DE19612931A1 - Wicklungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung eines Trans­ formators oder einer Drossel.

Wicklungen von Transformatoren oder Drosseln in der Hochspan­ nungstechnik müssen ausreichend gegen Überschläge zwischen ihren Leitern oder gegenüber dem Kern geschützt werden. Dies betrifft insbesondere die Isolation an den Stirnseiten der Wicklungen.

Zur Vergleichmäßigung des elektrischen Randfeldes werden bei­ spielsweise leitende Schirmringe verwendet. Bei flüssigkeits­ gefüllten Wicklungen wird auch ein Barrierensystem zur Unter­ teilung der Schlagweite im Stirnbereich verwendet. Das Bar­ rierensystem hat dabei eine labyrinthartige Struktur, wobei der Kühlmittelstrom, bevorzugt ein Ölstrom, mit ausreichend großen elektrischen Gleitstrecken aus der Wicklung herausge­ führt wird.

Fig. 5 zeigt hierzu einen Teil eines Längsschnitts durch einen Teil der Wandung einer Wicklung in deren Endbereich, wodurch der Aufbau des Barrierensystems gut zu erkennen ist. Bei die­ sem Aufbau ist ein Kühlmittelstrom (Pfeile) in den jeweiligen Barrierenlagen in radialer Richtung gegeben. Die Umlenkungs­ stellen des Kühlmittelstromes von einer Lage in die andere liegen teilweise in Zonen erhöhter Feldstärke, welche durch das inhomogene Randfeld bedingt sind.

Durch die radiale Umlenkung des Kühlmittelstromes und den da­ durch erforderlichen Barrierenabstand ergeben sich relativ große Teilspannungen im Öl längs der so gebildeten Gleit­ strecken.

Bei diesem Aufbau kann es auch erforderlich sein, daß Radial­ beilagen (schraffiert dargestellt) zwischen den jeweiligen Barrieren mit einer ausreichend großen ebenen Auflagefläche zur Aufnahme der axialen Kurzschlußkräfte benötigt werden, da geschlossene Stützringe in diesem Bereich den radialen Kühlmittelstrom behindern oder sogar unterbinden würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wicklungsan­ ordnung für einen Transformator oder eine Drossel anzugeben, bei der eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften bei gleichzeitig vereinfachtem mechanischen Aufbau gegeben ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Wicklungs­ anordnung eines Transformators oder einer Drossel mit einer Wicklung in Hohlzylinderform, wobei die Wicklung stirnseitig eine in axialer Richtung mehrlagige Kühlmittel durchströmte Barrierenanordnung aufweist, welche zumindest einen Kühlka­ nal mit einem im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlmittelfluß aufweist. Auf diese Weise ist ein Barrierensy­ stem mit langen Gleitstrecken realisierbar. Der Aufbau ist dabei besonders einfach, wobei der Kühlmittelstrom an günsti­ gen Stellen umgelenkt werden kann.

Der Kühlkanal ist dabei bevorzugt labyrinthförmig ausgebil­ det. Dadurch sind besonders lange Kühlkanalwege erzeugbar. Speziell ist der Kühlkanal meanderförmig ausgebildet. Damit ist ein regelmäßiger Aufbau möglich, der sich einfach her­ stellen läßt.

Die Barrierenanordnung kann von ringförmigen Isolierstoffwän­ den gebildet sein, die in vorgegebenen axialen Abständen zu­ einander angeordnet sind und somit jeweils Kühlkanallagen bilden, wobei kühlkanallagentrennende Isolierstoffwände je­ weils zumindest eine Öffnung für einen Kühlmitteldurchtritt aufweisen, und wobei die Öffnungen benachbarter Isolierstoff­ wände in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Dieser Aufbau ist mit einfachen Mitteln realisierbar. Die Öffnungen können dabei vorzugsweise in der geometrischen Mitte des Wicklungsquerschnitts angeordnet sein. Dadurch ist eine besonders geringe elektrische Feldstärke in diesem Be­ reich gegeben.

Die Abstände der Isolierstoffwände können von Abstandsmitteln gebildet sein. Dadurch können die Isolierstoffwände aus be­ sonders dünnem Material hergestellt werden. Die Abstandsmit­ tel können dabei mit Vorteil von ringförmigen Isolierring­ scheiben gebildet sein. Diese lassen sich besonders einfach herstellen und verleihen der gesamten Wicklung einen gleich­ mäßigen Aufbau.

Es ist günstig, wenn zwischen den Isolierstoffwänden im Be­ reich der Öffnungen jeweils radiale Stege vorgesehen sind, die die jeweiligen Kühlkanäle in Umfangsrichtung begrenzen. Dadurch läßt sich ein Kühlmittelfluß in einer Vorzugsrichtung erzeugen, wodurch Kühlmittelstauungen und somit Hitzestellen vermieden sind.

Es können je Isolierstoffwand mehrere Öffnungen und je Kühl­ kanallage mehrere radiale Stege vorgesehen sein, wobei die gebildeten teilringförmigen Kühlkanäle unterschiedlicher La­ gen einander labyrinthartig überlappen. Auf diese Weise ist ein komplexes Barrierensystem erzeugbar, welches bei größt­ möglicher Wärmeabfuhr günstige feldtechnische Eigenschaften aufweist.

Die Isolierstoffwände können zwei ringförmige Teilwände um­ fassen, die der Außen- bzw. Innenwand der Wicklung koaxial zugeordnet sind und einander im Stirnbereich der Wicklung radial überlappen. Dieser Aufbau ist mit einfachen Mitteln, die sich von den bisher verwendeten Mitteln nur unwesentlich unterscheiden, herstellbar.

Dabei können die überlappenden Enden der Teilwände unter Bei­ behaltung einer Gesamtdicke im Bereich der Teilwanddicke je­ weils zum überlappenden Rand hin abgeflacht ausgeführt sein. Dadurch ist ein gleichbleibender Aufbau möglich, ohne daß eine Materialverdickung oder eine Bauchbildung gegeben ist.

Bevorzugt sind die Isolierstoffwände als Winkelringe ausge­ bildet. Diese lassen sich einfach herstellen und sind einfach zu verarbeiten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, weitere Vorteile und Details werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Barrierensystem im Längsschnitt,

Fig. 2 das Barrierensystem gemäß Fig. 1 im Längsschnitt entlang der Umfangsrichtung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Wicklung entlang einer Kühlkanallage,

Fig. 4 eine Isolierstoffwand im Längsschnitt und

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines Barrierensystems nach dem Stand der Technik.

Die Fig. 1 zeigt eine Wicklungsanordnung 1 in einem Teillängs­ schnitt durch die Wand ihrer hohlzylinderischen Wicklung 3. Es ist dabei im wesentlichen nur der stirnseitige Aufbau dar­ gestellt. Die Wicklung 3 weist dabei kühlmitteldurchströmte Kühlkanäle (nachfolgend als Kanäle 5 bezeichnet) auf, die stirnseitig austreten.

Im Stirnbereich sind Isolierstoffwände 7a, 7b, 7c angeordnet, welche quasi ringförmig ausgebildet sind und mit ihren äuße­ ren und inneren Endbereichen 9a, 9b der Außen- bzw. Innenwand 11a bzw. 11b der Wicklung 3 koaxial zugeordnet sind. Die Iso­ lierstoffwände 7a, 7b, 7c können dabei beispielsweise als Win­ kelringe ausgebildet sein. Auch ist eine Ausbildung nach Art eines durch seine Ringebene geteilten Toruskörpers denkbar.

Fig. 4 zeigt eine derartige Isolierstoffwand 7 in einer ein­ zelnen Darstellung. Die dort gezeigte Isolierstoffwand 7 ist beispielsweise aus zwei Teilwänden 13a, 13b hergestellt. Die beiden Teilwände 13a, 13b überlappen einander dabei im Stirn­ bereich S. Die überlappenden Ränder 15a, 15b der Teilwände 13a, 13b sind dabei unter Beibehaltung einer Gesamtdicke im Bereich der Teilwanddicke jeweils zum überlappenden Rand hin abgeflacht ausgeführt. Dadurch ist eine gleichmäßige Dicke der Isolierstoffwand 7 über ihre gesamte radiale Ausdehnung gegeben. Sie läßt sich daher auch besonders gut verarbeiten. Verdickungen durch Materialauftrag sind dabei im Stirnbereich S vermieden.

Die Wicklungsanordnung 1 gemäß Fig. 1 weist rein beispielhaft drei Isolierstoffwände 7a, 7b, 7c auf. Weitere sind ergänzbar. Der Längsschnitt ist dabei in einer Ebene durchgeführt, in der die beiden Isolierstoffwände 7a und 7c jeweils eine Öff­ nung 17a bzw. 17c aufweisen. Der dargestellte Kühlmittelstrom 19 wird dabei in die erste Kühlkanallage 21a in die Zeich­ nungsebene hinein geführt und über eine nicht gezeigte Öff­ nung in die nächste Kühlkanallage 21b aus der Zeichnungsebene heraus umgelenkt.

Die somit gebildete Barrierenanordnung ist in Fig. 2 in einem abgewickelten Längsschnitt entlang der Umfangsrichtung näher gezeigt. Dabei ist zu erkennen, daß im Bereich der Öffnungen 17a, 17b, 17c radiale Stege 23 vorgesehen sind, die die jeweils gebildeten Kühlkanallagen 21a, 21b in Umfangsrichtung begren­ zen. Bei der Verwendung von mehreren Stegen 23 in einer Kühl­ kanallage kann diese in eine Vielzahl von Kühlkanalabschnit­ ten unterteilt werden, die jeweils mit den darauffolgenden Kühlkanallagen eine labyrinthförmige Barrierenanordnung bil­ den. Diese kann auch bevorzugt meanderförmig ausgeführt sein. Die Öffnungen der jeweiligen benachbarten Lagen sind dabei bevorzugt versetzt zueinander angeordnet.

Die axialen Abstände der Isolierstoffwände 7a, 7b, 7c sind durch Abstandsmittel gebildet. Diese sind vorliegend bei­ spielhaft von ringförmigen Isolierscheiben, insbesondere Iso­ lierringscheiben 25a, 25b, gebildet. Diese Isolierringscheiben 25a, 25b dienen als Stützringe und bieten auch bei kleiner ra­ dialer Ausdehnung der ebenen Auflagefläche eine ausreichende mechanische Abstützung der gesamten Anordnung. Auf diese Wei­ se können bei gleicher radialer Wicklungsbreite wie beim Stand der Technik die Radien der Barrieren und eventuell be­ nötigten Schirmringen vergrößert werden, wodurch die auftre­ tenden Randfeldstärken vermindert sind. Dadurch ist auch ein vermindert er Elektrodenabstand bei gleicher Teilentladungs­ einsatzfeldstärke am Rand gegenüber dem Stand der Technik ge­ geben.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts entlang einer Kühlkanallage in einer Darstellung als gerade Abwicklung. Da­ bei sind ein äußerer und ein innerer Stützring 25a, Öffnungen 17a, 17b und ein Kühlmittelfluß 19 gezeigt.

Wesentlich für die neue Barrierenanordnung ist, daß die Kühl­ mittelströmung (bevorzugt Öl) im wesentlichen in Umfangsrich­ tung der Wicklung 3 verläuft. Die die Barrieren bildenden Isolierstoffwände sind in Umfangsrichtung völlig geschlossen, wobei die Öffnungen für den Kühlmitteldurchtritt in die näch­ ste Lage symmetrisch oder auch unsymmetrisch angeordnet sein können. Bevorzugt sind die Öffnungen in der geometrischen Mitte des Wicklungsquerschnitts oder der Wicklungswand ange­ ordnet. Hier sind die elektrischen Feldstärken geringer als im Krümmungsbereich der Barrieren. Dadurch ist es auch mög­ lich, die Teilspannungen im Kühlmittel längs der Gleitstrec­ ken im Vergleich zum Stand der Technik zu minimieren.

Bei Ausbildung der Isolierstoffwände gemäß Fig. 4 können für diese prinzipiell Winkelringe nach dem Stand der Technik ver­ wendet werden, wobei diese jedoch lediglich in ihrem einander zugeordneten Randbereich angeschrägt werden müssen. Durch die Anschrägung ist im übrigen auch eine Ausgleichsmöglichkeit für unterschiedliche Wicklungsbreiten (Toleranzausgleich) gegeben.

Selbstverständlich sind die einzelnen Merkmale der neuen Idee miteinander oder mit Merkmalen aus dem Stand der Technik kom­ binierbar, ohne daß der Grundgedanke verlassen wird. Wesent­ lich für die neue Wicklungsanordnung ist, daß ein Kühlmittel­ fluß in Umfangsrichtung im Stirnbereich an einer Wicklung er­ zeugt wird.

Die Wicklungsanordnung eignet sich bevorzugt für Transforma­ toren oder Drosseln im Hochspannungsbereich, wobei als Kühl­ mittel mit Vorteil Öl zur Anwendung kommt.

Claims (10)

1. Wicklungsanordnung (1) eines Transformators oder einer Drossel mit einer Wicklung (3) in Hohlzylinderform, wobei die Wicklung (3) stirnseitig eine mehrlagige, in axialer Richtung kühlmitteldurchströmte Barrierenanordnung aufweist, welche zumindest einen Kühlkanal (5) mit einem im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlmittelfluß (19) aufweist.

2. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Kühlkanal (5) labyrinthförmig ausgebildet ist.

3. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kühl­ kanal (5) meanderförmig ausgebildet ist.

4. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Barrierenanordnung von ringförmigen Isolierstoffwänden (7a, 7b, 7c) gebildet ist, die in vorgegebenen axialen Abstän­ den zueinander angeordnet sind und somit jeweils Kühlkanal­ lagen (21a, 21b) bilden, wobei zumindest kühlkanallagentren­ nende Isolierstoffwände (7b) jeweils zumindest eine Öffnung (17a, 17b, 17c) für einen Kühlmitteldurchtritt aufweisen, und wobei die Öffnungen (17a, 17b, 17c) in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.

5. Wicklungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Abstände der Isolierstoffwände (7a, 7b, 7c) von Abstandsmitteln in Art von ringförmigen Isolierscheiben (25a, 25b) gebildet sind.

6. Wicklungsanordnung nach Anspruch 4, oder 5, wobei zwischen den Isolierstoffwänden (7a, 7b, 7c) im Bereich der Öffnungen (17a, 17b, 17c) jeweils radiale Stege (23) vorgesehen sind, die die jeweiligen Kühlkanäle in Umfangsrichtung begrenzen.

7. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei je Isolierstoffwand (7a, 7b, 7c) mehrere Öffnungen (17a, 17b, 17c) und je Kühlkanallage (21a, 21b) mehrere radiale Stege (23) vorgesehen sind, und wobei die gebildeten teilringförmigen Kühlkanäle einander labyrinthartig überlappen.

8. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Isolierstoffwände (7a, 7b, 7c) zwei ringförmige Teilwände umfassen, die die Außen- beziehungsweise Innenwand der Wick­ lung (3) koaxial umfassen und einander im Stirnbereich der Wicklung (3) radial überlappen.

9. Wicklungsanordnung nach Anspruch 8, wobei die überlappen­ den Ränder (15a, 15b) der Teilwände unter Beibehaltung einer Gesamtdicke im Bereich der Teilwanddicke jeweils zum überlap­ penden Rand hin abgeflacht ausgeführt sind.

10. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wo­ bei die Isolierstoffwände (7a, 7b, 7c) als Winkelringe ausge­ bildet sind.