DE102016203776A1

DE102016203776A1 - Wicklungsanordnung mit Steckdurchführung

Info

Publication number: DE102016203776A1
Application number: DE102016203776.5A
Authority: DE
Inventors: Richard Sille; Tim-Felix Mai; Steffen Weinert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14
Also published as: CN115620992A; MX2018010728A; CA3015116C; CN108885934A; US20190066898A1; DK3400603T3; WO2017153115A1; CA3015116A1; EP3400603B1; BR112018067771A2; ES2933173T3; PL3400603T3; EP3400603A1; US11295886B2

Abstract

Um eine Wicklungsanordnung (1) für einen Transformator oder eine Drossel mit einer aus einem Wicklungsleiter gebildeten Wicklung, einer die Wicklung umschließenden Feststoffisolierung und einer in die Feststoffisolierung eingebetteten Anschlusseinheit, zu schaffen, die auch bei höheren Betriebsspannungen die geforderte Spannungsfestigkeit bereitstellt, wird vorgeschlagen, dass die Anschlusseinheit eine Steckdurchführung (5) und zum Anschluss eines Kabelsteckers eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für einen Transformator oder eine Drossel mit einer aus einem Wicklungsleiter gebildeten Wicklung, einer die Wicklung umschließenden Feststoffisolierung und einer in die Feststoffisolierung eingebetteten Anschlusseinheit.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Wicklungsanordnung für einen Transformator oder eine Drossel, bei dem eine aus einem Wicklungsleiter gebildete Wicklung in eine Feststoffisolierung eingebettet wird.
Eine solche Wicklungsanordnung, die auch als Trockenwicklung bezeichnet wird, ist aus der ständigen Praxis bekannt. So weisen marktübliche Transformatoren Wicklungsanordnungen auf, die aus einer Wicklung bestehen, die in eine Feststoffisolierung als Matrix eingebettet ist. Die vorbekannten Wicklungsanordnungen sind hohlzylindrisch ausgebildet, so dass sie in ihrem Wicklungsinneren eine Unterspannungswicklung und einen aus Lamellen gebildeten Eisenkern aufnehmen kann. Wird an einer solchen vorbekannten Wicklungsanordnung daher eine Spannung bis zu 36kV angelegt, induziert das sich im Kern ausbreitende Magnetfeld eine Spannung in der Unterspannungswicklung. Zum Anschluss einer Hochspannung ist die Wicklungsanordnung in der Regel mit einem Stützer ausgerüstet, mit dem ein Kabelschuh eines Hochspannungskabels verschraubbar ist.
Darüber hinaus sind Wicklungsanordnungen bekannt, die als Anschlusseinheit eine Steckdurchführung aufweisen, wobei die Anschlusseinheit in einer Schaltleiste verbaut ist. Eine solche Wicklungsanordnung weist jedoch den Nachteil auf, dass die Ausgestaltung und Ausführung der Anschlusseinheit die Betriebsspannungen begrenzt. Mit anderen Worten weist die vorbekannte Wicklungsanordnung nicht die notwendige Spannungsfestigkeit auf, um für Betriebsspannungen von über 40kV eingesetzt zu werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wicklungsanordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die auch bei höheren Betriebsspannungen die geforderte Spannungsfestigkeit bereitstellt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Anschlusseinheit eine Steckdurchführung und zum Anschluss eines Kabelsteckers eingerichtet ist.
Im Rahmen der Erfindung wurde die Anschlusseinheit als Steckdurchführung ausgebildet, wobei die Steckdurchführung im Gegensatz zum Stand der Technik in die Feststoffisolierung der Wicklung eingebettet ist. Eine solche Steckdurchführung unterscheidet sich von den bislang in die Feststoffisolierung eingebetteten Stützer dadurch, dass ein am Markt erhältlicher Kabelstecker auf einfache Art und Weise mit der Steckdurchführung verbindbar ist. Der Anschluss der Wicklungsanordnung an eine Hochspannung ist daher im Rahmen der Erfindung vereinfacht.
Steckdurchführungen sind als solche bereits bekannt und am Markt erhältlich. So kommen vorbekannte Steckverbindungen insbesondere dann zur Anwendung, wenn die Betriebsspannungen für die Wicklungsanordnung oberhalb von 40kV liegen. Im Zusammenhang mit Transformatoren werden Steckdurchführungen im Wesentlichen bei Öltransformatoren eingesetzt. Erfindungsgemäß wird eine marktübliche Steckdurchführung bearbeitet, um anschließend in die Feststoffisolierung der Wicklung eingebettet werden zu können.
Vorteilhafterweise weist die Steckdurchführung eine genormte Kabelanschlussbuchse auf. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung kann die Wicklungsanordnung mit Hilfe markterhältlicher genormter Kabelstecker kontaktiert werden. Darüber hinaus ist die Steckdurchführung in Abhängigkeit einer jeweils geforderten Betriebsspannung dimensioniert. Insbesondere weist die Steckdurchführung eine hierfür notwendige Spannungsfestigkeit auf. Mit anderen Worten ist die Steckdurchführung in Abhängigkeit der jeweils geforderten Betriebsspannung dimensioniert.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung weist jede Steckdurchführung einen Phasenleiter auf, der sich durch eine aus einem Festkörper bestehende Durchführungsisolierung erstreckt, wobei in der Durchführungsisolierung Feldsteuerelemente eingebettet sind. Mit Hilfe der Feldsteuerelemente ist es möglich, hohe elektrische Feldstärken, die während des Betriebs zwischen dem Phasenleiter der Steckdurchführung und dem üblicherweise auf Erdpotenzial liegenden äußeren Oberfläche der Feststoffisolierung entstehen können zu vermeiden.
Zweckmäßigerweise weist die Steckdurchführung einen aus einer Feststoffisolierung gebildeten Flanschabschnitt auf und ist über den Flanschabschnitt mit einem Aufnahmeabschnitt der Feststoffisolierung verbunden, der an eine Außenfläche der Feststoffisolierung von dieser aufragt. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung verfügt die Feststoffisolierung über einen Aufnahmeabschnitt, der formkomplementär zu der der Feststoffisolierung zugewandten Seite der Steckdurchführung ausgebildet ist. Eine solche Ausgestaltung wird beispielsweise erreicht, indem die Steckdurchführung vor dem Vergießen mit einem Formteil verbunden wird. Nach dem Aushärten des Isolierstoffs wird das Formteil entfernt.
Die Wicklungsanordnung weist einen in der Regel hohlzylindrischen Wicklungsinnenraum auf, der zur Aufnahme einer Unterspannungswicklung und/oder eines Schenkels eines Eisenkerns dient. Die umfänglich geschlossene Wicklung erstreckt sich dabei vollständig innerhalb der Feststoffisolierung, deren äußere Einhüllende daher ebenfalls im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist. Aus der zylinderförmigen Außenkontur ragt der Aufnahmeabschnitt im Wesentlichen rechtwinklig hervor. Ein sich durch den Aufnahmeabschnitt erstreckender elektrischer Verbindungsleiter verbindet einen Anschluss der eingebetteten Wicklung mit einem Phasenleiter der Steckdurchführung. Auf diese Weise sind alle elektrischen Leiter in einem festen Isolierstoff eingebettet, so dass sich die notwendige Spannungsfestigkeit ergibt.
Zweckmäßigerweise ist der Aufnahmeabschnitt zylinderförmig ausgebildet. Eine zylinderförmige Ausgestaltung bietet eine nach allen Seiten gleichförmige symmetrische Isolierung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Steckdurchführung eine Anschlussseite und eine der Feststoffisolierung zugewandte Wicklungsseite auf, die von der Anschlussseite abgewandt ist. Dabei ist die Wicklungsseite mit Ausnehmungen versehen. Die Ausnehmungen erhöhen die Oberfläche der Steckdurchführung an der Seite, an der die Steckdurchführung mit der Feststoffisolierung verbunden wird. Jede Ausnehmung vergrößert die Oberfläche der Steckdurchführung, so dass beim Aushärten der Feststoffisolierung aufgrund der sich einstellenden stoffschlüssigen Verbindung ein festerer Halt Steckdurchführung an der Feststoffisolierung bereitgestellt ist. Als Ausnehmung kommt beispielsweise eine umfänglich geschlossen umlaufende Kanalstruktur mit rechtwinkligem Querschnitt in Betracht. Besondere Vorteile ergeben sich jedoch, wenn die Ausnehmungen geschlossen umlaufende abgerundete Rillenstrukturen aufweisen. Eine solche Rillenstruktur ermöglicht der Feststoffisolierung die Steckdurchführung im Bereich der Ausnehmungen zu hintergreifen, so dass neben einer stoff- auch eine formschlüssige Verbindung zwischen der ausgehärteten Feststoffisolierung und der Isolierung der Steckdurchführung ermöglicht ist.
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass die Feststoffisolierung an eine Steckdurchführung zum Anschluss eines Kabelsteckers angeformt wird. Erfindungsgemäß kann somit eine markterhältliche Steckdurchführung an die Feststoffisolierung der Wicklungsanordnung angeformt werden. Ein spezielles Design der Steckdurchführung ist somit überflüssig geworden. Aufwändige Eigenentwicklungen und Anpassungen der Steckdurchführung als solche sind vermieden.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung wird die Steckdurchführung vor dem Einbetten in die Feststoffisolierung an ihrer der Feststoffisolierung zugewandten Wicklungsseite mit Ausnehmungen versehen. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, dienen die Ausnehmungen zu einer Erhöhung der Oberfläche, so dass die Feststoffisolierung über einen größeren Flächenbereich an der Steckdurchführung anliegt. Hierdurch ergibt sich ein fester Halt.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn in die Wicklungsseite umfänglich geschlossene Rillen oder Kanäle eingefräst werden. Kanäle weisen hier eine rechteckige Struktur auf, während Rillen im Querschnitt bogenförmig ausgebildet sind.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei
1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung in einer perspektivischen Ansicht,
2 und 3 eine Steckdurchführung der Wicklungsanordnung gemäß 1 und
4 die Steckdurchführung der Durchführung gemäß 1 in einer geschnittenen Seitenansicht verdeutlichen.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung 1 in einer perspektivischen Darstellung.
Es ist erkennbar, dass die Wicklungsanordnung 1 einen zylindrischen Innenraum 2 zur Aufnahme einer Unterspannungswicklung sowie einen Schenkel eines Eisenkerns eines Transformators aufweist. Die Außenhülle oder mit anderen Worten die Außenkontur ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, wobei die Wicklungsanordnung 1 eine Anschlussseite 3 aufweist, die gegenüber der zylindrischen Außenhülle abgeflacht ist. An der Anschlussseite 3 ragen zwei Aufnahmeabschnitte 4 auf, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgeführt sind. Die Aufnahmeabschnitte 4 erstrecken sich rechtwinklig zu einer Mittenachse des zylindrischen Innenraums 2 und dienen jeweils zur Aufnahme einer Steckdurchführung 5, wobei jede Steckdurchführung 5 mit einem scheibenförmigen Flanschabschnitt auf dem jeweiligen Aufnahmeabschnitt 4 aufsitzt.
Die 2 und 3 zeigen die Steckdurchführung 5 genauer. Es ist erkennbar, dass die Steckdurchführungen 5 eine Kabelseite 7 sowie eine Wicklungsseite 8 aufweisen. Dabei sind die Kabelseite 7 und die Wicklungsseite 8 durch den scheibenförmigen Flanschabschnitt 6 voneinander getrennt. Aus dem scheibenförmigen Flanschabschnitt 6 ragt ein Säulenabschnitt 9 hervor, der konisch oder mit anderen Worten kegelstumpfförmig ausgestaltet ist. Dabei umschließt der Säulenabschnitt 9 einen Leiter 10, an dessen vom Flanschabschnitt 6 abgewandten freien Ende ein Gewindeanschluss 11 in Gestalt eines Innengewindes ausgebildet ist. Der Säulenabschnitt 9 ist formkomplementär zu einem genormten figürlich nicht dargestellten Kabelstecker ausgeführt. Die gesamte Durchführung ist daher ebenfalls genormt, wobei die Norm beispielsweise der EN 50181 entspricht. Die Norm legt beispielsweise die Größe des Innengewindes, beispielsweise M16, und die Dimensionierung und den Typus des kegelstumpfförmigen Säulenabschnittes fest. Das Innengewinde 11 dient der Fixierung des Kabelleiters, der sich innerhalb einem Steckerkopf erstreckt. Der Steckerkopf wird über den Säulenabschnitt gestülpt.
Der Leiter 10 der Steckdurchführung 5 erstreckt sich von der Kabelseite 7 mittig durch den Säulenabschnitt 9 und ist auf der Wicklungsseite 8 mit einer in der Feststoffisolierung der Wicklungsanordnung 1 angeordneten Wicklung kontaktierbar. Dabei durchragt der Leiter 10 auf der Wicklungsseite einen Stufenabschnitt 12 der Steckdurchführung 5, der in 3 besonders gut erkennbar ist. So weist der Stufenabschnitt 12 umfänglich geschlossen umlaufende Rillen 13 als Aufnehmungen auf, mit denen die Oberfläche der Steckdurchführung 5 an der Wicklungsseite 8 vergrößert ist. Aufgrund der vergrößerten Außenfläche der Steckdurchführung 5 ist eine verbesserte stoffschlüssige Verbindung zwischen der Steckdurchführung 5 und der Feststoffisolierung der Wicklungsanordnung 1 ermöglicht. Abschließend sei darauf hingewiesen, dass der Leiter 10 aus einem elektrisch leitenden Material besteht, der vollständig in eine aus einem Isolierstoff bestehende Durchführungsisolierung eingebettet ist.
Säulenabschnitt 9, Flanschabschnitt 6 und Wicklungsabschnitt 12 bestehen daher aus einem festen Durchführungsisolierstoff. In der Durchführungsisolierung sind ferner figürlich nicht dargestellte Feldsteuerelemente eingebettet.
4 verdeutlicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Durchführung 5 an die Feststoffisolierung der Wicklungsanordnung 1 angeformt wird. In der gezeigten geschnittenen Seitenansicht ist erkennbar, dass sich der Leiter 10 von der Kabelanschlussbuchse 11 durch die gesamte Durchführungsisolierung, die aus einem elektrisch nichtleitenden Material, beispielsweise einem zweckmäßigen Harz, besteht, hindurch erstreckt. Dabei ist der Gewindeanschluss 11 als zylindrische Sacköffnung ausgeführt.
An der Wicklungsseite 8 ist in den Leiter 10 ein Wicklungsanschluss 14 in Gestalt einer Gewindeöffnung eingebracht. Zur Vermeidung hoher Feldstärken an dem Wicklungsleiter 8 ist eine metallische Abschirmanordnung oder Abschirmelement 15 montiert. Das Abschirmelement 15 ist elektrisch leitend mit dem Leiter 10 verbunden.
In 4 ist weiterhin eine Gießform 16 erkennbar, die aus einer Aufnahmeabschnittsform 17 besteht, die über Verbindungsmittel 18 fest mit den restlichen Bestandteilen der Gießform 16 verbunden ist. An ihrer von den Befestigungsmitteln 18 abgewandten Seite ist die Aufnahmeabschnittsform 17 mit Haltemitteln 19 ausgerüstet, die einen Klemmring 20 umfassen, der zum Festklemmen der Haltemittel 19 auf der Aufnahmeabschnittsform 17 eingerichtet ist. Dabei umgreift der Klemmring 20 die Aufnahmeabschnittsform 17 umfänglich. Der Klemmring 20 verfügt über eine Durchgangsöffnung mit Innengewinde, die jeweils mit einer Klemmschraube 21 im Eingriff steht. Die Klemmschrauben 21 erstrecken sich durch Klemmbügel 22 sowie durch ein Wiederlager 23, wobei das Wiederlager 23 auf der oberen Kante der Aufnahmeabschnittsform 17 aufsitzt. Zwischen den Klemmbügeln 22 und dem Wiederlager 23 erstreckt sich der Flanschabschnitt 6 der Steckdurchführung 5, so dass durch Verdrehen der Klemmschrauben 21 die Steckdurchführung 5 fest an der Aufnahmeabschnittsform 17 gehalten ist. Vor dem Verklemmen wurden in die Wicklungsseite die in 3 verdeutlichten Rillen 13 eingebracht.
Nachdem die Steckdurchführung 5, wie in 4 gezeigt, mit der Gießform 16 für die Feststoffisolierung verbunden ist, wird die figürlich nicht dargestellte Wicklung vergossen, wobei der flüssige Isolierstoff, beispielsweise ein flüssiges Harz, in die Gießform 16 gegossen wird. Anschließend wird die Feststoffisolierung ausgehärtet und die Klemmmittel 19 und die Gießform 16 entfernt, so dass die in 1 dargestellte Wicklungsanordnung 1 bereitgestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 50181 [0024]

Claims

Wicklungsanordnung (1) für einen Transformator oder eine Drossel mit – einer aus einem Wicklungsleiter gebildeten Wicklung, – einer die Wicklung umschließenden Feststoffisolierung und – einer in die Feststoffisolierung eingebetteten Anschlusseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinheit eine Steckdurchführung (5) und zum Anschluss eines Kabelsteckers eingerichtet ist.
Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckdurchführung (5) genormt ist.
Wicklungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steckdurchführung (5) einen Leiter (10) aufweist, der sich durch eine aus einem Festkörper bestehende Durchführungsisolierung erstreckt, wobei in der Durchführungsisolierung Feldsteuerelemente eingebettet sind.
Wicklungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckdurchführung (5) einen aus einer Feststoffisolierung gebildeten Flanschabschnitt (6) aufweist und über den Flanschabschnitt mit einem Aufnahmeabschnitt (4) der Feststoffisolierung verbunden ist, der an einer Außenfläche der Feststoffisolierung von dieser aufragt.
Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeabschnitt (4) zylinderförmig ausgebildet ist.
Wicklungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckdurchführung (5) eine Anschlussseite (7) und eine der Feststoffisolierung zugewandte Wicklungsseite (8) aufweist, wobei die Wicklungsseite (8) mit Ausnehmungen (13) versehen ist.
Verfahren zum Herstellen einer Wicklungsanordnung (1) für einen Transformator oder eine Drossel, bei dem eine aus einem Wicklungsleiter gebildete Wicklung in eine Feststoffisolierung eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffisolierung an eine Steckdurchführung (5) zum Anschluss eines Kabelsteckers angeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Steckdurchführung (5) vor dem Einbetten in die Feststoffisolierung an ihrer der Feststoffisolierung zugewandten Wicklungsseite (8) mit Ausnehmungen (13) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wicklungsseite (8) umfänglich geschlossene Rillen (13) oder Kanäle eingefräst werden.