DE19926540C1 - Kapazitiv gesteuerte Hochspannungswicklung - Google Patents

Abstract

Hochspannungswicklungen von Transformatoren werden insbesondere in ihrem Eingangsbereich durch eine kapazitive Steuerung ertüchtigt, damit sie auftreffenden Stoßspannungen widerstehen können. Zu diesem Zweck werden parallel zu einem Hauptleiter (5) sogenannte Steuerleiter (10) in die Hochspannungswicklung (1) mit eingewickelt. Zur Verbesserung der kapazitiven Steuerbarkeit und zur Erhöhung der Kapazität ist erfindungsgemäß ein Steuerleiter (10) räumlich innerhalb eines Hauptleiters (5) angeordnet, wobei jedoch der Steuerleiter (10) von dem Hauptleiter (5) galvanisch getrennt ist.

Description

Für sogenannte Grenzleistungstransformatoren mit Nennspannungen ab etwa 220 kV und Einheitsleistungen ab etwa 200 MVA ist die Verwendung von Drilleiterspulenwicklungen anstelle von Spulenwicklungen aus einer Vielzahl von parallelen Flachdrähten vorteilhaft. Einerseits werden dadurch die durch das Streufeld verursachten Zusatzverluste verringert und andererseits der zur Verfügung stehende Wickelraum durch einen höheren Füllfaktor besser ausgenutzt.

Die Stoßspannungsfestigkeit von Transformatorwicklungen für Nennspannungen ab 220 kV wird üblicherweise dadurch erreicht, daß die Wicklung ausschließlich aus ineinander gewickelten Spulen aufgebaut ist oder dadurch, daß im Eingangsgebiet der Wicklung mit abgestuften Längskapazitäten die Stoßspannung soweit abgebaut wird, daß die restliche Wicklung in normaler Doppelspulenschaltung, beispielsweise aus Drilleitern, ausführbar ist.

Die Herstellung ineinander gewickelter Spulen erfordert in jedem Fall Lötverbindungen, die bei Verwendung von Drilleitern nur unter größten Schwierigkeiten oder überhaupt nicht realisierbar sind. Bei der Verwendung von Drilleitern ist daher zur Vermeidung von Lötverbindungen eine fortlaufend wickelbare Doppelspulenschaltung anzustreben, in der die kapazitive Steuerung durch einen besonderen Steuerleiter erreichbar ist, dessen Lötverbindungen einfach und wirtschaftlich herstellbar sind.

Die Erfindung betrifft eine kapazitiv gesteuerte Hochspannungswicklung aus Scheibenspulen für Transformatoren mit großen Nennleistungen mit einem als Drilleiter ausgebildeten, den Laststrom führenden Hauptleiter und mit einem dazu räumlich parallelen Steuerleiter.

Eine solche kapazitiv gesteuerte Hochspannungswicklung ist aus der DE-OS 24 18 230 bekannt. Die dort gezeigte Hoch­ spannungswicklung weist mehrere axial übereinander ange­ ordnete Scheibenspulen auf, die fortlaufend aus einem als Drilleiter ausgebildeten Hauptleiter gewickelt sind. Räumlich parallel zum Hauptleiter ist ein Steuerleiter über einen Wicklungsabschnitt von jeweils mindestens vier Scheibenspulen laufend mitgewickelt. Der Steuerleiter ist in der Mitte dieses Wicklungsabschnittes aufgetrennt und dessen Anfang und Ende außerhalb der Wicklung galvanisch miteinander verbunden. Diese durch Löten hergestellte Verbindung ist praktisch problemlos, weil der Steuerleiter als massiver Leiter ohne Schwierigkeit lötbar ist.

Durch die deutsche Auslegeschrift 12 97 217 ist eine weitere Wicklungsanordnung bekannt, die Steuerleiter zur kapazitiven Steuerung eines massiven Hauptleiters enthält. Diese Wicklung ist aus fortlaufend gewickelten Doppelspulen zusammengesetzt und die Steuerleiter sind zur Erzielung abgestufter Längska­ pazitäten in den Doppelspulen unterschiedlich lang ausge­ führt. Der Hauptleiter der Doppelspulen ist aus zwei elek­ trisch parallel geschalteten und räumlich parallel geführten und dabei elektrisch voneinander isolierten Massivleitern gebildet, zwischen denen der als Metallfolie ausgeführte Steuerleiter eingewicklet ist.

Aus der DE-OS 19 43 724 ist ein Drilleiter für Spulen für Transformatoren bekannt, der aus mehreren prallel geführten und gegeneinander isolierten flachen Teilleitern besteht. Entlang des Drilleiters sind die Positionen der Teilleiter im Querschnitt des Drilleiters durch Kröpfen zyklisch vertauscht, so dass jeder Teilleiter über die Länge des Drilleiters zyklisch jede mögliche Position im Querschnitt des Drilleiters einnimmt.

Aus der DE-AS 23 23 304 ist eine Stufenwicklung für Transformatoren bekannt, die mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Teilwicklungen aufweist. Jede der Teilwicklungen ist aus jeweils einem Einzelleiter gebildet, zu dem ein jeweiliger Steuerleiter räumlich parallel angeordnet ist. Die Steuerleiter und die Einzelleiter sind elektrisch voneinander isoliert.

Aus der DE-PS 39 07 287 C2 ist ein Transformator mit einer Wicklung aus einem den Laststrom führenden Hauptleiter bekannt, der üblicherweise aus einem Werkstoff mit hoher Leitfähigkeit besteht. Dem Hauptleiter ist zumindest über einen Teil seiner Länge räumlich parallel ein Zusatzleiter aus einem Widerstandsstoff angeordnet. Der Zusatzleiter dient zur Bedämpfung von Schwingungen.

Aus der DE-PS 36 29 310 ist ein Hochstromleiter für die Anschlussleitungen von Wicklungen bekannt, neben dem ein Schirmleiter räumlich parallel geführt ist. Der Schirmleiter ist über so bezeichnete "Potentialverbindungen" mit dem stromführenden Leiter galvanisch derart verbunden, dass der Summenstrom im Schirmleiter gleich Null ist. Der Schirmleiter dient der Abschirmung des Magnetfeldes des durch den im Hochstromleiter geführten Strom, so dass seinem magnetischen Feld ausgesetzte Konstruktionsteile thermisch nicht unzu­ lässig durch in diesen induzierte Wirbelströmen belastet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde für Hochspannungswicklungen der erstgenannten Art (DE 24 18 230 A1) eine Steuerleiteranordnung zu schaffen, die eine größere Längskapazität aufweist und dabei ebenso eine vergleichsweise einfache und sichere Herstellung sowie eine hohe Betriebssicherheit der Hochspannungswicklung während ihres Einsatzes in einem Transformator gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einer Hochspannungswicklungen der erstgenannten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Steuerleiter räumlich innerhalb des Hauptleiters angeordnet ist, und daß der Steuerleiter galvanisch von dem Hauptleiter getrennt ist.

Dadurch, daß der Steuerleiter innerhalb des als Drilleiter ausgeführten Hauptleiters liegt, liegt er räumlich sehr nahe zu allen Teilleitern, aus denen ein Drilleiter üblicherweise gebildet ist, so daß eine große Längskapazität gegeben ist. Eine Hochspannungswicklung ist mit einem solchen Hauptleiter besonders einfach herstellbar, weil der Hauptleiter und der Steuerleiter gleichzeitig gewickelt werden können. Zudem ist eine hohe Betriebssicherheit dadurch gegeben, daß der Steuerleiter innerhalb des Hauptleiters liegt, also durch den Hauptleiter nach außen abgeschirmt ist.

Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist der Steuerleiter räumlich zwischen zwei Stapeln von flach aufeinander liegenden gemeinsam den Hauptleiter bildenden Einzelleitern angeordnet und steht hochkant zwischen den zwei Stapeln der Einzelleiter des Hauptleiters.

Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung bildet der Steuerleiter im Querschnitt ein Rechteck mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von etwa 15 : 1 und ist der Gesamtquerschnitt des Hauptleiters mit eingeschlossenem Steuerleiter etwa quadratisch.

Andere Ausgestaltungen bestehen darin, daß der Steuerleiter innerhalb des Hauptleiters jeweils im Bereich einer radial innen liegenden Verbindung von zwei benachbarten Scheibenspulen unterbrochen ist, daß das von ihm freigegebene Volumen durch eine Auffüllung aus Isolierwerkstoff ersetzt ist, daß die Länge der Steuerleiterunterbrechung und der Auffüllung mit dem Abstand der sie enthaltenden Scheibenspulen vom Wicklungsende zunehmen und daß ein Raum zwischen den zwei Stapeln von den Hauptleiter bildenden Einzelleitern in steuerleiterfreien Scheibenspulen durch eine Zwischenlage gefüllt ist, deren Querschnitt dem Steuerleiter einschließlich dessen Isolierung entspricht.

Nach weiteren Ausbildungen der Erfindung ist jeweils aus der äußersten Windung einer einen Steuerleiter aufweisenden Scheibenspule eine Anschlußfahne des Steuerleiters hinausge­ führt und sind jeweils die Anschlußfahnen von benachbarten Scheibenspulen, deren radial innen liegende Hauptleiterwin­ dungen durch eine Spulenverbindung verbunden sind, über eine Steuerleiterverbindung galvanisch miteinander gekoppelt.

Erfindungsgemäß ausgebildete Hochspannungswicklungen sind sehr vorteilhaft, weil ihre Längskapazität infolge der räum­ lich extrem engen Kopplung des Steuerleiters mit dem Haupt­ leiter deutlich größer ist, als bei allen obengenannten be­ kannten Ausführungen. Dabei ist der erforderliche Fertigungs­ aufwand gegenüber den bekannten Lösungen eher geringer als höher.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Hochspannungswicklung im Schnitt,

Fig. 2 eine Einzelheit bei A in Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Hauptleiter mit inte­ griertem Steuerleiter,

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Hauptleiter mit einer Auffüllung und

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Hauptleiter mit einer Zwischenlage.

Einander entsprechende Bauteile sind in allen FIG mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine Hochspannungswicklung 1 eines Transformators mit hoher Nennleistung, beispielsweise mehr als 200 MWA und einer Nenn­ spannung von 220 kV oder mehr, ist aus Scheibenspulen 4 zu­ sammengesetzt. Die Scheibenspulen 4 sind aus einem Hauptlei­ ter 5 mit vorzugsweise annähernd quadratischem Querschnitt gewickelt, wobei der Hauptleiter 5 abwechselnd in einer Scheibenspule 4 von außen nach innen und in der nächsten Scheibenspule von innen nach außen verläuft. Die Scheibenspu­ len 4 sind durch innen liegende Spulenverbindungen 6 und au­ ßen liegende Spulenverbindungen 7 elektrisch in Reihe ge­ schaltet.

Der Hauptleiter 5 besteht aus zwei parallel zueinander lie­ genden Stapeln von mit ihren Breitseiten aufeinander gewic­ kelten Einzelleitern 8, die gegeneinander zwar isoliert aber trotzdem elektrisch parallel geschaltet sind. Von den Einzel­ leitern 8 wird durch eine Verschränkung 9 abwechselnd einer von einem zu anderen Stapel und einer vom anderen zu einen Stapel geführt. Dieser Austausch erfolgt zyklisch, so daß je­ der Einzelleiter 8 über gleiche Längenabschnitte in jeder möglichen Teilleiterposition liegt. Dadurch ist ein sogenann­ ter Drilleiter gebildet, der im Stromgeneratorenbau auch Ro­ ebelstab genannt ist.

Zwischen den beiden Stapeln aus Einzelleitern 8 ist eine Di­ stanz in der Größenordnung der Stärke eines Einzelleiters 8 vorgesehen. Diese Distanz wird gemäß Fig. 3 durch einen iso­ lierten Steuerleiter 10, gemäß Fig. 4 durch eine Auffüllung 11 und gemäß Fig. 5 durch eine Zwischenlage 12 ausgefüllt. Der Steuerleiter hat einen annähernd rechteckigen Querschnitt, wobei das Rechteck ein Längen-/Breitenverhältnis von etwa 15 : 1 aufweist. Die Auffüllung 11 besteht aus Isolierwerkstoff, hat den gleichen Querschnitt wie der Steuerleiter 10 und trägt auch die gleiche Ummantelung wie dieser. Die Zwischen­ lage 12 hat einen Querschnitt gleich dem Steuerleiter 10 ein­ schließlich Isolierung.

Der Steuerleiter 10, die Auffüllung 11 mit Ummantelung bzw. die Zwischenlage 12 stehen hochkant zwischen den beiden Sta­ peln aus den Einzelleitern 8. Dadurch ist eine enge räumliche Anordnung der Einzelleiter 8 insbesondere gegenüber dem Steu­ erleiter 10 geschaffen. Bei jeder Scheibenspule 4 ist von der äußersten Windung eine nicht näher dargestellte Anschlußfahne 13 von dem in dieser Windung befindlichen Ende des Steuerlei­ ters 10 nach außen geführt, so daß aus jeder der der Auslei­ tung 2 benachbarten Scheibenspulen 4 eine Anschlußfahne 13 herausragt. Die Anschlußfahnen 13 von Scheibenspulen 4, die an ein und derselben inneren Spulenverbindung 6 liegen, sind außerhalb der Scheibenspulen 4 durch eine Steuerleiterverbin­ dung 14 galvanisch miteinander verbunden.

Die parallel und räumlich eng zueinander liegenden Einzellei­ ter 8 einerseits und der Steuerleiter 10 andererseits bilden beim Ausführungsbeispiel infolge ihres geringen räumlichen Abstands voneinander für je zwei benachbarte Scheibenspulen 4 einen Kondensator mit relativ hoher Kapazität. Dadurch werden insbesondere hochfrequente Spannungsstöße so in die Hochspan­ nungswicklung 1 eingeleitet, daß der Spannungsabfall auf vie­ le Windungen verteilt ist. Durch unterschiedlich weit in die Scheibenspulen 4 eintauchende Steuerleiter 10 werden abge­ stufte Kapazitäten für aufeinander folgende Scheibenspulen 4 geschaffen, so daß im Idealfall - abhängig vor allem von der Frequenz des Spannungsstoßes - eine annähernd gleichmäßige Verteilung eines auftreffenden Spannungsstoßes erzwungen ist.

Beim Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Steuerleiter 10 in der ersten und zweiten Scheibenspule 4 über alle fünf Win­ dungen, in der dritten und vierten Scheibenspule 4 über je drei Windungen, in der fünften und sechsten Scheibenspule 4 über je 2 Windungen und in der siebten bis zehnten Scheiben­ spule 4 über je eine Windung. Die in der Hochspannungswick­ lung dann folgenden Scheibenspulen 4 sind steuerleiterfrei und lediglich mit der Zwischenlage 12 ausgepolstert. Je nach den Voraussetzungen, also der Windungszahl je Scheibenspule 4 und vor allem der Beschaffenheit sowie dem Aufbau eines mit der Hochspannungswicklung verbundenen Netzes, können auch an­ dere Abstufungen vorteilhaft sein und ggfs. ausgeführt wer­ den.

Claims (10)

1. Kapazitiv gesteuerte Hochspannungswicklung aus Scheibenspulen (4), insbesondere für Transformatoren mit großen Nennleistungen, mit einem als Drilleiter ausgeführten Hauptleiter (5) für den Laststrom und mit einem dazu räumlich parallelen Steuerleiter (10), dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerleiter (10) räumlich innerhalb des Hauptleiters (5) angeordnet ist, und daß der Steuerleiter (10) von dem Hauptleiter (5) galvanisch getrennt ist,

2. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerleiter (10) räumlich zwischen zwei Stapeln von flach aufeinander liegenden, gemeinsam den Hauptleiter (5) bildenden Einzelleitern (8) angeordnet ist.

3. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerleiter (10) hochkant zwischen den zwei Stapeln der Einzelleiter (8) des Hauptleiters (5) steht.

4. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerleiter (10) im Querschnitt ein Rechteck mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von etwa 15 : 1 bildet.

5. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt des Hauptleiters (5) mit eingeschlossenem Steuerleiter (10) etwa quadratisch ist.

6. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerleiter (10) innerhalb des Hauptleiters (5) jeweils im Bereich einer radial innen liegenden Verbindung (6) von zwei benachbarten Scheibenspulen (4) unterbrochen und daß das von ihm freigegebene Volumen durch eine Auffüllung (11) aus Isolierwerkstoff ersetzt ist.

7. Hochspannungswicklung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Steuerleiterunterbrechung und der Auffüllung (11) mit dem Abstand der Scheibenspulen (4) vom Wicklungsende zunehmen.

8. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raum zwischen den zwei Stapeln von den Hauptleiter (5) bildenden Einzelleitern (8) in steuerleiterfreien Scheibenspulen (4) durch eine Zwischenlage (12) gefüllt ist, deren Querschnitt dem Steuerleiter (10) einschließlich dessen Isolierung entspricht.

9. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus der äußersten Windung einer einen Steuerleiter (10) aufweisenden Scheibenspule (4) eine Anschlußfahne (13) des Steuerleiter (10) hinausgeführt ist.

10. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Anschlußfahnen (13) von benachbarten Scheibenspulen (4), deren radial innen liegende Hauptleiterwindungen durch eine Spulenverbindung (6) verbunden sind, über eine Steuerleiterverbindung (14) galvanisch miteinander gekoppelt sind.