WO2004019351A1 - Wicklungsanordnung - Google Patents

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WO2004019351A1
WO2004019351A1 PCT/DE2003/002592 DE0302592W WO2004019351A1 WO 2004019351 A1 WO2004019351 A1 WO 2004019351A1 DE 0302592 W DE0302592 W DE 0302592W WO 2004019351 A1 WO2004019351 A1 WO 2004019351A1
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WO
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winding
transformer
windings
shield
arrangement according
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PCT/DE2003/002592
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Heinzig
Jens Hoppe
Dietmar Jahnel
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to EP03792126.9A priority patent/EP1529296B1/de
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Priority to BRPI0313483A priority patent/BRPI0313483B1/pt
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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
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • 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
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
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    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material

Definitions

  • the invention relates to a winding arrangement with at least two windings arranged side by side in a row.
  • a transformer winding is known which is coaxially surrounded by a tubular electrostatic shield.
  • the shield extends over the entire axial length of the winding and closes with both ends of the winding.
  • three further tubular shields surrounding the winding are provided, which decrease in their axial length in steps from the outside inwards and all terminate with the upper end face of the winding.
  • the winding is also connected there.
  • the electrostatic signs which vary in length, are intended to achieve a uniform voltage distribution along the winding when the winding is subjected to impulse voltage; the electrostatic signs act like capacitors for voltage dissipation.
  • Winding arrangements with at least two windings arranged next to one another in series can have a corresponding core, each of the windings enclosing a leg of the core which is magnetically connected to the core yoke outside the windings to form a closed circuit. Furthermore, it is customary to accommodate such a winding arrangement in a boiler, formed with conductive walls, and to fill the boiler with an insulating medium, for example cooling oil.
  • Such winding arrangements can also be provided for transformers, with each of the two windings each forming a transformer winding of a respective transformer winding combination.
  • the transformer windings formed with the windings are each assigned to a phase and an electrical side, for example the primary side of the transformer, each of the transformer winding combinations having a second transformer winding which forms the other electrical side of the corresponding phase.
  • the winding arrangement when used in a choke or a transformer for high-voltage direct current transmission (HVDC) applications, in addition to the windings being subjected to a harmonic electrical alternating voltage, a direct voltage is also applied. Accordingly, the windings must be designed for the application of such harmonics or DC voltages. Accordingly, the windings are subjected to a corresponding AC and DC voltage test before commissioning. In such a DC voltage test, the windings are subjected to a DC test voltage one after the other or all together.
  • HVDC high-voltage direct current transmission
  • the object of the invention is to provide a winding arrangement which has a high electrical strength.
  • the object is achieved with a winding arrangement with at least two windings arranged side by side in a row, each of which is surrounded by a barrier arrangement formed with an insulating material and each with a tubular electrical shield in the region of each of the two Winding faces of at least one of the windings, each shield coaxially surrounding the at least one winding leaving an intermediate gap and extending axially beyond the respective winding face in such a way that its axial height relative to the respective winding face is equal to or greater than half is the radial width of the gap.
  • windings are each surrounded by a barrier arrangement formed with insulating material means that there is a high level of electrical insulation with respect to a core leg that may be present and also to a boiler that may be present, which may have magnetic boiler wall shields on the inside and in which the winding arrangement is arranged , i.e. opposite electrical parts located outside of the winding.
  • the tubular electrical shields in the region of each end face of the winding ensure that the electrical field is guided there in such a way that the electrical stress on the barrier arrangement is as low as possible.
  • the shields in particular achieve this that the electrical field strength which forms between the shield and the corresponding winding - in particular its winding edge - which occurs, for example, when the windings are subjected to direct voltage or when the direct voltage is tested, opens into or out of the barrier arrangement essentially perpendicular to the surface of the wall this leaves again. So there are very few tangential, ie along the surface of the wall of the barrier arrangement directed electrical field strength components.
  • the configuration of the winding arrangement according to the invention proves to be particularly advantageous.
  • the provision of the barrier arrangement and the electrostatic shields also enables a particularly compact construction of the winding arrangement with the boiler, since the electrical fields which form, in particular when a DC voltage is applied, are guided and evenly outward, as described, so that the probability of a Arcing between one of the windings and electrically conductive parts arranged outside the windings is reduced to another potential.
  • An electrically safe winding arrangement results when all windings are in the area of their
  • Winding end faces have such signs as are provided in the at least one winding.
  • the two electrical shields are formed together with a continuous tubular overall shield that extends axially over the entire winding.
  • a corresponding shield to the outside is achieved along the entire winding.
  • the winding arrangement preferably forms a choke for high-voltage direct current transmission systems (HVDC systems).
  • HVDC systems high-voltage direct current transmission systems
  • the winding arrangement according to the invention is particularly suitable for such a choke.
  • each of the two windings forms an outer transformer winding of a respective transformer winding combination, with each transformer winding combination forming the outer transformer Gate winding which coaxially surrounds an inner transformer winding.
  • the two transformer windings are magnetically coupled and are used to transform an electrical phase, for example a multi-phase electrical network.
  • the winding arrangement is preferably part of a transformer for HVDC systems.
  • a high DC voltage can be applied to the transformer; due to the configuration according to the invention, the winding arrangement is therefore particularly well suited for such a transformer.
  • the barrier arrangement can be designed, for example, in such a way that the wall is formed with a tube of insulating material radially surrounding the winding, which protrudes beyond the end face of the winding, and with an insulating material disc which closes the insulating tube on each end side.
  • each barrier arrangement in the region of the winding end faces has at least one rounded outer angle ring which engages around the outer winding edge.
  • the shields each have a shield for field guidance in the region of their ends.
  • the shielding for field guidance prevents high concentrations of electrical field strength in the area of the ends of the shields.
  • the winding arrangement is preferably arranged in a conductive boiler.
  • the winding arrangement according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
  • FIG. 1 shows a sectional illustration of a choke with the winding arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a transformer with the winding arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows a detail of a winding arrangement with a shield for field guidance in a first modification
  • FIG. 4 shows a detail of a winding arrangement with a shield for field guidance in a second modification.
  • FIG. 1 shows a winding arrangement with two windings 1 and 2 arranged side by side in a row, each of which extends along an axis 85 and 86.
  • the electrical connections of the windings 1 and 2 are omitted in FIG. 1 for the sake of clarity.
  • Each of the windings 1 and 2 is surrounded by a respective barrier arrangement 3 or 4 formed from insulating material.
  • Each of the barrier arrangements 3 and 4 has an outer angle ring 9, 10 and 11, 12 on each of the winding faces 5, 6, 7 and 8.
  • an inner angle ring 13, 14 and 15, 16 is provided on the winding faces 5, 6 and 7, 8, respectively.
  • the outer angle rings 9, 10 and 11, 12 each encompass the radially outer winding edge 19 or 20 and formed with the winding outer surface 17 or 18 and the adjacent winding face 5 or 6 and 7 or 8. 21 and 22.
  • the inner angle rings 13, 14 and 15, 16 each encompass a radially inner winding edge 19A, 20A or 21A, 22A.
  • the tubular overall shields 23 and 24 are provided in the case of both windings 1 and 2 in the areas of their winding faces 5, 6 and 7, 8, respectively.
  • the overall shields 23 and 24 surround the windings 1 and 2, leaving an intermediate gap 23A and 24A, and are articulated to earth potential, ie connected to earth potential via a connection.
  • the overall shields 23 and 24 each extend over the entire axial length of the assigned windings 1 and 2 and on the winding end faces 5, 6 and 7, 8 beyond the winding end faces, in such a way that - as exemplified on the overall shield 23 -
  • the axial height B, relative to the winding face 5, is more than half the radial width A of the intermediate gap 23A.
  • the winding edge 19 it is particularly well electrically connected to the outer angle ring 9 with respect to conductive parts arranged outside the winding 1 - such as, for. B. the core 25, the boiler 26 or in the boiler 26 arranged on the wall 27 arranged magnetic sheet 28 - insulated.
  • the overall shield 23 it is additionally achieved in this area that the electrical field emanating from the winding face 5 and the winding outer surface 17 in the area of the winding edge 19, which is established during operation or during a DC voltage test, is guided in such a way that it is on the surfaces 29 and 30 of the outer angle ring 9 is almost vertical and ends on the shield 23.
  • the electrical load on the barrier arrangement 3 in the region of the winding edge 19 is thereby low when a DC voltage is applied during operation or during a DC voltage test. If the entire shields 23 and 24 were not present, an electrical field would result, in particular if the windings 1 and 2 were subjected to direct voltage in particular in the region of the winding edges 19 and 21 lying very close to one another, that is to say in the core window 31 of the core 25, which runs essentially in the axial direction, ie is no longer perpendicular to the surfaces 29 and 39 of the outer angle ring 9 and the corresponding surfaces of the outer angle ring 11. This would result in a strong electrical stress along the surface 29 or 30, in particular in the area close to the winding edge 19, which can lead to an electrical fault.
  • the barrier arrangements 3 and 4 with their outer angle rings 9, 10, 11 and 12 and the inner angle rings 13, 14, 15 and 16 are formed in particular from pressboard.
  • the transformer tank 26 can be filled with an insulation medium, for example cooling oil.
  • the core 25 can also be omitted, so that a coreless choke results.
  • FIG. 2 shows a sectional illustration through a winding arrangement provided for a two-phase transformer.
  • transformer winding combinations 32 and 33 are provided, each extending along an axis 87 and 88, respectively, the transformer winding combination 32 having an outer transformer winding 34 and an inner transformer winding 35 and the second transformer winding Winding combination 33 has an outer transformer winding 37 and an inner transformer winding 36.
  • the respective outer transformer windings 34 and 37 coaxially surround the inner transformer windings 35 and 36, respectively. Again, the electrical connections of the transformer windings 34, 35, 36 and 37 are not shown for clarity.
  • Each of the transformer windings 34, 35, 36, 37 is surrounded by a barrier arrangement 38, 39, 40, 41 assigned to it.
  • Each of the barrier arrangements 38, 39, 40, 41 have outer angle rings 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 and 49 comparable to the outer angle rings 9, 10, 11 and 12 according to FIG. 1 and to the inner angle rings 13, 14, 15 and 16 comparable inner angle rings 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 according to FIG.
  • tubular electrical shields 62, 63 or 64 and 65 surrounding the transformer windings 34 and 37 are provided.
  • the electrical shields 62, 63, 64 and 65 surround their respective windings to form a respective intermediate gap 62A, 63A, 64A and 65A, respectively.
  • the two individual shields 62 and 63 are provided here, for example, instead of the overall shield 23, each of which only extends over part of the axial length of the transformer winding 34.
  • the overall shields 23 and 24 each combine the function of the two shields 62 and 63 or 64 and 65.
  • the shields 62, 63, 64 and 65 also extend in the axial direction over the respective winding end faces 58, 59, 60 and 61 in such a way that - as explained using the example of the shield 62 - their respective axial relative to the winding face 58, 59, 60, 61 gene height D is at least equal to half the radial width C of the intermediate gap 62A.
  • the winding arrangement according to FIG. 2 is arranged within a transformer tank 66.
  • Each of the transformer winding combinations 32 and 33 surrounds a core leg 67 or 68 of a transformer core 69; the core legs 67 and 68 are magnetically connected via core yokes 70 and 71 to form a closed magnetic circuit.
  • Magnetic sheet packs 74 and 75 are provided on the inner sides 72 and 73 of the transformer tank 66 for better magnetic field guidance.
  • the barrier arrangements 38 to 41 can be made of pressboard and the transformer tank 66 can also be filled with an insulating medium, for example cooling oil.
  • the electrical shields 62, 63, 64 and 65 have the same task as the overall shields 23 and 24 according to FIG. 1, namely to guide the electrical field in particular in the core window 76 of the transformer core 69 such that it is tangential through the outer angle rings 46 and 42 or 43 and 47 occurs and a small electrical load on the barrier arrangement 38 and 40 occurs.
  • the shields 62 to 64 shown in FIG. 2 can also be provided there.
  • the shields 62 and 63 and / or 64 and 65 according to FIG. 2 in the winding arrangement according to FIG. 2 can each be replaced by corresponding axially continuous overall shields, as shown in FIG. 1.
  • the shields 62 and 63 are then formed together, that is in one piece, with a continuous overall shield which extends axially over the entire winding; the same applies to the shields 64 and 65.
  • the transformer core 69 can also be omitted here.
  • the shields 64 and 65 can also be omitted in this embodiment, the shields 62 and 63 are sufficient for shielding; However, in order to achieve particularly good shielding, 58 to 60 shields 62, 63, 64 and 65 are provided in the area of all winding end faces.
  • the barrier arrangements 3, 4 according to FIG. 1 and 38 to 41 according to FIG. 2 can also have multiple layers, i. H. be formed with a plurality of outer angle rings and inner angle rings.
  • the shields 62 to 65 and 84 and the overall shields 23 and 24 can have shields for field guidance in the region of their ends, as shown in FIGS. 3 and 4, respectively.
  • FIG. 3 shows a section in the area of a winding
  • FIG. 79 Front 79 of a winding 77 lying section shown.
  • the winding 77 extends along an axis 78 and, with an intermediate gap 80 left, is surrounded by a shield 81 which can be seen as representative of the shields 62 to 65 or the entire shields 23 and 24.
  • a shield 81 which can be seen as representative of the shields 62 to 65 or the entire shields 23 and 24.
  • the shield 81 has a shield 83 for field guidance. This surrounds the axis 78 and extends in the circumferential direction of the shield 81 along the end 82.
  • the shield has two conductive wires 84 and 84A, which are each electrically insulated with a corresponding insulation 89 and 89A and together with an overall insulation 90.
  • the two conductive wires 84 and 84A are connected to ground potential.
  • the two wires 84 and 85 are along their Length interrupted at least once along the circumference of the shield 81, so that there is no closed turn.
  • the shield 83 serves to avoid excessive fields or high field concentrations in the region of the end 82 of the shield 81.
  • FIG. 4 shows a modified shield 91 for field guidance; compared to the shield 93 according to FIG. 3, it has a single conductive wire 92 which is surrounded by electrical insulation 93.
  • the wire 92 is also connected to earth potential and is interrupted at least once along its length along the circumference of the shield 81, so that there is no closed turn.
  • the shields 83 and 91 are intended to ensure that on
  • the sign 81 can also be embodied as an electrically conductive tube which runs around the end of the shield 81, the axis 78, for example with a circular or elliptical cross section.
  • a conductive film can be provided on a correspondingly shaped carrier body instead of a tube.
  • the shields 83 and 91 can also be formed with the shield 81 itself, in that the shield 81 is bent over in such a way that a rounded brim is formed, or it can also be bent over so far that the bent part results in a kind of circumferential tube.
  • the shields 62 to 65 and the overall shields 23 and 24 can each have a shield 83 or 91 for field guidance at their ends in the area.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)
  • Insulating Of Coils (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung , die eine hohe elektrische Festigkeit aufweist. Die Wicklungsanordnung weist zumindest zwei nebeneinander in einer Reihe angeordnete Wicklungen (34, 37) auf, die jeweils von einer mit Isolierstoff ausgebildeten Barrierenanordnung (38, 40) umgeben sind. Weiterhin ist jeweils ein rohrförmiges elektrisches Schild (62, 63; 64, 65) im Bereich jeder der beiden Wicklungsstirnseiten (5, 6; 7, 8; 58, 59; 60, 61) von zumindest einer der Wicklungen (1, 3, 4) vorgesehen, dass die jeweilige Wicklung (1, 2; 3, 4; 37) koaxial unter Belassung eines Zwischenspalts (23A, 63A) umgibt und sich axial über die jeweilige Wicklungsstirnseite (5, 6; 7, 8; 58, 59; 60, 61) hinaus nach außen derart erstreckt, dass seine axiale, relativ zur jeweiligen Wicklungsstirnseite (58, 59) bezogene Höhe (B) gleich oder größer als die Hälfte der radialen Breite (A) des Zwischenspalts (23A, 63A) ist.

Description

Beschreibung
Wicklungsanordnung
Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung mit zumindest zwei nebeneinander in einer Reihe angeordneten Wicklungen. Aus der US-Patentschrift 4,318,066 ist eine Transformatorwicklung bekannt, die koaxial von einem rohrförmigen elektrostatischen Schild umgeben ist. Das Schild erstreckt sich über die gesamte axiale Länge der Wicklung und schließt mit beiden Wicklungsstirnseiten ab. Zwischen der Wicklung und dem elektrostatischen Schild sind noch drei weitere rohrförmige, die Wicklung umgebende Schilder vorgesehen, die gestuft von außen nach innen in ihrer axialen Länge abnehmen und alle mit der oberen Wicklungsstirnseite der Wicklung abschließen. Dort ist auch der Anschluss der Wicklung vorgesehen. Die in ihrer Länge variierenden elektrostatischen Schilder sind dazu vorgesehen, bei einer ImpulsSpannungsbeanspruchung der Wicklung eine gleichmäßige Spannungsverteilung entlang der Wicklung zu erreichen; dabei wirken die elektrostatischen Schilder wie Kondensatoren zur Spannungsableitung.
Wicklungsanordnungen mit zumindest zwei nebeneinander in Reihe angeordneten Wicklungen, wie sie beispielsweise für Drosseln vorgesehen sind, können beispielsweise einen entsprechenden Kern aufweisen, wobei jede der Wicklungen einen Schenkel des Kerns umschließt, der außerhalb der Wicklungen mit Kernjoch magnetisch zu einem geschlossenen Kreis verbunden sind. Weiterhin ist es üblich, eine solche Wicklungsan- Ordnung in einem Kessel, gebildet mit leitfähigen Wänden unterzubringen und den Kessel mit einem Isoliermedium, beispielsweise Kühlöl, zu füllen. Auch können solche Wicklungsanordnungen für Transformatoren vorgesehen sein, wobei jede der beiden Wicklungen je eine Transformatorwicklung einer jeweiligen Transformatorwicklungskombination bildet. Die mit den Wicklungen gebildeten Transformatorwicklungen sind dabei jeweils einer Phase und einer elektrischen Seite, beispielsweise der Primärseite des Transformators zugeordnet, wobei jede der Transformatorwicklungskombinationen eine zweite Transformatorwicklung aufweist, die die andere elektrische Seite der entsprechenden Phase bildet.
Insbesondere bei einer Anwendung der Wicklungsanordnung bei einer Drossel oder eines Transformators für Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungs-Anwendungen (HGÜ) kommt es neben einer Beaufschlagung der Wicklungen mit einer oberwellenbehafteten elektrischen Wechselspannung auch zu einer Gleichspannungsbeaufschlagung. Dementsprechend müssen die Wicklungen für die Beaufschlagung mit solchen Oberwellen bzw. Gleichspannungen ausgelegt sein. Entsprechend werden die Wicklungen vor Inbetriebnahme einer entsprechenden Wech- selspannungs- und Gleichspannungsprüfung unterzogen. Bei einer solchen Gleichspannungsprüfung werden die Wicklungen einein nacheinander oder alle gemeinsam mit einer Prüfgleichspannung beaufschlagt .
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wicklungsanordnung anzugeben, die eine hohe elektrische Festigkeit aufweist.
Die Aufgabe wird mit einer Wicklungsanordnung mit zumindest zwei nebeneinander in einer Reihe angeordneten Wicklungen, die jeweils von einer mit einem Isolierstoff ausgebildeten Barrierenanordnung umgeben sind und mit jeweils einem rohr- förmigen elektrischen Schild im Bereich jeder der beiden Wicklungsstirnseiten von zumindest einer der Wicklungen, wobei jedes Schild die zumindest eine Wicklung koaxial unter Belassung eines Zwischenspalts umgibt und sich axial über die jeweilige Wicklungsstirnseite hinaus nach außen derart er- streckt, dass seine axiale relativ zur jeweiligen Wicklungsstirnseite bezogene Höhe gleich oder größer als die Hälfte der radialen Breite des Zwischenspalts ist.
Dadurch, dass die Wicklungen jeweils von einer mit Isolier- stoff ausgebildeten Barrierenanordnung umgeben sind, ist eine hohe elektrische Isolierung gegenüber einem möglicherweise vorhandenen Kernschenkel und auch gegenüber einem möglicherweise vorhandenen Kessel, der innenseitig magnetische Kesselwandabschirmungen aufweisen kann und in dem die Wicklungsan- Ordnung angeordnet ist, also gegenüber außerhalb der Wicklung liegenden elektrischen Teilen, gegeben. Zusätzlich ist mit den rohrfδrmigen elektrischen Schilden im Bereich jeder Wicklungsstirnseite erreicht, dass dort das elektrische Feld derart geführt ist, dass dort eine möglichst geringe elektrische Belastung der Barrierenanordnung erfolgt. Geht man davon aus, dass die Barrierenanordnung zumindest eine Wand aus Isolierstoff aufweist, die die Wicklung umgibt und dabei insbesondere an den Wicklungsstirnseiten der einen Wicklung die radial außen liegende, von der Wicklungsmantelfläche und der Wicklungsstirnseite gebildete Wicklungskante umgreift, so ist mit den Schilden insbesondere erreicht, dass die sich zwischen dem Schild und der entsprechenden Wicklung - insbesondere deren Wicklungskante - ausbildende elektrische Feldstärke, die beispielsweise bei einer Gleichspannungsbeauf- schlagung oder Gleichspannungsprüfung der Wicklungen auftritt, im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche der Wand der Barrierenanordnung stehend in diese einmündet bzw. aus dieser wieder austritt . Es treten also hierbei sehr geringe tangentiale, also entlang der Oberfläche der Wand der Barrierenanordnung gerichtete elektrische Feldstärkekomponenten auf. Bei einer Ausführung ohne Schilde stellt sich bei einer solchen Gleichspannungsbeaufschlagung insbesondere in den Be- reichen der Barrierenanordnung, in denen die Wicklungskanten der beiden benachbarten Wicklungen nahe aneinanderllegen ein im wesentlichen sich in axialer Richtung gerichtetes elektrisches Feld ein. Dies bewirkt, dass gerade in dem zur äußeren Wicklungskante benachbarten Bereich der Barrierenanordnung starke tangentiale, entlang der Oberfläche der Wand der Barrierenanordnung gerichtete elektrische Feldstärken auftreten, die zu einem elektrischen Fehler führen können. Bei der Auslegung der Schilder im Hinblick auf die relativ zur jeweiligen Wicklungsstirnseite bezogenen Höhe, um die jedes Schild die Wicklungsstirnseite übersteigt, hat sich herausgestellt, dass es für eine gute Feldführung ausreicht, wenn diese Höhe mindestens die Hälfte der radialen Breite des Zwischenspalts beträgt. Insoweit muss die Höhe bei größer werdender radialer Breite des Zwischenspalts auch entsprechend anwachsen. Insbe- sondere bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Wicklungs- anordnung für eine Drossel, bei der die beiden elektrischen Wicklungen parallelgeschaltet sind, erweist sich die erfindungsgemäße Ausbildung der Wicklungsanordnung als besonders vorteilhaft. Durch das Vorsehen der Barrierenanordnung und der elektrostatischen Schilde ist darüber hinaus ein besonders kompakter Aufbau der Wicklungsanordnung mit dem Kessel ermöglicht, da die sich insbesondere bei einer Gleichspannungsbeaufschlagung ausbildenden elektrischen Felder - wie beschrieben - geführt und auch nach außen hin vergleichmäßigt sind, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Überschlags zwischen einer der Wicklungen und außerhalb der Wicklungen angeordneten elektrisch leitfähigen Teile auf anderem Potential verringert ist. Eine elektrisch besonders sichere Wicklungs- anordnung ergibt sich, wenn alle Wicklungen im Bereich ihrer
Wicklungsstirnseiten solche Schilder aufweisen, wie sie bei der zumindest einen Wicklung vorgesehen sind.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden elektrischen Schilde gemeinsam mit einer durchgehenden, sich axial über die gesamte Wicklung erstreckenden rohrförmigen Gesamtschild gebildet. Hierdurch ist entlang der gesamten Wicklung eine entsprechende Abschirmung nach außen erreicht . Dies er- weist sich besonders vorteilhaft bei einer Anordnung der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung in einem Kessel, bei dem zur besseren magnetischen Feldführung außerhalb der Wicklung parallel zu den Kernjochen ausgerichtete und im Inneren des Kessels an der Kesselwand angeordnete Magnetkernpakete vorge- sehen sind. Bei Wicklungsanordnungen ohne elektrische Schilden können sich an den üblicherweise bei den Magnetblechpaketen vorhanden Ecken und Kanten ausbildende Feldstärkeerhöhungen zu Überschlägen zwischen der Wicklung und den Magnet- blechpaketen führen. Durch die elektrischen Schilder ist der elektrische Feldverlauf zwischen Wicklung und der Kesselwand bzw. den Magnetblechpaketen vergleichmäßigt, wodurch die Gefahr eines elektrischen Überschlags zwischen Wicklung und Kesselwand stark verringert ist.
Vorzugsweise bildet die Wicklungsanordnung eine Drossel für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssysteme (HGÜ-Systeme) . Die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung eignet sich besonders für eine solche Drossel.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung bildet jede der beiden Wicklungen jeweils eine äußere Transformatorwicklung einer jeweiligen Transformatorwicklungskombination, wobei jede Transformatorwicklungskombination die äußere Transforma- torwicklung aufweist, die eine innere Transformatorwicklung koaxial umgibt. Die beiden Transformatorwicklungen sind dabei magnetisch gekoppelt und dienen der Transformation einer elektrischen Phase, beispielsweise eines mehrphasigen elekt- rischen Netzes.
Bevorzugt ist die Wicklungsanordnung Bestandteil eines Transformators für HGÜ-Systeme. In solchen HGÜ-Systemen kann eine Beaufschlagung des Transformators mit einer hohen Gleichspan- nung erfolgen; aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Wicklungsanordnung daher für einen solchen Transformator besonders gut geeignet .
Die Barrierenanordnung kann zum Umgreifen der äußeren Wick- lungskante beispielsweise so ausgebildet sein, dass die Wand mit einem die Wicklung radial umgebenden Rohr aus Isolierstoff, das über die Wicklungsstirnseite hinausragt, und mit je einer das Isolierstoffröhr deckelartig an jeder Stirnseite verschließenden IsolierstoffScheibe gebildet ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist jede Barrierenanordnung im Bereich der Wicklungsstirnseiten jeweils zumindest einen abgerundeten Außenwinkelring auf, der die äußere Wicklungskante umgreift .
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Schilde im Bereich ihrer Enden jeweils eine Abschirmung zur Feldführung auf. Mit der Abschirmung zur Feldführung sind hohe Konzentrationen elektrischer Feldstärke im Bereich der Enden der Schilde vermieden.
Vorzugsweise ist die Wicklungsanordnung in einem leitfähigen Kessel angeordnet. Im folgenden ist die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung anhand der Zeichnung näher erläutert .
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung einer Drossel mit der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung,
Figur 2 einen Transformator mit der erfindungsgemäßen Wick- 1ungsanordnung, Figur 3 einen Ausschnitt einer Wicklungsanordnung mit einer Abschirmung zur Feldführung in einer ersten Modifikation und Figur 4 einen Ausschnitt einer Wicklungsanordnung mit einer Abschirmung zur Feldführung in einer zweiten Modifikation.
In Figur 1 ist eine Wicklungsanordnung mit zwei nebeneinander in einer Reihe angeordneten Wicklungen 1 und 2, die sich jeweils entlang einer Achse 85 und 86 erstrecken, dargestellt. Die elektrischen Anschlüsse der Wicklungen 1 und 2 sind der Übersichtlichkeit halber in Figur 1 weggelassen. Jede der Wicklungen 1 und 2 ist von einer jeweiligen aus Isolierstoff gebildeten Barrierenanordnung 3 bzw. 4 umgeben. Jede der Barrierenanordnungen 3 und 4 weist an jeder der Wicklungsstirnseiten 5, 6, 7 und 8 einen Außenwinkelring 9, 10 bzw. 11, 12 auf. Ebenso ist an den Wicklungsstirnseiten 5, 6 bzw. 7, 8 ein Innenwinkelring 13, 14 bzw. 15, 16 vorgesehen. Die Außenwinkelringe 9, 10 bzw. 11, 12 umgreifen jeweils die mit der Wicklungsmantelfläche 17 bzw. 18 und der angrenzenden Wicklungsstirnseite 5 bzw. 6 sowie 7 bzw. 8 gebildete, radial außen liegende Wicklungskante 19 bzw. 20 sowie. 21 bzw. 22. Die Innenwinkelringe 13, 14 bzw. 15, 16 umgreifen jeweils eine radial innen liegende Wicklungskante 19A, 20A bzw. 21A, 22A. Zur Abschirmung sind vorliegend bei beiden Wicklungen 1 und 2 in den Bereichen ihrer Wicklungsstirnseiten 5, 6 bzw. 7, 8 die rohrförmigen Gesamtschilde 23 bzw. 24 vorgesehen. Die Gesamtschilde 23 und 24 umgeben die Wicklungen 1 bzw. 2 unter Belassung eines Zwischenspalts 23A und 24A und sind an Erdpotential angelenkt, d. h. über eine Verbindung mit Erdpotential verbunden. Vorliegend erstrecken sich die Gesamtschilde 23 und 24 jeweils über die gesamte axiale Länge der zugeordneten Wicklungen 1 bzw. 2 und an den Wicklungsstirnseiten 5, 6 bzw. 7, 8 über die Wicklungsstirnseiten hinaus, und zwar derart, dass - wie beispielhaft am Gesamtschild 23 erläutert - die axiale, relativ zur Wicklungsstirnseite 5 bezogene Höhe B mehr als die Hälfte der radialen Breite A des Zwischenspalts 23A ist.
Betrachtet man beispielsweise die Wicklungskante 19, so ist diese mit dem Außenwinkelring 9 besonders gut elektrisch gegenüber außerhalb der Wicklung 1 angeordneten leitfähigen Teile - wie z. B. dem Kern 25, dem Kessel 26 oder den im Kes- sei 26 an dessen Wand 27 angeordneten Magnetblechpaket 28 - isoliert. Mit dem Gesamtschild 23 ist in diesem Bereich zusätzlich erreicht, dass das von der Wicklungsstirnseite 5 und der Wicklungsmantelfläche 17 im Bereich der Wicklungskante 19 ausgehende, sich im Betrieb oder bei einer Gleichspannungs- prüfung einstellende elektrische Feld derart geführt ist, dass es auf den Oberflächen 29 und 30 des Außenwinkelrings 9 nahezu senkrecht steht und auf dem Schild 23 endet. Insoweit ist hierdurch die elektrische Belastung der Barrierenanordnung 3 im Bereich der Wicklungskante 19 bei Beaufschlagung mit einer Gleichspannung im Betrieb oder bei einer Gleichspannungsprüfung gering. Wären die Gesamtschilde 23 und 24 nicht vorhanden, so würde sich insbesondere bei einer - insbesondere gleichzeitigen - Gleichspannungsbeaufschlagung der Wicklungen 1 und 2 im Bereich der sehr nahe beieinander liegenden Wicklungskanten 19 und 21, also im Kernfenster 31 des Kerns 25, ein elektrisches Feld ergeben, das im wesentlichen in axialer Richtung verläuft, also nicht mehr senkrecht auf den Oberflächen 29 und 39 des Außenwinkelrings 9 und den entsprechenden Oberflächen des Außenwinkelrings 11 steht. Dadurch würde es zu einer starken elektrischen Beanspruchung entlang der Oberfläche 29 bzw. 30 insbesondere im Bereich nah bei der Wicklungskante 19 kommen, die zu einem elektrischen Fehler führen kann.
Die Barrierenanordnungen 3 und 4 mit ihren Außenwinkelringen 9, 10, 11 und 12 sowie den Innenwinkelringen 13, 14, 15 und 16 sind insbesondere aus Presspan ausgebildet.
Der Transformatorkessel 26 kann mit einem Isolationsmedium beispielsweise Kühlöl aufgefüllt sein.
Darüber hinaus ist es auch möglich, das Gesamtschild 24 wegzulassen. Ebenso kann auch der Kern 25 weggelassen werden, so dass sich eine kernlose Drossel ergibt.
In Figur 2 ist eine Schnittdarstellung durch eine für einen Zwei-Phasentransformator vorgesehene Wicklungsanordnung dargestellt .
Es sind zwei Transformatorwicklungskombinationen 32 und 33 vorgesehen, die sich jeweils entlang einer Achse 87 bzw. 88 erstrecken, wobei die Transformatorwicklungskombination 32 eine äußere Transformatorwicklung 34 und eine innere Transformatorwicklung 35 aufweist und die zweite Transformator- Wicklungskombination 33 eine äußere Transformatorwicklung 37 und eine innere Transformatorwicklung 36 aufweist. Die jeweils äußeren Transformatorwicklungen 34 und 37 umgeben die jeweils inneren Transformatorwicklungen 35 bzw. 36 koaxial. Auch hier sind die elektrischen Anschlüsse der Transformatorwicklungen 34, 35, 36 und 37 der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Jede der Transformatorwicklungen 34, 35, 36, 37 ist von einer ihr zugeordneten Barrierenanordnung 38, 39, 40, 41 umgeben. Jede der Barrierenanordnungen 38, 39, 40, 41 weisen zu den Außenwinkelringen 9, 10, 11 und 12 gemäß Figur 1 vergleichbare Außenwinkelringe 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 und 49 sowie zu den Innenwinkelringen 13,14, 15 und 16 gemäß Figur 1 vergleichbare Innenwinkelringe 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 auf .
Im Bereich der Wicklungsstirnseiten 58, 59, 60 und 61 der äußeren Transformatorwicklungen 34 und 37 sind rohrförmige, die Transformatorwicklungen 34 bzw. 37 umgebende, elektrische Schilde 62, 63 bzw. 64 und 65 vorgesehen. Die elektrischen Schilde 62, 63, 64 und 65 umgeben ihre jeweilige Wicklung unter Bildung eines jeweiligen Zwischenspalts 62A, 63A, 64A bzw. 65A. Im Vergleich zu der Wicklungsanordnung nach Figur 1 sind hier beispielsweise an Stelle des Gesamtschilds 23 die beiden einzelnen Schilde 62 und 63 vorgesehen, die sich je- weils nur über einen Teil der axialen Länge der Transformatorwicklung 34 erstrecken. Mit anderen Worten: Die Gesamtschilde 23 und 24 vereinen jeweils die Funktion der beiden Schilde 62 und 63 bzw. 64 und 65. Auch die Schilde 62, 63, 64 und 65 erstrecken sich in axialer Richtung über die jeweilige Wicklungsstirnseite 58, 59, 60 und 61 derart hinaus, dass - wie am Beispiel des Schilds 62 erläutert - ihre jeweilige axiale relativ zur Wicklungsstirnseite 58, 59, 60, 61 bezo- gene Höhe D zumindest gleich der Hälfte der radialen Breite C des Zwischenspalts 62A ist.
Die Wicklungsanordnung gemäß Figur 2 ist innerhalb eines Transformatorkessels 66 angeordnet. Jede der Transformatorwicklungskombinationen 32 und 33 umgibt einen Kernschenkel 67 bzw. 68 eines Transformatorkerns 69; die Kernschenkel 67 und 68 sind über Kernjoche 70 und 71 magnetisch zu einem geschlossenen magnetischen Kreis verbunden. An den Innenseiten 72 und 73 des Transformatorkessels 66 sind zur besseren Magnetfeldführung Magnetblechpakete 74 und 75 vorgesehen.
Auch bei dieser Anordnung können die Barrierenanordnungen 38 bis 41 aus Pressspan ausgebildet sein und der Transformator- kessel 66 kann ebenso mit einem Isoliermedium, beispielsweise Kühlöl aufgefüllt sein.
Die elektrischen Schilde 62, 63, 64 und 65 haben die gleiche Aufgabe wie die Gesamtschirme 23 und 24 gemäß Figur 1, näm- lieh insbesondere im Kernfenster 76 des Transformatorkerns 69 das elektrische Feld so zu führen, dass es tangential durch die Außenwinkelringe 46 und 42 bzw. 43 und 47 tritt und eine geringe elektrische Belastung der Barrierenanordnung 38 und 40 auftritt.
Anstelle der Gesamtschirme 23 und 24 gemäß Figur 1 können dort auch die in Figur 2 gezeigten Schilde 62 bis 64 vorgesehen sein.
Umgekehrt können die Schilde 62 und 63 und/oder 64 und 65 gemäß Figur 2 bei der Wicklungsanordnung gemäß Figur 2 jeweils durch entsprechende axial durchgehenden Gesamtschirme, wie in Figur 1 gezeigt, ersetzt sein. Die Schilde 62 und 63 sind dann gemeinsam, also einstückig, mit einem durchgehenden, sich axial über die gesamte Wicklung erstreckenden Gesamt- schild gebildet; gleiches gilt dann für die Schilde 64 und 65. Darüber hinaus kann auch hier der Transformatorkern 69 weggelassen werden. Die Schilde 64 und 65 können auch bei dieser Ausführung weggelassen werden, die Schilde 62 und 63 reichen zur Abschirmung aus; um jedoch eine besonders gute Abschirmung zu erreichen, sind im Bereich aller Wicklungsstirnseiten 58 bis 60 Schilde 62, 63, 64 und 65 vorgesehen.
Auch können die Barrierenanordnungen 3 , 4 gemäß Figur 1 und 38 bis 41 gemäß Fig. 2 mit mehreren Lagen, d. h. mit mehreren Außenwinkelringen und Innenwinkelringen ausgebildet sein.
Die Schilde 62 bis 65 sowie 84 und die Gesamtschilde 23 und 24 können im Bereich ihrer Enden Abschirmungen zur Feldführung aufweisen, wie in den Figuren 3 und 4 jeweils dargestellt.
In Figur 3 ist ein Ausschnitt im Bereich einer Wicklungs-
Stirnseite 79 einer Wicklung 77 liegender Ausschnitt gezeigt. Die Wicklung 77 erstreckt sich entlang einer Achse 78 und ist unter Belassung eines Zwischenspalts 80 von einem Schild 81 umgeben, das stellvertretend für die Schilde 62 bis 65 oder die Gesamtschilde 23 und 24 zu sehen ist. Im Bereich ihres
Endes 82 weist das Schild 81 eine Abschirmung 83 zur Feldführung auf. Diese umgibt die Achse 78 und verläuft in Umfangs- richtung des Schildes 81 entlang des Endes 82. Die Abschirmung weist zwei leitfähige Drähte 84 und 84A auf, die jeweils mit einer entsprechenden Isolierung 89 und 89A und gemeinsam mit einer Gesamtisolierung 90 elektrisch isoliert sind. Die beiden leitfähigen Drähte 84 und 84A sind mit Erdpotential verbunden. Die beiden Drähte 84 und 85 sind entlang ihrer Länge entlang des Umfangs des Schildes 81 zumindest einmal unterbrochen, damit sich keine geschlossene Windung ergibt.
Die Abschirmung 83 dient zur Vermeidung von Feldüberhöhungen oder hohen Feldkonzentrationen im Bereich des Endes 82 des Schirms 81.
In Figur 4 ist eine modifizierte Abschirmung 91 zur Feldführung gezeigt; sie weist im Vergleich zur Abschirmung 93 nach Figur 3 einen einzelnen leitfähigen Draht 92 auf, der von einer elektrischen Isolierung 93 umgeben ist. Auch der Draht 92 ist mit Erdpotential verbunden und entlang seiner Länge entlang des Umfangs des Schildes 81 zumindest einmal unterbrochen, damit sich keine geschlossene Windung ergibt.
Die Abschirmungen 83 und 91 sollen sicherstellen, dass am
Ende 82 des Schildes 81 keine Feldüberhöhungen auftreten. Sie können auch als entlang des Endes des Schildes 81 die Achse 78 umlaufendes elektrisches leitfähiges Rohr, beispielsweise mit kreisrundem oder elliptischem Querschnitt ausgebildet sein. Ebenso kann anstelle eines Rohres eine leitfähige Folie auf einem entsprechend geformten Trägerkörper vorgesehen sein. Auch können die Abschirmungen 83 und 91 mit dem Schild 81 selbst gebildet sein, indem das Schild 81 so umgebogen ist, dass eine abgerundete Krempe gebildet ist, oder es kann auch soweit umgebogen sein, dass der umgebogene Teil eine Art umlaufendes Rohr ergibt .
Die Schilde 62 bis 65 und die Gesamtschilde 23 und 24 können jeweils im Bereich an ihren Enden eine Abschirmung 83 oder 91 zur Feldführung aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Wicklungsanordnung mit zumindest zwei nebeneinander in einer Reihe angeordneten Wicklungen (34,37), die jeweils von einer mit Isolierstoff ausgebildeten Barrierenanordnung (38,40) umgeben sind, und mit jeweils einem rohrförmigen elektrischen Schild (62,63) im Bereich jeder der beiden Wicklungsstirnseiten (58,59) von zumindest einer der Wicklungen (34), wobei jedes Schild (62,63) die zumindest eine Wicklung (34) koaxial unter Belassung eines Zwischenspalts (23A) umgibt und sich axial über die jeweilige Wicklungsstirnseite (58,59) hinaus nach außen derart erstreckt, dass seine axiale, relativ zur jeweiligen Wicklungsstirnseite (58,59) bezogene Höhe (B) gleich oder größer als die Hälfte der radialen Breite (A) des Zwischenspalts (23A) ist.
2. Wicklungsanordnung 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 die beiden elektrischen Schilde gemeinsam mit einem durchge- henden, sich axial über die gesamte Wicklung (1,2) erstreckenden rohrförmigen Gesamtschild (23,24) gebildet sind.
3. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 , die eine Drossel für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs- systeme bildet.
4. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dass jede der beiden Wicklungen (34; 37) jeweils eine äußere Transformator- wicklung (34; 37) einer jeweiligen Transformatorwicklungskom- bination (32; 33) bildet, wobei jede Transformatorwicklungs- kombination (32,-33) die äußere Transformatorwicklung (34,-37) aufweist, die eine innere Transformatorwicklung (35; 36) koaxial umgibt .
5. Wicklungsanordnung nach Anspruch 4, die Bestandteil eines Transformators für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssysteme ist.
6. Wicklungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Barrierenanordnung (3, 4 ,-38,40) im Bereich der jeweiligen Wicklungsstirnseite (5, 6;7, 8 ;58, 59; 60, 61) jeweils zumindest einen Außenwinkelring (9-12 ,-42,43,46,47) aufweist, der die radial äußere Wicklungskante (19-21) umgreift.
7.Wicklungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schilde (62-64; 23, 24) im Bereich ihrer Enden jeweils eine Abschirmung (83,91) zur Feldführung aufweisen.
8. Wicklungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in einem leitfähigen Kessel (26,66) angeordnet ist.
9. Wicklungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (1, 2,-34, 37, 35,36) jeweils einen Kernschenkel (67;68) eines Transformatorkerns (25,69) umgeben.
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