WO2016139030A1 - Transformator sowie verfahren zum nachrüsten eines transformators - Google Patents

Transformator sowie verfahren zum nachrüsten eines transformators Download PDF

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WO2016139030A1
WO2016139030A1 PCT/EP2016/052626 EP2016052626W WO2016139030A1 WO 2016139030 A1 WO2016139030 A1 WO 2016139030A1 EP 2016052626 W EP2016052626 W EP 2016052626W WO 2016139030 A1 WO2016139030 A1 WO 2016139030A1
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transformer
yoke
compensation
compensation winding
winding arrangement
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PCT/EP2016/052626
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Inventor
Alfons-Karl Schrammel
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01F27/10—Liquid cooling
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    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances
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    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/14—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias

Definitions

  • the invention relates generally to the field of electrical transformers provided with compensation means for compensating for a DC magnetic flux component.
  • Primary winding or secondary winding come.
  • GIC Garnier Induced Currents
  • Transformers are disturbed, because it forms in the core of the transformer, a magnetic DC flux, which is superimposed on the magnetic alternating flux.
  • This superposition of direct flow and alternating flow leads to a asymmetric modulation of the magnetic material, which brings a number of disadvantages.
  • a measuring device for detecting the DC component is known for example from WO2011 / 127969 AI.
  • a compensation winding in conjunction with a current control device is known, for example, from WO2012 / 041368 AI.
  • the compensation winding is already provided in the manufacture of the transformer, for example, by carrying each such arm of the transformer in the region of the lower yoke such a compensation winding. But now transformers are valuable and durable
  • Compensation winding is as simple as possible, so that even a transformer already in operation can be equipped with a DC compensation device.
  • Another object of the present invention is to provide a method for retrofitting a transformer that is as cost-effective as possible.
  • the object is achieved with a transformer by the features of claim 1 and with a method for retrofitting a transformer by the features of
  • Compensation winding arrangement which is not arranged as usual on a winding-carrying leg of the transformer, but at the yoke of the transformer core.
  • This compensation winding arrangement is electrically connected to at least one associated current control device for the purpose of compensating for a DC component flowing in one leg of the transformer. Since the yoke carries the compensation winding arrangement, it is achieved that the structural design and also the arrangement of the primary winding or the
  • the transformer only has to be taken off the grid for a short time and an access to the upper yoke of the transformer has to be created.
  • the transformer cover is opened and the insulation and cooling liquid is partially pumped out. As soon as the level of isolation and cooling liquid is lowered to a level below the upper yoke, manually one can manually on the upper yoke, at one or more sections
  • Compensation winding is by means of a connecting line to a power supply device outside the boiler
  • Transformer tank pumped back.
  • the transformer cover is closed and the transformer can then be switched back to the mains.
  • Multi-core construction in which it in the course of
  • Curb noise emission In particular, the latter is becoming increasingly important.
  • the inventive mounting of the compensation winding assembly on the yoke requires no change to an existing design of a transformer, neither the winding nor the magnetic core.
  • the equipment of a transformer with a DC compensation is thus possible in the manufacturing process with a relatively lower cost.
  • the compensation winding arrangement is arranged on a portion of the upper yoke. At the upper yoke a compensation winding can be attached easily. With low
  • Winding loops is formed, which are each passed through a cooling gap between a press plate and an upper yoke section. This installation space is usually available as a cooling gap in larger power transformers anyway. It requires no structural change a winding or insulation. The looping takes place directly around the yoke.
  • a preferred embodiment may be constructed to sandwich a portion of the upper yoke between two
  • Main legs each always loop at least two loops of the compensation winding assembly. These are in turn passed through the cooling gap formed between the outer lamination of the yoke and the adjacent opposing pressure plate.
  • the compensation winding arrangement can be formed from at least two conductor loops. Each of these conductor loops continues with sections extending in the direction of the yoke. A first corresponding line pair of these line sections are interconnected, e.g. by crimping. The second corresponding line pair ends in connection contacts. At this is by means of a connecting line a
  • the compensation winding can be formed from one or more windings, adapted to the predetermined voltage burden of the current control device used.
  • Transformer performed the following steps: a. Disconnecting the transformer from an energy distribution network; b. Discharge at least part of the
  • Retrofit compensation device This retrofit does not require the existing primary or
  • each winding can consist of one or more windings. Subsequently, the winding loops
  • This power control device is usually located outside of the transformer tank.
  • inventive transformer have already been shown.
  • the assembly or retooling effort is low.
  • the interruption in the energy distribution network is short.
  • the "retrofit solution” allows comparatively little effort
  • transformers are on a long
  • Modifications of this transformer can be modernized and equipped with the functionality of a DC compensation, so that the transformer is quieter in operation.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the invention with a
  • Figure 2 shows a second embodiment of the invention with a
  • Figure 3 shows a third embodiment of the invention with a
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of the invention with a
  • Figure 5 shows a fifth embodiment of the invention with a
  • Figure 6 is a schematic representation of one at an upper
  • Yoke arranged compensation winding, in which the compensation of a DC component in the leg is illustrated.
  • FIGS. 1-5 respectively show the upper section of a magnetic core of a specific type of transformer in a spatial representation.
  • Corresponding structural units are provided with the same reference numerals.
  • a conductor loop is generally understood to mean a surface defined by a conductor, wherein the conductor loop is intended to embody an elementary form of a winding, which may consist of a single turn or also of several turns.
  • each of the conductor structures identified below by the reference numeral 12 is to be understood as either a single loop or a multi-turn winding.
  • Figure 1 shows a perspective view of the upper portion of the magnetic core of an electrical transformer 1 in 1-leg-core construction.
  • the middle leg 10 of the transformer 1 carries a in FIG I winding arrangement, not shown, consisting of primary winding and secondary winding; the two legs left and right of the leg 10 form the magnetic inference of this construction.
  • a yoke 11 connects the two return legs and the middle leg 10.
  • two yoke-pressing plates 6, 8 are drawn, by means of which the sheet-metal plates of Jochblechwovenes 11 are pressed together. Between the front yoke press plate 8 and the yoke
  • a gap or cooling gap 9 is formed, as well as between the rear yoke press plate 6 and the yoke 11, a cooling gap 7.
  • the compensation winding assembly 12 consists essentially of two
  • the two conductor loops 13, 15 continue through conductor sections 17, 18, which extend in the longitudinal direction of the yoke 11.
  • the two rear converging conductor sections 17, 18 are in the gap 7. Their ends are connected by crimping.
  • the two front conductor sections 17, 18 extend in the front gap 9. Their ends form contact terminals for a connecting line, which leads to a in Fig. 1 with the
  • Reference numeral 120 provided current control means leads.
  • the current control device 120 serves to feed in a compensation current whose magnetic effect in the
  • FIG. 2 shows an embodiment of the invention with reference to a core for a 2-leg core transformer 2.
  • the magnetic core consists of two legs 10, each carrying the transformer winding.
  • the two legs 10 are connected by the yoke 11.
  • a compensation winding assembly 12 is drawn on the upper yoke 11 according to the invention.
  • the compensation winding assembly 12 consists of a single
  • Conductor loop or multiple conductor windings It is wrapped around the upper yoke 11 around. The looping takes place so that the wiring again in the gap 7, the lower portion of the upper yoke 11 and then in the gap 9 extends upward. The two ends of the conductor loop 12 open into connection contacts. From these terminals leads again a connecting line to a power control device 120, which is for feeding a
  • Figure 3 shows a third embodiment of the invention on
  • Example of an electric transformer 3 in 3-leg core design The 3-leg core consists of three winding-carrying legs 10 and a connecting yoke 11. Again, the laminated core of the yoke 11 is pressed together on both sides with yoke press plates 6, 8. The two yoke pressing plates 6 and 8 are each arranged laterally at a distance 7 or 9 to the yoke 11.
  • the compensation winding arrangement 12 consists of two conductor loops 12 12 "In the illustration of Figure 3, the left one of the two conductor loops 12 is arranged ⁇ on an upper yoke portion 11 which connects the left arm 10 and the middle leg. 10; in Figure 3 right
  • Conductor loop 12 is arranged on an upper yoke section 11, which connects the middle leg 10 and the right leg 10. The routing is effected as shown in FIG.
  • Conductor loop 12 12 are each again connected to a current control device 120 120 ,.
  • Compensation winding 12 12 in each case a separate associated power control device 120 ⁇ or 120"
  • Each current controller 120 120 "operates autonomously, and through these two separate current controllers 120 120", the compensation of a DC component in each leg 10 is individually and independently possible.
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of the invention. Shown again is the upper portion of the magnetic core of a transformer, illustrated by the example of the construction of a 4-leg core transformer 4. In this 4- leg core carry the two HauptSchenkel 10 each have a not shown in the figure 4 winding package. Left and right of the two legs 10 of the magnetic
  • Compensating windings 12 12 are respectively disposed on the top yoke 11 at the head of a leg 10. Similar to the compensating winding arrangement 12 illustrated in Figure 1, each of these windings 12 12" consists of two
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of the invention with reference to a transformer in so-called 5-leg core design.
  • This 5-leg core 5 consists of three main legs each carrying a winding arrangement 10 and two outer yoke legs. A yoke 11 again connects these three legs 10 and the two
  • the compensating winding arrangement 12 in this embodiment consists of three separate windings 12 12 “and 12 " ⁇ , which are again arranged on the upper yoke 11 and are fed by three separate current sources 120 120 , ⁇ and 120 , ⁇ the separated ones
  • the boiler passage for the connection line which is the compensation winding with the outside of the boiler
  • arranged current control device connects, from
  • FIG. 6 shows this embodiment of the compensation winding arrangement 12 in the region of the connection between the upper yoke 11 and limb 20.
  • an undesirable direct flow .phi.o is intended to flow.
  • This magnetic flux ⁇ is superimposed on the alternating flux, so that the magnetic material in the two half-waves
  • Compensation winding arrangement 12 serves the purpose of compensating for this magnetic direct flux ⁇ . It consists essentially of two open conductor loops 13, 15, the curved loop around the yoke and continue in pairs with conductor sections 17 and 18 in the direction of the yoke. With their curvature stretch the
  • Conductor loops 13, 15 each have an area which is approximately orthogonal to the direction of the magnetic flux in the yoke 11. As shown in Figure 6, the first one is
  • Lead pair 17 in the direction of the yoke, the ends of the sections 17 and 18 are directed towards each other.
  • the two rear conductor sections 17 and 18 are connected to one another at a connection point 23.
  • the two front conductor sections 17 and 18 end in two
  • Thigh 20 outputs a magnetic compensation flux DC .
  • This magnetic compensation flux DC is directed from bottom to top in FIG.
  • a compensation winding 12, 12 12, ⁇ , 12 ⁇ ⁇ ⁇ can each consist of one or more turns. In practice, the number of turns depends on the voltage class of the transformer, since the
  • Compensating control device 120 ⁇ or 120 "or 120 ⁇ ⁇ ⁇ must withstand the voltage induced in a compensation winding 12 ⁇ or 12 ⁇ ⁇ or 12 ,, ⁇ voltage, in a practical example at 300 V induced voltage is the

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Abstract

Transformator mit einem magnetischen Kern, wobei der Kern zumindest einen Schenkel (10) mit einer Wicklungsanordnung und ein Joch (11) aufweist, wobei eine Kompensations-Wicklungsanordnung (12) vorgesehen ist um einen im zumindest einen Schenkel (10) fließenden Gleichfluss-Anteil (ΦDC) zu kompensieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensations-Wicklungsanordnung (12) auf dem Joch (11) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Transformator sowie Verfahren zum Nachrüsten eines
Transformators
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet elektrischer Transformatoren die mit einer Kompensationseinrichtung zum Kompensieren eines magnetischen Gleichfluss-Anteils versehen sind .
Stand der Technik
Bei elektrischen Transformatoren, wie Sie üblicherweise in einem Energie- erteilungsnetz eingesetzt werden, kann es zu einer unerwünschten Einspeisung eines Gleichstroms (im
Folgenden auch als DC-Anteil bezeichnet) in die
Primärwicklung bzw. Sekundärwicklung kommen.
Ursache für diesen DC-Anteil können beispielsweise
leistungselektronische Schaltungen sein, wie Sie heutzutage bei der Ansteuerung von elektrischen Antrieben oder auch zur Blindleistungskompensation in einem Energie-Verteilungsnetz eingesetzt werden.
Eine andere Ursache für die Ausbildung eines magnetischen Gleichflusses in einem Transformator können so genannte "Geomagnetically Induced Currents" (GIC) sein.
In beiden Fällen kann das Betriebsverhalten des
Transformators gestört werden, denn es bildet sich im Kern des Transformators ein magnetischer Gleichfluss aus, der sich dem magnetischen Wechselfluss überlagert. Diese Überlagerung von Gleichfluss und Wechselfluss führt zu einer unsymmetrischen Aussteuerung des magnetischen Werkstoffs, die eine Reihe von Nachteilen mit sich bringt.
Zum einen kann es zu lokalen Erwärmungen im Kern des
Transformators kommen („hot spots") . Dies verursacht erhöhte Verluste und kann auch die Lebensdauer der elektrischen Wicklung beeinträchtigen. Ein anderer unerwünschter Effekt ist eine erhöhte Geräuschemission. Diese tritt bereits bei einem sehr kleinen Gleichstrom von wenigen Ampere auf. Wenn der Transformator in der Nähe eines Wohnbereichs installiert ist, ist dies von besonderem Nachteil.
Zur Minderung der Geräuschemission eines Transformator wird in der DE 40 21 860 C2 beispielsweise vorgeschlagen, auf dem Kern neben der üblichen Wicklungsanordnung eine so genannte Kompensationswicklung anzuordnen. In diese
Kompensationswicklung wird ein Kompensationsstrom
eingespeist, welcher in seiner magnetischen Wirkung so gerichtet ist, dass er dem magnetischen Gleichfluss im Kern des Transformators entgegenwirkt bzw. diesen kompensiert.
Um einen Gleichfluss-Anteil im Kern eines Transformators zu kompensieren, ist also eine Messeinrichtung zum Erfassen des magnetischen Gleichflusses, eine Kompensationswicklung und eine mit dieser verbundenen Strom-Steuereinrichtung
erforderlich .
Eine Messeinrichtung zum Erfassen des Gleichanteils ist beispielsweise aus der WO2011/127969 AI bekannt.
Eine Kompensationswicklung in Verbindung mit einer Strom- Steuereinrichtung ist beispielsweise aus der WO2012/041368 AI bekannt .
Üblicherweise wird die Kompensationswicklung bereits bei der Herstellung des Transformators vorgesehen, indem zum Beispiel jeder Schenkel des Transformators im Bereich des unteren Jochs eine solche Kompensationswicklung trägt. Nun sind aber Transformatoren wertvolle und langlebige
Investitionsgüter. Zu einer unerwünschten DC-Einspeisung bzw. zu GIC kann es auch während der langjährigen Betriebsdauer eines Transformators kommen. Um einen bereits in Betrieb befindlichen Transformator mit einer Gleichfluss- bzw.
Gleichstrom-Kompensationseinrichtung auszustatten ist aber ein kaum vertretbar hoher Aufwand erforderlich. Eine solche Nachrüstung bzw. Umrüstung erfordert zumindest den Umbau der bestehenden Wicklungsanordnung, was einer Neuanschaffung des Transformators gleichkommt. Gleichwohl herrscht aber der Bedarf, auch bereits in Betrieb befindliche Transformatoren mit einer Gleichfluss-Kompensation auszustatten, da ein störender DC-Anteil bzw. GIC während des Betriebs jederzeit vorkommen kann.
Darstellung der Erfindung Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen
Transformator so anzugeben, dass die Anbringung einer
Kompensationswicklung möglichst einfach ist, so dass auch ein bereits in Betrieb befindlicher Transformator mit einer Gleichfluss-Kompensationseinrichtung ausgestattet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zum Nachrüsten eines Transformators anzugeben, das möglichst kostengünstig ist. Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Transformator durch die Merkmale des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren zum Nachrüsten eines Transformators durch die Merkmale des
Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Aspekte und Einzelheiten der
Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Einem Grundgedanken der Erfindung nach, wird eine
Kompensations-Wicklungsanordnung vorgeschlagen, die nicht wie bislang üblich auf einem wicklungstragenden Schenkel des Transformators, sondern am Joch des Transformatorkerns angeordnet ist. Diese Kompensations-Wicklungsanordnung ist zum Zwecke der Kompensation eines in einem Schenkel des Transformators fließenden Gleichfluss-Anteils mit zumindest einer zugeordneten Strom-Steuereinrichtung elektrisch verbunden. Da das Joch die Kompensations-Wicklungsanordnung trägt, wird erreicht, dass die konstruktive Ausgestaltung und auch die Anordnung der Primärwicklung bzw. der
Sekundärwicklung, sowie auch die konstruktive Auslegung des Kerns des Transformators nicht verändert werden müssen.
Daraus ergeben sich eine Reihe von Vorteilen: Der größte Vorteil ergibt sich bei Umrüstung bzw. Nachrüstung eines bereits in Betrieb befindlichen Transformators, da die
Montage einer Kompensations-Wicklungsanordnung nur einen vergleichsweise geringen Aufwand erfordert. Der Trafo muss nur für kurze Zeit vom Netz genommen werden und ein Zugang zum oberen Joch des Transformators geschaffen werden. Der Transformatordeckel wird geöffnet und die Isolations- und Kühlflüssigkeit teilweise abgepumpt. Sobald das Niveau der Isolations- und Kühlflüssigkeit auf ein Niveau unterhalb des oberen Jochs abgesenkt ist, kann am oberen Joch, an einem oder an mehreren Abschnitten, manuell leicht eine
Kompensationswicklung angebracht werden. Die
Kompensationswicklung wird mittels einer Verbindungsleitung an eine Strom-Speiseinrichtung außerhalb des Kessels
angeschlossen. Anschließend wird die Isolations- und
Kühlflüssigkeit wieder auf das ursprüngliche Niveau im
Transformatorkessel zurück gepumpt. Der Transformatordeckel wird geschlossen und der Trafo kann danach wieder ans Netz geschaltet werden. Durch die Erfindung ist es also möglich, dass mit einem vergleichsweise geringen Aufwand ein bereits in Betrieb befindlicher Transformator, - unabhängig von der Bauform eines Transformators (zum Beispiel Ein-, oder
Mehrschenkelkern-Bauweise) - bei denen es im Laufe der
Betriebszeit zu einer Einspeisung eines DC-Anteils gekommen ist, bzw. die einem GDC ausgesetzt sind, mit einer
Einrichtung zur Gleichtluss-Kompensation auszustatten. Damit eröffnet sich auch für diese bereits betriebsmäßig
eingesetzten Transformatoren die Möglichkeit Verluste abzusenken, die Erwärmung zum mindern, sowie deren
Geräuschemission einzudämmen. Insbesondere Letzteres gewinnt zunehmend an Bedeutung.
Die oben genannten Vorteile ergeben sich in analoger Weise auch bei der Herstellung eines Transformators: auch im
Herstellungsprozess erfordert die erfindungsgemäße Anbringung der Kompensations-Wicklungsanordnung am Joch keine Änderung an einer bestehenden Konzeption eines Transformators, weder der Wicklung noch des magnetischen Kerns. Die Ausstattung eines Transformators mit einer Gleichfluss-Kompensation ist damit auch im Herstellungsprozess mit einem vergleichsweise geringeren Aufwand möglich.
Zusammenfassend sei nochmals hervorgehoben, dass sich der wesentliche Vorteil der Erfindung im Rahmen einer so
genannten „Retrofit-Lösung" ergibt. Denn es war bislang wirtschaftlich nicht vertretbar, einen bereits in Betrieb befindlichen Transformator nachträglich so umzubauen, dass eine Gleichfluss-Kompensation möglich wäre.
In einer bevorzugten Ausführung wird vorgeschlagen, dass die Kompensations-Wicklungsanordnung auf einem Abschnitt des oberen Jochs angeordnet ist. Am oberen Joch lässt sich eine Kompensationswicklung leicht anbringen. Mit geringem
Kostenaufwand ist ein „Retrofit-Lösung" möglich.
Für 1- und Mehr-Schenkelkern-Transformatoren kann eine
Ausführung der Erfindung bevorzugt so konstruiert sein, dass die Kompensations-Wicklungsanordnung aus mehreren
Wicklungsschleifen gebildet ist, die jeweils durch einen Kühlspalt zwischen einer Pressplatte und einem oberen Joch- Abschnitt hindurch geführt sind. Dieser Einbauraum ist als Kühlspalt ohnedies in der Regel bei Transformatoren größerer Leistung vorhanden. Es bedarf keiner konstruktiven Änderung einer Wicklung oder Isolierung. Die Umschlingung erfolgt direkt um das Joch.
Für Transformatoren in 3-, 4-, und 5-Schenkelkern-Bauweise kann eine bevorzugte Ausführungsform so konstruiert sein, dass um einen Abschnitt des oberen Jochs zwischen zwei
Hauptschenkeln sich jeweils immer zumindest zwei Schleifen der Kompensations-Wicklungsanordnung schlingen. Diese sind wiederum durch den Kühlspalt, gebildet zwischen der äußeren Blechlamelle des Jochs und der benachbart gegenüber liegenden Pressplatte hindurch geführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kompensations- Wicklungsanordnung aus zumindest zwei Leiterschleifen gebildet sein. Jede dieser Leiterschleifen setzt sich mit in Richtung des Jochs verlaufenden Abschnitten fort. Ein erstes korrespondierendes Leitungspaar dieser Leitungsabschnitte ist miteinander verbunden, z.B. durch Crimpen . Das zweite korrespondierende Leitungspaar endet in Anschlusskontakten. An diese wird mittels einer Verbindungsleitung eine
zugeordnete Strom-Steuereinrichtung angeschlossen. Dadurch kann für jeden Hauptschenkel ein individuell vorgegebener Kompensationsstrom eingespeist werden. Dies ermöglicht eine differenzierte, auf den jeweiligen Hauptschenkel abgestimmte Kompensation eines Gleichfluss-Anteils Φοο
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung kann die Kompensationswicklung aus einer oder mehreren Windungen gebildet sein, angepasst an die vorgegebene Spannungsbürde der verwendeten Strom-Steuereinrichtung.
Die oben genannte technische Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Nachrüsten eines Transformators gelöst. Hierbei werden bei einem bereits in Betrieb befindlichen
Transformator folgende Verfahrensschritte durchgeführt: a. Trennen des Transformators von einem Energie- Verteilungsnetz ; b. Ablassen zumindest eines Teils der im
Transformatorkessel enthaltenen Kühl- Isolationsflüssigkeit;
c. Öffnen des Transformatorkessels, so dass Abschnitte des Jochs zugänglich sind; d. Anbringen einer Kompensations-Wicklungsanordnung auf zumindest einem Abschnitt des oberen Jochs; e. Herstellen einer Verbindung zwischen der Kompensations-Wicklungsanordnung und einer außerhalb des Transformatorkessels angeordneten Strom-Steuereinrichtung;
f. Schließen des Transformatorkessels;
g. Auffüllen des Transformatorkessels mit der im Verfahrensschritt b. abgelassenen Menge an Kühl- und Isolationsflüssigkeit
h. Verbinden des Transformators mit dem Energie- Verteilungsnetz .
Dieses Verfahren ermöglicht, mit sehr geringem Aufwand einen bereits in Betrieb befindlichen Transformator, - auch
Transformatoren älterer Bauart -, mit einer
Kompensationseinrichtung nachzurüsten . Bei dieser Nachrüstung ist es weder erforderlich die bestehende Primär- bzw.
Sekundärwicklung zu ändern, noch sind Änderungen am
magnetischen Kreis erforderlich. Bei der Montage wird die Kompensationswicklung einfach um Abschnitte des oberen Jochs gewickelt. Mit Vorteil können dabei bereits vorhandene Kanäle des Kühlsystems genutzt werden. Die einzelnen Schleifen der Kompensationswicklung werden zwischen den Joch- Pressplatten und dem Joch einfach hindurch durchgeführt. Wie bereits gesagt, kann jede Wicklung aus einer oder mehreren Windungen bestehen. Anschließend werden die Wicklungsschleifen
miteinander verbunden und an eine Strom-Steuereinrichtung angeschlossen. Diese Strom-Steuereinrichtung befindet sich üblicherweise außerhalb des Transformatorkessels. Die
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen wie Sie oben anhand des
erfindungsgemäßen Transformators bereits dargestellt wurden. Der Montage- oder Umrüstaufwand ist gering. Die Unterbrechung im Energie- erteilungsnetz ist kurz. Die „Retrofit-Lösung" ermöglicht mit vergleichsweise geringem Aufwand die
Modernisierung bzw. den Ausbau bestehender Anlagen.
Bekanntermaßen sind Transformatoren auf eine lange
Betriebsdauer konzipiert. Stellt sich beispielsweise bei einem solchen seit Jahren in Betrieb befindlichen
Transformator aufgrund einer Gleichstrom-Einspeisung eine erhöhte Geräuschentwicklung ein, so kann mit geringen
Modifikationen dieser Transformator modernisiert und mit der Funktionalität einer Gleichfluss-Kompensation ausgestattet werden, so dass der Transformator im Betrieb leiser ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf Zeichnungen Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anhand nicht einschränkender Ausführungsbeispiele zu entnehmen sind. Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführung der Erfindung mit einer
Kompensations-Wicklungswicklung angeordnet am oberen Joch eines 1-Schenkel-Mantelkerns , in einer räumlichen Darstellung;
Figur 2 eine zweite Ausführung der Erfindung mit einer
Kompensations-Wicklung angeordnet am oberen Joch eines 2-Schenkel-Kerns, in einer räumlichen
Darstellung;
Figur 3 eine dritte Ausführung der Erfindung mit einer
Kompensations-Wicklung angeordnet am oberen Joch eines 3-Schenkel-Kerns, in einer räumlichen
Darstellung; Figur 4 eine vierte Ausführung der Erfindung mit einer
Kompensations-Wicklung angeordnet am oberen Joch eines 4-Schenkel-Kerns, in einer räumlichen Darstellung;
Figur 5 eine fünfte Ausführung der Erfindung mit einer
Kompensations-Wicklung angeordnet am oberen Joch eines 5-Schenkel-Kerns, in einer räumlichen Darstellung;
Figur 6 eine schematische Darstellung einer an einem oberen
Joch angeordneten Kompensations-Wicklung, in welcher die Kompensation eines Gleichfluss-Anteils im Schenkel veranschaulicht ist.
Ausführung der Erfindung
Die folgende Beschreibung erläutert verschiedene Ausführungen der Erfindung anhand der Figuren 1-5, die jeweils den oberen Abschnitt eines magnetischen Kerns einer bestimmten Bauart eines Transformators in einer räumlichen Darstellung zeigen. Einander entsprechende bauliche Einheiten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden ist unter einer Leiterschleife allgemein eine von einem Leiter aufgespannt Fläche zu verstehen, wobei die Leiterschleife eine elementare Form einer Wicklung verkörpern soll, die aus einer einzigen Windung oder auch aus mehreren Windungen bestehen kann. Damit ist jede der im Folgenden mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichneten Leiterstrukturen entweder als eine Einzelschleife oder eine aus mehreren Windungen bestehende Wicklung aufzufassen.
Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den oberen Bereich des magnetischen Kerns eines elektrischen Transformators 1 in 1-Schenkel-Mantelkern-Bauweise . Der mittlere Schenkel 10 des Transformators 1 trägt eine in Figur I nicht näher dargestellte Wicklungsanordnung, bestehend aus Primärwicklung und Sekundärwicklung; die beiden Schenkel links und rechts des Schenkels 10 bilden den magnetischen Rückschluss dieser Bauweise. Ein Joch 11 verbindet die beiden Rückschlussschenkel und den mittleren Schenkel 10. In Figur 1 sind zwei Joch-Pressplatten 6, 8 gezeichnet, mittels derer die Blech-Lamellen des Jochblechpaketes 11 zusammen gepresst werden. Zwischen der vorderen Joch-Pressplatte 8 und dem Joch
II ist ein Zwischenraum oder Kühlspalt 9 ausgebildet, ebenso zwischen der hinteren Joch-Pressplatte 6 und dem Joch 11, ein Kühlspalt 7. In Figur 1 ist die Kompensations- Wicklungsanordnung 12 auf dem Joch 11 im Bereich des
mittleren Schenkels 10 angeordnet. Die Kompensations- Wicklungsanordnung 12 besteht im Wesentlichen aus zwei
Leiterschleifen 13, 15. Jede dieser Leiterschleifen 13, 15 umschlingt jeweils einen zwischen Schenkel 10 und
magnetischen Rückschluss gebildeten Abschnitt des oberen Jochs 11. Nach ihrer Umschlingung setzen sich die beiden Leiterschleifen 13, 15 durch Leiterabschnitte 17,18 fort, die in Längsrichtung des Jochs 11 verlaufen. Die beiden hinteren aufeinander zulaufenden Leiterabschnitte 17, 18 liegen im Spalt 7. Ihre Enden sind durch Crimpen miteinander verbunden. Die beiden vorderen Leiterabschnitte 17, 18 verlaufen im vorderen Spalt 9. Ihre Enden bilden Kontaktanschlüsse für eine Verbindungsleitung, die zu einer in Figur 1 mit dem
Bezugszeichen 120 versehenen Strom-Steuereinrichtung führt. Die Strom-Steuereinrichtung 120 dient zum Einspeisen eines Kompensationsstroms, dessen magnetische Wirkung im
Transformatorkern unten stehend anhand der Beschreibung der Figur 6 näher erläutert ist. Die Einspeisung des
Kompensationsstroms erfolgt dabei nach Maßgabe eines Sensors, der den störenden DC-Anteil nach Richtung und Größe erfasst. Dieser Sensor ist in den Zeichnungen nicht dargestellt. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Kerns für eine 2-Schenkelkern-Transformator 2. Der magnetische Kern besteht aus zwei Schenkeln 10, die jeweils die Transformatorwicklung tragen. Die beiden Schenkel 10 sind durch das Joch 11 verbunden. In Figur 2 ist an dem oberen Joch 11 gemäß der Erfindung eine Kompensations- Wicklungsanordnung 12 gezeichnet. Die Kompensations- Wicklungsanordnung 12 besteht aus einer einzigen
Leiterschleife oder aus mehreren Leiterwindungen. Sie ist um das obere Joch 11 herum geschlungen. Die Umschlingung erfolgt dabei so, dass die Leitungsführung wieder im Spalt 7, dem unteren Bereich des oberen Jochs 11 und dann wieder im Spalt 9 nach oben verläuft. Die beiden Enden der Leiterschleife 12 münden in Anschlusskontakten. Von diesen Anschlusskontakten führt wieder eine Verbindungsleitung zu einer Strom- Steuereinrichtung 120, die zur Einspeisung eines
Kompensationsstroms vorgesehen ist. Figur 3 zeigt eine dritte Ausführung der Erfindung am
Beispiel eines elektrischen Transformators 3 in 3- Schenkelkern-Bauweise . Der 3-Schenkelkern besteht aus drei wicklungstragenden Schenkeln 10 und einem verbindenden Joch 11. Auch hier wird das Blechpaket des Jochs 11 beidseits mit Joch-Pressplatten 6, 8 zusammen gepresst. Die beiden Joch- Pressplatten 6 bzw. 8 sind jeweils seitlich in einem Abstand 7 bzw. 9 zum Joch 11 angeordnet. Die Kompensations- Wicklungsanordnung 12 besteht hier aus zwei Leiterschleifen 12 12". In der Darstellung der Figur 3 ist die linke der beiden Leiterschleifen 12 Λ auf einem oberen Jochabschnitt 11 angeordnet, der den linken Schenkel 10 und den mittleren Schenkel 10 verbindet; die in Figur 3 rechts liegende
Leiterschleife 12" ist auf einem oberen Jochabschnitt 11 angeordnet, der den mittleren Schenkel 10 und den rechten Schenkel 10 verbindet. Die Leitungsführung erfolgt gemäß der Darstellung in Figur 3 von den oben angeordneten
Anschlusskontakten ausgesehen in den Spalt 9 zwischen vorderer Joch-Pressplatte 8 und Joch 11, umschlingt dann den unteren Teil des Jochs 11 und führt im Spalt 7 zwischen hinterer Joch-Pressplatte 6 und Joch 11 wieder nach oben zu Anschlusskontakten. Die Anschlusskontakte jeder
Leiterschleife 12 12" sind wieder jeweils mit einer Strom- Steuereinrichtung 120 120, Λ verbunden. Indem jeder Kompensationswicklung 12 12" jeweils einer separaten zugeordneten Strom-Steuereinrichtung 120 Λ bzw. 120"
angesteuert wird, ist es möglich, differenziert auf einen zu kompensierenden Gleichfluss-Anteil im linken bzw. rechten Schenkel 10 einzuwirken. Jede Strom-Steuereinrichtung 120 120" arbeitet autonom. Durch diese beiden getrennten Strom- Steuereinrichtungen 120 120" ist die Kompensation eines Gleichfluss-Anteils in jedem Schenkel 10 individuell und voneinander unabhängig möglich.
Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dargestellt ist wieder der obere Abschnitt des magnetischen Kerns eines Transformators, dargestellt am Beispiel der Bauweise eines 4-Schenkelkern-Transformators 4. Bei diesem 4- Schenkelkern tragen die beiden HauptSchenkel 10 jeweils ein in der Figur 4 nicht dargestelltes Wicklungspaket. Links und rechts der beiden Schenkel 10 erfolgt der magnetische
Rückschluss über Rückschluss-Schenkel . Wie in den oberen Beispielen beschrieben erfolgt auch hier das Zusammenpressen der geschichteten Jochbleche des Jochs 11 durch zwei Joch- Pressplatten 6, 8. Zwischen einer Joch-Press Platte 6 bzw. 8 und dem Joch 11 ist wieder jeweils ein Kühlspalt 7, 9. Die Kompensations-Wicklungsanordnung 12 besteht aus einer ersten Kompensationswicklung 12 Λ und einer zweiten
Kompensationswicklung 12". Jede dieser
Kompensationswicklungen 12 12" ist auf dem oberen Joch 11 jeweils am Kopf eines Schenkels 10 angeordnet. Ähnlich zu der in Figur 1 erläuterten Kompensations-Wicklungsanordnung 12 besteht jede dieser Wicklungen 12 12" aus zwei
Leiterschleifen 13 und 15, die sich längs des Jochs 11 - im vorliegenden Beispiel in gestuft linearen Leiterabschnitten fortsetzen. Die Stufen der linearen Leiterabschnitte erfolgt gemäß dem Platzverhältnissen im Spalt 7, bzw. 9. Diese gestuft linearen Leiterabschnitte einer Wicklung 12 Λ bzw. 12 " führen wieder aufeinander zu. Die hinteren im Spalt 7 geführten linearen Leiterabschnitte sind wieder miteinander verbunden, die vorderen im Spalt 9 geführten linearen
Leiterabschnitte münden jeweils wieder in Kontaktpaaren zum Anschluss einer zugeordneten Strom-Steuereinrichtung 120 Λ und 120". Jede dieser beiden Strom-Steuereinrichtungen 120 Λ und 120" prägt in der ihr zugeordneten Wicklung 12 Λ bzw. 12" einen Kompensations-Strom ein, so dass ein in einem der beiden Schenkel 10 vorhandener Gleichfluss-Anteil kompensiert werden kann. Die Vorgabe des jeweiligen Kompensations-Stroms erfolgt wieder nach Maßgabe eines Sensors, der den jeweils zu kompensierenden Gleichfluss Φ0ο erfasst. Durch diese
getrennte Einspeisung in den beiden Wicklungen 12 12" ist es möglich, auch bei der dargestellten 4-Schenkelkern
Bauweise differenziert zu kompensieren, je nach Größe und Richtung des in einem Schenkel 10 fließende Gleichflusses DC diesem entgegen zu treten. Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Transformators in so genannter 5-Schenkelkern- Bauweise. Dieser 5-Schenkelkern 5 besteht aus drei jeweils eine Wicklungsanordnung tragenden Hauptschenkeln 10 und zwei außen liegende Rückschlussschenkel. Ein Joch 11 verbindet wieder diese drei Schenkel 10 und die beiden
Rückschlussschenkel. Die Kompensations-Wicklungsanordnung 12 besteht in dieser Ausführung aus drei getrennten Wicklungen 12 12" und 12,,Λ, die wieder am oberen Joch 11 angeordnet sind und von drei separaten Stromquellen 120 120, Λ und 120, ,Λ gespeist werden. Auch hier ermöglicht die getrennte
Vorgabe des Kompensationsstroms in jeder der Wicklungen 12 12" und 12,,Λ eine differenzierte Einflussnahme bei der Kompensation eines unerwünschten Gleichfluss-Anteil DC in den drei Schenkeln 10.
In den oben beschriebenen fünf Ausführungsbeispielen ist die Kesseldurchführung für die Verbindungsleitung, welche die Kompensationswicklung mit der außerhalb des Kessels
angeordneten Strom-Steuereinrichtung verbindet, aus
Platzgründen auf der Niederspannungsseite des Transformators angeordnet . Abschließend soll anhand der räumlichen Skizze der Figur 6 das Wirkprinzip für die in Figur 1, Figur 4 und Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Figur 6 zeigt diese Ausführung der Kompensations- Wicklungsanordnung 12 im Bereich der Verbindung zwischen oberen Joch 11 und Schenkel 20. Im Schenkel 20 soll ein unerwünschter Gleichfluss Φοο fließen. Dieser magnetische Gleichfluss Φοο überlagert sich dem Wechselfluss , so dass der magnetische Werkstoff in den beiden Halbwellen
unterschiedlich stark ausgesteuert wird. Er führt zu erhöhten Verlusten und vergrößert die Geräuschemission. Die
Kompensations-Wicklungsanordnung 12 dient dem Zwecke der Kompensation dieses magnetischen Gleichflusses ΌΟ. Sie besteht im Wesentlichen aus zwei geöffneten Leiterschleifen 13, 15, die gekrümmt sich um das Joch schlingen und sich paarweise mit Leiterabschnitten 17 bzw. 18 in Richtung des Jochs fortsetzen. Mit ihrer Krümmung spannen die
Leiterschleifen 13, 15 jeweils eine Fläche auf, die etwa orthogonal zur Richtung des magnetischen Flusses im Joch 11 verläuft. Wie in Figur 6 dargestellt, ist die erste
Leiterschleife 13 um einen Joch-Abschnitt 21 links des
Schenkels 20 geschlungen, die zweite Leiterschleife 15 um einen Joch-Abschnitt 22 rechts des Schenkels 20. Nach der Umschlingung setzt sich die Leiterschleife 13 mit dem
Leitungspaar 17 und die Leiterschleife 15 mit dem
Leitungspaar 17 in Richtung des Jochs fort, wobei die Enden der Abschnitte 17 und 18 aufeinander zugerichtet sind. Die beiden hinteren Leiterabschnitte 17 bzw. 18 sind an einer Verbindungsstelle 23 miteinander verbunden. Die beiden vorderen Leiterabschnitte 17 bzw. 18 enden in zwei
Anschlusskontakten Kl bzw. K2. Über diese Anschlusskontakte Kl, K2 erfolgt die Einspeisung eines Kompensationsstroms IK. In Figur 6 fließt dieser Kompensation-Strom IK über die Klemme Kl hinein und über die Klemme K2 aus der
Kompensationswicklungs-Anordnung 12 heraus. Entsprechend der so vorgegebenen Stromrichtung hat die mit dem Stromfluss verkettete magnetische Feldstärke in der Leiterschleife 15 eine Richtung gemäß Pfeil 16 (in Stromrichtung gesehen eine Rechtsschraube) , die in der Leiterschleife 13 eine gemäß Pfeil 14. Dem Kontinuitätsgesetz folgend bildet sich im
Schenkel 20 ein magnetischer Kompensations-Fluss DC aus. Dieser magnetische Kompensations-Fluss DC ist in Figur 6 von unten nach oben gerichtet, wirkt also dem zu
kompensierenden magnetischen Gleichfluss-Anteil Φοο entgegen. Durch Kenntnis von Größe und Richtung des magnetischen
Gleichfluss Φοο ist es grundsätzlich möglich, dessen
störende Wirkung zu verringern bzw. zu kompensieren. Dies hat die Wirkung, dass „hot spots" und vermehrte
Geräuschentwicklung zumindest stark gemindert werden können.
Wie bereits oben erwähnt, kann eine Kompensationswicklung 12, 12 12,Λ, 12 Λ Λ Λ jeweils aus einer oder mehreren Windungen bestehen. In der Praxis richtet sich die Anzahl der Windungen nach der Spannungsklasse des Transformators, da die
Kompensations-Steuereinrichtung 120 Λ bzw. 120" bzw. 120 Λ Λ Λ den in einer Kompensationswicklung 12 Λ bzw. 12 Λ Λ bzw. 12,,Λ induzierten Spannung standhalten muss; in einem praktischen Beispiel bei 300 V induzierte Spannung besteht die
Kompensations-Wicklungsanordnung 12 aus zwei Windungen.
Obwohl die Erfindung anhand der oben dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wurde, so ist die Erfindung auf diese Beispiele nicht eingeschränkt. Andere Ausgestaltungen und Variationen sind denkbar, ohne dass der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird.
Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen
1-Schenkel-Mantelkern
2-Schenkelkern
3-Schenkelkern
4-Schenkelkern
5-Schenkelkern
Joch-Pressplatte
Zwischenraum
Joch-Pressplatte
Zwischenraum
Schenkel
Joch
Kompensations-Wicklungsanordnung 12,Λ, 12 Λ Λ Λ Kompensationswicklung
Leiterschleife
Pfeil
Leiterschleife
Pfeil
Leiterabschnitt
Leiterabschnitt
Anschluss
Schenkel
Oberes Joch-Teil
Oberes Joch-Teil
Verbindung
120 120", 120,,Λ Strom-Steuereinrichtung
IK Kompensationsstrom
Φοο magnetischer Gleichfluss
DC magnetischer Kompensations-Gleichfluss Kl, K2 Anschlusskontakte

Claims

Patentansprüche
1. Transformator mit einem magnetischen Kern, wobei der Kern zumindest einen Schenkel (10) mit einer
Wicklungsanordnung und einem Joch (11) aufweist, wobei eine Kompensations-Wicklungsanordnung (12) vorgesehen ist, um einen, in zumindest einem Schenkel (10)
fließenden Gleichfluss-Anteil (Φοο) zu kompensieren, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kompensations-Wicklungsanordnung (12) auf dem
Joch (11) angeordnet ist.
. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensations-Wicklungsanordnung (12) auf einem Abschnitten des oberen Jochs (11) angeordnet ist.
Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensations-Wicklungsanordnung (12) aus zumindest einer geöffneten Leiterschleife (15, 16) gebildet ist, die den Abschnitt des oberen Jochs zumindest teilweise umschlingt.
Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensations-Wicklungsanordnung (12) zumindest eine Kompensationswicklung (12Λ, 12, Λ, 12, , Λ) aufweist, die aus zwei Leiterschleifen (13, 14) gebildet ist, wobei jede Leiterschleife (13, 14) zwei sich in Richtung des Jochs fortsetzende und aufeinander zu gerichtete Leitungsabschnitte (17, 18) aufweist, wobei ein erstes korrespondierendes Leitungspaar miteinander verbunden ist und ein zweites korrespondierendes Leitungspaar zu Anschlusskontakten (Kl, K2) führt, die für eine
Anschluss (19) mit einer zugeordneten Strom- Steuereinrichtung (120, 120 120", 120, , Λ ) vorgesehen sind . Transformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationswicklung (12 12, Λ, 12, ,Λ) aus mehreren Windungen gebildet ist.
Transformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensations-Wicklungsanordnung (12) aus zwei Kompensationswicklungen (12 12") oder aus drei
Kompensationswicklungen (12 12", 12"Λ) gebildet ist, denen jeweils eine separate Strom-Steuereinrichtung (120 \ 120", 120"Λ) zugeordnet ist.
Verfahren zum Nachrüsten eines in ein Energie- Verteilernetz eingebundenen Transformators, der einen Kern mit zumindest einem Schenkel (10) mit einer
Wicklungsanordnung und ein Joch (11) aufweist, wobei der Kern in einem Transformatorkessel angeordnet ist, der mit einer Kühl- und Isolationsflüssigkeit gefüllt ist, umfassend die Verfahrensschritte:
a. Trennen des Transformators vom Energie- Verteilungsnetz;
b. Ablassen zumindest eines Teils der Kühl- und
Isolationsflüssigkeit;
c. Öffnen des Transformatorkessels, so dass Abschnitte des Jochs (11) zugänglich sind;
d. Anbringen einer Kompensations-Wicklungsanordnung (12) auf zumindest einem Abschnitt des Jochs (11); e. Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Kompensations-Wicklungsanordnung (12) und zumindest einer außerhalb des Transformatorkessels angeordneten Strom-Steuereinrichtung (120, 120 120Λ\ 120,, Λ);
f. Schließen des Transformatorkessels;
g. Auffüllen des Transformatorkessels mit der im
Verfahrensschritt b. abgelassenen Menge an Kühl- und Isolationsflüssigkeit
h. Verbinden des Transformators mit dem Energie- Verteilungsnetz .
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensations-Wicklungsanordnung (12) auf einem Abschnitt des oberen Jochs (11) angeordnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensations-Wicklungsanordnung (12) aus zumindest einer geöffneten Leiterschleife (12, 12Λ, 12, Λ, 12, , Λ) gebildet wird, die den Abschnitt des oberen Jochs (11) zumindest teilweise umschlingt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompensations-Wicklungsanordnung (12) mit zumindest zwei Leiterschleifen (13, 14) verwendet wird, wobei jede Leiterschleife (13, 14) zwei sich in Richtung des Jochs sich fortsetzende und aufeinander zu
gerichtete Leitungsabschnitte (17, 18) aufweist, wobei ein erstes korrespondierendes Leitungspaar dieser
Leitungsabschnitte (17, 18) miteinander verbunden wird und ein zweites korrespondierendes Leitungspaar dieser Leitungsabschnitte (17, 18) zu Anschlusskontakten (Kl, K2) geführt wird, die mit einer zugeordnete Strom- Steuereinrichtung (120 , 120 120", 120, , Λ ) elektrisch verbunden werden . 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensations- Wicklungsanordnung (12) aus mehreren
Kompensationswicklungen (12 12", 12"") gebildet wird, die jeweils mit einer zugeordneten Strom- Steuereinrichtung (120, 120 120Λ\ 12, , Λ) verbunden werden .
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