WO2006040074A1 - Ringkern-transformator - Google Patents

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Abstract

Ein Mehrphasentransformator (101) weist mehrere in axialer Richtung benachbart angeordnete Ringkerne (102) auf. Die Ringkerne (102) tragen dabei Phasenwicklungen unterschiedlicher Phasen. Die Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne (102) sind in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet, wobei der Versatz beziehungsweise der geometrische Winkel zwischen den Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne (102) etwa der Phasenverschiebung beziehungsweise dem elektrischen Phasenwinkel zwischen den Spannungssignalen dieser Ringkerne (102) entspricht.

Description

Ringkern-Transformator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringkern-Transformator, insbesondere einen Mehrphasentransformator mit mehreren in axialer Richtung benachbart angeordneten Ringkernen, wobei jeweils benachbarte Ringkerne Phasenwicklungen unterschiedlicher Phasen tragen. Bei
Mehrphasentransformatoren mit benachbart angeordneten Ringkernwicklungen besteht das Problem, dass zwischen den einzelnen Phasenwicklungen hohe
Spannungspotentialunterschiede bestehen und dementsprechend aufwendige Isolationsmaßnahmen erforderlich sind, um beispielsweise bei Tropf-, Schwitzwasser oder Eisbildung Überschläge zu vermeiden und die Betriebssicherheit des Mehrphasentransformators zu gewährleisten. Gegebenenfalls ist es sogar erforderlich, an dem Mehrphasentransformator eine Heizung vorzusehen, um beispielsweise Überschläge zwischen den einzelnen Phasenwicklungen durch Eisbildung zu vermeiden.
Die Isolationsmaßnahmen sind sehr kostenintensiv. Zudem erfordern die Isolationsmaßnahmen eine bestimmte Baugröße des Mehrphasentransformators, wodurch dessen Platzbedarf erhöht ist.
Aus dem europäischen Patent DE 691 10273 T2 ist ein
Dreiphasen-Ringkerntransformator bekannt, dessen Ringkerne in axialer Rrchtung zueinander benachbart angeordnet sind und jeweils unterschiedliche Phasen tragen.
Dieser Ringkerntransformator ist für den Betrieb an Niederspannung vorgesehen. Bei einem Einsatz im Mittelspannungsbereich käme es sowohl im Bereich der Anschlüsse als auch der Wicklungen selbst zu hohen Potentialunterschieden und damit zu Überschlägen. Demgegenüber besteht die Aufgabe, einen Ringkern- Transformator der eingangs genannten Art zu schaffen, für den nur noch reduzierte Isolationsmaßnahmen erforderlich sind und dessen Baugröße reduziert ist. Außerdem soll bei geringer Baugröße eine hohe Leistungsdichte möglich sein.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Die elektrische Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Phasenwicklungen des Mehrphasentransformators wird praktisch durch einen mechanischen Versatz der Phasenwicklungen aufgehoben beziehungsweise reduziert. Dadurch wird der Potentialunterschied zwischen benachbarten Wicklungsabschnitten unterschiedlicher Phasen reduziert, so dass dementsprechend auch weniger aufwendige Isolationsmaßnahmen zum Isolieren benachbarter Phasenwicklungen gegeneinander erforderlich sind und somit die Kosten für die Isolationsmaßnahmen ebenfalls reduziert sind. Durch die geringeren Potentialunterschiede zwischen den Phasenwicklungen benachbarter Ringkerne können diese auch in einem geringeren Abstand zueinander angeordnet werden, wodurch die Baugröße für den Mehrphasentransformator reduziert ist.
Eine besonders günstige Ausführungsform sieht vor, dass der Versatz beziehungsweise der geometrische Winkel zwischen den Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne der Phasenverschiebung beziehungsweise dem elektrischen Phasenwinkel zwischen den Spannungssignalen dieser Ringkerne entspricht. Zwischen direkt benachbarten Wicklungsabschnitten zweier Ringkerne besteht dann praktisch kein Potentialunterschied mehr. Bei einem Drei-Phasen-System sind die Anschlussstellen der drei Phasenwicklungen jeweils um 120° gegeneinander versetzt angeordnet, um den Phasenwinkel zwischen den einzelnen Phasen mechanisch zu kompensieren.
Da zwischen den einzelnen Ringkernen üblicherweise zur mechanischen Stabilisierung und Halterung ein Abstandhalter vorgesehen ist, ist es möglich, zwischen zwei benachbarten Phasenwicklungen geringe Potentialunterschiede zuzulassen, so dass eine gegenüber der elektrischen Phasenverschiebung reduzierte mechanische Verdrehung der Ringkerne ausreicht, um Spannungs-Überschläge zwischen den Phasenwicklungen auch bei reduzierten oder ganz entfallenen Isolationsmaßnahmen zu vermeiden. Die Anforderungen an die Präzision bei der Fertigung des Mehrphasentransformators sind dadurch reduziert und die Fertigung vereinfacht.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ringkern- Transformators von eigenständiger Bedeutung sieht vor, dass ein der Bauform von Ringkern-Transformatoren angepasstes, vorzugsweise im wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse für die Ringkerne mit Phasenwicklungen vorgesehen ist, und dass vorzugsweise an einem axialen Ende des Gehäuses ein Ventilator oder dergleichen Gebläse vorgesehen ist. Die Ringkerne mit den Phasenwicklungen sind in dem Gehäuse vor Verschmutzung und Beschädigung geschützt angeordnet. Mit dem Ventilator1 wird die Anordnung gekühlt, um eine thermische Überlastung des Mehrphasentransformators zu vermeiden.
Das Gehäuse mit den vorgesehenen Kühlmaßnahmen begünstigt einen kompakten Aufbau des Transformators bei hoher Leistungsdichte. Insbesondere bei einem
Mehrphasentransformator gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2 wirkt sich dies vorteilhaft aus, weil auch diese Maßnahmen zu einem kompakten Aufbau führen, der entsprechende Kühlmaßnahmen erforderlich macht.
Zur Kühlung des Mehrphasentransformators ist es auch möglich, dass im Bereich der Ringkerne Hohlleitungen für ein
Kühlmittel angeordnet sind und dass vorzugsweise das Gehäuse des Transformators als Wärmetauscher ausgebildet und mit den Hohlleitungen verbunden ist. Das Gehäuse kann dabei doppelwandig ausgebildet sein, um die Wärme besonders gut nach außen hin abzuleiten. Das Kühlmittel kann mit einer Pumpe durch die Hohlleiter und das Gehäuse gepumpt werden.
Eine besonders günstige Ausführungsform sieht vor, dass an dem Gehäuse außenseitig Kühlkörper oder dergleichen vorstehende Elemente zur Vergrößerung der Gehäuse-Oberfläche vorgesehen sind, oder dass das Gehäuse eine profilierte Oberfläche aufweist. Durch die vergrößerte Oberfläche wird die Wärme besser abgeleitet und thermische Überlastungen können vermieden werden.
Es ist auch möglich, die Transformatorspulen einzeln mit Gießharz zu vergießen, wobei durch das Gießharz ein Gehäuse für die jeweilige Spule gebildet wird. Dabei kann eine komplementär zu den gewünschten Kühlkörpern beziehungsweise Kühlrippen geformte Gießform vorgesehen sein, um so direkt beim Vergießen der Spulen die gewünschte Außenkontur mit vorstehenden Elementen zur Oberflächenvergrößerung zu erhalten. Durch das Vergießen der Spulen wird einerseits eine mechanische Stabilisierung der Phasenwicklung als auch eine direkte thermische Kopplung zwischen der Wicklung und dem durch das Gießharz gebildeten Gehäuse erzielt. Des weiteren wird mit dem Vergießen eine hohe Spannungsfestigkeit erreicht. Eine zunächst glatte Gehäuse-Oberfläche kann auch dadurch vergrößert werden, indem die Oberfläche durch ein geeignetes Verfahren, beispielsweise Ätzen oder Sandstrahlen, aufgerauht, strukturiert beziehungsweise profiliert wird.
Bevorzugt hat die Oberfläche eine Struktur, mit der die Wärme besser abgeleitet werden kann. Erwähnt sei noch, dass die Distanz- und Isolationselemente gleichzeitig mit dem Vergießen der Transformatorspulen gegossen werden können.
Eine weitere Möglichkeit zur Kühlung des Ringkern- Transformators besteht darin, dass ein Aufnahmebehälter mit einem Kühlmedium zum bereichsweise oder vollständigen Einsetzen des Transformators vorgesehen ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Ringkerne des Mehrphasentransformators mit ihren jeweiligen Phasenwicklungen modulartig ausgebildet sind und dass eine Haltevorrichtung zum Halten und zum gegeneinander Festlegen der modulartigen Ringkerne vorgesehen ist. Mehrere Module können derart zusammengeschaltet werden, dass die Leistung des Transformators erhöht werden kann. Dadurch lassen sich Transformatoren mit Leistungen über 100MVA realisieren. Des weiteren ist es durch den modulartigen Aufbau möglich, den Transformator bei Störung eines der Module weiter zu betreiben, indem ein Ersatzmodul gegebenenfalls provisorisch angeschlossen wird und somit der gesamte Transformator betriebsbereit bleibt. Es ist somit nicht erforderlich, einen ganzen Reserve-Transformator bereitzuhalten, auf den im Falle eines Defektes umgeschaltet werden kann. Dadurch werden Kosten gespart und der Platzbedarf für ein Reserve-Modul ist im Vergleich zum Platzbedarf eines ganzen Reserve-Transformators gering. Die einzelnen Module werden mit einer Haltevorrichtung gehalten und in ihrer Position relativ zueinander festgelegt. An der Haltevorrichtung können auch Isolationselemente zum Isolieren der Phasenwicklungen, insbesondere nach außen hin, vorgesehen sein. In axialer Richtung brauchen zwischen benachbarten Ringkernen beziehungsweise deren Phasenwicklungen lediglich Halte- oder Stützelemente als Auflagen für die Ringkerne vorgesehen sein, um die Ringkerne in ihrer Position zu halten und ein Verrutschen der Ringkerne zu verhindern. Besondere Isolationsmaßnahmen sind dabei wegen der mechanischen Verdrehung der Anschlussstellen der Phasenwicklungen entsprechend der elektrischen Phasenlage in den jeweiligen Phasenwicklungen und den dadurch erreichten vorbeschriebenen Vorteilen nicht erforderlich.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine
Oberspannungswicklung eines Ringkerntransformators, sowie auf deren Herstellungsverfahren, für Verteilungstransformatoren ab einer Leistung von 100 kVA und einer Spannung ab 6000 Volt, auf Basis der Ringkerntechnologie.
Das Bewickeln der Oberspannung von
Ringkernverteilungstransformatoren hoher Leistung und Spannung, beispielsweise 2.000 kVA und 20.000 Volt, ist sehr aufwendig, zeitintensiv und somit teuer. Die
Oberspannungswicklung muss in mehrere Segmente unterteilt werden, damit die Lagenspannung der OberSpannungswicklung reduziert, und die Betriebssicherheit gewährleistet werden kann. Bei einer Spannung von 20.000 Volt werden beispielsweise 10 Segmente vorgesehen. Dabei beträgt die Spannung pro Segment 2.000 Volt. Die Lagenspannung wird dadurch entsprechend auf ein Zehntel reduziert. Weiterhin ist die Spannungsfestigkeit gegenüber der Unterspannungswicklung sicher zu stellen. Man hat daher bereits Wickelvorrichtungen geschaffen, mit denen das Wickeln solcher Transformatorwicklungen vereinfacht wird. In der EP 94 930 197.2 ist beispielsweise eine Wickelvorrichtung beschrieben, bei der kleine Wickelrollen mit Wicklungsmaterial entlang einer einen Ringkern umgreifenden Führung durch den Ringkern hindurch bewegt werden und dabei Wicklungsmaterial auf den Ringkern abgewickelt wird. Diese Vorrichtung ist jedoch sehr aufwendig und die Spannungsfestigkeit ist nur eingeschränkt zu realisieren. Zudem ist es erforderlich, Wicklungsmaterial zunächst auf die kleinen, durch den Ringkern hindurchführbaren Wickelrollen aufzuspulen, was zusätzliche Zeit benötigt. Des weiteren ist es nur möglich, jeweils eine Wicklung gleichzeitig auf den Ringkern aufzubringen. Bei größeren Ringkernen mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Wicklungen (Segmente) wird daher zum Bewickeln aller Transformatorwicklungen viel Zeit benötigt.
Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, eine Wickelvorrichtung und eine spannungsfeste
Oberspannungswicklung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der das Bewickeln vereinfacht und beschleunigt erfolgen, sowie die notwendige Spannungsfestigkeit gegenüber der Unterspannungswicklung des Transformators realisiert werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht insbesondere darin, dass wenigstens eine Wickelstation mit einer am Wicklungsträger, bestehend aus zwei spannungsfesten Halbschalen mit Seitenflansch (mindestens ein Seitenflansch mit einem isolierten Hohlraum für die Durchführung des Leitungsmaterials), aus Isoliermaterial hoher Festigkeit, welche zu einer spannungsfesten runden Einheit um den geschlossenen Ringkern zusammengefügt, beziehungsweise der Wicklungsträger mittels einer Gießform um den Ringkern in einem Druckgelierverfahren im Ganzen gefertigt, zur Aufnahme der Segmente der Oberspannungswicklung des Transformators, bestehend aus mindestens einem elektrischen Leiter und mindestens einem Isolationsmaterial mit einer am Wicklungsträger angreifenden Halte- und Drehlagerung zum drehbaren Lagern des Wicklungsträgers, vorgesehen ist, welche Halte- und Drehlagerung mehrere, umfangseitig an dem Wicklungsträger angreifende Rollen oder dergleichen
Wälzkörper aufweist, von denen wenigstens eine, mit der Antriebs- und Bremsvorrichtung verbunden ist, um den Wicklungsträger anzutreiben und abzubremsen, damit der elektrische Leiter und das Isolationsmaterial auf einen geschlossenen Ringkern aufgewickelt werden kann.
Damit wird es möglich, auf einen spannungsfesten Wicklungsträger aus Isoliermaterial zu wickeln, der einen geschlossenen Ringkern umgreift und um den Ringkern- Querschnitt gedreht wird. Durch den Einsatz des spannungsfesten Wicklungsträgers können die weiteren Isolationsmaßnahmen wesentlich reduziert werden. Weiterhin ist es nicht erforderlich, den Ringkern zunächst in zwei Hälften zu teilen um die Wicklungen aufschieben zu können. Die Herstellung eines Ringkernverteilungstransformators und die Nutzung der physikalischen Vorteile, insbesondere des wesentlich" höheren Wirkungsgrads und die dadurch reduzierten Betriebskosten eines geschlossenen Ringkerns, wird dadurch wesentlich vereinfacht.
Der Wicklungsträger besteht bevorzugt aus zwei hochfesten Halbschalen mit Seitenflansch, welche mit einer überlappenden Einrastvorrichtung, beziehungsweise einem Scharnier und einer überlappenden Einrastvorrichtung ausgestattet sind, die vor dem eigentlichen Wickelvorgang um den geschlossenen Ringkern zu einer runden Einheit, bevorzugt mit einem speziellen Klebstoff fest zusammengefügt werden, damit die Spannungsfestigkeit gegenüber der Unterspannungswicklung gewährleistet werden kann. Eine weitere Ausführungsform des Wicklungsträgers sieht vor, dass eine teilbare Gießform um den geschlossenen Ringkern gelegt, mit deren Hilfe der Wicklungsträger, beispielsweise in einem Druckgelierverfahren direkt am geschlossenen Ringkern gefertigt werden kann und sich nach dem Entfernen der Gießform einstückig um den Ringkern befindet und bewickelt werden kann. Der Wicklungsträger hat in mindestem einem Seitenflansch einen isolierten Hohlraum gegenüber dem Wickelraum, wobei sich am unteren Ende des Hohlraums eine Öffnung in den Wickelraum des Wicklungsträgers befindet, zur Durchführung des unteren
Wicklungsanfangs, seitlich an der Wicklung vorbei, nach oben. Dieser Wicklungsträger hat sechs vorteilhafte Funktionen erstens die Grundspannungsfestigkeit gegenüber der Unterspannung zu gewährleisten, zweitens die Halterung für die OberSpannungswicklung, drittens den Wickelvorgang zu ermöglichen, viertens wird der Abstand der Segmente zueinander durch Distanzstücke ermöglicht, fünftens wird ein vorgegebener Abstand zur Unterspannungswicklung realisiert und sechstens wird die Isolation des unteren Wicklungsanfangs durch einen isolierten Hohlraum gegenüber der Wicklung in dem Wicklungsträger auf kleinstem Raum nach oben ermöglicht. Für die verschiedenen Einsatzgebiete von
Ringkernverteilungstransformatoren und zur Sicherstellung der Spannungsfestigkeit können die Wicklungsträger mit den Segmenten der Oberspannungswicklung mit einem oder mehreren Isolationsmaterialen gefüllt werden. Zum Beispiel mit einem Gießharz unter atmosphärischen Bedingungen, Gießharzfüllung unter Vakuum, Gießharzfüllung durch ein Druckgelierverfahren oder bei einer dichten Ausführung mit gasförmigen oder flüssigen Isolationsstoffen, zum Beispiel mit Stickstoff oder einem geeigneten Öl. Bei Bedarf können die Wicklungsträger mit einer Abdeckung zur Isolation, zur Dichtigkeit oder gegen Beschädigung ausgeführt werden. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Wicklungsträger nach außen hin elektrisch leitend ausgeführt werden kann, unter Berücksichtung dass keine geschlossene Windung um den Ringkern selbst entsteht. Diese elektrisch leitende Schicht kann bei Bedarf geerdet, beziehungsweise auf ein definiertes Potential gelegt werden.
Zum Bewickeln eines Wicklungsträgers wird dieser in die Halte- und Drehlagerung der Wickelvorrichtung eingesetzt und das Wicklungsmaterial wird dem Wicklungsträger von der (den) Halte- und Drehlagerung beabstandet angeordneten Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle(n) zugeführt. Mit der Antriebs- und Bremsvorrichtung wird zumindest einer der Wälzkörper angetrieben, beziehungsweise abgebremst und gedreht, wodurch der Wicklungsträger an dem dieser Wälzkörper umfangseitig angreift, in Rotation gerät. Nicht mit der Antriebsvorrichtung verbundene Wälzkörper dienen dabei als Halterung für den Wicklungsträger. Zur Vermeidung von Reibungskräften sind diese bevorzugt ebenfalls drehbar gelagert, so dass ein Abrollen beziehungsweise ein Abwälzen des Wicklungsträgers an diesen Wälzkörpern möglich ist. Es ist vorteilhaft, wenn zwischen dem Wicklungsträger und zumindest dem (den) mit der Antriebs- und Bremsvorrichtung verbundenen Wälzkörper(n) eine reibschlüssige, gegebenenfalls formschlüssige Antriebs- und Bremsvorrichtung vorgesehen ist. Eine reibschlüssige Verbindung ist auf konstruktiv einfache Weise realisierbar. Es ist jedoch auch möglich, eine formschlüssige Verbindung vorzusehen, beispielsweise durch eine Zahnung der Wälzkörper und der Seitenflansche der Wicklungsträger. Durch die Rotation des Wicklungsträgers wird das Wicklungsmaterial von der (den) Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle(n) ab- und auf den Wicklungsträger aufgewickelt. Da die Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle(n) ortfest angeordnet sind und nicht um den Wicklungsträger herum bewegt werden, können große Wicklungsmaterial- Bevorratungsrollen verwendet werden, auf denen Wicklungsmaterial zum bewickeln mehrerer Wicklungsträger nacheinander aufgebracht sein kann. Es lassen sich Wicklungen für Ringkernverteilungstransformatoren hoher Leistung, beispielsweise über 10 MVA bewickeln. Als Wicklungsmaterial können sowohl Runddrähte als auch Flachbänder verwendet werden.
Eine besonders günstige Ausführungsform sieht vor, dass zum gleichzeitigen Bewickeln mehrerer, insbesondere an einem Ringkern angeordneter Wicklungsträger mehrere, in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Wickelstationen vorgesehen sind. Dadurch können mehrere nebeneinander angeordnete Wicklungsträger gruppenweise oder alle gleichzeitig bewickelt werden, wodurch die benötigte Zeit zum Bewickeln erheblich reduziert werden kann. Die Anzahl der Wickelstationen kann dabei so gewählt sein, dass für jeden Wicklungsträger eine Wickelstation vorhanden ist. Damit können Wicklungsträger in Gruppen oder alle gleichzeitig bewickelt werden. Die Steuerung erfolg dabei zentral. Bei dieser Ausführung wird die Wickelvorrichtung vorzugsweise in zwei Etagen unterteilt, wobei die Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle(n) in der oberen Etage der Wickelvorrichtung angeordnet werden. Dadurch wird die
Bedienbarkeit wesentlich erleichtert. Die Etagen können je nach Bedarf auch umgekehrt werden. Es ist zweckmäßig, wenn wenigstens eine Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle mit Leitermaterial und wenigstens eine zweite Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle mit Isolationsmaterial zum gleichzeitigen, lagenweise Aufwickeln von Leitermaterial und Isolationsmaterial auf den
Wicklungsträger vorgesehen sind. Es ist auch möglich, drei, vier oder fünf Wicklungsmaterial-Bevorratungsrollen zum gleichzeitigen Bewickeln eines Wicklungsträgers vorzusehen, wobei zwei, drei oder vier, der Wicklungsmaterial- Bevorratungsrollen Leitermaterial und eine dritte, vierte oder fünfte Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle Isolationsmaterial zum Isolieren trägt. Bei Verwendung von isoliertem Leitungsmaterial genügt eine Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Wälzkörper zu Anpassung an im Durchmesser und/oder der Umrissform unterschiedliche Wicklungsträger gefedert und vorzugsweise auch gedämpft gelagert sind. Dadurch ist es möglich, mit einer Wickelstation Wicklungsträger mit kreisförmigen Querschnitten und unterschiedlichen Durchmessern zu bewickeln, ohne konstruktive Änderungen an der Wickelstation, beziehungsweise der Halte- und Drehlagerung vorzunehmen. Dazu können die Wälzlager gegen die Federkraft mehr oder weniger entsprechend dem
Wicklungsträger-Durchmesser beabstandet positioniert werden. Darüber hinaus ist es möglich, auch Wicklungsträger mit einem unrunden, beispielsweise ovalen Querschnitt zu bewickeln. Durch die gefederte Lagerung liegen die Wälzkörper auch bei nichtrundem Querschnitt des Wicklungsträger stets an diesem an, wodurch einerseits die Halterung und andererseits der Rotationsantrieb des Wicklungsträgers sichergestellt sind. Es ist zweckmäßig, wenn für die Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle(n) jeweils eine Drehlagerung mit einer Antriebs- und Bremsvorrichtung vorgesehen wird, so dass ein definierter Wickelzug eingehalten werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Wicklungsträger für die Oberspannungswicklung eines Ringkernverteilungstransformators kann die Spannungsfestigkeit realisiert werden und mit der Wickelvorrichtung ist es möglich, die Oberspannungswicklungen für einen Ringkernverteilungstransformator in vergleichsweise kurzer Zeit zu bewickeln.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Transformator, insbesondere die Oberspannungswicklung eines Ringkerntransformators hoher Leistung, sowie deren Herstellungsverfahren, wobei wenigstens eine Wickelstation mit einer am Wicklungsträger, bestehend aus zwei spannungsfesten Halbschalen mit Seitenflansch aus Isoliermaterial hoher Festigkeit, welche zu einer spannungsfesten runden Einheit um den geschlossenen Ringkern zusammengefügt, zur Aufnahme der Segmente der Oberspannungswicklung des Transformators, bestehend aus einem elektrischen Leiter und einem Isolationsmaterial mit einer am Wicklungsträger angreifenden Halte- und Drehlagerung zum drehbaren Lagern des Wicklungsträgers, vorgesehen ist, welche Halte- und Drehlagerung mehrere, umfangseitig an dem Wicklungsträger angreifende Rollen oder dergleichen
Wälzkörper aufweist, von denen wenigstens eine, mit der Antriebs- "und Bremsvorrichtung verbunden ist, um den Wicklungsträger anzutreiben und abzubremsen, damit der elektrische Leiter mit dem Isolationsmaterial auf einen geschlossenen Ringkern aufgewickelt werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator, insbesondere die Oberspannungswicklung eines Ringkerntransformators hoher Leistung, sowie deren Herstellungsverfahren vorgesehen, wobei der Wicklungsträger nach oder während dem Aufbringen der Oberspannungswicklung mit festem, flüssigen oder gasförmigem Isolationsmaterial gefüllt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei mindestens ein Seitenflansch eines Wicklungsträgers mit einem isolierten Hohlraum ausgestattet ist, wobei sich am unteren Ende des Hohlraums eine Öffnung in den Wickelraum des Wicklungsträgers, für die Durchführung des unten liegenden Wicklungsanfangs des Leitungsmaterials der Oberspannungswicklung nach oben befindet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei eine teilbare Gießform um den geschlossenen Ringkern gelegt ist, mit deren Hilfe der Wicklungsträger, beispielsweise in einem Druckgelierverfahren direkt am geschlossenen Ringkern gefertigt werden kann und sich nach dem Entfernen der Gießform einstückig um den Ringkern befindet und bewickelt werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der Wicklungsträger aus mindestens zwei Teilen mit Seitenflansch besteht, diese mit mindestens einer überlappenden Einrastvorrichtung, beziehungsweise einem Scharnier und einer überlappenden Einrastvorrichtung ausgestattet sind, die vor dem eigentlichen Wickelvorgang um den geschlossenen Ringkern zu einer runden Einheit, bevorzugt mit einem speziellen spannungsfesten Klebstoff zusammengefügt werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der Wicklungsträger aus mehren Isolationsmaterialien besteht, und wobei der Wicklungsträger Halterungen für die Oberspannungswicklung aufweist, und wobei die Seitenflansche des Wicklungsträgers eine reibschlüssige, beziehungsweise formschlüssige Oberfläche besitzen, und wobei der Wicklungsträger Distanzstücke zur Einstellung von einem definierter Abstand der Segmente zueinander aufweist, und wobei der Wicklungsträger Halterungen zur Einstellung eines definierten Abstand zur Unterspannungswicklung besitzt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der Wicklungsträger mit einem Gießharz unter atmosphärischen Bedingungen, Gießharzfüllung unter Vakuum, Gießharzfüllung durch ein Druckgelierverfahren oder bei einer dichten Ausführung mit gasförmigen oder flüssigen Isolationsstoffen, zum Beispiel mit Stickstoff oder einem isolierenden Öl, während oder nach dem Wickelvorgang gefüllt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der Wicklungsträger nach außen hin elektrisch leitend ausgeführt werden kann, unter
Berücksichtung dass keine geschlossene Windung um den Ringkern selbst entsteht, diese elektrisch leitende Schicht geerdet werden kann, beziehungsweise auf ein definiertes Potential gelegt werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei zum gleichzeitigen Bewickeln mehrerer, insbesondere an einem Ringkern angeordneter Wicklungsträger mehrere, in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Wickelstationen vorgesehen sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei die Wickelvorrichtung in zwei Etagen unterteilt, wobei die Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle(n) in der oberen Etage der Wickelvorrichtung oder umgekehrt angeordnet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei wenigstens eine Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle mit Leitermaterial und wenigstens eine zweite Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle mit Isolationsmaterial zum gleichzeitigen, lagenweise Aufwickeln von Leitermaterial und Isolationsmaterial auf den Wicklungsträger vorgesehen sind, beziehungsweise drei, vier oder fünf Wicklungsmaterial-Bevorratungsrollen zum gleichzeitigen Bewickeln eines Wicklungsträgers, wobei zwei, drei oder vier, der Wicklungsmaterial-Bevorratungsrollen Leitermaterial und eine dritte, vierte oder fünfte Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle Isolationsmaterial zum Isolieren trägt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei die Wälzkörper zu Anpassung an im Durchmesser und/oder der Umrissform unterschiedliche
Wicklungsträger gefedert und vorzugsweise auch gedämpft gelagert sind.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Unterspannungswicklung eines
Ringkernverteilungstransformators, sowie auf deren Herstellungsverfahren, einen geschlossenen mehrstufigen Transformatorkern hoher Stabilität, nach außen hin elektrisch isoliert, sowie auf dessen Herstellungsverfahren, für Verteilungstransformatoren in Gießharztechnik, ab einer
Leistung von 100 kVA und einer Spannung ab 6000 V, auf Basis der Ringkerntechnologie. Unterspannungswicklungen für Verteilungstransformatoren haben sehr große Querschnitte, beispielsweise für 1.000 kVA sind dies ca. 1.500 mm2. Solche Querschnitte werden für konventionelle Verteilungstransformatoren in der Schenkelbauweise mit breiten elektrisch leitenden Bändern hergestellt. Bei einem Ringkernverteilungstransformator können infolge der geometrischen Verhältnisse keine solche Bänder verwendet werden. Die Unterspannungswicklung müsste in sehr aufwendiger Form durch Parallelschalten von elektrisch isolierten Flachdrähten hergestellt werden. Ringkerne für Ringkerntransformatoren werden heute nur für kleine Leistungen und Niederspannungen in einstufiger Form hergestellt. Mehrstufige geschlossene Ringkerntransformatorkerne hoher Festigkeit und nach außen isoliert, für Verteilungstransformatoren und deren Fertigungsverfahren, sind nicht bekannt.
Es besteht das Problem, eine Unterspannungswicklung mit einem elektrischen Leiter hohen Querschnitts um einen geschlossenen Ringkern anzubringen, damit ein
Ringkernverteilungstransformator hoher Leistung (ab 100 kVA bis in den Megawattbereich) zu realisieren ist. Ein weiteres Problem besteht darin, einen mehrstufigen geschlossenen Ringkern hoher Festigkeit, welcher nach außen hin elektrisch isoliert ist zu bauen, sowie ein dafür rationelles Fertigungsverfahren zu realisieren.
Die hohe Festigkeit der Ringkerne, mit einem Gewicht, von 100 kg bis über 2000 kg, wird notwendig, damit die dünnen Transformatorbleche formstabil bleiben, zum einen bei der Weiterverarbeitung, sowie im späteren Dauerbetrieb. Die elektrische Isolation wird benötigt, damit die Transformatorwicklung gegenüber dem Kern eine ausreichende Spannungsfestigkeit aufweist. Es besteht die Aufgabe, eine Unterspannungswicklung mit einem elektrischen Leiter hohen Querschnitts um einen geschlossenen Ringkern anzubringen und einen geschlossenen mehrstufigen Ringkerntransformatorkern hoher Festigkeit, welcher nach außen hin elektrisch isoliert ist und ein dafür rationelles, maschinelles Herstellungsverfahren zu schaffen, damit die Produktion von Ringkernverteilungstransformatoren ermöglicht wird.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass eine Windung der Unterspannungswicklung aus einem elektrisch leitendem Material in zwei Hälften vorgeformt wird, diese zwei Hälften um den geschlossenen Ringkern elektrisch miteinander verbunden werden, wobei mindestens eine Hälfte eine Etage aufweist, damit eine spiralförmige Wicklung, bestehend aus mehreren Windungen auf dem geschlossenen Ringkern entsteht, für den Ringkern, ein dünnes magnetisch leitendes Material zu einem mehrstufigen geschlossenen Ringkerntransformatorkern gewickelt wird, sich zwischen dem magnetisch leitendem Material ein Klebstoff befindet, welcher das Material gegenseitig isoliert (zur Vermeidung von Wirbelströmen) und den Ringkern verfestigt und die elektrische Isolation gegenüber der Unterspannungswicklung mit Distanzringen oder Distanzstücken aus elektrisch nicht leitenden Material erlangt wird. Zur "Steigerung" der Festigkeit und zur elektrischen Isolation nach außen hin, kann der Ringkerntransformatorenkern mit einem elektrisch nicht leitenden Gießharz hoher Festigkeit komplett eingegossen werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die elektrische Isolation (Kern zur UnterSpannungswicklung) durch mindestens drei Distanzringe oder jeweils drei Distanzstücke pro Windung, welche in den Stufungen des Ringkerns fest angebracht werden, realisiert wird. Anschließend wird der Ringkern mit einem Lack zur Isolation und zum Schutz gegen Korrosion überzogen.
Für die Lösung des Ringkernwickelverfahrens wird ein Trägergestell zur Halterung der Vorrichtungen, für jede Breite des magnetisch leitendem Material mindestens eine Vorratsrollenvorrichtung, eine Antriebs -und Bremsvorrichtung, mit einer Führungsvorrichtung, einer
Schneidevorrichtung und einer Klebstoffsprühvorrichtung, für jede Breite des magnetisch leitendem Materials mindestens eine Aufwickelvorrichtung mit einer Antriebs -und Bremsvorrichtung, sowie einer gemeinsamen Führungsschiene, benötigt.
Der Wickelvorgang beginnt bei schmal, geht zu breit und wieder zu schmal. Die Wickelhöhe wird durch eine Fernmessvorrichtung überwacht. Bei erreichen des Sollwertes wird der Wickelvorgang für die entsprechende Breite beendet, das magnetisch leitende Material abgetrennt und auf der Führungsschiene der nächsten Breite zugeführt. Während des Aufwickelvorgangs wird das magnetisch leitende Material mit Klebstoff besprüht. Auf diese Art und Weise entsteht ein geschlossener Stufenringkern, welcher Klebstoff zur Isolation des magnetisch leitenden Materials aufweist und eine genügende Festigkeit zur Weiterverarbeitung besitzt. Für jede Breite des magnetisch leitenden Materials, mit Ausnahme des breitesten Materials, müssen zwei Vorratsrollen inklusive aller Vorrichtungen und zwei Aufwickelvorrichtungen inklusive aller Vorrichtungen entsprechend der Anzahl der Stufen des Ringkerns vorhanden sein. Im eingeschwungenen Zustand sind alle Vorratsrolleneinheiten, sowie alle Aufwickeleinheiten gleichzeitig in Betrieb. Eine Windung der Unterspannungswicklung wird aus zwei Hälften mit elektrisch leitendem Material vorgeformt, beispielsweise aus Aluminium mit einem Querschnitt von 1.500 mm2. Mindestens eine Hälfte weist eine Etage auf, damit aus den einzelnen Hälften eine Windung und aus den Windungen eine fortlaufende spiralförmige Wicklung entsteht, wobei die Form der Etage den Abstand zur Isolation der Windungen gegeneinander vorgibt. Die einzelnen Hälften können verschraubt und/oder verschweißt werden.
Dadurch wird es ermöglicht, eine Unterspannungswicklung mit beliebig großem Querschnitt in relativ kurzer Zeit zu realisieren.
Der Vorteil der Ringkerntechnologie besteht darin, dass man damit Ringkernverteilungstransformatoren bis in den höchsten Leistungsbereich realisieren kann, welche extrem verlustarm sind und nur noch ca. 50% der Betriebkosten von konventionellen Verteilungstransformatoren in Gießharztechnik aufweisen. Dadurch refinanziert sich der Ringkernverteilungstransformator in wenigen Jahren und zusätzlich kann ein bedeutender Teil an Primärenergie, zur Schonung von Ressourcen und der Umwelt, eingespart werden.
Mit der oben beschriebenen Ringkernwickelvorrichtung wird eine ratio'nelle Produktion von Ringkerntransformatoren dadurch erreicht, dass zum Beispiel bei elf Stufen, elf Ringkerntransformatorkerne gleichzeitig gewickelt werden können.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Transformator, insbesondere eine spiralförmige Unterspannungswicklung hohen Querschnitts und deren Herstellung, ein mehrstufiger geschlossener Ringkerntransformatorkern hoher Stabilität, aus magnetisch leitendem und gegenseitig isoliertem Material, zur UnterSpannungswicklung hin elektrisch isoliert, sowie dessen Herstellungsverfahren, wobei bevorzugt ein Trägergestell mit mindestens 3 Vorratsrollenvorrichtungen mit jeweils einer Bremsvorrichtung, mit mindestens 2 verschiedenen Breiten von magnetisch leitendem Material, mindestens drei Klebesprühvorrichtungen, sowie mindestens drei Aufwickelvorrichtungen mit einem Antriebssystem, mindestens drei Führungsvorrichtungen, einer Führungsschiene, sowie einer Abschneidevorrichtung vorgesehen ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei jede Vorratsrollenvorrichtung, sowie jede Aufwickelvorrichtung mit einer Antriebs —und Bremsvorrichtung ausgestattet ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei für jede Breite des magnetisch leitenden Materials mit Ausnahme des breitesten
Materials, zwei Aufwickelvorrichtungen mit je einer Antriebs¬ und Bremsvorrichtung vorgesehen sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei das magnetische Material mit einer isolierenden Schicht vorbehandelt wurde.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der geschlossene Ringkerntransformatorkern in mehreren Stufen mit einem dünnen magnetisch leitendem Material, welches mit Klebstoff vorbehandelt oder während des Wickelvorgangs mit Klebstoff besprüht wird, gewickelt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei mindestens drei Distanzringe oder jeweils drei Distanzstücke pro Windung, in den Stufungen des Ringkerns fest angebracht sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der Ringkern mit einem Lack zur Isolation und zum Schutz gegen Korrosion überzogen ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein
Transformator vorgesehen, wobei der Ringkerntransformatorkern mit einem hochfesten Gießharz eingehüllt ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei das magnetisch leitende Material eine amorphe Struktur aufweist.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Transformator, insbesondere eine spiralförmige Unterspannungswicklung hohen Querschnitts und deren Herstellung, ein mehrstufiger geschlossener Ringkerntransformatorkern hoher Stabilität, aus magnetisch leitendem und gegenseitig isoliertem Material, zur Unterspannungswicklung hin elektrisch isoliert, sowie dessen Herstellungsverfahren, wobei eine Windung der Unterspannungswicklung aus einem elektrisch leitendem
Material in zwei Hälften vorgeformt wird, diese zwei Hälften um den geschlossenen Ringkern elektrisch leitend miteinander verbunden werden, wobei mindestens eine Hälfte eine Etage aufweist, damit eine spiralförmige Wicklung, bestehend aus mehreren Windungen auf dem geschlossenen Ringkern entsteht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren vorgesehen, wobei die Windungshälften miteinander verschraubt oder/und verschweißt werden. Nachstehend ist die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen seitlichen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Mehrphasentransformator mit drei in axialer Richtung benachbart angeordneten Ringkernen.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung ein
Ausführungsbeispiel eines Wicklungsträgers und des Wickelvorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 3a und 3b zeigen einen fünfstufigen Ringkern gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Figur 1 ist ein im Ganzen mit 101 bezeichneter Mehrphasentransformator dargestellt, der drei in axialer Richtung übereinander angeordnete Ringkerne 102 aufweist. Jeweils benachbarte Ringkerne 102 tragen dabei Phasenwicklungen unterschiedlicher Phasen, wobei die
Phasenwicklungen jeweils auf die Ringkerne 102 ringförmig umschließe'nden Spulenkörpern 103 aufgebracht sind. Dabei können abwechselnd Spulenkörper 103 jeweils mit Primär und Sekundärwicklungen nebeneinander oder übereinander angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass auf einen
Spulenkörper 103 jeweils primär- und Sekundärwicklungen gemeinsam aufgebracht sind. Die Ringkerne 102 sind in einer Haltevorrichtung 104 angeordnet, die äußere sowie innere Führungsschienen 105a, 105b zur Bildung eines Aufnahmebereiches für die Ringkerne 102 aufweist. Die Führungsschienen 105a, 105b bestehen jeweils aus isolierendem Material, so dass die Ringkerne 102 beziehungsweise die Phasenwicklungen auf den Spulenkörper 103 der Ringkerne 102 seitlich nach außen hin isoliert sind.
Die Haltevorrichtung 104 weist unterseitig ein Bodenteil 107 auf, das ebenfalls aus isolierendem Material besteht. An dem Bodenteil 107 sind isolierende Auflageelemente 108 für den unteren Ringkern 102 vorgesehen. Dabei können mehrere voneinander beabstandete Auflageelemente 108 vorgesehen sein, oder es ist ein durchgehender Ring als Auflageelement 108 vorgesehen. Zwischen den einzelnen Ringkernen 102 sind jeweils Distanzstücke 109 vorgesehen, mit denen die Ringkerne 102 beziehungsweise die den Ringkernen 102 jeweils zugeordneten Spulenkörper 103 in ihrer Lage zueinander fixiert werden. Oberhalb des oberen Ringkernes 102 sind wiederum isolierende Auflageelemente 108 vorgesehen, auf denen ein Deckelteil 110 aufliegt und die Ringkerne 102 auch oberseitig nach außen hin isoliert.
Der in der Figur 1 dargestellte Mehrphasentransformator 101 ist als Drei-Phasen-Transformator ausgebildet. Die nicht näher dargestellten Anschlussstellen der einzelnen Phasenwicklungen der Ringkerne 102 beziehungsweise der Spulenkörper 103 sind jeweils um 120° zueinander versetzt angeordnet. Die Phasenwicklungen sind dadurch mechanisch um einen Winkel zueinander versetzt angeordnet, der der elektrischen Phasenverschiebung beziehungsweise dem elektrischen Phasenwinkel zwischen den Spannungssignalen dieser Phasenwicklungen entspricht. Insbesondere im Bereich der Distanzstücke 109, das heißt dort, wo benachbarte Ringkerne den geringsten Abstand zueinander haben, ist dadurch an zwei gegenüberliegenden Bereichen zweier Ringkerne 102 beziehungsweise Spulenkörper 103 praktisch kein Potentialunterschied vorhanden.
Spannungsüberschläge zwischen benachbarten Ringkernen 102 sind so auch bei dicht aneinander angeordneten Ringkernen 102 nicht möglich. Der Mehrphasentransformator 101 kann dadurch kompakt und mit reduziertem Platzbedarf aufgebaut werden. Zudem sind zwischen den einzelnen Ringkernen 102, im Bereich der Distanzstücke 109 keine oder nur geringe Isolationsmaßnahmen erforderlich, wodurch Kosten gespart werden und die Konstruktion vereinfacht ist.
Die Ringkerne 102 sind mit ihren jeweiligen Spulenkörpern 103 modulartig ausgebildet. Bei einem Defekt in einem dieser Module kann der betroffene Ringkern gegen ein Ersatzmodul ausgetauscht werden beziehungsweise das defekte Modul wird elektrisch abgetrennt und ein Ersatzmodul wird provisorisch an den Mehrphasentransformator 101 angeschlossen. Somit ist es nicht erforderlich, einen kompletten Transformator als Reservegerät bereitzuhalten, sondern es genügt, einen Ringkern mit den die Phasenwicklungen tragenden Spulenkörpern als Reservemodul bereitzuhalten. Dadurch werden Kosten gespart und der Platzbedarf für ein Reservegerät ist reduziert.
In Figur 2 ist eine im Ganzen mit 201 bezeichnete Wickelvorrichtung zum Bewickeln von Wicklungsträgern 202 dargestellt. Die Wickelvorrichtung zum Bewickeln von Wicklungsträgern 202 mit auf drehbar gelagerten Wicklungsmaterial-Bevorratungsrollen 203a bevorratetem Wicklungsmaterial 204a, 204b, weist zwei Wickelstationen 205 auf, die um 90 Grad voneinander beabstandet, an einem andeutungsweise dargestellten Ringkern 6, angeordnet sind. Die Wickelstationen 205 weisen jeweils ein Trägergestell 207, mit einer Halte- und Drehlagerung 208, für jeweils einen Wicklungsträger 202 auf. Die Wicklungsträger 202 sind jeweils konzentrisch um den Ringkern 206 angeordnet, wobei zwischen dem Ringkern 206 und den Wicklungsträgern 202, jeweils ein Luftspalt20 9 frei bleibt. Der Ringkern 206 wird dazu mit einer nicht dargestellten Haltevorrichtung in der gezeigten Position gehalten.
Die Halte- und Drehlagerungen 208, weisen drei jeweils an einer Rollenhalterung 211, drehbar gelagerte Rollen 210 als Wälzkörper auf, die den Wicklungsträger 202 beaufschlagen. Zwei der Rollen 210 stützen den Wicklungsträger 202 dabei von unten und bilden so eine stabile Auflage und die dritte Rolle 210 beaufschlagt den Wicklungsträger 202, von oben, so dass der Wicklungsträger 202 praktisch von drei Rollen 210 eingeklemmt und ein versehentliches Lösen des Wicklungsträgers 202 von der Halte- und Drehlagerung 208, vermieden ist. Die Rollen 210 sind mit einer nicht dargestellten Antriebs- und Bremsvorrichtung verbunden, mit der die Rollen in Richtung der Pfeile gedreht werden. Zwischen den Rollen 210 und dem Wicklungsträger 202 ist eine reibschlüssige Antriebs- und Bremsvorrichtung vorgesehen, so dass beim Drehen der Rollen 210 im Uhrzeigersinn, der
Wicklungsträger 202 entgegengesetzt mitgedreht wird. Durch die Drehbewegung des Wicklungsträgers 202 wird das Wicklungsmaterial 204a, 204b von den drehbar gelagerten Wicklungsmaterial-Bevorratungsrollen 203a, 203b ab- und auf den Wicklungsträger 202 aufgewickelt. Dabei können die Wicklungsträger 202 der einzelnen Wickelstationen 205, gleichzeitig bewickelt werden. Die Wicklungsträger 202 bestehen aus einem hochfesten Isolationsmaterial, sind jeweils spulenkörperartig mit den Wickelraum 213 und seitlich begrenzenden Flanschen 214 ausgebildet. Das Isolationsmaterial wird zur Spannungsfestigkeit, insbesondere gegenüber der
Unterspannungswicklung benötigt. Die hohe Festigkeit wird für den Wickelvorgang, sowie das halten des relativ schweren Wicklungsmaterials benötigt. Die Außenränder dieser Seitenflansche 214 dienen dabei als Beaufschlagungsflächen für die Rollen 210. Das Wicklungsmaterial 204a, 204b kann dabei zwischen den Seitenflanschen 214 auf den Wicklungsträger 202 geführt werden, ohne die Zufuhr des Wicklungsmaterials 204a, 204b durch die Rollen 210 zu behindern. Zudem bilden die Seitenflansche 214 eine Isolation zu benachbarten Wickelträger, sowie seitliche Begrenzung für das Wicklungsmaterial 204a, 204b.
Die Rollen 210 sind an ihrer Rollenhalterung 211 jeweils gefedert und gedämpft gelagert. Dadurch lassen sich die Rollen 210, einer Halte- und Drehlagerung 208 auseinander bewegen, um einen Wicklungsträger 202, in die Halte- und Drehlagerung einsetzen und wieder entnehmen zu können. Zudem ist es möglich, Wicklungsträger unterschiedlicher Größe zu bewickeln.
An jeder Wickelstation 205, sind jeweils eine erste Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle 203a, mit Leitermaterial 4a, sowie eine zweite Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle 203b mit Isolationsmaterial 204b, zum gleichzeitigen, lagenweise übereinander wickeln des Leiter- und des Isolationsmaterials, auf einen Wicklungsträger 202 vorgesehen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Oberspannungswicklung eines Ringkerntransformators, sowie auf deren Herstellungsverfahren, für Verteilungstransformatoren, auf Basis der Ringkerntechnologie.
Die Wickelstation mit einer am Wicklungsträger, bestehend aus zwei spannungsfesten Halbschalen mit Seitenflansch aus Isoliermaterial hoher Festigkeit, welche zu einer spannungsfesten runden Einheit um den geschlossenen Ringkern zusammengefügt, zur Aufnahme der Segmente der
Oberspannungswicklung des Transformators, bestehend aus mindestens einem elektrischen Leiter und mindestens einem Isolationsmaterial mit einer am Wicklungsträger angreifenden Halte- und Drehlagerung zum drehbaren Lagern des Wicklungsträgers vorgesehen ist, damit der elektrische Leiter und das Isolationsmaterial auf einen geschlossenen Ringkern aufgewickelt werden kann.
Figuren 3a und b zeigen einen geschlossenen Ringkern 301, der mit fünf Stufen 302, 303, 304, 305 und 306 ausgelegt ist. Die Stufen sind bevorzugt, damit ein annährend runder Querschnitt entsteht. Je mehr Stufen, desto höher ist der Füllgrad mit magnetisch leitendem Material. Die Stufen bestehen aus dünnen Blechen, welche bevorzugt mit Klebstoff eingesprüht werden, zur Isolation und zur Festigkeit. Damit ein kreisrunder
Querschnitt entsteht, eine Isolation nach außen hin und die hohe Festi-gkeit, ist der Ringkern mit einem Gießharz 307 vergossen. Ein weiterer Vorteil dieses Gießharzes besteht darin, dass keine scharfen Kanten die Wicklungen des Transformators beschädigen können.
Blechbreite der Vorratsrolle 302: Bl 100 mm Blechhöhe 0,23 mm B2 100 mm + x
(Elektroblech) B3 100 mm + xl B4 100 mm + x B5 100 mm
Die erste Blechbreite von 100 mm wird über die Führungsvorrichtung 303 der Aufwickelvorrichtung 306 zugeführt und fixiert. Der Aufwickelvorgang beginnt und gleichzeitig wird das Blech mit der Klebstoffvorrichtung 304 mit Klebstoff besprüht. Mittels der Antriebs —und Bremsvorrichtung wird ein gleichmäßiger Zug auf das zu bewickelnde Blech erreicht. Durch eine Messvorrichtung wird die aufgewickelte Blechhöhe mit dem Sollwert verglichen und der Aufwickelvorgang bei erreichen der Vorgabe angehalten.
Anschließend wird das Blech von der Abschneidevorrichtung 305 durchtrennt und fixiert.
Auf der Führungsschiene 307 wird nun die Aufwickelvorrichtung 306 der 2. Blechbreite (B2) zugeführt. Gleichzeitig wird der ersten Blechbreite eine weitere Aufwickelvorrichtung zugeführt. Im eingeschwungenen Zustand werden fünf Ringkerntransformatorkerne gleichzeitig gewickelt.

Claims

Ansprüche
1. Ringkern-Transformator, insbesondere Mehrphasentransformator (101) mit mehreren in axialer Richtung benachbart angeordneten Ringkernen (102), wobei jeweils benachbarte Ringkerne (102) Phasenwicklungen unterschiedlicher Phasen tragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne (102) in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz beziehungsweise der geometrische Winkel zwischen den Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne (102) der Phasenverschiebung beziehungsweise dem elektrischen Phasenwinkel zwischen den Spannungssignalen dieser Ringkerne (102) entspricht.
3. Transformator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Bauform von Ringkern-Transformatoren angepasstes, vorzugsweise im wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse für die Ringkerne (102) mit Phasenwicklungen vorgesehen ist, und dass vorzugsweise an einem axialen Ende des Gehäuses ein Ventilator oder Gebläse vorgesehen ist.
4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Ringkerne (102) Hohlleitungen für ein Kühlmittel angeordnet sind, und dass vorzugsweise das Gehäuse des Transformators (101) als Wärmetauscher ausgebildet und mit den Hohlleitungen verbunden ist.
5. Transformator nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse außenseitig Kühlkörper oder dergleichen vorstehende Elemente zur Vergrößerung der Gehäuse-Oberfläche vorgesehen sind, insbesondere dass das Gehäuse eine profilierte Oberfläche aufweist.
6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmebehälter mit einem Kühlmedium zum bereichsweise oder vollständigen Einsetzen des Transformators (101) vorgesehen ist.
7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkerne (102) des Mehrphasentransformators (101) mit ihren jeweiligen Phasenwicklungen modulartig ausgebildet sind und dass eine Haltevorrichtung (104) zum Halten und zum gegeneinander Festlegen der modulartigen Ringkerne (2) vorgesehen ist.
8. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatorspulen einzeln mit Gießharz vergossen sind und vorzugsweise eine außenseitige Profilierung zur Oberflächenvergrößerung aufweisen.
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