DE2328375B2

DE2328375B2 - Kondensatorbatterie zur Spannungssteuerung an Wicklungen von Transformatoren und Drosseln

Info

Publication number: DE2328375B2
Application number: DE19732328375
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 8540 Schwabach Mueller
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-06-04
Filing date: 1973-06-04
Publication date: 1978-05-03
Also published as: DE2328375C3; SE398411B; GB1471739A; FR2232055B1; NL7407478A; SE7407322L; DE2328375A1; FR2232055A1; CH564252A5

Description

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

In Hochspannungswicklungen von Transformatoren und Drosseln werden zur kapazitiven Steuerung der Stoßspannungsverteilung ineinandergewickelte Spulen mit hoher Längskapazität verwendet. Durch die deutsche Patentschrift 9 75 856 ist eine Anordnung von ineinandergewickelten Scheibenspulen bekanntgeworden, bei der je zwei benachbarte Scheibenspulen zu einer Doppelspule zusammengefaßt sind. Im einfachsten Fall ist jede dieser beiden Scheibenspulen aus zwei räumlich parallelen, gleichzeitig gewickelten elektrisehen 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

ίο Die Außenenden des jeweils innenliegenden Leiters sind durch eine achsparallele Brücke miteinander 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 zweite 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 Doppelspulenpaares durch die zweite Kreuzverbindung zu dem zweiten Leiter der zweiten Scheibenspule geführt und durchläuft auch diese ein zweites Mal von innen nach außen bevor er das folgende Doppelspulenpaar erreicht. Durch den entgegengesetzten Wickelsinn der zu einem Doppelspulenpaar zusammengefaßten Scheibenspulen fließt der Laststrom gleichzeitig durch alle Windungen des Doppelspulenpaares. Die Längskapazität 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 Stromverrirängung und den Füllfaktor sogenannte

-to verdrillte Leiter verwendet. Diese Leiter lassen sich jedoch praktisch nur ohne Lötverbindungen verarbeiten. In der deutschen Auslegeschrift 12 97 217 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 Scheibenspulen sind zu einer Doppelspule zusammengefaßt, deren oberste Windung jeweils den Ein- bzw. Ausgang

so 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 Differenz spannung zwischen den Enden galvanisch getrennter Steuerleiter aus zwei benachbarten Doppelspulensystemen das Doppelte der Differenzspannung zwischen den Hauptleitcrn, also das Doppelte der Doppelspulenspannung, beträgt. Entsprechend muß auch die Isolierung

to zwischen den Steuerleitern verstärkt sein. Außerdem lassen 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

t'^r) sehr kleine Längskapazitäten bei dieser Anordnung erreichen.

Durch die US-Patentschrift 2848 700 ist es auch schon bekannt, besondere Kondensatoren zur kapaziti-

ven Wicklungssteuerung einzusetzen. Dabei sind diese Kondensatoren als Plattenkondensatoren ausgeführt und räumlich neben der zu steuernden Wicklung angeordnet. Nachteilig ist bei dieser Lösung, daß eine Anpassung der elektrisch wirksamen Größen dieser Kondensatoren an die Transformatorwick^ungen nicht mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand möglich ist und eine Feinanpassung praktisch ausgeschlossen ist.

In der deutschen Auslegeschrift 12 92 744 ist eine Scheibenspulenanordnung beschrieben, in dar Haupt- und Steuerleiter in jeweils voneinander getrennten Scheibenspule gewickelt sind und dadurch die Wickelarbeit verhältnismäßig einfach gestalten. Bei dieser Anordnung besteht aber die gleiche enge magnetische Kopplung der Steuerleiterspulen mit den Spulen für den Laststrom wie bei von vornherein ineinandergewickelten Spulen. Durch diese enge magnetische Kopplung werden in die Steuerleiter Wechsel- und Stoßspannungen induziert, die in den Steuerleiterenden zu sehr unerwünschten Spannungsschwingungen führen und die dadurch aufwendige zusätzliche Schaltelemente erfordern.

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 großen Längskapazität ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kondensatorbatterie aus die jeweiligen Einzelkondensatoren bildenden, mit einseitig blind endenden Leitern, 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 jeweils ein Anschluß jedes Einzelkondensators mit dem ihm zugeordneten Wicklungsabschnitt galvanisch verbunden und dabei ist der andere Anschluß jedes Einzelkondensators mit einem 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 mehrschenkeligen Transformators gebildeten Zwickel angeordnet ist und daß die in Achsrichtung der Kondensatorbatterie aufeinanderfolgenden Einzelkondensatoren abwechselnd einer der beiden benachbarten Wicklungen zugeordnet sind.

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

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Spannungssteuerung einer Feinstufenwicklung ist die Anzahl der Einzelkondensatoren gleich der Anzahl der Anzahl der Feinstufen 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 magneti

sche Entkopplung bewirkt, daß die galvanisch zusammenhängenden Windungen der Kovidensatorspulen, wie Kondensatorbeläge, auch bei transienten Vorgängen nahezu konstantes Potential führen. Die zwischen benachbarten Leitern von Einzelkondensatoren 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 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 Ausführungsbei spiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Doppelspulenwicklung mit Kondensatorbatterie und deren gemeinsame elektrische Verschaltung, Fig.2 eine Kondensatorbatterie zur Spannungs steuerung in einer östufigen Feinstufenwicklung, mit zwei parallelen Zweigen,

F i g. 3 eine ausschnittsweise Ansicht in Richtung der Wicklungsachse auf zwei nebeneinander angeordnete, zu steuernde Wicklungen sowie eine Kondensatorbatte rie und

Fig.4 einen Schnitt durch die Wicklungen und die Kondensatorbatterie der F i g. 3 entlang der Linie 1-1.

In der Anordnung gemäß F i g. 1 bilden Scheibenspulen 27 und 28 ebenso wie Scheibenspulen 29 und 30 je ein Doppels pulenpaar 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, 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 32 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 18 fließt und von dort über eine Brücke 33 an das nächste Doppelspulenpaar weitergleitet wird, deren Scheibenspulen 29 und 30 durch eine Brücke 34 gekoppelt sind. Ein Ausgang 35 führt dann entweder zu einem nächsten Doppelspulen paar 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 Doppel-

spulen, vorzugsweise achsparallel hierzu, ist eine Kondensatorbatterie aus Einzelkondensatoren A, B, C und D angeordnet. Jeder dieser einzelnen Kondensatoren A, B, Cund 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 Hegenden Enden der Leiter 40 und 41 als Anschlüsse des von ihnen gebildeten

bi Einzelkondensators A, B, Coder 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 zwischen 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 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 F i g. 2 ist eine Kondensatorbatterie zur kapazitiven Spannungssteuerung einer östufigen Feinstufenwicklung vorgesehen, die aus zwei parallelen Zweigen aufgebaut ist. Die nicht näher dargestellte Feinstufenwicklung besteht demzufolge aus 12 in einem Wickelzylinder ineinandergewickelten, räumlich parallelen Leitern und hat die Anzapfungen 1 bis 7 sowie Γ bis T. 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 Γ der beiden Reihenschaltungen werden mit den entsprechenden Eingängen 1 und 1' der Feinstufenwicklung und die Brücken zwischen den

ι ο Einzelkondensatoren über Verbindungsleitungen 2 bis 6 sowie 2' bis 6' mit den entsprechenden Anzapfungen der Feinstufenwicklung ebenso verbunden wie die Ausgänge 7 und T der Kondensatorbatterie und der Feinstufenwicklung. Auch hierbei ist eine Abweichung von der gleichmäßigen Stoßspannungsaufteilung auf die Feinstufenwicklung durch Variation der Windungszahl der Leiter 50 bis 53 in den Einzelkondensatoren ϊ möglich.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 3 ist eine Kondensa· torbatterie 54 im Zwickel zwischen zwei parallelge schalteten, nur teilweise dargestellten Wicklungen 55 und 56 vorgesehen. Ein Schnitt durch diese Anordnung entlang der Linie I-I ist in F i g. 4 in etwas vergrößerten-Maßstab wiedergegeben. Die Wicklungen 55 und 56 sind aus zu Doppelspulen zusammengesetzten Scheibenspulen 57 bis 64 zusammengesetzt. Die Einzelkon densatoren 65 bis 68 sind aus je einem aus viei Einzelleitern 69 bis 72 bestehenden Leiterbünde aufgebaut, wobei die Leiterbündel wieder zu einei Spirale gewickelt sind, deren innere Enden offer bleiben. Bei der Anordnung gemäß F i g. 4 mit zwe elektrisch parallelgescha'iteten Wicklungen führen ein ander entsprechende Scheibenspulen das gleiche Potential. Die den Scheibenspulen mit gleichen Potential zugeordneten Kondensatorteile sind jeweili zu einem gemeinsamen Einzelkondensator zusammen gefaßt. Dabei können die Kondensatorteile, w^!e ii F i g. 4 dargestellt, in Achsrichtung nebeneinander odei wie in Fig.2 dargestellt, durch Ineinanderwickelr räumlich miteinander verbunden sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kondensatorbatterie zur Spannungssteuerung an Wicklungen von Transformatoren und Drosseln, wobei jedem zu steuernden Wicklungsabschnitt ein Einzelkondensator parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorbatterie (34) aus die jeweiligen Einzelkondensatoren (8, 65 bis 68, A bis D) bildenden, mit einseitig blind endenden Leitern (40, 41; 50, 51; 69 bis 71) mehrlagig gewickelten, vor der Transformatorwicklung magnetisch entkoppelten Scheibenspulen (A bis D-, 8; 65 bis 68) aufgebaut ist, die zu einer besonderen Baueinheit zusammengefaßt sind, in der alle demselben Wicklungszweig zugeordneten Einzelkondensatoren elektrisch in Reihe geschaltet sind.

2. Kondensatorbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Anschluß (40,70,72) jedes Einzeikondensators (A bis D-, 65 bis 68) mit dem ihm zugeordneten Wicklungsabschnitt galvanisch verbunden ist und daß der andere Anschluß jedes Einzelkondensators mit einem Anschluß des folgenden bzw. des vorhergehenden Einzelkondensators verbunden ist (F i g. 1 und 4).

3. Kondensatorbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorbatterie (54) in einem von benachbarten, parallelgeschalteten Wicklungen (55, 56) eines mehrschenkeligen Transformators gebildeten Zwickel angeordnet ist und daß die in Achsrichtung der Kondensatorbatterie aufeinanderfolgenden Einzelkondensatoren (65 bis 68) abwechselnd einer der beiden benachbarten Wicklungen zugeordnet sind (F i g. 3 und 4).

4. Kondensatorbatterie nach einem der Ansprüche 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 einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Parallelzweigen das gleiche Potential führenden Wicklungsabschnitten zugeordnete Einzelkondensatoren in einer Scheibenspule ineinander gewickelt sind.

6. Kondensatorbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungssteuerung einer Feinstufenwicklung die Anzahl der Einzelkondensatoren (8) gleich der Anzahl der Feinstufen ist und daß zur Reihenschaltung der Einzelkondensatoren (8) dienende Brücken mit ihnen entsprechenden Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Stufenwicklungen galvanisch verbunden sind (F i g. 2).