DE2328375A1

DE2328375A1 - Kondensatorbatterie zur spannungssteuerung an wicklungen von transformatoren und drosseln

Info

Publication number: DE2328375A1
Application number: DE19732328375
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Mueller
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-06-04
Filing date: 1973-06-04
Publication date: 1975-01-02
Also published as: SE398411B; DE2328375B2; DE2328375C3; GB1471739A; FR2232055B1; NL7407478A; FR2232055A1; CH564252A5; SE7407322L

Description

TRANSFORMA.TOEEN UNION AKTIENGESELLSCHAFT 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Deckerstr. 5

Erf.Nr. Ttl/FN 72/009

Kollrodt/ma. _t 24.5-1973

Kondensatorbatterie zur Spannungssteuerung an Wicklungen von Transformatoren und Drosseln.

Die Erfindung betrifft eine Kondensatorbatterie zur Spannungssteuerung an Wicklungen von Transformatoren und Drosseln wobei jedem zu steuernden Wicklungsabschnitt ein Einzelkondensator parallelgeschaltet ist.

In Hoehspannungswicklungen von Transformatoren und Drosseln werden zur kapazitiven Steuerung der Stoßspannungsverteilung ineinandergewickelte Spulen mit hoher längskapazität verwendet. Durch die deutsche Patentschrift 975 856 ist eine

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Anordnung von ineinandergewickelten Scheibenspulen bekannt geworden, bei der je zwei benachbarte Scheibenspulen zu einer Doppelspule zusammengefaßt sind. Im einfachsten Fall ist jede dieser beiden Scheibenspulen aus zwei räumlich parallelen, gleichzeitig ge-, wickelten elektrischen Leitern aufgebaut, wobei zu einem Spulenpaar zusammengefaßte Scheibenspulen entgegengesetzten Wickelsinn haben. Die Enden der untersten Windung beider Leiter von zusammengehörenden Scheibenspulen sind durch Kreuzverbindungen zusammengefaßt. Die Außenenden des jeweils innenliegenden Leiters sind durch eine achsparallele Brücke mitein-r ander verbunden. Die Zu- und Ableitung des Laststromes erfolgt über die Außenenden des jeweils außenliegenden Leiters jeder Scheibenspule.

Bei dieser Anordnung fließt der Laststrom zunächst in einer Scheibenspule von außen nach innen und über eine der Kreuzverbindungen und die z.veite Scheibenspule wieder von innen nach außen. Infolge der besonderen Anordnung wird der Laststrom nun über die achsparallele Brücke zunächst noch einmal zurück zur ersten Scheibenspule geführt und durchläuft diese in deren zweitem Leiter wieder von außen nach innen und wird auf dem Grund des Doppel spulenpaar es durch die z.veite Kreuzverbindung zu dem zweiten Leiter der zweiten Scheibenspule geführt urid durchläuft auch diese ein zweites BJaI von innen nach außen bevor er das folgende Doppelspulenpaar erreicht. Durch den entgegengesetzten Wickelsinn der zu einem Doppelspulenpaar zusammengefaßten Scheibenspulen fließt der Laststrom gleichsinnig durch alle Windungen des Doppelspulenpaares. Die Längs-

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kapazität ist bei dieser Anordnung der Wicklung proportional der Windungszahl eines Leiters in einer Scheibenspule. Doppelspulen dieser Art können jedoch nicht ohne Lötverbindungen an den Kreuzverbindungen und/oder den achsparallelen Brücken hergestellt werden.

Für Hochspannungswicklungen von Transformatoren mit sehr hohen Leistungen werden mit Rücksicht auf die Stromverdrängung und den Füllfaktor sogenannte verdrillte Leiter verwendet. Diese Leiter lassen sich jedoch praktisch nur ohne Lötverbindungen verarbeiten. In der deutschen Auslegeschrift 1 297 217 ist eine Methode angegeben ohne Lötverbindungen fortlaufend gewickelte Drilleiterspulen kapazitiv zu steuern. Dabei wird zwischen die Windungen der einzelnen Scheibenspulen ein Steuerleiter eingewickelt, der auf dem Grund jeder Scheibenspule blind endet. Je zwei der Scheibenspule sind zu einer Doppelspule zusammengefaßt, deren oberste Windung jeweils den Ein- bzw. Ausgang darstellt. Die unmittelbar unter dem Eingang bzw. dem Ausgang desselben Doppelspulenpaares liegenden Windungen des Steuerleiters sind miteinander verbunden. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß beim Auftreten einer Stoßspannung die transiente Differenzspannung zwischen den Enden galvanisch getrennter Steuerleiter aus zwei benachbarten Doppelspulensystemen das _t Doppelte der Differenzspannung zwischen den Hauptleitern, also das Doppelte der Doppelspulenspannung, beträgt. Entsprechend muß auch die Isolierung zwischen den Steuerleiterenden, verstärkt sein. Außerdem lassen

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sich infolge der größeren radialen Abmessungen der Drilleiter und der zusätzlich angeordneten stark ' isolierten Steuerleiter nur verhältnismäßig kleine Windungszahlen je Scheibenspule und damit auch nur sehr kleine Längskapazitäten bei dieser Anordnung erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur kapazitiven Spannungssteuerung in den Wicklungen von Transformatoren und Drosseln zu schaffen, die unter Verwendung einer Kondensatorbatterie auch beim Aufbau der Wicklung aus verdrillten Leitern die Erzielung einer größen Längskapazität ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kondenatorbatterie aus einseitig offen und mehrlagig gewickelten von der Wicklung magnetisch entkoppelten Scheibenspulen aufgebaut ist, die zu einer besonderen Baueinheit zusammengefaßt sind, in der alle derselben Wicklung zugeordnete Einzelkondensatoren elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dabei ist ein Anschluß jedes Einzelkondensators mit dem ihm zugeordneten Wicklungsabschnitt galvanisch verbunden und dabei ist der zweite Anschluß jedes Einzelkondensators mit dem zweiten Anschluß des folgenden bzw. des vorhergehenden Einzelkondensators verbunden.

Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kondensatorbatterie in einem von benachbarten, parallelgeschalteten Wicklungen eines mehr schenkeligen Transformators gebildeten Zwickel an-¹· geordnet ist und daß die in Achsrichtung der Konden-

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satorbatterie aufeinander folgenden Einzelkondensatoren abwechselnd einer der beiden benachbarten Wicklungen zugeordnet sind.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung bestehen darin, aaß beim Aufbau der zu steuernden Wicklungen aus Parallelzzeigen jedem Wicklungsabschnitt jedes Parallelzweiges ein Einzelkondensator zugeordnet ist und daß in Parallelzweigen das gleiche Potential führenden Wicklungsabschnitten zugeordnete Einzelkondensatoren in einer Scheibenspule ineinanderge- .-wickelt sind.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Spannungssteuerung einer Feinstufenwicklung ist die Anzahl der Einzelkondensatoren gleich der Anzahl der Anzahl der Peinstufen und sind zur Reihenschaltung der Einzelkondensatoren dienende Brücken mit ihnen entsprechenden Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Stufenwicklungen galvanisch verbunden.

Die Erfindung ist sehr vorteilhaft, denn die magnetische Entkopplung bewirkt, daß die galvanisch zusammenhängenden Windungen der Kondensatorspulen, wie Kondensatorbeläge, auch bei transienten Vorgängen nahezu konstantes Potential führen. Die zwischen benachbarten Leitern von Einzelkondermtoren auftretende Spannung ist gleich der Doppelspulenspannung, so daß sich eine sehr günstige Dimensionierung für die Isolierung ergibt. Darüber hinaus ist es ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen

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Anordnung, daß die Kondensatorwicklung im Rahmen der zur Steuerung von Transformatorwicklungen erforderlichen Größenanordnungen mit jeder gewünschten, auch abgestuften Längskapazität ausgeführt werden kann.

Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine Doppel spul enwi cklung mit Kondensatorbatterie und deren gemeinsame elektrische Verschaltung,

Figur 2 eine Kondensatorbatterie zur Spannungssteuerung in einer 6-stufigen Feinstufenwicklung, mit zwei parallelen Zweigen,

Figur 3 eine ausschnittsweise Ansicht in Richtung der Wicklungsachse auf zwei nebeneinander angeordnete, zu steuernde Wicklungen sowie eine Kondensatorbatterie und

Figur 4 einen Schnitt durch die Wicklungen und die Kondensatorbatterie der Figur 3 entlang der Linie I-I.

In der Anordnung gemäß Figur 1 bilden Scheibenspulen und 28 ebenso wie Scheibenspulen 29 und 30 je ein Doppelspulenpaar einer nur teilweise gezeichneten Wicklung. Jede der Scheibenspulen 27 bis 30 enthält beispielsweise vier Windungen aus je einem mit Rücksicht auf die Stromverdrängung und den Füllfaktor verdrillten Leiter,

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deren nicht besonders dargestellte Isolierungen unmittelbar aufeinander liegen. Die vier Scheibenspulen 27 bis 30 enthalten dementsprechend die 16 Windungen 11 bis 26.

Zur Erzielung der Doppelspulencharakteristik wird der Laststrom über einen Eingang 31 der Windung 11 zugeführt. Die innersten Windungen 14 und 15 der beiden Scheibenspulen 27 und 28 sind durch eine Brücke miteinander verbunden und gewährleisten somit den Übergang des Laststromes von der Scheibenspule 27 auf die Scheibenspule 28, in der der Laststrom nunmehr wieder nach außen zur Windung 1-8 fließt und von dort über eine Brücke 33 an das nächst Doppelspulenpaar weitergeleitet wird, deren Scheibenspulen 29 und 30 durch eine Brücke gekoppelt sind. Ein Ausgang -35 führt dann entweder zu einem nächsten Doppelspulenpaar oder stellt den Wicklungsausgang dar. Die einzelnen Windungen 11 bis 26 werden in der sich aus der Benennung ergebenden Ziffernfolge gleichsinnig vom Laststrom durchflossen.

Räumlich getrennt von den Wicklungen aus Doppelspulen vorzugsweise achsparallel hierzu^ist eine Kondensatorbatterie aus Einzelkondensatoren A,B,G und D angeordnet. Jeder dieser einzelnen Kondensatoren A,B,G und D besteht aus zwei aufeinanderliegenden Leitern 40 und 41, die zu einer Spirale aufgewickelt sind. Die Leiter 40 und '41 bilden Kondensatorplatten und enden blind auf der Innenseite der Spirale ohne elektrische Anschlüsse oder Verbindungen. Dagegen dienen die außen auf der Spirale liegenden Enden der Leiter 40 und 41

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als Anschlüsse des von ihnen gebildeten Einzelkondensators A,B,C oder D. Die Einzelkondensatoren sind .mit den Wicklungen magnetisch nicht gekoppelt, so daß in die Einzelkondensatoren keine Spannung induziert wird.

Der vom äußeren Ende des Leiters 40 dargestellte Eingang des Einzelkondensators A ist galvanisch mit dem Eingang 31 der Scheibenspule 27 verbunden. Der von dem Leiter 41 dargestellte zweite Anschluß des Einzelkondensators A ist über eine Brücke 42 mit dem Anfang des Leiters 40 im Einzelkondensator B gekoppelt, dessen zweiter Anschluß über eine Brücke 43 wieder mit dem Eingang des folgenden, also dem Einzelkondensator C verbunden ist. In entsprechender Weise sind alle Einzelkondensatoren der gesamten Kondensatorbatterie durch Brücken 42, 43 bzw. 44 elektrisch in Reihe geschaltet.

Über Querverbindungen zwischem dem Eingang 31, dem Ausgang 35 und der Brücke 34 sowie dem Ein- und Ausgang der Kondensatorbatterie und der die Einzelkondensatoren B und C verbindenden Brücke 43 wird die Stoßspannungsverteilung in der Wicklung gesteuert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist durch die symmetrische Anordnung der Wicklung und der Kondensatorbatterie sowie der Verbindungen zwischen diesen beiden Baugruppen die Stoßspannung gleichmäßig auf die Scheibenspule 27 bis 30 verteilt.

Durch unsymmetrische Verbindung der Wicklung mit der Kondensatorbatterie und/oder durch unterschiedliche

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Windungszahlen der Leiter 40 und 41 in den Einzelkondensatoren A,B,C und D läßt sich auch jede andere erforderliche, auch abgestufte, Längskapazität für die Wicklung einstellen.

In Figur 2 ist eine Kondensatorbatterie zur kapazitiven Spannungssteuerung einer 6-stufigen Feinstufenwicklung vorgesehen, die aus zwei parallelen Zweigen aufgebaut ist. Die nicht näher dargestellte Feinstufenwicklung besteht demzufolge-aus 12 in einem Wickelzylinder ineinander gewickelten, räumlich parallelen Leitern und hat die Anzapfungen 1 bis 7 sowie 1' bis 7*- Entsprechend den sechs Stufen in der Feinstufenwicklung sind sechs Einzelkondensatoren 8 vorgesehen. Jeder dieser Einzelkondensatoren 8 besteht aus vier aufeinanderliegend zu einer Spirale gewickelten Leitern 50 bis 53, deren auf der Innenseite der Spirale liegende Enden, ohne elektrische Verbindung mit einem anderen Teil bleiben. Auf diese Weise enthält jeder Einzelkondensator 8 zwei ineinandergewickelte Kondensatoren, von denen jeweils die ganz außen liegenden und die weiter innen liegenden durch jeweils fünf nicht näher bezeichnete Brücken in Reihe geschaltet werden. Die Eingänge 1 und 1' der beiden Reihenschaltungen werden mit den entsprechenden Eingängen T und 1· der Feinstufenwicklung und die Brücken zwischen den Einzelkondensatoren über Verbindungsleitungen bis 6 sowie 2* bis 6* mit den entsprechenden Anzapfungen der Feinstufenwieklung ebenso verbunden wie die Ausgänge und 7' der Kondensatorbatterie und der Fe instuf en wicklung. Auch hierbei ist eine Abweichung von der gleichmäßigen Stoßspannungsaufteilung auf die Feinstufenwicklung durch

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Variation der Windungszahl der Leiter 50 bis 53 in den Einzelkondensatoren 8 möglich.

Bei der Anordnung gemäß Figur 3 ist eine Kondensatorbatterie 54 im Zwickel zwischen zwei parallelgeschalteten, nur teilweise dargestellten Wicklungen 55 und vorgesehen. Ein Schnitt durch diese Anordnung entlang der Linie I-I ist in Figur 4 in etwas vergrößertem Maßstab wiedergegeben. Die Wicklungen 55 und 56 sind aus zu Doppelspulen zusammengesetzten Scheibenspulen 57 bis 64 zusammengesetzt. Die Einzelkondensatoren 65 bis sind aus je einem aus vier Einzelleitern 69 bis 72 bestehenden Leiterbündel aufgebaut, wobei die Leiterbündel wieder zu einer Spirale gewickelt sind, deren innere Enden offenbleiben.

Bei der Anordnung gemäß Figur 4 mit zwei elektrisch parallel geschalteten Wicklungen führen einander entsprechende Scheibenspulen das gleiche Potential. Die den Scheibenspulen mit gleichem Potential zugeordneten Kondensatorteile sind jeweils zu einem gemeinsamen Einzelkondensator zusammengefaßt. Dabei können die Kondensatorteile, wie in Figur 4 dargestellt; in Achsrichtung nebeneinander oder wie in Figur 2 dargestellt, durch Ineinanderwickeln räumlich miteinander verbunden sein.

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Claims

TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Deckerstr. 5

Erf.Nr. TU/FN 72/009

Kollrodt/ma. 24. 5. 1973

Patentansprüche

( 1.] Kondensatorbatterie zur Spannungssteuerung an Wicklungen von Transformatoren und Drosseln wobei jedem zu steuernden Wicklungsabschnitt ein Einzelkondensator parallelgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorbatterie aus einseitig offen und mehrlagig gewickelten von der Wicklung magnetisch entkoppelten Scheibenspulen aufgebaut ist, die zu einer besonderen Baueinheit zusammengefaßt sind, in der alle demselben Wicklungszweig zugeordneten Einzelkondensatoren elektrisch in Reihe geschaltet sind..

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2. Kondensatorbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß jedes Einzelkondensators mit dem ihm zugeordneten. Wicklungsabschnitt galvanisch verbunden ist und daß der zweite Anschluß jedes Einzelkondensators mit dem zweiten Anschluß des folgenden bzw. des vorhergehenden Einzelkondensators verbunden ist.
3. Kondensatorbatterie nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorbatterie in einem von benachbarten parallelgeschalteten Wicklungen eines mehrschenkeligen Transformators gebildeten Zwickel angeordnet ist und daß die in Achsrichtung der Kondensatorbatterie aufeinander folgenden Einzelkondensatoren abwechselnd einer der beiden be-

. nachbarten Wicklungen zugeordnet sind.
4· Kondensatorbatterie nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufbau der zu steuernden Wicklungen aus Parallelzweigen jedem Wicklungsabschnitt jedes Parallelzweiges ein Einzelkondensator zugeordnet.ist.
5. Kondensatorbatterie nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Parallelzweigen das gleiche Potential führenden Wicklungsabschnitten zugeordnete Einzelkondensatoren in einer Scheibenspule ineinander gewickelt sind.

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6. Kondensatorbatterie nach Anspruch 1 Ms 5» dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungssteuerung einer Feinstuf enwieklung die Anzahl der Einzelkondensatoren gleich der Anzahl der Peinstufen ist und daß zur Reihenschaltung der Einzelkondensatoren dienende Brücken mit ihnen entsprechenden Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Stufenwicklungen galvanisch verbunden sind.

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