-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für einen Transformator, insbesondere mit einer Betriebsmittelspannung von Um ≥ 72,5kV, zur gegenseitigen Abschirmung von Spannung zwischen vorzugsweise zwei benachbarten Wicklungen, wobei eine Niederspannungswicklung von einer Hochspannungswicklung mittels einer Schirmfolie abgeschirmt ist.
-
Die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung kann in verschiedenen Transformatortypen Anwendung finden, insbesondere in großen Verteilertransformatoren.
-
STAND DER TECHNIK
-
Für den Aufbau der Hochspannungswicklung von Transformatoren und Messwandlern wird häufig die sogenannte Lagenwicklung verwendet. Bei dieser werden die einzelnen Windungen zunächst in einer Lage auf einen Zylinder über etwa der ganzen Schenkellänge nebeneinander aufgewickelt und dann mehrere so bewickelte Zylinder in Serienschaltung übereinander angeordnet. Die Niederspannungswicklung kann ebenfalls als Lagenwicklung oder beispielsweise als axial fortschreitende Röhrenwicklung ausgeführt werden. Für Transformatoren mit einer Betriebsmittelspannung von Um ≥ 72,5 kV, werden im Allgemeinen für Niederspannungswicklungen aufwendige Flachleiterwicklungen und Drillleiterwicklungen, die in der Herstellung teurer als Folienwicklungen sind, verwendet, da bei Folienwicklungen die Feldstärke an den Wicklungsrandbereichen in den meisten Fällen zu hoch ist. Außerdem muss für Flachleiterwicklungen und Drillleiterwicklungen aufgrund der höheren axialen Kurzschlusskräfte die Wicklungspresskonstruktion aufwendiger konstruiert werden.
-
Die
WO2009/152858A1 offenbart einen Drillleiter für eine Wicklung einer elektrischen Maschine, insbesondere für eine Transformatorwicklung, der aus einzelnen, gegeneinander isolierten, flachen Teilleitern, die in benachbart angeordneten Teilleiterstapeln gestapelt sind, gebildet ist. Zwischen benachbarten Breitflächen des Teilleiters und des Teilleiterstapels ist ein zusätzliches Isolier- oder Isolationselement eingebracht.
-
Zwischen der Hochspannungswicklung und der Niederspannungswicklung kann bei Bedarf eine Schirmfolie zur gegenseitigen Abschirmung angeordnet werden.
-
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Wicklungsanordnung bereit zu stellen, die die Nachteile des Stands der Technik überwindet und eine weniger aufwendige Wicklungsanordnung ermöglicht, die trotz der simpleren Wicklung die Gefahr von Teilentladungen beziehungsweise Überschlägen am Endbereich der Schirmfolie stark vermindert.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst, wobei die Wicklungsanordnung für einen Transformator, insbesondere mit einer Betriebsmittelspannung von Um ≥ 72,5kV, zur Absenkung der elektrischen Feldstärke zwischen vorzugsweise zwei benachbarten Wicklungen, wobei eine Niederspannungswicklung von einer Hochspannungswicklung mittels einer Schirmfolie abgeschirmt ist, vorgesehen ist, wobei die Niederspannungswicklung als Folienwicklung vorliegt und die Schirmfolie zumindest einen Endbereich aufweist, welcher in axialer Richtung sowohl die Niederspannungswicklung als auch die Hochspannungswicklung überragt, wobei das Ende der Schirmfolie eine verdickte Abrundung gegenüber der restlichen Schirmfolie aufweist.
-
Die Schirmfolie ist bekanntlich zwischen Niederspannungswicklung und Hochspannungswicklung angeordnet. Durch den abgerundeten Endbereich der Schirmfolie, der die Niederspannungswicklung und Hochspannungswicklung überragt, wird die hohe elektrische Beanspruchung, die üblicherweise am Endbereich der Schirmfolie auftritt, stark reduziert. Somit wird das Risiko des Auftretens von Überschlägen und Teilentladungen deutlich verringert, wodurch ermöglicht wird, die Niederspannungswicklung zur Anwendung in einem großen Verteilertransformator als Folienwicklung auszubilden. In der Regel ist die Folie außerhalb der verdickten Abrundung eben und weist eine konstante Dicke auf.
-
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die äußere Oberfläche der Abrundung der Schirmfolie zur Bildung der Abrundung konvex gekrümmt ist, wodurch die Ausbildung von möglichen Ecken oder vorspringenden Kanten entlang des Endbereichs stark vermindert wird. Vorzugsweise verdickt sich der Endbereich der Schirmfolie in axialer Richtung, wodurch er durch seine zusätzliche konvexe Krümmung sozusagen einen „Abschirmring“ beziehungsweise eine „Wulst“ zwischen Niederspannungswicklung und Hochspannungswicklung ausbildet, die einen größeren Durchmesser als die übrige axial ausgerichtete Schirmfolie aufweist.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Endbereich der Schirmfolie zur Bildung der Abrundung umgeschlagen ist. Durch das Umschlagen des Endbereichs wird in einfacher Art und Weise eine Abrundung desselben ausgebildet. Es ist jedoch darauf zu achten, eine möglichst runde Oberfläche des Endbereichs zu erzielen. Hierzu kann es vorteilhaft sein, die Schirmfolie, insbesondere den Endbereich, mehrmals umzuschlagen, bis eine vorgegebene Dicke erreicht ist.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Wicklungsanordnung ist vorgesehen, dass das Ende der Schirmfolie im Inneren der Abrundung endet. Bei dieser Variante wird die Abrundung auf das Ende bzw. auf den Endbereich der Schirmfolie aufgesetzt und mit dieser verbunden, z.B. aufgeschweißt, wodurch eine zusätzliche Abrundung des Endes der Folie nicht erforderlich ist. Der Durchmesser der Abrundung wird nach der Betriebsmittelspannung und/oder der Konstruktionsart ausgewählt. Die Abrundung kann ein Hohl- oder Vollprofil aufweisen.
-
Um sicher zu stellen, dass die Anzahl und Größe möglicher Ecken der Abrundung möglichst minimiert ist, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Abrundung der Schirmfolie eine stetig differenzierbare Oberfläche ausbildet. Somit wird ein runder Abschluss der Oberfläche der Abrundung mit der axialen Erstreckung der Schirmfolie ermöglicht. Hierzu kann die Abrundung an der Schirmfolie angeschweißt sein oder die Schirmfolie kann sich im Endbereich verdicken, um die Abrundung auszubilden. Vorteilhafterweise wird durch diese Maßnahme die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von erhöhter punktueller Feldstärke am Endbereich der Schirmfolie zusätzlich stark verringert.
-
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Oberfläche der Abrundung der Schirmfolie eine minimale positive Gaußsche Krümmung und/oder einen vorgegebenen minimalen Krümmungsradius nicht unterschreitet. Durch diese Ausführungsform wird sichergestellt, dass die Abrundung eine Mindestkrümmung aufweisen muss und somit wiederum die Ausbildung möglicher Kanten und Ecken vermieden wird.
-
Krümmungsradien ergeben sich hierbei für einen bestimmten Anwendungsfall, also etwa für einen bestimmten Transformator, unter anderem aus der Anordnung der Wicklungen und sie sind abhängig von der Betriebsmittelspannung bzw. der daraus resultierenden elektrischen Feldstärken im Bereich der Enden der Schirmfolie. Für Transformatoren mit einer Betriebsmittelspannung von Um ≥ 72,5kV beträgt der minimale Krümmungsradius vorteilhafter Weise zumindest 2 mm.
-
Grundsätzlich kann außerdem eine Oberflächenbehandlung des Endbereichs und/oder der Abrundung mit im Stand der Technik bekannten Methoden vorgenommen werden, um eine möglichst glatte Oberfläche zu erreichen.
-
Als Material für die Schirmfolie werden insbesondere Metalle und/oder deren Legierungen verwendet. Vorzugsweise besteht die Schirmfolie aus Aluminium oder Kupfer. Ihre Dicke liegt üblicherweise unter 1 mm und kann etwa 0,1 bis 0,3 mm aufweisen, z.B. 0,15 mm oder 0,3 mm.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass auch ein zweiter Bereich der Schirmfolie in axialer Richtung sowohl die Niederspannungswicklung als auch die Hochspannungswicklung überragt und eine verdickte Abrundung aufweist. Da die Schirmfolie in dieser Variante zwei Endbereiche aufweist, ist es äußerst vorteilhaft, dass beide Endbereiche eine verdickte Abrundung aufweisen um das Risiko des Auftretens von Überschlägen und Teilentladungen deutlich zu verringern.
-
Der Abstand zwischen der Niederspannungswicklung und der Hochspannungswicklung bei einer Betriebsmittelspannung von Um gleich 72,5kV beträgt typischerweise rund 28-35 mm.
-
Für die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung sind zumindest zwei Anwendungsfälle möglich. Im ersten Fall ist die Schirmfolie mit dem Potential der Niederspannungswicklung verbunden. Die Schirmfolie wäre in dieser Ausführungsvariante technisch nicht erforderlich, dient jedoch gemeinsam mit der Abrundung ihres Endes bzw. der Abrundung ihrer Enden zur Feldstärkenverringerung an der Niederspannungs-Folienwicklung.
-
Im zweiten Fall ist eine Schirmfolie technisch erforderlich und es ist vorgesehen dass die Schirmfolie mit dem Erdpotential verbunden ist. Die Hauptaufgabe der Schirmfolie ist in dieser Variante die Verringerung der kapazitiven Kopplung zwischen Niederspannungs- und Hochspannungswicklung. Auch in dieser Ausführungsvariante ist die Abrundung des Endes bzw. die Abrundung der Enden der Schirmfolie der entscheidende Faktor, um obig genannte Aufgabe zu lösen. Es gilt zu beachten, dass diese Variante im Falle des Umschlagens des Endbereichs der Schirmfolie zur Erzeugung der Abrundung nur bei einer Betriebsmittelspannung von Um ≤ 52kV einsetzbar ist. Im Falle einer Betriebsmittelspannung von Um ≥ 72,5kV beträgt der Abrundungsradius (Krümmungsradius) des Endes in der Regel ≥ 2 mm. Nachdem dieser Radius durch Umschlagen des Endbereichs nicht zufriedenstellend erreicht werden kann, ist es daher bei einer Betriebsmittelspannung von Um ≥ 72,5kV vorteilhaft, wenn sich das Ende der Schirmfolie verdickt, indem etwa die Abrundung auf das Ende bzw. den Endbereich der Schirmfolie aufgesetzt wird.
-
Die Erfindung umfasst auch einen Transformator mit einer erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung, um die Verwendung einer Niederspannungswicklung als kostengünstige Folienwicklung bei einer Betriebsmittelspannung von Um ≥ 72,5kV zu ermöglichen. Die Schirmfolie wird möglichst nahe an der Folienwicklung angeordnet und bevorzugt anschließend auf dasselbe Potential gelegt, wodurch eine deutliche Reduktion der Baugröße ermöglicht wird, da ein Streuspalt zwischen der Folienwicklung und der Schirmfolie entfällt.
-
Figurenliste
-
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf zwei Figuren Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Einzelheiten und mögliche Einsatzgebiete der Erfindung zu entnehmen sind. Die Figuren sind als beispielhaft zu verstehen und sollen den Erfindungscharakter zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Es zeigt:
- 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung
- 2 einen Längsschnitt des Endbereichs, des Endes und der Abrundung mit Hohlprofil der Schirmfolie
-
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung 1 mit einem Kernschenkel 4, um das eine Niederspannungswicklung 2, eine Schirmfolie 5 und eine Hochspannungswicklung 3 gewickelt sind. Die axiale Richtung ist entlang der Achse Ax angeordnet. Die Schirmfolie 5 besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer, und ist in radialer Richtung gesehen zwischen der Niederspannungswicklung 2 und der Hochspannungswicklung 3 angeordnet. Natürlich sind auch Metalllegierungen als Folienmaterial denkbar und erwünscht. Die Schirmfolie 5 weist zumindest einen Endbereich 7 auf, welcher in axialer Richtung sowohl die Niederspannungswicklung 2 als auch die Hochspannungswicklung 3 überragt. Der zumindest eine Endbereich 7 der Schirmfolie 5 weist eine verdickte Abrundung 6 auf. Die Abrundung 6 kann entweder auf das Ende 9 (siehe 2) aufgeschweißt oder aufgelötet sein, oder durch Umschlagen des Endbereichs 7 ausgebildet werden. Die Abrundung kann dabei ein Hohl- oder ein Vollprofil aufweisen. Natürlich kann sich der Endbereich 7 auch verdicken und die Abrundung 6 mit einem Vollprofil ausbilden.
-
Die Wicklungen und die Schirmfolie 5 setzen sich in 1 nach unten fort und die Schirmfolie 5 bildet einen zweiten Endbereich 7 und ein zweites Ende 9 (nicht in 1 ersichtlich) aus. Die Schirmfolie 5 weist dann zwei Endbereiche 7 mit jeweils einem Ende 9 auf, die in axialer Richtung gesehen jeweils sowohl die Niederspannungswicklung 2 als auch die Hochspannungswicklung 3 überragen und einander gegenüberliegend angeordnet sind. Hierbei ist bevorzugt, dass beide Enden 9 jeweils eine verdickte Abrundung 6 aufweisen.
-
Bei der Konstruktion der Abrundung 6 durch Umschlagen des Endbereichs 7 muss insbesondere darauf geachtet werden, Kanten und Ecken zu vermeiden. Die Abrundung 6 kann je nach Bedarf einen unterschiedlichen Krümmungsradius aufweisen, da dies von Fall zu Fall variieren kann und damit die auftretende elektrische Feldstärke beeinflusst werden kann.
-
2 zeigt einen Endbereich 7 der Schirmfolie 5 mit einem Ende 9, das in der Abrundung 6 endet. Die Abrundung 6 ist hier als Hohlprofil ausgebildet. Die Abrundung 6 kann auf das Ende 9 bzw. auf den Endbereich 7 der Schirmfolie 5 aufgesetzt, aufgelötet, aufgesteckt oder aufgeschweißt werden. Mittels des Hohlprofils kann Gewicht eingespart werden. Weiters ist es möglich, die Abrundung 6 durch Umschlagen der Schirmfolie 7 herzustellen, wobei durch weitere Bearbeitungsschritte auch eine Verrundung mit beliebigem Verrundungsradius erfolgen kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wicklungsanordnung
- 2
- Niederspannungswicklung
- 3
- Hochspannungswicklung
- 4
- Kernschenkel
- 5
- Schirmfolie
- 6
- Abrundung
- 7
- Endbereich
- 8
- Oberfläche
- 9
- Ende der Schirmfolie
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
