DE2246398B2 - Oberspannungsstammlagenwicklung hoher spannung fuer transformatoren, drosselspulen u.dgl. - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Oberspannungsstammlagenwicklung hoher Spannung (über UOkV) für Transformatoren, Drosselspulen u. dgl. mit abgestuften Lagenlängen, mit jede Lage axial zum Joch abstützenden Stützzylindern aus Isolierstoff sowie mit flanschfrei über die Lagen überstehenden Isolierschichten und Kühlkanalleisten.

Lagenwicklungen für Transformatoren höherer Spannungen (110 kV und darüber) wurden bisher fast ausschließlich mit einer umgerissenen festen Isolierung an den Stirnseiten versehen. Da diese Umrisse aus aufgewickelten Papierbahnen durch Einreißen und Umschlagen nach außen zu Flanschen umgeformt werden müssen, sind stets Überlegungen angestellt worden, um diesen aufwendigen manuellen und daher auch mit unvorhersehbaren Sicherheitsrisiken behafteten Arbeitsgang entbehrlich zu machen. Eine Möglichkeit, das Umreißen der Isolierung zu umgehen, besteht darin, die Umrisse durch flanschartige Formteile aus Preßspan zu ersetzen, die sich mit den aufgewickelten Zylinderteilen der Papierisolation überlappen müssen. Schwierigkeiten bereiten bei diesem Verfahren Durchmessertoleranzen zwischen den vorgefertigten Formteilen und den dann aufgewickelten Zylinderteilen, darüber hinaus sind die Formteile sowohl in der Herstellung als auch in der Montage sehr aufwendig. Bei Hochspannungswicklungen bis zu 110 kV hat man daher schon Wicklungsaufbauten mit in Doppellagenschaltung gewickelten Hochspannungsstammlagen hergestellt, bei denen überhaupt keine Umrisse oder Fianschteile vorkommen und bei denen die feste Isolierung zwischen den Lagen nur aus Papier- oder Preßspanzylindern besteht. Diese Wicklungen waren voll isoliert, d. h. bei der Prüfung mit Wechselspannung ω haben alle Lagen der Hochspannungswicklung das gleiche Potential.

Bei diesem Wicklungsaufbau fand man eine Lösung des Randfeidprobiems darin, den Wegfaii der Flansche vor allem im Randgebiet der Hochspannungswicklung elektrisch kompensierende verstärkt isolierte Endwindungen anzubringen, weil durch eine Anwendung von Schirmringen die Herausführung der Ausleitung behindert würde. Weiterhin mußten die Überstände der Lagenisolierung über die Lagenränder hinaus und damit die Jochabstände relativ groß gewählt werden. Andererseits konnte der damit verbundene größere Materialaufwand gegenüber den Wicklungen mit umgerissenen Flanschen durch den verminderten Lohnaufwand aufgewogen werden (DT-AS 14 13 549).

Eine Anwendung dieser Maßnahmen bei Spannungen ab 110 kV ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da hierbei durch die viel größeren Stoßspannungsbeanspruchungen insbesondere gegen Erde so große Jochabstände erforderlich werden, daß der Materialaufwand nicht mehr durch den verminderten Lohnaufwand kompensiert werden kann. Bei den bisherigen umnßlosen Lagenwick!ungen bis Reihe 110 waren nun wegen der vollen Isolation alle Lagen gleich lang. Das brachte für die innerste Lage allerdings sehr hohe Kantenbeanspruchungen bei der Wechselspannungsprüfung. Bei höheren Spannungen wird nun auch diese Kantenbeanspruchung so hoch, daß nur neue Isolierungsmethoden und neue Anordnungen eine umrißlose Lagenwicklung für höhere Spannungen ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Wicklungsaufbau zu schaffen. Sie geht dabei von dem Prinzip aus, Wicklungen für höhere Reihenspannungen meist mit gestufter Isolation auszuführen, sobald die Hochspannungswicklung in Stern geschaltet ist. Bei diesen Wicklungen wurde bisher entweder eine Stammwicklung mit Außeneingang gewählt, bei der die Lagen außen Umrisse hatten, d. h. von innen nach außen axial verkürzt waren. Das hatte den Nachteil, daß bei Verwendung einer Regelwicklung diese wegen des geforderten Ganges der Kurzschlußspannung nach außen gelegt werden mußte und daher ein relativ großer Abstand zur Stammwicklung erforderlich war.

Eine andere Lösung mit Umrissen besteht darin, die Stammwicklung mit Inneneingang auszuführen, wobei der oben angeführte große Abstand zur Regelwicklung vermieden wurde. Wegen der Umrisse mit Außenflanschen mußten aber auch hier die Lagenlängen von innen nach außen verkürzt werden, was sich jedoch ungünstig auf die Jochabstände auswirkte, weil gerade die äußeren Lagen mit der niedrigeren Spannung gegen Erde größere Jochabstände erforderten als eigentlich notwendig war, so daß auch hier nur eine relativ schlechte Materialausnutzung möglich war.

Es ist zwar auch schon eine Wicklungsanordnung bekannt, bei welcher die einzelnen Lagen der Oberspannungswicklung gestufte Längen und keine Umrisse oder flanschartige Isolierung im Stirnbereich aufweisen. Die einzelnen Lagen sind hierbei durch die Längendifferenz ausgleichende Stützzylinder bzw. jalousieartige Leistenkörper axial abgestützt und die Zylinderisolierungen die Lagen überragend gerade endend ausgeführt (DT-AS 14 88 226). In Anlehnung an die bei umgerissenen Lagenwicklungen übliche Ausführung ist an die innen liegende Lage der Hochspar.n.ungseingang geführt. Die außen liegenden Lagen sind dabei verkürzt. Eine solche Anordnung ist zunächst nur für niedrigere Spannungen brauchbar und für höhere Reihen nicht ohne weiteres verwendbar.

Durch die Erfindung soll nun erreicht werden, die Jochabstände von innen nach außen entsprechend den natürlichen verringerten Spannungen gegen Erde zu verringern, d. h. die innerste Lage am kürzesten und die äußeren länger zu wählen.

Die Erfindung betrifft demnach eine Oberspannungsstammlagenwicklung hoher Spannung (über 110 kV) für

Transformatoren, Drosselspulen u. dgl. mit aDgestuften Lagenlängen, mit jede Lage axial zum Joch abstützenden Stützzylindern aus Isolierstoff sowie mit flanschfrei über die Lagen überstehenden Isolierschichten und Kühlkanalleisten, die gemäß Kennzeichen ausgeführt ist.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anzuwenden für eine in Stern geschaltete Hochspannungslagenwicklung mit gestufter Isolation, bei der die innerste Lage höchstes Potential hat und die nach außen folgenden Lagen länger sind als diese innerste Eingangslage.

Die Erfindung ist aber auch für Wicklungen anwendbar, bei denen die Eingangslage mit höchster Spannung gegen Erde außen liegt, so daß dann die nach innen benachbarten Lagen länger sind als die Eingangslage. Diese Anordnung kann beispielsweise für die Serienwicklung von Spartransformatoren oder für die Stammwicklung von Transformatoren angewendet werden, bei denen die Sternpunktisolation sehr niedrig gewählt wird, so daß die Sternpunktnächste Lage innen und der Streukanal klein gewählt werden kann. Solche Transformatoren entsprechen etwa den amerikanischen ASA-Vorschriften und sind auf dem amerikanischen Markt üblich.

Bei Anwendung der heutigen Erkenntnisse, Materialien und Fertigungsverfahren sind Wicklungsausführungen gemäß der Erfindung bis etwa 150 kV möglich. Ein weiterer Vorstoß in noch höhere Spannungen kann in Zukunft möglich werden.

Anhand der Zeichnungen F i g. 1 bis 4 wird die Erfindung erläutert.

Bei einer Ausführung gemäß der Erfindung besteht dabei die feste Isolierung 7, 8 sowohl im Streukanal zwischen Hochspannungsstammwicklung 4 und der ihr nach innen benachbarten Wicklung 2 als auch zwischen den einzelnen Lagen 5, 6 der Hochspannungswicklung bis auf den Tragzylinder 9 aus auf der Wickelbank aufgewickelten, über die Lagen bis zu den jochseitigen Stirnseiten der auf den Lagenenden angeordneten Abstützungen tO vorstehenden zylindrischen Papierschichten, wobei die auf die innerste Lage 5 der Hochspannungswicklung radial nach außen folgenden Lagen 6 der Starnmwicklung zunehmende axiale Längen aufweisen. An den Enden der innersten Lage 5 mit der kürzesten axialen Länge sind Windungen 11 mit gegenüber den Normalwindungen verstärkter Isolationsumbandelung 12 angeordnet, von denen diejenige 13 mit dem höchsten Potential als Zuleitung 14 weitergeführt und zwischen den Papierzylindern 7 im Streukanal und denjenigen 8 zwischen der. Lagen axial so vom Rand der Hochspannungswicklung weg zur Hochspannungsdurchführung herausgeführt ist. Durch die erfindungsgemäße Kombination der nach außen zunehmenden Lagenlängen zusammen mit einem Wicklungsaufbau mit Inneneingang und verstärkt isolierten Endwindungen der zu kleineren mittleren Jochabständen führt, wird gleichzeitig auch eine Verringerung der hohen Kantenbeanspruchung an der innersten Lage dadurch erreicht, daß die nach außen folgende Lage über die innerste Lage übersteht und dadurch bei der Wechselspannungsprüfung eine vorteilhafte Reduzierung der Kantenbeanspruchung an der innersten Lage herbeiführ!.

F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellunp des Oberteils einer Hochspannungsstammwicklung 4 gemaß der Erfindung. Mit 1 ist die äußerste Lage der Unterspannungswicklung 2 bezeichnet, mit 3 die radialen Kühlkanäle, in denen das zwischen den Lagen fließende öl in Pfeilrichtung abgeführt wird. Die Hochspannungsstammwicklung 4 besteht aus der kürzesten innersten Lage 5 und den nach außen folgend verlängerten Lagen 6. Die feste Isolation 7 im Streukanal zwischen der Lage 2 und der Hochspannungswicklung 4 besteht aus Papierzylindern, die dank der Erfindung aus reinen zylindrischen Schichten bestehen, die auf der Wickelbank aufgewickelt werden und deren Enden nicht umgerissen werden. Das gleiche gilt für die zylindrische Papierisolation 8 zwischen den Lagen. Lediglich der Tragzylinder 9, auf den die Hochspannungswicklung 4 gewickelt wird, besteht aus mechanischen Gründen nicht aus Papier sondern aus Blockspan. Alle Zylinder 7—9 stehen über die Ränder der Lagen von 2 und 4 über bis in die Höhe der Stirnseiten der Abstützzylinder 10, die auf die Lagenenden gesetzt sind und mit denen die Lagen gepreßt werden. Die kleine Zurückversetzung zwischen den Enden von 7—9 gegenüber den stirnseitigen Enden von 10 berücksichtigt die Tatsache, daß sich beim Pressen die Lagen verkürzen, so daß die Klötze 3, die den radialen ölkanal fixieren, beim Pressen die Enden der Zylinder 7—9 nicht beschädigen können. Entsprechend der Anwendung des Erfindungsgedankens 5 ist die auf 5 nachfolgende Lage 6 schon so stark vorgezogen, daß die gestrichelt eingezeichneten Äquipotentiallinien am Rand der äußersten Wicklung der Lage 5 stark aufgelockert werden, so daß der Wicklungsrand dann ausreichend niedrige Feldstärken erfährt, wenn unter Verzicht auf einen bisher notwendigen Schirmring die Isolation 12 der äußersten Windung verstärkt ausgeführt wird. In F i g. 1 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die äußerste Randwindung am stärksten isoliert und nicht stromdurchflossen ist, sondern eine Blindwindung darstellt. In F i g. 2, die eine Abwicklung der Seitenansicht zeigt, ist dies näher skizziert. Die nach innen folgende zweite Windung ist die erste stromdurchflossene Windung 13. Außerhalb der Wicklung sind beide Windungen miteinander verlötet, so daß die viel stärker isolierte, nichtstromdurchflossene äußere Windung überall den Rand bildet und das gleiche Potential wie die erste stromdurchflossene Windung 13 hat; da sie jedoch nicht vom Strom durchflossen ist und daher mit einem schwächeren Profil ausgebildet werden kann, wird Raum für die Isolationsumbandelung gewonnen. Aus der F i g. 2 ist ersichtlich, daß die so aufgebaute Lagenwicklung ohne Kröpfung, d. h. einfach mit Steigung gewickelt werden kann, wobei der Stützzylinder 10 aus einem offenen Blockspanstrcifen mit Keilform durch Zusammenbiegen zu einem Zylinder mit Schlitz hergestellt wird, in dem die letzte Windung der Lage 5 als erste stromdurchflossene Windung 13 als Ausleitung 14 geführt ist. Hierdurch ergibt sich ein einfacher Wicklungsaufbau.

Ein weiteres Erfindungsbeispiel zeigt die F i g. 3. Hier sind die Lagenverbindungen 4' für die Hochspannungswicklung 4 eingezeichnet. Man erkennt, daß diese in Doppellagenschaltung ausgeführt und mit Doppelkeilisolation 8 versehen ist. Auch hier sind aber gemäß der Erfindung die festen Isolierungen 8 aus einzelnen zylindrischen Papierschichten zusammengesetzt, die ohne Umrisse auf der Wickelbank aufgewickelt werden. Das gleiche gilt für die zylindrischen Papierschichten 7 im Streukanal. In F i g. 3 ist noch deutlicher zu erkennen, daß die Windungen 11 am Rand der innersten Lage 5 gegenüber den Normalwindungen eine verstärkte Isolationsumbandelung aufweisen. Hier werden jedoch keine freien Endwindungen verwendet, sie sind vielmehr

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Stromdurchflossen, so daß die äußerste Windung 13 mit Solche Wicklungen werden in der Weise für die dem höchsten Potential als Zuleitung 14 ausgebildet ist Stoßspannung ausgelegt, daß zwischen allen Lagen die und erfindungsgemäß zwischen den Papierzylindern 7 vorstehenden Lagenisolierungen 8 um eine so große im Streukanal und 8 zwischen den Lagen axial vom Länge vor den normalisolierten Enden der Lagen Rand der Hochspannungswicklung weg herausgeführt 5 vorstehen, daß die Überschlagspannung gleich der ist. Dabei ist der weitere Verlauf der Ausleitung 14, wo Durchschlagsspannung ist. Um bei kleinerer Lagenzahl die Verbindung mit der Hochspannungsdurchführung die erhöhte Wechselspannungsbeanspruchung zu beerfolgt, nicht gezeichnet. Der Vollständigkeit halber herrschen, müssen gegebenenfalls die Endwindungen sind hier aber die unteren Auflageteile 15, an der die verstärkt isoliert werden, so daB der elektrisch unteren Klötze 3 anliegen und auf denen die io notwendige Jochabstand die Endwindungen nicht Wicklungen aufsitzen als auch der obere Preßring 16, einzuschließen braucht. Im Beispiel der Fig 4 sind der auf die oberen Klötze 3 drückt und damit die anstelle von Stützzylindern 10, die aus offenen Wicklung preßt, eingezeichnet. Blockspankeilen gebildet sind, Klötze dargestellt die In Fig.3 sind nur drei Lagen der Stammwicklung auf Streifen geklebt sind. Dies vereinfacht in gewissen gezeichnet, weitere Lagen, insbesondere eine Regellage, 15 Fällen den Aufbau ohne das Erfindungsprinzip zu können nach außen folgen. Fig.4 zeigt einen solchen beeinträchtigen. Man erkennt außerdem, daß in Fig 4 Aufbau mit einer Groblage 18 und einer Feinlage 19. auch die Unterspannungswicklung 2 solche gestufte Neben der Hochspannungszuleitung 14 erkennt man die Lagenlängen aufweist, was ebenfalls zur Verringerung Zuleitung 17 zu den Enden der Stammwicklung und der der elektrischen und der Kräftebeanspruchune nützlich Regelwicklung bzw. den Anfängen der letzteren. Man 20 ist.

sieht hier auch, daß es möglich ist, die Feinlage wieder Durch den erfindungsgemäßen Aufbau wird die

etwas zu verkürzen, ohne daß die durch die Erfindung Herstellung einer Wicklung möglich bei der der mil

beabsichtigte Wirkung beeinträchtigt wird. Dieses unwägbaren Sicherheitsrisiken behaftete manuell«

Kürzen erfolgt mit Rücksicht auf das Randfeld bei der Arbeitsaufwand gegenüber der konventionellen Bauar

statischen Prüfung bzw. mit Rücksicht auf die Führung 25 mit Flanschen oder Umrissen ganz erheblich verringer

der Ausleitungen, um deren Abstände zwischen den ist und bei der trotzdem wegen der eingangs erwähntei

Wicklungsenden groß genug zu machen bzw. um die günstigen Stufung der Abstände gleicher oder ga

Überstände der Lagenisolation entsprechend der verringerter Materialaufwand bei gleicher oder erhöh

höheren Beanspruchungen im Regelteil zu verlängern. ter elektrischer Sicherheit möglich wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Oberspannungsstammlagenwicklu hoher Spannung (über 110 kV) für Transformatoren, Drosselspulen u. dgL mit abgestuften Lagenlängen, mit jede Lage axial zum Joch abstützenden Stützzylindern aus Isolierstoff sowie mit flanschfrei über die Lagen überstehenden Isolierschichten und Kühlkanalieisten, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungseingang an die kürzeste Lage (5) geführt ist und daß im Randbereich dieser Lage (5) innerhalb der Verkürzung verstärkt isolierte Endwindungen (11) angeordnet sind, von denen am Lageneingang die erste stromdurchflossene Windung (13) zur Ausleitung (14) abgebogen ist.

2. Oberspannungsstammlagenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten stromdurchflossenen Windung (13) eine an die Ausleitung (14) angelenkte Blindwindung mit geschwächtem Leiterquerschnitt, dafür verstärkter Isolierschicht (12) über den ganzen Umfang vorgelagert ist.