EP0791941B1 - Aus Scheibenspulen bestehende Hochspannungswicklung für Transformatoren und Drossel - Google Patents

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EP0791941B1
EP0791941B1 EP96250069A EP96250069A EP0791941B1 EP 0791941 B1 EP0791941 B1 EP 0791941B1 EP 96250069 A EP96250069 A EP 96250069A EP 96250069 A EP96250069 A EP 96250069A EP 0791941 B1 EP0791941 B1 EP 0791941B1
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EP
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winding
discs
high tension
wound
conductors
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EP96250069A
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EP0791941A1 (de
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Klaus Dr.-Ing. Eckholz
Klaus Dipl.-Ing. Fh Janke
Hans Dr.-Ing. Witt
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Schorch GmbH
AEG Schorch Transformatoren GmbH
Original Assignee
Schorch GmbH
AEG Schorch Transformatoren GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/343—Preventing or reducing surge voltages; oscillations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2871—Pancake coils

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage winding from disc coils for Transformers and chokes of high voltages, at least at High voltage input of the winding in some disks the conductors together are nested.
  • the lightning voltage stress is reduced in the input area of the windings also with lightning voltage tests Full wave increases, so that additional insulation of the conductor does not necessarily lead to one Increase the lightning voltage resistance.
  • the area of application is thus more like this Highly producible windings only with transformers and choke coils possible up to certain series voltages.
  • GB-PS 1543996 is a high-voltage winding consisting of disc coils known with nested coiled discs at the high voltage input, at which the Continuously interconnected discs at least existing winding part a nested double pane is arranged upstream.
  • the object of the invention is a conductor arrangement at the high voltage input of windings with axially wound disks that are continuous are linked together to find the lightning voltage stresses between the panes in tests with the lightning voltage wave cut off same size as for tests with solid shaft and at the same time the Lightning voltage wave are roughly the same size as in tests with full wave and at the same time reduces the level of lightning voltage stresses overall will.
  • this is achieved by the high voltage input from the start of the spatial winding in the second disc of the first and thus the conductor-nested double disc lies and the wound Conductor in the second and third from the spatial winding start Disc the same sense of rotation and the wound conductor of this Disks immediately axially adjacent disks one and four have the opposite sense of rotation.
  • the arrangement of at least one according to the invention conductor-nested double pane at the high voltage input of the Winding and the arrangement of the high voltage input in the second discs of the first double disc and the same sense of rotation the wound conductor in the second from the spatial winding start and third disc and the opposite direction of rotation of the wound Head of the axially immediately adjacent to these two disks Discs one and four of the winding is achieved at Lightning voltage tests of the winding with the shaft cut off Stresses between the input washers of the Winding in the same percentage size or smaller than for Tests with solid shaft and also the stresses between the input discs of the winding both in tests with full and also cut off lightning voltage wave can be significantly reduced.
  • the Disc coil windings of large series voltages to reach a stepped longitudinal capacitance nested in different ways Discs at the winding entrance of approx. 1/3 of the total number of discs Winding can be reduced to a minimum of two discs, making the Labor cost for producing a winding is significantly reduced.
  • the winding consists of at least two parallel, in the disks radially stacked conductors, so the longitudinal capacity in the if necessary, nested input disks of the winding a partial conductor nesting of the parallel connected conductors can be achieved.
  • the high voltage input takes place in the second disc I-2 Turn 1 of the first double disk I.
  • the passage in this double disk I happens in the manner shown up to the turn 40, whereupon the Transition into the first disc II-3 of the second double disc II takes place Seen from the start of the spatial winding into the third disc.
  • the Pass in this double disc II follows the path shown up to Turn 80, from which the transition to turn 81 in the normal continuously wound double-disc coils III-V of the rest of the winding is shown.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungswicklung aus Scheibenspulen für Transformatoren und Drosseln hoher Spannungen, bei der zumindest am Hochspannungseingang der Wicklung in einigen Scheiben die Leiter miteinander verschachtelt sind.
Stand der Technik
Herkömmliche Scheibenspulenwicklungen besitzen Ölkanäle
  • in radialer Richtung zwischen den Scheiben und
  • in axialer Richtung an den beiden Mantelflächen sowie bei dem Überschreiten einer bestimmten radialen Breite auch nach mehreren radial übereinander gewickelten Leitern.
Durch die radialen Ölkanäle zwischen den Scheiben besitzen derartige Wicklungen, bei denen die Windungen innerhalb einer Scheibe in fortlaufender Reihenfolge unmittelbar radial nebeneinander liegen, eine geringe Längskapazität, wodurch insbesondere die Blitzspannungsbeanspruchung im Bereich des Hochspannungseinganges der Wicklungen sehr ungünstig beeinflußt wird. Weiter schwingen diese Wicklungen insbesondere bei kleinen Windungszahlen pro Scheibe und geerdetem Wickungsende gegen Erde bis zum 1,5 fachen der am Wicklungseingang angelegten Blitzspannungswelle auf. Für diese Spannungen müssen die Wicklungsmantelflächen und die Abstände der Wicklungen gegen Erde, wie zum Kessel und anderen radial benachbart liegenden, bei der Blitzspannungsprüfung geerdeten Wicklungen, ausgelegt werden.
Desweiteren treten insbesondere am Wicklungseingang sehr große Blitzspannungsbeanspruchungen zwischen den axial übereinander angeordneten Wicklungsscheiben auf Diese großen elektrischen Beanspruchungen sind nur zu beherrschen, in dem
  • die einzelnen Lieter in den Eingangsscheiben stärker isoliert
  • die radialen Ölkanäle verbreitert oder
  • die Eingangsscheiben mit Isolierpapier umbandelt (keine axialen Ölkanäle innerhalb der Scheiben möglich)
werden.
Auch ist es bekannt, die Scheiben am Wicklungseingang in besonderer Art und Weise zusammenzuschalten, d.h zu verschachteln, um die großen Blitzspannungsbeanspruchungen abzusenken. Hierzu sind verschiedene Patentschriften bekannt, z.B. die DE-AS 1221 352. (DPK: 21 d2,49) Ein besonderer Vorteil dieser Wicklungen besteht in ihrer Herstellung und weiteren Bearbeitung. So sind sie durch das gestürzte Wickeln der Scheiben (nach Patent DR-PS 451 755, DPK:21d2,49) und durch den vorteilhaften Einsatz von Preßspanformteilen an ihren zu den Jochen zeigenden Enden sehr produktiv herstellbar.
Eine weitere Verbesserung der Blitzspannungsbeanspruchung an diesen Wicklungen wird dadurch erreicht, indem
  • die radialen Ölkanäle zwischen den Scheiben entfallen, so daß die benachbarten Scheiben unmittelbar nebeneinander liegen und
  • die Wicklung nur durch axial verlaufende Ölkanäle gekühlt wird.
Damit wird der prinzipielle Aufbau der Scheibenspulenwicklung beibehalten, die Wicklung aber wie eine Lagenwicklung gekühlt.
Durch die enge kapazitive Kopplung der Scheiben zueinander wird die Längskapazität der Wicklung vergrößert, was zu einer wesentlichen Verringerung der Blitzspannungsbeanspruchung
  • gegen Erde und
  • zwischen den Scheiben führt.
Eine weitere Verringerung der Blitzspannungsbeanspruchung am Wicklungseingang derartiger Wicklungen wird nach dem Europapatent ⊘37⊘ 574,IPK:HO1F,27/32 erreicht. Hierbei ist nachteilig, daß die Rückverbindungen zwischen den Scheiben durch Verlöten der Leiter hergestellt werden müssen. Dieses ist bei den vornehmlich aus Drilleitern hergestellten Wicklungen sehr aufwendig da die einzelnen Leiter der Drilleiter miteinander verbunden werden müssen.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Wicklungsausführungen ist, daß bei Blitzspannungsprüfungen mit abgeschnittener Welle im Eingangsgebiet der Wicklung zwischen den Scheiben wesentlich größere Spannungen als bei Prüfungen mit Vollwelle auftreten. Die übliche Verstärkung der Leiterisolation mit Isolierpapier führt in diesem Falle zur Abstandsvergrößerung zwischen den Scheiben, wodurch die die Blitzspannungsverteilung dieser Wicklungsausführung bestimmende Kapazität verringert wird.
Damit ist auch die bekannte Umbandelung der blitzspannungsgefährdeten Scheiben mit Isolierpapier, wie sie bei Scheibenspulenwicklungen mit radialen Ölkanälen eingesetzt wird, nicht möglich. Auch würde eine derartige Zusatzisolierung bei Wicklungen ohne radiale Ölkanäle die für die Wicklungskühlung erforderlichen axialen Ölkanäle verschließen, so daß diese Art der Zusatzisolierung nicht anwendbar ist.
Durch die Verringerung der Kapazität zwischen den Scheiben wird die Blitzspannungsbeanspruchung im Eingangsgebiet der Wicklungen auch bei Blitzspannungsprüfungen mit Vollwelle erhöht, so daß Zusatzisolierungen der Leiter nicht unbedingt zu einer Erhöhung der Blitzspannungsfestigkeit führen. Damit ist der Einsatzbereich derartiger hochproduktiv herstellbarer Wicklungen nur bei Transformatoren und Drosselspulen bis zu bestimmten Reihenspannungen möglich.
Aus der GB-PS 1543996 ist eine aus Scheibenspulen bestehende Hochspannungswicklung mit verschachtelt gewickelten Scheiben am Hochspannungseingang bekannt, bei der dem aus fortlaufend miteinander verbundenen Scheiben bestehenden Wicklungsteil mindestens eine leiterverschachtelte Doppelscheibe vorgeordnet ist.
Das technische Problem
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leiteranordnung am Hochspannungseingang von Wicklungen mit axial direkt aufeinander gewickelten Scheiben, die fortlaufend miteinander verbunden sind, zu finden, bei der die Blitzspannungsbeanspruchungen zwischen den Scheiben bei Prüfungen mit abgeschnittener Blitzspannungswelle in etwa gleicher Größe wie bei Prüfungen mit Vollwelle liegen und gleichzeitig die Blitzspannungswelle in etwa gleicher Größe wie bei Prüfungen mit Vollwelle liegen und gleichzeitig die Blitzspannungsbeanspruchungen insgesamt in ihrer Höhe verringert werden.
Lösung des Problems
Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, indem der Hochspannungseingang vom räumlichen Wicklungsanfang her in der zweiten Scheibe der ersten und somit leiterverschachtelten Doppelscheibe liegt und die gewickelten Leiter in der vom räumlichen Wicklungsanfang her zweiten und dritten Scheibe den gleichen Umlaufsinn und die gewickelten Leiter der diesen Scheiben unmittelbar axial benachbart liegenden Scheiben eins und vier den entgegengesetzten Umlaufsinn aufweisen.
Vorteilhafterweise sind abhängig von der Windungszahl der Scheiben und der Anordnung der Ölkanäle zwischen den radial übereinander gewickelten Leitern einer Scheibe
  • die erste Doppelscheibe leiterverschachtelt und die nachfolgenden Scheiben unverschachtelt oder
  • die ersten beiden Doppelscheiben leiterverschachtelt und die nachfolgenden Scheiben unverschachtelt
axial aufeinander gewickelt und fortlaufend miteinander verbunden.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung von mindestens einer leiterverschachtelten Doppelscheibe am Hochspannungseingang der Wicklung und der Anordnung des Hochspannungseinganges in der zweiten Scheiben der ersten Doppelscheibe und des gleichen Umlaufsinns der gewickelten Leiter in der vom räumlichen Wicklungsanfang her zweiten und dritten Scheibe sowie des entgegengesetzten Umlaufsinns der gewickelten Leiter der diesen beiden Scheiben axial unmittelbar benachbart liegenden Scheiben eins und vier der Wicklung wird erreicht, daß bei Blitzspannungsprüfungen der Wicklung mit abgeschnittener Welle die Spannungsbeanspruchungen zwischen den Eingangsscheiben der Wicklung in der gleichen prozentualen Größe oder kleiner als bei Prüfungen mit Vollwelle sind und außerdem die Spannungsbeanspruchungen zwischen den Eingangsscheiben der Wicklung sowohl bei Prüfungen mit Voll-als auch abgeschnittener Blitzspannungswelle wesentlich verringert werden.
Dadurch ist es möglich, diese Wicklungen auch bei Transformatoren mit großer Reihenspannung (≥ 245 kV) einzusetzen und bei Transformatoren kleiner Reihenspannungen die Isolierung zwischen den Eingangsscheiben der Wicklung zu reduzieren.
Desweiteren wird durch die Erfindung erreicht, daß der Scheibenspulenwicklungen großer Reihenspannungen die zum Erreichen einer gestuften Längskapazität verschiedenartig leiterverschachtelten Scheiben am Wicklungseingang von ca. 1/3 der Gesamtscheibenzahl der Wicklung auf minimal zwei Scheiben reduziert werden können, wodurch der Arbeitsaufwand zur Herstellung einer Wicklung wesentlich verringert wird.
Bei geringen Windungszahlen pro Scheibe kann es von Vorteil sein, zur Vergrößerung der Längskapazität in den leiterverschachtelten Eingangsscheiben der Wicklung die axialen Leiterbreiten in vorbestimmtem Maße zu vergrößern.
Dieses kann in vorteilhafter Weise geschehen, indem mindestens zwei Leiter der Wicklung parallel geschaltet und axial nebeneinander angeordnet werden.
Damit wird es möglich, bei großen Leistungen und damit großen radialen Leiterbreiten, bei denen zur Abführung der Wärme axiale Ölkanäle nach jeder Windung der Scheibe erforderlich sind, die notwendigen Teilkapazitäten zwischen den Windungen trotz der Ölkanäle zu erreichen.
Besteht die Wicklung aus mindestens zwei parallel geschalteten, in den Scheiben radial übereinander angeordneten Leitern, so kann die Längskapazität in den verschachtelten Eingangsscheiben der Wicklung im Bedarfsfall auch durch eine Teilleiterverschachtelung der parallel geschalteten Leiter erreicht werden.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Wicklung, bei der die ersten zwei Doppelscheiben leiterverschachtelt sind.
Der Hochspannungseingang erfolgt in der zweiten Scheibe I-2 bei Windung 1 der ersten Doppelscheibe I. Der Durchlauf in dieser Doppelscheibe I geschieht in der eingezeichneten Weise bis zur Windung 40, worauf der Übergang in die erste Scheibe II-3 der zweiten Doppelscheibe II erfolgt, also vom räumlichen Wicklungsanfang aus gesehen in die dritte Scheibe. Der Durchlauf in dieser Doppelscheibe II folgt dem dargestellten Weg bis zur Windung 80, von der aus der Übergang zur Windung 81 in die normal fortlaufend gewickelten Doppelscheibenspulen III-V der übrigen Wicklung dargestellt ist.
Dabei weisen die gewickelten Leiter der Scheiben I-2 und II-3 gleichen Umlaufsinn auf Der Umlaufsinn der gewickelten Leiter der jeweils axial benachbarten Scheiben I-1 und II-4 ist hierzu entgegengesetzt.

Claims (4)

  1. Aus Scheibenspulen bestehende Hochspannungswicklung für Transformatoren und Drosseln mit verschachtelt gewickelten Scheiben am Hochspannungseingang, wobei dem aus direkt axial aufeinander gewickelten und fortlaufend miteinander verbundenen Scheiben (III bis V) bestehenden Wicklungsteil am Hochspannungseingang mindestens eine leiterverschachtelte Doppelscheibe (I,II) vorgeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Hochspannungseingang vom räumlichen Wicklungsanfang her in der zweiten Scheibe (I-2) der ersten leiterverschachtelten Doppelscheibe (I) liegt,
    und daß die gewickelten Leiter in der vom räumlichen Wicklungsanfang her zweiten und dritten Scheibe (I-2; II-3) den gleichen Umlaufsinn und die gewickelten Leiter der diesen Scheiben unmittelbar axial benachbart liegenden Scheiben eins (I-1) und vier (II-4) den entgegengesetzten Umlaufsinn aufweisen.
  2. Aus Scheibenspulen bestehende Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß bei mindestens zwei in der Wicklung parallel geschalteten und in den Scheiben radial übereinander angeordneten Leitern die Leiter in den verschachtelten Scheiben teilleiterverschachtelt sind.
  3. Aus Scheibenspulen bestehende Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbreiten im verschachtelten Bereich der Wicklung in vorbestimmtem Maße in axialer Wicklungsrichtung vergrößert sind.
  4. Aus Scheibenspulen bestehende Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 und 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens zwei Leiter gleicher Abmessungen parallel geschaltet und axial nebeneinander gewickelt sind.
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EP0791941A1 EP0791941A1 (de) 1997-08-27
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