DE1212626B - Abschirmvorrichtung fuer Transformatoren, Drosselspulen od. dgl. - Google Patents

Description

• Abschirmvorrichtung für Transformatoren, Drosselspulen od. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf Abschirmvorrichtungen für Transformatoren, Drosselspulen od. dgl. mit einer oder mehreren auf einem Kern aufgebrachten Blechwicklungen, auf deren Außenseite sich durch den radialen Streufluß überhitzte Stellen bilden.
• Die Verwendung von Blechwicklungen bei Transformatoren u. dgl. setzt bei zahlreichen, bekannten Anordnungen verhältnismäßig kleine Leistungen voraus, da die durch den magnetischen Streufluß an den Außenseiten, insbesondere an den Rändern und Kanten der Blechwicklungen induzierten verhältnismäßig starken Ströme zu örtlich hohen Temperaturen füh- ren, die die zulässige Wicklungserwärmung überschreiten können.
• Es ist bekannt, zum Schutz von Regelwicklungen bei Transformatoren Blechabschinnungen vorzusehen. Eine solche Abschirmung besteht aus einem zylinderförmigen leitenden Teil, der einen in Achsrichtung verlaufenden durchgehenden Schlitz aufweist. Der zylinderfönnige Teil ist zu beiden Seiten des Schlitzes mit einer Reihe von senkrecht zur Achse des Zylinders und in gleichen Abständen voneinander angeordneten Schlitzen versehen, wodurch eine Reihe von Lappen gebildet werden, die in Umfangsrichtung des Zylinders gleich lang und in Achsrichtung gleich breit sind. Sämtliche Lappen sind mit dem stehengebliebenen, in Achsrichtung verlaufenden Abschnitt des Zylinders verbunden. Eine derart ausgebildete Blechabschirmung hat jedoch über die gesamte Wicklung nur gleichmäßig verteilte Felder zur Folge, die außerdem den in Richtung zur Wicklungsachse verlaufenden magnetischen Fluß noch störend beeinflussen können.
• Zur Verringerung der Wirbelstromverluste, insbesondere an den Außenwänden bestimmter Metallkörper von Transformatoren, z. B. Spannplatten, Kerntraggestellen, Strahlungs- und Druckringen für Wicklungen usw. ist es bekannt, diese Metallkörper mit Schichten von verschiedener elektrischer Leitfähigkeit herzustellen, um eine gleichmäßigere Stromdichteverteilung zu erzielen. Diese Anordnung setzt jedoch verhältnismäßig breite oder dickwandige Metallkörper voraus. Solche Maßnahmen sind daher auf Blechabschirmungen für Transformatoren kaum anwendbar und zudem für viele Fälle unwirtschaftlich.
• Bei Transformatoren werden ferner auch sogenannte Kurzschlußkäfige verwendet, die den störenden Austritt von Streuflüssen aus dem Transformatorkern in die Luft verhindern sollen. Ein für diese Zwecke bekannter Kurzschlußkäfig besteht aus einer Blechplatte, aus der gleich große und im gleichen Abstand voneinander liegende Ausnehmungen ausgestanzt sind, so daß gleich lange und breite Blechstege stehenbleiben, die durdh den Blechrand am Umfang der Platte kurzgeschlossen sind. Ein solcher Kurzschlußkäfig ist, auch wenn die Platte in Zylinderform gebogen wird, nicht zur begrenzten Abschirmung von Blechwicklungen bzw. zur Erzeugung magnetischer Gegenfelder gegenüber bestimmten Blechwicklungsabschnitten zu benutzen.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache und wirtschaftlich herzustellende Abschirmvorrichtung für Blechwicklungen von Transformatoren zu schaffen, die die durch den Streufluß bedingte verhältnismäßig hohe Stromdichte an bestimmten Stellen der Blechwicklungen verringert und dadurch unzulässige überhitzungsstellen beseitigt.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Abschirmvorrichtung aus einem geschlossenen Blechrahmen mit einem in diesen senkrecht zur Wicklungsachse hineinragenden, einseitig mit dem Rahmen verbundenen, zungenartigen Blechstreifen besteht, und daß der Schirm um bestimmte Abschnitte der Wicklungsaußenflächen unter Vermeidung einer Kurzschlußwirkung durch Einschalten eines Luftspaltes schleifenartig herumgelegt ist, so daß die durch die Abschinnvorrichtung erzeugten lokalen Gegenfelder unter Herabsetzung des radialen Streuflusses eine überhitzung der Blechwicklungen an diesen Stellen verhindern. Durch eine solche Abschirmvorrichtung läßt sich die Zahl der Feldlinien reduzieren, welche die Wicklungsränder Schneiden, womit die relative Stromdichte an den Kanten einer Blechwicklung derjenigen des Mittelteiles- der Wicklung angeglichen wird. Die gleichmäßigere Verteilung der Stromdichte verringert die an den Kanten der Wicklung erzeugte Wärme und ermöglicht damit, die Verwendung der gleichen Wicklungen für höhere Leistungen.
• Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Transformators gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Teilansicht im Schnitt entlang der Linie 2-2 nach F i 1-D. 1, F i g. J eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Abschirmung gemäß der Erfindung, F i g. 4 ein Querschnitt eines Wicklungs- und Abschirmungspaares gemäß der Eiliiidung, wobei der im Bereich der Wicklungen wirkende magnetische Fluß schematisch durch Pfeile dargestellt ist, F i g. 5 die perspektivische Ansicht einer Wicklung mit Abschirmung mit einer Anschlußmöglichkeit für die Abschirmung.
• In F i g. 1 ist ein elektrischer Transformator schematisch dargestellt. Der Transformator 10 enthält einen magnetischen Kein 11 mit den Jochteilen 15 und den Schenkeln 12, um die die Hochspannungswicklungen 13 und die Unterspannungswicklungen 14 angeordnet sind. Die Wicklungen sind aus durchlaufenden elektrisch leitfähigem Blechmaterial, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer hergestellt und spiralförmig um die entsprechenden Kernschen-kel 12 herumgelegt. Entsprechend der Erfindung sind die Wicklungen mit Abschirmungen 20 versehen, die durch Erzeugung einer magnetomotorischen Gegenspannung die Streuwirkung der magnetischen Feldlinien an den Kanten der Wicklungen herabsetzen. Aus F i g. 2 läßt sich erkennen, daß die Wicklungen 13 und 14 zwischen den beiden Abschirmungen 20 angeordnet sind, von denen eine den Kern.12 umgibt und selbst von der Wicklung 14 umgeben wird, während die andere Abschirmung außen um die Wicklung 13 liegt. Zusätzliche Abschirmungen können auch an anderen Stellen vorgesehen werden, beispielsweise zwischen den Wicklungen 13 und 14.
• Eine bevorzugte Ausführungsforin einer erfindungsgemäßen Abschirmung ist in F i g. 3 erläutert. Die Abschirmung 20 besteht aus einem geschlossenen äußeren Blechrahmen 21 aus leitendem Material mit einer in diesen hineinragenden Blechzunge 22. Der äußere Blechrahmen 21 besteht aus den Teilen 23,24 und 25. Die Zunge 26 ist mit dem Rahmen 21 einseitig verbunden. Der Rahmenteil 24 der Abschirmung 20 ist in axialer Richtung breiter als der Rahmenteil 23, während die Zunge 26 zwischen den Abmessungswerten der Rahmenteile 23 und 24 liegt. Der Zweck dieser Ausbildung ist folgender: Der Teil 23 der Abschirmung ist deshalb schmal ausgeführt, damit die Länge des Kernschenkels auf -einem Kleinstwert gehalten werden kann. Der Teil 24 soll möglichst breit sein, damit der in der Abschirmung induzierte Stroni und somit die Stärke des erzeugten Gegenfeldes erhöht wird. Die Zunge 26 ist so bemessen, daß der Fluß am Rand der Abschirmung konzentriert wird.
• Die Wicklungen 13 und 14 und die Abschirmungen 20 an beiden Seiten werden in üblicher Weise auf Isolierzylindem 30 (vgl. F i g. 1) aufgebracht. Die Abschirmungen 20 am oberen Ende der Wicklungen können dabei genauso wie die Abschirmungen am unteren Ende der Wicklungen, beispielsweise von Abstandsteilen 31 aus Isoliermaterial, gehalten werden. Kühlkanäle zwischen den Wicklungen und Ab- schirmungen sorgen in üblicher Weise für den Durchfluß einer isolierenden und kühlenden Flüssigkeit.
• In F i g. 4 sind die von den Abschirmungen 20 hervorgerufenen Feldlinien durch die Pfeile 40, 40' und 41 eingezeichnet, die schematisch den Verkauf des magnetischen Feldes in den Wicklungen und Ab- schirmungen wiedergeben. Die Pfeile 40 und 40' stellen den Hauptstreufluß dar, der von dem Belastungsstrom in den Wicklungen 13 und 14 erzeugt wird. Die gestrichelten Pfeile 41 stellen den Verlauf der magnetischen Feldlinien dar, die von dem in den Ab- schirmungen 20 induzierten Strom herrühren. Während der Verlauf der Feldlinien 40 im Mittelabschnitt der Wicklungen 13 und 14 relativ gerade ist, besteht dagegen die Neigung, an den Kanten der Wicklungen etwa in radialer Richtung nach außen und innen abzuweichen. Dementsprechend schneiden zahlreiche Feldlinien die Lagen des leitenden Blechmaterials an den Kanten der Wicklungen und erzeugen dort eine höhere Induktion als im Mittelabschnitt. Wenn die magnetischen Feldlinien vollkommen gerade und parallel zu den axial verlaufenden Seitenflächen der Bleche der Wicklungen verlaufen würden, wäre die Stromverteilung innerhalb der Wicklung gleichmäßig. Somit führt jeder Vorgang, der den Weg der magnetischen Feldlinien zu begradigen sucht, zur Annäherung an diese Bedingung und bringt somit die Stromverteilung innerhalb der Wicklung zu einem gleichmäßigeren Verlauf. Die Abschirmungen 20 liegen im magnetischen Feld des Streuflusses und werden somit von den Feldlinien des Streuflusses geschnitten. Demzufolge wird in jeder Abschirmung 20 ein Strom induziert, der selbst wiederum ein durch die Pfeile 41 wiedergegebenes magnetisches Feld erzeugt. Der in der Abschirmung durchsetzende magnetische Fluß 41 ist der Radialkomponente des Flusses 40 entgegengesetzt und sucht dadurch den Verlauf des Flusses 40 zu begradigen und ihn iii eine axiale Richtung zu drücken. Damit wird die Streuwirkung des Flusses 40 an den Stimen der Wicklung verringert und damit eine gleichmäßigere Stromdichte in der Wicklung erzielt. Ein Teil des magnetischen Flusses 40 versucht, sich der Eingangswirkung der Abschirmung 20 zu widersetzen, wodurch einige der Feldlinien 40' radial nach außen über die Abschirmungen 20 hinausstreuen; dadurch wird in den Blechen der Wicklung in der Nähe des Mittelabschnittes ein größerer Strom induzier' so daß die Stiomdichte im Bereich des mittleren Abschnittes der Wieldung ansteigt und eine gleichmäßigere Stromveiteilung bewirkt.
• Versuche beweisen, daß eine aus drei Elementen bestehende Abschirmung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung optimale Ergebnisse liefert. Bei dieser Ausführtingsform liegt die Zunge 26 ini wesentlichen'auf gleicher Höhe mit der Oberfläche der Wicklungen. Dadurch wird die Dichte des magnetischen Gegenflusses 41 am Rand der Wicklung erhöht. Die Abschirmung 20 in F i g. 5 ist elektrisch mit einer Zuleitung 50 verbunden, die an die äußere Windung der Hochspannungswicklung 13 angeschlossen ist. Die Abschirmung 20 befindet sich somit auf dem gleichen Potential wie die Wicklung. Die Ab- schirmung erhöht die elektrische Isolationsfestigkeit der Wicklung, indem sie den Spannungsgradienten am Rand der Wicklung verringert. Die Abschirmung erfüllt damit gleichzeitig zwei Aufgaben.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Abschirmvorrichtung für Transformatoren, Drosselspulen od. dgl. mit einer oder mehreren auf den Kein aufgebrachten Blechwicklungen, dadurch g.ekennzeichnet, daß zur Verhinderung der Bildung lokaler überhitzter Stellen an der Außenseite der Blechwicklung durch deil radialen Streufluß die Abschirravorrichtung aus einem geschlossenen Blechrahmen (20) mit einem und daß der Schirm um bestimmte Abschnitte der in diesen senkrecht zur Wicklungsachse hineinragenden, einseitig mit dem Rahmen (20) verbundenen zungenartigen Blechstreifen (26) besteht Wicklungsaußenflächen (13, 14) unter Venneidung einer Kurzschlußwirkung durch Einschalten eines Luftspaltes (28) schleifenartig herumgelegt ist.
2. 2. Abschirmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zungenartige Blechstreifen (26) so angeordnet ist, daß sein freies Ende mit der Oberfläche der abzuschirmenden Wicklung (13, 14) fluchtet. 3. Abschinnvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn eichnet, daß der Blechstreifen (26) breiter als der obere Blechrahmenrand (23), aber schmaler als der untere Blechrahmenrand (24) ist.
3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 961820, 898 173, 932851.