EP2528072B1 - Transformatorwicklung - Google Patents

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EP2528072B1
EP2528072B1 EP11004288.4A EP11004288A EP2528072B1 EP 2528072 B1 EP2528072 B1 EP 2528072B1 EP 11004288 A EP11004288 A EP 11004288A EP 2528072 B1 EP2528072 B1 EP 2528072B1
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EP
European Patent Office
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winding
module
transformer
winding module
series
Prior art date
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Active
Application number
EP11004288.4A
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English (en)
French (fr)
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EP2528072A1 (de
Inventor
Benjamin Weber
Bhavesh Patel
Jens Tepper
Udo Chudobba
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
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Filing date
Publication date
Priority to ES11004288.4T priority Critical patent/ES2618530T3/es
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Priority to EP11004288.4A priority patent/EP2528072B1/de
Priority to PCT/EP2012/001506 priority patent/WO2012159691A1/de
Priority to KR1020137030930A priority patent/KR20140024399A/ko
Priority to CN201280025303.8A priority patent/CN103563023B/zh
Priority to BR112013029867A priority patent/BR112013029867A2/pt
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Priority to US14/088,035 priority patent/US9287036B2/en
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • 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
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/303—Clamping coils, windings or parts thereof together
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • 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
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices

Definitions

  • the invention relates to a transformer winding, comprising a transformer main winding and a transformer additional winding connected in series, in turn comprising first, second and third, winding module having at least one first, second and third respective taps winding segment, and one connected to the taps of the second winding module Tap changer, wherein the terminals of the second winding module are formed by an external tap and the output of the tap changer.
  • tap changers whereby ultimately the transmission ratio of the transformer is within certain limits adaptable, for example in a range of 85% to 115% of the rated voltage.
  • These are usually switchable under load selector switch, which depending on the given boundary conditions pick up one of, for example, 24 taps of an additional winding, which is usually connected electrically in series with a respective transformer main winding.
  • the output of the tap changer then serves as the output of the series-connected main and auxiliary winding.
  • Such tap changers are able to switch in particular due to their requirement under load current and the high demands on their isolation very complex and complex.
  • When used in oil transformers due to its arrangement within the oil and flooding and the tap changer with oil, at least in terms of insulation costs a certain relief.
  • dry-type transformers Such controllability is increasingly required even in so-called dry-type transformers.
  • dry-type transformers at rated voltages between 6kV and 110kV, dry-type transformers have a rated power in the range of a few 100kVA up to several 10MVA.
  • the rated output of dry-type transformers is thus typically below the rated output of oil transformers. Dry transformers are due to the non-existent oil or oil boiler compared to oil transformers low maintenance, but it is an increased effort to operate their isolation. This also applies accordingly to tap changers with which dry-type transformers can be equipped.
  • DE 26 20 211 discloses a transformer winding comprising a transformer main winding (2) and a transformer auxiliary winding (8) connected in series with a winding module (8) consisting of several winding segments and with a tap changer.
  • EP 1 727 257 A1 and DE 39 36 937 A1 disclose a transformer winding comprising a transformer main winding and a transformer auxiliary winding comprising a plurality of winding modules.
  • FIG 4 discloses a transformer winding comprising a first (100 (top)), second (100 (center)) and third (100 (below)) winding module each having at least one first, second and third respective taps having winding segment, and a tap changer (30/15) connected to the taps of the second winding module, wherein the terminals of the second winding module are formed by an external tap and the output of the tap changer, wherein the second winding module connected at its two terminals to the first and third winding module and electrically connected in series.
  • a transformer winding comprising a transformer main winding and a series-connected transformer
  • a tap changer typically only a smaller voltage swing is required, which is to be covered by a tap changer. This is because of the lower percentage operational voltage fluctuations typically present at the lower voltage levels of dry type transformers, which would be offset by a control device such as a tap changer.
  • a larger control range known from oil transformers covering, for example, a range of 80% to 120% of the nominal voltage of the dry-type transformer, is necessary when balancing long-term and network-related voltage changes, for example, when planned, generally reducing the voltage in some power supply by a few Percent increase.
  • the tap changer would operationally operate in the upper range of selectable stages after the voltage boost, whereas the lower then range would remain unused.
  • the invention is therefore based on the basic idea to provide a tap changer, which covers the operationally occurring voltage fluctuation band control technology and set long-term voltage fluctuations by means of the number of series winding segments of the first and third winding modules.
  • the controllable output voltage would accordingly be in a lower voltage range, with a correspondingly high number of series-connected first and third winding segments accordingly in an upper region. Long-term fluctuations of the voltage band are thus compensated in an advantageous manner over the first and third winding segments.
  • the second winding module has a plurality of winding segments connected electrically in series.
  • the number of winding segments and their respective number of turns determine the control band of the voltage, which can be realized by means of the tap changer.
  • a maximum of eight, but in some cases even two or three winding segments for a second winding module may be sufficient to realize the desired control characteristic.
  • the voltage swing which is ideally achievable with a respective winding segment, for example, in Beeich of 1% - 2% of the rated voltage, so that summarily for all winding segments, for example, a total stroke of +/- 5% results, this being very dependent on the respective boundary conditions.
  • the term rated voltage refers in this context to the rated voltage of a transformer main winding in series with the additional winding and is for example 10kV or 110kV.
  • the first and the third winding module has a plurality of electrically connected in series first and third winding segments.
  • the number of winding segments of the first and third winding module determines together with their respective number of turns the maximum voltage swing at which the controllable voltage band of the second winding module with tap changer for long-term voltage changes is displaceable. Since it is ultimately an offset setting, it makes sense to limit the number to fewer winding segments with a correspondingly higher number of turns, so that, for example, four winding segments per winding module result, for example, a stroke of 2.5% each Rated voltage.
  • the necessary for a series connection of the first and / or the third winding module contacting the respective taps by means of a mechanically detachable conductor and / or cable connection is realized.
  • a change in the interconnection of the first and third winding module is typically only necessary in the case of long-term changes in the network conditions, for example a slight increase in the rated voltage. This can be realized particularly easily during a regular maintenance cycle, for example by manually connecting corresponding cables or other electrical connections to the respective desired taps. For this example, clamping or screw connections are conceivable.
  • the transformer additional winding according to the invention at least a portion of the taps of the first and / or third winding module is connected to the inputs of a respective selector switch, so that the number of electrically connected to the second winding module in series first or third winding segments is thus defined.
  • This variant is particularly advantageous if short-term or medium-term changes in the grid voltage can occur, so that the offset of the second winding module is correspondingly adapted frequently.
  • a selector switch is typically to be de-energized and can be switched manually or with a drive. By a circuit only in the de-energized state of the selector switch can be configured according to simple and compact. In this case, the taps of the first and third winding module, for example, with appropriate sliding contacts equip, over which a movable pickup is feasible.
  • the number of series winding segments of the first winding module and the number of series winding segments of the third winding module are approximately the same, ideally identical.
  • the symmetry of the entire additional winding is favored accordingly and improves the performance.
  • not the number of actively connected in series winding segments but the number of actively connected in series turns of the winding is crucial, since it is certainly provided according to the invention to provide winding segments with different numbers of turns within one and the same winding module. As a result, for example, the flexibility of the voltage regulation would be further increased in an advantageous manner.
  • the contacting of the first and / or third winding module to the respective connection with the terminals of the second winding module takes place at the respective outer tap adjacent to the second winding module.
  • the taps are arranged on the winding surface mostly along a path, wherein the first and the last tap each form an external tap.
  • the arrangement of the taps on the winding surface usually correlates within certain limits with the arrangement of the winding segments in the winding. If the respectively adjacent second winding module geometrically adjacent tap for the electrical series circuit is used, so unnecessary open winding segments are ultimately avoided with increased potential between active winding segments. This advantageously increases the reliability.
  • the transformer main winding here serves to introduce the majority of the voltage induced in the overall winding, for example 85%, while the additional winding contributes, for example, a maximum of 30% to the induced voltage, of which, for example, 10% each relate to first, second and third winding module. But it is also quite possible a division of 12%, 6% and 12%.
  • the aforementioned advantages of an additional winding according to the invention also extend in a comparable manner to a transformer winding according to the invention.
  • Fig. 1 shows an exemplary first transformer accessory winding 10 having first 12, second 14, and third 16 winding modules.
  • the winding modules are indeed as galvanically isolated, but are typically considered to be arranged on one and the same winding body about a common axis of rotation around.
  • the first winding module 12 has three first winding segments 18, which are galvanically connected in series and are guided for contacting with their respective terminals as taps 24, 26 to the surface of the winding body not explicitly shown.
  • a third winding module 16 is constructed, which has three third winding segments 22 connected in series, whose terminals are guided as taps 30, 32 on the surface of the winding body, not shown.
  • a second winding module 14 comprises five exemplary electrically connected in series second winding segments 20, whose terminals are guided as taps 28 to the surface of the winding body, not shown.
  • the taps 28 of the second winding module 14 are electrically connected to the inputs of a tap changer 34, which selectively connects one of the taps 28 electrically to its output. This is done by means of a movable in the direction of arrow 38 contact 36, which produces a respective electrical connection with connected to the taps sliding contacts.
  • the terminals 40, 42 of the second winding module 14 are formed by an external tap and the output of a tap changer 34.
  • the terminals 40, 42 are galvanically connected to the respective outer and adjacent to the second winding module 14 taps 26, 32 of the first 12 and third 16 winding module.
  • the contacts 44, 46 are for example insulated cables or else copper rods or other conductors.
  • the winding modules 12, 14, 16 are electrically connected in series.
  • the taps 24, 28 of the first winding module 12 are provided with corresponding contacting devices, so that by means of a contact 52 optionally an electrical connection to a first terminal 48 of the transformer additional winding can be produced.
  • a contact 52 optionally an electrical connection to a first terminal 48 of the transformer additional winding can be produced.
  • This can be done either by means of a manually arranged and to be fastened cable or conductor connection, or even by means of a selector switch, which electrically fulfills the same function. This is preferably designed such that it only switches in the de-energized state, so as to reduce its design complexity.
  • the taps 30, 32 of the third winding module 22 by means of a contact with a second terminal 50 of the transformer additional winding connectable. A connection of the transformer additional winding thus takes place via its two terminals 48, 50.
  • Fig. 2 shows an exemplary second transformer auxiliary winding 60. This corresponds in its essential components of the first transformer winding 10 from Fig. 1 , however, in this example, the first and second winding modules are combined in a common winding module 62. However, this is galvanically isolated from a third winding module 64. This separation is necessary in order to be able to introduce the output of the tap changer into the third winding module, and to avoid a short circuit with the non-active second winding segments in the rear region (shown on the right in FIG. 1) of the common winding module 62.
  • FIG. 3 an exemplary first and second winding module in a sectional view 70.
  • This sectional view comes close to the real structure of a transformer additional winding according to the invention relatively close, as here the layer-wound structure around a winding axis 90 is shown.
  • An exemplary first winding module is indicated by the reference numeral 72 and a second exemplary winding module by the reference numeral 74.
  • the conductor is wound in a plurality of winding layers 80, 82, 84, 86, 88 meandering from the radially inner region to the radially outer region.
  • the first winding module 72 which would also essentially correspond to a third winding module, has three exemplary taps 76.
  • the second winding module 74 has nine exemplary taps 78, which are then to be connected to a tap changer, not shown.
  • the number of windings of the winding segments connected between adjacent taps is significantly higher in the case of the first winding module 72 than in the second winding module 74, since this only serves to set the offset of the voltage control band of the second winding module, which typically has to be less finely graduated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Transformatorwicklung, umfassend eine Transformatorhauptwicklung und eine damit in Reihe geschaltete Transformatorzusatzwicklung, ihrerseits umfassend ein erstes, zweites und drittes, Wicklungsmodul mit jeweils wenigstens einem ersten, zweiten beziehungsweise dritten jeweilige Anzapfungen aufweisenden Wicklungssegment, und einen mit den Anzapfungen des zweiten Wicklungsmoduls verbundenen Stufenschalter, wobei die Anschlüsse des zweiten Wicklungsmoduls durch eine außen liegende Anzapfung und den Ausgang des Stufenschalters gebildet sind.
  • Es ist allgemein bekannt, dass Leistungstransformatoren, insbesondere Öltransformatoren zur Erhöhung ihrer Flexibilität im elektrischen Energieversorgungsnetz mit sogenannten Stufenschaltern versehen sein können, wodurch letztendlich das Übersetzungsverhältnis des Transformators in gewissen Grenzen anpassbar ist, beispielsweise in einem Bereich von 85% bis 115% der Nennspannung. Dies sind zumeist unter Last schaltbare Wahlschalter, welche je nach gegebenen Randbedingungen eine von beispielsweise 24 Anzapfungen einer Zusatzwicklung abgreifen, welche üblicherweise elektrisch in Reihe zu einer jeweiligen Transformatorhauptwicklung geschaltet ist. Es ist auch durchaus üblich, nur eine einzige Wicklung zu vorzusehen, welche dann in ihrem hinteren Bereich, beispielsweise in den letzten 20% ihrer Wicklung, entsprechende Anzapfungen aufweist. Der Ausgang des Stufenschalters dient dann als Ausgang der in Reihe geschalteten Haupt- und Zusatzwicklung. Derartige Stufenschalter sind insbesondere aufgrund deren Anforderung unter Laststrom schalten zu können und den hohen Anforderungen an deren Isolation sehr aufwändig und komplex. Beim Einsatz in Öltransformatoren ist aufgrund dessen Anordnung innerhalb des Ölkessels und des Flutens auch des Stufenschalters mit Öl zumindest bezüglich des Isolationsaufwandes eine gewisse Erleichterung gegeben.
  • Eine derartige Regelfähigkeit wird zunehmend auch bei sogenannten Trockentransformatoren gefordert. Trockentransformatoren weisen beispielsweise bei Nennspannungen zwischen 6kV und 110kV eine Nennleistung im Bereich von einigen 100kVA bis hin zu mehreren 10MVA auf. Die Nennleistung von Trockentransformatoren liegt somit typischerweise unterhalb der Nennleistung von Öltransformatoren. Trockentransformatoren sind aufgrund des nicht vorhandenen Öls beziehungsweise Ölkessels im Vergleich zu Öltransformatoren wartungsärmer, es ist jedoch ein erhöhter Aufwand bezüglich deren Isolation zu betreiben. Dies gilt entsprechend auch für Stufenschalter, mit welchen Trockentransformatoren ausgerüstet werden können.
  • Als nachteilig erweist es sich daher, dass die aus dem Öltransformatorbereich bekannten Stufenschalteranordnungen nicht oder nur unter unverhältnismäßig hohem Aufwand auf Trockentransformatoren übertragbar
  • DE 26 20 211 offenbart eine Transformatorwicklung umfassend eine Transformatorhauptwicklung (2) und eine damit elektrisch in Reihe geschaltete Transformatorzusatzwicklung (8) mit einem Wicklungsmodul (8) bestehend aus mehreren Wicklungssegmenten und mit einem Stufenschalter.
  • EP 1 727 257 A1 und DE 39 36 937 A1 offenbaren eine Transformatorwicklung umfassend eine Transformatorhauptwicklung und eine Transformatorzusatzwicklung umfassend mehrere Wicklungsmodule.
  • US 3 176 089 (Fig.4) offenbart eine Transformatorwicklung, umfassend ein erstes (100 (oben)), zweites (100 (mittig)) und drittes (100 (unten)) Wicklungsmodul mit jeweils wenigstens einem ersten, zweiten beziehungsweise dritten jeweilige Anzapfungen aufweisenden Wicklungssegment, und einen mit den Anzapfungen des zweiten Wicklungsmoduls verbundenen Stufenschalter (30/15), wobei die Anschlüsse des zweiten Wicklungsmoduls durch eine außen liegende Anzapfung und den Ausgang des Stufenschalters gebildet sind, wobei das zweite Wicklungsmodul an seinen beiden Anschlüssen mit dem ersten und dritten Wicklungsmodul verbunden und elektrisch in Reihe geschaltet ist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Regelmöglichkeit für Transformatorwicklungen, insbesondere von Trockentransformatoren anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeidet. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Transformatorwicklung, umfassend eine Transformatorhauptwicklung und eine damit in Reihe geschaltete
  • Transformatorzusatzwicklung, gemäss Anspruch 1.
  • Durch eine Dreiteilung der Zusatzwicklung in ein erstes, zweites und drittes Wicklungsmodul, wobei ein Stufenschalter lediglich für das mittlere, nämlich das zweite Wicklungsmodul vorgesehen ist, ist der mögliche Spannungshub, welcher vom Stufenschalter zu beherrschen ist, in vorteilhafter Weise reduziert. So könnten beispielsweise bei einer typischen Anzahl von 24 Anzapfungen jeweils 8 auf jedes der drei Wicklungsmodule entfallen. Sowohl der konstruktive Aufwand als auch der Isolationsaufwand für den Stufenschalter, der typischerweise gerade nicht mit Öl gefüllt ist und somit besonders aufwändig ist, ist dadurch vorteilhaft reduziert.
  • Gerade im Einsatzgebiet von Trockentransformatoren ist im Netzbetrieb zu Regelungszwecken typischerweise eher nur ein geringerer Spannungshub erforderlich, welcher von einem Stufenschalter abzudecken ist. Dies liegt an den typischerweise bei den geringeren Spannungsebenen von Trockentransformatoren geringeren prozentualen betriebsmäßigen Spannungsschwankungen, welche durch eine Regelvorrichtung wie einen Stufenschalter auszugleichen wären. Ein größerer von Öltransformatoren bekannter Regelbereich, welcher beispielsweise einen Bereich von 80% bis 120% der Nennspannung des Trockentransformators abdeckt, ist allerdings dann notwendig, wenn langfristige und netzinfrastrukturbedingte Spannungsänderungen auszugleichen sind, beispielsweise wenn geplant ist, die Spannung in einem bestimmten Netzteil generell um einige Prozent anzuheben. In diesem Fall würde der Stufenschalter nach der Spannungsanhebung betriebsmäßig im oberen Bereich der wählbaren Stufen operieren, wohingegen der untere dann Bereich ungenutzt bliebe.
  • Die Erfindung basiert daher auf der Grundidee, einen Stufenschalter bereitzustellen, welcher das betriebsmäßig auftretende Spannungsschwankungsband regelungstechnisch abdeckt und langfristige Spannungsschwankungen mittels der Anzahl der in Reihe geschalteten Wicklungssegmente der ersten und dritten Wicklungsmodule festzulegen. Für den Fall, dass eine geringe Anzahl an ersten und dritten Wicklungssegmenten in Reihe geschaltet ist, würde die regelbare Ausgangsspannung entsprechend in einem unteren Spannungsbereich liegen, bei entsprechend hoher Anzahl an in Reihe geschalteten ersten und dritten Wicklungssegmenten demgemäß in einem oberen Bereich. Langfristige Schwankungen des Spannungsbandes sind damit in vorteilhafter Weise über die ersten und dritten Wicklungssegmente ausgleichbar.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine derartige Anpassung der Zusatzwicklung auf langfristige Spannungsänderungen im stromlosen Zustand und gegebenenfalls auch manuell durchzuführen, weil dann die Verschaltung der Wicklungssegmente des ersten und dritten Wicklungsmoduls entsprechend mit geringerem Aufwand durchzuführen ist, im einfachsten Fall mit einer Verschraubung oder sonstigen Befestigung eines Verbindungskabels oder dergleichen zwischen den entsprechenden Anzapfungen. Diese sind für diesen Fall dann mit entsprechenden Befestigungsmitteln zu versehen.
  • Der an sich symmetrische Aufbau mit drei Wicklungsmodulen, von denen das mittlere mit einem Stufenschalter versehen ist, bewirkt, dass sich die Verkürzung des Hubes des Stufenschalters nicht negativ auf das Kurzschlussverhalten des Transformators beziehungsweise der Transformatorzusatzwicklung auswirkt, was in diesem Fall dann ebenfalls unsymmetrisch würde. Im Gegensatz zu der naheliegenden Variante mit nur zwei in Reihe geschalteten Wicklungsmodulen, nämlich einem ersten ohne Stufenschalter und einem zweiten mit Stufenschalter, ist damit also ein verbessertes Betriebsverhalten bewirkt. Außerdem ergibt sich bei der Anordnung mit drei Wicklungsmodulen eine gleichmäßigere Änderung der Kurzschußimpedanz des Transformators in den verschiedenen Anzapfungsstellungen.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Transformatorzusatzwicklung weist das zweite Wicklungsmodul eine Mehrzahl an elektrisch in Reihe geschalteten Wicklungssegmenten auf. Die Anzahl an Wicklungssegmenten und deren jeweilige Windungsanzahl bestimmen das Reglungsband der Spannung, welches mittels des Stufenschalters realisierbar ist. Je nach Anforderungen im elektrischen Netz können beispielsweise maximal acht, aber auch in Einzelfällen sogar zwei oder drei Wicklungssegmente für ein zweites Wicklungsmodul ausreichend sein, die gewünschte Regelcharakteristik zu realisieren. Der Spannungshub, welcher mit einem jeweiligen Wicklungssegment idealerweise erreichbar ist, liegt beispielsweise im Beeich von 1% - 2% der Nennspannung, so dass sich für alle Wicklungssegmente summarisch beispielsweise ein Hub von insgesamt +/-5% ergibt, wobei dies sehr abhängig von den jeweiligen Randbedingungen ist. Der Begriff Nennspannung bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Nennspannung einer Transformatorhauptwicklung in Reihenschaltung mit der Zusatzwicklung und beträgt beispielsweise 10kV oder 110kV.
  • Entsprechend einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Transformatorzusatzwicklung weist das erste und das dritte Wicklungsmodul eine Mehrzahl an elektrisch in Reihe geschalteten ersten und dritten Wicklungssegmenten auf. Die Anzahl an Wicklungssegmenten des ersten und dritten Wicklungsmoduls bestimmt zusammen mit deren jeweiliger Windungszahl den maximalen Spannungshub, mit welchem das regelbare Spannungsband des zweiten Wicklungsmoduls mit Stufenschalter für langfristige Spannungsänderungen verschiebbar ist. Da es sich letztendlich um eine Offset-Einstellung handelt her ist es durchaus sinnvoll, die Anzahl auf weniger Wicklungssegmente mit entsprechend höherer Windungszahl zu begrenzen, so dass sich beispielsweise jeweils vier Wicklungssegmente je Wicklungsmodul ergeben, welche beispielsweise einen Hub von je 2,5% der Nennspannung aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Erfindungsvariante ist die für eine Reihenschaltung des ersten und/oder des dritten Wicklungsmoduls notwendige Kontaktierung der jeweiligen Anzapfungen mittels einer mechanisch lösbaren Leiter- und/oder Kabelverbindung realisiert. Eine Änderung der Verschaltung des ersten und dritten Wicklungsmoduls ist typischerweise nur bei langfristigen Änderungen der Netzverhältnisse, beispielsweise bei einer geringfügigen Anhebung der Nennspannung, notwendig. Dies lässt sich besonders einfach während eines turnusmäßigen Wartungszyklus realisieren, beispielsweise indem manuell entsprechende Kabel oder sonstige elektrische Verbindungen mit den jeweils gewünschten Anzapfungen verbunden werden. Hierzu sind beispielsweise Klemm- oder Schraubverbindungen denkbar.
  • Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transformatorzusatzwicklung ist zumindest ein Teil der Anzapfungen des ersten und / oder dritten Wicklungsmoduls mit den Eingängen eines jeweiligen Wahlschalters verbunden, so dass die Anzahl der elektrisch mit dem zweiten Wicklungsmodul in Reihe geschalteten ersten beziehungsweise dritten Wicklungssegmente damit festlegbar ist. Diese Variante ist insbesondere dann von Vorteil, wenn auch kurz- oder mittelfristige Änderungen der Netzspannung auftreten können, so dass der Offset des zweiten Wicklungsmoduls entsprechend häufig anzupassen ist. Ein derartiger Wahlschalter ist typischerweise stromlos zu schalten und kann manuell oder auch mit einem Antrieb geschaltet werden. Durch eine Schaltung nur im stromlosen Zustand kann der Wahlschalter entsprechend einfach und auch kompakt ausgestaltet werden. In diesem Fall sind die Anzapfungen des ersten beziehungsweise dritten Wicklungsmoduls beispielsweise mit entsprechenden Schleifkontakten auszurüsten, über welche ein beweglicher Abnehmer führbar ist.
  • In besonders bevorzugter Weise sind die Anzahl der in Reihe geschalteten Wicklungssegmente des ersten Wicklungsmoduls und die Anzahl der in Reihe geschalteten Wicklungssegmente des dritten Wicklungsmoduls in etwa gleich, idealer Weise identisch. Indem beidseitig des zweiten Wicklungsmoduls eine ähnliche Anzahl von Wicklungssegmenten geschaltet ist, ist die Symmetrie der gesamten Zusatzwicklung entsprechend begünstigt und das Betriebsverhalten verbessert. Letztendlich ist allerdings nicht die Zahl der aktiv in Reihe geschalteten Wicklungssegmente sondern die Anzahl der aktiv in Reihe geschalteten Windungen der Wicklung ausschlaggebend, da es durchaus erfindungsgemäß vorgesehen ist, innerhalb ein und desselben Wicklungsmoduls auch Wicklungssegmente mit unterschiedlichen Anzahlen an Windungen vorzusehen. Hierdurch würde beispielsweise auch die Flexibilität der Spannungsreglung in vorteilhafter Weise weiter erhöht.
  • In ebenso bevorzugter Weise erfolgt die Kontaktierung des ersten und/oder dritten Wicklungsmoduls zur jeweiligen Verbindung mit den Anschlüssen des zweiten Wicklungsmoduls an der jeweils außen liegenden, dem zweiten Wicklungsmodul benachbarten Anzapfung. Die Anzapfungen sind an der Wicklungsoberfläche zumeist längs eines Pfades angeordnet, wobei die erste und die letzte Anzapfung jeweils eine äußere Anzapfung bilden. Die Anordnung der Anzapfungen an der Wicklungsoberfläche korreliert zumeist in gewissen Grenzen mit der Anordnung der Wicklungssegmente in der Wicklung. Wenn nun die jeweils dem zweiten Wicklungsmodul geometrisch benachbarte Anzapfung für die elektrische Reihenschaltung verwendet wird, so werden unnötige offene Wicklungssegmente mit letztendlich erhöhtem Potential zwischen aktiven Wicklungssegmenten vermieden. Dies erhöht in vorteilhafter Weise die Betriebssicherheit. Die Transformatorhauptwicklung dient hierbei der Einbringung des Hauptanteils der in die Gesamtwicklung induzierten Spannung, beispielsweise 85%, während die Zusatzwicklung beispielsweise maximal 30% zur induzierten Spannung beiträgt, wovon sich beispielsweise je 10% auf erstes, zweites und drittes Wicklungsmodul beziehen. Es ist aber durchaus auch eine Aufteilung von 12%, 6% und 12% denkbar. Die zuvor genannten Vorteile einer erfindungsgemäßen Zusatzwicklung erstrecken sich in vergleichbarer Weise auch auf eine erfindungsgemäße Transformatorwicklung.
  • Dies gilt in ebensolcher Weise für eine entsprechende dreiphasige Transformatorwicklung und einen Trockentransformator mit erfindungsgemäßer Transformatorwicklung.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
  • Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine exemplarische erste Transformatorzusatzwicklung
    Fig. 2
    eine exemplarische zweite Transformatorzusatzwicklung sowie
    Fig. 3
    ein exemplarisches erstes und zweites Wicklungsmodul in Schnittansicht.
  • Fig. 1 zeigt eine exemplarische erste Transformatorzusatzwicklung 10 mit einem ersten 12, zweiten 14 und dritten 16 Wicklungsmodul. Die Wicklungsmodule sind zwar als galvanisch getrennt anzunehmen, sind aber typischerweise als auf ein und demselben Wicklungskörper um eine gemeinsame Rotationsachse herum angeordnet anzusehen. Das erste Wicklungsmodul 12 weist drei erste Wicklungssegmente 18 auf, welche galvanisch in Reihe geschaltet sind und zur Kontaktierung mit ihren jeweiligen Anschlüssen als Anzapfungen 24, 26 an die Oberfläche des nicht explizit gezeigten Wicklungskörpers geführt sind. Analog zum ersten Wicklungsmodul 12 ist ein drittes Wicklungsmodul 16 aufgebaut, welches drei in Reihe geschaltete dritte Wicklungssegmente 22 aufweist, deren Anschlüsse als Anzapfungen 30, 32 an die Oberfläche des nicht gezeigten Wicklungskörpers geführt sind.
  • Ein zweites Wicklungsmodul 14 umfasst fünf exemplarische elektrisch in Reihe geschaltete zweite Wicklungssegmente 20, deren Anschlüsse als Anzapfungen 28 an die Oberfläche des nicht gezeigten Wicklungskörpers geführt sind. Die Anzapfungen 28 des zweiten Wicklungsmoduls 14 sind elektrisch mit den Eingängen eines Stufenschalters 34 verbunden, welcher wahlweise eine der Anzapfungen 28 elektrisch mit seinem Ausgang verbindet. Dies geschieht mittels eines in Pfeilrichtung 38 beweglichen Kontaktes 36, welcher mit an den Anzapfungen verbundenen Schleifkontakten eine jeweilige elektrische Verbindung herstellt. Die Anschlüsse 40, 42 des zweiten Wicklungsmoduls 14 sind durch eine außen liegende Anzapfung und den Ausgang eines Stufenschalters 34 gebildet. Mittels der Kontaktierungen 44, 46 sind die Anschlüsse 40, 42 galvanisch mit den jeweils außen liegenden und den dem zweiten Wicklungsmodul 14 benachbarten Anzapfungen 26, 32 des ersten 12 und dritten 16 Wicklungsmoduls verbunden. Die Kontaktierungen 44, 46 sind beispielsweise Isolierte Kabel oder aber auch Kupferstangen oder sonstige Leiter. Somit sind die Wicklungsmodule 12, 14, 16 elektrisch in Reihe geschaltet.
  • Die Anzapfungen 24, 28 des ersten Wicklungsmoduls 12 sind mit entsprechenden Kontaktiervorrichtungen versehen, so dass mittels einer Kontaktierung 52 wahlweise eine elektrische Verbindung zu einem ersten Anschluss 48 der Transformatorzusatzwicklung herstellbar ist. Dies kann sowohl mittels einer manuell anzuordnenden und zu befestigenden Kabel- oder Leiterverbindung erfolgen, oder aber auch mittels eines Wahlschalters, welcher elektrisch gesehen dieselbe Funktion erfüllt. Dieser ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass er nur im stromlosen Zustand schaltet, um so dessen konstruktiven Aufwand zu senken. In analoger Weise sind die Anzapfungen 30, 32 des dritten Wicklungsmoduls 22 mittels einer Kontaktierung mit einem zweiten Anschluss 50 der Transformatorzusatzwicklung verbindbar. Ein Anschluss der Transformatorzusatzwicklung erfolgt somit über ihre beiden Anschlüsse 48, 50.
  • Fig. 2 zeigt eine exemplarische zweite Transformatorzusatzwicklung 60. Diese entspricht in ihren wesentlichen Komponenten der ersten Transformatorwicklung 10 aus Fig. 1. Jedoch sind in diesem Beispiel das erste und das zweite Wicklungsmodul in einem gemeinsamen Wicklungsmodul 62 zusammengefasst. Dieses ist von einem dritten Wicklungsmodul 64 jedoch galvanisch getrennt. Diese Trennung ist notwendig, um den Ausgang des Stufenschalters in das dritte Wicklungsmodul einführen zu können, und einen Kurzschluss mit den nicht aktiven zweiten Wicklungssegmenten im hinteren (in der Fig. rechts gezeigten) Bereich des gemeinsamen Wicklungsmoduls 62 zu vermeiden.
  • Fig. 3 ein exemplarisches erstes und zweites Wicklungsmodul in einer Schnittansicht 70. Diese Schnittansicht kommt dem realen Aufbau einer erfindungsgemäßen Transformatorzusatzwicklung relativ nah, da hier der lagenweise gewickelte Aufbau um eine Wickelachse 90 dargestellt ist. Ein exemplarisches erstes Wicklungsmodul ist mit der Bezugsziffer 72 angedeutet und ein zweites exemplarisches Wicklungsmodul mit der Bezugsziffer 74. Die durchgezogenen Linien, mit welchen die Wicklungsmodule 72, 74 dargestellt sind, beschreiben jedoch keinen elektrischen Leiter, sondern vielmehr das Wickelschema eines um die Wickelachse 90 gewickelten Leiters, also den Querschnittsverlauf von nebeneinander angeordneten Leiterabschnitten. Der Leiter ist in mehreren Wickellagen 80, 82, 84, 86, 88 mäanderförmig vom radial inneren Bereich zum radial äußeren bereich gewickelt. Das erste Wicklungsmodul 72, welches im Wesentlichen auch einem dritten Wicklungsmodul entsprechen würde, weist drei exemplarische Anzapfungen 76 auf. Das zweite Wicklungsmodul 74 weist neun exemplarische Anzapfungen 78 auf, welche dann mit einem nicht gezeigten Stufenschalter zu verbinden sind. Die Zahl der Wicklungen der zwischen benachbarten Anzapfungen verschalteten Wicklungssegmente ist bei dem ersten Wicklungsmodul 72 deutlich höher als bei dem zweiten Wicklungsmodul 74, da dies nur der Offsetfestlegung des Spannungsregelbandes des zweiten Wicklungsmoduls dient, welche typischerweise weniger fein abgestuft sein muss.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    exemplarische erste Transformatorzusatzwicklung
    12
    erstes Wicklungsmodul
    14
    zweites Wicklungsmodul
    16
    drittes Wicklungsmodul
    18
    Wicklungssegmente des ersten Wicklungsmoduls
    20
    Wicklungssegmente des zweiten Wicklungsmoduls
    22
    Wicklungssegmente des dritten Wicklungsmoduls
    24
    Anzapfungen des ersten Wicklungsmoduls
    26
    außen liegende zweitem Wicklungsmodul benachbarte Anzapfung
    28
    Anzapfungen des zweiten Wicklungsmoduls
    30
    Anzapfungen des dritten Wicklungsmoduls
    32
    außen liegende zweitem Wicklungsmodul benachbarte Anzapfung
    34
    Stufenschalter
    36
    beweglicher Kontakt
    38
    Bewegungsrichtung des Kontaktes
    40
    erster Anschluss zweites Wicklungsmodul
    42
    zweiter Anschluss zweites Wicklungsmodul
    44
    Kontaktierung zwischen erstem und zweiten Wicklungsmodul
    46
    Kontaktierung zwischen zweitem und dritten Wicklungsmodul
    48
    erster Anschluss der Transformatorzusatzwicklung
    50
    zweiter Anschluss der Transformatorzusatzwicklung
    52
    Kontaktierung des ersten Anschlusses der Transformatorzusatzwicklung
    54
    Kontaktierung des zweiten Anschlusses der Transformatorzusatzwicklung
    60
    exemplarische zweite Transformatorzusatzwicklung
    62
    gemeinsames Wicklungsmodul
    64
    drittes Wicklungsmodul
    70
    exemplarisches erstes und zweites Wicklungsmodul in Schnittansicht
    72
    exemplarisches erstes Wicklungsmodul
    74
    exemplarisches zweites Wicklungsmodul
    76
    Anzapfungen von erstem Wicklungsmodul
    78
    Anzapfungen von zweitem Wicklungsmodul
    80
    erste Wicklungslage von zweitem Wicklungsmodul
    82
    zweite Wicklungslage von zweitem Wicklungsmodul
    84
    dritte Wicklungslage von zweitem Wicklungsmodul
    86
    vierte Wicklungslage von zweitem Wicklungsmodul
    88
    fünfte Wicklungslage von zweitem Wicklungsmodul
    90
    Wickelachse

Claims (9)

  1. Transformatorwicklung, umfassend eine Transformatorhauptwicklung und eine damit elektrisch in Reihe geschaltete Transformatorzusatzwicklung (10, 60), ihrerseits umfassend ein erstes (12, 72), zweites (14, 74) und drittes (16, 64) Wicklungsmodul mit jeweils wenigstens einem ersten (18), zweiten (20) beziehungsweise dritten (22) jeweilige Anzapfungen (24, 26, 28, 30, 32, 76, 78) aufweisenden Wicklungssegment (18, 20, 22), und einen mit den Anzapfungen (28, 76) des zweiten Wicklungsmoduls (14, 74) verbundenen Stufenschalter (34), welcher wahlweise eine der Anzapfungen (28, 76) des zweiten Wicklungsmoduls (14, 74) elektrisch mit seinem Ausgang verbindet, wobei die Anschlüsse (40, 42) des zweiten Wicklungsmoduls (14, 74) durch eine außen liegende Anzapfung und den Ausgang des Stufenschalters (34) gebildet sind, wobei das zweite Wicklungsmodul (14, 74) an seinem ersten genannten Anschluss (40) mit wenigstens einem Wicklungssegment (18) des ersten Wicklungsmoduls (12, 72) und an seinem anderen genannten Anschluss (42) mit wenigstens einem Wicklungssegment (22) des dritten Wicklungsmoduls (16,64) verbunden und elektrisch in Reihe geschaltet (44, 46) ist.
  2. Transformatorwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wicklungsmodul (14, 74) eine Mehrzahl an elektrisch in Reihe geschalteten Wicklungssegmenten (20) aufweist.
  3. Transformatorwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (12, 72) und das dritte (16, 64) Wicklungsmodul eine Mehrzahl an elektrisch in Reihe geschalteten Wicklungssegmenten (18 bzw. 22) aufweisen.
  4. Transformatorwicklung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für eine Reihenschaltung des ersten und/oder des dritten Wicklungsmoduls notwendige Kontaktierung (44, 46, 52, 54) der jeweiligen Anzapfungen (24, 26, 28, 30, 32, 76, 78) mittels einer mechanisch lösbaren Leiter- und/oder Kabelverbindung realisiert ist.
  5. Transformatorwicklung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Anzapfungen (24, 26, 30, 32, 76) des ersten (12, 72) und / oder dritten (16, 64) Wicklungsmoduls mit den Eingängen eines jeweiligen Wahlschalters verbunden sind, so dass die Anzahl der elektrisch mit dem zweiten Wicklungsmodul (14, 74) in Reihe geschalteten Wicklungssegmente (18, 22) damit festlegbar ist.
  6. Transformatorwicklung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der in Reihe geschalteten Wicklungssegmente (18) des ersten Wicklungsmoduls (12, 72) und die Anzahl der in Reihe geschalteten Wicklungssegmente (22) des dritten Wicklungsmoduls (16, 64) identisch sind.
  7. Transformatorwicklung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung (44, 46) des ersten (12, 72) und/oder dritten (16, 64) Wicklungsmoduls zur jeweiligen Verbindung mit den Anschlüssen des zweiten Wicklungsmoduls (14, 74) an der jeweils außen liegenden, dem zweiten Wicklungsmodul (14, 74) benachbarten Anzapfung (26, 32) erfolgt.
  8. Transformatorwicklung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese dreiphasig ausgeführt ist.
  9. Trockentransformator, umfassend einen Transformatorkern und eine Transformatorwicklung nach einem der Ansprüche 1 oder 8.
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