CH627022A5

CH627022A5 - Winding for transformers and inductors having a plurality of radially cross-jointed parallel branches, and a method for producing this winding

Info

Publication number: CH627022A5
Application number: CH1223677A
Authority: CH
Inventors: Walter Dr Ing Mueller
Original assignee: Transformatoren Union Ag
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1981-12-15
Also published as: ATA562677A; BE859306A; DE2644975A1; FR2367338A1; SE7711234L; GB1582369A; SE413164B; FR2367338B1; AT355668B; NL7710785A

Description

Die Erfindung betrifft eine Wicklung für Transformatoren und Drosseln mit mehreren radial ausgekreuzten Parallelzweigen sowie mit radialen und axialen Kühlkanälen. The invention relates to a winding for transformers and chokes with a plurality of radially crossed parallel branches and with radial and axial cooling channels.

Derartig aufgebaute Wicklungen werden in Anlagen für grosse Leistungen und hohe Spannungen eingesetzt um einerseits die entstehende Verlustleistung so niedrig wie möglich zu halten und andererseits eine ausreichende Kühlung der Wicklung zu gewährleisten. Bekannt sind zu diesem Zweck insbesondere in letzter Zeit in erheblichem Umfang eingesetzte sogenannte fortlaufend gewickelte Spulenwicklungen mit einer kombinierten Radial- und Axialkühlung durch radiale Spulenkanäle und axiale Gitterkanäle. Diese Wicklungsanordnung wird in grossem Umfang bis einschliesslich der Oberspannung 110 kV und ausserdem im Normalgebiet von Hochspannungswicklungen bis 400 kV verwendet. Windings constructed in this way are used in systems for high outputs and high voltages, on the one hand to keep the resulting power loss as low as possible and on the other hand to ensure sufficient cooling of the winding. For this purpose, so-called continuously wound coil windings with a combined radial and axial cooling by means of radial coil channels and axial grid channels have been used to a considerable extent in particular recently. This winding arrangement is used on a large scale up to and including the upper voltage 110 kV and also in the normal area of high voltage windings up to 400 kV.

Gegenüber ebenfalls bekannten einlagigen Wicklungen mit reiner Axialkühlung haben diese fortlaufen gewickelten Spulenwicklungen mit kombinierter Radial- und Axialkühlung den Nachteil eines kleineren Füllfaktors, das heisst eines höheren Platzbedarfs und höherer Herstellkosten. Die unter diesem Gesichtspunkt vorteilhaftere einlagige Wicklung ist jedoch hinsichtlich ihrer Stossspannungsfestigkeit höchstens für Anlagen bis einschliesslich der Spannungsreihe 220 kV verwendbar und ausserdem in ihrem Anwendungsbereich durch die kleinste ausführende axiale Leiterabmessung flachkant liegender Teilleiter von Zwillings- oder Drillingsleitern begrenzt. Aus diesem Grund beträgt zum Beispiel bei einer Spannung von 220 kV die kleinste mit einer einlagigen Wicklung ausführbare Drehstromleistung etwa 400 MVA. Compared to also known single-layer windings with pure axial cooling, these continuously wound coil windings with combined radial and axial cooling have the disadvantage of a smaller filling factor, that is to say a larger space requirement and higher manufacturing costs. From this point of view, the more advantageous single-layer winding can only be used for systems up to and including the 220 kV voltage series with regard to its surge voltage resistance and is also limited in its area of application by the smallest executing axial conductor dimension of flat-lying partial conductors of twin or triple conductors. For this reason, for example at a voltage of 220 kV, the smallest three-phase power that can be carried out with a single-layer winding is approximately 400 MVA.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Wicklung zu schaffen, die bei einem grossen Füllfaktor sowohl für 400 kV Wicklungen als auch in einem in Richtung auf kleinere Nennleistungen erweiterten Leistungsbereich bei niedrigeren Reihenspannungen einsetzbar ist. The invention is therefore based on the object of providing a winding which can be used with a large fill factor both for 400 kV windings and also in a power range which is expanded in the direction of smaller nominal powers at lower series voltages.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe für eine Wicklung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass jeder der Parallelzweige eine von mehreren konzentrischen, durch radiale Auskreuzkanäle in axiale Abschnitte unterteilten Röhrenwicklungen ist, und dass mindestens innerhalb der einzelnen Abschnitte ausschliesslich axiale Kühlkanäle vorgesehen sind, wobei jeder der Abschnitte aus in Achsrichtung unmittelbar aneinandergewickelten Scheibenspulen in Doppelspulenschaltung mitmindestens zwei Wicklungen je Scheibenspule besteht und wobei die Parallelzweige innerhalb desselben Abschnittes jeweils mit Abstand radial übereinander angeordnet sind. According to the invention, this object is achieved for a winding of the type mentioned in the introduction in that each of the parallel branches is one of a plurality of concentric tube windings which are divided into axial sections by radial cross-out channels, and in that only axial cooling channels are provided at least within the individual sections, each of the sections consists of disc coils directly wound together in the axial direction in a double-coil circuit with at least two windings per disc coil and the parallel branches within the same section are each arranged radially one above the other at a distance.

Nach einem erfindungsgemässen Verfahren werden die Parallelzweige nacheinander an einem Wicklungsende beginnend stufenweise gewickelt, indem According to a method according to the invention, the parallel branches are successively wound in stages, beginning at one end of the winding, by

- in einem ersten Arbeitsgang ein erster Abschnitt der innersten Röhrenwicklung, in a first step, a first section of the innermost tube winding,

- in einem zweiten Arbeitsgang der erste Abschnitt der zweiten Röhrenwicklung sowie durchgehend mit demselben Leiter der zweite Abschnitt der innersten Röhrenwicklung, - in a second step, the first section of the second tube winding and, with the same conductor, the second section of the innermost tube winding,

- in einem dritten Arbeitsgang der erste Abschnitt der dritten Röhrenwicklung sowie durchgehend mit demselben Leiter der zweite Abschnitt der zweiten Röhrenwicklung sowie noch mit demselben Leiter der dritte Abschnitt der ersten Röhrenwicklung, in a third operation, the first section of the third tube winding and, with the same conductor, the second section of the second tube winding continuously, and with the same conductor, the third section of the first tube winding,

- in einem vierten Arbeitsgang der zweite Abschnitt der dritten Röhrenwicklung sowie durchgehend mit demselben Leiter der dritte Abschnitt der zweiten Röhrenwicklung und schliesslich - In a fourth operation, the second section of the third tube winding and, with the same conductor, the third section of the second tube winding and finally

- in einem fünften Arbeitsgang der dritte Abschnitt der dritten Röhrenwicklung gewickelt wird und dass dabei in jedem Arbeitsgang immer nur ein Leiter von einer Vorratstrommel abläuft. - The third section of the third tube winding is wound in a fifth operation and that only one conductor runs from a storage drum in each operation.

Die erfindungsgemässe Wicklung mit reiner Axialkühlung und magnetisch ausgekreuzten Parallelzweigen ist hinsichtlich Füllfaktor und Herstellverfahren mit einer einlagigen Wicklung vergleichbar. Sie hat jedoch dieser gegenüber eine mehrfach höhere Längskapazität und eine mindestens doppelt so grosse axiale Leiterabmessung bei gleicher Windungszahl und Wickellänge. Die erfindungsgemässe Wicklung ist daher vorteilhaft dort anwendbar, wo bisher mit Rücksicht auf die Stossspannungsfestigkeit, beispielsweise in 400-kV-Wicklungen, oder die axialen Leiterabmessungen, beispielsweise in 200-kv-0ber-spannungswicklungen für Transformatoren mit Leistungen The winding according to the invention with pure axial cooling and magnetically crossed parallel branches is comparable to a single-layer winding with regard to the fill factor and manufacturing method. However, compared to this, it has a longitudinal capacity that is several times higher and an axial conductor dimension that is at least twice as large with the same number of turns and winding length. The winding according to the invention can therefore advantageously be used where previously with regard to the surge voltage resistance, for example in 400 kV windings, or the axial conductor dimensions, for example in 200 kv overvoltage windings for transformers with powers

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

627022 627022

unter 400 MVA, durchgehend ineinander gewickelte oder kombinierte Spulenwicklungen verwendet werden. below 400 MVA, continuously wound or combined coil windings can be used.

Nach vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung sind in die einzelnen Abschnitte der Röhrenwicklungen zur Erzeugung einer turbulenten Strömung nach aussen in den axialen Kühlkanal hineinragende Wirbulatorstreifen aus Isolierstoff eingewickelt und sind zur Bildung zusätzlicher axialer Kühlka-näle in den Scheibenspulen mindestens einer Röhrenwicklung in Achsrichtung hineinander liegende Kanäle angeordnet. According to advantageous developments of the invention, the individual sections of the tube windings for generating a turbulent flow outward into the axial cooling duct are wrapped with insulating material and are arranged to form additional axial cooling ducts in the disc coils of at least one tube winding in the axial direction.

Nach zweckmässigen Ausgestaltungen der Erfindung ist der Leiter als Zwillings-, Drillings-, Vierlings- oder Drilleiter ausgebildet und zur Erhöhung der Stossspannungsfestigkeit und der Längskapazität an den Verbindungsstücken zwischen den Scheibenspulen lediglich von Papier mit Aramid-Isolier-stoffen umsponnen. According to expedient embodiments of the invention, the conductor is designed as a twin, triple, quadruple or triple conductor and, in order to increase the surge voltage resistance and the longitudinal capacitance at the connecting pieces between the disc coils, only wound with paper with aramid insulating materials.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing.

Figur 1 zeigt eine Wicklung mit drei Parallelzweigen und den zugehörigen Spulen und Auskreuzverbindungen. Figure 1 shows a winding with three parallel branches and the associated coils and cross-connections.

Figur 2 zeigt den Fertigzustand nach Beendigung von insgesamt zwei Arbeitsgängen. Figure 2 shows the finished state after completion of a total of two operations.

Figur 3 stell eine Anordnung von Ein-, Über- und Ausgang des Leiters in zwei Scheibenspulen einer Doppelspulenschaltung dar. Figure 3 shows an arrangement of input, over and output of the conductor in two disk coils of a double coil circuit.

Ausgehend von einer Ausleitung 9 teilt sich der Leiter in die Eingänge a von Parallelzweigen 1,2 und 3 einer in Figur 1 dargestellten Wicklung mit axialen Abschnitten 5,6 und 7 einer Röhrenwicklung. Zwischen den axialen Abschnitten 5 und 6 bzw. 6 und 7 sind radiale Auskreuzkanäle 4 angeordnet. Die Parallelzweige 1,2 und 3 sind innerhalb desselben Abschnittes 5,6 oder 7 jeweils mit Abstand radial übereinander angeordnet und bilden axial verlaufende Kühlkanäle 8. Starting from a diversion 9, the conductor divides into the inputs a of parallel branches 1, 2 and 3 of a winding shown in FIG. 1 with axial sections 5, 6 and 7 of a tube winding. Radial cross-out channels 4 are arranged between the axial sections 5 and 6 or 6 and 7. The parallel branches 1, 2 and 3 are each arranged radially one above the other within the same section 5, 6 or 7 and form axially extending cooling channels 8.

In jedem Abschnitt 5,6 und 7 sind entsprechend der Anzahl der Parallelzweige 1,2 und 3 drei radial übereinander liegende Röhrenwicklungen vorgesehen, von denen jede aus axial unmittelbar aneinander gewickelten Scheibenspulen in Dop-5 pelspulenschaltung besteht. Ein Ausführungsbeispiel für zwei benachbarte in einer Doppelspulenschaltung zusammengefass-te Scheibenspulen zeigt Figur 3. Die Ein-, Über- und Ausgänge a, b und c des Leiters sind in den Scheibenspulen so angeordnet, dass die Windungsisolierung jeweils nur für die Spannungsdif-io ferenz von axial benachbarten Leitern zu bemessen ist. In each section 5, 6 and 7, three radially superposed tube windings are provided corresponding to the number of parallel branches 1, 2 and 3, each of which consists of disc coils which are wound axially directly against one another in double-pel coil connection. FIG. 3 shows an exemplary embodiment for two adjacent disk coils combined in a double coil circuit. The inputs, transitions and outputs a, b and c of the conductor are arranged in the disk coils in such a way that the winding insulation in each case only for the voltage difference of axially adjacent conductors is dimensioned.

Eine noch unvollständige Wicklung ist in Figur 2 in dem nach zwei Arbeitsgängen erreichten Fertigungszustand dargestellt. Nach Herstellung der innersten Röhre des axialen Abschnittes 5 in einem ersten Arbeitsgang wird das Wickel-i5 ende für eine spätere Lötverbindung vorbereitet und radial nach aussen gelegt. Sodann wird die konzentrisch darüber lie- " gende Röhrenwicklung des Parallelzweiges 2 auf Kanalleisten gewickelt und mit demselben Leiter als innerste Röhrenwicklung des axialen Abschnittes 6 radial ein Stufe tiefer fortge-20 setzt. Entsprechend wird in nicht dargestellter Weise in einem dritten Arbeitsgang eine Röhrenwicklung für den Parallelzweig 3 im axialen Abschnitt 5 gewickelt und im selben Arbeitsgang ohne Abtrennen des Leiters um je eine Stufe radial nach innen versetzt in den axialen Abschnitten 6 und 7 fortgesetzt. A winding which is still incomplete is shown in FIG. 2 in the production state achieved after two work steps. After the innermost tube of the axial section 5 has been produced in a first operation, the winding i5 end is prepared for a later soldered connection and placed radially outwards. Then the concentrically lying tube winding of the parallel branch 2 is wound on channel strips and radially continued one step lower with the same conductor as the innermost tube winding of the axial section 6. Accordingly, in a third operation, a tube winding for the Parallel branch 3 wound in the axial section 5 and continued in the same operation without cutting off the conductor by one step radially inward in the axial sections 6 and 7.

25 25th

Entsprechend wird in einem vierten Arbeitsgang der zweite Abschnitt 6 der dritten Röhrenwicklung sowie durchgehend mit demselben Leiter der dritte Abschnitt 7 der zweiten Röhrenwicklung und in einem fünften Arbeitsgang der dritte 30 Abschnitt 7 der dritten Röhrenwicklung gewickelt. Correspondingly, the second section 6 of the third tube winding is wound in a fourth operation, and the third section 7 of the second tube winding is wound continuously with the same conductor, and the third section 7 of the third tube winding is wound in a fifth operation.

Dabei läuft in jedem dieser Arbeitsgänge nur ein Leiter von einer Vorratstrommel ab. In each of these operations, only one conductor runs from a storage drum.

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

627022 PATENT CLAIMS

1. winding for transformers and chokes, with a plurality of radially crossed parallel branches and with radial and axial cooling channels, characterized in that each of the parallel branches (1, 2, 3) is one of several concentric, through radial cross channels (4) in axial section (5 , 6, 7) divided tube windings, and that at least within the individual sections (5, 6, 7) only axial cooling channels (8) are provided, each of the sections (5, 6, 7) consisting of disc coils which are directly wound together in the axial direction in Double coil circuit (from; bc, Fig. 3) with at least two windings (from; bc, Fig. 3) per disc coil and the parallel branches (1,2,3) within the same section (5,6,7) each at a distance are arranged radially one above the other.

2. A method for producing the winding according to claim 1, characterized in that the parallel branches (1, 2, 3) are successively wound starting at a winding end, in a first operation, by a first section (5) of the innermost tube winding, in one second operation, the first section (5) of the second tube winding and, with the same conductor, the second section (6) of the innermost tube winding, in a third operation, the first section (5) of the third tube winding and, with the same conductor, the second section (6) the second tube winding and the third section (7) of the first tube winding with the same conductor, the second section (6) of the third tube winding in a fourth operation and the third section (7) of the second tube winding continuously with the same conductor and finally in a fifth The third section (7) of the third tube winding is wound and that only one conductor runs from a storage drum in each work step.

3. Winding according to claim 1, characterized in that in the individual sections (5, 6, 7) of the tube windings, to generate a turbulent flow to the outside, in the axial cooling channel (8) protruding vortex strips of insulating material are wrapped.

4. Winding according to claims 1 and 3, characterized in that to form additional axial cooling channels in the disc coils at least one tube winding are arranged in the axial direction one behind the other channels.

5. winding according to claims 1, 3 and 4, characterized in that the conductor is designed as a twin, triple or quadruple conductor.

6. winding according to claims 1, 3 and 4, characterized in that the conductor is designed as a stranded conductor.

7. Winding according to claim 5 or 6, characterized in that the conductors to increase the surge voltage resistance and the longitudinal capacitance at the connecting pieces between the disc coils are only wound with aramid insulating material.