überlast mit Sicherheit vermieden wird.

An sich ist es bekannt, dem Kunstharz für den Umguß von elektrischen Geräten, insbesondere Transformatoren, durch den Zusatz besonderer Füllstoffe eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit zu geben, um die Wärme vom Erzeugungsort in Wicklung und Kern besser und mit einem kleineren Temperatursprung an die Oberfläche zu bringen (DE-GM 69 16 811, US-PS 34 67 929).

In vorlegendem Falle, bei welchem für den Überlastzustand praktisch nur eine Seitenfläche des Gerätes als Wärmeabgabeoberfläche zur Verfügung steht, ist eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit der Kunstharzumhüllung von spezifischer Bedeutung.

Ein Aüsführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Der Kern 1 sowie die im Wickelraum 2 untergebrachten Wicklungen des elektrischen Gerätes sind völlig im Gießharz 3 eingeschlossen. An der nach oben weisenden größten Oberfläche des Gießharzmantels ist eine wannenförmige Vertiefung 4 vorgesehen, in der das Kühlmittel enthalten ist. Die wannenförmige Vertiefung 4 ist mit einer Haube 5 abgedeckt, die tiefe Kühlwellen 6 aufweist. 1st die Temperatur des Transformators auf den Siedepunkt des Kühlmittels angestiegen, so verdampft dieses unter Aufnahme einer beträchtlichen Wärmemenge und schlägt sich an den Kühlwellen 6 der Haube 5 nieder und tropft wieder in die Vertiefung 4 zurück. Dabei gibt es seine Wärmeenergie über die Kühlwellen 6 an die Umgebung ab. Die besonders hochgezüchtete Wärmeleitfähigkeit des Gießharzes gewährleistet einen raschen Transport der Verlustwärme von den aktiven Teilen des Transformators zum Kühlmittel auch von den von der Kühloberfläche entfernt liegenden Wärmequellen.

Die bei einer Überlastung des Transformators verursachte größere Erwärmung äußert sich daher zunächst lediglich in einer schnelleren Verdampfungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, während die Tempera-

ransformators konstant bleibt Damit bleibt ilektrische Widerstand der Wicklung konstant, ier bei üblichen Wicklungen beobachtete ^ratische Verlauf der Erwärmung vermieden die Temperatur des Transformators bis zur Verdampfung des Kühlmittels konstant bleibt. dabei jedoch laufend schon eine Rückkondensation stattfindet, ist es ohne weiteres möglich, den erfindungsgemäß ausgeführten Transformator während einer längeren Zeit zu überlasten, ohne daß die Wicklung Schaden nimmt

Hierzu j Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrisches Gerät, wie Transformator, Drosselspule, Meßwandler und dgl. mit einer Gießharzumhüllung und einer Kühlung mittels einer verdampfenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießharz mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist, daß die größte Oberfläche des Gerätes waagrecht angeordnet und mit einer wannenförmigen mit Verdanipfungsflüssigkeit gefüllten Vertiefung (4) versehen ist und diese luftdicht durch eine mit Kühlwellen (6) versehene Haube (5) abgedeckt ist.