DE1295069B

DE1295069B - Winding arrangement for transformers of high voltage and high power

Info

Publication number: DE1295069B
Application number: DE1965L0051391
Authority: DE
Inventors: Widmann Werner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1965-08-16
Filing date: 1965-08-16
Publication date: 1969-05-14
Also published as: NL6611329A; CH451318A

Description

Bei Drehstromübertragungen höchster Spannung und Leistung ist es vielfach erforderlich und zweckmäßig, an Stelle von Drehstromtransformatoren je drei Einphasentransformatoren zu verwenden. Bei hohen Leistungen ist es dann erforderlich, die Wicklungen auf zwei, drei oder vier Schenkel des Transformatorkerns zu verteilen. Schaltet man hierbei die Hochspannungswicklung aller Schenkel parallel, so muß jede Wicklung in sich und gegen Erde für die vollen Prüfspannungen isoliert sein. Dies führt zu einem ungünstigen Kupfer-Füllfaktor dieser Wicklungen. Infolge der Parallelschaltung der einzelnen Wicklungen enthalten diese verhältnismäßig wenig Kupfer im Vergleich zur Isolierung. Für Lagenwicklungen wurde daher schon bei in Reihe geschalteten Wicklungen vorgeschlagen, zur Verbesserung der Stoßspannungsverteilung die Wicklungsanfänge wahlweise innen- oder außenliegend anzuordnen und außerdem Schilde vorzusehen.In three-phase transmissions of the highest voltage and power, it is multiple Required and useful, instead of three-phase transformers, three single-phase transformers each to use. At high power it is then necessary to open the windings to distribute two, three or four legs of the transformer core. One switches in this case the high-voltage winding of all legs is parallel, so each winding must be isolated in itself and against earth for the full test voltages. this leads to an unfavorable copper fill factor for these windings. As a result of the parallel connection of the individual windings, these contain relatively little copper in comparison for isolation. For layer windings, it was therefore already connected in series Windings proposed to improve the surge voltage distribution the winding beginnings to be arranged either inside or outside and also to provide shields.

Bei einer anderen bekannten Ausführung einer Einphasenhochspannungswicklung, die auf zwei Schenkel verteilt ist, wird von zwei Lagenwicklungen Gebrauch gemacht, bei welcher einander entsprechende einzelne Lagen jeweils in Reihe geschaltet sind, d. h., anschließend an eine Lage der einen Wicklung auf einem Schenkel folgt eine Lage in der anderen Wicklung auf dem anderen Schenkel.In another known design of a single-phase high-voltage winding, which is distributed over two legs, use is made of two layer windings, in which corresponding individual layers are connected in series, d. That is, a layer of one winding on one leg is followed by one Layer in the other winding on the other leg.

Die beiden äußersten Lagen der beiden Wicklungen, die im Kernfenster einander am nächsten kommen, besitzen das höchste Potential. Zur gleichmäßigen Einleitung einer ankommqnden Stoßwelle werden noch zusätzlich an die Hochspannungsklemme angelenkte Schilde vorgesehen, die die äußersten Lagen konzentrisch umschließen.The two outermost layers of the two windings that are in the core window coming closest to each other have the highest potential. For an even introduction an incoming shock wave are also linked to the high-voltage terminal Shields provided that concentrically enclose the outermost layers.

Führt man jedoch die Wicklungen als Sturzwicklungen aus, so ergibt sich infolge der stark nichtlinearen Stoßspannungsverteilung längs der Wicklung bei Transformatoren mit Nennspannungen von 400 kV und darüber innerhalb der Wicklungen ein sehr hoher Isolationsaufwand. Dies gilt auch für eine axial fortschreitende Röhrenwicklung mit umgeleiteten Einzelspulen. Zur Verbesserung der Stoßspannungsverteilung derartiger Wicklungen sind schon zahlreiche Anordnungen mit Wicklungsverschachtelungen bekannt, die eine Erhöhung der Längskapazität der Wicklungen zum Ziel haben. Trotz dieser Maßnahmen bleibt bei höchsten Spannungen der Isolationsaufwand beträchtlich. Außerdem erfordern die wirksameren Arten der Verschachtelung einen erheblichen Fertigungsaufwand.However, if the windings are designed as lintel windings, the result is due to the strongly non-linear surge voltage distribution along the winding for transformers with nominal voltages of 400 kV and above within the windings a very high level of isolation effort. This also applies to an axially advancing one Tube winding with diverted individual coils. To improve the surge voltage distribution Such windings are already numerous arrangements with winding interleaving known, which aim to increase the longitudinal capacitance of the windings. Despite With these measures, the insulation effort remains considerable at the highest voltages. In addition, the more efficient types of nesting require significant manufacturing.

Werden mehrere auf verschiedene Schenkel verteilte Wicklungen in Reihe geschaltet, dann kann die Isolierung der Wicklung gegen Erde bei der zweiten und den folgenden Wicklungen keinesfalls, wie es der linearen Spannungsaufteilung entsprechen würde, vermindert werden, da die Stoßspannung aus der Anfangsverteilung (Kurve 1 nach F i g.1) zunächst sehr stark überschwingt (Kurve 2, F i g. 1). Sind folglich z. B. drei Wicklungen in Reihe geschaltet, so wird man die beiden ersten Wicklungen für ungefähr die volle Stoßspannung gegen Erde isolieren müssen.Are several windings distributed in series on different legs switched, then the insulation of the winding against earth at the second and the following windings under no circumstances, as it corresponds to the linear voltage distribution would be reduced, since the impulse voltage from the initial distribution (curve 1 according to FIG. 1) initially overshoots very strongly (curve 2, FIG. 1). Are consequently z. B. three windings connected in series, one becomes the first two windings have to insulate against earth for approximately the full surge voltage.

Es ist bekannt, die Stoßspannungsverteilung bei einer axial fortschreitenden Röhrenwicklung durch einen längs der Wicklung verlaufenden trichterförmigen Außenschild zu verbessern. Hierbei gewährleistet die trichterförmige Ausbildung des Schirmes, daß ein der Potentialdifferenz entsprechender Abstand sowohl zur Wicklung als auch nach außen gegen geerdete Metallteile eingehalten wird. Es ist weiter eine Anordnung mit gleichem Effekt bekannt, bei welcher an Stelle eines solchen einteiligen Trichters gestaffelt angeordnete kurze Kondensatorbeläge vorgesehen sind.It is known that the surge voltage distribution in an axially advancing Tube winding through a funnel-shaped outer shield running along the winding to improve. The funnel-shaped design of the screen ensures that that a distance corresponding to the potential difference both to the winding and to the outside against earthed metal parts. It is also an arrangement known with the same effect in which in place of such a one-piece funnel staggered short capacitor plates are provided.

Bei Lagenwicklungen ist es weiter bekannt, außen und/oder innen mit dem Wicklungseingang verbundene konzentrische Schilde zur kapazitiven Verteilung von Stoßspannungen anzuordnen.In the case of layer windings, it is also known to have the outside and / or inside with Concentric shields connected to the winding input for capacitive distribution to arrange surge voltages.

Auch bei axial fortschreitender Röhrenwicklung bewirken diese konzentrisch zur Wicklung verlaufenden Außenschilde eine Verbesserung der Stoßspannungsverteilung.Even if the tube winding progresses axially, these have a concentric effect The outer shields running towards the winding improve the surge voltage distribution.

Ohne die Außenschilde würde sich längs der Wicklung eine Anfangs-Stoßspannungsverteilung entsprechend F i g. 3 b ergeben. Aus dieser würden sehr hohe Windungs- und Spulenbeanspruchungen innerhalb der Wicklung resultieren. Durch diese Schildung wird nun erreicht, daß die in die Wicklung einziehenden Wanderwellen in ihrer für die Windungsbeanspruchung wirksamen Höhe auf einen Bruchteil des ursprünglichen Wertes reduziert werden (vgl. F i g. 3 b und 3 c).Without the outer shields, there would be an initial surge voltage distribution along the winding according to FIG. 3 b result. This would result in very high winding and coil loads result within the winding. By this description it is now achieved that the traveling waves drawn into the winding in their for the winding stress effective amount can be reduced to a fraction of the original value (cf. F i g. 3 b and 3 c).

Bei auf mehreren Schenkeln untergebrachten, hintereinandergeschalteten Wicklungsgruppen genügt es nicht, einfach die konzentrischen Schilde mit dem jeweiligen Gruppeneingang zu verbinden, um eine bestmögliche Verteilung der Stoßspannung und damit Ausnutzung der Isolierung zu erreichen.When accommodated on several legs, connected in series Winding groups, it is not enough to simply use the concentric shields with the respective one Group input to be connected in order to achieve the best possible distribution of the surge voltage and thus achieving utilization of the insulation.

Bei einer Röhrenwicklung für Einphasen-Höchstspannungs-Transformatoren und Drosselspulen mit auf mindestens zwei Schenkel verteilter Oberspannungswicklung, deren Wicklungsteile hintereinandergeschaltet sind und außen und/oder innen über die gesamte oder einen wesentlichen Teil der gesamten Wicklungslänge mindestens eines Schenkels konzentrisch verlaufende kapazitive Steuerschilde aufweisen, wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Wicklungsteile auf den einzelnen Schenkeln über an den Enden und/oder Anfängen der Wicklungsteile angelenkte Schilde kapazitiv zu koppeln.With a tube winding for single-phase extra-high voltage transformers and choke coils with high-voltage winding distributed over at least two legs, whose winding parts are connected in series and outside and / or inside over all or a substantial part of the total winding length at least one leg have concentrically extending capacitive control shields, will therefore proposed according to the invention, the winding parts on the individual legs capacitive by means of shields hinged at the ends and / or beginnings of the winding parts to pair.

Ein Ausführungsbeispiel für zwei hintereinandergeschaltete Wicklungen zeigt F i g. 2. Die beiden in Reihe geschalteten Wicklungen sind mit 3 und 4 bezeichnet. An der Wicklung 3 ist ein mit der Eingangsklemme 5 verbundener Außenschild 6 und ein mit dem Wicklungsende verbundener Innenschild 7 angeordnet. Die Abstände der Schilde von der Wicklung 3 und der zugehörigen Unterspannungswicklung 11 und damit die Größe der Kapazitäten 8 bis 10 sind zusammen mit der Eingangsstoßkapazität der Wicklung 4 so gewählt, daß das Wicklungsende 12 der ersten und der Wicklungsanfang 13 der zweiten Wicklung bei Stoßspannung etwa 50 % der angelegten Spannung annehmen.An exemplary embodiment for two windings connected in series shows Fig. 2. The two windings connected in series are labeled 3 and 4. On the winding 3 there is an outer shield 6 and connected to the input terminal 5 an inner shield 7 connected to the winding end is arranged. The spacing of the Shields from the winding 3 and the associated low-voltage winding 11 and thus the size of the capacities 8 to 10 together with the input surge capacity are the Winding 4 chosen so that the winding end 12 is the first and the beginning of the winding 13 of the second winding assume about 50% of the applied voltage in the event of a surge voltage.

Durch die beiden Längsschilde 6 und 7 über der Wicklung wird nicht nur die Spannung annähernd gleichmäßig auf die beiden Wicklungen verteilt, auch innerhalb einer so geschildeten Wicklung wird die anteilige Stoßspannung gleichmäßiger aufgeteilt, als es mit gleich hoher Stoßspannung bei Wicklungen ohne Schild der Fall ist. Dies läßt sich aus F i g. 3 erkennen. Es sei angenommen, daß längs der betrachteten Wicklung beim Anlegen der Stoßspannung Ui ein Potentialgefälle entsprechend Ui - U2 auftritt. Gemäß F i g. 3 c ergibt sich dann für diese Wicklung eine kapazitive Anfangsverteilung, bei welcher der mittlere Wicklungsbereich etwa die Hälfte der Differenzspannung annimmt. Dies bedeutet, daß die Längsbeanspruchung dieser Wicklung und damit die Wicklungs- und Spulenbeanspruchung nur etwa halb so groß ist, als würde bei dieser Wicklung ohne Schild eine Stoßspannung in der Größe gleich der Potentialdifferenz U,-U, angelegt.The two longitudinal shields 6 and 7 above the winding not only distribute the voltage almost evenly between the two windings, but also within a winding formed in this way, the proportional surge voltage is distributed more evenly than is the case with the same high surge voltage in windings without a shield. This can be seen from FIG. 3 recognize. It is assumed that a potential gradient corresponding to Ui - U2 occurs along the winding under consideration when the surge voltage Ui is applied. According to FIG. 3c, there is then a capacitive initial distribution for this winding, in which the middle winding area assumes approximately half of the differential voltage. This means that the longitudinal stress on this winding and thus the stress on the winding and the coil is only about half as great as if an impulse voltage equal to the potential difference U, -U, were applied to this winding without a shield.

Will man bei auf drei Schenkel verteilten und in Reihe geschalteten Wicklungen ebenfalls eine nahezu lineare Aufteilung der Stoßspannung auf die drei Schenkel erzielen, so muß man gemäß F i g. 4 auch am zweiten Schenkel Längsschilde vorsehen. Dann liegt die Erdkapazität des Eingangsschildes 14 der zweiten Wicklung parallel zur Erdkapazität 10 des zweiten Schildes 7 der ersten Wicklung 3. Damit dann längs der Eingangswicklung 3 nur ein Drittel der angelegten Spannung abfällt, muß die Kapazität zwischen Wicklungsanfang 5 und Wicklungsende 12 entsprechend groß sein.If, with windings distributed over three legs and connected in series, an almost linear distribution of the surge voltage to the three legs is also to be achieved, one must, as shown in FIG. 4 also provide longitudinal shields on the second leg. Then the earth capacitance of the input shield 14 of the second winding is parallel to the earth capacitance 10 of the second shield 7 of the first winding 3. So that only a third of the applied voltage drops along the input winding 3, the capacitance between the beginning of the winding 5 and the end of the winding 12 must be correspondingly large.

Zur Vergrößerung dieser Kapazität wird dann die Anordnung eines weiteren Schildes 15 über dem Eingangsschild 6 vorgeschlagen, wobei Schild 15 mit dem Ende 12 der Eingangswicklung verbunden ist. Durch Wahl des Abstandes zwischen den Schilden 6 und 15 läßt sich die Kapazität 16 dem notwendigen Wert anpassen. Es ist noch wesentlich, daß die Schilde 7 und 15 keinen oder nur einen unwesentlich erhöhten Isolationsaufwand erfordern, da sie räumlich etwa so angeordnet sind, daß längs ihrer axialen Ausdehnung auch ohne Schild etwa eine Potentiallinie verlaufen würde, deren Potential etwa dem der Schilde 7 und 15 entspricht.To increase this capacity, the arrangement of another Shield 15 proposed above the entrance shield 6, with shield 15 with the end 12 of the input winding is connected. By choosing the distance between the shields 6 and 15, the capacitance 16 can be adjusted to the required value. It is still essential that the shields 7 and 15 no or only an insignificantly increased cost of insulation require, since they are spatially arranged approximately that along their axial extent even without a shield a potential line would run, its potential about corresponds to that of shields 7 and 15.

Im Randfeldbereich ergeben die Schilde 7 und 15 bei geeigneter Ausbildung der Schildenden sogar eine Verbesserung des Feldes. Die Erzielung einer nahezu linearen Spannungsaufteilung mittels kapazitiver Steuerung durch an den Wicklungen angebrachte Längsschilde kann allerdings in bestimmten Fällen eine verhältnismäßig große Zahl von Schilden erfordern. Dann kann auch die Isolierung der Schilde, insbesondere an ihren Enden, gewisse Schwierigkeiten bereiten.In the peripheral area, the shields 7 and 15 result in a suitable design the shield end even an improvement of the field. Achieving a nearly linear Voltage distribution by means of capacitive control through attached to the windings Longitudinal shields can, however, in certain cases be a relatively large number require of shields. Then also the insulation of the shields, in particular at their ends, cause certain difficulties.

In F i g. 5 ist angenommen, daß das eine Wicklungsende an das Potential U1, das zweite an das Potential U2 angelenkt sei. Ist diese Wicklung dann nicht mit Längsschilden versehen, so ergibt sich eine Anfangsverteilung für die Stoßspannung nach Kurve 1 der F i g. 5. Die Spannung schwingt dann in Wicklungsmitte nach Kurve 2 der F i g. 5 weit über die angelegte Stoßspannung über. Der bis nahezu auf das Potential Null reichende starke Durchhang in der Anfangsverteilung muß daher durch geeignete Schilde vermieden werden. Neben der Steuerung der Potentialverteilung an den Wicklungsenden werden daher noch zusätzliche Längsschilde vorgesehen. Einige Ausführungsbeispiele zeigen die F i g. 6 und B. In F i g. 6 sind die Wicklungsgruppen 1 und 2 mit Innen- und Außenschilden versehen, in F i g. 8 sind nur mit den Wicklungsanfängen verbundene Außenschilde gezeigt.In Fig. 5 it is assumed that one end of the winding is connected to the potential U1, the second is linked to the potential U2. Then this winding is not provided with longitudinal shields, this results in an initial distribution for the surge voltage according to curve 1 of FIG. 5. The voltage then oscillates in the middle of the winding according to the curve 2 of FIG. 5 well above the applied surge voltage. Except for almost that Potential zero reaching strong slack in the initial distribution must therefore through suitable shields are avoided. In addition to controlling the potential distribution Additional longitudinal shields are therefore provided at the winding ends. Some Exemplary embodiments are shown in FIGS. 6 and B. In Fig. 6 are the winding groups 1 and 2 provided with inner and outer shields, in F i g. 8 are only with the winding beginnings connected outer shields shown.

Befindet sich radial über der betreffenden Wicklungsgruppe keine weitere Wicklung, dann ist die außen an der Wicklung angreifende Erdkapazität verhältnismäßig gering. In diesem Fall wird die Anfangsverteilung vielfach durch einen innen angeordneten Längsschild allein ausreichend verbessert. Ein Beispiel hierfür zeigt F i g. 7. Die in F i g. 6 und 7 dargestellten Schilde können gleichzeitig zur Verbesserung des Feldverlaufs an den Enden des Streukanals zwischen den Wicklungen dienen.If there is no other group of windings in the radial direction Winding, then the earth capacitance acting on the outside of the winding is proportional small amount. In this case, the initial distribution is often arranged by an internal one Longitudinal shield alone sufficiently improved. An example of this is shown in FIG. 7th The in F i g. 6 and 7 shields shown can be used simultaneously for improvement of the field profile at the ends of the scattering channel between the windings.

Eine weitgehend lineare Anfangsverteilung ist auch zu erzielen, wenn man über der Wicklung nur einen mit dem Wicklungsanfang verbundenen Außenschild anordnet und den Abstand zwischen dem Schild und der Wicklung hinreichend klein wählt. Optimale Verhältnisse würden sich ergeben, wenn man den Abstand zwischen Schild und Wicklung so variieren würde, daß er vom Wicklungsanfang zum Wicklungsende hin vergrößert wird, wie in F i g. 8 am mittleren Schenkel dargestellt. Dasselbe gilt sinngemäß auch für die Ausführung nach den F i g. 2, 3 a und 4.A largely linear initial distribution can also be achieved if only an outer shield connected to the beginning of the winding is placed over the winding and the distance between the shield and the winding is sufficiently small chooses. Optimal proportions would result from the distance between Shield and winding would vary so that it would be from the beginning of the winding to the end of the winding is enlarged towards, as shown in FIG. 8 shown on the middle leg. The same thing applies mutatis mutandis to the design according to FIGS. 2, 3 a and 4.

Die dargestellten Figuren zeigen Beispiele für die erfindungsgemäße Anwendung von Schilden bei auf mehrere Schenkel verteilten, in Reihe geschalteten Röhrenwicklungen. In vielen Fällen kann es vorteilhaft sein, auf jedem Schenkel eines Transformators eine andere Schildungsart anzuwenden.The figures shown show examples of the inventive Use of shields when they are distributed over several legs and connected in series Tube windings. In many cases it can be beneficial on each thigh of a transformer to use a different type of shielding.

Claims

Claims: 1. Tube winding for single-phase extra-high voltage transformers and high-power inductors with high-voltage windings distributed over at least two legs, whose winding parts are connected in series and outside and / or inside over all or a substantial part of the total winding length at least one leg have concentrically extending capacitive control shields, d a -characterized in that the winding parts on the individual legs on the ends and / or beginnings of the winding parts hinged shields capacitively coupled are.

2. Tube winding according to claim 1, characterized in that at least several radially superimposed on the winding part having the high voltage input Shields are arranged (Fig. 2, 4 and 6).

3. Tube winding according to claim 1 or 2, characterized in that either only a radially inner shield or one radially inner and one radially outer shield are provided for each winding part and is only connected at its ends (Figs. 6 and 7).