Title:
Transformator und Verfahren zur Kühlung eines Transformators
Kind Code:
A1


Abstract:

Es wird ein Transformator (1) vorgeschlagen, der wenigstens eine Wickellage (2) und eine Verteilervorrichtung (4) umfasst, wobei die Verteilervorrichtung (4) eine Kanalstruktur (6) zur Aufbringung einer Flüssigkeit auf eine Teiloberfläche (8) der Wickellage (2) aufweist. Erfindungsgemäß ist die Kanalstruktur (6) derart ausgestaltet, dass die auf die Teiloberfläche (8) der Wickellage (2) aufgebrachte Flüssigkeit einen durchgehenden Flüssigkeitsfilm (42) ausbildet, der sich über die Teiloberfläche (8) der Wickellage (2) erstreckt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Kühlung eines Transformators (1).




Inventors:
DANOV VLADIMIR (DE)
IPPISCH STEPHAN (DE)
SCHÄFER JOCHEN (DE)
Application Number:
DE102015214601A
Publication Date:
02/02/2017
Filing Date:
07/31/2015
Assignee:
SIEMENS AG (München, DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE1749599UN/A1957-08-01
DE873721CN/A1953-04-16



Foreign References:
CH409131A1966-03-15
WO2013174470A12013-11-28
Claims:
1. Transformator (1), umfassend wenigstens eine Wickellage (2) und eine Verteilervorrichtung (4), wobei die Verteilervorrichtung (4) eine Kanalstruktur (6) zur Aufbringung einer Flüssigkeit auf eine Teiloberfläche (8) der Wickellage (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur (6) derart ausgestalt ist, dass die auf die Teiloberfläche (8) der Wickellage (2) aufgebrachte Flüssigkeit einen durchgehenden Flüssigkeitsfilm (42) ausbildet, der sich über die Teiloberfläche (8) der Wickellage (2) erstreckt.

2. Transformator (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Flüssigkeitsfilm (42) durchgehend über annähernd eine gesamte Oberfläche der Wickellage (2) erstreckt.

3. Transformator (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsfilm (42) eine mittlere Dicke von wenigstens 0,1 Millimetern und höchstens 5 Millimetern aufweist.

4. Transformator (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kanalstruktur (6) wenigstens teilweise entlang der Wickellage (2) erstreckt.

5. Transformator (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Flüssigkeitssumpf (10), der zur Aufnahme wenigstens eines Teils der Flüssigkeit ausgebildet ist.

6. Transformator (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilervorrichtung (4) eine Mehrzahl von Öffnungen (12) und/oder Düsen aufweist, die mit der Kanalstruktur (6) fluidisch gekoppelt und dazu ausgebildet sind, die Flüssigkeit auf die Teiloberfläche (8) der Wickellage (2) aufzubringen.

7. Transformator (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Kessel (14), wobei die Wickellage (2) und wenigstens ein Teil der Kanalstruktur (6) innerhalb des Kessels (14) angeordnet sind.

8. Transformator (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (14) in seinem Inneren ein Schutzgas aufweist, wobei das Schutzgas wenigstens einen Stoff aus den Stoffgruppen der Fluorether, der Fluorketone und/oder der Fluorolefine umfasst.

9. Transformator (1) gemäß Anspruch 7 oder 8, mit einer Rückkühlvorrichtung (16), die dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Teil eines Dampfes, der verdampfte Flüssigkeit umfasst, aus dem Kessel (14) zu führen.

10. Transformator (1) gemäß Anspruch 9, mit einer Kühlvorrichtung (17, 28, 30), die mit der Rückkühlvorrichtung (18) fluidisch gekoppelt ist, wobei die fluidische Kopplung derart gestaltet ist, dass der mittels der Rückkühlvorrichtung (18) geführte Dampf mittels der Kühlvorrichtung (17, 28, 30) gekühlt wird.

11. Transformator (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung als Dampf-Luft-Wärmetauscher (28) und/oder als Dampf-Wasser-Wärmetauscher (30) ausgebildet ist.

12. Transformator (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (14) an seiner Außenwand eine Mehrzahl von Kühlrippen (20) aufweist.

13. Transformator (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Mehrzahl von Wickellagen (2), wobei jeder Wickellage (2) wenigstens ein Teil der Kanalstruktur (6) zur Aufbringung eines Flüssigkeitsfilms (42) auf die jeweilige Wickellage (2) zugeordnet ist.

14. Transformator (1) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickellagen (2) konzentrisch um einen Wickelkern (22) gewickelt sind, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Wickellagen (2) ein Abstandshalter (24) vorgesehen ist, der die benachbarten Wickellagen (2) beabstandet.

15. Verfahren zur Kühlung eines Transformators (1) durch Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms (42) einer Flüssigkeit, bei dem ein Transformator (1) mit wenigstens einer Wickellage (2) und eine Verteilervorrichtung (4), die eine Kanalstruktur (6) aufweist, bereitgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kanalstruktur (6) der durch die Flüssigkeit gebildete Flüssigkeitsfilm (42) durchgehend auf eine Teiloberfläche (8) der Wickellage (2) aufgebracht wird.

Description:

Die Erfindung betrifft einen Transformator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung eines Transformators.

Ein Transformator ist ein elektrisches Bauelement, das mittels einer Mehrzahl von Spulen eine elektrische Eingangsspannung in eine höhere oder niedrigere Ausgangsspannung wandelt. Durch die Wandlung der elektrischen Eingangsspannung treten Verluste auf, die zu einer thermischen Belastung des Transformators führen, sodass dieser sich erwärmt. Insbesondere die Heißpunkt-Temperatur (engl. Hot-Spot-Temperature) der Isolation der elektrischen Leitungen des Transformators beschränkt die maximale thermische Belastbarkeit des Transformators. Die Betriebstemperatur des Transformators muss daher stets unterhalb der genannten Heißpunkt-Temperatur verbleiben. Insbesondere sind hierbei auch die Alterung der Isolation und die hierdurch verbundene Änderung der Temperaturbeständigkeit der Isolation zu berücksichtigen.

Durch eine Verbesserung der Kühlung eines gegebenen Transformators kann daher eine höhere Leistung des Transformators erreicht werden. Bei fest vorgegebener Leistung kann aber auch durch eine verbesserte Kühlung der Aufwand für die Isolation der Leitungen des Transformators reduziert werden.

Nach dem Stand der Technik bekannte Kühlung eines Transformators sehen eine Luft- oder eine Ölkühlung vor. Hierbei kann die Luftkühlung auch ohne Einsatz eines Lüfters erfolgen. Bezüglich der Ölkühlung des Transformators werden grundsätzlich drei Varianten unterschieden. Zum einen kann die Kühlung des Transformators mittels einer Bewegung des Öls, beispielsweise durch eine natürliche oder eine erzwungene Konvektion, erfolgen. Weiterhin können verschiedene Rückkühlmedien eingesetzt werden, die zur Kühlung des Transformators vorgesehen sind, beispielsweise Luft oder Wasser. Schließlich wird noch bezüglich der Bewegung des verwendeten Rückkühlmediums unterschieden, die beispielsweise mittels natürlicher Konvektion und Wärmestrahlung oder mittels erzwungener Konvektion und Wärmestrahlung erfolgt.

Ölgekühlte Transformatoren, insbesondere Leistungstransformatore, umfassen typischerweise einen Wickelkern an dem eine Wicklung des Transformators angeordnet ist. Der Wickelkern sowie die Wicklung sind innerhalb eines Kessels des Transformators angeordnet, welcher typischerweise wenigstens teilweise mit Mineralöl gefüllt ist. Für die Rückkühlung des genannten Mineralöls kann eine Kühlvorrichtung bereitgestellt werden.

Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die genannte Heißpunkt-Temperatur der Isolation nicht weiter beziehungsweise nur schwer erhöht werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung eines Transformators zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch einen Transformator mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 15 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Der erfindungsgemäße Transformator umfasst wenigstens eine Wickellage und eine Verteilervorrichtung, wobei die Verteilervorrichtung eine Kanalstruktur zur Aufbringung einer Flüssigkeit auf eine Teiloberfläche der Wickellage aufweist. Erfindungsgemäß ist die Kanalstruktur derart ausgestaltet, dass die auf die Teiloberfläche der Wickellage aufgebrachte Flüssigkeit einen durchgehenden Flüssigkeitsfilm ausbildet, der sich über die Teiloberfläche der Wickellage erstreckt.

Insbesondere wird hierbei die Flüssigkeit nicht auf die Wickellage aufgesprüht, sondern mittels der Verteilervorrichtung als Fallfilm auf die Teiloberfläche der Wickellage aufgebracht, sodass ein Fallfilmverdampfer ausgebildet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird folglich der Transformator beziehungsweise die Wickellage des Transformators mittels des aufgebrachten Flüssigkeitsfilms gekühlt. Hierbei wird wenigstens ein Teil der Flüssigkeit aus dem zusammenhängenden oder durchgehenden und auf die Wickellage aufgebrachten Flüssigkeitsfilm verdampft. Die Erfindung stellt folglich eine Kühlung bereit, bei der der Transformator über die Verdampfungsenthalpie der Flüssigkeit gekühlt wird. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Flüssigkeit elektrisch nicht leitend ist.

Erfindungsgemäß wird dadurch eine gegenüber einer Ölkühlung des Transformators verbesserte Kühlung bereitgestellt. Das ist deshalb der Fall, da die Verdampfung der Flüssigkeit höhere Wärmestromdichten ermöglicht. Weiterhin kann zusätzlich eine geringere Menge der Flüssigkeit vorgehalten werden, wodurch das Gewicht des Transformators vermindert wird.

Bevorzugt sind/ist die Verteilervorrichtung und/oder der Transformator derart ausgestaltet, dass ein Abriss oder eine Unterbrechung des Flüssigkeitsfilms (Filmabriss) verhindert wird. Dies kann mittels einer ausreichenden Berieselungsdichte, die die Verteilervorrichtung bereitstellt, erreicht werden. Hierbei wird die Abfuhr der Wärme aus der Wickellage maßgeblich durch die Dicke des Flüssigkeitsfilms sowie durch seinen Turbulenzgrad bestimmt. Dadurch kann die wenigstens teilweise Verdampfung der Flüssigkeit vorteilhafterweise bei einer kleinen Temperaturdifferenz zum jeweiligen heißen Bauteil, beispielsweise der Wickellage, erfolgen. Weiterhin kann aufgrund der genannten geringen Temperaturdifferenz die Verdampfung bei einem niedrigeren Absolutdruck erfolgen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Verweilzeit der auf die Wickellage aufgebrachten Flüssigkeit kurz ist, wodurch ein Einsatz von temperatursensitiven Flüssigkeiten ermöglicht wird.

Mit anderen Worten kombiniert die vorliegende Erfindung in synergetischer Weise die Vorteile einer Fallfilmverdampfung mit der Kühlung eines Transformators.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kühlung eines Transformators durch Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms einer Flüssigkeit werden ein Transformator mit wenigstens einer Wickellage und eine Verteilervorrichtung, die eine Kanalstruktur aufweist, bereitgestellt. Erfindungsgemäß wird mittels der Kanalstruktur der durch die Flüssigkeit gebildete Flüssigkeitsfilm durchgehend auf eine Teiloberfläche der Wickellage aufgebracht.

Es ergeben sich zum bereits genannten erfindungsgemäßen Transformator gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Flüssigkeitsfilm durchgehend über annähernd eine gesamte Oberfläche der Wickellage.

Vorteilhafterweise wird dadurch eine besonders große Oberfläche für die Verdampfung der Flüssigkeit bereitgestellt. Dadurch wird vorteilhafterweise die Abfuhr der Wärme von der Wickellage verbessert und somit die Wickellage stärker gekühlt. Dadurch kann die Leistung des Transformators erhöht werden. Insbesondere ist die genannte Oberfläche der Wickellage eine Außen- und/oder Innenoberfläche der Wickellage.

Bevorzugt weist der Flüssigkeitsfilm eine mittlere Dicke von wenigstens 0,1 Millimetern und höchstens 5 Millimetern auf.

Dadurch wird ein besonders vorteilhafter Flüssigkeitsfilm ausgebildet, der eine besonders effiziente Verdampfung der Flüssigkeit von der Oberfläche der Wickellage ermöglicht. Insbesondere kann dadurch die Verweilzeit der Flüssigkeit auf der Wickellage reduziert werden. Hierbei sind/ist die Verteilervorrichtung und/oder die Kanalstruktur der Verteilervorrichtung derart ausgestaltet, dass das Auftragen der Flüssigkeit als Flüssigkeitsfilm mit einer mittleren Dicke im genannten Bereich ermöglicht wird. Weiterhin kann die Flüssigkeit eine Viskosität im Bereich von 0,1 Millipascalsekunden (mPas) bis höchstens 100 Millipascalsekunden aufweisen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Transformator einen Flüssigkeitssumpf, der zur Aufnahme wenigstens eines Teils der Flüssigkeit ausgebildet ist.

Mit anderen Worten wird wenigstens ein Teil der Flüssigkeit, der beispielsweise innerhalb des Transformators nach unten fließt oder tropft, von dem Flüssigkeitssumpf aufgenommen. Vorteilhafterweise geht dadurch weniger Flüssigkeit verloren. Das ist deshalb der Fall, da die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitssumpf herausgepumpt und wieder zur Bildung des Flüssigkeitsfilms verwendet werden kann. Weiterhin sammelt sich durch die erfindungsgemäße Kühlung mittels des Flüssigkeitsfilms weniger Flüssigkeit im Flüssigkeitssumpf an, sodass das hierdurch verursachte Gefahrenpotential vorteilhafterweise verringert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Verteilervorrichtung eine Mehrzahl von Öffnungen und/oder Düsen auf, die mit der Kanalstruktur fluidisch gekoppelt und dazu ausgebildet sind, die Flüssigkeit auf die Teiloberfläche der Wickellage aufzubringen.

Dadurch wird vorteilhafterweise eine besonders bevorzugte Aufbringung der Flüssigkeit, das heißt eine Ausbildung des Flüssigkeitsfilms auf der Wickellage, ermöglicht. Insbesondere sind die genannten Öffnungen und/oder Düsen derart ausgestaltet, dass ein zusammenhängender und möglichst dünner Flüssigkeitsfilm auf die Wickellage aufgebracht wird. Hierbei sind die Öffnungen und/oder Düsen derart groß gestaltet, dass ein Aufsteigen des Dampfes der Flüssigkeit (bereits verdampfte Flüssigkeit) zu möglichst keiner Unterbrechung des auf die Wickellage aufgebrachten Flüssigkeitsfilms führt.

Bevorzugt umfasst der Transformator einen Kessel, wobei die Wickellage und wenigstens ein Teil der Kanalstruktur innerhalb des Kessels angeordnet sind.

Vorteilhafterweise stellt der Kessel ein fluiddichtes Gehäuse, in welchem die Wickellage angeordnet ist, bereit. Dadurch wird vorteilhafterweise die aus dem Flüssigkeitsfilm verdampfende Flüssigkeit innerhalb des Kessels gehalten. Bevorzugt ist es, wenn ein Innenraum des Kessels, der die Wickellage umfasst, möglichst nur mit dem Dampf der Flüssigkeit gefüllt ist.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Kessel in seinem Inneren (Innenraum) ein Schutzgas aufweist, wobei das Schutzgas wenigstens einen Stoff aus der Stoffgruppe der Fluorether, der Fluorketone und/oder der Fluorolefine umfasst.

Dadurch wird vorteilhafterweise eine besonders vorteilhafte Isolierung sowie eine besonders effiziente Verdampfung der Flüssigkeit erreicht. Weitere Schutzgase, beispielsweise Stickstoff, Luft und/oder Gemische, bevorzugt aus den genannten Schutzgasen, können vorgesehen sein.

Für die Rückkühlung der verdampften Flüssigkeit, das heißt des Dampfes innerhalb des Kessels, ist es von besonderem Vorteil, eine Rückkühlvorrichtung vorzusehen, die dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Teil eines Dampfes, der verdampfte Flüssigkeit umfasst, aus dem Kessel zu führen.

Mit anderen Worten wird wenigstens ein Teil der verdampften Flüssigkeit aus dem Kessel geführt und mittels der Rückkühlvorrichtung abgekühlt, sodass wenigstens ein Teil der Flüssigkeit aus ihrem Dampf auskondensiert. Vorteilhafterweise kann der auskondensierte Teil der Flüssigkeit wieder zur Kühlung verwendet werden. Dadurch geht vorteilhafterweise nur ein geringer Teil der Flüssigkeit verloren. Weiterhin werden Unterbrechungen des Flüssigkeitsfilms durch den im Kessel vorhandenen Dampf verhindert oder reduziert.

Für die Kühlung des Dampfes umfasst der Transformator bevorzugt eine Kühlvorrichtung, die mit der Rückkühlvorrichtung fluidisch gekoppelt ist, wobei die fluidische Kopplung derart gestaltet ist, dass der mittels der Rückkühlvorrichtung geführte Dampf mittels der Kühlvorrichtung gekühlt wird.

Dadurch wird vorteilhafterweise ein effizientes Auskondensieren der verdampften Flüssigkeit ermöglicht. Zudem wird der Transformator über die genannte Rückkühlung und über die Kühlvorrichtung zusätzlich gekühlt.

Für die Kühlvorrichtung oder für die Rückkühlung des Dampfes insgesamt kann eine Mehrzahl von Ausgestaltungen vorgesehen sein.

Besonders bevorzugt ist es, die Kühlvorrichtung als Dampf-Luft-Wärmetauscher und/oder als Dampf-Wasser-Wärmetauscher auszubilden.

Dadurch wird eine besonders effiziente Rückkühlung beziehungsweise Kühlung des Dampfes der Flüssigkeit erreicht.

Weiterhin kann der Kessel des Transformators an seiner Außenwand eine Mehrzahl von Kühlrippen aufweisen.

Mit anderen Worten kann eine Rückkühlung des Dampfes, der innerhalb des Kessels vorliegt, auch von außen erfolgen, bevorzugt mittels der Mehrzahl von Kühlrippen. Hierbei kann eine natürliche oder eine erzwungene Konvektion zur Abfuhr der Wärme von den Kühlrippen vorgesehen sein. Auch eine Ausgestaltung, die allein auf der natürlichen und/oder erzwungenen Konvektion beruht, das heißt keine Kühlrippen aufweist, ist denkbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Transformators umfasst dieser eine Mehrzahl von Wickellagen, wobei jeder Wickellage wenigstens ein Teil der Kanalstruktur zur Aufbringung eines Flüssigkeitsfilms auf die jeweilige Wickellage zugeordnet ist.

Vorteilhafterweise wird dadurch ein besonders leistungsstarker Transformator bereitgestellt, der eine Mehrzahl von Wickellagen umfasst, wobei jede Wickellage mittels des Flüssigkeitsfilms gekühlt wird. Die Mehrzahl der Wickellagen bildet beispielsweise eine Wicklung des Transformators aus.

Hierbei ist es bevorzugt, die Wickellagen konzentrisch um einen Wickelkern zu wickeln, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Wickellagen wenigstens ein Abstandshalter vorgesehen ist, der die benachbarten Wickellagen beabstandet.

Vorteilhafterweise wird dadurch eine besonders bevorzugte Ausbildung des Flüssigkeitsfilms ermöglicht. Insbesondere sind dadurch die Flüssigkeitsfilme benachbarter Wickellage ausreichend voneinander beabstandet, sodass eine gegenseitige Beeinflussung, die beispielsweise zu einer Unterbrechung einer der Flüssigkeitsfilme führen kann, möglichst minimiert wird. Der Abstand benachbarter Wickellagen kann hierzu entsprechend angepasst sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert:

1 eine seitliche Darstellung eines Transformators mit einer Mehrzahl von Wicklungen, die eine Mehrzahl von Wickellagen umfassen;

2 einen Querschnitt durch eine der Wicklungen des in 1 gezeigten Transformators;

3 eine Ausgestaltung einer Verteilervorrichtung des in den vorhergehenden Figuren dargestellten Transformators, wobei die Verteilervorrichtung sowie die Wickellagen in einer seitlichen Schnittdarstellung dargestellt sind;

4 eine weitere Ausgestaltung der Verteilervorrichtung;

5 eine seitliche Schnittdarstellung eines Transformators, der einen Kessel sowie eine Mehrzahl von Kühlrippen aufweist;

6 einen Transformator gemäß einer der vorhergehenden Figuren, wobei eine Rückkühlung mittels eines Dampf-Luft-Wärmetauscher erfolgt; und

7 eine weitere Ausgestaltung der Rückkühlung des Transformators, wobei die Rückkühlung mittels eines Dampf-Wasser-Wärmetauscher erfolgt.

Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.

In 1 ist in einer seitlichen schematischen Schnittdarstellung ein Transformator 1 dargestellt. Der Transformator 1 umfasst drei Wicklungen mit einer Mehrzahl von Wickellagen 2, die jeweils um einen Wickelkern 22 gewickelt sind. Hierbei umschließen die Wickellagen 2 den Wickelkern 22 wenigstens teilweise. Weiterhin weist der Transformator 1 eine Verteilervorrichtung 4 auf. Die Verteilervorrichtung 4 umfasst eine Kanalstruktur 6, die dazu ausgebildet ist, einen in 1 nicht dargestellten Flüssigkeitsfilm (siehe 2) wenigstens auf eine Teiloberfläche einer der Wickellagen 2 aufzubringen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kanalstruktur 6 derart ausgestaltet, dass ein Flüssigkeitsfilm auf jede der Wickellagen 2 aufgebracht werden kann (siehe 2).

Zum Auffangen der auf die Wickellagen 2 aufgebrachten Flüssigkeit ist ein Flüssigkeitssumpf 10 vorgesehen. Hierbei sammelt sich die an der Teiloberfläche der Wickellagen 2 herunterfließende Flüssigkeit im Flüssigkeitssumpf 10 an. Mittels einer Pumpe 26 kann die durch den Flüssigkeitssumpf 10 aufgesammelte Flüssigkeit wieder zur Kanalstruktur 6, zu deren weiteren Aufbringung auf die Wickellagen 2, zurückgeführt werden.

Zur erfindungsgemäßen Kühlung beziehungsweise zur Ausbildung des Flüssigkeitsfilms ist eine Flüssigkeit bevorzugt, die eine ausreichende Spannungsfestigkeit, keine oder nur eine geringe Brennbarkeit und eine ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweist. Weiterhin sollte die Flüssigkeit bevorzugt ein geringes Treibhauspotential (GWP) sowie ein geringes Ozonabbaupotential (ODP) aufweisen. Bevorzugt ist die Flüssigkeit zusätzlich oder alternativ nicht toxisch und umweltfreundlich. Die genannten Eigenschaften können wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, durch eine Flüssigkeit ermöglicht werden, die wenigstens einen Stoff aus den Stoffgruppen der Fluorether (CFE), der Fluorketone (CFK) und/oder der Fluorolefine (CFO) umfasst.

2 zeigt eine Wicklung des in 1 dargestellten Transformators 1 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Längsausdehnung der genannten Wicklung. Hierbei weist die Wicklung drei Wickellagen 2 auf. Die Wickellagen 2 sind konzentrisch um den Wickelkern 22 angeordnet. Zwischen dem Wickelkern 22 und einer Wickellage 2 sowie zwischen jeweils zwei benachbarten Wickellagen 2 ist wenigstens ein, insbesondere eine Mehrzahl von Abstandshaltern 24 vorgesehen. Die Abstandshalter 24 beabstanden eine der Wickellagen 2 vom Wickelkern 22. Weiterhin werden radial benachbarte Wickellagen 2 mittels der Abstandshalter 24 radial beabstandet. Hierbei bezieht sich der relative Begriff radial auf ein zylindrisches Koordinatensystem, dessen longitudinale Koordinatenachse (Zylinderachse, typischerweise z-Richtung) sich entlang der Längsausdehnung der Wickelung erstreckt.

Auf einer Teiloberfläche 8 jeder Wickellage 2 ist wenigstens ein Flüssigkeitsfilm 42 aufgebracht. Hierbei werden die Flüssigkeitsfilme 42 mittels der Verteilervorrichtung 4 sowie mittels der Kanalstruktur 6 auf die jeweilige Teiloberfläche 8 aufgebracht. Die Flüssigkeitsfilme 42 sind hierbei auf einer radial innenliegenden und/oder außenliegenden Seite der jeweiligen Wickellage 2 aufgebracht. Mit anderen Worten sind die Flüssigkeitsfilme 42 an Innen- und/oder Außenseiten der Wickellagen 2 angeordnet.

Weiterhin stellen die Abstandshalter 24 sicher, dass die Flüssigkeitsfilme 42 nicht durch einen aufsteigenden Dampf der Flüssigkeit unterbrochen werden. Der Dampf, der durch verdampfende Flüssigkeit gebildet wird, steigt hierbei beispielsweise zwischen zwei benachbarten Wickellagen 2 beziehungsweise zwischen dem Wicklungskern 22 und einer der Wickellagen 2 auf. Hierbei ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Wickellagen 2 oder zwischen dem Wickelkern 22 und einer der Wickellagen 2 derart angepasst, dass der aufsteigende Dampf nicht die Flüssigkeitsfilme 42 auf den jeweiligen Wickellagen 2 unterbricht oder abreißt.

In 3 ist eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausschnittes einer Verteilervorrichtung 4 sowie einer Mehrzahl von Wickellagen 2 dargestellt. Die Verteilervorrichtung 4 weist eine Kanalstruktur 6 auf. Mittels der Kanalstruktur 6 können Flüssigkeitsfilme 42 auf Teiloberflächen 8 der Wickellagen 2 aufgebracht werden. Hierzu weist die Kanalstruktur 6 im gezeigten Querschnitt eine Y-Form auf. Die Kanäle der Kanalstruktur 6 können fluidisch seriell oder parallel verschaltet sein. Die innerhalb von Kanälen der Kanalstruktur 6 strömende Flüssigkeit wird mittels der Kanalstruktur 6 beziehungsweise mittels der Verteilervorrichtung 4 auf die Teiloberflächen 8 der Wickellagen 2 aufgebracht. Hierbei bildet sich auf jeder der genannten Teiloberflächen 8, das heißt auf jeder der Wickellagen 2, ein Flüssigkeitsfilm 42 aus. Erwärmt sich nun eine der Wickellagen 2, beispielsweise durch einen Betrieb des Transformators 1, so verdampft wenigstens ein Teil der auf den Teiloberflächen 8 aufgebrachten Flüssigkeit. Durch die hierfür erforderliche Verdampfungsenthalpie wird die jeweilige Wickellage 2 vorteilhaft gekühlt.

4 zeigte eine weitere Ausgestaltung der Verteilervorrichtung 4. Hierbei verläuft im Gegensatz zu 3 die Kanalstruktur 6 der Verteilervorrichtung 4 annähernd parallel zu den Längsausdehnungen der Wickellagen 2. Hierzu ist wenigstens ein Teil der Kanalstruktur 6 zwischen jeweils zwei benachbarten Wickellagen 2 angeordnet. Mit anderen Worten erstreckt sich die Kanalstruktur 6 wenigstens teilweise entlang der Längsausdehnung der Wickellagen 2 beziehungsweise entlang der Längsausdehnung der Wicklungen.

Weiterhin weist die Kanalstruktur 6 zur Aufbringung der Flüssigkeitsfilme 42 eine Mehrzahl von Öffnungen 12 und/oder Düsen auf. Die Öffnungen 12 und/oder Düsen ermöglichen es, die Flüssigkeitsfilme 42 annähernd vollständig und möglichst ohne Unterbrechung auf die Teiloberflächen 8 der Wickellagen 2 aufzubringen. Hierbei kann die Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus den Öffnungen 12 und/oder Düsen geeignet angepasst werden. Eine solche Anpassung kann durch eine geeignete Größe der Öffnungen 12 und/oder Düsen erfolgen.

In 5 ist eine mögliche Ausgestaltung einer Rückkühlung beziehungsweise einer Rückkühlvorrichtung 18 des Transformators 1 in einer seitlichen Schnittdarstellung dargestellt. Hierbei ist der Transformator 1 innerhalb eines Kessels 14 angeordnet. An einer Außenseite des Kessels 14 ist eine Mehrzahl von Kühlrippen 20 vorgesehen. Die Kühlrippen 20 können mittels einer Kühlvorrichtung, beispielsweise mittels eines Ventilators 17, konvektiv und aktiv gekühlt werden. Allerdings ist auch eine passive Kühlung durch natürlich Konvektion denkbar. Die Strömungsrichtung der durch den Ventilator 17 bewegten Luft ist durch die parallelen Pfeile exemplarisch verdeutlicht.

Durch die Rückkühlung 18, die durch die Kühlrippen 20 unterstützt wird, wird der verdampfte Teil der Flüssigkeit, das heißt der Dampf innerhalb des Kessels 14, gekühlt und die Wärme wiederum an die Umgebung des Transformators 1 abgegeben. Weiterhin kondensiert wenigstens ein Teil des Dampfes durch die Rückkühlung 18 aus. Der genannte kondensierte Teil kann wieder zur Ausbildung der Flüssigkeitsfilme 42 vorgesehen sein.

In 6 ist eine weitere Ausgestaltung der Rückkühlung 18 des Transformators 1 vorgesehen. Hierbei wird der Dampf mittels Rohre 16, durch welche der Dampf strömt, aus dem Kessel 14 zur Rückkühlung entnommen. Für die Kühlung des Dampfes außerhalb des Kessels 14 ist ein Dampf-Luft-Wärmetauscher 28 vorgesehen. Weiterhin kann zur konvektiven Unterstützung ein Ventilator 17 vorgesehen sein. Der gekühlte und/oder teilweise kondensierte Dampf kann anschließend mittels der Rohre 16 wiederum in den Kessel 14 zur Kühlung des Transformators 1 und/oder zur Ausbildung des Flüssigkeitsfilms 42 zurückgeführt werden.

7 zeigt eine weitere Ausgestaltung zum Ausführungsbeispiel aus 6. Hierbei ist für die Rückkühlung 18 des Dampfes ein Dampf-Wasser-Wärmetauscher 30 vorgesehen. Der Dampf-Wasser-Wärmetauscher 30 weist einen Vorlauf und einen Rücklauf, beispielsweise für Wasser, auf. Hierbei kühlt das durch den Vorlauf einlaufende Wasser den aus dem Kessel 14 entnommenen Dampf wenigstens teilweise ab. Dadurch wird das Wasser wenigstens teilweise erwärmt. Das erwärmte Wasser wird mittels des Rücklaufes abgeführt. Vorteilhafterweise wird dadurch eine besonders effiziente Rückkühlung 18 des innerhalb des Kessels 14 vorhandenen Dampfes ermöglicht.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.