EP3420570B1 - Elektrisches hochspannungsgerät mit einer regelwicklungsgruppe - Google Patents

Elektrisches hochspannungsgerät mit einer regelwicklungsgruppe Download PDF

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EP3420570B1
EP3420570B1 EP17715067.9A EP17715067A EP3420570B1 EP 3420570 B1 EP3420570 B1 EP 3420570B1 EP 17715067 A EP17715067 A EP 17715067A EP 3420570 B1 EP3420570 B1 EP 3420570B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
subgroup
control winding
control
fine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP17715067.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3420570A1 (de
Inventor
Carsten Koczula
Manfred Biegel
Zsolt Teli
Frank Trautmann
Jens Hoppe
Johann KÖHL
Klaus Welss
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3420570A1 publication Critical patent/EP3420570A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3420570B1 publication Critical patent/EP3420570B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to an electrical device for connection to a high-voltage network with a housing that can be filled with a cooling liquid, a core made of a magnetizable material arranged in the housing, a main winding that encloses a section of the core, a control winding group with control windings, each enclose a portion of the core and a switch that selectively enables or prevents current flow across each control winding.
  • a choke is used in electrical supply networks, for example, to compensate for capacitive reactive power.
  • the choke is equipped with an on-load tap changer, with which turns of a control winding group can be connected to a main winding. So far, the maximum achievable reactive power setting range for such a choke was, for example, about 60% in a 420 kV network, based on its maximum operating power. Due to the increasing fluctuation of the reactive power in the supply network, it is desirable to be able to regulate the reactive power in the network over a larger area.
  • the DE 2904470 A1 relates to a transformer with which an adjustment of the voltage and the phase relationship between current and voltage in an AC voltage network is made possible.
  • the transformer has a main winding for each phase of the energy supply network in which it is used, which winding is inductively coupled to two control windings.
  • each main winding can be connected to the two control windings of another phase of the transformer by means of a so-called reverser, so that an adjustment of the phase position is made possible.
  • the control windings have taps, with a tap changer being provided in order to connect a number of turns of the control winding which can be determined via the contacting of the tapping in series with the main winding.
  • the DE 10 2014 100 949 A1 discloses an on-load tap changer which, according to the reactor switching principle, serves for uninterrupted load switching between different winding taps of a step transformer.
  • a choke serves as a switching reactance.
  • the WO 2015/193011 A1 discloses an arrangement with two on-load tap-changers and a transformer with such an arrangement.
  • the object of the invention is therefore to provide an electrical device of the type mentioned at the outset which increases a reactive power setting range.
  • the reactive power setting range based on the maximum power of the electrical device should be greater than 60% at a voltage of 420 kV.
  • control winding group has a first control winding subgroup and a second control winding subgroup, the first control winding subgroup and the second control winding subgroup being constructed identically to one another, and in that each control winding subgroup has at least one coarse stage (G) and at least one fine stage (F) .
  • two control sub-groups are provided to provide a larger adjustment range of the reactive power, which have an identical structure to each other.
  • the first control subgroup and the second control subgroup are arranged in the housing of the electrical device in such a way that the specified boundary conditions are met in the installation space delimited by the housing.
  • These given boundary conditions include, for example, the maximum permissible leakage reactance between each coarse and fine level pair of the switch, which must not be exceeded in order to enable safe operation of the electrical device.
  • the scattering reactance can be determined in the usual way known to the person skilled in the art. If, for example, two windings are arranged next to one another, the leakage reactance can be determined from the measurements of the short-circuit impedance of both windings.
  • control winding subgroups each have at least one rough and at least one fine stage.
  • the current flow through the coarse and fine stage (s) of the control winding subgroup can be interrupted by the said switch as required.
  • the switch is, for example, a commercially available on-load tap changer.
  • a coarse stage is a winding with more turns than a fine stage.
  • the fine stage can be divided into several fine stage subunits. Switching on a coarse step changes the reactive power in the network more than switching on a fine step.
  • coarse, fine and coarse or fine winding are used synonymously here.
  • control winding subgroups the master winding are arranged in an inventive manner in the housing of the electrical device common to all windings.
  • the main winding encloses a core section extending in the axial direction.
  • Said core section is, for example, a leg of a core.
  • the main winding comprises a first turn, which is set up for direct connection to the high-voltage network.
  • the first turn is connected to a high-voltage connection of the electrical device via a turn-free conductor section.
  • This high-voltage connection is, for example, an expedient bushing, the high-voltage conductor of which is connected to the first turn at its winding end.
  • an outdoor connection is formed on the side of the high-voltage bushing facing away from the winding end.
  • the respective main winding is connected to a phase of a high-voltage network via the outdoor connection.
  • the first control winding subgroup and the second control winding subgroup are arranged at a distance from one another in the said axial direction and enclose a part of the core section which also surrounds the main winding.
  • the control winding subgroups are each shorter in the axial direction and preferably each less than half as long as the main winding.
  • the control winding sub-groups stacked axially one above the other therefore enclose in total the same core section, for example the same leg area as the main winding.
  • the main winding encloses a core section which extends in the axial direction, the first winding being set up for direct connection to the high-voltage network.
  • the first turn is connected to the high-voltage connection of the electrical device via an unwinding, turn-free conductor section.
  • the first control winding subgroup and the second control winding subgroup each enclose the same core section as the main winding, the first control winding subgroup and the second control winding subgroup being arranged concentrically to one another and thus of course also to the main winding.
  • control winding subgroups each have a coarse and a fine stage
  • one embodiment of the invention faces a coarse stage in the radial direction of the main winding.
  • the fine stage of this control winding subgroup then follows in the radial direction to the outside. This is preferably followed by a fine stage of the second control winding subgroup.
  • the order in the radial direction from the inside to the outside is rough, fine, fine, coarse.
  • said sequence can also be rough, fine, rough, fine.
  • the leakage reactances can be limited to a permissible level, so that the electrical device and in particular the switch can operate correctly.
  • the main winding encloses a core section which extends in the axial direction, a central turn being set up for direct connection to the high-voltage network.
  • a configuration is also referred to as a center connection.
  • the first control winding subgroup and the second control winding subgroup each enclose the same core section and are arranged next to one another in the radial direction, although they are each divided into two identical winding subgroups.
  • the first control winding subgroup and the second control winding subgroup are arranged concentrically to one another and to the main winding.
  • winding subgroups which are also identical to one another and are spaced apart in the axial direction. Because of this spaced arrangement, the winding subgroups delimit a connection gap through which an untwisted, that is to say winding-free, conductor section extends, which connects the middle winding to the high-voltage connection of the electrical device.
  • trouble-free switching of the control winding sub-groups is made possible by commercially available switches, for example step switches.
  • the center connection is advantageous for certain requirements.
  • Each control winding subgroup expediently has a coarse and a fine winding.
  • the fine winding is divided into two fine sub-windings.
  • the setting ranges can be selected more precisely and thus the reactive power in the supply network connected to the electrical device can be regulated even more precisely.
  • FIG 1 shows a first embodiment of the electrical device 1 according to the invention, which in this case is designed as a choke or in other words compensation choke 1.
  • the choke 1 has a housing 2, which consists of an electrically conductive metal and is at a ground potential.
  • a choke core 3 is arranged, of which in Figure 2 only one leg 4 is indicated schematically as a core section.
  • the choke core 3 consists of flat, flat sheets made of a magnetizable material. It is known that eddy currents are suppressed by the use of magnetizable sheets for the construction of the core.
  • the throttle core 3 can, however, have further legs 4 correspondingly constructed.
  • the core can have return legs that are not surrounded by a winding.
  • the throttle 1 can be single-phase or multi-phase.
  • the leg 4 is in Figure 1 surrounded by a main winding 5, which is shown schematically in the sectional view shown only on one side of the leg 4.
  • the choke 1 has a control winding group 6, which consists of a first control winding subgroup 7 and a second control winding subgroup 8.
  • the first Control winding subgroup 7 and the second control winding subgroup 8 are constructed identically to one another.
  • the housing 2 of the inductor 1 is filled with an insulating liquid, for example an oil or ester, which in addition to the electrical insulation also serves to cool the active part 4, 5, 6 of the inductor 1.
  • Each control winding subgroup 7 or 8 has a coarse winding and a fine winding as a coarse or fine stage.
  • the coarse and fine windings of the first control winding subgroup 7 are referenced with G1 and F1.
  • G refers to the coarse winding and F to the fine winding.
  • G2 refers to the large winding of the second control winding group and F2 to its fine winding.
  • Coarse windings have significantly more turns than fine windings.
  • the main winding 5 forms a first turn, which is connected to a high-voltage connection 11 via a winding-free line section 12.
  • the main winding 5 On its side facing away from the high-voltage connection 1, the main winding 5 forms a star point connection 13.
  • the star point connection is connected to the earth potential.
  • the connection 13 can form a delta connection with the other phases of the inductor 1.
  • the throttle 1 also has a step switch as a switch, which in Figure 1 is not shown and which later in connection with the explanation of the Figures 4 and 5 is described. With the aid of the switch, it is possible to connect the main winding 5 to the windings of the first control winding subgroups 7 and / or 8 in such a way that the reactive power can be regulated in stages in a supply network connected to the high-voltage connection 11.
  • each control winding subgroup 7 or 8 is dimensioned less than half as long as the main winding 5.
  • the main winding 5 faces the leg 4, the coarse windings G1 and G2 and the fine windings F1 and F2 follow.
  • the coarse windings G1 and G2 thus enclose the main winding 5.
  • the fine windings F1 and F2 in turn enclose the coarse windings G1 and G2.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the electrical device 1 according to the invention, which is again designed as a choke 1.
  • the reactor 1 shown differs from the reactor according to Figure 1 only by the arrangement of the control winding subgroups 7 and 8. So in the in Figure 2
  • the control winding subassemblies 7 and 8 are arranged concentrically or at a radial distance from one another, in contrast to the axial arrangement according to Figure 1 .
  • the control winding subgroup 7 concentrically surrounds the main winding 5, which in turn lies within the control winding subgroup 8, which concentrically surrounds the control winding subgroup 7 and the main winding 5 and the leg 4 of the core.
  • the first turn with the main winding 5 is connected to the high-voltage connection 11 directly, that is to say via a winding-free power section 12.
  • the axial extent or length of each control winding subgroup corresponds approximately to that of the main winding 5.
  • the coarse winding G1 faces the main winding 5 as a rough step in the example shown.
  • the fine stage of the first control winding subgroup 7 comprises two concentric fine windings F1, which in turn face a fine stage of the second control winding subgroup having two fine windings F2.
  • the coarse winding G2 is located on the outside in the radial direction 15. The order in the radial direction 15 from the inside to the outside can thus be referred to as coarse, fine, fine, fine, fine, coarse. Otherwise, the explanations apply Figure 1 here accordingly.
  • FIG 3 shows a further embodiment of the electrical device 1 according to the invention, which is again designed as a choke.
  • the reactor 1 shown here differs from that in FIG Figure 2 shown embodiment again only by designing the first control winding subgroup 7 and the second control winding subgroup 8.
  • the two control winding subgroups 7 and 8 are arranged concentrically to one another and to the main winding 5, which concentrically surrounds the leg 4 of the core 3.
  • the exemplary embodiment shown is not the first turn of the main winding 5 connected to the high-voltage connection 11. Rather, a center connection was chosen so that a turn in the middle of the main winding 5 is connected to the high-voltage connection 11 of the choke 1 via a winding-free conductor section 12.
  • the conductor section 12 extends through two winding sub-groups 16 and 17 which are constructed identically to one another and are arranged at a distance from one another in the axial direction 14, so that a connecting gap 18 is formed.
  • the conductor section 12 extends through the connection gap 18.
  • the coarse windings G1 and G2 are arranged in the radial direction 15 inside and outside.
  • the windings of the winding groups 16 and 17 of the first and second control winding subgroups 7 and 8 are electrically connected to one another, but not to the conductor section 12.
  • FIG 4 shows a switching position of a tap changer 19 according to a throttle 1 Figure 1 .
  • the tap changer 19 has two preselectors 20a and 20b for switching on or bypassing a coarse winding G1 or G2 and a fine selector 21 for switching on or bypassing a fine winding F1 or F2.
  • Figure 5 shows a further variant for switching the compensation choke coil according to Figure 1 that differs from that in Figure 4
  • the embodiment shown differs in that two separate tap changers 19a and 19b per phase of the choke 1 can be used.
  • the axial axis symmetry of the coarse and fine stage windings differs from one another. While in Figure 4 an axis symmetry coarse / fine fine / coarse was chosen in the exemplary embodiment according to Figure 5 a coarse / fine coarse / fine axis symmetry is set.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einem Gehäuse, das mit einer Kühlflüssigkeit befüllbar ist, einem in dem Gehäuse angeordneten Kern aus einem magnetisierbaren Material, einer Stammwicklung, die einen Abschnitt des Kerns umschließt, einer Regelwicklungsgruppe mit Regelungswicklungen, die jeweils einen Abschnitt des Kerns umschließen, und einem Schalter, der einen Stromfluss über jede Regelungswicklungen wahlweise ermöglicht oder verhindert.
  • Ein solches elektrisches Gerät ist aus der Praxis bekannt. So wird eine Drossel in elektrischen Versorgungsnetzen eingesetzt, um zum Beispiel kapazitive Blindleistung zu kompensieren. Hierzu ist die Drossel mit einem Laststufenschalter ausgerüstet, mit dem Windungen einer Regelwicklungsgruppe einer Stammwicklung zugeschaltet werden können. Bisher lag der maximal realisierbare Blindleistungseinstellbereich für eine solche Drossel beispielsweise bei etwa 60% in einem 420kV Netz, bezogen auf deren maximale Betriebsleistung. Aufgrund der zunehmenden Schwankung der Blindleistung im Versorgungsnetz, ist es jedoch wünschenswert die Blindleistung im Netz über einen größeren Bereich hinweg regeln zu können.
  • Die DE 2904470 A1 betrifft einen Transformator, mit dem eine Einstellung der Spannung sowie der Phasenlage zwischen Strom und Spannung in einem Wechselspannungsnetz ermöglicht ist. Dazu weist der Transformator für jede Phase des Energieversorgungsnetzes, in dem er eingesetzt wird, eine Stammwicklung auf, die induktiv mit zwei Regelwicklungen gekoppelt ist. Darüber hinaus ist jede Stammwicklung mittels eines so genannten Wenders mit dem zwei Regelwicklungen einer anderen Phase des Transformators verbindbar, so dass eine Einstellung der Phasenlage ermöglicht ist. Um die Spannung regeln zu können, verfügen die Regelwicklungen über Anzapfungen, wobei ein Stufenschalter vorgesehen ist, um eine über die Kontaktierung der Anzapfung bestimmbare Anzahl von Windungen der Regelwicklung in Reihe zur Stammwicklung zu schalten.
  • Die DE 10 2014 100 949 A1 offenbart einen Laststufenschalter, der nach dem Reaktorschaltprinzip zur unterbrechungslosen Lastumschaltung zwischen unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators dient. Hierbei dient eine Drossel als Überschaltreaktanz.
  • Die WO 2015/193011 A1 offenbart eine Anordnung mit zwei Laststufenschaltern sowie einen Transformator mit einer solchen Anordnung.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Gerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einen Blindleistungseinstellbereich zu vergrößern. Beispielsweise soll der Blindleistungseinstellbereich bezogen auf die maximale Leistung des elektrischen Geräts bei einer Spannung von 420 kV größer als 60% sein.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Regelwicklungsgruppe eine erste Regelwicklungsuntergruppe und eine zweite Regelwicklungsuntergruppe aufweist, wobei die erste Regelwicklungsuntergruppe und die zweite Regelwicklungsuntergruppe zueinander identisch aufgebaut sind, und dass jede Regelwicklungsuntergruppe wenigstens eine Grobstufe (G) und wenigstens eine Feinstufe (F) aufweist.
  • Erfindungsgemäß sind zum Bereitstellen eines größeren Einstellbereichs der Blindleistung zwei Regelungsuntergruppen vorgesehen, die einen zueinander gleichen Aufbau aufweisen. Durch die Verdopplung der Regelungswicklungsgruppen werden die zusätzlichen Windungen bereitgestellt, die zum Vergrößern des Einstellbereichs notwendig sind. Dabei sind die erste Regelungsuntergruppe und die zweite Regelungsuntergruppe so in dem Gehäuse des elektrischen Gerätes angeordnet, dass in dem durch das Gehäuse begrenzten Bauraum die vorgegebenen Randbedingungen eingehalten werden. Diese vorgegebenen Randbedingungen umfassen beispielsweise die durch den Schalter begrenzte maximal zulässige Streureaktanz zwischen jedem Grob- und Feinstufenpaar des Schalters, die nicht überschritten werden dürfen, um einen sicheren Betrieb des elektrischen Gerätes zu ermöglichen. Die Streureaktanz kann auf üblichem dem Fachmann bekanntem Wege ermittelt werden. Sind beispielsweise zwei Wicklungen nebeneinander angeordnet, kann die die Streureaktanz aus den Messungen der Kurzschlussimpedanz beider Wicklungen ermittelt werden.
  • Die Regelwicklungsuntergruppen weisen erfindungsgemäß jeweils wenigstens eine Grob- und wenigstens eine Feinstufe auf. Der Stromfluss über die Grob- und Feinstufe(n) der Regelungswicklungsuntergruppe kann durch den besagten Schalter je nach Bedarf unterbrochen werden. Bei dem Schalter handelt es sich beispielsweise um einen handelsüblichen Laststufenschalter. Eine Grobstufe ist eine Wicklung mit mehr Windungen als eine Feinstufe. Dabei kann im Rahmen der Erfindung die Feinstufe in mehrere Feinstufenuntereinheiten unterteilt sein. Das Zuschalten einer Grobstufe ändert die Blindleistung im Netz also stärker als das Zuschalten einer Feinstufe. Die Begriffe Grobstufe, Feinstufe und Grobwicklung bzw. Feinwicklung werden hier synonym verwendet.
  • Um bei dem vorgegebenen und somit begrenzten Bauraum das zulässige Maß an Streureaktanz nicht zu überschreiten, sind die Regelungswicklungsuntergruppen die Stammwicklung in einer erfinderischen Weise in dem allen Wicklungen gemeinsamen Gehäuse des elektrischen Gerätes angeordnet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umschließt die Stammwicklung einen sich in axialer Richtung erstreckenden Kernabschnitt. Der besagte Kernabschnitt ist beispielsweise ein Schenkel eines Kerns. Die Stammwicklung umfasst eine erste Windung, die zum direkten Anschluss an das Hochspannungsnetz eingerichtet ist. Mit anderen Worten ist die erste Windung über einen windungsfreien Leiterabschnitt mit einem Hochspannungsanschluss des elektrischen Gerätes verbunden. Dieser Hochspannungsanschluss ist beispielsweise eine zweckmäßige Durchführung, deren Hochspannungsleiter an seinem Wicklungsende mit der ersten Windung verbunden ist. An der vom Wicklungsende abgewandten Seite der Hochspannungsdurchführung ist beispielsweise ein Freiluftanschluss ausgebildet. Über den Freiluftanschluss ist die jeweilige Stammwicklung mit einer Phase eines Hochspannungsnetzes verbunden. Die erste Regelungswicklungsuntergruppe und die zweite Regelungswicklungsuntergruppe sind bei dieser Ausführung der Erfindung in der besagten axialen Richtung übereinander beabstandet angeordnet und umschließen einen Teil des Kernabschnittes, den auch die Stammwicklung umschließt. Dabei sind die Regelungswicklungsuntergruppen in axialer Richtung jeweils kürzer und bevorzugt jeweils etwas weniger als halb so lang wie die Stammwicklung ausgebildet. Die axial übereinander gestapelten Regelungswicklungsuntergruppen umschließen daher in Summe den gleichen Kernabschnitt, also beispielsweise den gleichen Schenkelbereich wie die Stammwicklung. Bei dieser Anordnung, die kostengünstig herstellbar ist, ist sichergestellt, dass die zulässigen Streureaktanzen nicht überschritten und der Schalter, also beispielsweise ein Stufenschalter, störungsfrei arbeiten kann.
  • Gemäß einer diesbezüglich abweichenden Ausgestaltung der Erfindung umschließt die Stammwicklung einen sich in axialer Richtung erstreckenden Kernabschnitt, wobei die erste Windung zum direkten Anschluss an das Hochspannungsnetz eingerichtet ist. Mit anderen Worten ist die erste Windung über einen ungewundenen windungsfreien Leiterabschnitt mit dem Hochspannungsanschluss des elektrischen Gerätes verbunden. Bei dieser Ausgestaltung umschließen jedoch die erste Regelungswicklungsuntergruppe und die zweite Regelungswicklungsuntergruppe jeweils den gleichen Kernabschnitt wie die Stammwicklung, wobei die erste Regelungswicklungsuntergruppe und die zweite Regelungswicklungsuntergruppe konzentrisch zueinander und somit natürlich auch zur Stammwicklung angeordnet sind. Weisen die Regelwicklungsuntergruppen jeweils eine Grob- und eine Feinstufe auf, ist bei einer Ausführung der Erfindung eine Grobstufe in radialer Richtung der Stammwicklung zugewandt. In radialer Richtung nach außen folgt dann die Feinstufe dieser Regelwicklungsuntergruppe. Hieran schließt sich bevorzugt eine Feinstufe der zweiten Regelwicklungsuntergruppe an. Die Reihenfolge in radialer Richtung von innen nach außen ist dann Grob-, Fein-, Fein-, Grobstufe. Im Rahmen der Erfindung kann die besagte Reihenfolge aber auch Grob-, Fein, Grob-, Feinstufe sein. Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung können die Streureaktanzen auf ein zulässiges Maß begrenzt werden, so dass es zu einem fehlerfreien Betrieb des elektrischen Gerätes und insbesondere des Schalters kommen kann.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die von den bisherigen Ausführungsbeispielen abweicht, umschließt die Stammwicklung einen sich in axialer Richtung erstreckenden Kernabschnitt, wobei eine mittlere Windung zum direkten Anschluss an das Hochspannungsnetz eingerichtet ist. Eine solche Ausgestaltung wird auch als Mittenanschluss bezeichnet. Hierbei umschließen die erste Regelungswicklungsuntergruppe und die zweite Regelungswicklungsuntergruppe jeweils den gleichen Kernabschnitt und sind in radialer Richtung nebeneinander angeordnet, wobei sie jedoch jeweils in zwei identische Wicklungsuntergruppen unterteilt sind. Mit anderen Worten sind die erste Regelwicklungsuntergruppe und die zweite Regelungswicklungsuntergruppe konzentrisch zueinander und zur Stammwicklung angeordnet. Sie weisen jedoch darüber hinaus jeweils zwei Wicklungsuntergruppen auf, die ebenfalls identisch zueinander ausgebildet sind und einen Abstand in axialer Richtung zueinander aufweisen. Aufgrund dieser beabstandeten Anordnung begrenzen die Wicklungsuntergruppen einen Anschlussspalt, durch den sich ein ungewundener, also windungsfreier, Leiterabschnitt erstreckt, der die mittlere Wicklung mit dem Hochspannungsanschluss des elektrischen Gerätes verbindet. Auch gemäß dieser Ausgestaltung ist ein störungsfreies Schalten der Regelungswicklungsuntergruppen durch handelsübliche Schalter, beispielsweise Stufenschalter, ermöglicht. Der Mittenanschluss ist für bestimmte Anforderungen, vorteilhaft. Hinsichtlich der Anordnung der Grob- und Feinstufen gelten die zuvor gemachten Ausführungen hier entsprechend.
  • Zweckmäßigerweise weist jede Regelungswicklungsuntergruppe eine Grob- und eine Feinwicklung auf. Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist die Feinwicklung in zwei Feinunterwicklungen unterteilt. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung können die Einstellbereiche genauer gewählt und somit die Blindleistung in dem mit dem elektrischen Gerät verbundenen Versorgungsnetz noch genauer geregelt werden.
  • Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleich wirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und wobei
    • Figur 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes in einer schematischen Seitenansicht,
    Figur 2
    ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gerätes in einer schematischen Seitenansicht,
    Figur 3
    ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gerätes in einer schematischen Seitenansicht und
    Figuren 4 und 5
    jeweils die Stellung eines Schalters eines elektrischen Gerätes gemäß der Figuren 1 bis 3 schematisch verdeutlichen.
  • Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes 1, das in diesem Fall als Drossel oder mit anderen Worten Kompensationsdrossel 1 ausgeführt ist. Die Drossel 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das aus einem elektrischen leitenden Metall besteht und auf einem Erdpotenzial liegt. In dem Gehäuse 2 ist ein Drosselkern 3 angeordnet, von dem in Figur 2 lediglich ein Schenkel 4 als Kernabschnitt schematisch angedeutet ist. Der Drosselkern 3 besteht aus flachen, ebenen Blechen, die aus einem magnetisierbaren Material bestehen. Durch den Einsatz magnetisierbarer Blechen zum Aufbau des Kerns werden bekanntermaßen Wirbelströme unterdrückt.
  • In Figur 1 ist lediglich ein Schenkel 4 des Drosselkerns 3 gezeigt. Der Kern 3 kann jedoch weitere entsprechend aufgebaute Schenkel 4 aufweisen. Darüber hinaus kann der Kern über Rückflussschenkel verfügen, die von keiner Wicklung umgeben sind. Mit anderen Worten kann die Drossel 1 einphasig oder mehrphasig ausgebildet sein.
  • Der Schenkel 4 ist in Figur 1 von einer Stammwicklung 5 umgeben, die in der gezeigten Schnittansicht nur an einer Seite des Schenkels 4 schematisch verdeutlicht ist. Neben der Stammwicklung 5 weist die Drossel 1 eine Regelwickelgruppe 6 auf, die aus einer ersten Regelwicklungsuntergruppe 7 und einer zweiten Regelwicklungsuntergruppe 8 besteht. Die erste Regelwicklungsuntergruppe 7 und die zweite Regelwicklungsuntergruppe 8 sind identisch zueinander aufgebaut. Das Gehäuse 2 der Drossel 1 ist mit einer Isolierflüssigkeit, beispielsweise einem Öl oder Ester, befüllt, die neben der elektrischen Isolierung auch zur Kühlung des Aktivteils 4, 5, 6 der Drossel 1 dient.
  • Jede Regelwicklungsuntergruppe 7 beziehungsweise 8 verfügt über eine Grobwicklung und eine Feinwicklung als Grob- bzw. Feinstufe. Die Grob- und Feinwicklung der ersten Regelwicklungsuntergruppe 7 sind mit G1 bzw. F1 referenziert. G verweist hierbei auf die Grobwicklung und F auf die Feinwicklung. Entsprechend verweist G2 auf die Großwicklung der zweiten Regelwicklungsgruppe und F2 auf deren Feinwicklung. Grobwicklungen weisen deutlich mehr Windungen auf als Feinwicklungen.
  • Die Stammwicklung 5 bildet eine erste Windung aus, die mit einem Hochspannungsanschluss 11 über einen windungsfreien Leitungsabschnitt 12 verbunden ist. An ihrer vom Hochspannungsanschluss 1 abgewandten Seite bildet die Stammwicklung 5 einen Sternpunktanschluss 13 aus. Der Sternpunktanschluss ist in dem gezeigten Beispiel mit dem Erdpotenzial verbunden. Abweichend davon kann der Anschluss 13 mit den anderen Phasen der Drossel 1 eine Dreiecksschaltung ausbilden.
  • Die Drossel 1 verfügt darüber hinaus über einen Stufenschalter als Schalter, der in Figur 1 nicht gezeigt ist und der später im Zusammenhang mit der Erläuterung der Figuren 4 und 5 beschrieben wird. Mit Hilfe des Schalters ist es möglich, die Stammwicklung 5 mit den Wicklungen der ersten Regelwicklungsuntergruppen 7 und/oder 8 so zu verbinden, dass die Blindleistung in einem an dem Hochspannungsanschluss 11 angeschlossenen Versorgungsnetz stufenweise geregelt werden kann. In axialer Richtung 14 ist jede Regelwicklungsuntergruppe 7 oder 8 weniger als halb so lang dimensioniert wie die Stammwicklung 5. In radialer Richtung 15 ist die Stammwicklung 5 dem Schenkel 4 zugewandt, wobei die Grobwicklungen G1 beziehungsweise G2 und die Feinwicklungen F1 beziehungsweise F2 folgen. Somit umschließen die Grobwicklungen G1 und G2 die Stammwicklung 5. Die Feinwicklungen F1 und F2 umschließen ihrerseits die Grobwicklungen G1 beziehungsweise G2.
  • Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes 1, das auch hier wieder als Drossel 1 ausgeführt ist. Die in Figur 2 dargestellte Drossel 1 unterscheidet sich von der Drossel gemäß Figur 1 lediglich durch die Anordnung der Regelwicklungsuntergruppen 7 und 8. So sind in dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Regelwicklungsuntergruppen 7 und 8 konzentrisch oder mit radialem Abstand zueinander angeordnet, im Gegensatz zur axialen Anordnung gemäß Figur 1. Mit anderen Worten umgibt die Regelwicklungsuntergruppe 7 die Stammwicklung 5 konzentrisch, wobei diese wiederum innerhalb der Regelwicklungsuntergruppe 8 liegt, die die Regelwicklungsuntergruppe 7 und die Stammwicklung 5 sowie den Schenkel 4 des Kerns konzentrisch umgibt. Dabei ist die erste Windung mit der Stammwicklung 5 mit dem Hochspannungsanschluss 11 direkt, also über einen windungsfreien Leistungsabschnitt 12 verbunden. Die axiale Ausdehnung oder Länge jeder Regelwicklungsuntergruppe entspricht in etwa derjenigen der Stammwicklung 5. Die Grobwicklung G1 ist in dem gezeigten Beispiel als Grobstufe der Stammwicklung 5 zugewandt. Die Feinstufe der ersten Regelwicklungsuntergruppe 7 umfasst zwei konzentrische Feinwicklungen F1, die wiederum einer zwei Feinwicklungen F2 aufweisenden Feinstufe der zweiten Regelwicklungsuntergruppe zugewandt sind. Die Grobwicklung G2 liegt in radialer Richtung 15 außen. Die Reihenfolge in radialer Richtung 15 von innen nach außen kann somit als Grob-, Fein-, Fein-, Fein-, Fein-, Grobstufe bezeichnet werden. Ansonsten gelten die Ausführungen zu Figur 1 hier entsprechend.
  • Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes 1, das wieder als Drossel ausgeführt ist. Die hier dargestellte Drossel 1 unterscheidet sich von der in Figur 2 gezeigten Ausgestaltung wieder lediglich durch die Ausgestaltung der ersten Regelwicklungsuntergruppe 7 und der zweiten Regelwicklungsuntergruppe 8. Wie in Figur 2 sind die beiden Regelwicklungsuntergruppen 7 und 8 konzentrisch zueinander und zur Stammwicklung 5 angeordnet, die den Schenkel 4 des Kerns 3 konzentrisch umgibt. Im Gegensatz zu dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht die erste Windung der Stammwicklung 5 mit dem Hochspannungsanschluss 11 verbunden. Vielmehr wurde ein Mittenanschluss gewählt, so dass eine in der Mitte der Stammwicklung 5 liegende Windung über einen windungsfreien Leiterabschnitt 12 mit dem Hochspannungsanschluss 11 der Drossel 1 verbunden ist. Dabei erstreckt sich der Leiterabschnitt 12 durch zwei identisch zueinander aufgebaute Wicklungsuntergruppen 16 und 17, die in axialer Richtung 14 mit Abstand zueinander angeordnet sind, so dass ein Anschlussspalt 18 ausgebildet ist. Der Leiterabschnitt 12 erstreckt sich durch den Anschlussspalt 18. Wie in Figur 2 sind die Grobwicklungen G1 und G2 in radialer Richtung 15 innen beziehungsweise außen angeordnet. Die Wicklungen der Wicklungsgruppen 16 und 17 der ersten und zweiten Regelwicklungsuntergruppe 7 beziehungsweise 8 sind miteinander elektrisch verbunden, jedoch nicht mit dem Leiterabschnitt 12.
  • Figur 4 zeigt eine Schaltstellung eines Stufenschalters 19 bei einer Drossel 1 gemäß Figur 1. In der gezeigten Schaltstellung sind alle Grob- und Feinwicklungen sowohl der ersten Regelwicklungsuntergruppe 7 als auch der zweiten Regelwicklungsuntergruppe 8 zwischen den Hochspannungsanschluss 11 und den geerdeten Sternpunkt 13 geschaltet. Der Stufenschalter 19 verfügt über zwei Vorwähler 20a und 20b zum Zuschalten oder überbrücken jeweils einer Grobwicklung G1 bzw. G2 sowie über einen Feinwähler 21 zum Zuschalten oder Überbrücken jeweils einer Feinwicklung F1 bzw. F2.
  • Figur 5 zeigt eine weitere Variante zum Schalten der Kompensationsdrosselspule gemäß Figur 1, das sich von dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass zwei separate Stufenschalter 19a und 19b pro Phase der Drossel 1 verwendet werden. Darüber hinaus unterscheidet sich die axiale Achssymmetrie der Grob- und Feinstufenwicklungen voneinander. Während in Figur 4 eine Achssymmetrie Grob/Fein Fein/Grob gewählt wurde, wurde in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 eine Achssymmetrie Grob/Fein Grob/Fein eingestellt.

Claims (5)

  1. Elektrisches Gerät (1) zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit
    - einem Gehäuse (2), das mit einer Kühlflüssigkeit befüllbar ist,
    - einem in dem Gehäuse (2) angeordneten Kern (3) aus einem magnetisierbaren Material,
    - einer Stammwicklung (5), die einen Abschnitt (4) des Kerns (3) umschließt,
    - einer Regelwicklungsgruppe (6) mit Regelungswicklungen, die jeweils einen Abschnitt des Kerns umschließen, und
    - einem Schalter (19), der einen Stromfluss über jede Regelungswicklungen wahlweise ermöglicht oder verhindert,
    wobei die Regelwicklungsgruppe (6) eine erste Regelwicklungsuntergruppe (7) und eine zweite Regelwicklungsuntergruppe (8) aufweist, wobei die erste Regelwicklungsuntergruppe (7) und die zweite Regelwicklungsuntergruppe (8) zueinander identisch aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet dass jede Regelwicklungsuntergruppe wenigstens eine Grob- und wenigstens eine Feinstufe aufweist.
  2. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Stammwicklung (5) einen sich in axialer Richtung erstreckenden Kernabschnitt (4) umschließt und eine erste Windung aufweist, die zum direkten Anschluss an das Hochspannungsnetz eingerichtet ist, wobei die erste Regelwicklungsuntergruppe (7) und die zweite Regelwicklungsuntergruppe (8) in axialer Richtung übereinander angeordnet sind und jeweils einen Teil des Kernabschnittes (4) umschließen, den die Stammwicklung (5) umgibt.
  3. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stammwicklung (5) einen sich in axialer Richtung erstreckenden Kernabschnitt (4) umschließt und erste Windung zum direkten Anschluss an das Hochspannungsnetz eingerichtet ist, wobei die erste Regelwicklungsuntergruppe (7) und die zweite Regelwicklungsuntergruppe (8) jeweils den gleichen Kernabschnitt (4) wie die Stammwicklung (5) umschließen und konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  4. Elektrische Gerät (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stammwicklung (5) einen sich in axialer Richtung erstreckenden Kernabschnitt (4) umschließt und eine mittlere Windung zum direkten Anschluss an das Hochspannungsnetz eingerichtet ist, wobei die erste Regelwicklungsuntergruppe (7) und zweite Regelwicklungsuntergruppe (8) jeweils den gleichen Kernabschnitt (4) umschließen und in radialer Richtung (15) nebeneinander angeordnet sind, wobei die erste Regelwicklungsuntergruppe (7) und die zweite Regelwicklungsuntergruppe (8) jeweils in zwei identische Wicklungsuntergruppen (16, 17) unterteilt sind, die in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, so dass ein Anschlussspalt (18) zum Anschluss der mittleren Windung gebildet ist.
  5. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Feinwicklung (F) aus zwei Feinunterwicklungen besteht.
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