DE2832293C2 - Anordnung zur Abstützung von Transformatorenwicklungen mit rechteckigem Querschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Abstützung von Transformatorenwicklungen mit rechteckigem Querschnitt, die auf mindestens zwei Kernschenkel verteilt sind und die je ein plattenförmiges Stütztelement an den außerhalb des Kernfensters liegenden langen Querschnittseiten der äußeren Wicklungen aufweisen, die in einem Spannrahmen oder gegen die Gefäßwand abgestützt sind.

Im allgemeinen werden die Wicklungen von Transformatoren höherer Leistung, die in Energieverteilungsnetzen eingesetzt werden, mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt Auf diese Weise kann das Wicklungsmaterial selbst die im Kurzschluß auftretenden Kräfte in radialer und tangentialer Richtung optimal aufnehmen. Demzufolge sind für derartig ausgeführte Aktivteile keine besonderen konstruktiven Maßnahmen zur radialen Abstützung der Wicklung nach außen nötig, hingegen ist eine Vielzahl von bekannten Lösungen auf die axiale Wicklungspressung einschließlich der Kernpressung gerichtet (z. B. DE-OS 14 38 668 sowie DE-OS

23 39 972). In dem Bestreben, das Leistungsgewicht der Transformatoren zu verringern, ist man auch dazu übergegangen, Transformatoren mit rechteckigem Wicklungs- und Kernquerschnitt herzustellen. Dies hat zudem den Vorteil einer Rationalisierung der Kernfertigung durch Wegfall einer Vielzahl unterschiedlicher Blechbreiten, die zur Herstellung abgestufter Kerne nötig sind. Allerdings müssen bei derartigen und aus zwei koaxialen Wicklungen bestehenden Wicklungsanordnungen Vorkehrungen, vor allem zur Abstützung der äußeren Wicklung nach außen getroffen werden, da sich die beiden Wicklungen unter dem Einfluß der radialen Kurzschlußkväfte voneinander abstoßen und so die außen liegende Wicklung versucht, ihren Wicklungsquerschnitt der Kreisform anzunähern. In bekannter Weise werden deshalb vorzugsweise an den außen liegenden Längsseiten der rechteckigen Wicklungen Halte- und Preßkonstruktionen eingesetzt, die die erheblichen Radialkräfte aufnehmen. So ist es bekannt, die äußere Wicklung zumindest in der Mitte der beiden längeren Seiten durch druckfeste Leisten nach innen gegen die innere Wicklung und nach außen gegen eine Preßkonstruktion unverrückbar abzustützen (DE-OS

24 50 481). Hierbei werden zwischen der Einspannstelle und den Eckbereichen in bestimmten Maße auch Ausbauchungen der Wicklung zur Zugentlastung der Leiter in den Eckbereichen ermöglicht bzw. die Wicklung von vornherein leicht ausgebaucht festgelegt, jedoch muß die nicht näher ausgeführte Preßkonstruktion trotzdem die auftretenden radialen Kurzschlußkräfte in vollem Umfang aufnehmen.

Eine ähnliche Lösung zur Abstützung von Transformatorenwicklungen mit rechteckigem Querschnitt ist der AT-PS 55 827 zu entnehmen. Bei dieser Anordnung sind an den außerhalb des Kernfensters liegenden äußeren Längsseiten der beiden äußeren Wicklungen mehrere leistenähnliche Stützelemente angeordnet, die über Preßschrauben ihr Widerlager an den Gefäßwandungen haben. Auch die US-PS 37 17 831 zeigt einen Transformator mit Rechteckwicklungen, bei dem je eine Abstützplatte an den außerhalb des Kernfensters liegenden langen Querschnittsseiten der beiden äußeren Wicklungen angeordnet ist. Aber auch bei diesen beiden Lösungen müssen die Abstützkonstruktionen die auftretenden radialen Kurzschlußkräfte in vollem Umfang aufnehmen.

Eine andere bekannte Lösung zielt darauf ab, die Verspannkonstruktion zur Aufnahme der radialen Kurzschlußkräfte dadurch gänzlich zu vermeiden, daß ebenfalls in der Mitte der Längsseiten zwischen innerer und äußerer Wicklung eingelegte Druckleisten für eine Ausbauchung der Wicklungsanordnung in der Art eines polygonförmigen Querschnittes sorgen, wobei Eckleisten zwischen den Wicklungen in den Eckbereichen vorgesehen sind und auch im Kurzschluß die Wicklungsbeanspruchung im elastischen Bereich verbleibt. Diese Maßnahmen sind jedoch nicht in jedem Falle ausreichend, um unzulässige Wicklungsdeformationen im

Kurzschlußfall zu vermeiden. Schließlich ist es auch bekannt, dem Kern und damit auch der Wicklung einen achteckigen Querschnitt zu verleihen, wodurch auf eine radiale Wicklungspressung wieder weitgehend verzichtet werden kann (DE-OS 25 07 960). Hierdurch wird jedoch wiederum ein abgestufter Kern und damit in Schichtrichtung ein vergrößertes Bauvolumen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Transformator mit rechteckigem Wicklungsquerschnixt eine Anordnung zur Aufnahme der radial nach außen gerichteten Kurzschlußkräfte zu schaffen und diese an den besonders gefährdeten Stellen der äußeren Wicklungen so einzusehen, daß die Dimensionierung der Vorrichtung nur für einen Teil der zu erwartenden Radialkräfte erfolgen muß.

Erfindungsgemäfi wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an den außerhalb des Kernfensters liegenden langen Seiten des rechteckigen Querschnitts der äußeren Wicklungen je ein pJattenförmiges, an seiner der Wicklungsoberfläche zugewandten Seite vorzugsweise profiliert ausgeführtes Stützelement vorgesehen ist Dieses Stützelement ist in einem an sich bekannten Spannrahmen und/oder gegen das Transformatorengefäß derart abgestützt, daß zwischen der Außenseite der Wicklung und dem Stützelement ein definierter Zwischenraum, insbesondere in der Größe von 3 mm—5 mm verbleibt.

Der Spannrahmen besteht dabei aus üblicherweise zur Joch- bzw. axialen Wicklungspressung verwendeten, parallel zu den Kernjochen angeordneten Preßbalken, die sowohl horizontal durch Gewindebolzen als auch vertikal durch Preßspillen und an sich bereits vorgeschlagene Bandstäbe verbunden sind. In vorteilhafter Weise wird das Stützelement als Holzplatte mit in der Mitte aufgesetzten Leisten ausgeführt. Es ist auch möglich, es aus beidseitig verbundenen, horizontal orientierten Preßhölzern zu bilden, wobei auf diesen Preßhölzern zur Vermeidung einer großflächigen Bedeckung der Wicklungsaußenfläche Distanzklötze aufgesetzt sind.

Es ist nun in besonders günstiger Weise möglich, das Stützelement mit dem ohnehin vorhandenen Spannrahmen dadurch zu verbinden, daß das Stützelement an einer vertikal angeordneten U-Profilschiene befestigt und diese wiederum nahe ihrer beiden Enden mit je einer horizontalen Halteplatte versehen ist. An diese Halteplatten ist je ein Führungsrohr angeschweißt, welches an den nächstliegenden Gewindebolzen für die obere und untere Jochpressung gehaltert ist. Gleichermaßen kann das Stützelement unter Zwischenlage von Distanz- und/oder Führungsmitteln an den nächstliegenden Preßspillen, doe vornehmlich der axialen Wicklungspressung dienen, befestigt sein.

Schließlich kann eine vorteilhafte radiale Pressung auch dadurch verwirklicht werden, daß das Stützelement in den Preßbalken des Spannrahmens lediglich geführt und unter Zwischenlage eines am Stützelement befestigten, mäanderförmig profilierten Disianzmittels, vorzugsweise eines Wellbleches, an der Gefäßwand des Transformators abgestützt ist.

Durch diese Preßvorrichtung wird in günstiger Weise eine radiale Wicklungsabstützung nach außen erreicht, so daß unter dem Einfluß radialer Kurzschlußkräfte eine unzulässige Verformung der breiteren Querschnittseiten vermieden wird. Dabei kann eine relativ einfache Konstruktion dadurch erreicht werden, daß ein definierter, für den Wicklungsverband unkritischer Zwischenraum zwischen den radialen Abstfitzmitteln und der äußeren Wicklung verbleibt. Im Rahmen dieses Zwischenraumes wird also eine Verformung der Wicklungsanordnung durchaus zugelassen, so daß auf diesem Wege bereits ein erheblicher Kxäfteabbau durch die- Wicklung selbst erfolgt und nur noch der verbleibende Teil von dem Stützelement in Verbindung mit dem Spannrahmen oder der Wand des Transformatorengefäßes aufgenommen werden muß.

κι Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert wobei die Zeichnung schematisch in F i g. 1 den Aktivteil eines dreischenkligen Transformators in perspektivischer Ansicht sowie in den F i g. 2—5 Anordnungen für die radiale Abstützung

π der äußeren Wicklungen in Verbindung mit einem Spannrahmen zeigt während in F i g. 6 eine Abstützung der äußeren Wicklung gegen das Transformatorengefäß erfolgt

Nach F i g. 1 ist auf jedem Kernschenkel eines

2(i dreischenkligen Transformators jeweils eine aus Unter- und Oberspannungswicklung bestehende koaxiale Wicklungsanordnung angebracht, wobei hier nur die Oberspannungswicklun<*en als äußere Wicklungen 1 sichtbar sind. Sämtliche Wicklungen, wie auch der Kern

»ϊ 2,.sind von rechteckigem Querschnitt.

Die Wicklungen 1 sind so auf den Kernschenkeln befestigt daß ihre langen Querschnittseiten in Schichtrichtung des Kernes 2 weisen. Daher befindet sich nur je eine lange Seite der beiden auf den äußeren

in Kernschenkeln befindlichen äußeren Wicklungen 1 außerhalb des Kernfensters und bedarf der radialen Pressung. Der Aktivteil wird zum Zwecke der Joch- und axialen Wicklungspressung von einem Spannrahmen 3 umgeben. Der Spannrahmen 3 besteht aus parallel zu

J5 den Kernjochen 4 angeordnete Preßbalken 5, die an ihren Enden vertikal durch Preßspillen 6 und auch horizontal mit Hilfe von Gewindebolzen 7 verbunden sind. Im Bereich der Zwickel sind vertikal zwischen den oberen und unteren Preßbalken 5 ausgehärtete

•tu Bandstäbe 8 aus kunstharzgetränktem Glasfaserband mit zumindest einer endseitigen Keilverspannung eingesetzt. Mit 9 ist die eine radiale Stützanordnung bezeichnet, deren Ausbildung in F i g. 2 detailliert ist. Weitere Ausführungsformen zeigen die F i g. 3 bis 6. Die andere, an der gegenüberliegenden Seite befindliche Stützanordnung ist nicht sichtbar.
•In den F i g. 2 bis 6 bezeichnet

a) jeweils einen Ausschnitt der Seitenansicht des Transformators sowie

b) einen Ausschnitt der Draufsicht der auf einem äußeren Kernschenkel befindlichen Wicklung !.

In Fig.2 besteht ein Stützelement 10 als Hauptbestandteil der Stützanordnung 9 zur radialen Abstützung der äußeren Wicklung 1 aus einer Holzplatte 11. Um eine erhebliche Bedeckung der Wicklungsoberfläche und damit eine gravierende Beeinträchtigung der Kühlung der äußeren Wicklung 1 zu vermeiden, ist die bo Holzplatte 11 in Richtung zur Wicklung 1 hin durch aufgesetzte Leisten 12 profiliert (vgl. Fig.2b). Die Leisten 12 sind dabei senkrecht und insbesondere in Seitenmitte an den Stellen der maximalen Formänderung Cer Wicklung 1 angebracht. Die Holzplatte 11 ist b5 an einer als U-Profil ausgeführten Profilschiene 18 befestigt, so daß sich diese Abstützung durch eine besonders hohe Steifigkeit auszeichnet. Die Profilschiene 18 weist an ihren Enden in horizontaler Richtung

Halteplatten 19 auf, mit denen jeweils ein Führungsrohr 20 verbunden ist. Diese Führungsrohre 20 und damit auch das Stützelement 10 sind an je einem Gewindebolzen 7 gelagert, die zur Pressung des oberen bzw. unteren Joches die diesbezüglichen Preßbalken 5 horizontal verspannen. Die Führungsrohre 20 bilden dabei mit den Halteplatten 19 und der Profilschiene 18 eine bauliche Einheit. Von besonderen Vorteil ist nun die Anordnung des Stützelementes 10, die auch in allen anderen konstruktiven Ausführungen nach den F i g. 3—6 beibehalten ist und die darin besteht, daß das die radialen Kurzschlußkräfte aufnehmende Stützelement 10 nicht unmittelbar an der Außenfläche der Wicklung 1 anliegt, sondern in einer gewissen Entfernung gehaltert ist, so daß ein Zwischenraum 14 von bis zu 5 mm in diesem Fall zwischen den Leisten 12 und der Außenseite der Wicklung 1 verbleibt. Dadurch ist es nicht erforderlich, das Stützelement 10 für die vollen Kurzschlußkräfte auszulegen, da ein Teil dieser Kräfte bereits bei der zulässigen Verformung der Wicklung 1 im Rahmen der Größe des Zwischenraumes 14 durch das Wicklungsmaterial selbst aufgenommen und nur der verbleibende Teil vom Preßelement 10, hier der Holzplatte 11 mit den Leisten 12 in Verbindung mit dem Spannrahmen 3 abgestützt werden muß. Eine veränderte Abstützung der äußeren Wicklung 1 zeigt F i g. 3. Als Stützelement 10 fungieren hier horizontal über die Wicklungslänge verteilt angeordnete Stützbalken 15, die mit Hilfe von Zwischenlagen 16 an den Preßspillen 6 befestigt sind. Zur Profilierung und damit Verringerung der Oberflächenbedeckung der Wicklung 1 sind wicklungsseitig die Stützbalken 15 mit zellenförmig und vorzugsweise in Seitenmitte angeordneten Distanzklötzen 17 versehen. Auch hier verbleibt nach dem Einbau zwischen der Wicklungsaußenfläche und den Distanzklötzen 17 ein Zwischenraum 14. Fig.4 stellt eine ähnliche radiale Stützanordnung 9 dar. Hierbei besteht das Stützelement 10 wiederum aus einer sich über die Wicklungslänge erstreckenden Holzplatte 11 mit aufgesetzten Leisten 12. Mit Hilfe von Winkelschienen 13 ist die Holzplatte 11 an den Preßspillen 6 befestigt. Die Leisten 12 sind ebenfalls bevorzugt in Seitenmitte vertikal angeordnet. In F i g. 5 ist ein Analogon zu F i g. 2 gezeigt. Hierbei ist jedoch die Profilschiene 18 nicht als U-Profil, sondern als Stahlrohr ausgeführt. In ihren weiteren Einzelheiten entspricht die Halterung der Holzplatte 11 mit den Leisten 12 derjenigen nach F i g. 2.

ίο In einer anderen Ausführungsform der Erfindung gem. F i g. 6 besteht ein wesentlicher Unterschied zu den bereits beschriebenen Lösungen darin, daß die Radialkräfte nicht durch den Spannrahmen 3, sondern durch das Gefäß des Transformators, speziell durch die eine, dem Stützelement 10 gegenüberliegende Gefäßwand 2Ϊ aufgenommen werden. Auch hier besteht das Stützelement 10 aus einer Holzplatte 11 wird jedoch in den Preßbalken 5 lediglich geführt und ist an der der Wicklung 1 abgewandten Seite mit einem Wellblech 22 versehen, welches nur einseitig befestigt ist und sich an der Gefäßwand 21 abstützt. Durch die einseitige Befestigung des Wellbleches 22 ist in gewissem Rahmen eine Anpassung an den vorhandenen Raum möglich. Selbstverständlich können auch andere, vorzugsweise mäanderförmig profilierte Distanzmittel von ausreichender Festigkeit anstelle des Wellbleches 22 eingesetzt werden. Auch hier ist darauf geachtet, daß zwischen dem durch die Leisten 12 geschaffenen Profil des Stützelementes 10 und der Außenseite der Wicklung 1 ein Zwischenraum 14 verbleibt

Die Erfindung ermöglicht in günstiger Weise die Beherrschung radialer Kurzschlußkräfte bei Transformatoren mit rechteckigem Kern- und Wicklungsaufbau, die in Energieverteilungssystemen Anwendung finden.

Infoige ihrer Anwendung wird die Dimensionierung der Stützanordnung zugunsten einer leichteren Bauweise unter Einbeziehung ohnehin vorhander Baugruppen verändert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Abstützung von Transformatorenwicklungen mit rechteckigem Querschnitt, die auf mindestens zwei Kernschenkeln verteilt sind und die je ein plattenförmiges Stützelement an den außerhalb des Kernfensters liegenden langen Querschnittsseiten der äußeren Wicklungen aufweisen, die in einem Spannrahmen oder gegen die Gefäßwand abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenseite der Wicklung (1) und dem Stützelement (10) ein definierter, für den Wicklungsverband unkritischer Zwischenraum (14) vorgesehen ist, in welchem eine Verformung der Wicklungsanordnung zugelassen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (14) nicht größer als 5 mm ist

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (10) an seiner der Wicklung (1) zugewandten Seite zumindest teilweise profiliert ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (10) aus einer Holzplatte (11) mit wenigstens einer aufgesetzten Leiste (12) besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (10) aus horizontal angeordneten Stützbalken (15) mit aufgesetzten jo Distanzklötzen (17) besteht.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannrahmen (3) aus parallel zu den Kernjochen (4) angeordneten Preßbalken (5) besteht, die sowohl horizontal durch Gewindebolzen (7) als auch vertikal durch Preßspillen (6) und Bandstäbe (8) verbunden sind.

7. Anordnung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (10) an einer vertikal angeordneten Profilschiene (18) befestigt und diese wiederum mit zwei horizontal verlaufenden Halteplatten (19) versehen ist, welche an Führungsrohren (20) angreifen, die die nächstliegenden Gewindebolzen (7) koaxial umgeben.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stütztelement (10) unter Zwischenlage von Distanz- und/oder Führungsmitteln an den nächstliegenden Preßspillen (6) befestigt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (10) von den Preßbalken (5) geführt und unter Zwischenlage eines am Stützelement (10) befestigten, mäanderförmig profilierten Distanzmitteln, z. B. Wellblech (22) an der Gefäßwand (21) abgestützt ist.

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