WO2008043389A1 - Transformator für meeresströmungskraftwerk - Google Patents

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WO2008043389A1
WO2008043389A1 PCT/EP2006/067124 EP2006067124W WO2008043389A1 WO 2008043389 A1 WO2008043389 A1 WO 2008043389A1 EP 2006067124 W EP2006067124 W EP 2006067124W WO 2008043389 A1 WO2008043389 A1 WO 2008043389A1
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transformer
cooling
outer shell
tank
cooling medium
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PCT/EP2006/067124
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Glasser
Gerhard Wruss
Original Assignee
Siemens Transformers Austria Gmbh & Co Kg
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/16—Water cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/12—Oil cooling
    • H01F27/14—Expansion chambers; Oil conservators; Gas cushions; Arrangements for purifying, drying, or filling

Definitions

  • Transformer in particular for use under water in a hydro-electric plant, e.g. a sea current power plant.
  • the invention relates to an electrical transformer in a transformer tank, and with an outer shell surrounding the transformer tank, wherein the space between transformer tank and outer shell is filled with a liquid cooling medium.
  • the invention further relates to an arrangement for cooling an electrical transformer.
  • the outer vessel is partially filled with a gas to form a gas space such that the electrical contact terminals completely in the gas space lie. Furthermore, pressure compensation means are provided, which are connected to the gas space. In this submersible transformer, the heat generated during operation by the cooling liquid of the transformer tank via the transformer tank to the cooling liquid of the
  • the object of the invention is to provide a transformer which emits as little heat during operation.
  • the object is achieved in a transformer of the type mentioned according to the invention that means are provided for cooling the liquid cooling medium.
  • a first advantageous embodiment of the invention is that the outer shell is designed as a shell, consisting of waterproof and gas impermeable material. This ensures insulation to the outside and to the inside.
  • a jacket as outer shell with waterproof and gas-impermeable material also reduces maintenance and prevents contamination of the
  • Transformer boiler and outer shell works under pressure, a waterproof and gas-impermeable outer shell is important for the operation of the cooling system.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the outer shell is designed as a metal outer shell. This ensures both a sealing of the transformer to the outside, as well as a protection of the transformer from external influences (such as shocks).
  • a metal outer shell (for example made of steel or stable aluminum with a thickness of 6mm) as outer shell guarantees the operation of the transformer even at high external pressure.
  • the outer shell is advantageously formed single-walled.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the outer shell is connected to the transformer tank by connecting elements.
  • the connecting elements can be connected to the outer shell and the transformer tank, e.g. be welded and increase the pressure stability of the transformer, in particular by the surface pressure on the transformer is minimized.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the connecting elements are arranged and / or formed in such a way to achieve a uniform distribution of the liquid cooling medium in the space between the transformer tank and outer shell and to ensure a compressive strength of at least 3 bar external pressure. Since heated cooling water rises, is caused by the arrangement and shape of the connecting elements that the cooling water in the outer shell slowly up to Transformer lid rises, and where it is evenly distributed between the outer shell and transformer tank. This ensures optimal cooling.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that at least a portion of the connecting elements, in particular in the vicinity of the transformer base, are comb-shaped, for a uniform distribution of the liquid cooling medium in the space between transformer tank and outer shell.
  • a cooling medium in the space between transformer tank and outer shell water can be used, preferably provided with a corrosion protection and / or antifreeze. As heated cooling water rises, the comb-shaped shape of the
  • Connecting elements ensures that the cooling water in the outer shell is distributed evenly between the outer shell and the transformer tank. This ensures optimal cooling.
  • the comb-shaped connecting elements also cause a certain rigidity of the outer shell and thus also increase the pressure resistance of the outer shell and the transformer tank.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the connecting elements, in particular in the vicinity of the transformer cover, arranged and / or formed in such a way to ensure a compressive strength of at least 3 bar.
  • the connecting elements which are arranged in the vicinity of the transformer cover, ie substantially in the upper third of the transformer, serve less the uniform distribution of the cooling water, but mainly have the purpose to produce a high compressive strength.
  • connecting elements in the upper area of the Transformer tank and the outer shell can therefore be simple metal rods (eg round or square bars) are used, for example, are mounted in parallel rows. The arrangement of the connecting struts in parallel rows of the surface pressure is reduced to the outer shell.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the means for cooling the cooling medium are coupled to a cooling system of another component.
  • the cooling effect is amplified for the transformer, also with the coupling of the cooling systems created a redundancy, which increases the reliability for the cooling.
  • a component is used, which already exists anyway.
  • Other components may e.g. one or more
  • Frequency converter one or more generators, or one or more other transformers.
  • Cooling system of another component is used. Transformers often interact with other electrical components, e.g. Frequency converter. If a cooling system of an already existing component is used as the cooling system for the cooling medium of the outer shell, this results in a space saving, which is particularly advantageous in spatially tight environments, e.g. in the tower of an underwater power plant. Furthermore, there is an efficient use of an existing cooling system.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the further component is an electrical machine, in particular a frequency converter, a generator or a second transformer is.
  • Electrical machines are often used in interaction with other electrical machines.
  • frequency converters are used to balance the different ocean currents that affect the turbines and generators.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the means for cooling the liquid cooling medium with the cooling system of the further component are arranged in series. This results in a space-saving and compact design, which allows in particular the use in confined spaces.
  • a further advantageous embodiment of the invention consists in that the means for cooling the liquid cooling medium are arranged in parallel with the cooling system of the further component. Through the parallel arrangement, the amount of water is divided and cooler water is supplied to the transformer. The heat output of the transformer to the environment is thus reduced by this additional cooling effect.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the cooling medium of the transformer in the transformer tank no contact with the transformer cover wherein, as the cooling liquid, mineral oil, ester liquid or silicone oil is usable. This ensures that the transformer emits little or no heat to the environment. This eliminates the need for air conditioning in the vicinity of the transformer. This is particularly advantageous in the confined space of a tower for a sea current or tidal power plant. Furthermore, no energy needs to be supplied to an air conditioner.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the transformer tank has a sensor, in particular a level indicator.
  • a sensor in particular a level indicator.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the transformer tank, in particular on
  • Transformer lid having an opening to the environment, wherein in the transformer tank penetrating air is passed through a dehumidifier.
  • the oil level eg mineral oil, ester liquid or silicone oil
  • the oil level in the transformer tank depends on the temperature of the oil used. As the temperature rises, so does the oil level in the transformer tank. When cooled, air is sucked in when the oil level drops.
  • a free oil level is required because no pressure compensation means (eg an expansion tank) is used and the expansion of the corrugated walls of the transformer is not sufficient, especially at 3 bar back pressure.
  • the dehumidifier ensures that air sucked in is dried, otherwise it would be at a Use in damp locations (eg on or in the sea) to damage the transformer's internal insulation system.
  • the dehumidifier can use Silica Gel for its operation.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the base of the transformer with transformer tank and outer shell does not exceed 1200 mm x 900 mm, the rated power of the transformer is 1250 kVA. This makes it possible to set up the transformer in confined or confined spaces. Furthermore, the transformer can be transported through narrow places. By keeping the transformer tank and outer shell at least at a pressure of 3 bar, it is ensured that the transformer can be used in adverse environments, especially in environments where pressure and stress are present. Such adverse environments can be found e.g. in ocean current or tidal power plants.
  • a further advantageous embodiment of the invention consists in that the transformer can be used operationally in a plant under water, in particular in a hydroelectric plant.
  • electrical equipment and machines that are to be used in hydro-electric systems eg ocean current or tidal power plants
  • a transformer must not be too bulky and its dimensions should not be too large, as there is usually a structural confinement (the resistance of the building in the water should remain low).
  • the heat output of the electrical machines should be kept to a minimum, so no additional air conditioning systems are needed in the facility.
  • the water jacket (outer shell) of the transformer according to the invention causes no additional air conditioning is needed.
  • the space required for the cooling of the water jacket is kept minimal, if for the cooling system of another anyway existing component (eg frequency converter) is used.
  • the invention further relates to an arrangement for cooling an electrical transformer, in particular in a hydro-electric system, comprising: a transformer arranged in a transformer tank; an outer shell substantially surrounding the transformer tank, the outer shell including a cooling medium; and means for cooling the cooling medium of the outer shell.
  • Arrangement allows locations of the transformer where no air conditioning is needed to cool the heat given off by the transformer.
  • One possible location is e.g. in the tower of a sea current power plant under water.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the inventive electrical transformer with outer shell and cooling system for the cooling medium in the outer shell.
  • Embodiment of the inventive electrical transformer wherein the outer shell does not surround the underside of the transformer tank
  • 3 shows a schematic illustration of a further example of the inventive electrical transformer, in which the outer shell does not completely surround the lower region of the transformer tank
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an example of an arrangement of the comb-like elements between transformer tank and outer jacket.
  • Fig.l shows a schematic representation of an electrical transformer 1 in a transformer tank 2.
  • Transformer boiler 2 is arranged in an outer shell 3 and enclosed by this. Between the transformer tank 2 and the outer shell 3, a liquid cooling medium 4 is also provided. In the transformer tank 2, a cooling medium 5 is also provided. The transformer tank 2 is connected to the outer shell 3 by connecting elements 14. By the connecting elements 14, the surface pressure on the transformer tank 2 and on the outer shell 3 is reduced.
  • the connecting elements 14 in the upper region of the transformer are used for compressive strength, the connecting elements 14 in lower portion of the transformer used in addition to the compressive strength in particular the uniform distribution of the liquid cooling medium (4) between the transformer tank 2 and outer shell 3.
  • water can be used.
  • suitable as the cooling medium 4 water which is provided with an additive (corrosion protection, antifreeze, coolant), eg glycol.
  • the liquid cooling medium 4 is connected to a cooling system 11,12,13.
  • the heated cooling liquid 4 is discharged from the opening 6 in the conduit 11 and fed to a heat exchanger 13.
  • the cooled heat transfer medium 4 is supplied through the opening 6 ', which is preferably located near the bottom of the transformer, in the space between the transformer tank 2 and outer shell 3 again.
  • the line 11 is provided with a pump 12 (hydraulic pump) to ensure optimum cooling.
  • the seawater can be used in the heat exchanger 13 for cooling the cooling medium 4.
  • the heat exchanger 13 is to be attached because of the pressure conditions, preferably near the sea level.
  • the heat exchanger 13 may be e.g. made of titanium, because of the high corrosion resistance.
  • the cooling system for the cooling water between the outer shell 3 and the transformer tank 2 can operate in stand-alone mode, ie independently, without connection to other components.
  • the cooling system for the cooling water between the outer shell 3 and the transformer tank 2 may also be coupled to the cooling system of another component or other components.
  • the operative interaction with the cooling system of another Component eg an electrical machine (frequency converter, further transformer, generator, etc.) enhances the cooling effect. If the other component is present anyway also results in a space savings. This is particularly useful in confined environments (eg in the tower of a sea current power plant).
  • a connecting line 11 a pipe or a hose can be used as a connecting line 11, a pipe or a hose can be used.
  • the connecting line 11 may be fastened and connected to the connection openings 6, 6 ', for example, by a screw, plug-in or coupling mechanism with the outer shell.
  • the outer shell 3 is formed as a jacket (so-called water jacket) with a waterproof and gas-impermeable material.
  • the outer shell to ensure adequate pressure resistance.
  • the material for the outer shell will thus be substantially rigid when used underwater.
  • the outer shell is preferably formed as a metal shell.
  • metals is e.g. Steel suitable, but also solid aluminum (6 mm thickness) is conceivable.
  • Coolant 5 in the transformer tank 2 is dependent on the temperature of the coolant. When the temperature rises, the liquid level rises 8. When cooled the liquid level 8 drops and air is sucked in. A free liquid level 8 is necessary because in metal corrugated walls as good as no expansion is possible and the operation of the transformer should be ensured even at high back pressure (eg use in the tower of a sea current or tidal power plant).
  • the transformer according to the invention also works properly even at 3 bar back pressure.
  • the dehumidifier 10 ensures that the air sucked in on cooling is dried before it enters the transformer tank 2. Because of the risk of corrosion, it makes sense only to let dry air into the transformer tank. Especially when used in or at sea, the ambient air is very humid.
  • the dehumidifier 10 is preferably mounted on or in the vicinity of the transformer cover 15.
  • Transformer cover 15 no heat dissipated to the environment.
  • a sensor system 7 for example level gauge
  • the level 8 of the cooling liquid is detected permanently or at intervals.
  • Transformer boiler is e.g. Detected via the sensor 7 when too much cooling liquid 5 is supplied or was supplied and the cooling liquid 5 could come into contact with the transformer cover 15.
  • the sensor 7 detects when the liquid level 8 of the
  • Transformer oil 5 approaches the transformer cover 15. Since the transformer emits little or no heat to the environment, the environment does not require air conditioning for cooling. This saves energy and space.
  • the transformer 1 is equipped with electrical contact terminals 16. These are in the upper area of the transformer
  • Transformer boiler 2 in particular on the transformer cover 15.
  • the actual necessary number of electrical contact terminals 16 results from the number of phases for which the
  • Transformer 1 is formed; usually two or more ports are required per phase. With electrical terminals 18, the transformer 1 is connected to the electrical contact terminals 16. About the electrical contact terminals 16 of the transformer with electrical connection lines 17 is connected to its operation.
  • the electrical connections and electrical connections for the transformer can be designed differently (for example, detachable plug or screw connections are conceivable).
  • the advantages of the transformer are that it gives little or no heat and its compact design.
  • the base area of the transformer with transformer tank and outer shell does not exceed 1200 mm x 900 mm, whereby the nominal power of the transformer amounts to 1250 kVA. As a result, it can be used in confined spaces, where these
  • the transformer 1 can be operated in stand-alone mode, ie the cooling system (12,13) for the cooling medium 4 between the transformer tank 2 and outer shell 3 operates independently and independently of other cooling systems.
  • the cooling system (12,13) but also with other external Cooling systems operatively coupled. As a result, the cooling capacity is increased and also provides the coupling with other cooling systems for a redundancy in the cooling components, resulting in a higher reliability and reliability.
  • cooling system (12,13) for the cooling medium 4 between transformer tank 2 and outer shell 3 to take the cooling system of another component, such as another electric machine (generator, frequency converter, transformer, etc.).
  • another component such as another electric machine (generator, frequency converter, transformer, etc.).
  • cooling mechanisms e.g., radiator, heat sink
  • radiator heat sink
  • the outer shell 3 may completely or partially surround the transformer 1 and the boiler 2.
  • the cooling medium 4 comes into contact with it on all outer sides of the transformer tank 2, or only on certain outer walls of the transformer tank 2. If the cooling medium 4 comes in contact with it, for example, only on the lateral outer walls of the transformer tank 2, this makes it possible simpler construction and manufacturing.
  • the cooling medium 4 is supplied in the lower region of the outer shell 3 and discharged (after consumption of the cooling) in the upper region.
  • connection openings 6 and 6 ' Supply and removal of the cooling medium takes place at the connection openings 6 and 6 '. Since the inventive transformer 1 with boiler 2 and outer shell 3 is particularly designed to withstand at least 3 bar ambient pressure, the shaft walls of the boiler 2 are robust and therefore designed to be less flexible. On the lateral outer walls of the boiler 2 are the
  • the connecting elements 14 may be welded, screwed or attached by a plug connection.
  • the connecting elements 14 may be round bars or edged bars. But it is also a form of T-beam conceivable. Round rods are easy to produce, fasteners 14 in the form of a T-beam provide greater stability and pressure resistance.
  • the connecting elements 14 in the lower region of the gap between the boiler 2 and outer shell 3 have in addition to the stabilization and pressure resistance the task to distribute the cooling medium 4 evenly in this space, so that optimal cooling of the heat loss is ensured.
  • the connecting elements 14 in the lower region of the gap between the boiler 2 and the outer shell 3 are therefore structurally designed to ensure optimum distribution of the cooling medium 4 in the intermediate space. For example, allow comb-like configured connecting elements 14 a very good distribution of the cooling medium 4 in the space.
  • the outer shell 3 is preferably not formed as a corrugated wall, since it does not have the function, the heat loss to the
  • FIG. 1 shows in a schematic representation of a further embodiment of the inventive electrical transformer, wherein the outer shell does not surround the underside of the transformer tank.
  • the bottom ie the bottom of the transformer 1 and the boiler 2 is not surrounded by the cooling medium 4.
  • the transformer tank 2 sits either directly on the outer shell 3, or the transformer tank 2 and the outer shell 3 have a common bottom, which is formed for example by a steel plate. This embodiment allows a simple and material-saving design and manufacture of the transformer.
  • FIG. 3 shows in a simplified schematic representation a further example of the inventive electrical system
  • the outer shell 3 surrounds the transformer tank 2 only in a region of the lateral outer walls of the transformer tank 2
  • Transformer lid 15 the bottom of the transformer tank 2 and a lower portion on the lateral outer walls of the transformer tank 2 is not included in the outer shell 3. If the lower portion of the transformer tank 2 not covered by the outer shell 3 is too large, it will have a negative effect on the cooling effect.
  • the distance a from the bottom of the transformer tank 2 to the lower beginning of the outer shell 3 can be in the range of 1 to 20 cm.
  • This embodiment of the transformer allows for a simple design and manufacture, and on the other hand, this embodiment is particularly for heavy transformers. 1 and heavy boilers 2 advantageous because the weight pressure on the underside of the outer shell 3 is omitted.
  • Transformer 19 and a further component 21 are transformer with transformer tank and outer shell according to the invention.
  • the cooling system 20 of a further component 21 for cooling the cooling medium 4 between the transformer tank 2 and outer shell 3 is used.
  • the cooling system 20 of the further component 21 can act instead of the means for cooling (12, 13) of the cooling medium 4.
  • the transformer 19 does not have its own cooling means (e.g.
  • Heat exchanger of the cooling medium 4 between transformer tank 2 and outer shell 3.
  • the cooling system 20 of a further component 21 is used for cooling the cooling medium 4.
  • the cooling medium 20 is supplied to the transformer 19 via the connection opening 6 'from the cooling system 20 of the component 21 and discharged again via the connection opening 6 after cooling.
  • the cooling system 20 of the further component 21 can also act together with the means for cooling (12, 13) the cooling medium 4.
  • the cooler 13 eg heat exchanger
  • the pump of the transformer 19 operate together in this operating condition and increase the cooling effect for the transformer 19.
  • an air conditioner would take up extra space, would require additional power, and also cause corresponding maintenance efforts. If component 21 is present anyway
  • the use of their cooling system 20 results in considerable advantages in terms of cooling capacity and space utilization.
  • the series-connected cooling systems thus continue to result in a space-saving and compact design, which allows in particular the use in confined spaces.
  • cooling systems 20 of several other components 21 to the coolant (12,13) of the transformer 19 are connected in series, or the cooling systems 20 of several other components 21 can replace the means for cooling (12,13) of the transformer 19. If in addition to the cooling means (12,13) of the transformer 19, the cooling systems 20 of other components 21 are used, a redundancy of cooling systems is present, whereby the reliability for the cooling of the cooling medium 4 between the boiler 2 and outer shell 3 is increased.
  • the cooling systems 20 of the further components 21 may all be connected in series with the cooling system (12, 13) of the transformer 19.
  • cooling systems 20 of the other components 21 are connected in parallel to each other.
  • the cooling systems 20 of the other components 21 can be flexibly added or removed by valves. By disconnecting or connecting cooling systems 20, a scaled cooling for the transformer 19 can be achieved. The cooling for the transformer 19 is thus adaptable to different requirements.
  • FIG. 5 shows, in a greatly simplified illustration, a parallel connection of the cooling systems of the inventive transformer 19 with the cooling system 20 of another Component 21.
  • the transformer 19 represents a transformer according to the invention with a transformer tank and outer shell.
  • component 21 electrical machines, e.g. Generators, dynamos, frequency converters or other transformers. It is also possible to connect the cooling systems 20 of several components 21 in parallel with the transformer 19. For example, Several frequency inverters can act as components connected in parallel. The components 21 may be e.g. be switched on or off by valves. By disconnecting or connecting cooling systems 20, a scaled cooling for the transformer 19 can be achieved. The cooling for the transformer 19 is thus adaptable to different requirements. Furthermore, a redundancy of cooling systems is present, whereby the reliability for the cooling of the transformer 19 is increased.
  • FIG. 6 shows the tower 22 of a sea current power plant.
  • a tower is a possible place of use of the transformer 1,19 according to the invention.
  • hydro-electric systems such as ocean current or tidal power plants
  • the flow of water is used to generate energy.
  • several towers 22 with one or more under the water surface 24 rotors 23 such hydro- Electrical system.
  • 6 shows a tower 22 with 2 rotors 23.
  • the rotors 23 work like turbines in a power plant and generate electricity which is forwarded via lines to the mainland. Since there are different flow conditions during the operation of such a system, frequency converters are required in particular. Furthermore, the spatial conditions in the tower 22 are narrow and limited. Now, if the transformer is used 1.19 in a tower 22 of a sea current power plant, for the dimensions (volume) of the transformer corresponding
  • the direct cooling of the transformer 1 is carried out by the cooling medium 5 in the transformer tank 2 (for example, mineral oil, ester liquid or silicone oil). If the cooling medium 5 in the transformer tank 2 has no contact with the transformer cover, little heat is released to the outside. In order to further reduce the heat output of the transformer according to the invention was surrounded with an outer shell 3, which contains water as a cooling medium 4, possibly water with cooling additive.
  • the cooling medium 5 in the transformer tank 2 for example, mineral oil, ester liquid or silicone oil.
  • the cooling system of a component which is present anyway in the tower 22, e.g. a frequency converter is used one obtains an improved cooling effect for the transformer 1,19 without the need for additional space.
  • the footprint of the overall transformer (with transformer tank and outer shell) can thus be advantageously dimensioned, and does not exceed 1200 mm x 900 mm.
  • the transformer according to the invention 1,19 with transformer tank 2 and the outer shell 3 must due to the harsh environmental conditions (eg pressure under water) can withstand at least a pressure of 3 bar.
  • As means for cooling 13 of the cooling medium 4 between transformer tank 2 and outer shell 3 is particularly suitable when used in a tidal power plant
  • Heat exchanger 13 which is supplied through the line 11 by the waste heat of the transformer 1 heated cooling water 4 and brings the heated cooling water 4 in contact with the relatively cold sea water and thereby cools again.
  • the heat exchanger 13 in the tidal power plant can be located just below sea level. Just below sea level moderate pressure conditions prevail.
  • the transformer 1, 19 itself with boiler 2 and outer shell 3 can be used much deeper (more than 30 meters below sea level), since it can withstand at least 3 bar pressure.
  • the comb-like elements which can be arranged between the transformer tank 2 and the surrounding outer shell 3 in order to ensure as uniform a distribution of the cooling medium (for example cooling water) 4 as possible. Since usually the cooling medium 4 is supplied to the transformer bottom and discharged to the transformer cover 15, the comb-like elements are to be attached in particular to the transformer base for a uniform cooling effect.
  • the cooling medium 4 for example cooling water
  • Connecting elements 14, which are mounted between transformer tank 2 and outer wall 3, may be formed as comb-like elements.
  • the connecting elements 14 also effect the distribution of the cooling medium 4.
  • the comb-like elements can also be attached in addition to the connecting elements 14.
  • the comb-like elements engage between the cooling fins of the Transformer tank, so that the transformer tank 2 can deliver its waste heat effectively to the cooling medium 4.
  • the comb-like elements engage in the ribs of the corrugated walls of the transformer tank 2 and ensure a uniform distribution of the cooling water.
  • the connecting elements 14 serve in addition to their stability function for uniform
  • the connecting elements 14 are part of the comb-like elements.
  • the embodiment of the invention makes it possible, in particular, to use the transformer according to the invention in environments in which only little heat may be emitted, such as shopping centers, residential areas, underwater power plants.
  • the outer shell 3 also provides a seal.
  • the transformer is also suitable for critical sites with regard to environmental compatibility (for example, water protection, environmental protection), since oil leakage (cooling medium 5 in the boiler 2) is avoided in the event of a malfunction (for example leak in the boiler 2).
  • the outer shell 3 also ensures that the noise output of the transformer 1.19 is low.
  • the cooling medium 4 of the outer shell 3 can be cooled by a cooling system, which is connected to the cooling system 20 of other components 21st can be coupled.
  • the Transformer 1.19 is particularly suitable for operation in ocean current and tidal power plants.

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Abstract

Elektrischer Transformator 1,19 in einem Transformatorkessel 2 mit elektrischen Kontaktanschlüssen, und mit einer den 5 Transformatorkessel 2 umschließenden, mit einem Kühlmedium 4 gefüllten, Außenhülle 3. Das Kühlmedium 4 der Außenhülle 3 ist durch ein Kühlungssystem kühlbar, welches an das Kühlsystem 20 weiterer Komponenten 21 koppelbar ist. Der Transformator 1,19 ist insbesondere geeignet für den Betrieb 10 in Meeresströmungs- und Gezeitenkraftwerken.

Description

Transformator für Meeresströmungskraftwerk
Transformator, insbesondere zur Verwendung unter Wasser in einer hydro-elektrischen Anlage, z.B. einem Meeresströmungskraftwerk .
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Transformator in einem Transformatorkessel, und mit einer den Transformatorkessel umgebenden Außenhülle, wobei der Raum zwischen Transformatorkessel und Außenhülle mit einem flüssigen Kühlmedium gefüllt ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum Kühlen eines elektrischen Transformators.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 99/63555 ist ein Unterwassertransformator bekannt. Bei diesem Unterwassertransformator ist ein elektrischer Transformator in einem ölgefüllten Transformatorkessel angeordnet und dessen elektrische Anschlüsse sind über am Transformatorkessel vorgesehene Kontaktanschlüsse aus dem Transformatorkessel herausgeführt. Der Transformatorkessel ist innerhalb eines Außenkessels angeordnet, der vollständig mit Transformatoröl als Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Die Kontaktanschlüsse sind mit Anschlussvorrichtungen kontaktiert und über druckfeste Kabeldurchführungen durch den Außenkessel nach außen geführt, Zum Anpassen des Drucks im Außenkessel des Unterwassertrans¬ formators an den Wasserdruck des den Außenkessel umgebenden Wassers sind Druckausgleichsmittel vorgesehen. Bei der be¬ kannten Anordnung ist der Außenkessel relativ dünnwandig aus¬ gebildet, da er wegen der Druckausgleichsmittel nur eine ge¬ ringe Druckbelastbarkeit aufweisen muss. Bei einem Leck im Außenkessel sammelt sich dadurch eingedrungenes Wasser auf¬ grund seines im Vergleich zum Transformatoröl höheren spezifischen Gewichts am Boden des Außenkessels.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 272 443 ist weiterhin ein herkömmlicher Transformator in einem Transformatorkessel bekannt. Die elektrischen Anschlüsse des Transformators sind über am Transformatorkessel angeordnete Kontaktanschlüsse nach außen in die Luftatmosphäre geführt. Im Transformator- kessel ist Öl als Kühl- und Isolationsflüssigkeit vorgesehen; allerdings ist der Transformatorkessel nicht vollständig mit Öl gefüllt. Oberhalb des sich dadurch ergebenden Ölspiegels ist ein Gasraum gebildet, der mit gasförmigen Stickstoff ge¬ füllt ist. Um bei dem bekannten Transformator das Eindringen von Feuchtigkeit, insbesondere bei Transport und Lagerung, in den Transformatorkessel zu vermeiden, wird das Innere des Transformatorkessels unter leichtem Überdruck gegenüber der äußeren Luftatmosphäre gehalten. Gleichzeitig werden durch Temperaturänderungen des Öls bedingte Volumenänderungen in- nerhalb des Transformatorkessels entsprechend aufgenommen. Dazu ist eine druckgesteuerte Automatik mit Vorratsflaschen für Stickstoff vorgesehen, mit der durch eine Temperaturände¬ rung des Öls verdrängter Stickstoff in am Transformator angebauten Vorratsflaschen komprimiert wird, wenn der Innendruck im Transformator den gewünschten leichten Überdruck gegenüber dem äußeren Atmosphärendruck übersteigt.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 101 27 276 ist weiterhin ein Unterwassertransformator bekannt, der mit einem Außenkessel umschlossen ist. Bei diesem bekannten
Unterwassertransformator ist der Außenkessel unter Bildung eines Gasraums teilweise derart mit einem Gas gefüllt, dass die elektrischen Kontaktanschlüsse vollständig im Gasraum liegen. Weiterhin sind Druckausgleichsmittel vorgesehen, die mit dem Gasraum verbunden sind. Bei diesem Unterwassertransformator wird die im Betrieb entstehende Wärme durch die Kühlflüssigkeit des Transformatorkessels über den Transformatorkessel an die Kühlflüssigkeit des
Außenkessels und vom Außenkessel an das umgebende Wasser abgegeben .
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transformator bereitzustellen, der im Betrieb möglichst wenig Wärme abgibt.
Die Aufgabe wird bei einem Transformator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Mittel zur Kühlung des flüssigen Kühlmediums vorgesehen sind.
Dadurch ist gewährleistet, dass der Transformator keine oder nur wenig Wärme an seine Umgebung abgibt. Beim Einsatzort des Transformators ist somit keine Klimaanlage nötig, um die vom Transformator abgegebene Wärme zu kühlen. Beim aus der deutschen Patentanmeldung DE 101 27 276 bekannten Stand der Technik dagegen, wird gerade die Wärme des Transformators an die Umgebung abgegeben.
Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Außenhülle als Mantel ausgestaltet ist, bestehend aus wasserdichtem und gasundurchlässigem Material. Dadurch ist eine Isolierung nach Außen und nach Innen sichergestellt. Ein Mantel als Außenhülle mit wasserdichtem und gasundurchlässigem Material vermindert außerdem den Wartungsaufwand und verhindert eine Verschmutzung der
Umgebung, da z.B. Transformatorenöl nicht in die Umwelt gelangen kann. Weiterhin sorgt die Außenhülle dafür, dass keine oder nur minimale Abwärme an die Umgebung gelangt . Da das Kühlsystem für das Kühlmedium zwischen
Transformatorkessel und Außenhülle unter Druck arbeitet, ist eine wasserdichte und gasundurchlässige Außenhülle wichtig für die Arbeitsweise des Kühlsystems.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Außenhülle als metallener Außenkessel ausgestaltet ist. Dadurch ist zum einen eine Versiegelung des Transformators nach außen, als auch ein Schutz des Transformators vor äußeren Einflüssen (z.B. Stößen) sichergestellt. Ein metallener Außenkessel (z.B. aus Stahl oder stabilem Aluminium mit einer Dicke von 6mm) als Außenhülle garantiert die Arbeitsweise des Transformators auch bei hohem Außendruck. Aus Gewichtsgründen ist die Außenhülle vorteilhafterweise einwandig ausgebildet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Außenhülle mit dem Transformatorkessel durch Verbindungselemente verbunden ist. Die Verbindungselemente können mit der Außenhülle und dem Transformatorkessel z.B. verschweißt sein und erhöhen die Druckstandhaftigkeit des Transformators, insbesondere dadurch, dass der Flächendruck auf den Transformator minimiert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Verbindungselemente dergestalt angeordnet und/oder ausgebildet sind, um eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Kühlmediums im Raum zwischen Transformatorkessel und Außenhülle zu erreichen und um eine Druckfestigkeit von wenigstens 3 bar Außendruck zu gewährleisten. Da erwärmtes Kühlwasser nach oben steigt, wird durch die Anordnung und Form der Verbindungselemente bewirkt, dass das Kühlwasser in der Außenhülle langsam nach oben zum Transformatordeckel steigt, und wobei es auch noch gleichmäßig zwischen Außenhülle und Transformatorkessel verteilt wird. Dadurch wird eine optimale Kühlung sichergestellt .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass wenigstens ein Teil der Verbindungselemente, insbesondere in der Nähe des Transformatorbodens, kammförmig ausgebildet sind, für eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Kühlmediums im Raum zwischen Transformatorkessel und Außenhülle. Als Kühlmedium im Raum zwischen Transformatorkessel und Außenhülle kann Wasser verwendet werden, vorzugsweise versehen mit einem Korrosionsschutz- und/oder Frostschutzmittel. Da erwärmtes Kühlwasser nach oben steigt, wird durch die kammförmige Form der
Verbindungselemente bewirkt, dass das Kühlwasser in der Außenhülle gleichmäßig zwischen Außenhülle und Transformatorkessel verteilt wird. Dadurch wird eine optimale Kühlung sichergestellt. Die kammförmigen Verbindungselemente bewirken außerdem eine gewisse Steifigkeit der Außenhülle und erhöhen somit auch die Druckfestigkeit der Außenhülle und des Transformatorkessels .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Verbindungselemente, insbesondere in der Nähe des Transformatordeckels, dergestalt angeordnet und/oder ausgebildet sind, um eine Druckfestigkeit von mindestens 3 bar sicherzustellen. Die Verbindungselemente, die in der Nähe des Transformatordeckels, also im Wesentlichen im oberen Drittel des Transformators angeordnet sind, dienen weniger der gleichmäßigen Verteilung des Kühlwassers, sondern haben hauptsächlich den Zweck eine hohe Druckfestigkeit herzustellen. Als Verbindungselemente im oberen Bereich des Transformatorkessels und der Außenhülle können daher einfache Metallstäbe (z.B. runde oder viereckige Stäbe) verwendet werden, die z.B. in parallelen Reihen angebracht sind. Durch die Anordnung der Verbindungsstreben in parallelen Reihen wird der Flächendruck auf die Außenhülle reduziert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Mittel zur Kühlung des Kühlmediums mit einem Kühlungssystem einer weiteren Komponente gekoppelt sind. Dadurch wird die Kühlwirkung für den Transformator verstärkt, weiterhin wird mit der Kopplung der Kühlsysteme eine Redundanz geschaffen, die die Ausfallsicherheit für die Kühlung erhöht. Als weitere Komponente wird vorzugsweise eine Komponente verwendet, die sowieso schon vorhanden ist. Weitere Komponenten können z.B. ein oder mehrere
Frequenzumrichter, ein oder mehrere Generatoren, oder ein oder mehrere weitere Transformatoren sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass als Mittel zur Kühlung des Kühlmediums ein
Kühlungssystem einer weiteren Komponente verwendet wird. Transformatoren arbeiten oft in Wechselwirkung mit weiteren elektrischen Komponenten, z.B. Frequenzumrichter. Wenn als Kühlungssystem für das Kühlmedium der Außenhülle ein Kühlungssystem einer schon vorhandenen Komponente verwendet wird, ergibt sich eine Raumersparnis, was besonders bei räumlich engen Umgebungen von Vorteil ist, z.B. im Turm eines Unterwasserkraftwerks. Weiterhin ergibt sich eine effiziente Nutzung eines bereits vorhandenen Kühlsystems.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die weitere Komponente eine elektrische Maschine, insbesondere ein Frequenzumrichter, ein Generator oder ein zweiter Transformator ist. Elektrische Maschinen werden oft in Wechselwirkung mit anderen elektrischen Maschinen eingesetzt. Bei einem Meeresströmungskraftwerk werden Frequenzumrichter eingesetzt, um die unterschiedlichen Meeresströmungen, die auf die Turbinen und Generatoren einwirken, auszugleichen. In Türmen von
Meeresströmungskraftwerken herrscht Platzmangel, da die Türme im Durchmesser verhältnismäßig klein gebaut sind und somit eine relative Enge herrscht. Wenn nun als Kühlungssystem für das Kühlmedium der Außenhülle ein Kühlungssystem einer bereits vorhandenen Komponente verwendet wird (z.B. Frequenzumrichter) , kann der vorhandene Raum im Turm optimal verwendet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Mittel zur Kühlung des flüssigen Kühlmediums mit dem Kühlungssystem der weiteren Komponente in Serie angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine platzsparende und kompakte Bauweise, die insbesondere den Einsatz in räumlich engen Umgebungen zulässt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Mittel zur Kühlung des flüssigen Kühlmediums mit dem Kühlungssystem der weiteren Komponente parallel- geschaltet angeordnet sind. Durch die parallel-geschaltete Anordnung wird die Wassermenge geteilt und kühleres Wasser wird dem Transformator zugeführt. Die Wärmeabgabe des Transformators an die Umgebung wird durch diese zusätzliche Kühlwirkung somit noch mal reduziert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Kühlmedium des Transformators im Transformatorkessel keinen Kontakt zum Transformatordeckel aufweist, wobei als Kühlflüssigkeit Mineralöl, Esterflüssigkeit oder Silikonöl verwendbar ist. Damit wird gewährleistet, dass der Transformator keine oder nur wenig Abwärme an die Umgebung abgibt . Dadurch kann auf eine Klimaanlage in der Umgebung des Transformators verzichtet werden. Dies ist insbesondere in der räumlichen Enge eines Turmes für ein Meeresströmungs- oder Gezeitenkraftwerks vorteilhaft. Weiterhin muss keine Energie für eine Klimaanlage zugeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Transformatorkessel einen Sensor, insbesondere einen Füllstandsanzeiger aufweist. Dadurch können sehr schnell Lecks im Transformatorkessel erkannt werden und die Dichtheit des Transformatorkühlsystems kann durch den Füllstandsanzeiger oder andere Sensorik überprüft werden .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Transformatorkessel, insbesondere am
Transformatordeckel, eine Öffnung zur Umgebung aufweist, wobei in den Transformatorkessel eindringende Luft durch einen Luftentfeuchter geleitet wird. Der Ölspiegel (z.B. Mineralöl, Esterflüssigkeit oder Silikonöl) im Transformatorkessel ist abhängig von der Temperatur des verwendeten Öls. Bei steigender Temperatur steigt auch der Ölspiegel im Transformatorkessel. Bei Abkühlung wird Luft eingesaugt, wenn der Ölspiegel fällt. Ein freier Ölspiegel ist erforderlich, da keine Druckausgleichmittel (z.B. ein Dehnbehälter) verwendet wird und die Ausdehnung der Wellwände des Transformators nicht ausreichend ist, insbesondere bei 3 bar Gegendruck. Der Luftentfeuchter sorgt dafür, dass eingesaugte Luft getrocknet wird, ansonsten würde bei einem Einsatz an feuchten Orten (z.B. am oder im Meer) das innere Isoliersystem des Transformators Schaden erleiden. Der Luftentfeuchter kann z.B. Silica Gel für seinen Betrieb verwenden .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Grundfläche des Transformators mit Transformatorkessel und Außenhülle 1200 mm x 900 mm nicht übersteigt, wobei die Nennleistung des Trafos 1250 kVA beträgt. Dadurch ist es möglich den Transformator in begrenzten oder räumlich engen Umgebungen aufzustellen. Weiterhin kann der Transformator durch enge Stellen hindurch transportiert werden. Dadurch, dass der Transformatorkessel und die Außenhülle mindestens einem Druck von 3 bar standhalten ist sichergestellt, dass der Transformator in widrigen Umgebungen, insbesondere in Umgebungen die Druck und Spannungen ausüben, verwendet werden kann. Solche widrigen Umgebungen finden sich z.B. in Meeresströmungs- oder Gezeitenkraftwerken .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Transformator in einer Anlage unter Wasser operativ einsetzbar ist, insbesondere in einer hydroelektrischen Anlage. Aufgrund des Einsatzortes und der herrschenden Umgebungsverhältnisse müssen elektrische Geräte und Maschinen, die in hydro-elektrischen Anlagen (z.B. Meeresströmungs- oder Gezeitenkraftwerken) eingesetzt werden sollen, besondere Anforderungen erfüllen. So darf ein Transformator nicht zu sperrig und von den Ausmaßen nicht zu groß dimensioniert sein, da meistens eine durch die Bauweise bedingte räumliche Enge herrscht (der Widerstand des Gebäudes im Wasser soll gering bleiben) . Auch soll die Wärmeabgabe der elektrischen Maschinen minimal gehalten werden, damit keine zusätzlichen Klimaanlagen in der Anlage benötigt werden. Durch den Wassermantel (Außenhülle) des erfindungsgemäßen Transformators wird bewirkt, dass keine zusätzliche Klimaanlage benötigt wird. Auch wird der benötigte räumliche Aufwand für die Kühlung des Wassermantels minimal gehalten, wenn dafür das Kühlsystem einer anderen sowieso vorhandenen Komponente (z.B. Frequenzumrichter) verwendet wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum Kühlen eines elektrischen Transformators, insbesondere in einer hydro-elektrischen Anlage, bestehend aus: einem Transformator, angeordnet in einem Transformatorkessel; einer Außenhülle, die den Transformatorkessel im Wesentlichen umgibt, wobei die Außenhülle ein Kühlmedium beinhaltet; und Mittel zur Kühlung des Kühlmediums der Außenhülle. Die
Anordnung ermöglicht Einsatzorte des Transformators bei denen keine Klimaanlage nötig ist, um die vom Transformator abgegebene Wärme zu kühlen. Ein möglicher Einsatzort ist z.B. im Turm eines Meeresströmungskraftwerkes unter Wasser.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden erläutert.
Dabei zeigen:
FIG 1 in einer Schemadarstellung den erfinderischen elektrischen Transformator mit Außenhülle und Kühlsystem für das Kühlmedium in der Außenhülle.
FIG 2 in einer Schemadarstellung eine weitere
Ausgestaltung des erfinderischen elektrischen Transformators, wobei die Außenhülle die Unterseite des Transformatorkessels nicht umschließt, FIG 3 in einer Schemadarstellung ein weiteres Beispiel für den erfinderischen elektrischen Transformator, bei dem die Außenhülle den unteren Bereich des Transformatorkessels nicht vollständig umschließt,
FIG 4 in einer vereinfachten Darstellung eine
Reihenschaltung der Kühlsysteme des erfinderischen Transformators und einer weiteren Komponente,
FIG 5 in einer vereinfachten Darstellung eine Parallelschaltung der Kühlsysteme des erfinderischen Transformators und einer weiteren Komponente,
FIG 6 den Turm eines Meeresströmungskraftwerks,
FIG 7 kammartige Elemente zur Verteilung des Kühlwassers, und
FIG 8 in einer schematischen Darstellung ein Beispiel für eine Anordnung der kammartigen Elemente zwischen Transformatorenkessel und Außenmantel.
Fig.l zeigt in einer Schemadarstellung einen elektrischen Transformator 1 in einem Transformatorkessel 2. Der
Transformatorkessel 2 ist in einer Außenhülle 3 angeordnet und von dieser umschlossen. Zwischen dem Transformatorkessel 2 und der Außenhülle 3 ist außerdem ein flüssiges Kühlmedium 4 vorgesehen. Im Transformatorkessel 2 ist ebenfalls ein Kühlmedium 5 vorgesehen. Der Transformatorkessel 2 ist mit der Außenhülle 3 durch Verbindungselemente 14 verbunden. Durch die Verbindungselemente 14 wird der Flächendruck am Transformatorkessel 2 und an der Außenhülle 3 verringert. Die Verbindungselemente 14 im oberen Bereich des Transformators dienen der Druckfestigkeit, die Verbindungselemente 14 im unteren Bereich des Transformators dienen neben der Druckfestigkeit insbesondere der gleichmäßigen Verteilung des flüssigen Kühlmediums (4) zwischen Transformatorkessel 2 und Außenhülle 3. Als Kühlmedium 4 kann Wasser eingesetzt werden. Insbesondere eignet sich als Kühlmedium 4 Wasser, das mit einem Zusatz (Korrosionsschutz, Frostschutz, Kühlmittel) versehen ist, z.B. Glykol .
Über Öffnungen 6 ist das flüssige Kühlmedium 4 mit einem Kühlsystem 11,12,13 verbunden. Im oberen Bereich des Transformators in der Nähe des Transformatordeckels 15 wird die erwärmte Kühlflüssigkeit 4 aus der Öffnung 6 in die Leitung 11 abgeleitet und einem Wärmetauscher 13 zugeführt. Der Wärmetauscher 13 sorgt für eine Abkühlung des Kühlmediums 4. Das abgekühlte Kühlmedium 4 wird durch die Öffnung 6', die sich vorzugsweise in Bodennähe des Transformators befindet, in den Raum zwischen Transformatorkessel 2 und Außenhülle 3 wieder zugeführt. Vorzugsweise ist die Leitung 11 mit einer Pumpe 12 (Hydropumpe) versehen, um eine optimale Kühlung zu gewährleisten. Beim Einsatz in einem Meeresströmungskraftwerk kann das Meereswasser im Wärmetauscher 13 zur Kühlung des Kühlmediums 4 verwendet werden. Der Wärmetauscher 13 ist dabei wegen der Druckverhältnisse vorzugsweise in der Nähe des Meeresspiegels anzubringen. Beim Einsatz in einem Meeresströmungskraftwerk kann der Wärmetauscher 13 z.B. aus Titan sein, wegen der hohen Korrosionsfestigkeit.
Das Kühlungssystem für das Kühlwasser zwischen der Außenhülle 3 und dem Transformatorkessel 2 kann im stand-alone Betrieb arbeiten, d.h. unabhängig, ohne Anschluss an weitere Komponenten. Das Kühlungssystem für das Kühlwasser zwischen der Außenhülle 3 und dem Transformatorkessel 2 kann aber auch mit dem Kühlungssystem einer weiteren Komponente oder weiterer Komponenten gekoppelt sein. Das operative Zusammenwirken mit dem Kühlungssystem einer weiteren Komponente, z.B. einer elektrischen Maschine (Frequenzumrichter, weiterer Transformator, Generator etc.) verstärkt den Kühlungseffekt. Wenn die weitere Komponente sowieso vorhanden ist ergibt sich außerdem eine Raumersparnis. Dies ist insbesondere in engen Umgebungen (z.B. im Turm eines Meeresströmungskraftwerks) nützlich. Als Verbindungsleitung 11 kann ein Rohr oder ein Schlauch verwendet werden. Die Verbindungsleitung 11 kann an den Anschlussöffnungen 6,6' z.B. durch einen Schraub-, Steck- oder Kupplungsmechanismus mit der Außenhülle befestigt und verbunden sein.
Die Außenhülle 3 ist als Mantel (sog. Water-Jacket) mit einem wasserdichten und gasundurchlässigen Material ausgebildet. Bei Einsatz des Transformators unter Wasser, z.B. im Turm eines Gezeiten- oder Meeresströmungskraftwerkes, muss die
Außenhülle eine entsprechende Druckfestigkeit gewährleisten. Das Material für die Außenhülle wird somit beim Einsatz unter Wasser im Wesentlichen starr sein. In Umgebungen, die eine hohe Druckfestigkeit verlangen ist die Außenhülle vorzugsweise als metallener Kessel gebildet. Als Metalle ist z.B. Stahl geeignet, aber auch festes Aluminium (6 mm Dicke) ist denkbar.
Für den Betrieb des Transformator 1 im Transformatorkessel 2 ist ein sog. offenes Kühlsystem verwendbar, d.h. der Raum zwischen dem Transformator 1 und dem Transformatorkessel 2 ist durch eine Öffnung 9 mit der Umgebung verbunden. Für den Betrieb als offenes System sind keine Druckausgleichsmittel wie Dehngefäße erforderlich. Als Kühlflüssigkeit 5 im Transformatorenkessel 2 ist z.B. Mineralöl, Esterflüssigkeit oder Silikonöl verwendbar. Der Flüssigkeitsstand der
Kühlflüssigkeit 5 im Transformatorkessel 2 ist abhängig von der Temperatur der Kühlflüssigkeit. Wenn die Temperatur steigt, dann steigt der Flüssigkeitsspiegel 8. Bei Abkühlung sinkt der Flüssigkeitsspiegel 8 und es wird Luft eingesaugt. Ein freier Flüssigkeitsspiegel 8 ist nötig, da bei metallenen Wellwänden so gut wie keine Ausdehnung möglich ist und die Arbeitsweise des Transformators auch bei hohem Gegendruck (z.B. Einsatz im Turm eines Meeresströmungs- oder Gezeitenkraftwerks) sichergestellt sein soll. Der erfindungsgemäße Transformator arbeitet auch noch bei 3 bar Gegendruck ordnungsgemäß. Der Luftentfeuchter 10 stellt sicher, dass die bei Abkühlung eingesaugte Luft vor Zutritt in den Transformatorkessel 2 getrocknet wird. Wegen der Korrosionsgefahr ist es sinnvoll nur trockene Luft in den Transformatorkessel gelangen zu lassen. Insbesondere beim Einsatz im oder am Meer ist die Umgebungsluft sehr feucht. Der Luftentfeuchter 10 ist vorzugsweise am oder in der Nähe des Transformatordeckels 15 angebracht .
Durch die Bauweise und Konstruktion des Transformators 1 und des Transformatorkessels 2 ist sichergestellt, dass die Kühlflüssigkeit 5 im Transformatorkessel 2 keinen Kontakt zum Transformatordeckel 15 aufweist. Dadurch wird durch den
Transformatordeckel 15 keine Wärme an die Umgebung abgeführt. Durch ein Sensorsystem 7 (z.B. Füllstandsmesser) wird der Füllstand 8 der Kühlflüssigkeit permanent oder in Zeitabständen erfasst. Bei der Befüllung des Transformatorkessels 2 mit dem Kühlmedium 5 für den
Transformatorkessel wird z.B. über den Sensor 7 erkannt, wenn zuviel Kühlflüssigkeit 5 zugeführt wird bzw. zugeführt wurde und die Kühlflüssigkeit 5 mit dem Transformatordeckel 15 in Kontakt treten könnte. Beim Betrieb des Transformators erkennt der Sensor 7 wenn der Flüssigkeitsstand 8 des
Transformatoröls 5 sich dem Transformatordeckel 15 nähert. Da der Transformator keine oder nur wenig Wärme an die Umgebung abgibt, benötigt die Umgebung keine Klimaanlage zur Kühlung. Dies spart Energie und Platz.
Der Transformator 1 ist mit elektrischen Kontaktanschlüssen 16 ausgestattet. Diese liegen im oberen Bereich des
Transformatorkessels 2, insbesondere am Transformatordeckel 15. Der Übersichtlichkeit halber sind in der FIG 1 nur drei elektrische Kontaktanschlüsse 16 dargestellt. Die tatsächlich notwendige Anzahl von elektrischen Kontaktanschlüssen 16 ergibt sich aus der Anzahl der Phasen, für die der
Transformator 1 ausgebildet ist; üblicherweise sind pro Phase zwei oder mehr Anschlüsse erforderlich. Mit elektrischen Anschlüssen 18 ist der Transformator 1 mit den elektrischen Kontaktanschlüssen 16 verbunden. Über die elektrischen Kontaktanschlüsse 16 ist der Transformator mit elektrischen Verbindungsleitungen 17 zu seinem Betrieb angeschlossen. Die elektrischen Anschlüsse und elektrischen Verbindungen für den Transformator können unterschiedlich ausgebildet sein (z.B. sind lösbare Steck- oder Schraubverbindungen denkbar) . Die Vorteile des Transformators liegen darin, dass er keine oder nur wenig Wärme abgibt und seine kompakte Bauweise. Die Grundfläche des Transformators mit Transformatorkessel und Außenhülle übersteigt 1200 mm x 900 mm nicht, wobei die Nennleistung des Trafos 1250 kVA beträgt. Dadurch kann er in räumlich enge Umgebungen eingesetzt werden, wobei diese
Umgebungen keine weitere Klimaanlage zur Kühlung benötigen. Mögliche Einsatzorte sind Wohngebiete, Einkaufszentren, aber auch Meeresströmungs- und Gezeitenkraftwerke. Der Transformator 1 kann im stand-alone Betrieb betrieben werden, d.h. das Kühlsystem (12,13) für das Kühlmedium 4 zwischen Transformatorkessel 2 und Außenhülle 3 arbeitet autark und unabhängig von anderen Kühlsystemen. Das Kühlsystem (12,13) kann aber auch mit weiteren externen Kühlsystemen operativ gekoppelt sein. Dadurch wird die Kühlleistung erhöht und außerdem sorgt die durch die Kopplung mit weiteren Kühlsystemen für eine Redundanz bei den Kühlkomponenten, was zu einer höheren Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit führt. Es ist auch möglich als Kühlsystem (12,13) für das Kühlmedium 4 zwischen Transformatorkessel 2 und Außenhülle 3 das Kühlsystem einer weiteren Komponente, z.B. einer weiteren elektrischen Maschine (Generator, Frequenzumrichter, Transformator etc.) zu nehmen. Durch diesen Verzicht auf ein eigenes Kühlsystem (12,13) ergibt sich eine Platzersparnis, wodurch insbesondere der Einsatz in engen Umgebungen ermöglicht wird.
Anstelle des Wärmetauschers 13 können auch andere Kühlmechanismen (z.B. Kühler, Kühlkörper) zur Kühlung des Kühlmittels 4 verwendet werden.
Die Außenhülle 3 kann den Transformator 1 und den Kessel 2 vollständig oder teilweise umgeben. Je nach Ausgestaltung tritt dabei das Kühlmedium 4 an allen Außenseiten des Transformatorkessels 2 mit diesem in Kontakt, oder nur an bestimmten Außenwänden des Transformatorkessels 2. Wenn das Kühlmedium 4 z.B. nur an den seitlichen Außenwänden des Transformatorkessels 2 mit diesem in Kontakt tritt, ermöglicht dies eine einfachere Bauweise und Herstellung. Je größer die Fläche ist, mit der das Kühlmedium 4 mit den Außenseiten des Transformatorkessels 2 in Kontakt tritt, desto besser ist die Kühlung des Kessels 2 und des Transformators 1, wobei besonders gute Kühleffekte erzielt werden, wenn das Kühlmedium 4 im unteren Bereich des Transformatorkessels 2 mit diesem in Kontakt tritt. Vorzugsweise wird das Kühlmedium 4 im unteren Bereich der Außenhülle 3 zugeführt und (nach Verbrauch der Kühlung) im oberen Bereich abgeführt. Zu- bzw. Abfuhr des Kühlmediums erfolgt an den Anschlussöffnungen 6 bzw. 6' . Da der erfinderische Transformator 1 mit Kessel 2 und Außenhülle 3 insbesondere ausgelegt ist, mindestens 3 bar Umgebungsdruck standzuhalten, sind die Wellenwände des Kessels 2 robust und daher wenig flexibel ausgelegt. An den seitlichen Außenwänden des Kessels 2 sind die
Verbindungselemente 14 an den Spitzen (Enden) der Wellenwände angebracht und mit der Außenhülle 3 verbunden. Die Verbindungselemente 14 können angeschweißt, angeschraubt oder durch eine Steckverbindung angebracht sein. Die Verbindungselemente 14 können Rundstäbe oder kantige Stäbe sein. Es ist aber auch eine Form als T-Träger denkbar. Rundstäbe lassen sich leicht herstellen, Verbindungselemente 14 in Form eines T-Trägers sorgen für eine höhere Stabilität und Druckfestigkeit. Die Verbindungselemente 14 im unteren Bereich des Zwischenraums zwischen Kessel 2 und Außenhülle 3 haben zusätzlich zur Stabilisierung und Druckfestigkeit die Aufgabe, das Kühlmedium 4 gleichmäßig in diesem Zwischenraum zu verteilen, damit eine optimale Kühlung der Verlustwärme sichergestellt ist. Die Verbindungselemente 14 im unteren Bereich des Zwischenraums zwischen Kessel 2 und Außenhülle 3 sind deshalb konstruktiv dermaßen ausgestaltet, um eine optimale Verteilung des Kühlmediums 4 im Zwischenraum sicherzustellen. Z.B. ermöglichen kammartig ausgestaltete Verbindungselemente 14 eine sehr gute Verteilung des Kühlmediums 4 im Zwischenraum.
Durch die Wellenwände des Kessels 2 wird die Verlustwärme des Transformators 1 an das Kühlmedium 4, das sich zwischen Kessel 2 und Außenhülle 3 befindet, abgeführt. Die Außenhülle 3 ist vorzugsweise nicht als Wellenwand ausgebildet, da sie nicht die Funktion hat, die Verlustwärme weiter an die
Umgebung abzugeben. Durch das Kühlmedium 4 abgekühlt, wird keine bzw. nur wenig Verlustwärme des Transformators 1 an die Umgebung abgegeben. FIG 2 zeigt in einer Schemadarstellung eine weitere Ausgestaltung des erfinderischen elektrischen Transformators, wobei die Außenhülle die Unterseite des Transformatorkessels nicht umschließt. Bei dieser Ausgestaltung wird der Boden, d.h. die Unterseite des Transformators 1 und des Kessels 2 nicht vom Kühlmedium 4 umgeben. Der Transformatorkessel 2 sitzt dabei entweder direkt auf der Außenhülle 3, oder der Transformatorkessel 2 und die Außenhülle 3 haben eine gemeinsame Unterseite, die z.B. durch eine Stahlplatte gebildet wird. Diese Ausgestaltung erlaubt eine einfache und materialsparende Bauweise und Herstellung des Transformators.
FIG 3 zeigt in einer vereinfachten Schemadarstellung ein weiteres Beispiel für den erfinderischen elektrischen
Transformator, bei dem die Außenhülle den unteren Bereich des Transformatorkessels nicht vollständig umschließt. Beim Beispiel aus FIG 3 umschließt die Außenhülle 3 den Transformatorkessel 2 nur in einem Bereich der seitlichen Außenwände des Transformatorkessels 2. Der
Transformatordeckel 15, der Boden des Transformatorkessels 2 und ein unterer Bereich an den seitlichen Außenwänden des Transformatorkessels 2 wird von der Außenhülle 3 nicht umfasst. Wenn der untere Bereich des Transformatorkessels 2, der von der Außenhülle 3 nicht umfasst wird, zu groß ist, hat dies negative Auswirkungen auf die Kühlwirkung. Je nach Größe und Leistungsfähigkeit des Transformator 1 kann der Abstand a vom Boden des Transformatorkessels 2 bis zum unteren Beginn der Außenhülle 3 im Bereich von 1 - 20 cm liegen. Diese Ausgestaltung des Transformators ermöglicht zum einen eine einfache Bauweise und Herstellung, und zum anderen ist diese Ausgestaltung besonders für schwere Transformatoren 1 und schweren Kesseln 2 vorteilhaft, da der Gewichtsdruck auf die Unterseite der Außenhülle 3 entfällt.
FIG 4 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung eine Reihenschaltung der Kühlsysteme des erfinderischen
Transformators 19 und einer weiteren Komponente 21. In FIG 4 stellt der Transformator 19 einen erfindungsgemäßen Transformator mit Transformatorkessel und Außenhülle dar. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird das Kühlsystem 20 einer weiteren Komponente 21 zur Kühlung des Kühlmediums 4 zwischen Transformatorkessel 2 und Außenhülle 3 verwendet. Das Kühlsystem 20 der weiteren Komponente 21 kann dabei anstelle der Mittel zur Kühlung (12,13) des Kühlmediums 4 agieren. In diesem Betriebszustand besitzt der Transformator 19 keine eigenen Mittel zur Kühlung (z.B. Pumpe,
Wärmetauscher) des Kühlmediums 4 zwischen Transformatorkessel 2 und Außenhülle 3. In diesem Betrieb wird zur Kühlung des Kühlmediums 4 nur das Kühlsystem 20 einer weiteren Komponente 21 verwendet. Über die Leitung 11 wird vom Kühlsystem 20 der Komponente 21 das Kühlmedium 4 dem Transformator 19 über die Anschlussöffnung 6' zugeleitet und über die Anschlussöffnung 6 nach der Kühlung wieder abgeführt.
Das Kühlsystem 20 der weiteren Komponente 21 kann aber auch zusammen mit den Mitteln zur Kühlung (12,13) des Kühlmediums 4 operativ agieren. Der Kühler 13 (z.B. Wärmetauscher) und die Pumpe des Transformators 19 arbeiten in diesem Betriebszustand operativ zusammen und verstärken die Kühlwirkung für den Transformator 19. In der Umgebung des Transformators 19 kann somit auf eine Klimaanlage verzichtet werden. Eine solche Klimaanlage würde zusätzlichen Platz in Anspruch nehmen, würde eine zusätzliche Energieversorgung benötigen und auch entsprechende Wartungsaufwände verursachen. Wenn die Komponente 21 sowieso vorhanden ist ergeben sich durch die Nutzung deren Kühlsystems 20 somit beträchtliche Vorteile bezüglich der Kühlleistung und der Raumausnützung. Durch die in Reihe geschalteten Kühlsysteme ergibt sich somit weiterhin eine platzsparende und kompakte Bauweise, die insbesondere den Einsatz in räumlich engen Umgebungen zulässt.
Als Komponente 21 eignen sich typischerweise elektrische Maschinen, z.B. Generatoren, Dynamos, Frequenzumrichter oder weitere Transformatoren. Es können auch die Kühlsysteme 20 mehrerer weiterer Komponenten 21 zu den Kühlmittel (12,13) des Transformators 19 in Reihe geschaltet werden, bzw. die Kühlsysteme 20 mehrerer weiterer Komponenten 21 können die Mittel zur Kühlung (12,13) des Transformators 19 ersetzen. Wenn zusätzlich zu den Kühlmittel (12,13) des Transformators 19 die Kühlsysteme 20 weiterer Komponenten 21 verwendet werden, ist eine Redundanz von Kühlsystemen vorhanden, wodurch die Ausfallsicherheit für die Kühlung des Kühlmediums 4 zwischen Kessel 2 und Außenhülle 3 erhöht wird. Die Kühlsysteme 20 der weiteren Komponenten 21 können mit dem Kühlsystem (12,13) des Transformators 19 alle in Reihe geschaltet sein. Es ist aber auch möglich, dass einige oder alle der Kühlsysteme 20 der weiteren Komponenten 21 zueinander parallel geschaltet sind. In dieser Ausführung können die Kühlsysteme 20 der weiteren Komponenten 21 durch Ventile flexibel hinzu- oder weggeschaltet werden. Durch dieses Abklemmen bzw. Zuschalten von Kühlsystemen 20 kann eine skalierte Kühlung für den Transformator 19 erreicht werden. Die Kühlung für den Transformator 19 ist somit an unterschiedliche Erfordernisse anpassbar.
FIG 5 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung eine Parallelschaltung der Kühlsysteme des erfinderischen Transformators 19 mit dem Kühlsystem 20 einer weiteren Komponente 21. In FIG 5 stellt der Transformator 19 einen erfindungsgemäßen Transformator mit Transformatorkessel und Außenhülle dar.
Durch die parallel-geschaltete Anordnung wird die Wassermenge geteilt und kühleres Wasser wird dem Transformator 19 zugeführt. Die Wärmeabgabe des Transformators 19 an die Umgebung wird durch diese zusätzliche Kühlwirkung somit noch mal reduziert. Wenn die Komponente 21 sowieso vorhanden ist ergeben sich durch die Nutzung deren Kühlsystems 20 somit beträchtliche Vorteile bezüglich der Kühlleistung und der
Raumausnützung. Als Komponente 21 eignen sich typischerweise elektrische Maschinen, z.B. Generatoren, Dynamos, Frequenzumrichter oder weitere Transformatoren. Es können auch die Kühlsysteme 20 mehrerer Komponenten 21 mit dem Transformator 19 parallel geschaltet werden. Z.B. können mehrere Frequenzumrichter als parallel geschaltete Komponenten agieren. Die Komponenten 21 können z.B. durch Ventile dazu- oder weggeschalten werden. Durch dieses Abklemmen bzw. Zuschalten von Kühlsystemen 20 kann eine skalierte Kühlung für den Transformator 19 erreicht werden. Die Kühlung für den Transformator 19 ist somit an unterschiedliche Erfordernisse anpassbar. Weiterhin ist eine Redundanz von Kühlsystemen vorhanden, wodurch die Ausfallsicherheit für die Kühlung des Transformators 19 erhöht wird.
FIG 6 zeigt den Turm 22 eines Meeresströmungskraftwerks. Ein solcher Turm ist ein möglicher Einsatzort des erfindungsgemäßen Transformators 1,19. Mit hydro-elektrischen Anlagen wie Meeresströmungs- oder Gezeitenkraftwerke wird die Strömung des Wassers zur Energieerzeugung verwendet. Üblicherweise bilden mehrere Türme 22 mit einem oder mehreren unter der Wasseroberfläche 24 Rotoren 23 eine solche hydro- elektrische Anlage. FIG 6 zeigt einen Turm 22 mit 2 Rotoren 23. Die Rotoren 23 arbeiten wie Turbinen in einem Kraftwerk und erzeugen Strom, der über Leitungen ans Festland weitergeleitet wird. Da beim Betrieb einer solchen Anlage unterschiedliche Strömungsverhältnisse vorliegen, werden insbesondere Frequenzumrichter benötigt. Weiterhin sind die räumlichen Verhältnisse im Turm 22 eng und begrenzt. Wenn nun der Transformator 1,19 in einem Turm 22 eines Meeresströmungskraftwerks eingesetzt wird, werden für die Abmessungen (Volumen) des Transformators entsprechende
Anforderungen benötigt und weiterhin darf die Wärmeabgabe des Transformators 1,19 an die Umgebung nur gering sein. Wenn die Wärmeabgabe zu groß ist wird im Turm eine Klimaanlage benötigt, was zusätzliche Kosten und Platzbedarf verursacht. Die direkte Kühlung des Transformators 1 erfolgt durch das Kühlmedium 5 im Transformatorkessel 2 (z.B. Mineralöl, Esterflüssigkeit oder Silikonöl) . Wenn das Kühlmedium 5 im Transformatorkessel 2 keinen Kontakt zum Transformatordeckel aufweist, wird wenig Wärme nach außen abgegeben. Um die Wärmeabgabe weiter zu reduzieren wurde der erfindungsgemäße Transformator mit einer Außenhülle 3 umgeben, die als Kühlmedium 4 Wasser, ggf. Wasser mit Kühlzusatz enthält. Wenn nun für die Kühlung der Außenhülle 3 als substituierendes Kühlsystem oder als ergänzendes Kühlsystem das Kühlsystem einer sowieso im Turm 22 vorhandenen Komponente, z.B. eines Frequenzumrichters verwendet wird, erhält man eine verbesserte Kühlwirkung für den Transformator 1,19, ohne dass zusätzlicher Raum benötigt wird. Die Grundfläche des Gesamt- Transformators (mit Transformatorkessel und Außenhülle) kann somit vorteilhaft dimensioniert werden, und übersteigt 1200 mm x 900 mm nicht.
Der erfindungsgemäße Transformator 1,19 mit Transformatorkessel 2 und die Außenhülle 3 muss aufgrund der harschen Umgebungsverhältnisse (z.B. Druck unter Wasser) mindestens einem Druck von 3 bar standhalten. Als Mittel zur Kühlung 13 des Kühlmediums 4 zwischen Transformatorkessel 2 und Außenhülle 3 eignet sich beim Einsatz in einem Gezeitenkraftwerk insbesondere ein
Wärmetauscher 13, dem durch die Leitung 11 das durch die Abwärme des Transformator 1 erwärmte Kühlwasser 4 zugeführt wird und der das erwärmte Kühlwasser 4 in Kontakt mit dem relativ kalten Meereswasser bringt und dadurch wieder abkühlt. Der Wärmetauscher 13 im Gezeitenkraftwerk kann sich knapp unterhalb des Meeresspiegels befinden. Knapp unterhalb des Meeresspiegels herrschen moderate Druckverhältnisse. Der Transformator 1, 19 selbst mit Kessel 2 und Außenhülle 3 kann wesentlich tiefer (mehr als 30 Meter unterhalb des Meeresspiegels) eingesetzt werden, da er mindestens 3 bar Druck aushält .
FIG 7 zeigt kammartige Elemente die zwischen Transformatorkessel 2 und umgebender Außenhülle 3 angeordnet werden können, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Kühlmediums (z.B. Kühlwasser) 4 sicherzustellen. Da üblicherweise das Kühlmedium 4 am Transformatorboden zugeführt und am Transformatordeckel 15 abgeführt wird, sind für eine gleichmäßige Kühlwirkung die kammartigen Elemente insbesondere am Transformatorboden anzubringen. Die
Verbindungselemente 14, die zwischen Transformatorkessel 2 und Außenwand 3 angebracht sind, können als kammartige Elemente ausgebildet sein. Dadurch bewirken die Verbindungselemente 14 neben einer Stabilität des Transformators auch die Verteilung des Kühlmediums 4. Die kammartigen Elemente können aber auch zusätzlich zu den Verbindungselementen 14 angebracht sein. Vorteilhafterweise greifen die kammartigen Elemente zwischen die Kühlrippen des Transformatorkessels ein, damit der Transformatorkessel 2 seine Abwärme effektiv an das Kühlmedium 4 abgeben kann.
FIG 8 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Beispiel für eine Anordnung der kammartigen Elemente zwischen
Transformatorenkessel 2 und Außenmantel 3. Die kammartigen Elemente greifen in die Rippen der Wellwände des Transformatorkessels 2 und sorgen für eine gleichmäßige Verteilung des Kühlwassers. Auch die Verbindungselemente 14 dienen neben ihrer Stabilitätsfunktion zur gleichmäßigen
Verteilung des Kühlmediums 4 zwischen Transformatorkessel 2 und Außenhülle 3. In der Darstellung nach Figur 8 sind die Verbindungselemente 14 ein Bestandteil der kammartigen Elemente .
Die Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht insbesondere die Verwendung des erfindungsgemäßen Transformators in Umgebungen, in denen nur wenig Wärme abgegeben werden darf, wie Einkaufszentren, Wohngegenden, Unterwasserkraftwerken. Die Außenhülle 3 sorgt außerdem für eine Versiegelung. Dadurch ist der Transformator auch für kritische Aufstellungsorte hinsichtlich Umweltverträglichkeit (z.B. Wasserschutz, Umweltschutz) geeignet, da im Störfall (z.B. Leck im Kessel 2) ein Ölaustritt (Kühlmedium 5 im Kessel 2) vermieden wird. Die Außenhülle 3 sorgt weiterhin dafür, dass die Geräuschabgabe des Transformators 1,19 niedrig ist.
Elektrischer Transformator 1,19 in einem Transformatorkessel 2 mit elektrischen Kontaktanschlüssen, und mit einer den Transformatorkessel 2 umschließenden, mit einem Kühlmedium 4 gefüllten, Außenhülle 3. Das Kühlmedium 4 der Außenhülle 3 ist durch ein Kühlungssystem kühlbar, welches an das Kühlsystem 20 weiterer Komponenten 21 koppelbar ist. Der Transformator 1,19 ist insbesondere geeignet für den Betrieb in Meeresströmungs- und Gezeitenkraftwerken.
Bezugszeichen
1 Elektrischer Transformator 2 Transformatorkessel
3 Außenhülle
4 Kühlmedium zwischen Transformatorkessel und Außenhülle
5 Kühlmedium im Transformatorkessel 6, 6' Anschlussöffnung
7 Sensor
8 Flüssigkeitsstand
9 Luftöffnung
10 Luftentfeuchter 11 Leitung
12 Pumpe
13 Wärmetauscher
14 Verbindungselement
15 Transformatordeckel 16 Elektrischer Kontaktanschluss
17 Elektrische Verbindungsleitung
18 Elektrischer Anschluss
19 Transformator mit Transformatorkessel und Außenhülle 20 Kühlsystem
21 Komponente
22 Turm eines Meeresströmungskraftwerks
23 Rotor
24 Meeresspiegel

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Transformator (1) in einem Transformatorkessel (2), und mit einer den Transformatorkessel (2) umgebenden Außenhülle (3), wobei der Raum zwischen Transformatorkessel (2) und Außenhülle (3) mit einem flüssigen Kühlmedium (4) gefüllt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Mittel (11,12,13) zur Kühlung des flüssigen Kühlmediums (4) vorgesehen sind.
2. Transformator (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Außenhülle (3) als Mantel ausgestaltet ist, bestehend aus wasserdichtem und gasundurchlässigem Material.
3. Transformator (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Außenhülle (3) als metallener Außenkessel ausgestaltet ist.
4. Transformator (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Außenhülle (3) mit dem Transformatorkessel (2) durch Verbindungselemente (14) verbunden ist.
5. Transformator (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verbindungselemente (14) dergestalt angeordnet und/oder ausgebildet sind, um eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Kühlmediums (4) im Raum zwischen Transformatorkessel (2) und Außenhülle (3) zu erreichen und um eine Druckfestigkeit von wenigstens 3 bar Außendruck zu gewährleisten .
6. Transformator (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens ein Teil der Verbindungselemente (14), insbesondere in der Nähe des Transformatorbodens, kammförmig ausgebildet sind, für eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Kühlmediums (4) im Raum zwischen Transformatorkessel (2) und Außenhülle (3) .
7. Transformator (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verbindungselemente (14), insbesondere in der Nähe des Transformatordeckels (15) , dergestalt angeordnet und/oder ausgebildet sind, um eine Druckfestigkeit von mindestens 3 bar sicherzustellen.
8. Transformator (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel (11,12,13) zur Kühlung des Kühlmediums (4) mit einem Kühlungssystem (20) einer weiteren Komponente (21) gekoppelt sind.
9. Transformator (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Mittel (11,12,13) zur Kühlung des Kühlmediums (4) ein
Kühlungssystem (20) einer weiteren Komponente (21) verwendet wird.
10. Transformator (1) nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die weitere Komponente (21) eine elektrische Maschine, insbesondere ein Frequenzumrichter, ein Generator oder ein zweiter Transformator ist.
11. Transformator (1) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel (11,12,13) zur Kühlung des flüssigen Kühlmediums (4) mit dem Kühlungssystem (20) der weiteren Komponente (21) in Serie angeordnet sind.
12. Transformator (1) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel (11, 12, 13) zur Kühlung des flüssigen Kühlmediums (4) mit dem Kühlungssystem (20) der weiteren Komponente (21) parallelgeschaltet angeordnet sind.
13. Transformator (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kühlmedium (5) des Transformators (1) im Transformatorkessel (2) keinen Kontakt zum
Transformatordeckel (15) aufweist, wobei als Kühlflüssigkeit Mineralöl, Esterflüssigkeit oder Silikonöl verwendbar ist.
14. Transformator (1) nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Transformatorkessel (2) einen Sensor (7), insbesondere einen Füllstandsanzeiger aufweist.
15. Transformator (1) nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Transformatorkessel (2), insbesondere am Transformatordeckel (15), eine Öffnung (9) zur Umgebung aufweist, wobei in den Transformatorkessel (2) eindringende Luft durch einen Luftentfeuchter (10) geleitet wird.
16. Transformator (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Grundfläche des Transformators (1) mit
Transformatorkessel (2) und Außenhülle (3) 1200 mm x 900 mm nicht übersteigt, wobei die Nennleistung des Trafos 1250 kVA beträgt .
17. Transformator (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Transformator (1) in einer Anlage unter Wasser operativ einsetzbar ist, insbesondere in einer hydro-elektrischen Anlage (22,23) .
18. Anordnung zum Kühlen eines elektrischen Transformators (1), insbesondere in einer hydro-elektrischen Anlage (22,23), bestehend aus : einem Transformator (1), angeordnet in einem Transformatorkessel (2); einer Außenhülle (3), die den Transformatorkessel (2) im Wesentlichen umgibt, wobei die Außenhülle (3) ein Kühlmedium (4) beinhaltet; und Mittel (11,12,13) zur Kühlung des Kühlmediums (4) der Außenhülle (3) .
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