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Lagenwicklung für Hochspannungstransformatoren Die Erfindung betrifft
eine Lagenwicklung für Hochspannungstransformatoren mit aus mehreren parallelen
Leitern bestehenden Lagen, zwischen denen axial verlaufende Kühlkanäle vorgesehen
sind, wobei die Lagen gegeneinander und von dem elektrisch hoch beanspruchten Randfeld
der Wicklung durch feste Isolation getrennt sind.
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Transformatoren großer Leistung mit Lagenwicklungen sind im allgemeinen
so aufgebaut, daß zwischen den benachbarten Lagen Kühlkanäle vorgesehen sind, durch
die Transformatorenöl strömt. Die Kühlkanäle werden bei diesen Anordnungen an einer
Seite von den Leitern der einen Lage und auf der anderen Seite von einer zusätzlichen
Lagenisolation der anderen Lage flankiert. Um die hierbei auftretenden Kühl- und
Isolierprobleme zu verbessern, ist es ferner bereits bekannt, jede Lage der Wicklung
aus mehreren Leitern aufzubauen und die Kühlkanäle zwischen den parallelen Leitern
innerhalb der Lagen vorzusehen und die Lagen gegeneinander nur durch feste Isolation
zu trennen. Diese Wicklungsanordnung weist neben ihren Vorteilen jedoch den Nachteil
auf, daß das in den Kühlkanälen innerhalb der Lagen fließende Isolieröl sich wegen
der kleinen Dielektrizitätskonstanten auf die Stoßspannungsbeanspruchung sehr ungünstig
auswirkt. Mit dem Anordnen von leitenden Belägen u. dgl. in den Kühlkanälen kann
diesem Nachteil nicht befriedigend begegnet werden.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß die
Kühlkanäle fortlaufend von Lage zu Lage so geführt sind, daß das Kühlmittel am Eintritt
in die Wicklung das gleiche Potential besitzt wie der Anfang der an die Einführung
angelenkten Lage und daß das Kühlmittel dann von Lage zu Lage entsprechend dem jeweiligen
Wechselspannungspotential geführt wird und am Austritt aus der Wicklung das Potential
der an der Austrittsklemme angelenkten Lage besitzt, wobei ein Kühlmittel mit hoher
Dielektrizitätskonstante und guten Kühleigenschaften, vorzugsweise Wasser, zur Verwendung
kommt.
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Es ist zwar schon im Transformatorenbau bekannt, zur Abführung der
in den Wicklungen erzeugten Wärme Wasser zu verwenden, aber hierbei handelt es sich
um solche Transformatoren, bei denen die Wicklungen in ein Gießharz eingebettet
sind, wobei in der Gießharzisolation auch ein von den Wicklungen getrennt eingegossenes
Rohrsystem vorgesehen ist, über das die in den Wicklungen erzeugte Wärme durch hindurchfließendes
Wasser zumindest teilweise abgeführt wird. Das Rohrsystem trägt dabei Erdpotential,
so daß im Zusammenhang mit der Anordnung des Rohrsystems überhaupt nicht die Möglichkeit
besteht, daß Teile des durch das Rohrsystem fließenden Wassers Hochspannungspotential
annehmen und dabei neben einer besseren Wärmeabführung noch Aufgaben zur Verringerung
der Stoßspannungsbeanspruchung erfüllen; dies wird gerade durch die erfindungsgemäße
Verlegung und Trennung der Kühlkanäle und unter Verwendung eines Kühlmittels, das
bei den bisher bekannten Lagenwicklungen nicht unmittelbar bis an die Wicklungen
herangebracht werden konnte, erreicht. Die durch die Erfindung erzielte Wirkung
wird auch bei einem weiteren schon bekannten Transformator mit Scheibenwicklung
nicht erzielt, obwohl bei diesem Transformator schon zwischen einem Öl hoher Dielektrizitätskonstante
in den Kühlkanälen und einem solchen niedriger Dielektrizitätskonstante außerhalb
der Kühlkanäle unterschieden wird. Das Öl hoher Dielektrizitätskonstante, das unmittelbar
durch die Wicklung fließt, hat bei diesem Transformator weiterhin noch Isolieraufgaben
zu erfüllen, wobei das Öl sowohl die immer noch hohe Stoßspannung als auch die betriebsfrequente
Wechselspannung zwischen benachbarten Spulen zu isolieren hat.
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Darüber hinaus ist weiterhin ein Hochspannungstransformator allseitig
in festes Isoliermaterial eingepackter, flüssigkeitsgekühlter Wicklung bekannt,
bei dem die Isolierverschalung auf der Wicklungsseite mit dem niedrigsten Potential
gegen Erde und gegen seine Nachbarwicklungen durchbrochen und aufgelockert ist;
dabei ist die Isolierverschalung an dieser Stelle von im Querschnitt U-förmigen
Kappenringen gebildet, deren Flansche mit dem festen Isoliermaterial
der
Wicklungsisolationsaußen- und -innenzylinder unter Belassung von Kanälen ineinandergreifen.
Bei diesem Transformator erfolgt die Kühlmittelzuführung zur Wicklung über den auf
der Stirnkappenseite liegenden hohl ausgebildeten Strahlungsring, von dem aus das
Kühlmittel zu den in der Wicklung vorgesehenen Kühlkanälen derart geleitet wird,
daß es in diesen hochsteigt und über weitere Kühlkanäle im Gegenzug wieder zurückfließt
und schließlich über'die Kanäle in der Kappenringisolation aus der Wicklung wieder
heraustritt. Die durch den erfindungsgemäßen Verlauf des Kühlmittels erzielten Wirkungen
werden jedoch auch bei diesem Transformator nichterreicht, denn bei diesem Transformator
fließt das Kühlmittel nicht nur durch ein hoch beanspruchtes Randfeld, sondern die
Anzahl der Kühlkanäle, durch die das Kühlmittel fließt, ist ebenfalls begrenzt,
so -daß -schließlich der Anwendungsbereich des Wicklungsaufbaus dieses Transformators
stark eingeschränkt ist. Demgegenüber gestattet die erfindungsgemäße Lagenwicklung
den Transport des Kühlmittels in den Kühlkanälen derart, daß das Kühlmittel von
Lage- zu Lage - etwa wie der Betriebsstrom - strömt, ohne dabei durch das hochbeanspruchte
Randfeld zu fließen. Fließt das Kühlmittel von - hoher Dielektrizitätskonstante
auf Grund dessen, daß es am Eintritt in die Wicklung das gleiche.Potential besitzt
wie der Anfang der an die Einführung aasgelenkten Wicklungslage, z. B. von der Sternpunktdurchführung
zur benachbarten Lage, und zwar immer zwischen parallelen Leitern, dann weiter von
Lage zu Lage und schließlich von der-letzten Lage zur Oberspannungsdurchführung
-am Austritt aus der Wicklung soll das Potential der an der Austrittsklemme aasgelenkten
Lage besitzen-, so treten im Kühlmittel nur kleine Spannungsgradienten auf, die
ein bis drei Größenordnungen kleiner sind als bei der gegenwärtig üblichen Beanspruchung
des Transformatorenöles oder Clophens.
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Ist der Hochspannungstransformator über Drosselspulen geerdet, so
können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Kühlkanäle der Lagen des Hochspannungstransformators
mit denen der Drosselspulen ein gemeinsames Kühlsystem bilden, in dem das Kühlmittel
in Kühlkanälen vom Erdpotential an einer Klemme der Drosselspulen über die Kühlkanäle
der Lagerwicklung des Hochspannungstransformators zur Hochspannungsklemme fließt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Verringerung der durch die Leitfähigkeit
des Kühlmittels entstehenden Verluste die Kühlkanäle schrauben- oder mäanderförmig
um die Wicklungsachse angeordnet sind, wobei bei mäanderförmiger Anordnung der Kühlkanäle
der Richtungswechsel des Kühlmittels innerhalb eines Kühlkanals entlang der Lagenwicklung
erfolgt. Dabei ist ein solcher Wicklungssinn der schrauben- oder mäanderförmig angeordneten
Kühlkanäle zu wählen, daß der Verluststrom auf Grund der induzierten Gegenspannung
verringert wird. Bei dieser Maßnahme können die schrauben- oder mäanderförmig angeordneten
Kühlkanäle auch mehrgängig ausgebildet sein, derart, daß das Kühlmittel in einem
Gang vom Nullpotential zum Hochspannungspotential fließt und in einem anderen Gang
zum Nullpotential zurück. Selbstverständlich ist diese Flußrichtung des Kühlmittels
auch bei Einphasen-Hochspannungstransformatoren mit auf den Schenkeln verteilten
Wicklungen möglich, und zwar wird dann das Kühlmittel in der einen Lagenwicklung
des einen Schenkels vom Nullpotential zum Hochspannungspotential und dann in der
anderen parallelgeschaltenen und auf dem anderen Schenkel angeordneten Lagenwicklung
nach dem Nullpotential zurückfließen.
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An Hand von zwei Figuren sei an zwei Ausführungsbeispielen die Erfindung
noch näher erläutert. Die F i g. 1 zeigt eine Lagenwicklung für Hochspannungstransformatoren
der erfindungsgemäßen Art, die aus den Lagen 1, 2, 3 und 4 besteht, wobei jede Lage
aus zwei parallel gewickelten Leitern aufgebaut ist. Während die aus den jeweils
zwei parallelen Leitern bestehenden Lagen durch die feste Lagenisolation 5 voneinander-getrennt
sind, sind innerhalb jeder Lage zwischen den parallelen Leitern Kühlkanäle 6 vorgesehen,
in denen zur Abführung der Wärme, aber auch zum Zwecke einer besseren kapazitiven
Durchkopplung der Wicklung, als Kühlmittel Wasser vorgesehen ist. Die Kühlkanäle
stehen beim übergang von einer Lage zur anderen an der Stirnseite einer jeden Lage
dort in Verbindung, wo die feste Lagenisolation 5 auf Grund des geringsten Spannungsunterschiedes
der Windungen benachbarter Lagen die geringste Stärke .aufweist. Sie sind aber andererseits
durch die Abstützringe 7 von dem die gesamte Wicklung umgebenden festen Medium getrennt,
so daß die Kühlkanäle für sich einen in sich geschlossenen Raum bilden, der von
dem elektrisch hoch beanspruchten Randfeld zwischen der Stirnseite der Wicklung
und dem Joch 8 getrennt ist. Mit 9 ist in F i g. 1 der Schenkel bezeichnet, auf
dem als nächstliegende Wicklung die Unterspannungswicklung 10 aufgebracht
ist, 11 stellt die Randfeldisolation dar, die insbesondere durch die herausgezogene
Lagenisolation gebildet ist. Während die in diesen Lagen der Hochspannungswicklung
vorgesehenen, von Wasser durchströmten Kühlkanäle in axialer Richtung zur Wicklung
durchgehend geöffnet sind, können sie auch so ausgebildet sein, daß sie spiralförmig
zwischen den parallelen Leitern einer jeden Lage verlaufen. Eine solche Anordnung
zeigt im Prinzip die F i g. 2. In dieser Figur besteht eine Lage 12 wieder aus zwei
parallelgeschalteten Leitern, wobei die Führung des Kühlmittels in einer Kühlmittelleitung
13 erfolgt, die innerhalb der parallelgeschalteten Teilleiter der Lage in Form einer
zweigängigen Spirale angeordnet ist, dergestalt, daß die Zu- und Abführung der Kühlmittel
immer nur an einer Stirnseite der jeweiligen Lage erfolgt. Die eingezeichneten Richtungskennzeichen
beziehen sich 'auf das Kühlmittel. In diesem Kühlkanal fließt das eine größere elektrische
Leitfähigkeit besitzende Kühlmittel in einem Gang vom Nullpotential zum Hochspannungspotential
und im zweiten Gang zum Nullpotential zurück. Auch hier ist das in der zweigängigen
Spirale fließende Kühlmittel wieder vollkommen von dem die gesamte Wicklung umgebenden
Medium getrennt.