EP0257291A1 - Schaltungsanordnung für Leistungsgrosstransformatoren - Google Patents

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EP0257291A1 EP87110408A EP87110408A EP0257291A1 EP 0257291 A1 EP0257291 A1 EP 0257291A1 EP 87110408 A EP87110408 A EP 87110408A EP 87110408 A EP87110408 A EP 87110408A EP 0257291 A1 EP0257291 A1 EP 0257291A1
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/343—Preventing or reducing surge voltages; oscillations

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for large power transformers with an undervoltage, an overvoltage master and a step winding in connection and counter-connection as well as with a star-point step switching device, a capacitor in series with a resistor being provided electrically in parallel with the step winding, which together form an RC Represent link and by their dimensioning significantly reduce the resonance amplitudes of the connection point of the step winding to the high-voltage main winding against earth.
  • Windings of transformers have certain natural resonance frequencies. If the frequency matches, an oscillating switching voltage applied from the outside can excite these natural vibrations and lead to very high internal stresses for the insulation of the winding.
  • an oscillating switching voltage applied from the outside can excite these natural vibrations and lead to very high internal stresses for the insulation of the winding.
  • the vibrations with the natural frequency of the step winding can be particularly unpleasant. These voltage fluctuations influence the end of the main winding in certain positions of the tap changer, especially in counter-connection, and also lead to voltage increases here and thereby endanger the insulation.
  • n C the capacitive transmission ratio of the main / step winding
  • n T the inductive transmission ratio of the main / step winding (less than zero for counter-switching)
  • Q the quality at the natural frequency of the step winding
  • the invention is therefore based on the object of providing an arrangement for the harmless reception of overvoltages on transformer windings originating from oscillating switching voltages and thereby further reducing the space required compared to that of the known solution.
  • this object is achieved in a circuit arrangement of the type mentioned above in that the RC element consisting of the capacitor and the resistor is only connected in parallel to a single stage of the multi-stage winding and that the transformer coupling of this stage with the other stages also in these occurring resonance amplitudes are reduced.
  • Advantageous embodiments of the invention consist in that the RC element is connected in parallel with an odd number of stages to an electrically located in the middle between the first and the last stage of the stage winding, or in that the RC element with an even number of stages is connected in parallel to a stage electrically located at the center of the stage winding.
  • the circuit arrangement according to the invention is very advantageous because it simultaneously ensures optimum protection of the step winding against oscillating switching impulse voltages with a minimal space requirement. Surprisingly, it has been found that when using an appropriately dimensioned and quite space-consuming RC element with an improved effectiveness, the overall arrangement requires a reduced volume compared to the known arrangement.
  • An undervoltage winding 12, a high-voltage main winding 13 and a step winding 14 with taps 0 to 10 are arranged in a conventional manner, concentrically around a core leg 11, from the inside outwards.
  • the taps 0 to 10 can be selected by contact arms 15 of a selector 16 and one of the contact arms 15 is connected to the star point of the transformer by an uninterrupted switching load switch 17.
  • the ends of the step winding 14 are connected to fixed contacts in a turner 18, the movable contact of which lies at the low-voltage end of the high-voltage master winding 13.
  • the voltages of the windings 13 and 14 are added in the switching position of the inverter 18 shown in dashed lines and subtracted in the switching position shown in solid lines.
  • a capacitor 19 is now connected between the leads or taps 5 and 6 of the step winding 14, which greatly reduces the capacitively transmitting voltage.
  • the capacitor 19 is preceded by a damping resistor 20 for damping its charging currents and for reducing the quality factor.
  • the capacitor 19 and the damping resistor 10 together form an RC element.
  • the volume required jointly for the step winding and the RC element drops compared to an arrangement in which the entire step winding or each individual step of the step winding is connected to an RC element.

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Abstract

Leistungsgroßtransformatoren enthalten üblicherweise eine Unterspannungs- (12), eine Oberspannungsstamm- (13) sowie eine Stufenwicklung (14). Wird die Stufenwicklung in Zu- und Gegenschaltung betrieben, dann können bei Anregung mit schwingender Schaltspannung mit Resonanzfrequenz der Stufenwicklung (14), insbesondere in Gegenschaltung, hohe Spannungsamplituden längs der Stufenwicklung (14) am Ende der Stammwicklung (13) gegen Erde auftreten. Zur Minderung und Dämpfung derartiger Resonanzfrequenzschwingungen sind bei bekannten Anordnungen jeder Stufe ein R-C-Glied (19, 20) oder der gesamten Stufenwicklung (14) ein R-C-Glied (19, 20) parallelgeschaltet worden. Erfindungsgemäß soll nun lediglich einer einzigen Stufe der vielstufigen Stufenwicklung (14) ein R-C-Glied (19, 20) parallelgeschaltet werden, das über die transformatorische Kopplung dieser Stufe mit den übrigen Stufen auch die in diesen auftretenden Resonanzamplituden verkleinert. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist bei Großtransformatoren zweckmäßig. Dies gilt vor allem in all den Fällen, in denen eine vielstufige Stufenwicklung (14) in Zu- und Gegenschaltung zur Oberspannungsstammwicklung (13) vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Leistungsgroßtransformatoren mit einer Unterspannungs-, einer Oberspannungsstamm- und einer Stufenwicklung in Zu- und Gegenschaltung sowie mit einer sternpunktsei­tigen Stufenschalteinrichtung, wobei elektrisch paral­lel zu der Stufenwicklung ein Kondensator in Reihe mit einem Widerstand vorgesehen ist, die zusammen ein R-C-Glied darstellen und durch ihre Dimensionierung die Resonanzamplituden des Anschlußpunktes der Stufen­wicklung an die Oberspannungsstammwicklung gegen Erde erheblich vermindern.
  • Wicklungen von Transformatoren haben bestimmte Eigenre­sonanzfrequenzen. Eine von außen anliegende, schwingen­de Schaltspannung kann bei Übereinstimmung der Frequenz diese Eigenschwingungen anregen und zu sehr hohen inne­ren Spannungsbeanspruchungen für die Isolierung der Wicklung führen. Beim Aufbau von Oberspannungswicklun­gen aus einer Stammwicklung und einer zugehörigen Stu­fenwicklung in Zu- und Gegenschaltung können die Schwingungen mit der Eigenfrequenz der Stufenwicklung besonders unangenehm sein. Diese Spannungsschwingun­gen beeinflussen in bestimmten Stellungen des Stu­fenschalters, insbesondere in Gegenschaltung auch das Ende der Stammwicklung und führen auch hier zu Span­nungsüberhöhungen und gefährden dadurch die Isolie­rung.
  • Das Verhältnis der Resonanzamplitude am Ende der Stammwicklung zur Schaltspannungsamplitude am Ein­gang errechnet sich aus
    Figure imgb0001
     Mit nCals kapazitivem Übersetzungsverhältnis Stamm-/­Stufenwicklung, nT als induktivem Übersetzungsverhält­nis Stamm-/Stufenwicklung (kleiner als Null bei Gegen­schaltung) und Q als Güte bei der Eigenfrequenz der Stufenwicklung.
  • Um die Resonanzamplituden an dieser Stelle zu redu­zieren ist bereits vorgeschlagen worden, räumlich zwischen Stamm- und Stufenwicklung einen elektro­statischen Schirmzylinder anzuordnen, der an das Sternpunktpotential angelenkt wird und die beiden Wicklungen elektrisch voneinander entkoppelt, weil durch diese Maßnahme nC annähernd Null wird. Dieser Schirmzylinder ist jedoch technisch schwierig aus­führbar und beansprucht darüberhinaus wertvollen Platz im Kernfenster des Transformators, so daß die­ser durch die Schirmmaßnahme vergrößert und ver­teuert ist.
  • Durch die E-A1-0 141 296 ist es auch schon bekannt, zur Spannungssteuerung an Wicklungen und Transfor­matoren der Stufenwicklung ein R-C-Glied elektrisch parallel zu schalten. Dadurch werden nicht nur die Resonanzamplituden abgesenkt, sondern dadurch werden auch auftretende Spannungsschwingungen gedämpft, weil sich gleichzeitig auch der Gütefaktor ändert. Durch die Beschaltung der gesamten Stufenwicklung mit einem R-C-Glied ist hierbei jedoch ein nicht unerheblicher Aufwand für die erforderliche Werkstoffmenge und für den zu dessen Unterbringung erforderlichen Raum im Transformatorkessel erforderlich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur schadlosen Aufnahme von aus schwingen­den Schaltspannungen herrührenden Überspannungen an Transformatorwicklungen zu schaffen und dabei den erforderlichen Raumbedarf gegenüber dem der be­kannten Lösung weiter zu verringern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Schal­tungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das R-C-Glied aus dem Kondensator und dem Widerstand lediglich zu einer einzigen Stufe der vielstufigen Stufenwicklung parallelgeschaltet ist und daß über die transformatorische Kopplung dieser Stufe mit den übrigen Stufen auch die in diesen auf­tretenden Resonanzamplituden verkleinert sind.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß das R-C-Glied bei einer ungeradzahligen Anzahl von Stufen zu einer elektrisch in der Mitte zwischen der ersten und der letzten Stufe der Stu­fenwicklung liegenden Stufe parallelgeschaltet ist bzw. daß das R-C-Glied bei einer geradzahligen Anzahl von Stufen zu einer elektrisch an der Mitte der Stu­fenwicklung liegenden Stufe parallelgeschaltet ist.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist sehr vorteilhaft, denn sie gewährleistet bei minimalem Raumbedarf gleichzeitig einen optimalen Schutz der Stufenwicklung gegenüber schwingenden Schaltstoß­spannungen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß beim Einsatz eines entsprechend dimensionierten und für sich recht raumaufwendigen R-C-Gliedes bei einer verbesserten Wirksamkeit die Gesamtanordnung ein gegenüber der bekannten Anordnung verringertes Volumen erfordert.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Konzentrisch um einen Kernschenkel 11 sind in übli­cher Weise von innen nach außen aufeinanderfolgend eine Unterspannungswicklung 12, eine Oberspannungsstamm­wicklung 13 sowie eine Stufenwicklung 14 mit Anzapfun­gen 0 bis 10 angeordnet.
  • Die Anzapfungen 0 bis 10 sind durch Kontaktarme 15 eines Wählers 16 anwählbar und je einer der Kontaktarme 15 ist durch einen unterbrechungslos schaltenden Lastschalter 17 mit dem Sternpunkt des Transformators verbunden. Die Enden der Stufenwicklung 14 sind mit Festkontakten in einem Wender 18 verbunden, dessen beweglicher Kontakt am niederspannungsseitigen Ende der Oberspannungsstamm­wicklung 13 liegt. Durch entsprechende Ausführung des Wickelsinns der Oberspannungsstammwicklung 13 und in der Stufenwicklung 14 werden bei der gestrichelt dargestell­ten Schaltstellung des Wenders 18 die Spannungen der Wicklungen 13 und 14 addiert und bei der ausgezogen dargestellten Schaltstellung subtrahiert.
  • Erfindungsgemäß ist nun zwischen den Ausleitungen oder Anzapfungen 5 und 6 der Stufenwicklung 14 ein Konden­sator 19 geschaltet der die kapazitiv übertragende Spannung stark vermindert. Dabei ist dem Kondensator 19 zur Dämpfung seiner Ladeströme und zur Verkleinerung des Gütefaktors ein Dämpfungswiderstand 20 vorgeschaltet.
  • Der Kondensator 19 und der Dämpfungswiderstand 10 bil­den zusammen ein R-C-Glied. Durch Konzentration des erforderlichen Kondensatorvolumens auf eine einzige, vorzugsweise auf die zwischen den Anzapfungen 5 und 6 liegende Stufe ergibt sich zusammen mit einem ge­eignet bemessenen Dämpfungswiderstand 20 nicht nur eine starke Dämpfung der Wicklungseigenfrequenz, sondern auch eine Reduzierung der Überschwingfaktoren innerhalb der Stufenwicklung bei induzierter Blitz­stoßspannung. Gleichzeitig sinkt überraschenderweise das für die Stufenwicklung und das R-C-Glied gemein­sam erforderliche Volumen gegenüber einer Anordnung in der die gesamte Stufenwicklung oder jede einzelne der Stufen der Stufenwicklung mit einem R-C-Glied beschaltet sind.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung für Leistungsgroßtransforma­toren mit einer Unterspannungs-, (12) einer Ober­spannungsstamm- (13) und einer Stufenwicklung (14) in Zu- und Gegenschaltung sowie mit einer stern­punktseitigen Stufenschalteinrichtung (15, 16, 17), wobei elektrisch parallel zu der Stufenwicklung (14) ein Kondensator (19) in Reihe mit einem Widerstand (20) vorgesehen ist, die zusammen ein R-C-Glied dar­stellen und durch ihre Dimensionierung die Resonanz­amplituden des Anschlußpunktes der Stufenwicklung (14) an die Oberspannungsstammwicklung (13) gegen Erde er­heblich vermindern, dadurch geken­zeichnet,

- daß das R-C-Glied aus dem Kondensator (19) und dem Widerstand (20) lediglich zu einer einzigen Stufe der vielstufigen Stufenwicklung (14) parallelge­schaltet ist und

- daß über die transformatorische Kopplung dieser Stufe mit den übrigen Stufen auch die in diesen auftretenden Resonanzamplituden verkleinert sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das R-C-Glied bei einer ungeradzahligen Anzahl von Stufen zu der elek­trisch in der Mitte zwischen der ersten und der letzten Stufe der Stufenwicklung (14) liegenden Stufe parallelgeschaltet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das R-C-Glied bei einer geradzahligen Anzahl von Stufen zu einer elek­ trisch an der Mitte zwischen der ersten und der letzten Stufe der Stufenwicklung (14) liegenden Stufe parallelgeschaltet ist.
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