DE102020212257A1

DE102020212257A1 - Transformator

Info

Publication number: DE102020212257A1
Application number: DE102020212257.1A
Authority: DE
Inventors: Bruno Bosnjak; Grigori Danilov; Adrian Volk
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-03-31
Also published as: WO2022069185A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Transformator (1), umfassend mehrere Außenwände (2), wobei mindestens eine der Außenwände (2) pyramidenartige Strukturen (3) aufweist oder aus pyramidenartigen Strukturen (3) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator gemäß Anspruch 1.
Leistungstransformatoren und -reaktoren (im Folgenden als Transformatoren bezeichnet) emittieren im Betrieb Geräusche in die nähere Umgebung und unterliegen Regelungen hinsichtlich erlaubter Geräuschemissionen. Von einem Transformator emittierte Geräusche unterliegen immer einer bestimmten Toleranz und hängen von Materialeigenschaften, Verarbeitung und Toleranzen der Teile des Transformators ab.
Herkömmliche isolierflüssigkeitsgefüllte Transformatoren, beispielsweise Öltransformatoren, weisen einen Kessel mit im Wesentlichen rechteckigem, achteckigem oder rundem Querschnitt oder einer Kombination dieser Formen auf. Der Magnetkern und die Wicklungen (Aktivteil) vibrieren infolge von Magnetostriktion, magnetischen Kräften und Lorentzkräften und diese mechanischen Schwingungen werden über das Öl und die Stützelemente / Stützkonstruktion des Aktivteils, die am Deckel des Kessels, den Seitenwänden oder dem Boden des Kessels befestigt sind, auf den Kessel übertragen. Die mechanischen Schwingungen des Kessels werden an die Umgebung in Form von Luftschall abgestrahlt, welcher in der Nähe des Transformators gemessen werden kann. Das Geräuschspektrum umfasst die Primärkomponente, das Doppelte der anregenden Grundfrequenz und höhere geradzahlige Harmonische davon bei Sinusanregung und ungeradzahlige und geradzahlige Harmonische bei Sinusanregung mit einem Gleichspannungsanteil, was einen verbreiteten Betriebsfall darstellt.
US 8 235 169 B2 , EP 3 065 129 A1 , US 4 215 763 A , US 4 514 714 A , DE 10 2015 215 454 A1 und US 3 232 715 A beschreiben Lösungen zur Reduktion von Vibrationen von Transformatoren, bei denen zusätzliche Teile am Transformator angebracht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Transformator anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Transformator mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßer Transformator umfasst mehrere Außenwände, wobei mindestens eine der Außenwände pyramidenartige, insbesondere pyramidenförmige Strukturen aufweist oder aus pyramidenartigen, insbesondere pyramidenförmigen Strukturen gebildet ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht, die Geräuschemission des Transformators zu verringern und so auf kostengünstige und materialsparende Weise die Geräuschemissionen an die Kundenerfordernisse und/oder an gesetzliche Erfordernisse anzupassen. Insbesondere werden durch die erfindungsgemäße Lösung mechanische Schwingungen eines durch die Außenwände gebildeten Kessels verringert. Dies führt zu einer geringeren Schallabstrahlung.
In einer Ausführungsform sind die pyramidenartigen Strukturen so dimensioniert, dass Eigenfrequenzen des Transformators von einer durch den Betrieb des Transformators bedingten Anregungsfrequenz und/oder mindestens einer Harmonischen der Anregungsfrequenz weg verschoben werden.
In einer Ausführungsform weisen die pyramidenartigen Strukturen Winkel auf, die so dimensioniert sind, dass eine destruktive Schallinterferenz in einem bestimmten Bereich der Umgebung des Transformators hervorgerufen wird.
In einer Ausführungsform sind die pyramidenartigen Strukturen so dimensioniert, dass konstruktive Interferenzbereiche, die von einer der pyramidenartigen Strukturen oder einer Platte mit solchen pyramidenartigen Strukturen herrühren, mit den konstruktiven Interferenzbereichen, die von einer anderen der vibrierenden pyramidenartigen Strukturen oder einer anderen Platte mit solchen pyramidenartigen Strukturen herrühren, zusammentreffen, so dass diese sich gegenseitig auslöschen.
In einer Ausführungsform bilden die Außenwände einen Kessel. Der Transformator kann so als ein isolierflüssigkeitsgefüllter Transformator, insbesondere Öltransformator, betrieben werden.
In einer Ausführungsform ist mindestens eine der Außenwände, die pyramidenartige Strukturen aufweist oder aus pyramidenartigen Strukturen gebildet ist, als eine Seitenwand oder als ein Boden oder eine Decke des Transformators ausgebildet.
In einer Ausführungsform sind die pyramidenartigen Strukturen als Teil der Außenwände oder als daran angeschweißte Strukturen ausgebildet.
In einer Ausführungsform sind an mindestens einer der Außenwände Versteifungselemente ausgebildet, wobei die pyramidenartigen Strukturen an den Versteifungselementen ausgebildet sind.
In einer Ausführungsform sind an mindestens einer der Außenwände Versteifungselemente ausgebildet, wobei die pyramidenartigen Strukturen zwischen und/oder neben den Versteifungselementen ausgebildet sind.
In einer Ausführungsform sind an mindestens einer der Außenwände aus den pyramidenartigen Strukturen Versteifungselemente ausgebildet.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Transformators,
2 eine weitere schematische Ansicht des Transformators, und
3 eine schematische Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Transformators.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 1 und 2 zeigen schematische Ansichten einer beispielhaften Ausführungsform eines Transformators 1.
Der Transformator 1 weist Außenwände 2, insbesondere Seitenwände auf. Im Inneren des Transformators können ein oder mehrere Wicklungen, Eisenkerne, Magnetkerne etc. vorgesehen sein die von einer Isolierflüssigkeit, beispielsweise einem Öl umgeben sind. Die Außenwände 2 bilden einen Kessel, um die Isolierflüssigkeit zurückzuhalten.
Ein oder mehrere der Außenwände 2 weisen pyramidenartige Strukturen 3 auf oder sind aus solchen pyramidenartigen Strukturen 3 gebildet. Die pyramidenartigen Strukturen 3 sind so dimensioniert, dass die Eigenfrequenzen der metallischen Strukturen des Transformators 1 von der Anregungsfrequenz und einigen der anschließenden höheren Harmonischen der Anregungsfrequenz weg verschoben werden, um mechanische Resonanzeffekte zu vermeiden.
Infolge der zusätzlichen Masse der pyramidenartigen Strukturen 3 wird als zweites ein Dämpfungseffekt im niedrigen Frequenzbereich erzielt, da die Geräusche des Transformators im massedominierten Bereich des Geräuschspektrums liegen.
Ein dritter Effekt besteht darin, dass die Winkel der pyramidenartigen Strukturen 3 so dimensioniert sind, dass eine destruktive Schallinterferenz in einem bestimmten Bereich der Umgebung des Transformators 1 hervorgerufen wird.
Die pyramidenartigen Strukturen 3 können so dimensioniert sein, dass konstruktive Interferenzbereiche, die von einer der pyramidenartigen Strukturen 3 oder einer Seitenfläche einer solchen pyramidenartigen Struktur 3 herrühren, mit den konstruktiven Interferenzbereichen, die von einer anderen der vibrierenden pyramidenartigen Strukturen 3 oder einer anderen Seitenfläche einer solchen pyramidenartigen Struktur 3 herrühren, zusammentreffen, so dass diese sich gegenseitig auslöschen, um eine Geräuschreduktion im gewünschten Bereich zu erzeugen.
Anders als bei bekannten Lösungen, bei denen zusätzliche Komponenten am Kessel befestigt werden, kann bei Einsatz der pyramidenartigen Strukturen 3 als Teil der Außenwände 2 oder als daran angeschweißte Strukturen auf zusätzliche Komponenten verzichtet werden. Auf diese Weise ergeben sich Kostenvorteile. Zusätzlich am Kessel befestigte Komponenten, beispielsweise Dämmpanele oder ein Dämmhaus, wie im Stand der Technik bekannt, können bei manchen Betreibern unzulässig sein oder infolge von Transportbeschränkungen (Bahnprofil, Brücken, etc.) dazu führen, dass der Transformator nicht gebaut werden kann, während dies mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich ist.
In den 1 und 2 sind die pyramidenartigen Strukturen 3 an Versteifungselementen 4 der Außenwände 2 ausgebildet, beispielsweise so, dass mehrere der pyramidenartigen Strukturen 3 übereinander an jeweils einem Versteifungselement 4 angeordnet sind.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Transformators 1, der in ähnlicher Weise gebildet ist wie der Transformator 1 gemäß den 1 und 2. Anders als in den 1 und 2 sind in der Ausführungsform gemäß 3 die pyramidenartigen Strukturen 3 jedoch zwischen und/oder neben Versteifungselementen 4 der Außenwände 2 ausgebildet, beispielsweise so, dass mehrere der pyramidenartigen Strukturen 3 übereinander neben einem Versteifungselement 4 oder zwischen zwei Versteifungselementen 4 angeordnet sind.
In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen können die Versteifungselemente 4 aus den pyramidenartigen Strukturen 3 gebildet sein, beispielsweise so, dass mehrere der pyramidenartigen Strukturen 3 übereinander oder nebeneinander jeweils ein Versteifungselement 4 bilden oder sich zwischen zwei Versteifungselementen befinden. Ebenso können ein oder mehrere der Außenwände 2 gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen ausgebildet sein, während ein oder mehrere weitere Außenwände 2 gemäß einer anderen der vorgenannten Ausführungsformen ausgebildet sind.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Transformator
2: Außenwand
3: pyramidenartige Struktur
4: Versteifungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8235169 B2 [0004]
EP 3065129 A1 [0004]
US 4215763 A [0004]
US 4514714 A [0004]
DE 102015215454 A1 [0004]
US 3232715 A [0004]

Claims

Transformator (1), umfassend mehrere Außenwände (2), wobei mindestens eine der Außenwände (2) pyramidenartige Strukturen (3) aufweist oder aus pyramidenartigen Strukturen (3) gebildet ist.
Transformator (1) nach Anspruch 1, wobei die pyramidenartigen Strukturen (3) so dimensioniert sind, dass Eigenfrequenzen des Transformators (1) von einer durch den Betrieb des Transformators (1) bedingten Anregungsfrequenz und/oder mindestens einer Harmonischen der Anregungsfrequenz weg verschoben werden.
Transformator (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die pyramidenartigen Strukturen (3) Winkel aufweisen, die so dimensioniert sind, dass eine destruktive Schallinterferenz in einem bestimmten Bereich der Umgebung des Transformators hervorgerufen wird.
Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die pyramidenartigen Strukturen (3) so dimensioniert sind, dass konstruktive Interferenzbereiche, die von einer der pyramidenartigen Strukturen (3) oder einer Seitenfläche einer solchen pyramidenartigen Struktur (3) herrühren, mit den konstruktiven Interferenzbereichen, die von einer anderen der vibrierenden pyramidenartigen Strukturen (3) oder einer anderen Seitenfläche einer solchen pyramidenartigen Struktur (3) herrühren, zusammentreffen, so dass diese sich gegenseitig auslöschen.
Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenwände (2) einen Kessel bilden.
Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Außenwände (2), die pyramidenartige Strukturen (3) aufweist oder aus pyramidenartigen Strukturen (3) gebildet ist, als eine Seitenwand ausgebildet ist.
Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die pyramidenartigen Strukturen (3) als Teil der Außenwände (2) oder als daran angeschweißte Strukturen ausgebildet sind.
Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an mindestens einer der Außenwände (2) Versteifungselemente (4) ausgebildet sind, wobei die pyramidenartigen Strukturen (3) an den Versteifungselementen (4) ausgebildet sind.
Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an mindestens einer der Außenwände (2) Versteifungselemente (4) ausgebildet sind, wobei die pyramidenartigen Strukturen (3) zwischen und/oder neben den Versteifungselementen (4) ausgebildet sind.
Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an mindestens einer der Außenwände (2) aus den pyramidenartigen Strukturen (3) Versteifungselemente (4) ausgebildet sind.