NO164868B

NO164868B - TRANSFORMER WITH HOEYSTROEM IMPLEMENTATION DEVICE.

Info

Publication number: NO164868B
Application number: NO851747A
Authority: NO
Inventors: Guenther Bonni; Donald Brandes; Willi Dimmler; Helmut Feyertag; Heinrich Groher; Leo Janner; August Koemp; Walter Mueller; Alfred Sueppel
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1984-06-07
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1990-08-13
Also published as: NO851747L; NO164868C; BR8502696A; DE3560542D1; EP0166951A1; EP0166951B1; DE3423902A1

Description

Oppfinnelsen angår en transformator med en The invention relates to a transformer with a

høystrømgjennomføringsanordning for trefasestrøm og med kjerneben og viklinger anordnet på rad i rommet, hvor der for hver fase er anordnet to høystrømsgjennomføringer. high-current feed-through device for three-phase current and with core legs and windings arranged in a row in the room, where two high-current feed-throughs are arranged for each phase.

Innen kjemisk og metallurgisk industri blir der til Within the chemical and metallurgical industry, there will be

de forskjelligste formål anvendt elektrisk oppvarmede ovner som ved forholdsvis lave driftsspenninger arbeider med meget store strømstyrker. Da en overføring av de store strømstyrker som behøves for disse ovner, over større avstander byr på electrically heated furnaces used for a wide variety of purposes, which at relatively low operating voltages work with very large amperages. Then a transmission of the large currents needed for these furnaces over greater distances offers

tekniske vanskeligheter og dessuten er uøkonomisk, blir der vanligvis like ved ovnene oppstilt transformatorer hvor den med høyspenning tilførte elektriske energi blir bragt ned på det ønskede spenningsnivå. technical difficulties and is also uneconomical, transformers are usually set up close to the furnaces where the high-voltage electrical energy is brought down to the desired voltage level.

Til formålet er der fra CH-PS 409 130 kjent et trans-formatoraggregat med en høystrømvikling hvor lavspenningsviklinger, hver bestående av en eneste vinding, på en og en hoved- og en og en tilleggstransformator er koblet i serie. Disse to lavspenningsviklinger får til sammen formen av et åttetall. For this purpose, a transformer unit with a high-current winding is known from CH-PS 409 130 where low-voltage windings, each consisting of a single turn, on one and one main and one and one additional transformer are connected in series. Together, these two low-voltage windings form a figure eight.

Ved slike transformatorer nødvendiggjør de store strøm-styrker store ledertverrsnitt som på grunn av de magnetfelt som frembringes av selve strømmene, ikke blir jevnt belastet med strøm. For å minske eller utelukke innflytelsen av disse magnetfelter på strømfordelingen over ledertverrsnittene blir der som foreslått i de tyske patentsøknader P 32 42 438.8 In the case of such transformers, the large currents necessitate large conductor cross-sections which, due to the magnetic fields produced by the currents themselves, are not evenly loaded with current. In order to reduce or exclude the influence of these magnetic fields on the current distribution over the conductor cross-sections, as proposed in the German patent applications P 32 42 438.8

og P 34 11 141.7 benyttet triangulerte leder-føringer. I and P 34 11 141.7 used triangulated conductor guides. IN

disse triangulerte lederføringer kompenserer virkningene av enkeltledernes magnetfelter hverandre. Tilsvarende triangulerte gjennomføringsanordninger i høystrømtransformatorer forutsetter imidlertid i praksis at også den effekt som tilføres forbrukeren, f.eks. elektrostål-ovnen, er triangulert. these triangulated conductor guides compensate each other for the effects of the individual conductors' magnetic fields. Correspondingly triangulated feed-through devices in high-current transformers, however, require in practice that also the power supplied to the consumer, e.g. The electric steel furnace is triangulated.

Er det ikke tilfellet, betinger overgangsstedet et uheldig If this is not the case, the place of transition conditions an unfortunate one

ekstra plassbehov. additional space requirements.

Til grunn for oppfinnelsen ligger derfor den oppgave The invention is therefore based on that task

for en trefaset transformator å skaffe en høystrøm-gjennom-føringsanordning hvor der uavhengig av triangulering er sikret en tilnærmelsesvis jevn fordeling av strømmen på ledertverrsnittene, samtidig som anordningen uten særskilte overgangs- for a three-phase transformer to provide a high-current feed-through device where, regardless of triangulation, an approximately even distribution of the current on the conductor cross-sections is ensured, at the same time that the device without special transition

avsnitt kan forbindes med ikke-triangulerte~tilførselsledere til forbrukere. section can be connected with non-triangulated~supply conductors to consumers.

Denne oppgave blir ifølge oppfinnelsene, løst ved at alle seks høystrømgjennomføringer er jevnt fordelt på en sirkel, samtidig som de to høystrømgjennomføringer•for minst en fase, ligger overfor hverandre på en sirkel, slik at der i den sirkel som omfattes av høystrømgjennomføringene hersker et vekselfelt istedenfor et dreiefelt. According to the inventions, this task is solved by all six high-current bushings being evenly distributed on a circle, at the same time that the two high-current bushings•for at least one phase lie opposite each other on a circle, so that in the circle covered by the high-current bushings an alternating field prevails instead of a turning field.

En hensiktsmessig videre utvikling av oppfinnelsen går An appropriate further development of the invention is underway

ut på at høystrømgjennomføringene er lagrete i en eneste plate av elektrisk ledende materiale som bæres av en beholdervegg. except that the high-current feedthroughs are stored in a single plate of electrically conductive material which is supported by a container wall.

Høystrøm-gjennomføringsanordningen ifølge oppfinnelsen The high-current feed-through device according to the invention

lar seg på fordelaktig måte fremstille enkelt og økonomisk selv for meget store strømstyrker og lar seg dessuten anvende i eksisterende anlegg med ikke-triangulerteeledere. can advantageously be manufactured simply and economically even for very large currents and can also be used in existing installations with non-triangular tee conductors.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen.vil bli belyst nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser koblingsskjemaet for en høystrømtransformator med indirekte spenningsinnstilling via en mellomkrets. Fig. 2 er et grunnriss av et høystrømtransformatoraggregat med elektrisk trekantkoblede lavspenningsviklinger med be-holder lokk og øvre åk fjernet. Fig. 3 er et grunnriss av et høystrømtransformatoraggregat med elektrisk stjernekoblede lavspenningsviklinger med be-holderdeksel og øvre åk" fjernet, og An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Fig. 1 shows the connection diagram for a high-current transformer with indirect voltage setting via an intermediate circuit. Fig. 2 is a ground plan of a high-current transformer assembly with electrically delta-connected low-voltage windings with the container lid and upper yoke removed. Fig. 3 is a ground plan of a high-current transformer assembly with electrically star-connected low-voltage windings with the container cover and upper yoke removed, and

fig. 4 er et oppriss av en høystrømtransformator sett fig. 4 is an elevation view of a high current transformer set

fra den side-som bærer høystrømgjennomføringene. from the side carrying the high-current bushings.

Til hverandre svarende komponenter er forsynt med samme henvisningsbetegnelser på alle figurene. Corresponding components are provided with the same reference designations in all figures.

Bena 8 hos en trebenet jernkjerne i en hovedtransformator er hvert, konsentrisk innenfra og utover omgitt av en trinn-vikling 4, en høyspenningsvikling 3 og en'låvspenningsvikling 1. Parallelt med hovedtransformatorens jernkjerne i rommet er der for en tilleggstransformator anordnet en likeledes trebenet jernkjerne med ben 9 som regnet innenfra og utover konsentrisk bærer hver sin høyspenningsvikling 5 og hver The legs 8 of a three-legged iron core in a main transformer are each, concentrically from the inside outwards, surrounded by a step winding 4, a high-voltage winding 3 and a low-voltage winding 1. Parallel to the main transformer's iron core in the room, there is also a three-legged iron core arranged for an additional transformer with legs 9 which, counting from the inside outward concentrically, each carry their own high-voltage winding 5 and each

sin låvspenningsvikling 2. Hoved- og tilléggstransformatoren er oppstilt tett ved hverandre i en fellés~beholder 10 som har et deksel 11 og vanligvis er fylt med .en kjølende og its low-voltage winding 2. The main and additional transformers are arranged close to each other in a common container 10 which has a cover 11 and is usually filled with a cooling and

isolerende væske. insulating liquid.

Høyspenningsviklingen 3 er via ikke viste høyspennings-gjennomføringer tilkoblet et høyspenningsforsyningsnett og induserer en spenning i den til seg via hovedtransformatorens jernkjerne koblede lavspenningsviklingen 1, samt i trinnviklingen 4. Trinnviklingen 4 mater tilleggstransformatorens høyspenningsvikling 5 med en spenning som kan stilles inn med hensyn til størrelse og retning via en trinnkobler 6 The high-voltage winding 3 is connected to a high-voltage supply network via high-voltage bushings, not shown, and induces a voltage in the low-voltage winding 1 connected to it via the iron core of the main transformer, as well as in the step winding 4. The step winding 4 feeds the additional transformer's high-voltage winding 5 with a voltage that can be set with regard to size and direction via a step switch 6

og en vender 7. Høyspenningsviklingen induserer i sin tur i lavspenningsviklingen 2 en spenning som takket være en seriekobling av de to lavspenningsviklinger 1 og 2 blir vek-torielt addert til eller subtrahert fra den spenning som høyspenningsviklingen 3 induserer i lavspenningsviklingen 1. and one turns 7. The high-voltage winding in turn induces in the low-voltage winding 2 a voltage which, thanks to a series connection of the two low-voltage windings 1 and 2, is vectorially added to or subtracted from the voltage which the high-voltage winding 3 induces in the low-voltage winding 1.

Lavspenningsviklingen 1 og lavspenningsviklingen 2 er oppbygget av et like stort antall elektrisk parallellkoblede The low-voltage winding 1 and the low-voltage winding 2 are made up of an equal number of electrically parallel-connected

-viklingsavsnitt av revolverte ledere som viklingsledere og har i det viste utførelseseksempel tre vindinger hver. Hver av viklingslederne danner i hver av de to lavspenningsviklinger 1 og 2 et viklingsavsnitt utført i ett lag. Viklingsavsnitt beliggende i samme aksiale høyde av de lavspenningsviklinger 1 og 2 som er tilordnet samme fase, er koblet i serie, samtidig som de viklingslederstykker som danner forbindelseslederne 17, krysser hverandre mellom lavspenningsviklingene 1 og 2, så disse får innbyrdes motsatt vikleretning. -winding sections of revolved conductors as winding conductors and in the embodiment shown have three turns each. Each of the winding conductors forms in each of the two low-voltage windings 1 and 2 a winding section made in one layer. Winding sections located at the same axial height of the low-voltage windings 1 and 2 which are assigned to the same phase are connected in series, at the same time that the winding conductor pieces that form the connecting conductors 17 cross each other between the low-voltage windings 1 and 2, so that these have mutually opposite winding directions.

Ved den beskrevne anordning av lavspenningsviklingene In the described arrangement of the low-voltage windings

1 og 2 får disse i tverrsnitt loddrett på vikleaksene form av et åttetall med tre vindinger i hvert av de to viklingsavsnitt. De to respektive seriekoblede viklingsavsnitt av lavspenningsviklingene 1 og 2 er viklet fortløpende i et omfar for å unngå loddesteder. Til formålet er der for det første foran begynnelsen av det viklingsavsnitt som skal vikles først, fiksert et tilstrekkelig langt viklingsstykke for siste halve vinding, og en utgående ledning fra det vik-1 lingsavsnitt som skal vikles sist, fiksert på den viklekjerne som benyttes først. På denne viklekjerne ferdigvikles så 1 and 2, in cross section perpendicular to the winding axes, these take the shape of a figure eight with three turns in each of the two winding sections. The two respective series-connected winding sections of the low-voltage windings 1 and 2 are wound continuously in an omfar to avoid solder joints. For this purpose, firstly, in front of the beginning of the winding section to be wound first, a sufficiently long winding piece for the last half turn is fixed, and an outgoing wire from the winding section to be wound last, fixed to the winding core that is used first. The winding is then completed on this winding core

det viklingsavsnitt som skal vikles først, i det viste ut-førelseseksempel tre vindinger av en streng for lavspenningsviklingen 1 . the winding section to be wound first, in the embodiment shown three turns of a string for the low-voltage winding 1.

Viklekjernen blir nå på viklebenken forskjøvet omtrent rettvinklet til den påløpende viklingslederstreng og på tvers av viklingsaksen et stykke lik akseavstanden mellom lavspenningsviklingene 1 og 2/ og en annen viklekjerne festes på viklebenken sentrisk til dens vikleakse. Den annen viklekjerne rager noe- utenfor den første i akseretningen, så annet viklingsavsnitt, i det viste ut.førelseseksempel to og en halv vinding/ av lavspenningsviklingen 2 ved ubetydelig aksial forskyvning lar seg vikle uten avbrudd i viklingslederstrengen. The winding core is now shifted on the winding bench approximately at right angles to the oncoming winding conductor string and across the winding axis a distance equal to the axial distance between the low-voltage windings 1 and 2/ and another winding core is fixed on the winding bench centrically to its winding axis. The second winding core protrudes somewhat outside the first in the axial direction, so the second winding section, in the shown execution example two and a half turns/ of the low-voltage winding 2 can be wound without interruption in the winding conductor string with negligible axial displacement.

Etter opphevelse av den ubetydelige aksiale forskyvning.: under bibehold av forløpet av forbindelseslederne 17 mellom de to viklingsavsnitt blir viklingslederen kappet og enden bøyet ut til en utgående ledning og fiksert. Nå blir det viklingslederstykke som ligger foran begynnelsen av det først viklede viklingsavsnitt, løst fra den først benyttede viklekjerne, lagt rundt annen viklekjerne under dannelse av en halv vinding og etter bøyning av annen utgående ledning likeledes fiksert på enden av dette viklingsavsnitt. After canceling the insignificant axial displacement.: while maintaining the course of the connecting conductors 17 between the two winding sections, the winding conductor is cut and the end bent out to an outgoing wire and fixed. Now the piece of winding conductor which lies in front of the beginning of the first wound winding section is detached from the first used winding core, placed around another winding core forming a half turn and, after bending the second outgoing wire, is likewise fixed at the end of this winding section.

De to viklingsavsnitt som således er viklet i ett stykke og koblet i serie, danner en selvbærende komponent som kan håndteres som selvstendig element inntil den senere innbygning i transformatoranordningen. Ved innbygning i viklingsanord-ningen er det derfor uten vanskelighet mulig å- stable vilkårlig mange slike selvstendige elementer på hverandre aksialt. Antall parallellgrener kan derfor velges vilkårlig, så lavspenningsviklingene 1 og 2 lar seg tilpasse praktisk talt hvilken som helst viklingsstrøm. The two winding sections, which are thus wound in one piece and connected in series, form a self-supporting component that can be handled as an independent element until later integration into the transformer device. When built into the winding device, it is therefore possible without difficulty to stack any number of such independent elements on top of each other axially. The number of parallel branches can therefore be chosen arbitrarily, so the low-voltage windings 1 and 2 can be adapted to practically any winding current.

Parallellkoblingen av disse elementer som representerer viklingsavsnittene, skjer via massive lederplater 12 som oppviser spor for innlegning av de utgående ledningers frie ender og samtidig tjener til sammenkobling av de tre faser hos lavspenningsviklingene 1 og 2. Til formålet er f.eks.. The parallel connection of these elements, which represent the winding sections, takes place via massive conductor plates 12 which have grooves for laying the free ends of the outgoing wires and at the same time serve to connect the three phases of the low-voltage windings 1 and 2. The purpose is e.g.

en lederplate 12 pr. fase forbundet med høystrømgjennomføringer 13 og en annen lederplate 12 for hver fase forbundet enten méd et stjernepunkt (fig. 3) eller med første lederplate 12 hos den følgende fase til en elektrisk trekantkobling (fig. 2). a conductor plate 12 per phase connected with high-current bushings 13 and another conductor plate 12 for each phase connected either with a star point (fig. 3) or with the first conductor plate 12 of the following phase to an electrical delta connection (fig. 2).

I utførelseseksempelet er der anordnet to høystrømgjennom-føringer 13 pr. fase, altså i alt seks høystrømgjennomføringer, som er jevnt fordelt på omkretsen av en sirkel og bæres av en plate 14. Ved plassering av de to høystrømgjennomføringer 13 som er tilordnet de midtre kjerneben henholdsvis 8 og 9, overfor hverandre er disse gjennomføringer ikke anordnet syklisk, så der i rommet mellom høystrømgjennomføringene 13 forløper et vekselfelt istedenfor et dreiefelt. In the design example, two high-current feed-throughs 13 per phase, i.e. a total of six high-current bushings, which are evenly distributed on the circumference of a circle and are carried by a plate 14. When placing the two high-current bushings 13 that are assigned to the middle core legs 8 and 9 respectively, opposite each other, these bushings are not arranged cyclically , so that in the space between the high-current feedthroughs 13, an alternating field instead of a rotating field runs.

Da lavspenningsviklingene 1 og 2 er sterkt termisk på-kjent, er der mellom de enkelte vindinger eller i det minste mellom aksialt på hinannen følgende viklingsavsnitt anordnet radiale kjølekanaler . I tillegg er høyspenningsviklingene 3 og 5 for å unngå overbelastninger på de viklingsavsnitt som ligger ved endene av lavspenningsviklingene 1 og 2, som følge av forskjellig fordeling av strømmen på parallellgrenene, utført kortere i akseretningen enn den respektive tilhørende låvspenningsvikling 1 resp. 2. As the low-voltage windings 1 and 2 are strongly thermally affected, radial cooling channels are arranged between the individual windings or at least between winding sections that follow each other axially. In addition, the high-voltage windings 3 and 5, in order to avoid overloads on the winding sections located at the ends of the low-voltage windings 1 and 2, as a result of different distribution of the current on the parallel branches, are made shorter in the axial direction than the respective associated low-voltage winding 1 or 2.

For ytterligere økning av den termiske belastbarhet For further increase of the thermal load capacity

har de enkelte fasers viklingsanordninger hver sin press-spanmantel 20 som omslutter den fullstendig/ og som via dis-tanselister 21 støtter seg på omkretsen av hver sin av lavspenningsviklingene 1 resp. 2. Disse presspanmantler 20 tjener til å lede kjølevæsken, idet de selv i tilfellet av drift med sirkulasjonspumpe tvinger den til å strømme gjennom viklingene. Som følge av en dermed fremtvungen høyere strøm-ningshastighet av kjølevæsken i viklingene blir varmebort-føringen fra disse øket, så det ved samme viklingsvolum kan transformeres større effekt enn med anordninger med kjølekrets-løp som drives rent termisk ved konveksjon. The winding devices of the individual phases each have their own pressure span jacket 20 which completely encloses it/ and which is supported via distance strips 21 on the circumference of each of the low-voltage windings 1 or 2. These pressure pan jackets 20 serve to guide the coolant, as they force it to flow through the windings even in the case of operation with a circulation pump. As a result of a thus forced higher flow rate of the coolant in the windings, the heat removal from them is increased, so that with the same winding volume, greater power can be transformed than with devices with cooling circuits that are driven purely thermally by convection.

Claims

1. Transformer with high-current feed-through device for three-phase current and with core legs (8, 9) and windings (1, 2, 3, 4, 5) arranged in a row in the room, where two high-current feed-throughs (13) are arranged for each phase, characterized in that all six high-current feed-throughs (13) are evenly distributed on a circle, at the same time that the two high-current feed-throughs (13) for at least one phase lie opposite each other on the circle, so that in the circle covered by the high-current feed-throughs (13), an alternating field prevails instead of a rotating field.

2. Transformer as stated in claim 1, characterized in that the two high-current bushings (13) which are assigned to the phase on the middle leg, in the case of star-connected high-current windings (1, 2), lie opposite each other on the circle.

3. Transformer as stated in claim 1, characterized in that high-current bushings (13) which, in the case of triangular-connected high-current windings (1, 2), are connected to each winding end of the high-current windings (1, 2) on the outer legs, lie opposite each other on the circle.

4. Transformer as stated in claim 1, 2 or 3, characterized in that the high-current bushings (13) are stored in a common plate (14) of electrically conductive material, supported by a container wall (10).