DE2108152C3

DE2108152C3 - Hochspannungstransformatoranordnung in Isoliermantelbauweise

Info

Publication number: DE2108152C3
Application number: DE19712108152
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr.-Ing.E.H. 8600 Bamberg Raupach
Original assignee: Individual
Current assignee: Raupach Geb Decker Berta Elisabeth Sabine 8600
Priority date: 1971-02-20
Filing date: 1971-02-20
Publication date: 1978-12-21
Also published as: DE2108152B2; GB1340843A; DE2108152A1; AT316684B; CH554591A; AT309591B

Description

Die E-findung betrifft eine Hochspannungstransformatoranordnung in Isoliermantelbauweise, insbesondere zur Verwendung als Glied einer Prüftransformator- Kaskade für vergleichsweise große Leistung und sehr kleine Kurzschlußspannung, unter Verwendung von Rahmenkernen, wobei die Hochspannungswicklung der Transformatoranordnung oder jeden Kaskadengliedes in zwei miteinander verschaltete gleiche Wicklungsteile unterteilt ist und deren bzw. dessen Erregerwicklung(en) und die gegebenenfalls erforderliche(n) Kopplungswicklung(en) in zwei parallel oder in Reihe geschaltete Wicklungshälfien unterteilt sind.

ίο Bei bekannten Hochspannungstransformatoren dieser Art für große bis größte Leistungen bereitet die Wärmeabführung erhebliche Schwierigkeiten, weil mit der Höhe der Spannung der Isolieraufwand ansteigt und damit die Wärmeabführung trotz forcierter Fremdküh lung oder Zwangsumlaufkühlung stark erschwert wird. Es sind bereits zusätzliche Maßnahmen für eine bessere Kühlung von Hochspannungstransformatoren bekanntgeworden. So hat man beispielsweise bei einem durch die AT-PS 2 59 680 bekanntgewordenen Transformator für die Verwendung als Glied einer Transformatorkaskade die Wärmeabführung der Hochspannungsspule dadurch verbessert, daß die auf den beiden senkrecht stehenden Kernschenkeln eines Rahmenkernes angeordneten, in Reihe geschalteten Spulengruppen der Hochspannungsspule je aus einer Mehrzahl von aus einer oder mehreren Wicklungslagen gebildeten zylindrischen Spulen zusammengesetzt sind. Damit ist die erforderliche Isolation zwischen Eisenkern und Hochspannung aufgeteilt in mehrere Teilisolationen zwischen

jo den einzelnen Spulen auf jeden der beiden Kernsclienkel. Dadurch entstehen viele Kühlkanäle zwischen den einzelnen Spulen, was eine günstige Wärmeabführung ermöglicht Durch die Reihenschaltung sämtlicher Spulengruppen erhält man zwei auf die beiden Schenkel

J5 eines rahmenförmigen Eisenkernes aufgebrachte gleiche Hochspannungswicklungsteile. In gleicher Weise sind die Erregerwicklung und die gegebenenfalls erforderliche Kopplungswicklung in je zwei parallel oder in Reihe geschaltete Wicklungshälften je Kaska denglied unterteilt

Der bekannte Kaskadentransformator weist zwar neben der günstigen Wärmeabführung auch den Vorteil einer niedrigen Kurzschlußspannung auf, nachteilig ist aber, daß die Ausleitung der Hochspannungsspule in

v, ausreichendem Abstand an dem auf Erdpotential liegenden Rahmenkern vorbeigeführt werden muß.

Dadurch erhält man eine ungünstige Feldverteilung in

den einzelnen Kaskadenstufen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine

Hochspannungstransformatoranordnung in Isoliermantelbauweise zu schaffen, die sich dadurch auszeichnet, daß sie neben einer guten Wärmeabführung und einer niedrigen Kurzschlußspannung günstige räumliche Abmessungen und eine möglichst gleichmäßige FeId verteilung aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer Hochspannungstransformatoranordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß zwei gleiche Transformatoren mit zwei getrennten rahmenförmigen Eisenkernen die

mi unterteilten Wicklungseinheiten der Transformatoranordnung öder eines Kaskadengliedes tragen und nebeneinander derart in dem Isoliermantel aufgestellt sind, daß der zylindrische Raum innerhalb des Isoliermantels möglichst ausgenutzt ist, und daß die

'<'< Hochspannungswicklung des einen Transformators parallel zu der Hochspannungswicklung des anderen Transformators geschaltet ist. Dadurch daß bei der Hochspannungstransformatoranordnung gemäß der

Erfindung sozusagen die Hochspannungswicklung, die Erregerwicklung und gegebenenfalls auch die Kopplungswicklung auf zwei Eisenkerne verteilt werden, wobei die Hochspannungswicklungen parallel und die Erregerwicklungen sowie die Kopplungswicklungen einander parallel oder in Reihe geschaltet werden, ergeben sich schlanke Wicklungen bzw. Spulen mit vielen Kühlkanälen und damit sehr guten Kühlungseigenschaften. Gegenüber bekannten Hochspannungstransformatoren in Isoliermantelbauweise mit nur einem Eisenkern erhält man einen Streukanal von etwa doppelter Länge und damit etwa nur die halbe Kurzschlußspannung. Da die Wicklungen bzw. Spulen eines jeden Kernes schlanker und kürzer ausgebildet werden können, ist auch die Raumausnutzung verbessert

Wohl ist es bereits bei kombinierten Strom- und Spannungswandler^ in Topfbauweise bekannt, den Strom- und den Spannungswandler in einem gemeinsamen Stahlblechgehäuse nebeneinander anzuordnen. Da die äußeren Windungen der Primärwicklung des Strom- und Spannungswandlers das gleiche PotentipJ haben, können beide Wandler dicht zusammengesetzt werden (AEG-MITTEILUNGEN Jahrgang 46 - 1956 Seite 193—197). Bei kombinierten Strom- und Spannungswandlern der erwähnten Art ist jedoch weder die Wärmeabführung problematisch noch ist eine kleine Kurzschlußspannung erforderlich. Diese bekannten Anordnungen können daher dem Fachmann keine Anregungen zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe geben.

Eine vorteilhafte Ausführungsform einer Hochspannungstransformatoranordnung nach der Erfindung besteht darin, daß die rahmenförmigen Eisenkerne der beiden Transformatoren parallel zueinander und zu den beiden Hauptmittelebenen des Isoliermantels symmetrisch angeordnet sind, und daß die jeweils aus Hochspannungswicklung, Erregerwicklung und gegebenenfalls Kopplungswicklung bestehenden Wicklungseinheiten auf den waagrechten oberen Schenkeln der Eisenkerne angebracht sind. Damit wird die geforderte Leistung der Hochspannungstransformatoranordnung auf die beiden im Isolierzylinder völlig symmetrisch angeordneten Eisenkerne gleichmäßig verteilt, wobei man gleichzeitig eine günstige Raumausnutzung im Isolicrmante' erhält. Um eine günstig; Feldverteilung im Isoliermantel zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Hochspannungswicklungen eine gemeinsame Hochspannungsausleitung aufweisen, die in der Mittelachse des Isoliermantels zu einerr den Isoliermantel abschließenden metallischen Deckel geführt sind.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die rahmenförmigen Eisenkerne der beiden Transformatoren parallel zueinander, jedoch zu den beiden Hauptmittelebenen des Isoliermantels derart versetzt und unter einem derartigen Winkel angeordnet, daß das eine mit den aus Hochspannungswicklung, Erregerwicklung und gegebenenfalls Kopplungswicklung bestehenden Wicklungseinheiten versehene senkrechte Schenkelpaar der beiden Eisenkerne wenigstens annähernd in der einen Mittelebene und das andere, nicht mit Wicklungen versehene senkrechte Schenkelpaar der beiden Eisenkerne wenigstens annähernd in der dazu senkrechten Mittelebene des Isoliermantels liegt. Diese Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß der Durchmesser des Isoliermantels nur annähernd doppelt so groß beitwsen sein muß wie der Durchmesser einer aus Hochspannungswicklung, Erregerwicklung und gegebenenfalls Kopplungswicklung bestehenden Wicklungseinheit. Außerdem ergibt sieh bei Verwendung stehender Spulen eine besonders günstige Kühlwirkung.

In den F i g. I und 2 bzw, 3 und 4 sind zwei verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Hochspannungstransformatoranordnung in Isoliermantelbauweise gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. In beiden Beispielen sind die aktiven Teile der Hochspan-

H) nungstransformatoranordnung in einem mit einem Isoliermittel, z. B. öl, gefüllten Isolierzylinder 11 mit metallischem Boden 12 und metallischem Deckel 13' untergebracht, der in den F i g. 1 und 3 aufgeschnitten dargestellt ist, so daß man die aktiven Teile in Seitenansicht sieht Die Fig.2 und 4 zeigen einen Querschnitt nach den Linien H-II bzw. IV-IV durch den Isolierzylinder 11 mit einer Aufsich·, auf die aktiven Teile.

Bei dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten

ic, Ausführungsbeispiel bestehen die p'uiven Teile der Hochspannungstransformatoranordneng aus zwei gleichen, je einen rahmenförmigen Eisenkern 14, 15 aufweisende Transformatoren 16, 17. Die beiden Transformatoren 16,17 sind symmetrisch zur Mittelebe-

ü ne A-A nebeneinander angeordnet. Sie sind aber auch zu der zur Mittelebene A-A senkrechten Mittelebene B-B symmetrisch angeordnet, um den Isolierzylinderquerschnitt möglichst gut auszunutzen. Die in bekannter Weise aus Hochspannungswicklung, Erregerwicklung

id und gegebenenfalls Kopplungswicklung hergestellten Wicklungseinheiten 18, 19 der beiden Transformatoren 16,17, die rein schematisch dargestellt sind, sind auf den waagrechten oberen Schenkeln der Eisenkerne 14, 15 angeordnet. Mindestens die Hochspannungswicklungen

j) der Wicklungseinheiten 18, 19 sind parallel geschaltet, um die Gesamtleistung der Hochspannungstransformatoranordnung gleichmäßig auf die beiden Transformatoren 16, 17 aufzuteilen. Die Erregerwicklungen bzw. Kopplungswicklungen der Wicklungseinheiten 18, 19

to können parallel oder in Reihe geschaltet sein. Die Wicklungseinheiten 18, 19 sind günstigerweise so aufgebaut, daß auf dem Spulenkörper der Reihe nach von innen nach außen die Erregerwicklung, anschließend die vorzugsweise als Lagenwicklung ausgebildete Hochspannungswicklung und, falls erforderlich, außen die Kopplungswicklung angeordnet ist. Jede der beiden Wicklungseinheiten 18, 19 weist eine Hochspannungsausleitung 20 bzw. 21 auf. Um eine besonders günstige Feldverteilung im Isoliermantel 11 zu erzielen, können

Vi die zueinander parallel geschalteten Hochspannungswicklungen der beiden Wicklungseinheiten 18, 19 auch an eine gsmeinsame, vorzugsweise in der Mittelachse des Isoliermantels 11 hochgeführte Hochspannungsausleitung angeschlossen werden.

γ·, Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die aktiven Teile der Hochspannungstransformatoranordnung wiederum aus zwei gleichen, je einen rahmenförmigen Eisenkern 14, 15 aufweisende Transformatoren 16, 17 mit die

mi Hochspannungswicklungen, die Erregerwicklungen und gegebenenfalls auch die Kopplungswicklungen enthaltenden Wicklungseinheiten 18,19. Die beiden senkrecht zueinander liegenden Hauptmittelebenen sind wiederum mit A-A bzw. B-B bezeichnet. Die Eisenkerne 14, 15

·■■ der beiden Transformatoren 16, 17 sind parallel zueinander angeordnet. Sie sind jedoch zu den beiden Hauptmittelebenen A-A bzw. B-Bdes Isolicrmantels 11 derart versetzt, daß das eine mit den Wiclcliineseinhpi-

ten 18,19 vei sehene senkrechte Schenkelpaar 22,23 der beiden Eisenkerne 14, 15 wenigstens annähernd in der einen Mittelebene BB und das andere, nicht mit Wicklungen versehene senkrechte Schenkelpaar 24, 25 der beiden Eisenkerne 14, 15 wenigstens annähernd in der dazu senkrechten Mittelebene AA des Isoliermantels Il liegt. Die Durchmesser der Wicklungseinheiten 18, 19 sind so bemessen, daß sie den Isoliermantelquerschnitt in der Mittelebene B-B genau oder annähernd genau ausfüllen. Die vorzugsweise aus einzelnen stehenden Spuien mit Kühlkanälen sich zusammensetzenden Hochspannungswicklungen eines jeden Eisenkernes 14 bzw. 15 sind in Reihe geschaltet, und die in Reihe geschalteten Hochspannungsspulengruppen der Wicklungseinheiten 18 bzw. 19 sind einander parallel geschaltet. Die gemeinsame Ausleitung 26 der Hochspannungsspulengruppen ist in dem einen (oder — wie gestrichelt angedeutet — in dem anderen) der von den Wicklungseinheiten 18, 19 gebildeten zwei Zwickelräume in der Nähe der Mittelachse des Isoliermantels 11 hochgeführt. Die, wie vorstehend beschrieben, aus stehenden Spulen sich zusammensetzende Hochspan nungswicklung zeichnet sich durch eine gute Wärmeab führung aus, bedingt durch die senkrecht verlaufender Kühlkanäle zwischen den einzelnen Spulen. Außerden "· ist, wie auch bei der Anordnung gemäß F i g. I und 2, di< Kurzschlußspannung sehr niedrig und, da die Ausleitunf in der Nähe der Mittelachse des Isoliermantels 11 liegt die Feldverteilung sehr günstig.

Die dargestellten und beschriebenen Hochspan

in nungstransformatoranordnungen können insbesondere auch als Hochspannungsprüftransformaloren für groß« Leistungen verwendet werden. Derartige Prüflransfor matoren können aber auch als Glied einer Prüftransfor mator-Kaskade verwendet werden. Hierfür ist e; '· erforderlich, daß bei den Ausführungsbeispielen gernät F i g. I —4, wie bereits beschrieben, vorzugsweise außer auf jeder der Wicklungseinheiten eine Kopplungswick lun;^f vorgesehen wird Diese F'.juulungswickluneer werden zweckmäßig einander parallel geschaltet unc

:i> dienen zur Speisung der Erregerwicklungen de; nächsthöhl"T n Gliedes der Kaskade.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunccn

Claims

Patentansprüche:

1. Hochspannungstransformatoranordnung in Isoliermantelbauweise, insbesondere zur Verwendung als Glied einer Prüftransformator-Kaskade für vergleichsweise große Leistung und sehr kleine Kurzschlußspannung, unter Verwendung von Rahmenkernen, wobei die Hochspannungswicklung der Transformatoranordnung oder jeden Kaskadengliedes in zwei miteinander verschaltete gleiche Wicklungsteile unterteilt ist und deren bzw. dessen Erregerwicklungen) und die gegebenenfalls erforderlichen) Kopplungswicklung(en) in zwei parallel oder in Reihe geschaltete Wicklungshälften unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleiche Transformatoren (16, 17) mit zwei getrennten rahmenförmigen Eisenkernen (14,15) die unterteilten Wicklungseinheiten (18, 19) der Transformatorenanordnung oder eines Kaskadengliedss tragen und nebeneinander derart in dem Isoliermantel (11) aufgestellt sind, daß der zylindrische Raum innerhalb des Isoliermantels (U) möglichst ausgenutzt ist, und daß die Hochspannungswicklung des einen Transformators (16) parallel zu der Hochspannungswicklung des anderen Transformators (17) geschaltet ist.

2. Hochspannungstransformatöranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rahmenförmigen Eisenkerne (14, 15) der beiden Transformatoren (16,17) parallel zueinander und zu den beiden Hauptmittelebenen (A-A, B-B) des Isoliermantels (II) symmetrisch angeordnet sind, und daß die jeweils aus. Hoch:: ,jannungs wicklung, Erregerwicklung und gegebenenfalls Kopplungswicklung bestehenden Wicklungs· inheiten (18, 19) auf den waagrechten oberen Schenkeln der Eisenkerne (14,15) angebracht sind.

3. Hochspannungstransformatoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungswicklungen eine gemeinsame Hochspannungsausleitung aufweisen, die in der Mittelachse des Isoliermantels (11) zu einem den Isoliermantel (11) abschließenden metallischen Deckel (13) geführt sind.

4. Hochspannungstransformatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rahmenförmigen Eisenkerne (14, 15) der beiden Transformatoren (16,17) parallel zueinander, jedoch zu den beiden Hauptmittelebenen (A-A, B-B) des Isoliermantels (11) derart versetzt und unter einem derartigen Winkel angeordnet sind, daß das eine mit den aus Hochspannungswicklung, Erregerwicklung und gegebenenfalls Kopplungswicklung bestehenden Wicklungseinheiten (18, 19) versehene senkrechte Schenkelpaar (22,23) der beiden Eisenkerne (14, 15) wenigstens annähernd in der einen Mittelebene (B-B) und das andere, nicht mit Wicklungen versehene senkrechte Schenkelpaar (24, 25) der beiden Eisenkerne (14, 15) wenigstens annähernd in der dazu senkrechten Mittelebene (A-A)des Isoliermantels (11) liegt.