DE19612931C2 - Wicklungsanordnung eines Transformators oder einer Drossel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung eines Trans­ formators oder einer Drossel mit einer Wicklung in Hohlzylin­ derform, und mit einer stirnseitigen, mehrlagigen, in axialer Richtung kühlmitteldurchströmten Barrierenanordnung, welche zumindest einem Kühlkanal aufweist mit dem ein Kühlmittelfluß im wesentlichen in Umfangsrichtung führbar ist, wobei die Barrierenanordnung ringförmige Isolierstoffwände auf­ weist, die in vorgegebenen axialen Abständen zueinander ange­ ordnet sind und somit jeweils Kühlkanallagen bilden, wobei kühlkanalbegrenzende Isolierstoffwände jeweils zumindest eine Öffnung für einen Kühlmitteldurchtritt aufweisen und die Öff­ nungen in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.

Eine solche Wicklungsanordnung ist aus der DE-PS 762 171 be­ kannt. Bei der bekannten Wicklungsanordnung liegen die Iso­ lierstoffwände im Mantelbereich unmittelbar an den Mantelflä­ chen der Wicklung und aneinander. Im Stirnbereich sind zur Beabstandung der Isolierstoffwände einzelne und voneinander beabstandete Distanzstücke vorgesehen. Im Stirnbereich kann sich der Kühlmittelfluß zwischen den Isolierstoffwänden frei ausbilden.

Aus der DE-PS 871 632 ist eine Wicklungskühlvorrichtung mit jeweils als Isolierzylinder ausgeführte Isolierstoffwänden bekannt, zwischen denen im Mantelbereich Öl in Umfangsrich­ tung geführt wird.

Die Isolierstoffwände sind von einem isolierenden Mantel um­ faßt, in dessen Stirnbereich Labyrinthe vorgesehen sind, durch die Öl von außen zu den Isolierzylindern gelangen kann.

Aus DE-Anm. S. 2698, ausgelegt am 20. August 1953 ist eine hohlzylinderförmige Isolierstoffwand bekannt, die aus mehre­ ren aneinanderanliegenden zylindrischen Teilwänden gebildet ist, wobei jede Teilwand im Stirnbereich mit einem jeweiligen Winkelring überlappend verbunden ist. An ihrer Überlappung sind jede Teilwand und jeder zugehörige Winkelring abge­ schrägt, so daß sich an jeder Überlappung einer Teilwand mit dem zugehörigen Winkelring keine Verdickung ergibt.

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 eine Barrierenanordnung zur Unterteilung der Schlagweite im Stirnbereich verwendet. Die Barrierenanordnung hat dabei eine labyrinthartige Struktur, wobei der Kühlmittelstrom, bevorzugt ein Ölstrom, mit ausrei­ chend großen elektrischen Gleitstrecken aus der Wicklung her­ ausgeführt wird.

Fig. 5 zeigt hierzu gemäß dem den Stand der Technik einen Teil eines Längsschnitts durch einen Teil der Wandung einer Wick­ lung mit einer stirnseitigen Barrierenanordnung. In der Bar­ rierenanordnung ist ein Kühlmittelstrom (Pfeile) in radialen Richtungen gegeben. Die Umlenkungsstellen des Kühlmittel­ stromes liegen teilweise in Zonen erhöhter Feldstärke, welche durch das inhomogene Randfeld bedingt sind.

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

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.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Wicklungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch, daß die Isolierstoffwände mit Abstandsmitteln nach Art von ring­ förmigen Isolierscheiben beabstandet sind, durch die der Kühlkanal in radialer Richtung begrenzt ist.

Auf diese Weise ist eine Barrierenanordnung mit langen Gleitstrecken realisierbar. Der Aufbau ist dabei besonders einfach, wobei der Kühlmittelstrom an günstigen Stellen um­ gelenkt werden kann.

Der Kühlkanal ist dabei bevorzugt labyrinthförmig ausgebil­ det.

Dadurch sind besonders lange Kühlkanalwege erzeugbar. Speziell ist der Kühlkanal mäanderförmig ausgebildet. Damit ist ein regelmäßiger Aufbau möglich, der sich einfach her­ stellen läßt.

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.

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 eine komplexe Barrierenanordnung erzeugbar, welches bei größtmöglicher Wärmeabfuhr günstige feldtechnische Eigen­ schaften aufweist.

Die Isolierstoffwände können zwei ringförmige Teilwände auf­ weisen, zwischen denen die Wicklung koaxial angeordnet ist und die einander im Stirnbereich der Wicklung radial überlap­ pen. Dieser Aufbau ist mit einfachen Mitteln, die sich von den bisher verwendeten Mitteln nur unwesentlich unterschei­ den, herstellbar.

Dabei können die überlappenden Ränder der Teilwände unter Beibehaltung einer Gesamtdicke im Bereich der Teilwanddicke jeweils 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 eine Barrierenanordnung im Längsschnitt,

Fig. 2 die Barrierenanordnung gemäß Fig. 1 im Längsschnitt ent­ lang der Umfangsrichtung,

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

Fig. 4 eine Isolierstoffwand im Längsschnitt und

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

Die Fig. 1 zeigt eine Wicklungsanordnung 1 in einem Teillängs­ schnitt mit einer hohlzylinderischen Wicklung 3 und einer Barrierenanordnung. Es ist dabei im wesentlichen nur der stirnseitige Aufbau dargestellt. Die Barrierenanordnung 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 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 Ma­ terialauftrag sind dabei im Stirnbereich S vermieden.

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

Die somit gebildete Barrierenanordnung ist in Fig. 2 in einem entlang der Umfangsrichtung abgewickelten Längsschnitt 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 Anordnung bilden. Diese kann auch bevorzugt meanderförmig ausgeführt sein. Die Öff­ nungen der jeweiligen benachbarten Kühlkanallagen sind dabei bevorzugt versetzt zueinander angeordnet.

Die Isolierstoffwände 7a, 7b, 7c sind axial durch Abstandsmit­ tel beabstandet. Diese sind vorliegend von ringförmigen Iso­ lierscheiben, insbesondere Isolierringscheiben 25a, 25b, ge­ bildet. Diese Isolierringscheiben 25a, 25b dienen als Stütz­ ringe und bieten auch bei kleiner radialer Ausdehnung der ebenen Auflagefläche eine ausreichende mechanische Abstützung der gesamten Anordnung. Auf diese Weise können bei gleicher radialer Wicklungsbreite wie beim Stand der Technik die Radien der Barrieren und eventuell benötigten Schirmringen vergrößert werden, wodurch die auftretenden Randfeldstärken vermindert sind. Dadurch ist auch ein verminderter Elektro­ denabstand bei gleicher Teilentladungseinsatzfeldstärke am Rand gegenüber dem Stand der Technik gegeben.

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 25b, Öffnungen 17a, 17b und ein Kühlmittelfluß 19 gezeigt.

Wesentlich für die neue Barrierenanordnung ist, daß die Kühl­ mittelströmung (bevorzugt Öl) zwischen den Stützringen 25b in Umfangsrichtung verläuft. Die Öffnungen 17a, 17b, 17c für den Kühlmitteldurchtritt in die nächste Lage können symmetrisch oder auch unsymmetrisch angeordnet sein können. Bevorzugt sind die Öffnungen 17a, 17b, 17c in der geometrischen Mitte des Wicklungsquerschnitts oder der Wicklungswand angeordnet. Hier sind die elektrischen Feldstärken geringer als im Krümmungsbereich der Barrieren. Dadurch ist es auch möglich, die Teilspannungen im Kühlmittel längs der Gleitstrekken 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) ge­ geben.

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

Claims (8)

1. Wicklungsanordnung (1) eines Transformators oder einer Drossel mit einer Wicklung (3) in Hohlzylinderform und mit einer stirnseitigen, mehrlagigen, in axialer Richtung kühlmitteldurchströmten Barrierenanordnung aufweist, welche zumindest einen Kühlkanal (5) aufweist mit dem ein Kühlmittelfluß im wesentlichen in Umfangsrichtung führbar ist, wobei die Barrierenanordnung ringförmige Isolierstoff­ wände (7a, 7b, 7c) aufweist, die in vorgegebenen axialen Abständen zueinander angeordnet sind und somit jeweils Kühlkanallagen (21a, 21b) bilden, wobei kühlkanal­ lagenbegrenzende Isolierstoffwände (7b) jeweils zumindest eine Öffnung (17a, 17b, 17c) für einen Kühlmitteldurchtritt aufweisen und die Öffnungen (17a, 17b, 17c) in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffwände (7a, 7b, 7c) mit Abstandsmitteln nach Art von ringförmigen Isolierscheiben (25a, 25b) beabstandet sind, durch die der Kühlkanal (5, 21a, 21b) in radialer Richtung begrenzt ist.

2. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (5) labyrinthförmig ausgebildet ist.

3. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (5) meanderförmig ausgebildet ist.

4. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 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 be­ grenzen.

5. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß 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 teil­ ringförmigen Kühlkanäle einander labyrinthartig überlappen.

6. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffwände (7a, 7b, 7c) zwei ringförmige Teilwände aufweisen, zwischen denen die Wicklung (3) koaxial angeordnet ist und die einander im Stirnbereich der Wicklung (3) radial überlappen.

7. Wicklungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die überlappenden Ränder (15a, 15b) der Teilwände unter Beibehaltung einer Gesamtdicke im Bereich der Teilwanddicke jeweils zum überlappenden Rand hin abgeflacht ausgeführt sind.

8. Wicklungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffwände (7a, 7b, 7c) als Winkelringe ausgebildet sind.