DE2425899B2 - Wicklungsanordnung für Transformatoren mit rechteckigem Kernquerschnitt - Google Patents

Description

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worin Fr die in der Mitte der Seite einer rechteckigen Spule angreifende Radialkraft im Kurzschluß ist, und Fz die zulässige Zugkraft im Leiter gemäß der Beziehung

Fz = Özzul · Οχ

mit <7z. als Leiterquerschnitt und ozzui als zulässiger Zugspannung im Leiter.

3. Wicklungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenmittenleisten (4) derart ausgebildet und angeordnet sinci, daß die äußere Wicklung (5) im Querschnitt einem Polygon gleicht (F ig. 1).

4. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptisolation (7) im Streukanal zwischen innerer und äußerer Wicklung abwechselnd über und unter den Seitenmittenleisten (4) und den Eckleisten (6) verlegt ist(Fig. 2).

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für Transformatoren mit rechteckigem Kernquerschnitt und diesem angepaßtem Wicklungsquerschnitten.

Transformatoren für größere Leistungen und somit mit höheren Strömen in den Wicklungen, also Transformatoren für die Energieverteilung, werden im allgemeinen mit Wicklungen mit kreisringförmigem Querschnitt hergestellt. Bei derartigen Wicklungen sind die Kurzschlußkräfte mit dem geringsten Aufwand in konstruktiver Hinsicht aufnehmbar. Auch sind schon Wicklungen mit elliptischer Form bekannt, bei denen der Kernquerschnitt weniger abgestuft ist als bei rundem Querschnitt.

Zwei gegensinnig vom Strom durchflossene koaxiale Wicklungen versuchen sich abzustoßen. Das wirkt sich bei Transformatoren mit zwei übereinanderliegenden koaxialen Wicklungen dahingehend aus, daß die innere Wicklung nach innen gegen den Eisenkern auszuweichen versucht. Die äußere Wicklung wird durch radiale nach außen wirkende Kräfte beansprucht, die das Bestreben haben, den Durchmesser der Wicklung zu vergrößern, die also den Wicklungsleiter auf Zug beanspruchen. Bei solchen Wicklungen mit rundem oder elliptischen Querschnitt wird die Form des Kernquerschnittes dieser Spulenform möglichst angepaßt. Das

ίο heißt, der Kern wird als Stufenkern aus Blechen verschiedener Breiten geschichtet, so daß die Ecken der einzelnen Stufen auf einem umschriebenen Kreis liegen. Gegen diesen in sich massiven Kern wird nun die innere Wicklung abgestützt, beispielsweise durch Einschlagen von Keilen. Eine Deformation infolge der Kurzschlußkräfte durch Einknicken der inneren Wicklung nach innen ist dann nicht möglich.

Durch die US-PS 37 13 061 ist eine Wicklungsanordnung bekannt, die sich ausschließlich mit dielektrischen Problemen befaßt. Kraftauswirkungen durch Kurzschlußströme sind dabei nicht berücksichtigt Bei dieser bekannten Anordnung würde bei entsprechendem Kurzschlußstrom die Zugspannung im Leiter unendlich groß werden und dadurch eine ungewollte Ausbauchung des Leiters im Bereich der plastischen, daher verbleibenden Dehnung und damit ein Unbrauchbarwerden der Wicklung verursachen. Außerdem sind die dort dargestellten runden Abstandsstäbe zur Aufnahme von radial, also auf die Ecken gerichtete Drücke absolut untauglich. Sie würden schon bei kleinstem Krafteinfluß unweigerlich zur Seitenmitte hin weggerollt bzw. geschoben werden. Darüber hinaus ist dort, wo es am meisten darauf ankommt, nämlich im Hauptstreukanal zwischen Ober- und Unterspannungswicklung, überhaupt keine Abstützung vorhanden.

Nun geht das allgemeine Streben in der Technik zu immer weiterer Verkleinerung der Abmessungen und höheren Konzentration, also auch zu einer besseren Ausnutzung des Volumens von Transformatoren. Eine prinzipiell beste Ausnutzung ergibt sich, wenn der Kern einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist und ebenfalls die ihn umgebenden Wicklungen in dieser rechteckigen bzw. quadratischen Form angefertigt sind.

Nun sind die beiden Wicklungen im Kurzschluß durch entgegenwirkende Kräfte beansprucht, während also die innere Wicklung auch bei rechteckigem Querschnitt gut gegen den massiven Kern abgestützt werden und damit vor einem Einknicken bewahrt werden kann, versucht die äußere Wicklung durch Ausbiegung der geraden Seiten des rechteckigen Querschnitts in eine der runden Form möglichst angenäherte Gestalt zu kommen. Diesem Bestreben wird bei bekannten Konstruktionen durch entsprechende sehr starke, von außen auf die Wicklung wirkende konstruktive Spannelemente entgegenwirkt. Diese Spannelemente müssen sehr hohe Kräfte aufnehmen und erfordern daher einen großen Aufwand an Material und Kosten.

Die noch bekannte US-PS 34 47 112 zeigt zwar eine sorgfältig nach innen gegen einen quadratischen Kern abgestützte Unterspannungswicklung. Hier tritt jedoch von vornherein ein wesentlicher Teil der im Kurzschlußfall auftretenden Kräfteproblematik nicht auf, weil die außenliegenden Oberspannungswicklungen mit kreisringförmigem Querschnitt ausgeführt sind und damit die Frage von Eckabstützungen und Winkelausbildungen der Oberspannungswicklung gegenstandslos sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die

Platzvorteile des rechteckigen Kernes mit einer rechteckig ausgeführten Innenspule weitgehend auszunutzen und dabei eine aufwendige Verspannungskonstruktion zur Aufnahme der Kurzschlußkräfte einzusparen.

Diese Aufgabe wird bei Transformatoren mit mindestens zwei radial übereinanderliegenden, im Querschnitt rechteckigen Wicklungen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die äußere Wicklung in den Eckbereichen gegen die gegensinnig durchflossene innere Wicklung unter Zwischenlage druckfester, unverschieblicher Eckleisten abgestützt ist und daß unter Zwischenlage von Seitenmittenleisten die Seiten der äußeren Wicklung so weit ausgebaucht sind, daß die im Leiter im Eckbereich infolge der Kurzschlußkräfte wirksam werdende Zugbeanspruchung unterhalb der Elastizitätsgrenze bleibt.

Die Schaffung dieser Ausbauchung erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, daß die Seitenmittenleisten derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die äußere Wicklung im Querschnitt einem Polygon gleicht. Dabei kann bereits je eine Seitenmittenleiste mindestens an den längeren Seiten des den Querschnitt darstellenden Rechtecks ausreichend sein.

Die aufzunehmende Tangentialkraft der äußeren Wicklung wird bereits mit kleinen Überhöhungen schnell kleiner, so daß mit einer kleinen Ausbauchung ein beträchtlicher Gewinn an Kurzschlußfestigkeit und Sicherheit des Transformators gegen die Beanspruchungen im Kurzschluß erreicht wird.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Ein in rechteckigem Querschnitt, also nur aus Blechen mit einer einzigen Breitenabmessung geschichteter oder aus Band gewickelter Kern 1 ist allseitig von gleichmäßig verteilten Abstandsleisten 2 umgeben, gegen die sich eine innen liegende Wicklung, beispielsweise die Unterspannungswicklung 3, abstützt. Anschließend sind in radialer Richtung an den Ecken über der Unterspannungswicklung 3 Abstandsleisten 6 angebracht. Außerdem ist auf der Unterspannungswicklung 3 in der Mitte jeder Seite eine Seitenmittenleiste 4 angebracht. Die Seitenmittenleisten 4 weisen eine vergrößerte Höhe auf, so daß die um die Abstandsleisten 6 und die Seitenmittenleisten 4 gewickelte Oberspannungswicklung 5 zu einem polygonförmigen Querschnitt gezwungen wird.

Betrachtet man die Form der Überhöhung der außenliegenden Wicklung als einen Kreisbogen mit der Höhe h in der Mitte der Längsseite, so ergibt sich eine etwa hyperbelförmige Abhängigkeit einer resultierenden Tangentialzugkraft im Wicklungsleiter als Funktion der Überhöhung h bei konstanter Radiaikraft Fj (Fig. 1). Dabei wird die resultierende Tangentialkraft

ίο be: steigender Überhöhung h schnell kleinen

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken ist die Hauptisolation 7 im Streukanal zwischen der innenliegenden Unterspannungswicklung 3 und der außen liegenden Oberspannungswicklung 5 abwechselnd über und unter den einander benachbarten Abstandsleisten 6 und Seitenmittenleisten 4 verlegt, wie es F i g. 2 zeigt. Vorteiihafterweise liegt die Hauptisolation 7 über den Abstandsleisten 6 und unter den erhöhten Seitenmittenleisten 4.

Infolge dieser Maßnahme wird die radiale Unterteilung der Abstandsleisten und der Seitenmittenleisten vermieden. Wenn die Hauptisolation 7 im Mittenbereich des Streukanals zwischen jeweils zwei etwa halb so dicken Leisten angeordnet wäre, wäre zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Sicherheit eine umständliche und aufwendige Fixierung der Halbleisten in exakter radialer Überdeckung notwendig.

Durch die dargestellte Anordnung der Hauptisolation 7 wird gewährleistet, daß die Oberfläche der Oberspan-

jo nungswicklung 5 und der Unterspannungswicklung 3 je zur Hälfte unmittelbar vom Kühlmittel bespült wird und nicht an einer Wicklung allein durch die Hauptisolation 7 eine unerwünschte Wärmedämmschicht gebildet wird. Das wäre der Fall, wenn die Hauptisolation 7 entweder unter allen Leisten, also auf der äußeren Oberfläche der inneren Wicklung, oder über allen Leisten, also längs der inneren Oberfläche der äußeren Wicklung verlegt wäre. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Hauptisolation 7 wird, wenn sie über den Abstandsleisten 6 und unter den Seitenmittenleisten 4 verlegt ist, beim Eindrücken der Seitenmittenleisten 4 in die zunächst freitragend gespannt gewickelten Längsseiten der Hauptisolation 7 eine zusätzliche Spannung und damit Verdichtung und Homogenisierung dieser Isolierung bewirkt, so daß sich die elektrische Festigkeit erhöht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Aus mindestens einer Unter- und einer Oberspannungswicklung bestehende kurzschlußfeste Wicklungsanordnung mit radial übereinander liegenden Wicklungen für Transformatoren mit rechteckigem Kernquerschnitt und diesem angepaßten Wicklungsquerschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wicklung (5) in den Eckbereichen gegen die gegensinnig durchflossene innere Wicklung (3) unter Zwischenlage druckfester, unverschieblicher Eckleisten (6) abgestützt ist und daß unter Zwischenlage von Seitenmittenleisten (4) die Seiten der äußeren Wicklung (5) so weit ausgebaucht sind, daß die im Leiter im Eckbereich infolge der Kurzschlußkräfte wirksam werdende Zugbeanspruchung unterhalb der Elastizitätsgrenze bleibt.

2. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Austreten einer Wicklungslängsseite aus dem Eckbereich infolge der Ausbauchung eingestellte Winkel α zur geraden Seite etwa der Funktion entspricht