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Spartransformator mit Stufenwicklung Bei Spartransformatoren mit einer
Stufenwicklung, die verschiedene unter Last einstellbare Spannungen ermöglicht,
gibt es verschiedene Möglichkeiten zur Anordnung der Regelwicklung. Die naheliegende
Möglichkeit, die Regelwicklung am Sternpunkt anzuordnen, ergibt den Nachteil zu
großer Induktionsänderungen bei den verschiedenen Reglerstellungen, so daß sie für
den ungünstigsten Fall auszulegen ist. Man ordnet daher im allgemeinen die Reglerwicklung
in der Nähe der gemeinsamen Klemme, d. h. zwischen Parallel- und Serienwicklung
an.
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F i g. 1 zeigt eine solche bekannte Schaltung. Dabei ist
11 die Parallelwicklung, 12 die Serienwicklung, 13
die Stufenwicklung
und 14 die Ausgleichswicklung. Die Anzapfungen sind mit 1 bis 7, das
Hochspannungsseitige Ende der Wicklung 11 mit 8, das niederspannungsseitige
Ende der Serienwicklung 12 mit 9
und das hochspannungsseitige Ende der gleichen
Wicklung mit 10 bezeichnet. In F i g. 1 ist weggelassen, wie die einzelnen
Punkte 8 und 9 mit den Wicklungspunkten der Stufenwicklung
13 verbunden werden. Es ergibt hierfür verschiedene bekannte Möglichkeiten.
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Nun ist die Beanspruchung, insbesondere bei Stoß der Stufenwicklung
13 oft sehr hoch. Sie beeinflußt die Isolation der Wicklung ganz erheblich,
da für die verschiedenen Grenzstellungen des Stufenschaltwerkes unterschiedliche
elektrische Felder auftreten. Die Berücksichtigung jeweils des ungünstigsten Falls
erfordert dabei insgesamt wesentlich größere Joch-und Hauptabstände, als sie bei
einem Transformator ohne Stufenwicklung erforderlich wären. Das gilt insbesondere
für die Ausbildung der Parallelwicklung 11
und der Serienwicklung 12 als Lagenwicklung,
weil dann der Abstand zwischen diesen beiden Wicklungen einerseits und der Stufenwicklung
andererseits von vornherein kleiner gemacht werden kann als bei Spulenwicklungen.
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Es sind auch Anordnungen bekannt, bei denen das elektrische Feld durch
zusätzliche Abschirmringe oder Schirmringe an den kritischen Stellen verbessert
wird. Die Schirmringe liegen dabei im allgemeinen an den Wicklungen an. Solche Schirmringe
an die Stufenwicklungen, die Serien- oder Parallelwicklung anzulegen und anzuschließen,
hat nur eine Verringerung der Feldstärken in den freien ölstrecken an den Rändern
dieser Wicklungen zur Folge. Sie ändern aber nicht den mit der Reglerstellung stark
wechselnden Grundverlauf des elektrischen Feldes, der, wie später beschrieben wird,
diese Ölstrecken überbeansprucht.
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Es ist auch bekannt, die Schaltverbindungen der einzelnen Wicklungslagen
sowie die zur Regeleinrichtung führenden Verbindungsleiter in einem elektrostatisch
völlig abgeschirmten Raum des die Oberspannungswicklung in bekannter Weise außen
umhüllenden festen Isolationspelzes unterzubringen. Dieser völlig abgeschirmte Raum
verlangt auf der Innenseite einen auf Hochspannungspotential liegenden elektrostatischen
Schirm. Ein solcher metallischer elektrostatischer Schirm ist bei einer zwischen
Serien-und Parallelwicklung angeordneten Regelwicklung aber nicht anwendbar, weil
zu große Potentialunterschiede in axialer Richtung vorhanden sind.
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Die geschilderten Nachteile sind zu vermeiden, wenn es gelingt, das
je nach Reglerstellung wechselnde elektrische Feld nicht nach außen in das
Gebiet des durch die anderen Wicklungen bestimmten Feldes dringen zu lassen. Außerdem
tritt noch folgende Schwierigkeit auf. Man muß die Stufenwicklung 13,
wenn
man sie geometrisch zwischen Serienwicklung 12 und Parallelwicklung 11 anordnet,
in verschiedene Lagen aufteilen. Dabei werden in einer Lage meist mehrere Zweige
ineinander gewickelt und hintereinandergeschaltet. F i g. 2 zeigt eine solche
Anordnung. Die Herausführung der Zuleitungen 1 bis 8
macht dabei erhebliche
Schwierigkeiten, weil sie einen kleineren Abstand zwischen Joch bzw. zur Spulendruckplatte
haben müssen als die entsprechenden zugehörigen Wicklungsteile. Von diesen Zuleitungen
muß
außerdem ein entsprechend großer Abstand zur Serienwicklung 122 eingehalten werden,
wenn man die Leitungen radial nach außen führt. Eine axiale Herausführung durch
die Spulendruckplatte 16 ist meist aus Platzgründen konstruktiv nicht möglich.
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Man erreicht nun erheblich kleinere Jochabstände und radiale Abstände
zwischen den Wicklungen, wenn man eine Anordnung entsprechend der Erfindung vorsieht.
Die Erfindung betrifft einen Spartransformator mit Stufenwicklung für verschiedene
unter Last einstellbare Spannungen, die im Streukanal zwischen Parallel- und Serienwicklung
angeordnet ist; erfindungsgemäß sind an den den Jochen benachbarten Wicklungsstimseiten
axial über dem Streukanal in an sich bekannter Weise Schirmringe angeordnet, die
von den benachbarten Teilen der Reihen- und Parallelwicklung distanziert diese teilweise
überdecken und an ein Potential der Stufenwicklung angelenkt sind, wobei die zu
den Anzapfungen der Stufenwicklung führenden Leitungen im Raum zwischen den Schirmringen
und den Stimen der Serien- und Parallelwicklung radial nach außen geführt sind.
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An Hand der F i g. 2 bis 4 sei die Erfindung näher erläutert.
Dabei sind stets die gleichen Bezugszeichen gewählt wie in F i g. 1. Innerhalb
der Ausgleichswicklung 14 liegt der Kein 15. Die Druckplatten bzw. Joche
sind mit 16 bezeichnet. 17 ist der Schirmring gemäß der Erfindung.
Durch die Schirmringe werden die Leitungen 1 bis 8 im Bereich der
mechanisch und elektrisch besonders anfälligen Biegestellen und Lötstellen nach
den Erdteilen 16 hin in axialer Richtung abgeschirmt.
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F i g. 3 zeigt nähere Einzelheiten dazu. Die innenliegenden
Wicklungen 11 und 13 sind mit Stützzyhndem 18 aus Isoliermaterial,
insbesondere Hartpapier eingefaßt. Die außenliegenden Wicklungen 12 sind dagegen
gestaffelt und mit umgerissener Isolation 19
versehen. Jochseitig des Schirmrings
17 verlaufen die Isolierbarrieren 20 in ähnlicher Weise wie bei
19
horizontal, während die neben den Stützzylindern verlaufenden Lagenisolationen
21 vertikal verlaufen. Die Isolationsschichten 19 und 21 verlaufen parallel
zu den Potentiallinien, die durch die Wicklungen 11
und 12 allein bestimmt
sind, wie in F i g. 4 gestrichelt eingezeichnet.
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Eine solche Anordnung parallel zu den Potentiallinien ermöclicht sehr
kleine Jochabstände. Sie sind nur durch die Schirmringanordnung nach der Erfindung
möglich geworden, wie folgende überlegung zeigt. Wegen der hohen Spannung zwischen
den Laaen 13 verlaufen die Potentiallinien im Endgebiet der Lagen
13 achsparaHel, ähnlich wie die Linien bei 11,
jedoch infolge der hohen
Spannung sehr dicht und je-
weils mit der Reglerstellung in ihrer örtlichen
Konzentration wechselnd. Da ohne einen Schirmring die achsparallel verlaufenden
Potentiallinien den unmittelbar an. die Stützzylinder 18 der Wicklung
13 angrenzenden ölkanal, der in radialer Richtung verläuft, durchsetzen,
wird dieser ölkanal sehr hoch beansprucht.
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Infolge des über diesen ölkanal erfindungsgemäß angeordneten Schimiringes
17 wird im Bereich dieses ölkanals, da dieser unmittelbar an 17 angrenzt,
ein parallel zur Ausdehnung von 17 verlaufender, d. h. vorwiegend
radial gerichteter Potentiallinienverlauf erzwungen, so daß der Ölkanal in seiner
radialen Ausdehnung weitgehend spannungsentlastet ist. In F i g. 4 ist das
Gebiet mit den Potentiallinien, die von der Stufenwicklung 13 bestimmt sind,
punktiert gezeichnet. Das punktierte Gebiet wird durch den Schirmring
17 von dem gestrichelten Gebiet ab-C gegrenzt. Der Schirmrin 17 -ordnet
die Potential-9 verhältnisse nun nicht; nur in axialer Richtung und vermag hierzu
Abstandsverringerungen zu erreichen, sondem auch in radialer Richtung, wie genaue
Untersuchungen und Feldbilder in verschiedenen Reglerstellungen zeigen. Das Ergebnis
sind kleinere radiale Abstände zwischen den Wicklungen 11 und 12 einerseits
und 13 andererseits. Dabei zeigt es sich, daß es vorteilhaft ist, das an
sich noch frei verfügbare Potential des Schirmringes 17 gleich dem Potential
einer. mittleren Stufe der Stufenwicklung 13 zu wählen. Dadurch wird außerdem
die Spannung zwischen dem Schirmrina 17 und einer der Leitungen
1 bis 8 verringert. Der Schirmring 17 hat schließlich noch
die Aufgabe, die Zuleitungen 1 bis 8 im Gebiet ihrer starken Abbiecyeradien
abzudecken.
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Ein besonderer Vorteil der Anordnung nach der Erfindung ist, daß in
dem in F i g. 4 gestrichelt eingezeichneten Gebiet stets die gleiche Potentialverteilung
herrscht, ganz gleich, welche Reglerstellung gewählt ist, so daß die Isolierung
nur für ein- und dieselbe Beanspruchung auszuführen und daher erheblich vereinfacht
ist gegenüber der gleichen Anordnung, bei der der Schirmring 17 fehlt.
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Die Stoßbeanspruchung über den Regelwicklungen ist bei Spartransformatoren
oft so groß wie die Stoßspannung gegen Erde. Das liegt daran, daß im ungünstigsten
Fall nur ein sehr kleiner Teil der Regelwickluncy vom Stoßstrom durchflossen ist
und der übrige nicht durchflossene Teil in einer Art Sparschaltung von der Stoßspannung
miterregt wird, und zwar dem übersetzungsverhältnis der eingeschalteten Windungen
zum gesamten Regelteil entsprechend, so daß sich sehr hohe Spannungen ergeben. Das
erforderte bei den bekannten deutschen 400-kV-Spartransformatoren den bekannten
äußeren Überspannungsschutz durch eine besondere Ableiterschaltung, die vielfach
durch die erfindungsgemäße Anordnung vermieden werden kann.
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Die verschiedenen, bei den einzelnen Reglerstellungen auftretenden
Felder durchsetzen jeweils nur das in F i g. 4 punktiert gezeichnete Gebiet,
da es durch den Schinnring 17 abgeschirmt ist und mit wesentlich einfacheren
Isolationsmaßnahmen beherrscht werden kann. Durch den Schii mi ing 17 wird
daher eine Trennung in innere, durch die verschiedenen Regelungsfälle hervorgerufenen
Beanspruchungen und in unveränderliche, durch die Wicklung 11 und 12 allein
gegebene Beanspruchungen erreicht. Auch diese Trennung in zwei Teile vereinfacht
das Isolationsproblem erheblich.