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Wicklungsanordnung für Transformatoren
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Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für Transformatoren
mit festen Isolierstoffbarrieren in einem Hauptstreukanal und einer radial darüber
an hoher Spannung (bis 150 kV) liegenden Oberspannungslagenwicklung mit radial innen
liegendem Hochspannungseingang mit jede Lage axial gegen ein Joch abstützenden Stütz
zylindern aus Isolierwerkstoff und mit zwischen den Wicklungslagen angeordneten,
diese in Achsrichtung überragenden flanschfreien Isolierschichten und/oder Kühl-.kanalleisten.
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Ein derartiger Wicklungsaufbau ist bei Transformatoren mit Lagenwicklungen
für hohe Spannungen üblich. Mit wachsenden Nennspannungen treten bei dieser Wicklungsanordnung
an den Kanten der Oberspannungswicklung hohe Feldkonzentrationen auf. Durch die
DE-ES 22 46 398 ist eine Wicklungsanordnung bekannt, bei der durch Verkürzung der
Eingangs lage einer Oberspannungswicklung mit abgestufter Isolierung die i'eldstärkekonzentration
an der kritischsten Stelle verringert ist und bei der zur weiteren Ertüchtigung
die Eingangswindungen selbst stärker isoliert sind als alle übrigen Windungen und
die Eingangswindungen darüber hinaus durch eine Blindwindung abgeschirmt sind.
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Abgesehen von dem durch die zusätzliche Isolierung der Eingangswindungen
erforderlichen Mehraufwand ist diese Wicklungsanordnung insofern unbefriedigend,
als sie eine Verringerung der Belegung des vom Eisenkreis umschlossenen Raumes mit
Wicklungswerkstoff bewirkt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wicklungsanordnung
zu schaffen, mit der eine bessere Belegung des vom Eisenkreis umschlossenen Raumes
mit Wicklungswerkstoff möglich ist und bei der außerdem eine gute Kühlung insbesondere
der strommäßig hoch belasteten Windungen gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Wicklungsanordnung der
eingangs genannten Art durch eine Kombination von Merkmalen gelöst, wonach die Wanddicke
der im Hauptstreukanal liegenden festen Isolierstoffbarrieren mit wachsendem Abstand
von der Oberspannungswicklung in mehreren Stufen abnimmt, wonach zur Spannungssteuerung
des Feldes an den Kanten der Oberspannungswicklung die Länge der auf die Randlagen
folgenden Lagen soweit vergrößert ist, daß der Jochabstand der längsten Lage der
Oberspannungswicklung höchstens gleich dem Mittelwert aus den Jochabständen der
kürzesten Lage der Oberspannungswicklung und den Lagen der Unterspannungswicklung
ist, wonach die Stärke der Lagenisolation in der Oberspannungswicklung mit zunehmendem
Abstand von dem Hochspannungseingang abnimmt und wonach eine radial außen liegende
Feinstufenwicklung mindestens so lang ist, wie die kürzeste Lage der Oberspannungswicklung.
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Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung weisen alle Normallagen
der Oberspannungswicklung die größte Lagenlänge auf und ist eine Grobstufenlagenwicklung
ebensolang wie die längste Lage der Oberspannungswicklung.
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Die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung ist sehr vorteilhaft, weil
sie eine Verkleinerung der radialen Stärke des Hauptstreukanals und verkleinerte
mittlere Jochabstände zwischen den Wicklungen und den Jochen ermöglicht, so daß
die Belegung des vom Eisenkreis um-
schlossenen Kernfensters mit
Leiterwerkstoff verbessert ist. Darüber hinaus ist die Kühlung der Unterspannungswicklung
dadurch verbessert, daß sie in Richtung auf den Hauptstreukanal nur von sehr dünnen
Isolierzylindern abgedeckt ist und die Kühlung der Oberspannungswicklung ist insbesondere
im Hochspannungseingangsbereich durch den Fortfall von zusätzlichen Isoliermaßnahmen
ebenfalls verbessert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung
näher erläutert.
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Dargestellt ist lediglich der Schnitt durch eine Hälfte eines bewickelten
Kernschenkels eines mehrschenkligen Transformators.
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Um eine Achse 11 sind koaxial von innen nach außen ein Eisenkernschenkel
1,eine Unterspannungswicklung 2, Isolierstoffbarrieren 3 in einem Hauptstreukanal
sowie eine Oberspannungswicklung angeordnet. Die Oberspannungswicklung besteht aus
Eingangslagen 4, Lagenisolatidnen 5, Normallagen 6, einer Grobstufenwicklung 7 und
einer Feinstufenwicklung 8.
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Alle Wicklungen sind nach unten gegen ein unteres Joch 9 und nach
oben gegen ein oberes Joch 10 elektrisch isoliert. Sowohl die Unterspannungswicklung
2 als auch die Oberspannungswicklung sind in axialer Richtung zwischen nicht dargestellten
Preßsegmenten einer Preßeinrichtung eingespannt.
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Um den Aufwand nichtaktiven Werkstoffes so niedrig wie möglich zu
halten, sind der Eisenkernschenkel 1,
die Unterspannungswicklung
2 sowie die Oberspannungswicklung in üblicher Weise im Querschnitt kreisrund ausgeführt.
Aus dem gleichen Grund sind die Isolierstoffbarrieren 3 unterschiedlich stark ausgeführt,
dabei liegt die Isolierstoffbarriere 3 mit der größten Wandstärke unmittelbar an
der Eingangslage 4 der Oberspannungswicklung. Diese starke Isolierstoffbarriere
3 dient gleichzeitig als Wickelkern für die Oberspannungswicklung.
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Die Wandstärke der übrigen Isolierstoffbarrieren nimmt von außen nach
innen stufenweise ab, so daß die Isolierstoffbarriere 3 mit der kleinsten Wandstärke
unmittelbar auf der Unterspannungswicklung 2 liegt und einen sehr guten Wärmeübergang
von der Unterspannungswicklung 2 in das den Hauptstreukanal durchströmende Kühlmittel
gewährleistet. Gleichzeitig ist jedoch durch die stufenweise Abnahme der Wanddicke
der Isoiierstoffbarrieren 3 im Zusammenwirken mit der Stufung der Lagenlängen der
Oberspannungswicklung bei sicherer.Beherrschung des elektrischen Feldes im Hauptstreukanal
dessen radiale Verkleinerung möglich. Dies wiederum ermöglicht eine Verkleinerung
des mittleren Windungsdurchmessers und damit eine Verringerung der für eine vorgegebene
Nennleistung erforderlichen Wickelleitermenge.
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Die Abstützung der Eingangslagen 4, der Normallagen 6, der Grobstufenwicklung
7 sowie der Feinstufenwicklung 8 erfolgt über Stützzylinder 12. Die radialen Zwischenräume
zwischen den Eingangslagen 4 und den Nermallagen 6 sind von im achsparallelen Querschnitt
keilE6,rmigen Lagenisolationen 5 ausgefüllt, die überdie Lagenenden hinaus um die
Höhe der Stützzylinder 12 verlängert sind.
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Die Wanddicke dieser Lagenisolationen 5 nimmt ebenfalls ausgehend
von einer stärksten Lagenisolation unmittelbar an der Eingangs lage 4 in Richtung
auf die Feinstufenwicklung 8 hin ab. Dadurch ist eine weitere Verringerung des mittleren
Windungsdurchmessers der Oberspannungswicklung ohne Beeinträchtigung der Spannungsfestigkeit
erzielt. Auch hierdurch ist die Belegung des Eisenkernfensters durch Wickelleiter
erhöht.
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Zur Verringerung der Feldliniendichte an den inneren Kanten der Oberspannungswicklung
sind die Normal lagen 6 gegenüber den Eingangs lagen 4 verlängert und erzwingen
dadurch für die Feldlinien größere Radien und einen größeren Abstand der Feldlinien
untereinander an den inneren Kanten der Oberspannungswicklung. Zu diesem Zweck hat
sich eine Verlängerung der Normallagen 6 bis mindestens zum Mittelwert zwischen
der Länge der Eingangslagen 4 und der Länge der Unterspannungswicklung 2 als sehr
günstig erwiesen, weil hierdurch der mittlere Jochabstand der Wicklungslagen gegenüber
bekannten Anordnungen wesentlich kleiner ausführbar ist. Auch dieses Merkmal trägt
dazu bei, die Belegung des Kernfensters durch Wickelleiterwerkstoff zu erhöhen.
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Der radial am weitesten außen liegende Teil der Oberspannungswicklung
ist die üblicherweise einlagig ausgeführte Feinstufenwicklung 8. Diese Feinstufenwicklung
8 besteht aus ineinander gewickelten räumlich parallel liegenden Wickelleitern,
deren axiale Abmessung so gewählt ist, daß die Feinstufenwicklung 8 mindestens so
lang ist wie die Eingangslage 4. Dadurch bleibt die sehr gute Belegung des Kernfensters
durch Wickelleiterwerkstoff auch in diesem Bereich erhalten.
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4 Patentansprüche 1 Figur