WO1979000579A1 - Magnetic core for a transformer or an induction coil - Google Patents

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J Gerth
W Kammerer
P Hofmann
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Bbc Brown Boveri & Cie
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    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/366—Electric or magnetic shields or screens made of ferromagnetic material

Definitions

  • Magnetic frame for a transformer or a choke coil Magnetic frame for a transformer or a choke coil.
  • the invention relates to a magnetic frame for a single-phase or multi-phase high-voltage reactor transformer or a choke coil for very high short-circuit voltages or very large leakage flux, with at least one core column and the associated core yoke, as well as windings arranged coaxially around the core column.
  • Static compensation systems the formator of a Reaktortrans-, which can 'be used as a reactive power source, torbatterie a control device, a measuring device and a Kondensa ⁇ or a filtering device exist are be ⁇ known.
  • Reactor transformers which are intended for use in compensation systems for high and extra-high voltage networks, are advantageously constructed in such a way that they are concentric around the core column. which leads the magnetic flux at idle, the secondary winding is arranged.
  • the primary winding which consists of two groups wound in opposite directions and whose high-voltage input lies on the outer circumference in the axial center of the winding, is arranged concentrically above it. Since the ends of the high-voltage winding are usually grounded during operation " , only a small insulation distance from the yokes is required for them.
  • the invention has for its object to provide a magnetic frame of the type described above with simple means, in which the aforementioned adverse effects do not occur with a short-circuited secondary winding, so take care. it is supported that the river is kept away from all inactive components and from the boiler wall.
  • this is achieved in that the core yoke yokes are provided with auxiliary yokes which form magnetically wi er low-resistance yoke paths * for the flux emerging at the two axial ends of the windings.
  • the auxiliary yokes are designed as shielding yokes which are mechanically connected to the core yoke, that the shielding yokes consist of transformer sheets layered parallel to the stratification of the core column or parallel to the stratification of the core yokes the core yoke and the shielding yokes are pressed together by means of end plates, and that the plan area of the upper and lower shielding yokes includes the outer diameter of the outer winding and covers the entire leakage flux.
  • FIG. 1 shows a schematic half-representation of a transformer with a conventional magnetic frame with the magnetic force flow curve that occurs when the secondary winding is idling
  • FIG. 2 shows the transformer from FIG. 1 with the force flow curve that occurs when the secondary winding is short-circuited
  • 3 shows a transformer with a magnet frame according to the invention with the magnetic force flow curve that occurs when the secondary winding is idling
  • FIG. 4 shows a transformer with a magnet frame according to the invention with the force flow curve that occurs when the secondary winding is short-circuited
  • 5 shows a transformer with a magnet frame according to the invention in a schematic overall view
  • 6 shows a view in the direction of arrow A in FIG. 5
  • FIG. 7 shows a view in the direction of arrow B in FIG. 6
  • FIG. 8 shows a section along the line I - I in FIG. 5 in an enlarged view
  • Fig. 9 is a section along the line II - II in Fig. In an enlarged view. Best way
  • the magnetic core or the yokes 12, 14, 16, 18 connected mechanically to the core column 10 are formed with shielding yokes 20, 22, 24, 26.
  • These shielding yokes consist of transformer
  • a reactor transformer is part of a static system for compensating reactive power in electrical energy transmission systems.
  • the reactive power compensation serves for voltage stabilization or compliance with certain voltage limits, for reducing the transmission loss and it enables transmission lines to be used to a high degree.

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Abstract

Magnetic core for a monophase or a multiphase high tension power transformer, comprising at least a column (10) and the associated fieldclosing yokes (12, 14). The yokes are provided with further auxiliary yokes (20, 22) forming low resistance return paths for the leakage magnetic field of the transformer windings. The auxiliary yokes (20, 22) are mechanically connected to the field-closing yokes (12, 14). They are made of stacked transformer sheets, the stacking direction being parallel to the stacking direction of column (10) and to the stacking direction of the field-closing yokes (12, 14). Field-closing yokes (12, 14) and auxiliary yokes (20, 22) are pressed together by means of side sheets (30). The auxiliary yokes (20, 22) have sufficient dimensions for ensuring the flow of the whole leakage magnetic field generated by the transformer winding.

Description

Magnetqestell für einen Transformator oder eine Drosselspule.Magnetic frame for a transformer or a choke coil.
Technisches Gebiet:Technical field:
Die Erfindung betrifft ein Magnetgestell für einen ein- oder_ mehrphasigen Hochspannungs-Reaktortransformator oder eine Drosselspule für sehr hohe Kurzschlußspannungen bzw. sehr großen Streufluß, mit mindestens einer Kernsäule und den dazugehörenden Kernrückschlußjochen, sowie um die Kernsäule koaxial angeordneten Wicklungen.The invention relates to a magnetic frame for a single-phase or multi-phase high-voltage reactor transformer or a choke coil for very high short-circuit voltages or very large leakage flux, with at least one core column and the associated core yoke, as well as windings arranged coaxially around the core column.
Stand der Technik:State of the art:
Statische Kompensationsanlagen, die aus einem Reaktortrans- formator, der 'als Blindleistungsquelle dienen kann, einer Regeleinrichtung, einer Meßeinrichtung und einer Kondensa¬ torbatterie oder einer Filtereinrichtung bestehen, sind be¬ kannt.Static compensation systems, the formator of a Reaktortrans-, which can 'be used as a reactive power source, torbatterie a control device, a measuring device and a Kondensa¬ or a filtering device exist are be¬ known.
OMPI Für den Reaktionstransformator, dessen Primärwicklung an das zu stabilisierende Netz und an dessen Sekundärwicklung die Regeleinrichtung angeschlossen ist, gibt es nur zwei Betrieb zustände: Den Zustand der offenen (leerlaufenden) Sekundär- Wicklung und den Zustand, bei dem die Sekundärwicklung ge¬ schlossen (kurzgeschlossen) ist. Reaktortransformatoren, die für einen Einsatz in Kompensationsanlagen für Hoch- und Höchstspannungsnetze vorgesehen sind, werden vorteilhaft derart aufgebaut, daß konzentrisch um die Kernsäule. die im Leerlauf den magnetischen Fluß führt, die Sekundärwicklung angeordnet wird. Konzentrisch darüber wird die Primärwick¬ lung angeordnet, die aus zwei gegensinnig gewickelten Grup¬ pen besteht und deren Hochspannungseingang am äußeren Umfang' in der axialen Wicklungsmitte liegt. Da die Enden der Hoch-, spannungswicklung im Betrieb meist geerdet sind", ist für sie nur ein geringer Isolationsab; tand gegen die Joche erforder¬ lich.OMPI There are only two operating states for the reaction transformer, whose primary winding is connected to the network to be stabilized and to whose secondary winding the control device is connected: the state of the open (idling) secondary winding and the state in which the secondary winding is closed (short-circuited) ) is. Reactor transformers, which are intended for use in compensation systems for high and extra-high voltage networks, are advantageously constructed in such a way that they are concentric around the core column. which leads the magnetic flux at idle, the secondary winding is arranged. The primary winding, which consists of two groups wound in opposite directions and whose high-voltage input lies on the outer circumference in the axial center of the winding, is arranged concentrically above it. Since the ends of the high-voltage winding are usually grounded during operation " , only a small insulation distance from the yokes is required for them.
Bei dieser Wicklungsanordnung ergeben sich in den beiden vorgenannten möglichen Betriebsfällen unterschiedliche Ver¬ läufe des magnetischen Kraftflusses. Bei leerlaufender Sekun därwicklung verläuft der Fluß im Eisenkern und schließt sich bei einphasigen Ausführungen über dessen Rückschlußjoche. Der Fluß verläuft ausschließlich im geschlossenen Eisenkreis und ist mit der Primärwicklung und mit der Sekundärwicklung voll verkettet.With this winding arrangement, there are different courses of the magnetic force flow in the two aforementioned possible operating cases. When the secondary winding is idling, the river runs in the iron core and closes in single-phase versions via its yoke. The river runs exclusively in a closed iron circuit and is fully linked with the primary winding and the secondary winding.
Beim Kurzschluß der innen liegenden Sekundärwicklung' bleibt die Flußverkettung der an konstanter Spannung anliegenden Primärwicklung unverändert, während die Flußverkettung der kurzgeschlossenen Wicklung zu Null werden muß. Das bedingt, daß der volle magnetische Kraftfluß aus der Kernsäule in den Raum innerhalb und zwischen den Wicklungen verdrängt wird und sich außerhalb der Primärwicklung schließen muß. Der Flußrückschluß kann nur teilweise über 'die Rückschluß-When short-circuit of the secondary winding inside 'the flux linkage of the applied constant voltage to the primary winding remains unchanged, while the flux linkage must be the short-circuited winding to zero. This means that the full magnetic force flow from the core column is displaced into the space inside and between the windings and has to close outside the primary winding. The flow inference can only be partially via the inference
fREACT O PI joche erfolgen; bei dreiphasigen Anordnungen hebt. sich ein Teil der phasenverschobenen Flüsse in den Jochen gegenseitig auf. Ein wesentlicher Anteil des Kraftflusses wird sich über die Kesselwände schließen und auf dem Weg dorthin in- aktive metallische Konstruktionsteile durchsetzen. Magne¬ tische Flüsse, die metallisch leitende Bauteile durchsetzen, rufen in diesen Wirbelströme hervor, die zu zusätzlichen Ver¬ lusten und zu schädlichen Erwärmungen führen.fREACT O PI yokes are done; with three-phase arrangements. part of the phase-shifted rivers in the yokes mutually. A significant part of the flow of force will close over the boiler walls and, on the way there, enforce inactive metallic construction parts. Magnetic rivers which penetrate metallic conductive components cause eddy currents in them, which lead to additional losses and harmful heating.
Offenbarung der Erfindung:Disclosure of the Invention:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetgestell der eingangs bezeichneten Gattung mit einfachen Mitteln zu schaffen, bei dem die vorgenannten nachteiligen Wirkungen bei kurzgeschlossener Sekundärwicklung nicht auftreten , in¬ dem dafür Sorge. getragen wird, daß der Fluß .von allen in¬ aktiven Bauteilen und von der Kesselwand ferngehalten wird. •The invention has for its object to provide a magnetic frame of the type described above with simple means, in which the aforementioned adverse effects do not occur with a short-circuited secondary winding, so take care. it is supported that the river is kept away from all inactive components and from the boiler wall. •
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht,, daß die Kern- rückschlußjoche mit Hilfsjochen versehen sind, die magne¬ tisch wi erStandsarme Ruckschlußwege*-für den an den beiden axialen Enden der Wicklungen austretenden Fluß bilden.According to the invention, this is achieved in that the core yoke yokes are provided with auxiliary yokes which form magnetically wi er low-resistance yoke paths * for the flux emerging at the two axial ends of the windings.
In vorteilhaften Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, daß die Hilfsjoche als Abschirrt)joche ausgebildet sind, die mit den Kernrückschlußjochen mecha¬ nisch verbunden sind, daß die Abschirmjoche aus parallel zur Schichtung der Kernsäule bzw. parallel zur Schichtung der Kernrückschlußjoche geschichteten Transformatorblechen bestehen, daß die Kernrückschlußjoche und die Abschirmjoche mittels Endblechen gemeinsam gepreßt zusammengehalten sind, und daß die Grundrißfläche der oberen und unteren Abschirm¬ joche den Außendurchmesser der äußeren Wicklung einschließt und den gesamten Streufluß erfaßt.In advantageous embodiments of the subject matter of the invention, it can be provided that the auxiliary yokes are designed as shielding yokes which are mechanically connected to the core yoke, that the shielding yokes consist of transformer sheets layered parallel to the stratification of the core column or parallel to the stratification of the core yokes the core yoke and the shielding yokes are pressed together by means of end plates, and that the plan area of the upper and lower shielding yokes includes the outer diameter of the outer winding and covers the entire leakage flux.
OMPI_ /. WIPO -Λ» Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß für den an den oberen und unteren axialen Wicklungsenden austretenden magnetischen Fluß magnetisch widerstandsarme Rückschlu߬ wege geschaffen sind, auf denen praktisch keine Wirbel- Stromverluste oder Ummagnetisierungsverluste auftreten können.OMPI_ / . WIPO -Λ » This measure ensures that for the magnetic flux emerging at the upper and lower axial winding ends, magnetically low-resistance return paths are created, on which practically no eddy current losses or magnetic reversal losses can occur.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Brief description of the drawings:
Nachfolgend ist ein konventionelles Magnetgestell und ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher be¬ schrieben. Es zeigen:A conventional magnetic frame and an exemplary embodiment of the subject matter of the invention are described in more detail below. Show it:
Fig. 1 eine schematische Halbdarstellung eines Trans¬ formators mit konventionellem Magnetgestell mit dem bei leerlaufender Sekundärwicklung sich ein¬ stellenden magnetischen Kraftflußverlauf; Fig. 2 den Transformator von Fig. 1 mit dem bei kurzge¬ schlossener Sekundärwicklung sich einstellenden Kraftflußverlauf; Fig. 3 öinen Transformator mit erfindungsgemäßem Magnet gestell mit dem bei leerlaufender Sekundärwick¬ lung sich einstellenden magnetischen Kraftflu߬ verlauf; Fig. 4 einen Transformator mit erfindungsgemäßem Magnet gestell mit dem bei kurzgeschlossener Sekundär¬ wicklung sich einstellenden Kraftflußverlauf; Fig. 5 einen Transformator mit erfindungsgemäßem Magnet gestell in schematischer Gesamtansicht; Fig. 6 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 5 Fig. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles B in Fig. 6 Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie I - I in Fig. 5 in vergrößerter Ansicht; Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie II - II in Fig. in vergrößerter Ansicht. Bester Weg zur Ausführung der Erfindung:1 shows a schematic half-representation of a transformer with a conventional magnetic frame with the magnetic force flow curve that occurs when the secondary winding is idling; FIG. 2 shows the transformer from FIG. 1 with the force flow curve that occurs when the secondary winding is short-circuited; 3 shows a transformer with a magnet frame according to the invention with the magnetic force flow curve that occurs when the secondary winding is idling; FIG. 4 shows a transformer with a magnet frame according to the invention with the force flow curve that occurs when the secondary winding is short-circuited; 5 shows a transformer with a magnet frame according to the invention in a schematic overall view; 6 shows a view in the direction of arrow A in FIG. 5; FIG. 7 shows a view in the direction of arrow B in FIG. 6; FIG. 8 shows a section along the line I - I in FIG. 5 in an enlarged view; Fig. 9 is a section along the line II - II in Fig. In an enlarged view. Best way to carry out the invention:
In Fig. 1 ist ersichtlich der Verlauf des magnetischen Kraft¬ flusses bei eingespeister Primärwicklung W 1 und leerlaufen- der Sekundärwicklung W 2 in einem Transformator mit konven¬ tionellem einphasigem Magnetgestell. Dieser Fluß verläuft entsprechend dem Pfeil FL durch die Kernsäule 1 und schließt sich über die Rückschlußjoche 2 und 3. Bei dreiphasigen Magnetgestellen schließt sich der Fluß über die Säulen, der beiden restlichen Phasen. Der Fluß verläuft somit ausschließt- lieh im geschlossenen Eisenkreis und ist mit der Primärwick¬ lung und mit der Sekundärwicklung voll verkettet.1 shows the course of the magnetic force flow when the primary winding W 1 is fed in and the secondary winding W 2 is idling in a transformer with a conventional single-phase magnet frame. This flow runs according to the arrow FL through the core column 1 and closes via the yokes 2 and 3. In the case of three-phase magnetic frames, the flow closes via the columns, the two remaining phases. The river runs exclusively in the closed iron circuit and is fully linked with the primary winding and with the secondary winding.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten konventionellen einphasigen Magnetgestell ist ersichtlich, daß beim Kurzschluß der innen liegenden Sekundärwicklung W 2 die Flußverkettung der an kon¬ stanter Spannung anliegenden Primärwicklung W 1 unverändert bleibt, während die Flußverkettung- der kurzgeschlossenen Wicklung W 2 zu Null werden muß. Das bedingt, daß der volle magnetische Kraftfluß entsprechend den Pfeilen aus der Kern¬ säule 4 in den Raum innerhalb und zwischen den Wicklungen W 1, W 2 verdrängt wird und sich außerhalb der Primärwick¬ lung W 1 schließen muß. Der Flußrückschluß kann hier nur teilweise über die Rückschlußjoche 5, 6 erfolgen; bei "drei- phasigen Anordnungen hebt sich ein Teil der phasenverscho¬ benen Flüsse in den Jochen gegenseitig auf. Ein wesentlicher Anteil des Kraftflusses wird sich aber über die Kesselwän¬ de "K" schließen und kann auf dem Weg dorthin inaktive metal¬ lische Konstruktionst-eile durchsetzen.In the conventional single-phase magnetic frame shown in FIG. 2, it can be seen that when the internal winding W 2 is short-circuited, the flux linkage of the primary winding W 1 present at constant voltage remains unchanged, while the flux linkage of the short-circuited winding W 2 must become zero . This means that the full magnetic force flow is displaced according to the arrows from the core column 4 into the space inside and between the windings W 1, W 2 and must close outside the primary winding W 1. The flux inference can only partially take place here in the yokes 5, 6; in " three-phase arrangements, part of the phase-shifted rivers in the yokes cancel each other out. However, a substantial part of the force flow will close via the boiler walls" K "and can on the way there inactive metal construction enforce haste.
Bei dem in Fig_ 3 bis 9 schematisch gezeigten erfindungs¬ gemäßen einphasigen Magnetgestell ist der Magnetkern bzw. sind die mit der Kernsäule 10. echanisch verbundenen Rück¬ schlußjoche 12, 14, 16, 18 mit Abschirmjochen 20, 22, 24, 26 ausgebildet. Diese Abschirmjoche bestehen aus Transformator-In the single-phase magnetic frame according to the invention shown schematically in FIGS. 3 to 9, the magnetic core or the yokes 12, 14, 16, 18 connected mechanically to the core column 10 are formed with shielding yokes 20, 22, 24, 26. These shielding yokes consist of transformer
O PI » WIPO _Λ blechen, die parallel zu den die Kernsäule 10 und die Rüc schlußjoche 12, 14, 16, 18 bildenden Transformatorblechen angeordnet bzw. geschichtet sind (vgl. Fig. 8 und 9). Auf diese Weise können die Abschirmjoche, die Rückschlußjoche und die Kernsäule zu einem einzigen mechanischen Verbund vereinigt sein, der mittels Jochendblechen 28, 30 und Pre schrauben 34 und 36 zusammengehalten ist. Das ganze Magne gestell wird außerdem über Kernbrücken 38 und Kernauflage 40, die als Querträger dienen, sowie Längsträgem 42, 44 und Zugstangen 46 zusammengehalten. 50 und 52 sind nicht¬ leitende Bandagen zur Spannung der Jochendbleche 28, 30.O PI »WIPO _Λ Sheets which are arranged or layered parallel to the transformer sheets forming the core column 10 and the back yokes 12, 14, 16, 18 (cf. FIGS. 8 and 9). In this way, the shielding yokes, the yoke and the core column can be combined into a single mechanical assembly, the screws 34 and 36 are held together by means of yoke end plates 28, 30 and Pre. The whole Magne frame is also held together by core bridges 38 and core support 40, which serve as cross members, as well as side members 42, 44 and tie rods 46. 50 and 52 are non-conductive bandages for tensioning the yoke end plates 28, 30.
Gewerbliche Verwertbarkeit:Commercial usability:
Ein Reaktortransformator ist Bestandteil einer statischen Anlage zur Kompensation von Blindleistung in elektrischen Energieübertragungssystemen. Die Blindleistüngskompensati dient zur Spannungsstabilisierung bzw. Einhaltung bestimm Spannungsgrenzen, zur Verringerung der Übertragungsverlus und sie ermöglicht es, Übertragungsleitungen hoch auszu¬ nutzen.A reactor transformer is part of a static system for compensating reactive power in electrical energy transmission systems. The reactive power compensation serves for voltage stabilization or compliance with certain voltage limits, for reducing the transmission loss and it enables transmission lines to be used to a high degree.
OlSS OlSS

Claims

A n s p r ü c h e Expectations
1. Magnetgestell für einen ein- oder mehrphasigen Hoch- spannungs-Reaktortransforraator oder eine Drosselspule für sehr hohe Kurzschlußspannungen bzw. sehr großen Streuf^uß, mit mindestens einer Kernsäule und den dazugehörenden Kern¬ rückschlußjochen, sowie um die Kernsäule koaxial angeord¬ neten Wicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernrück¬ schlußjoche (12, 14, 16, 18) mit Hilfsjochen (20, 22, 24', 26'./" versehen sind, die magnetisch widerstandsarme Rückschlußwege' für den an den beiden Enden der Wicklungen (11,' 13) austre¬ tenden Fluß bilden.1. Magnetic frame for a single-phase or multi-phase high-voltage reactor transformer or a choke coil for very high short-circuit voltages or very large leakage flux, with at least one core column and the associated core yoke, as well as windings arranged coaxially around the core column, characterized in that the core back yokes (12, 14, 16, 18) are provided with auxiliary yokes (20, 22, 24 ' , 26 ' ./ ", the magnetically low resistance return paths ' for the at the two ends of the windings (11th , '13) form emerging river.
2. Magnetgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Hilfsjoche (20, 22, 24, 26) als Abschirmjoche aus- gebildet sind, die mit den Kernrückschlußjochen (12, 14, 16, 18) mechanisch verbunden sind.2. Magnetic frame according to claim 1, characterized in that the auxiliary yokes (20, 22, 24, 26) are designed as shielding yokes which are mechanically connected to the core yoke (12, 14, 16, 18).
3. Magnetgestell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Abschirmjoche (20, 22, 24, 26) aus parallel zur Schichtung der Kernsäule (10) bzw. parallel zur Schich¬ tung der Kernrückschlußjoche (12, 14, 16, 18) geschichteten Transformatorblechen bestehen.3. Magnetic frame according to claim 1 or 2, characterized gekenn¬ characterized in that the shielding yokes (20, 22, 24, 26) from parallel to the stratification of the core column (10) or parallel to the stratification of the core yoke (12, 14, 16th , 18) layered transformer sheets exist.
4. Mägnetgestell' nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernrückschlußjoche und die Abschirmjoche mittels Endblechen (28, 30) gemeinsam gepreßt zusammengehalten sind.4. Magnet frame 'according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the core yoke and the shield yokes are held together by end plates (28, 30) pressed together.
5. Magnetgestell nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- net, daß die Grundrißfläche der oberen und unteren Abschirm¬ joche (20, 22) den Außendurchmesser der äußeren Wicklung (11) einschließt und den gesamten Streufluß erfaßt. 5. Magnetic frame according to claim 2, characterized in that the plan area of the upper and lower Abschirm¬ yokes (20, 22) includes the outer diameter of the outer winding (11) and detects the entire leakage flux.
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