WO2000077800A1 - Kapazitiv gesteuerte hochspannungswicklung - Google Patents

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WO2000077800A1
WO2000077800A1 PCT/DE2000/001920 DE0001920W WO0077800A1 WO 2000077800 A1 WO2000077800 A1 WO 2000077800A1 DE 0001920 W DE0001920 W DE 0001920W WO 0077800 A1 WO0077800 A1 WO 0077800A1
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voltage winding
control conductor
control
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PCT/DE2000/001920
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Anatoliy Bunin
Erwin Hager
Johann KÖHL
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/343—Preventing or reducing surge voltages; oscillations
    • H01F27/345—Preventing or reducing surge voltages; oscillations using auxiliary conductors
    • 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
    • H01F27/2871—Pancake coils

Definitions

  • the surge voltage resistance of transformer windings for nominal voltages from 220 kV is usually achieved in that the winding is made up exclusively of coils wound into one another or in that the surge voltage is reduced in the input region of the winding with graded external capacitances to such an extent that the rest of the winding is in a normal double-coil circuit, for example from wire ladders, is executable.
  • the invention relates to a capacitively controlled high-voltage winding consisting of disk coils for transformers with large nominal powers with a main conductor designed as a stranded conductor and carrying the load current and with a control conductor spatially parallel to it.
  • a capacitively controlled high-voltage winding is known from DE-OS 24 18 230.
  • the high-voltage winding shown there has a plurality of disc coils arranged axially one above the other, which are continuously wound from a main conductor designed as a stranded conductor. Spatially parallel to the main conductor, a control conductor is continuously wound over a winding section of at least four disk coils.
  • the control conductor is separated in the middle of this winding section and its beginning and end outside the winding are galvanically connected to each other. This connection made by soldering is practically unproblematic because the control conductor can be soldered without difficulty as a solid conductor.
  • a further winding arrangement is known from German patent specification 1 297 217, which contains control conductors for the capacitive control of a solid main conductor.
  • This winding is composed of continuously wound double coils and the control conductors are of different lengths in order to achieve graded longitudinal capacities in the double coils.
  • the main conductor of the double coils is formed from two solid conductors which are electrically connected in parallel and run spatially in parallel and are thereby electrically insulated from one another, between which the control conductor designed as a metal foil is wrapped.
  • the longitudinal capacitance and the surge voltage distribution are both in the winding design according to the German design specification 12 97 217 and in accordance with the DT 24 18 230 AI
  • Winding also depends on the winding density. However, the winding density fluctuates undesirably with the manufacturing quality achieved in each case.
  • a twisted pair for coils for transformers which consists of several flat subconductors which are guided in parallel and insulated from one another.
  • the positions of the partial conductors in the cross section of the wire conductor are cyclically interchanged by cranking, so that each partial conductor cyclically occupies every possible position in the cross section of the wire conductor over the length of the wire conductor.
  • a step winding for transformers which has several partial windings electrically connected in series.
  • Each of the partial windings is formed from a single conductor, to which a respective one
  • Control conductor is arranged spatially in parallel.
  • the control conductors and the individual conductors are electrically isolated from each other.
  • a transformer with a winding from a main conductor carrying the load current is known, which usually consists of a material with high conductivity.
  • An additional conductor made of a resistive material is arranged spatially parallel to the main conductor over at least part of its length. The additional conductor serves to dampen vibrations.
  • a high current conductor for the connecting lines of windings is known, in addition to which a shield conductor is spatially parallel.
  • the shield conductor is galvanically connected to the current-carrying conductor via so-called “potential connections” in such a way that the total current in the shield conductor is zero.
  • the shield conductor serves to shield the magnetic field from the current carried in the high-current conductor, so that structural parts exposed to its magnetic field are not impermissibly thermally stressed by eddy currents induced therein.
  • the invention has for its object to provide a control conductor arrangement for high-voltage windings of the first-mentioned type, which has a larger longitudinal capacitance and also a comparatively simple and safe manufacture and high operational reliability of the high-voltage winding during use in a transformer.
  • Longitudinal capacitance is understood to mean the electrical capacitance, based on a unit of length, between the winding-forming main conductors and the control conductor.
  • Control conductor is arranged spatially within the main conductor, and that the control conductor is galvanically separated from the main conductor.
  • control conductor lies within the main conductor designed as a twisted conductor, it is spatially very close to all the partial conductors from which a twisted conductor is usually formed, so that there is a large longitudinal capacitance.
  • longitudinal capacitance of this high-voltage winding is independent of any axial cooling channels that may be present.
  • a high-voltage winding can be produced particularly easily with such a main conductor because the main conductor and the control conductor can be wound at the same time.
  • there is a high level of operational reliability in that the control conductor lies within the main conductor, that is to say it is shielded from the outside by the main conductor.
  • the maximum voltage stress on the control conductor between two axially adjacent coils is due to this shielding only twice the voltage across a disc coil.
  • control conductor is arranged spatially between two stacks of individual conductors lying flat on top of one another and forming the main conductor and stands upright between the two stacks of the individual conductors of the main conductor.
  • the control conductor arranged in this way rests on the corresponding side faces of the stack. These side surfaces are very flat compared to the outer surface of a twisted pair conductor, so that there is a very small distance between the side surfaces and the control conductor and thus a very large longitudinal capacitance.
  • control conductor forms a rectangle in cross section with a ratio of length to width of approximately 15: 1 and the overall cross section of the main conductor including the control conductor is approximately square.
  • the control conductor is preferably formed from a plurality of individual conductors lying spatially parallel and electrically insulated from one another. This results in low eddy current losses in the control conductor.
  • control conductor extends over a part of the disk coil and that a filling of insulating material is provided in the main conductor in the remaining part of the disk coil.
  • the number of windings provided with a control conductor within a disk coil preferably decreases with increasing distance between the disk coil and the connection of the high-voltage winding.
  • the longitudinal capacitance decreases from the connection into the high-voltage winding, and a distribution of a voltage surge occurring at the connection to a large number of turns in the high-voltage winding is achieved.
  • An intermediate layer is preferably arranged between the two stacks of sub-conductors forming the main conductor in disc coils without control conductors.
  • a connecting lug of the control conductor is led out of the outermost turn of a disk coil having a control conductor, and the connecting lugs of adjacent disk coils, the radially inner main conductor turns of which are connected by a coil connection, are galvanically coupled to one another via a control conductor connection.
  • High-voltage windings designed in accordance with the invention are very advantageous because their longitudinal capacitance is significantly larger than in all known designs mentioned above due to the spatially extremely close coupling of the control conductor to the main conductor.
  • the manufacturing effort required compared to the known solutions is rather less than higher.
  • the high-voltage winding is held together after its completion by a clamping device which exerts an axial clamping force on the winding.
  • FIG. 1 shows a high-voltage winding in section
  • FIG. 2 shows a detail at A in FIG. 1 on a larger scale
  • FIG. 3 shows a cross section through a main conductor with an integrated control conductor
  • FIG. 4 shows a cross section through a main conductor with a filling
  • 5 shows a cross section through a main conductor with a
  • FIG 6 shows a cross section through a main conductor with a control conductor formed with several individual conductors.
  • a high-voltage winding 1 of a transformer with a high rated power, for example more than 200 MWA and a rated voltage of 220 kV or more, which is directed along an axis 16, has connections 2 and 3, the connection 2 forming the high-voltage connection (see FIG. 1).
  • the high-voltage winding 1 is composed of disk coils 4A to 4L (see FIG. 2).
  • the disc coils 4A to 4L are wound from a main conductor 5 with a preferably approximately square cross section, the main conductor 5 in the disc coils 4A, 4C, 4E, 4G, 41 and 4K in each case from the outside inwards and in the disc coils 4B, 4D, 4F, 4H, 4J and 4L is wound inside out.
  • the disk coils 4A to 4L are electrically connected in series via coil connections 6 located within the high-voltage winding 1 and via coil connections 7 located on the outer circumference of the high-voltage winding 1 (see FIG. 2).
  • the disk coils 4A to 4L are electrically connected in series via coil connections 6 located within the high-voltage winding 1 and via coil connections 7 located on the outer circumference of the high-voltage winding 1 (see FIG. 2).
  • the disk coils 4A to 4L are electrically connected in series via coil connections 6 located
  • Disc coils 4A to 4L can also be in pairs (4a, 4B); (4C, 4D); (4E, 4F); (4G, 4H); (41, 4J) and (4K, 4L) are each combined in a double coil, and each double sink can be wound from a main conductor.
  • the main conductor 5 (see FIGS. 3 to 5) consists of two stacks 16 and 17 lying parallel to one another and of partial conductors 8 lying against one another with their broad sides, which are insulated from one another but nevertheless electrically connected in parallel.
  • entanglements 9, of which only one is shown alternate one of the partial conductors 8 from a stack 16 to guided another stack 17 and one of the partial conductors 8 from the other stack 17 to a stack 16 out.
  • This exchange takes place cyclically along the main conductor 5, so that each partial conductor 8 occupies every possible partial conductor position per length section of the main conductor 5.
  • This forms a so-called twisted pair which is also called Roebel rod in power generator construction.
  • control conductor 10 has an approximately rectangular cross section, the rectangle being a length
  • the control conductor 10 can be designed as an insulated solid conductor, in particular as a flat conductor, or similar to the main conductor 5 from a plurality of individual conductors 15 lying radially one above the other and insulated from one another (see FIG. 6).
  • the filling 11 is made of insulating material, has the same cross section as the control conductor 10 and also has the same sheathing as this.
  • the intermediate layer 12 has a cross section like the control conductor 10 including insulation.
  • control conductor 10 the filling 11 with sheathing or the intermediate layer 12 stand upright between the two stacks of the individual conductors 8. This creates a close spatial arrangement of the individual conductors 8, in particular with respect to the control conductor 10.
  • the parallel and spatially closely spaced individual conductors 8 on the one hand and the control conductor 10 on the other hand form a capacitor with a relatively high capacitance due to their small spatial distance from one another.
  • one control conductor 10A or 10B in the first and second disk coil 4A or 4B extends over all five turns, one control conductor IOC or 10D in the third and fourth disk coil 4C or 4D over each three turns, one control wire 10E or 10F in the fifth and sixth disk coil 4E or 4F each with 2 turns and one control wire 10G to 10J in the seventh to tenth disk coil 4G to 4J each with one turn.
  • the disc coils 4K and 4L which then follow in the high-voltage winding 1 are free of control conductors and are only padded with the intermediate layer 12.
  • the fillings 11C to 11J are provided in the control conductor-free windings of the disk coils 4A to 4J instead of a control conductor.
  • control conductors 10A-10J are each led out of their respective disk coils 4A-4J via a connecting lug 13A-13J and are electrically contactable.
  • connection lugs 13A to 13J of the disk coils 4A to 4J which are directly connected to one another via a coil connection 6, that is to say the disk coils (4A, 4B); 4C, 4D); (4E, 4F); (4G, 4H) and (41, 4J) are electrically connected to each other outside the high-voltage winding 1 by a control conductor connection 14A to 14E.
  • a control conductor connection 14A to 14E This means that the control conductors 10A and 10B or IOC and 10D or 10E and 10F or 10G and 10H or 101 and 10J are electrically connected in series.
  • the longitudinal capacitance of the disk coils 4A and 4B is highest and the respective longitudinal capacitance of the disk coils 4B to 4J is the lowest. In other words: going from the connection 2 along the main conductor 5 into the high-voltage winding 1, the longitudinal capacitance drops. As a result, in particular high-frequency voltage surges with which connection 2 is acted upon are thus transmitted to the
  • High-voltage winding 1 initiated that the voltage drop is distributed over many turns. In the ideal case, depending on the frequency of the voltage surge, an approximately uniform distribution of an incident voltage surge on the high-voltage winding 1 is forced by the decreasing longitudinal capacitance.
  • the disk coils 4A-4L which are not shown in any more detail and which lie in the high-voltage winding 1 below section A according to FIG. 1, can be designed with a main conductor designed as a twisted conductor without a control conductor and without filling or intermediate layer.

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Abstract

Hochspannungswicklungen von Transformatoren werden insbesondere in ihrem Eingangsbereich durch eine kapazitive Steuerung ertüchtigt, damit sie auftreffenden Stoßspannungen widerstehen können. Zu diesem Zweck werden parallel zu einem Hauptleiter (5) sogenannte Steuerleiter (10) in die Hochspannungswicklung (1) mit eingewickelt. Zur Verbesserung der kapazitiven Steuerbarkeit und zur Erhöhung der Kapazität ist erfindungsgemäß ein Steuerleiter (10) räumlich innerhalb eines Hauptleiters (5) angeordnet, wobei jedoch der Steuerleiter (10) von dem Hauptleiter (5) galvanisch getrennt ist.

Description

Beschreibung
Kapazitiv gesteuerte Hochspannungswicklung
Für sogenannte Grenzleistungstransformatoren mit Nennspannungen ab etwa 220 kV und Einheitsleistungen ab etwa 200 MVA ist die Verwendung von Drilleiterspulenwicklungen anstelle von Spulenwicklungen aus einer Vielzahl von parallelen Flachdrähten vorteilhaft. Einerseits werden dadurch die durch das Streufeld verursachten Zusatzverluste verringert und andererseits der zur Verfügung stehende Wickelraum durch einen höheren Füllfaktor besser ausgenutzt.
Die Stoßspannungsfestigkeit von Transformatorwicklungen für Nennspannungen ab 220 kV wird üblicherweise dadurch erreicht, daß die Wicklung ausschließlich aus ineinander gewickelten Spulen aufgebaut ist oder dadurch, daß im Eingangsgebiet der Wicklung mit abgestuften ängskapazitäten die Stoßspannung soweit abgebaut wird, daß die restliche Wicklung in normaler Doppelspulenschaltung, beispielsweise aus Drilleitern, ausführbar ist.
Die Herstellung ineinander gewickelter Spulen erfordert in jedem Fall Lötverbindungen, die bei Verwendung von Drillei- tern nur unter größten Schwierigkeiten oder überhaupt nicht realisierbar sind. Bei der Verwendung von Drilleitern ist daher zur Vermeidung von Lötverbindungen eine fortlaufend wickelbare Doppelspulenschaltung anzustreben, in der die kapazitive Steuerung durch einen besonderen Steuerleiter erreich- bar ist, dessen Lötverbindungen einfach und wirtschaftlich herstellbar sind.
Die Erfindung betrifft eine kapazitiv gesteuerte Hochspan- nungswicklung aus Scheibenspulen für Transformatoren mit gro- ßen Nennleistungen mit einem als Drilleiter ausgebildeten, den Laststrom führenden Hauptleiter und mit einem dazu räumlich parallelen Steuerleiter. Eine solche kapazitiv gesteuerte Hochspannungswicklung ist aus der DE-OS 24 18 230 bekannt. Die dort gezeigte Hochspannungswicklung weist mehrere axial übereinander angeordnete Scheibenspulen auf, die fortlaufend aus einem als Drilleiter ausgebildeten Hauptleiter gewickelt sind. Räumlich parallel zum Hauptleiter ist ein Steuerleiter über einen Wicklungsab- schnitt von jeweils mindestens vier Scheibenspulen laufend mitgewickelt. Der Steuerleiter ist in der Mitte dieses Wick- lungsabschnittes aufgetrennt und dessen Anfang und Ende außerhalb der Wicklung galvanisch miteinander verbunden. Diese durch Löten hergestellte Verbindung ist praktisch problemlos, weil der Steuerleiter als massiver Leiter ohne Schwierigkeit lötbar ist.
Durch die deutsche Auslegeschrift 1 297 217 ist eine weitere Wicklungsanordnung bekannt, die Steuerleiter zur kapazitiven Steuerung eines massiven Hauptleiters enthält. Diese Wicklung ist aus fortlaufend gewickelten Doppelspulen zusammengesetzt und die Steuerleiter sind zur Erzielung abgestufter Längskapazitäten in den Doppelspulen unterschiedlich lang ausgeführt. Der Hauptleiter der Doppelspulen ist aus zwei elektrisch parallel geschalteten und räumlich parallel geführten und dabei elektrisch voneinander isolierten Massivleitern ge- bildet, zwischen denen der als Metallfolie ausgeführte Steuerleiter eingewickelt ist.
Sowohl bei der Wicklungsausführung gemäß der deutschen Auslegeschrift 12 97 217 als auch gemäß der DT 24 18 230 AI ist die Längskapazität und die Stoßspannungsverteilung in der
Wicklung auch von der Wickeldichte abhängig. Die Wickeldichte schwankt jedoch in unerwünschter Weise mit der jeweils erreichten Fertigungsqualität.
Aus der DE-OS 19 43 724 ist ein Drilleiter für Spulen für Transformatoren bekannt, der aus mehreren prallel geführten und gegeneinander isolierten flachen Teilleitern besteht. Entlang des Drilleiters sind die Positionen der Teilleiter im Querschnitt des Drilleiters betrachtet durch Kröpfen zyklisch vertauscht, so dass jeder Teilleiter über die Länge des Drilleiters zyklisch jede mögliche Position im Querschnitt des Drilleiters einnimmt.
Aus der DE-PS 23 23 304 ist eine Stufenwicklung für Transformatoren bekannt, die mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Teilwicklungen aufweist. Jede der Teilwicklungen ist aus je- weils einem Einzelleiter gebildet, zu dem ein jeweiliger
Steuerleiter räumlich parallel angeordnet ist. Die Steuerleiter und die Einzelleiter sind elektrisch voneinander isoliert.
Aus der DE-PS 39 07 287 C2 ist ein Transformator mit einer Wicklung aus einem den Laststrom führenden Hauptleiter bekannt, der üblicherweise aus einem Werkstoff mit hoher Leitfähigkeit besteht. Dem Hauptleiter ist zumindest über einen Teil seiner Länge räumlich parallel ein Zusatzleiter aus einem Widerstandsstoff angeordnet. Der Zusatzleiter dient zur Bedämpfung von Schwingungen.
Aus der DE-PS 36 29 310 ist ein Hochstromleiter für die Anschlussleitungen von Wicklungen bekannt, neben dem ein Schirmleiter räumlich parallel geführt ist. Der Schirmleiter ist über so bezeichnete "Potentialverbindungen" mit dem stromführenden Leiter galvanisch derart verbunden, dass der Summenstrom im Schirmleiter gleich Null ist. Der Schirmleiter dient der Abschirmung des Magnetfeldes des durch den im Hoch- Stromleiter geführten Strom, so dass seinem magnetischen Feld ausgesetzte Konstruktionsteile thermisch nicht unzulässig durch in diesen induzierte Wirbelströmen belastet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde für Hochspannungs- Wicklungen der erstgenannten Art eine Steuerleiteranordnung zu schaffen, die eine größere Längskapazität aufweist und dabei ebenso eine vergleichsweise einfache und sichere Herstel- lung sowie eine hohe Betriebssicherheit der Hochspannungs- wicklung während ihres Einsatzes in einem Transformator gewährleistet.
Unter Längskapazität wird die auf eine Längeneinheit bezogene elektrische Kapazität zwischen dem wicklungsbildenden Hauptleitern und dem Steuerleiter verstanden.
Diese Aufgabe wird bei einer Hochspannungswicklung der erstgenannten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der
Steuerleiter räumlich innerhalb des Hauptleiters angeordnet ist, und daß der Steuerleiter galvanisch von dem Hauptleiter getrennt ist.
Dadurch, daß der Steuerleiter innerhalb des als Drilleiter ausgeführten Hauptleiters liegt, liegt er räumlich sehr nahe zu allen Teilleitern, aus denen ein Drilleiter üblicherweise gebildet ist, so daß eine große Längskapazität gegeben ist. Außerdem ist die Längskapazität dieser Hochspannungswicklung unabhängig von möglicherweise vorhandenen axialen Kühlkanälen. Eine Hochspannungswicklung ist mit einem solchen Hauptleiter besonders einfach herstellbar, weil der Hauptleiter und der Steuerleiter gleichzeitig gewickelt werden können. Zudem ist eine hohe Betriebssicherheit dadurch gegeben, daß der Steuerleiter innerhalb des Hauptleiters liegt, also durch den Hauptleiter nach außen abgeschirmt ist. Die maximale Spannungsbeanspruchung des Steuerleiters zwischen zwei axial benachbarten Spulen ist aufgrund dieser Abschirmung immer nur gleich dem Zweifachen der über einer Scheibenspule anliegen- den Spannung .
Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist der Steuerleiter räumlich zwischen zwei Stapeln von flach aufeinander liegenden gemeinsam den Hauptleiter bildenden Einzelleitern angeordnet und steht hochkant zwischen den zwei Stapeln der Einzelleiter des Hauptleiters. Der so angeordnete Steuerleiter liegt an den entsprechenden Seitenflächen der Stapel an. Diese Seitenflächen sind im Vergleich zu der Außenoberfläche eines Drilleiters sehr eben, so dass ein sehr geringer Abstand zwischen den Seitenflächen und dem Steuerleiter und damit eine sehr große Längskapazität gegeben ist.
Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung bildet der Steuerleiter im Querschnitt ein Rechteck mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von etwa 15 : 1 und ist der Gesamtquerschnitt des Hauptleiters mit eingeschlossenem Steuerleiter etwa quadratisch.
Vorzugsweise ist der Steuerleiter aus mehreren räumlich parallel liegenden, gegeneinander elektrisch isolierten Einzelleitern gebildet. Dadurch ergeben sich geringe Wirbelstromverluste im Steuerleiter.
Andere Ausgestaltungen bestehen darin, daß sich der Steuerleiter über einen Teil der Scheibenspule erstreckt und dass im Hauptleiter im verbleibenden Teil der Scheibenspule eine Auffüllung aus Isolierstoff vorgesehen ist.
Vorzugsweise nimmt die Anzahl der mit einem Steuerleiter versehenen Windungen innerhalb einer Scheibenspule mit zunehmendem Abstand der Scheibenspule vom Anschluss der Hochspannungswicklung ab. Dadurch nimmt die Längskapazität vom Anschluss aus in die Hochspannungswicklung hinein gehend ab, und es ist eine Verteilung eines an dem Anschluss auftretenden Spannungsstosses auf eine hohe Zahl an Windungen in der Hochspannungswicklung erreicht.
Bevorzugterweise ist zwischen den zwei Stapeln von dem Hauptleiter bildenden Teilleitern in Steuerleiterfreien Scheibenspulen eine Zwischenlage angeordnet, deren Querschnitt dem Steuerleiter einschließlich dessen Isolierung entspricht. Nach weiteren Ausbildungen der Erfindung ist jeweils aus der äußersten Windung einer einen Steuerleiter aufweisenden Scheibenspule eine Anschlußfahne des Steuerleiters hinausgeführt und sind jeweils die Anschlußfahnen von benachbarten Scheibenspulen, deren radial innen liegende Hauptleiterwindungen durch eine Spulenverbindung verbunden sind, über eine Steuerleiterverbindung galvanisch miteinander gekoppelt.
Erfindungsgemäß ausgebildete Hochspannungswicklungen sind sehr vorteilhaft, weil ihre Längskapazität infolge der räumlich extrem engen Kopplung des Steuerleiters mit dem Hauptleiter deutlich größer ist, als bei allen obengenannten bekannten Ausführungen. Dabei ist der erforderliche Fertigungsaufwand gegenüber den bekannten Lösungen eher geringer als höher. In der Regel ist die Hochspannungswicklung nach deren Fertigstellung durch eine Einspannvorrichtung, die auf die Wicklung eine axiale Einspannkraft ausübt, zusammengehalten. Ist der innerhalb des Hauptleiters ein als Flachleiter ausgebildeter Steuerleiter vorgesehen und ist der Hauptleiter so gewickelt, dass der Flachleiter in einer radialen Ebene liegt, dann ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass der Abstand zwischen dem Steuerleiter und den diesen flankierenden Teilleitern des Hauptleiters zeitlich sehr konstant ist, das die Einspannkraft zeitlich nur geringfügig schwankt. Die Längskapazität der Hochspannungswicklung ist dadurch nahezu konstant.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
FIG 1 eine Hochspannungswicklung im Schnitt, FIG 2 eine Einzelheit bei A in FIG 1 in größerem Maßstab, FIG 3 einen Querschnitt durch einen Hauptleiter mit integriertem Steuerleiter, FIG 4 einen Querschnitt durch einen Hauptleiter mit einer Auffüllung und FIG 5 einen Querschnitt durch einen Hauptleiter mit einer
Zwischenlage und FIG 6 einen Querschnitt durch einen Hauptleiter mit einem mit mehreren Einzelleitern gebildeten Steuerleiter.
Einander entsprechende Bauteile sind in allen FIG mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine entlang einer Achse 16 gerichtete Hochspannungswicklung 1 eines Transformators mit hoher Nennleistung, beispielsweise mehr als 200 MWA und einer Nennspannung von 220 kV oder mehr, weist Anschlüsse 2 und 3 auf, wobei der Anschluss 2 den Hoch- spannungsanschluss bildet (siehe Figur 1) .
Die Hochspannungswicklung 1 ist aus Scheibenspulen 4A bis 4L zusammengesetzt (siehe Figur 2) . Die Scheibenspulen 4A bis 4L sind aus einem Hauptleiter 5 mit vorzugsweise annähernd quadratischem Querschnitt gewickelt, wobei der Hauptleiter 5 in den Scheibenspulen 4A, 4C, 4E, 4G, 41 und 4K jeweils von außen nach innen und in den Scheibenspulen 4B, 4D, 4F, 4H, 4J und 4L von innen nach außen gewickelt ist. Die Scheibenspulen 4A bis 4L sind über innerhalb der Hochspannungswicklung 1 liegende Spulenverbindungen 6 und über am äußeren Umfang der Hochspannungswicklung 1 liegende Spulenverbindungen 7 elektrisch in Reihe geschaltet (siehe Figur 2). Die
Scheibenspulen 4A bis 4L können auch in Paaren (4a,4B); (4C,4D); (4E,4F); (4G,4H); (41, 4J) bzw. (4K,4L) jeweils in einer Doppelspule zusammengefasst sein, und jede Doppelspüle kann aus jeweils einem Hauptleiter gewickelt sein.
Der Hauptleiter 5 (siehe Figuren 3 bis 5) besteht aus zwei parallel zueinander liegenden Stapeln 16 und 17 von mit ihren Breitseiten aneinander liegenden Teilleitern 8, die gegeneinander zwar isoliert aber trotzdem elektrisch parallel geschaltet sind. Entlang des Hauptleiters 5 wird durch Verschränkungen 9, von denen nur eine dargestellt ist, abwechselnd einer der Teilleiter 8 von einem Stapel 16 zum anderen Stapel 17 geführt und einer der Teilleiter 8 vom anderen Stapel 17 zum einen Stapel 16 geführt. Dieser Austausch erfolgt zyklisch entlang des Hauptleiters 5, so daß jeder Teilleiter 8 pro Längenabschnitt des Hauptleiters 5 jede mögliche Teilleiterposition einnimmt. Dadurch ist ein sogenannter Drilleiter gebildet, der im Stromgeneratorenbau auch Roebelstab genannt ist.
Zwischen den beiden Stapeln 16 und 17 aus Einzelleitern 8 ist eine Distanz in der Größenordnung der Stärke eines
Einzelleiters 8 vorgesehen. Diese Distanz wird gemäß FIG 3 durch einen isolierten Steuerleiter 10, gemäß FIG 4 durch eine Auffüllung 11 und gemäß FIG 5 durch eine Zwischenlage 12 ausgefüllt. Der Steuerleiter 10 hat einen annähernd rechteckigen Querschnitt, wobei das Rechteck ein Längen-
/Breitenverhältnis von etwa 15 : 1 aufweist. Der Steuerleiter 10 kann als isolierter Massivleiter, insbesondere als Flachleiter, oder ähnlich wie der Hauptleiter 5 aus mehreren radial übereinander liegenden, gegeneinander isolierten Einzelleitern 15 ausgeführt sein (siehe Figur 6) . Die
Einzelleiter 15 sind elektrisch parallel geschaltet. Die Auffüllung 11 besteht aus Isolierwerkstoff, hat den gleichen Querschnitt wie der Steuerleiter 10 und trägt auch die gleiche Ummantelung wie dieser. Die Zwischenlage 12 hat einen Querschnitt gleich dem Steuerleiter 10 einschließlich Isolierung.
Der Steuerleiter 10, die Auffüllung 11 mit Ummantelung bzw. die Zwischenlage 12 stehen hochkant zwischen den beiden Sta- peln aus den Einzelleitern 8. Dadurch ist eine enge räumliche Anordnung der Einzelleiter 8 insbesondere gegenüber dem Steuerleiter 10 geschaffen.
Die parallel und räumlich eng zueinander liegenden Einzellei- ter 8 einerseits und der Steuerleiter 10 andererseits bilden infolge ihres geringen räumlichen Abstands voneinander einen Kondensator mit relativ hoher Kapazität. Beim Ausführungsbeispiel (siehe Figur 2) erstreckt sich je ein Steuerleiter 10A bzw. 10B in der ersten und zweiten Scheibenspule 4A bzw. 4B über alle fünf Windungen, je ein Steuerleiter IOC bzw. 10D in der dritten und vierten Scheibenspule 4C bzw. 4D über je drei Windungen, je ein Steuerleiter 10E bzw. 10F in der fünften und sechsten Scheibenspule 4E bzw. 4F über je 2 Windungen und je ein Steuerleiter 10G bis 10J in der siebten bis zehnten Scheibenspule 4G bis 4J über je eine Windung. Die in der Hochspannungswicklung 1 dann folgenden Scheibenspulen 4K und 4L sind steuerleiterfrei und lediglich mit der Zwischenlage 12 ausgepolstert. In den steuer- leiterfreien Windungen der Scheibenspulen 4A bis 4J sind anstelle eines Steuerleiters die Auffüllungen 11C bis 11J vor- gesehen.
Die Steuerleiter 10A - 10J sind jeweils über eine nicht näher dargestellte Anschlussfahne 13A - 13J aus ihrer jeweiligen Scheibenspule 4A - 4J herausgeführt und elektrisch kontak- tierbar.
Die Anschlussfahnen 13A bis 13J der Scheibenspulen 4A bis 4J, die über eine Spulenverbindung 6 unmittelbar miteinander verbunden sind, also die Scheibenspulen (4A,4B); 4C,4D); (4E,4F); (4G,4H) bzw. (41, 4J), sind außerhalb der Hochspannungswicklung 1 durch jeweils eine Steuerleiterverbindung 14A bis 14E galvanisch miteinander verbunden. Dadurch sind also die Steuerleiter 10A und 10B bzw. IOC und 10D bzw. 10E und 10F bzw. 10G und 10H bzw. 101 und 10J elektrisch in Reihe ge- schaltet.
Dadurch, dass sich die Steuerleiter 10A bis 10J, wie oben beschrieben, über unterschiedliche Windungszahlen erstrecken, sind die Längskapazitäten der Scheibenspulen 4A bis 4 J entsprechend unterschiedlich. Dabei ist die jeweilige
Längskapazität der Scheibenspulen 4A und 4B ist am höchsten und die jeweilige Längskapazität der Scheibenspulen 4B bis 4J ist am niedrigsten. Mit anderen Worten: Vom Anschluss 2 aus entlang des Hauptleiters 5 in die Hochspannungswicklung 1 gehend, sinkt die Längskapazität ab. Dadurch werden insbesondere hochfrequente Spannungsstöße, mit denen der Anschluss 2 beaufschlagt wird, so in die
Hochspannungswicklung 1 eingeleitet, daß der Spannungsabfall auf viele Windungen verteilt ist. Durch die absinkende Längskapazität wird im Idealfall - abhängig vor allem von der Frequenz des SpannungsStoßes - eine annähernd gleichmäßige Verteilung eines auftreffenden SpannungsStoßes auf die Hochspannungswicklung 1 erzwungen ist.
Je nach den Voraussetzungen, also der Windungszahl je Scheibenspule 4A bis 4L und vor allem der Beschaffenheit sowie dem Aufbau eines mit der Hochspannungswicklung verbundenen Netzes, können auch andere Abstufungen vorteilhaft sein und ggfs. ausgeführt werden.
Die nicht näher dargestellten Scheibenspulen 4A - 4L, die in der Hochspannungswicklung 1 unterhalb des Abschnitts A gemäß Figur 1 liegen, können mit einem als Drilleiter ausgeführten Hauptleiter ohne einen Steuerleiter und ohne Auffüllung oder Zwischenlage ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Kapazitiv gesteuerte Hochspannungswicklung aus Scheiben- spulen (4) , insbesondere für Transformatoren mit großen Nennleistungen, mit einem als Drilleiter ausgeführten Hauptleiter (5) für den Laststrom und mit einem dazu räumlich parallelen Steuerleiter (10), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Steuer- leiter (10) räumlich innerhalb des Hauptleiters (5) angeordnet ist, und daß der Steuerleiter (10) von dem Hauptleiter (5) galvanisch getrennt ist,
2. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Steuerleiter (10) räumlich zwischen zwei Stapeln (16,17) von flach aufeinander liegenden, gemeinsam den Hauptleiter (5) bildenden Teilleitern (8) angeordnet ist.
3. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Steuerleiter (10) hochkant zwischen den zwei Stapeln (16,17) der Teilleiter (8) des Hauptleiters (5) steht.
4. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Steuerleiter (10) im Querschnitt ein Rechteck mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von etwa 15 : 1 bildet.
5. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Steuerleiter (10) aus mehreren räumlich parallel liegenden, gegeneinander elektrisch isolierten Einzelleitern (15) gebildet ist .
6. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gesamt- querschnitt des Hauptleiters (5) mit eingeschlossenem Steuerleiter (10) etwa quadratisch ist.
7. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich der Steuerleiter (10A) über einen Teil der Scheibenspule (4A) erstreckt und dass im Hauptleiter (5) im verbleibenden Teil der Scheibenspule (4A) eine Auffüllung (11) aus Isolierstoff vorgesehen ist.
8. Hochspannungswicklung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anzahl der mit einem Steuerleiter (10A-10J) versehenen Windungen innerhalb einer Scheibenspule (4A bis 4J) mit zunehmendem
Abstand der Scheibenspule (4A bis 4J) vom Anschluss (2) der Hochspannungswicklung (1) abnimmt.
9. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den zwei Stapeln (16,17) von den Hauptleiter (5) bildenden Teilleitern (8) in Steuerleiterfreien Scheibenspulen (4K,4L)) eine Zwischenlage (12) angeordnet ist, deren Querschnitt dem Steuerleiter (10) einschließlich dessen Isolierung ent- spricht.
10. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß aus der äußersten Windung einer einen Steuerleiter (10A) aufweisenden Scheibenspule (4A) eine Anschlußfahne (13A) des Steuerleiter (10A) hinausgeführt ist.
11. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils die Anschlußfahnen (13A, 13B) von benachbarten Scheibenspulen (4A,4B), deren radial innen liegende Hauptleiterwindungen durch eine Spulenverbindung (6) verbunden sind, über eine Steuerleiterverbindung (14A) galvanisch miteinander gekoppelt sind.
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