DE3237584C2

DE3237584C2 - Leistungstransformator oder Drosselspule mit Hochspannungswicklungen

Info

Publication number: DE3237584C2
Application number: DE19823237584
Authority: DE
Inventors: Walter 4050 Mönchengladbach Weber
Original assignee: Schorch GmbH
Current assignee: Schorch GmbH
Priority date: 1982-10-09
Filing date: 1982-10-09
Publication date: 1985-01-24
Also published as: DE3237584A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungstransformator oder eine Drosselspule mit Hochspannungswicklungen. Zum Bedämpfen von durch Spannungsbeanspruchungen auf die Klemmen angeregten Eigenschwingungen der Wicklung 1 ist eine annähernd über die gleiche Höhe wie die zu bedämpfende Wicklung 1 sich erstreckende Dämpferwicklung 5 angeordnet. Diese besteht aus mindestens zwei geometrisch gleichen axial übereinander angeordneten Teilen (5a, 5b ...) gleicher, gegenüber der der zu bedämpfenden Wicklung 1 aber kleiner Windungszahl. Dabei ist das eine Teil 5b links und das andere 5a rechts gewickelt. In der Mitte sind das obere Ende des oberen Teils 5a mit dem unteren Ende des unteren Teils 5b elektrisch verbunden

Description

Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, eine Wicklungsanordnung zu schaffen, die bei der ermittelten Flußverteilung als Dämpferwicklung eingesetzt werden kann, um auch bei geerdeten Hochspannungsv/icklungen, die noch elektrische Schwingung ausführen können und bei denen sich aufgrund der auftretenden Ströme magnetische Wechselfelder ausbilden, wie sie in F i g. 1 dargestellt sind, die Sciiwingungsbeanspruchung wirksam zu bedampfen, um die Gefahr von Überschlägen zu bannen.

Diese Aufgabe erfüllt eine Dämpferwicklung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Der Anspruch 2 zeigt eine alternative Lösung auf.

Die erste Maßnahme der Erfindung ist eine Dämpferwicklung, deren Windungszahl klein ist im Verhältnis zu der der zu bedämpfenden Hochspannungswicklung. Dadurch wird der von der Hochspannungswicklung auf diese Wicklung induktiv übertragene Spannungsanteil klein. Um die Schwingungen wirkungsvoll zu bedampfen, sind jedoch eine Reihe weiterer Maßnahmen erforderlich.

Die sich gemäß F i g. 2 nahezu über die gleif ;ie Höhe wie die zu bedämpfende Wicklung erstreckende Dämpferwicklung 5 ist axial in zwei Teilen 5a, 5b gleicher Windungszahl ausgebildet, wovon der eine Teil 5a rechts und der andere Teil 5b links gewickelt ist Die beiden Teile sind in der Mitte über die Leitung 6 verbunden. Weiter sind das obere Ende des oberen Teils 5a mit dem unteren Ende des unteren Teils 56 der Dämpferwicklung 5 über die Leitung 7 verbunden. Durch den oben geschilderten Fluß im Kern 3 wird in der Dämpferwicklung 5 eine Spannung induziert die in ihr einen Strom fließen läßt, der so gerichtet ist daß eine Durchflutung erzeugt wird, die derjenigen der zu bedämpfenden Hochspannungswicklung 1 entgegengesetzt gerichtet ist. Der Streufeldlinienverlauf wird daher so verändert, daß sich eine kleinere Induktivität ergibt. Damit wird aber die Güte geringer, und der Zweck der Dämpferwicklung 1 ist erreicht.

Für die Ausführung der Dämpferwicklung gibt es auch eine Alternative, die darin besteht, daß beide Teile den gleichen Wickelsinn aufweisen, dann aber das obere Ende des oberen Teils mit dem in der Mitte liegenden oberen Ende des unteren Teils und das untere Ende des oberen Teils mit dem unteren Ende des unteren Teils der Hochspannungswicklung verbunden ist. Diese Alternative hat die gleichen Wirkungen, ist aber isolationsmäßig etwas aufwendiger.

Die Dämpferwicklung kann ein- oder mehrlagig ausgeführt sein.

Die Dämpferwicklung 5 kann, wie F i g. 2 zeigt, radial außerhalb uer Hochspannungswicklung 1 liegen, sie kann auch zwischen Hochspannungswicklung 1 und Unterspannungswicklung 2 angeordnet werden. Bei Mehrwicklungstransformatoren oder solchen mit eigenen Anzapfwicklungen sind weitere Anordnungsmöglichkeiten gegeben. Es können auch mehrere Dämpferwicklungen 5 vorgesehen werden. Dadurch wird der Streufluß verringert. Ebenso ist es möglich, Teile von Wicklungen des Transformators als Dämpferwicklung 5 auszulegen.

Eine bevorzugte Anordnung der Dämpferwicklung ist die zwischen Kern 3 und innerster Wicklung 2, da in dieser Lage die Dämpferwicklung 5 das Eindringen des Flusses in den Kern 2 sehr stark vermindert. Bei Mehrphasentransformatorcn wird dadurch die Rückwirkung auf die Wicklungen der anderen Phasen vermindert.

Dk- Dämpferwicklung 5 kann auch mit einem zwischen Kern 3 und innerer Wicklung 2 angeordneten Schirmzylinder kombiniert werden.

Die Verteilung der Windungen innerhalb der Dämpferwicklung braucht nicht gleichmäßig zu sein. Sie könnte beispielsweise so gewählt werden, daß die Durchflutung der Hochspannungswicklung angenähert nachgebildet wird. Auf diese Weise kann die magnetische Kopplung vergrößert und die Induktivität weiter verkleinert werden.

ίο Die beschriebene zweiteilige Dämpferwicklung ist in der Lage, die räumliche Grundschwingung (erste Eigenfom) wirksam zu bedampfen, im geringeren Maße auch die ungeradzahligen räumlichen Oberschwingungen (z. B. die dritte und fünfte Eigenform). Die neben der räumlichen Grundschwingung mit hoher Amplitude auftretende Schwingung ist aber die erste geradzahlige Oberschwingung, deren Spannung näherungsweise eine volle Sinusform länge der Höhe der Wicklung ausbildet Um auch diese Schwingungform bedampfen zu können,

ist eine Verdopplung der oben beschriebenen Dämpferwicklung erforderlich. Sie besteht dann ϊ,'ϊε F i g. 3 zeigt aus axial vier Teilen, wobei die Teile 5a und 5c den entgegengesetzten Wickelsinn wie die Teile 5b und 5d haben. Die Teile 5a bis 5d sind über die Leitungen 6 miteinander durchgehend elektrisch verbunden. Außerdem sind durch Verbindungsleitung 7 verbunden das obere Ende des ersten Teils 5a mit der Verbindung 6 zwischen dem zweiten 5b und dritten Teil 5c (über Leitung 11) sowie mit dem Ende des vierten Teils 5c/, sowie die Verbindung 6 des ersten Teils 5a mit dem zweiten Teil 5b mit der Verbindung 6 des dritten Teils 5c mit den vierten Teil 5c/überdie Leitung 10.

Um eine Dämpferwicklung auch für Schwingungen höherer Ordnung auszulegen muß man soviel Elemente, bestehend aus je einem rechts und links gewickelten Teil, axial übereinander anordnen, wie die Ordnungzahl der räumlichen Schwingungen beträgt, die noch abgedämpft werden soll. Dadurch daß die Dämpferwicklung aus je einem rechts und links gewickelten Teil besteht, ist die Leeriaufspannung, über die Summe der beiden Teile gerechnet, bei Leerlauferregung des Tranformators mit technischen Frequenzen, z. B. 50 oder 60 Hz, Null. Um gezielt Schwingungen bestimmter Ordnungszahlen abdämpfen zu können, sind mindestens einige Enden, die bei Leerlauferregung mit technischen Frequenzen das gleiche Potential haben, miteinander zu verbinden.

Um der Dämpferwicklung ein definiertes elektrisches Potential gegenüber Erde zu geben, sollte die Dämpferwicklung an einem Punkt (8) geerdet werden oder aber an einem geeigneten Punkt einer der Wicklungen angeschlossen werden.

Bei Pihstung der Transformatoren können im Streufeld durch das Herausschalten von Wicklungsteilen zur Einstellung der Spannungen oder durch unvermeidliche Toleranzen im Wicklungsaufbau bei der Fertigung Unsymmetrien auftreten, die zu Ausgleichsströmen in der Dämpferwicklung führen können. Dies führt zu unerwünschten Verlusten — sie sind den sogenannten Zusatzverlusten zuzurechnen — und können die Dämpferwicklung thermisch gefährden. Um dies zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, in die Verjindungsleitungen der Dämpferwicklung einen oder mehrere induktivitätsarme Kondensatoren einzubringen. Diese sind so zu dimensionieren, daß sie bei den technischen Frequenzen einen hohen Widerstand ergeben. Bei den Eigenfrequenzen von einigen kHz ist ihr Widerstand zu vernachlässigen. Sie mindern daher die Wirkung der

Dämpferwicklung bei den hohen Frequenzen nicht.

Für eine gute Dämpfung ist der ohmsche Widerstand der Dämpferwicklung von Bedeutung. Er sollte daher vom Betrag her in der Nähe der Reaktanz der Gegeninduktivität zwischen Dämpferwicklung und der zu dämpfenden Wicklung bei Resonanzfrequenz liegen. Der ohmsche Widerstand kann durch eine entsprechende Dimensionierung der Leiter der Dämpferwicklung erreicht werden. Hierzu kann als Leiter ein schmales dünnes Band gewählt werden. Auch die Verwendung von Widerstandsmaterial ist möglich.

Eine besonders vorteilhafte Lösung besteht darin, in die Verbindungsleitung einen konzentrierten ohmschen Widerstand einzubauen. Vorteilhaft ist diese Lösung, weil nach Zusammenbau des Aktivteils, bevor dieser in den Behälter des Transformators eingebaut wird, die Beanspruchungen ausgemessen und durch Verändern des Widerstandswertes ein Optimum eingestellt werden kann. Die Veränderung des Schwingungsverhaltens durch die ölfüllung (Vergrößerung der Kapazität durch das höhere ε des Öls) müssen dabei natürlich berücksichtigt werden.

An die Stelle des ohmschen Widerstandes kann alternativ ein spannungsabhängiger Widerstand, gegebenenfalls in Reihe mit einem ohmschen Widerstand einge- 25 schaltet werden. Die letztere Anordnung hat den Vorteil, daß bei niedrigen Spannungen, wie sie bei Betrieb mit Netzfrequenz (z. B. 50 oder 60 Hz) in der Dämpferwicklung auftreten, diese hochohmig ist und damit kein gefährlicher Strom in der Dämpferwicklung auftreten 30 kann. Bei hochfrequenten Beanspruchungen dagegen, die in ihrer Amplitude wesentlich höher sind, wird der spannungsabhängige Widerstand leitend und die Dämpferwicklung voll wirksam.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 können, wird dieses Gebilde zu elektrischen Schwingun- Patentansprüche: gen angeregt Da die Güte dieser aus Induktivität und Kapazität gebildeten Reihenschwingkreise sehr hoch

1. Leistungstransformator oder Drosselspule mit ist können im Innern des Transformators Spannungen Hochspannungswicklungen mit geerdetem Ende 5 von einer Amplitude auftreten, die ein Mehrfaches derund Dämpferwicklung zum Bedampfen von durch jenigen am Eingang ist

Spannungsbeanspruchungen auf die Klemmen an- F i g. 1 zeigt schematisch einen Transformator mit eigeregter. Eigenschwingungen der Wicklung, wobei ner Hochspannungswicklung 1 und einer Unterspansich die Dämpferwicklung annähernd über die glei- nungswicklung 2, die in einen Eisenkern 3 eingebaut ehe Höhe wie die zu bedämpfende Wicklung er- 10 sind und bei dem das Ende der Hochspannungswicklung streckt dadurch gekennzeichnet, daß die geerdet ist Eine solche gattungsgemäße Ausführung Dämpferwicklung (5) aus mindestens zwei geome- mit innerhalb der Dreieckschaltung der Unterspan- «-·§ trisch gleichen axial übereinander angeordneten nungswicklung zur Verminderung zusätzlicher Aus-H Teilen (5a, 5h ...) gleicher, gegenüber der der zu gleichsschwingung phasenweise eingeschalteten Komj| bedämpfenden Wicklung (i) aber kleiner Windungs- 15 psnsationsspulen zeigt die DE-AS10 27 306.
|g _zahl besteht von denen das eine Teil (5b) links und Legt man nun an den Anfang der Hochspannungs- l& das andere (SaJ rechts gewickelt ist die gegensinnig wicklung eine schwingende Spannung mit einer Fre- ψι in Reihe geschaltet und über eine Leitung elektrisch quenz, die der Grundeigenfrequenz der Wicklung ent- ;i miteinander verbunden sind. spricht so schwingt die Wicklung, zeitlich gesehen, mit Ü 2. LeistBTisstransformator oder Drosselspule in 20 dieser Frequenz. Die maximale Amplitude an den ver- ^l Abänderung des Anspruchs !,dadurch gekennzeich- schiecenen Steilen der Wicklung ist unterschiedlich. Sj net daß die Teile (5a, 5b...) im gleichen Sinne gewik- Wie man in F i g. 1 sieht hat diese Beanspruchung ge- ψ keil sind. genüber Erde, über die Höhe der Wicklung gesehen,

3. Leistungstransformator nach einem der An- annähernd einen sinushalbwelligen Verlauf, während Sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die 25 der in der Wicklung fließende Strom / einen Kosinus-Dämpferwicklung (5) aus einom Mehrfachen von halbwellenverlauf hat Dieser Strom / verursacht einen zwei Teilen besteht, welches der Ordnungszahl der magnetischen Fluß, öessen Feldlinien 4 die Wicklung 1 räumlichen Schwingung, die noch abgedämpft wer- im wesentlichen in radialer Richtung durchsetzen und den soll, entspricht wobei mindestens einige Enden sich über den Luftraum und den Eisenkern 3 schließen, der Dämpferwicklung, die bei Leerlauferregung mit 30 Man kann leicht sehen, daß auch das Kurzschließen der technischen ί requenzen das gleiche Potential haben, Unterspannungswicklung 2, wie es bei der Prüfung mit miteinander verbunden sind. Blitzstoßspannungen üblich ist nicht verhindern kann,

4. Leistungstransforroator nach einem der An- daß der Fluß sich über den Kerr. 3 schließt

sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Um die Betriebssicherheit von Transformatoren groß

Dämpferwicklung (5) an einem Punkt geerdet oder 35 genug gegenüber diesen Beanspruchungen zu machen,

an einem geeigneten Punkt der Wicklung (1,2) ange- stehen dem Fachman zwei Wege offen: Die Verstär-

schlossen ist kung der Isolation oder die Verminderung der Bean-

5. Leistungstransformator nach einem der An- spruchungen. Der erste Weg erfordert ein höheres Bausprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß in die volumen und hohe Kosten. Ziel der Erfindung ist daher. Verbindungsleitungen des Dämpferwicklungskrei- 40 auf dem zweiten Weg zu einer brauchbaren Lösung zu ses induktivitätsarme Kondensatoren und/oder gelangen.

S* ohmsche Widerstände eingebaut sind. Für die Verminderung der durch Blitzstoßspannun-

|f 6. Leistungstransformator nach Anspruch 5, da- gen hervorgerufenen Schwingungsamplituden werden

$ durch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand für Hochspannungstransformatoren mit Scheibenspu-

j|: in dem die Dämpferwicklung (5) enthaltenden elek- 45 lenwicklungen eine Reihe von Maßnahmen vorgeschla-

trischen Kreis etwa den gleichen Betrag aufweist gen, deren am weitesten verbreitete die Verschachtewie die Reaktanz zwischen der Dämpferwicklung lung der Windungen der einzelnen Spulen ist. siehe

und der zu dämpfenden Wicklung (1) bei Resonanz- Fachbuch von Heller und Veverka »Stoßerscheinungen frequenz, mindestens aber größer als Vi₀ dieser Re- in elektrischen Maschinen«, 1957, Seite 201, Bild 63 und aktanz. 50 6.4. Damit wird bewirkt, daß die Schwingungsamplitude

dadurch kleber wird, daß die Differenz zwischen der

Anfangs- und Endverteilung klein ist Dies hilft jedoch

wenig für eine Beanspruchung mit einer schwingenden Spannung.

Die Erfindung betrifft einen Leistungstransformator 55 Aus dem gleichen Fachbuch ist es von Seite 211, oder eine Drosselspule mit Hochspannungswicklung Bild 6.11 auch bekannt, Kondensatoren, gegebenenfalls mit geerdetem Ende und Dämpferwicklung zum Be- in Reihenschaltung mit Widerständen, oder spannungsdämpfen von durch Spannungsbeanspruchungen auf die abhängige Widerstände zuzuschalten. Diese Mittel ha-Klemmen angeregten Eigenschwingungen der Wick- ben nur den Nachteil, daß an ihnen ebenfalls hohe Spanlung, wobei sich die Dämpferwicklung annähernd über 60 nungen auftreten, weil sie unmittelbar an die zu dämpdie gleiche Höhe wie die zu bedämpfende Wicklung fende Wicklung geschaltet sind. Das erfordert einen hoerstreckt. ^nen Isolationsaufwand.

Transformatorenwicklungen stellen ein sehr komple- Bei einem Leistungstransformator mit den gattungs-

xes Gebilde von Kapazitäten, Selbstinduktivitäten und gemäßen Merkmalen gemäß DE-PS 8 93 084 oder CH-Gegeninduktivitäten dar. Durch impulsförmige Span- 65 PS 2 22 049 sind Maßnahmen zur Unterdrückung von nungsbeanspruchungen, beispielsweise durch eine Blitz- Sternpunktschwingungen getroffen, die bei Dreiphasenstoßspannung oder durch Spannungsschwingungen, wie transformatoren auftreten, wenn der Sternpunkt frei sie bei Schalthandlungen oder bei Netzfehlern auftreten oder hochohmig geerdet ist.