DE3533882A1 - Hochstromlagenwicklung fuer transformatoren und drosseln grosser leistung aus elektrisch parallel geschalteten leitern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Hochstromlagenwicklungen für Transformatoren und Drosseln großer Leistung mit axial aneinandergereihten Wicklungsabschnitten aus elektrisch parallel geschalteten, räumlich radial übereinander­ liegenden Leitern, die zur Erzielung einer gleichen Ge­ samtflußverkettung für jeden einzelnen Leiter in Radial­ kanälen zwischen den Wicklungsabschnitten räumlich gegen­ einander ausgekreuzt sind.

Derartige Hochstromlagenwicklungen sind in den "Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichten" Band 8 (1979) Nr. 4 auf den Seiten 183 bis 189 in einem Aufsatz über "Induzierte Stoßspannungen zwischen parallelen ausgekreuz­ ten Leitern von Wicklungen" beschrieben und auch durch die DE-PS 24 29 441 bekannt.

Hochstromlagenwicklungen für Transformatoren mit paralle­ len ausgekreuzten Leitern werden allgemein zur Beherrschung hoher Stromstärken eingesetzt. Durch die Auskreuzung der Parallelzweige wird erreicht, daß in jeden Parallelzweig insgesamt dieselbe Streuspannung induziert ist. Aus­ gehend vom gemeinsamen Klemmenpotential ist der Span­ nungsaufbau in jedem Parallelzweig durch die Serien­ schaltung von Wicklungsteilen unterschiedlicher Streu­ flußverkettung vorgegeben. Zwischen den Zweigen treten somit Spannungsdifferenzen auf, die bei Beanspruchung mit Schalt- oder Blitzstoßspannung nicht mehr vernach­ lässigt werden dürfen. Das Gleiche gilt, wenn die Wicklung insgesamt kurzgeschlossen ist.

Zur Beherrschung dieser Spannungsbeanspruchungen in Hochstromlagenwicklungen werden die die Parallelzweige darstellenden Leiter verstärkt isoliert. Diese Iso­ lierung vermindert jedoch in unerwünschter Weise den Füllfaktor und behindert die Wärmeabfuhr aus der Wick­ lungsanordnung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine Hochstromlagenwicklung der eingangs genannten Art die Isolierung der einzelnen elektrisch parallelge­ schalteten Leiter auf eine Stärke zu reduzieren, bei der die Wirtschaftlichkeit der Wicklungsanordnung durch einen günstigen Füllfaktor sowie eine ohne Sondermaß­ nahmen ausreichende Wärmeabfuhr gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Hochstrom­ lagenwicklung mit axial aneinandergereihten Wicklungs­ abschnitten und elektrisch parallel geschalteten Leitern dadurch gelöst, daß an mindestens einem Radialkanal zwischen mindestens zwei der elektrisch parallelen Lei­ ter ein spannungsabhängiger Widerstand liegt.

Durch die deutsche Anmeldung P 34 16 558.4 ist es zwar bekannt, elektrisch parallel zu Wicklungsspulen oder Wicklungslagen einen spannungsabhängigen Widerstand vor­ zusehen, jedoch liegt dieser dabei dem gesamten durch die Wicklung fließenden Strom parallel und hat infolgedessen bei seinem Ansprechen praktisch auch den gesamten Strom zu führen. Für Wicklungen mit mehreren parallelen Leitern ist nun festgestellt worden, daß es überraschenderweise ausreicht, beim Ansprechen des ZNO-Elementes einen durch eine transiente Überspannung getriebenen Ausgleichsstrom zwischen zwei Parallelzweigen zu nutzen, weil das hoch­ frequente Wechselfeld die Dämpfung auf die übrigen Leiter überträgt.

Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, daß der spannungsabhängige Widerstand zwischen den in dem betreffenden Radialkanal den größten Spannungsunterschied aufweisenden Leitern liegt und an dem Radialkanal angeordnet ist, in dem zwischen zwei von den Leitern der größte durch unterschiedliche Fluß­ verkettung erzeugte Spannungsunterschied herrscht.

Andere Weiterbildungsmerkmale der Erfindung bestehen darin, daß der spannungsabhängige Widerstand in dem einem hochspannungsseitigen Wicklungseingang benach­ barten Radialkanal an zwei der Leiter angeschlossen ist oder daß in den beiden jeweils einem Wicklungs­ ende benachbarten Radialkanälen schaltungstechnisch symmetrisch je ein spannungsabhängiger Widerstand an zwei Leiter angeschlossen ist.

Bei einer mehrlagigen Hochstromlagenwicklung ist der spannungsabhängige Widerstand erfindungsgemäß an einer Mittenauskreuzung zwischen zwei Leitern der radial dem Hauptstreukanal benachbarten Lage vorgesehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß der spannungsabhängige Widerstand räumlich im Zwickel zwischen zwei auf einander benachbarten Kern­ schenkeln angeordneten Wicklungen befestigt ist und daß als spannungsabhängiger Widerstand ein einzelnes oder ein Stapel von Zinkoxid-(ZNO-)Elementen dient.

Die erfindungsgemäß mit mindestens einem spannungsab­ hängigen Widerstand beschaltete Hochstromlagenwicklung ist sehr vorteilhaft, weil über die Dämpfung, die beim Ansprechen des Widerstandes eintritt, die Stoßspannungs­ amplituden zwischen allen Parallelzweigen des Wicklungs­ stranges begrenzt werden und weil darüber hinaus in­ folge der sehr niedrigen stationären Dauerbetriebs­ spannung die durch über den spannungsabhängigen Wider­ stand fließenden Ausgleichsströme und damit die hier­ durch verursachten Verluste vernachläßigbar gering sind.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1, 2 und 3 zeigen je einen Querschnitt durch eine einlagige Hochstromlagenwicklung mit je acht elektrisch parallelen Leitern.

Fig. 4 zeigt eine vierlagige Hochstromlagenwicklung mit zwei elektrisch parallelen Leitern.

Einander entsprechende Bauteile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die dargestellten Hochstromlagenwicklungen liegen zwi­ schen einem hochspannungsseitigen Wicklungseingang 9 und einer Ausleitung 10. In diesen Hochstromlagenwick­ lungen wird der Strom von elektrisch parallel geschalte­ ten räumlich radial übereinanderliegenden Leitern 1 bis 8 bzw. 1 und 2 geführt. Zur Erzielung einer gleichen Gesamtflußverkettung für jeden einzelnen dieser elektrisch parallelen Leiter 1 bis 8, sind diese in Radialkanälen 11 zwischen axial aneinandergereihten Wicklungsabschnit­ ten der Hochstromlagenwicklung gegeneinander ausgekreuzt. Zur weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr aus der Wick­ lung sind axiale Kanäle 13 vorgesehen.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 ist durch eine zentrale Haupt­ auskreuzung im mittleren der Radialkanäle 11 geprägt. Durch die Hauptauskreuzung ist diese Wicklungsausführung in vier Gruppen unterteilt, von denen jeweils zwei in Reihe geschaltet sind und wobei diese beiden Reihen­ schaltungen untereinander elektrisch parallel geschal­ tet sind. Innerhalb jeder Gruppe sind die jeweils vier elektrisch parallelen Leiter in weiteren Radial­ kanälen 11 noch je dreimal ausgekreuzt. Im mittleren Radialkanal 11 an der Hauptauskreuzung ist an die Leiter 1 und 8 ein spannungsabhängiger Widerstand 12 angeschlossen.

An dieser Stelle haben die Leiter 1 und 8 ebenso wie die Leiter 2 bis 7 unterschiedliches Potential, weil ihre axialen Teilabschnitte infolge unterschiedlicher radialer Anordnung zwischen dieser Stelle und dem Wicklungseingang 9 bzw. der Ausleitung 10 mit unter­ schiedlich großen Flußanteilen verkettet sind. Beim Auftreten von Spannungsspitzen wird daher die Isolie­ rung zwischen den Leitern 1 und 8 entsprechend bean­ sprucht. Diese Beanspruchung ist durch den spannungs­ abhängigen Widerstand 12 begrenzt, so daß eine schwache Isolierung der Leiter 1 und 8 ausreichend ist. Die Be­ grenzung oder die Dämpfung der Differenzspannung zwi­ schen den Leitern 1 und 8 wirkt über die infolge enger räumlicher Nachbarschaft gegebene kapazitive und in­ duktive Kopplung auch auf die übrigen Leiter 2 bis 7, so daß für diese ebenfalls nur eine schwache Isolierung erforderlich ist. Durch die schwache, d.h. dünne, Iso­ lierung der Leiter 1 bis 8 sind für die Hochstromlagen­ wicklung sowohl ein guter Füllfaktor als auch eine gute Wärmeabfuhr gewährleistet.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 ist dadurch geprägt, daß eine Aufteilung in ebenso viele axial aneinanderge­ reihte Wicklungsabschnitte erfolgt ist, wie parallele Leiter 1 bis 8 vorhanden sind und daß die Auskreuzun­ gen in allen sieben dadurch gebildeten Radialkanälen 11 einander gleich sind. In dieser Anordnung liegen die beiden Leiter 1 und 8 in dem dem Wicklungseingang 9 benachbarten Radialkanal 11 radial am weitesten außen und sind dadurch fertigungstechnisch gut erreichbar. Der spannungsabhängige Widerstand 12 ist bei dieser Anordnung daher in vorteilhafter Weise an dieser Stelle an die Leiter 1 und 8 angeschlossen und bewirkt auch hier eine Dämpfung der Spannungsbeanspruchung zwischen allen Leitern 1 bis 8.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 ist hingegen dadurch ge­ prägt, daß infolge einer besonders wirksamen Aus­ kreuzungsart für n parallele Leiter 1 bis 8 lediglich n/2-1 Radialkanäle 11 erforderlich sind. Auch hier­ bei treten jedoch in den Radialkanälen 11 zwischen den Leitern 1 bis 8 Potentialunterschiede auf. Zur Dämpfung dieser Potentialunterschiede sind in dieser Anordnung symmetrisch zum schaltungstechnischen Auf­ bau zwei spannungsabhängige Widerstände 12 vorgesehen. Einer dieser spannungsabhängigen Widerstände 12 ist in dem dem Wicklungseingang 9 benachbarten Radial­ kanal 12 an die Leiter 1 und 7 und der andere ist in dem der Ausleitung 10 benachbarten Radialkanal 11 an die Leiter 5 und 8 angeschlossen. Dadurch werden zwischen den Leitern 1 bis 8 auftretende Potential­ unterschiede gedämpft und ein Wicklungsaufbau aus Lei­ tern 1 bis 8 mit vergleichsweise dünnen Isolierauf­ lagen ist möglich.

Die Anordnung gemäß Fig. 4 ist durch ihre Mehrlagig­ keit geprägt, wobei hier zwei radial übereinander liegende Leiter 1 und 2 in vier Lagen axial hin und her geführt sind und zwischen dem hochspannungs­ seitigen Wicklungseingang 9 und der Ausleitung 10 liegen. In der axialen Mitte dieser Hochstromlagen­ wicklung ist wiederum ein Radialkanal 11 vorge­ sehen, in dem die beiden Leiter 1 und 2 jeweils gegen­ einander ausgekreuzt sind. In der radial am weitesten außenliegenden Lage ist im Radialkanal 11 an die Leiter 1 und 2 der spannungsabhängige Widerstand 12 angeschlossen, dessen Wirkung wieder die gleiche ist wie in den vorher beschriebenen Anordnungen.

Der bzw. die spannungsabhängigen Widerstände 12 sind räumlich in vorteilhafter Weise in Zwickeln von auf benachbarten Schenkeln des Transformators angeordne­ ten Wicklungen oder in einem Auskreuzkanal 11 unterge­ bracht. Dabei sind als spannungsabhängige Widerstände 12 zweckmäßig Zinkoxid-(ZNO-)Elemente eingesetzt.

Claims (8)

1. Hochstromlagenwicklung für Transformatoren und Drosseln großer Leistung mit axial aneinanderge­ reihten Wicklungsabschnitten aus elektrisch parallel geschalteten, räumlich radial übereinanderliegenden Leitern (1 bis 8), die zur Erzielung einer gleichen Gesamtflußverkettung für jeden einzelnen der Leiter (1 bis 8) in Radialkanälen (11) zwischen den Wick­ lungsabschnitten räumlich gegeneinander ausgekreuzt sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß an mindestens einem Radialkanal (11) zwischen mindestens zwei der elektrisch parallelen Leiter (1 bis 8) ein spannungsabhängiger Widerstand (12) liegt.

2. Hochstromlagenwicklung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der spannungsabhängige Widerstand (12) zwischen den in dem betreffenden Radialkanal (11) den größten Span­ nungsunterschied aufweisenden Leitern (1 bis 8) liegt.

3. Hochstromlagenwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsabhängige Widerstand (12) an dem Radial­ kanal (11) angeordnet ist, in dem zwischen zwei von den Leitern (1 bis 8) der größte durch unterschiedliche Flußverkettung erzeugte Spannungsunterschied herrscht.

4. Hochstromlagenwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsabhängige Widerstand (12) in dem einem hochspannungsseitigen Wicklungseingang (9) be­ nachbarten Radialkanal (11) an zwei der Leiter (1 bis 8) angeschlossen ist.

5. Hochstromlagenwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden jeweils einem Wicklungsende (9, 10) be­ nachbarten Radialkanälen (11) schaltungstechnisch symmetrisch zwischen den Leitern (1 und 7 bzw. 5 und 8) je ein spannungsabhängiger Widerstand angeschlossen ist.

6. Hochstromlagenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsabhängi­ ge Widerstand (12) in einer mehrlagigen Wicklung an einer Mittenauskreuzung zwischen zwei Leitern (1, 2) der dem Hauptstreukanal benachbarten Lage vorgesehen ist.

7. Hochstromlagenwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsabhängige Widerstand (12) räumlich im Zwickel zwischen zwei auf einander benachbarten Kernschenkeln angeordneten Wicklungen befestigt ist.

8. Hochstromlagenwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsabhängiger Widerstand (12) ein einzel­ ner oder ein Stapel von Zinkoxid-(ZNO-)Elementen dient.