DE2355488C3

DE2355488C3 - High-voltage winding for single-phase transformers in star connection

Info

Publication number: DE2355488C3
Application number: DE19732355488
Authority: DE
Inventors: Gottfried 7051 Hegnach Broszat
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Transformatoren Union AG
Priority date: 1973-11-07
Filing date: 1973-11-07
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE2355488A1; DE2355488B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungswicklung für Einphasentransformatoren in Sternschaltung mit auf zwei Schenkeln verteilt angeordneten und fio als Lagenwicklung ausgebildeten und in Reihe geschalteten Teilwicklungen, wobei das Potential der ersten am Hochspannungsanschluß liegenden Teilwicklung mit zunehmendem Abstand der einzelnen Wicklungslagen von dem Kernschenkel abnimmt. f>5The invention relates to a high voltage winding for single-phase transformers in star connection with distributed over two legs and fio formed as a layer winding and connected in series partial windings, the potential of the first on High-voltage connection lying partial winding with increasing distance between the individual winding layers decreases from the core leg. f> 5

Bei vielen als Lagenwicklungen ausgebildeten Wicklungen für Transformatoren ist es bekannt, zwischen den einzelnen Wicklungslagen und zwischen der Unter- und Oberspannungswicklung ausschließlich einfache achsparallele Isolierschichten anzuordnen, welche zugleich auch die Isolation gegenüber dem Eisenkern bewirken, und auf winkelförmige Isolierteile oder Papierumrisse zu verzichten. Solche »unirißlosen Lagenwickiungen« mit einfachen Isolierbarrieren erfordern einerseits einen verhältnismäßig geringen Fertigungsaufwand, andererseits sind die Abstand·: der Wicklungsstirnseilen zum loch verhältnismäßig groß zu bemessen. Da diese Jochabstände mit zunehmender Spannung größer gewählt werden müssen, ergibt sich aus wirtschaftlichen Gründen ein einer ganz bestimmten Spannung zugeordneter Grenzwert, bei dessen Überschreitung die »umrißlose Lagenwicklung« nicht mehr sinnvoll ist. Aus diesem Grunde hat man bei für höhere und hohe Spannungen ausgelegten Lagenwicklungen die Isolation zwischen den Lagen und der Unter- und Oberspannungswicklung und den Lagenenden umgerissen, um sie möglichst in den Äquipotcntialhüllcnverlauf zu legen, wodurch die Isolationsabständc zwischen den einzelnen Lagen und gegen die loche zu auf ein Geringstmaß reduziert werden können.With many formed as layer windings windings for transformers, it is known between the individual winding layers and between the low-voltage and high-voltage winding only simple ones to arrange axially parallel insulating layers, which at the same time also provide insulation from the iron core cause, and to do without angular insulating parts or paper outlines. Such "unresectable Layer windings «with simple insulating barriers on the one hand a relatively low manufacturing effort, on the other hand the distance ·: the Winding end ropes to be dimensioned relatively large to the hole. Since this yoke spacing increases with Voltage must be chosen larger, there is a very specific one for economic reasons Voltage assigned limit value which, when exceeded, no longer results in the "contourless layer winding" makes sense. For this reason, layer windings designed for higher and high voltages are used the insulation between the layers and the low and high voltage winding and the layer ends torn down, in order to place them as possible in the equipotential envelope, whereby the insulation spacing between the individual layers and against the hole can be reduced to a minimum.

Das Umreißen der Papierisolation macht eine umfangreiche Handarbeit erforderlich, so daß man aus Kostengründen auf das Umreißen der Isolation schon verzichtet und ersatzweise Winkelringe verwendet hat. Die Ersparnis im Falle der Verwendung von Winkelringen an Stelle einer umgerissenen Isolation ist jedoch verhältnismäßig gering, da die Winkelringe in einem komplizierten Fertigungsverfahren vorgefertigt werden müssen, und zwar meist außerhalb der eigentlichen Montagcslätte; man bekommt dann allerdings bei der Montage häufig erhebliche Tolcranzschwierigkeiten, da sich nicht vernachlässigbare Differenzen zwischen den berechneten und tatsächlich erreichten Durchmessern einstellen.Outlining the paper insulation requires extensive manual labor, so that one can get out For reasons of cost, he has already dispensed with the outline of the insulation and has used angle rings as an alternative. However, the savings in the case of using angle rings instead of torn insulation is relatively low, since the angle rings are prefabricated in a complicated manufacturing process usually outside of the actual assembly area; you then get at the Assembly often significant Tolcranz difficulties, since there are not negligible differences between the set the calculated and actually achieved diameters.

Bei Einphasentransformatoren für höchste Leistungen ist es bekannt und üblich, die Wicklungen auf die im allgemeinen vorhandenen zwei Schenkel zu verteilen und diese Teilwicklungen in bestimmter Weise parallel oder in Reihe zu schalten. Bei Parallelschaltung der Teilwicklungen muß selbstverständlich die Isolation jeder einzelnen für die vollen Prüfspannungen bemessen sein. Bei Reihenschaltung der Teilwicklungen hingegen stellen sich im stationären Zustand und bei kurzzeitigen Stoßüberspannungen unterschiedliche Verteilungen der Spannungen auf die Teilwicklungen ein, so daß auf jede Teilwicklung ein höherer Isolieranteil entfällt, als er nur dem Windungszahlverhältnis entsprechen würde.In single-phase transformers for the highest power, it is known and customary to place the windings on the im general existing two legs to distribute and these partial windings in parallel in a certain way or to be connected in series. If the partial windings are connected in parallel, the insulation must of course each one must be dimensioned for the full test voltages. When the partial windings are connected in series, however There are different distributions of the in the steady state and in the case of brief surge voltages Tensions on the partial windings, so that each partial winding has a higher insulating component than it is would correspond to the number of turns ratio.

Um eine Senkung des Isolationsaufwandes in der Eingangsteilwicklung, d. h. der am Hochspannungsansch'iuß angeschlossenen Teilwicklung gerade im Hinblick auf die Stoßspannungsbeanspruchung zu erreichen, ist es bekannt, das Verhältnis der Gesamtkapazitäten zwischen den Anschlußklemmen der beiden Teilwicklungen etwa gleich eins dadurch zu machen, daß das Potential der ersten am Hochspannungsanschluß liegenden Teilwicklung mit zunehmendem Abstand der einzelnen Wicklungslagen von dem Kernschenkel abnimmt, während das Potential der Lagen der anderen Teilwicklung von außen nach innen abnimmt (CH-PS 4 93 079). Diese Vergleichmäßigung der Stoßspannungsverteilung ist jedoch keineswegs opt.mal, da außer acht gelassen wurde, daß die erste am Hochspannungsanschluß liegende Teilwicklung gegen Kern, loch und Unterspannungswickiung ohnehin für etwa die doppelte Spannung der zweiten Teilwicklung bei zwei Teilwicklungen, nämlich die volle Netzleiterspannung ausgelegtIn order to reduce the amount of insulation required in the input partial winding, i. H. the one at the high voltage connection connected partial winding, especially with regard to the surge voltage stress, it is known the ratio of the total capacitance between the terminals of the two Make partial windings approximately equal to one by having the potential of the first at the high voltage connection lying partial winding with increasing distance of the individual winding layers from the core leg decreases, while the potential of the layers of the other partial winding decreases from the outside to the inside (CH-PS 4 93 079). However, this equalization of the surge voltage distribution is by no means ideal, as it is was careful that the first part of the winding lying on the high voltage connection against the core, hole and Undervoltage winding anyway for about twice the voltage of the second partial winding with two partial windings, namely designed for the full line voltage

sein muH, so daO ohne großen Mehraufwand dieser ersten Teilwicklung /u Gunsten der /weiten auch eine höhere jrmere elektrische Festigkeit gegeben werden kann.must be, so that this first partial winding / u in favor of the / widen one without much additional effort higher electrical strength can be given.

Aufgabe der Erfindung ist es, auch die Stoßspannungsverteilung weitgehend der elektrischen Wechselspannungsbeanspruchung anzugleichen, so daß mit kleineren Gesamtabmessungen eine größere Zuverlässigkeit erreicht wird, insbesondere auch eine Anwendungsmöglichkeit der kostensparenden umrißlosen Lagen- und Wicklungsisolation auch für Hochspannungswicklungen für Transformatoren gefunden wird, ohne daß die Jochabstände so stark vergrößert werden müssen, wie dies für Werte jenseits des vorgenannten Grenzwertes erforderlich wäre.The object of the invention is also the surge voltage distribution largely to match the electrical alternating voltage stress, so that with smaller overall dimensions a greater reliability is achieved, in particular also a possible application the cost-saving, contourless layer and winding insulation, also for high-voltage windings for transformers is found without the yoke spacing being increased so much must, as would be required for values beyond the aforementioned limit value.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Maßnahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs gelöst.This object is achieved according to the invention by measures according to the characterizing part of the patent claim solved.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung und Isolationsausbildung besteht insbesondere darin, daß im Gegensatz zur Parallelschaltung zweier Lagenwickiungen auf zwei Schenkeln oder im Gegensatz zur Anordnung bei Drehstromtransformatoren, bei denen auf jedem Schenkel nur eine Oberspannungswicklung angeordnet ist, die mit der ersten Oberspannungsteilwicklung in Reihe geschaltete zweite Oberspannungsteilwicklung auf dem zweiten Schenkel nur für die halbe Spannungsreihe zu isolieren ist, desgleichen die angeschlossenen Stufenwicklungen und der Stufenschalter. So können beispielsweise bei Verwendung der erfindungsgemäßen Lagenwicklung für einen 220-kV-Transformator sowohl der zweite Stammwicklungsteil als auch die Stufenwicklungen und der angeschlossene Stufenschalter nur für die Reihe 110 kV isoliert werden. Damit wird es möglich, daß für einen 220-kV-Transformator ein 110-kV-Stufenschalter einsetzbar ist.The advantage of the circuit and insulation training according to the invention is in particular that in In contrast to the parallel connection of two layer windings on two legs or, in contrast to the arrangement in three-phase transformers, where only one high-voltage winding is arranged on each leg, which is connected to the first high-voltage partial winding Second high-voltage partial winding connected in series on the second leg only for half The voltage series must be isolated, as well as the connected tap windings and the tap changer. For example, when using the layer winding according to the invention for a 220 kV transformer both the second main winding part and the step windings and the connected one Step switches can only be isolated for the 110 kV series. This makes it possible for a 220 kV transformer a 110 kV tap changer can be used.

Der Wicklungs- und Isolationsaufbau nach der Erfindung wird im nachstehenden an Hand der schematischen Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigtThe winding and insulation structure according to the invention is described below with reference to the schematic drawing explained in more detail. It shows

F⁷ig. I die Prinzipdarstellung der Wicklungs- und 4c Isolationsanordnung bei einem Einphasentransformator in Sternschaltung,F ⁷ ig. I the schematic diagram of the winding and 4c insulation arrangement for a single-phase transformer in star connection,

Fig.2 die stirnseitige Isolation der ersten oberspannungsseitigen Teilwicklung,2 shows the insulation at the end of the first high-voltage side Partial winding,

F i g. 3 die stirnseitige Isolation der zweiten oberspannungsseitigen Teilwicklung.F i g. 3 the frontal insulation of the second high-voltage side Partial winding.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist,sind die beiden in Reihe geschalteten Hochspannungswicklungen 1 und 2 in Doppellagenschaltung ausgeführt und mit einer keilförmigen Lagenisolation 3 versehen, wobei die Lagenisolation der Teilwicklung 1 an den Rändern der einzelnen Wicklungslagen winkelförmig umgeschlagen ist, so daß Umrisse 4 entstehen. An Stelle einer umgerissenen Isolation können gegebenenfalls auch Winkelringe verwendet werden. Dagegen ist die Lagenisolation 5 für die Teilwicklung 2 nicht umgerissen oder umgebogen, d. h. alle Papierschichten der Isolation haben zylindrischen Verlauf. Selbstverständlich können auch die einzelnen Lagen der Teilwicklung 2 zylindrisch ausgebildet sein und die Isolationen zwischen den einzelnen Lagen ebenfalls aus Zylindern bestehen. Die Schaltung der Hochspannungswicklung kann ohne weiteres auch für eine Einzel-Lagenschaltung angewandt werden, bei welcher die festen Lagenisolationen ohnehin zwischen den Teilwicklungen 1 und 2 aus Zylindern gebildet sind.As can be seen from Fig. 1, the two are in series connected high-voltage windings 1 and 2 in double-layer circuit and with a wedge-shaped Layer insulation 3 provided, the layer insulation of the partial winding 1 at the edges of the individual Winding layers is turned over at an angle, so that outlines 4 arise. Instead of an outlined one Insulation, angle rings can also be used if necessary. In contrast, the layer insulation is 5 for the partial winding 2 is not torn or bent over, d. H. all paper layers of the insulation are cylindrical Course. Of course, the individual layers of the partial winding 2 can also be cylindrical and the insulation between the individual layers also consists of cylinders. The circuit the high-voltage winding can also easily be used for a single-layer circuit which the solid layer insulation between the partial windings 1 and 2 are formed from cylinders anyway.

Beim AusführungsbeisDiel gemäß F i g. I ist die innerste, dem Kernschenkel 6 am nächsten liegende Wicklungslage mit der höchsten Spannung an der Stelle 7 neben der Unterspannungswieklung 8 angeordnet. Die der in Re'be geschalteten Teilwicklung 2 benachbarte Unterspannungswieklung ist mit 9 bezeichnet. Die Streukanalbreite 10 an der Teilwicklung 1 ist für die volle Reihenspannung, die Streikanalbreite 11 an der Teilwicklung 2 dagegen nur für die halbe Reihenspannung zu bemessen. Es ist zwar möglich, die Unterspannungswicklungen 8 und 9 ebenfalls in Reihe zu schalten, zweckmäßiger ist jedoch deren Parallelschaltung.In the execution example according to FIG. I is the one innermost winding layer closest to core leg 6 with the highest voltage at the point 7 arranged next to the undervoltage balance 8. The partial winding 2 which is adjacent to the connected in Re'be Undervoltage compensation is denoted by 9. The stray channel width 10 on the partial winding 1 is for the full series voltage, the stray channel width 11 at the partial winding 2, however, only for half the series voltage to measure. It is possible to also connect the low-voltage windings 8 and 9 in series, however, their parallel connection is more appropriate.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wicklungsausbildung besteht darin, daß die Windungszahlen der Teilwicklungen 1 und 2 unterschiedlich gewählt werden können. Dabei ist es in den meisten Fällen vorteilhaft, die Windungszahlen so zu wählen, daß der Außendurchmesser der auf dem Schenkel 6 befindlichen gesamten Wicklung etwa gleich ist dem Außendurchmesser der kompletten, auf dem Schenkel 12 angeordneten Wicklung. Dadurch ergibt sich eine sehr rationelle Bauweise.Another advantage of the winding design according to the invention is that the number of turns the partial windings 1 and 2 can be selected differently. In most cases it is there advantageous to choose the number of turns so that the outer diameter of that located on the leg 6 entire winding is approximately equal to the outer diameter of the complete winding arranged on the leg 12 Winding. This results in a very efficient construction.

Wie Untersuchungen bezüglich der Kapazitäten zwischen den Wicklungen und zwischen den Lagen im Verein mit Stoßspannungsverteilungsmessungen ergeben haben, fällt bei der erfindungsgemäßen Aufteilung und Schaltung über der ersten Teilwicklung 1 nahezu die volle Si-oßspannung, über der zweiten Teilwicklung 2 jedoch nur etwa die halbe Stoßspannung ab. Dabei ist wesentlich, daß die Verbindungsleitung 13 zwischen dem Punkt 14 mit niedrigster Spannung der Teilwicklung 1 und dem Punkt 15 mit höchster Spannung der Teilwicklung 2 von selbst nur 50% der angelegten Stoßspannung annimmt, was mit Voraussetzung ist, daß die Teilwicklung 2 nur für halbe Reihenspannung ausgelegt zu werden braucht.As investigations into the capacities between the windings and between the layers in the Combined with surge voltage distribution measurements, falls in the inventive division and switching over the first partial winding 1 almost the full Si voltage, over the second partial winding 2 but only about half the surge voltage. It is essential that the connecting line 13 between the point 14 with the lowest voltage of the winding part 1 and the point 15 with the highest voltage of the Part winding 2 by itself only accepts 50% of the applied surge voltage, which is a prerequisite that the partial winding 2 only needs to be designed for half the series voltage.

Die Stufenwicklung ist am Punkt 16 des Wicklungsteils 2 der Stammwicklung angeschlossen und besteht aus einer Grobstufenlage 17 und einer Feinstufenlage 18. Die Grob- und Feinstufenwicklung erfahren dabei ebenfalls nur innere Stufenwicklungsbeanspruclumgen. die halb so groß sind wie die Beanspruchungen, die ohne die Reihenschaltung der Wicklungsteile 1 und 2 bei Unterbringung der Wicklungen auf nur einem Schenkel oder bei Parallelschaltungen der Wicklungen auf beiden Schenkeln auftritt. Wie eingangs bereits erwähnt, braucht in diesem Falle der Stufenschalter ebenfalls nur für die halbe Stoßspannung innerhalb der Kontakte ausgelegt zu werden.The step winding is connected to point 16 of the winding part 2 of the main winding and consists from a coarse step position 17 and a fine step position 18. The coarse and fine step winding experience thereby also only inner step development stresses. which are half as great as the stresses without the series connection of the winding parts 1 and 2 when accommodating the windings on only one leg or when the windings are connected in parallel on both legs. As already mentioned at the beginning, In this case, the tap changer also only needs for half the surge voltage within the contacts to be interpreted.

Fig. 2 zeigt die stirnseitige Isolation der Lagen der Teilwicklung 1, wobei die Lagen mit 19 und die Isolationswinkel mit 20 bezeichnet sind. Die Lagenverbindungen sind mit 31, die Ölkanäle zwischen den Lagen mit 22 und die jochseitigen Kanäle zur radialen ölströmung mit 23 gekennzeichnet.Fig. 2 shows the end face insulation of the layers of Partial winding 1, the layers being denoted by 19 and the insulation angles by 20. The layer connections are at 31, the oil channels between the layers marked with 22 and the yoke-side channels for radial oil flow with 23.

Dir sürnseitige Isolationsanordnung der Teilwicklung 2 ist F i g. 3 zu entnehmen.The insulation arrangement of the partial winding on the south side 2 is F i g. 3 can be found.

Dabei sind 24 die einzelnen Wicklungslaken, 25 die Lagen verbindungen, 26 die feste Lagenisolation und 27 bezeichnet die ölkanäle zwischen den Lagen, während das Bezugszeichen 28 den stirnseitigen Ölkanal zur radialen ölströmung andeutet. Der Ölkanal 28 wird mittels Klötzen gebildet, die strahlenförmig radial nach außen verlaufen und auf die Stützzylinder 29 brücken, welche wiederum auf die Endwindungen 30 der Teilwicklung 2 drücken. Zweckmäßigerweise wird bei Verwendung umriKloser Lagenwicklungen für die Endwindungen 30 eine verstärkte Isolierung vorgesehen und zwar insbesondere für diejenige Endwindung, die am Streukanal 11 (vgl. Fig. I) liegt. Dagegen wird, wie üblich, für die Teilwicklung 1 auf der innersten Lage24 are the individual winding sheets, 25 are the layer connections, 26 are the solid layer insulation and 27 denotes the oil channels between the layers, while reference numeral 28 denotes the oil channel on the end face indicates radial oil flow. The oil channel 28 is formed by means of blocks that radiate radially run outside and bridge on the support cylinder 29, which in turn on the end turns 30 of the Press part winding 2. Appropriately, when using contourless layer windings for the End turns 30 provided reinforced insulation, in particular for that end turn which is on the scattering channel 11 (see. Fig. I). On the other hand, as usual, for the partial winding 1 on the innermost layer

je ein Schirmring oben und unten /in Randieldsleue rung angebracht.One shield ring each above and below / in Randieldsleue tion attached.

Auf einem solchen Schirmring kann bei der erfindungsgemäßen Schaltung und Anordnung der llochspannungswickiung im Falle der Tcilwickliing 2 < verzichtet werden.On such an umbrella ring, the Circuit according to the invention and arrangement of the hole voltage winding in the case of the Tcilwickliing 2 < be waived.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. High-voltage winding for single-phase transformers in a star connection with distributed over two legs and designed as layer winding s and connected in series partial windings, the potential of the first partial winding lying on the high voltage connection decreases with increasing distance of the individual winding layers from the core leg, characterized in that the outermost Position of this first partial winding (1) is conductively connected to the first layer of the second partial winding which is closest to the other core leg, and that this second partial winding (2) is insulated in itself and from earth for about half the operating voltage and with an angular, fixed Layer insulation (5) is provided, while the first partial winding (1), which is insulated for the full series voltage, contains insulation parts (4) bent at an angle around the ends of the layers, jo

2. High voltage winding according to claim I. characterized by such a choice of the number of turns of the partial windings (1, 2) that the The outer diameter of the outermost layer of one partial winding (1) is at least approximately equal to that The outer diameter of the outermost * .. position of the other partial winding (2) is.

3. Layer winding according to claim 1 or 2, characterized in that at the outermost layer the partial winding (2) step windings (17, 18) arranged sine, whose inner insulation for about the half the surge voltage of the voltage series of the high-voltage winding is sized.

4. Layer winding according to Claim 3, characterized in that the step winding on the connected tap changers also for about half the voltage series of the overvoltage winding is sized.

5. Layer winding according to claim 1 or 2, characterized in that the with the on Partial winding (1) connected in series to the input potential (2) of the high-voltage winding have support cylinders (29) on the end faces of the winding layers, which are used to support and press the winding layers to serve.

6. High-voltage winding according to one of claims 1 to 5, characterized in that lower at least for the winding layer of the partial winding (2) which is closest to the scattering channel (11) Insulated end turns (30) instead of shield rings are provided on the face side with reinforced voltage are.