WO2009138099A1 - Koppelung von transformatorwicklungsmodulen - Google Patents

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WO2009138099A1
WO2009138099A1 PCT/EP2008/003824 EP2008003824W WO2009138099A1 WO 2009138099 A1 WO2009138099 A1 WO 2009138099A1 EP 2008003824 W EP2008003824 W EP 2008003824W WO 2009138099 A1 WO2009138099 A1 WO 2009138099A1
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transformer winding
coupling arrangement
arrangement according
transformer
winding modules
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PCT/EP2008/003824
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Charles W. Johnson
Jan Leander
Karel Bilek
Benjamin Weber
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Abb Technology Ag
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/16—Toroidal transformers
    • 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
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/022—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures

Definitions

  • the invention relates to a coupling arrangement of a plurality of transformer winding modules, wherein a transformer winding module each comprises at least a first and a second galvanically separated part winding, which are arranged about a common winding axis.
  • a 3-phase power transformer usually has at least one primary and one secondary winding for each phase, so that a total of at least 6 individual windings result.
  • 3-phase power transformers are known in which all windings are arranged around a common transformer core having a plurality of legs, wherein one leg is then wrapped, for example, each of a primary and a secondary winding of a phase.
  • 3-phase power transformers which are formed by suitable electrical shading of three 1-phase transformers in which the primary and secondary windings of each phase are each penetrated by a separate annular transformer core.
  • a disadvantage of this arrangement is in particular that only the second winding is segmented, while the first, core near winding is continuously guided spirally around the transformer core.
  • the coupling arrangement according to the invention is characterized in that the respective first partial windings of the transformer winding modules in electrical series connection and the respective second partial windings are connected in electrical parallel connection with each other. Due to the electrical series connection of the respective first partial windings, the voltage load of the respective first partial winding advantageously decreases with the number of interconnected transformer winding modules.
  • the series connection of the respective first partial windings leads to a reduced electrical insulation effort and is preferably suitable for high voltage levels.
  • the parallel connection of the respective second partial windings is preferably suitable for high currents with a reduced electro-mechanical connection complexity.
  • the upper-voltage side for example 3OkV - 11OkV
  • the parallel connection of the respective second partial windings takes into account the requirements of the higher currents on the low-voltage side (for example 6kV-3OkV) with little electrical-mechanical connection expense.
  • the electrical connection of the transformer winding modules takes place at least in sections using electrical conductors encased with at least one electrical insulation layer.
  • the thickness of the insulating layer is dimensioned such that the voltage stresses occurring during operation can be held by the insulating layer. The risk of a voltage flashover within the coupling arrangement is thereby significantly reduced.
  • an electrical conductor sheathed by at least one electrical insulation layer also has a grounded conductive shield enclosing the same, which radially outwardly adjoins the at least one electrical insulation layer.
  • the transformer winding modules are provided for an operating voltage of at least 6 kV.
  • the voltage of at least 6kV refers to at least one of the two partial windings. From this voltage range, the isolation advantages of the coupling arrangement according to the invention come especially to bear.
  • the partial windings in the respective transformer winding modules are cast together, for example with an insulating material based on epoxy resin.
  • the mechanical stability of a transformer winding module is thereby increased while increasing the insulation strength.
  • this also allows a more compact construction of the arrangement, because the distances between individual components can be further reduced.
  • the transformer winding modules are arranged along a circular path about a common center axis.
  • identical transformer winding modules are preferably space-saving and can be connected to one another with short lengths of the connecting conductors.
  • the transformer winding modules are penetrated by a common closed annular or polygonal transformer core, so that during operation of the coupling arrangement occurring magnetic flux is passed through the transformer core.
  • the penetration of the transformer core is effected by a cylinder-like clearance around an imaginary winding axis of the respective part windings, around which they are wound.
  • the transformer core Preferably, here is the polygonal configuration of the transformer core, that is, it has in the areas which pass through the respective transformer winding modules, straight legs, the legs are connected at buckling or bending points angularly interconnected or merge into each other.
  • a barrier with electrical insulation material is at least partially disposed between adjacent transformer winding modules arranged along a circular path, wherein such a barrier is preferably designed in the form of a plate which has an approximately identical insulation resistance between its two sides.
  • the barrier contains a glass fiber composite material. This combines good electrical insulation properties with high mechanical stability.
  • the barriers in a particularly space-saving manner, starting from the Mit- telachse arranged in the radial direction between adjacent transformer winding modules.
  • the number of transformer winding modules is 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12.
  • the specified number range covers approximately a typical gear ratio of a power transformer. So it is for example particularly favorable to select a number of transformer modules of 11 in a power transformer with a rated voltage of the lower side 10kV and upper side 11OkV. In this way, it is possible that the conductor cross-section of the primary and secondary windings is approximately the same due to the electrical interconnection of the transformer winding modules according to the invention, which leads to manufacturing advantages.
  • transformer winding modules For reasons of construction, a similar number of transformer winding modules can also be selected, which results in a more favorable angle for the production between the arranged around the central axis transformer winding modules result, for example, in this case 8, 9 or 12.
  • FIG. 1 shows an exemplary transformer winding module
  • Fig. 2 shows an exemplary coupling arrangement
  • FIG. 3 shows an exemplary arrangement of transformer winding modules, barriers and an octagonal transformer core
  • FIG. 1 shows a transformer winding module 10 having a first partial winding 12 arranged radially about a winding axis 22 and a second partial winding 18 arranged radially inward of the first partial winding 12.
  • the first partial winding 12, wel che is provided according to the invention for the electrical series connection with further first part windings, is provided at its two conductor ends with two electrical connection options 16, preferably suitable for the connection of shielded cables.
  • the first partial winding 12 is arranged radially inward and the second partial winding 14 is arranged radially outwardly about the winding axis 22.
  • the second partial winding 14 is also provided at its two conductor ends, each with two corresponding electrical connection options 16.
  • the transformer winding module 10 is potted by means of a potting material 20, so that the first partial winding 12 and the second partial winding 14 each form a rigid unit, which is particularly easy to handle.
  • the casting material 20 to be used is a suitable, electrically insulating material, for example based on epoxy resin. Such encapsulation with a suitable insulation material also allows an even more compact arrangement of the transformer winding modules, because insulation distances are thereby further reduced.
  • FIG. 2 shows an exemplary coupling arrangement 30 with a total of nine electrically connected transformer winding modules 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, which are arranged along a circular path about a central axis 56.
  • the respective first partial windings are connected to one another in series by means of electrical conductors, of which the first conductor, to which the first partial winding of the first transformer winding module 31 is connected to the first partial winding of the second transformer winding module 32, is provided with the reference symbol 42 in the FIGURE , Accordingly, the eighth conductor, with which the first partial winding of the eighth transformer winding module 38 is connected to the first partial winding of the ninth transformer winding module 39, is provided with the reference numeral 42.
  • electrical conductors are particularly suitable shielded cable with a corresponding insulating layer between the actual conductor and the preferably grounded shield, which sheathed the conductor.
  • the connection of a cable with the corresponding connection options to the transformer winding modules 31 - 39 is preferably clamped, screwed and / or pluggable.
  • the respective other terminals of the respective first partial windings of the first 31 and the ninth transformer winding module 39 are - preferably also by means of a shielded cable connection - each led to a hunt group 46, by means of which the series connection of all first partial windings can be connected for example to an electrical power supply network.
  • the respective second partial windings of the transformer winding modules 31-39 are connected in parallel by means of eighteen electrical conductors, with the two conductors, which connect the second partial windings of the first 31 and second 32 transformer winding modules, being identified by reference numerals 50 and 52 by way of example.
  • These conductors are preferably each designed as a cable with grounded shield.
  • the parallel connection of the nine transformer winding modules 31 - 39 can be connected to an electrical power supply network.
  • Another electrical connection of such a 1-phase coupling arrangement with two other similar coupling arrangements to a 3-phase coupling arrangement with the functionality of a 3-phase power transformer is well within the scope of this invention.
  • Fig. 60 again shows a coupling arrangement of eight transformer winding modules 71-78, which are arranged in a star shape along a circular path around a central axis.
  • the electrical connection of the transformer winding modules 71-78 corresponding to that shown in FIG. 2 is not shown here.
  • the geometric configuration of the cross section of the radially outer partial winding of the respective transformer winding modules is triangular, so that the inner region of the arrangement around the central axis is better utilized than in a corresponding rectangular cross-section of the respective radially outer partial windings.
  • the first and second sub-windings of the respective transformer winding modules 71-78 are arranged radially about a respective winding axis, of which the winding axis of the eleventh transformer winding module 71 is denoted by 81 and the winding axis of the eighteenth transformer winding module 78 by 88 in the figure.
  • barriers 61-68 which are also positioned in a star shape about the central axis of the coupling arrangement between adjacent transformer winding modules 71-78.
  • These barriers 61-68 are preferably predominantly made of a plate-shaped insulating material which, for example, also comprises a glass fiber composite and an epoxy resin compound.
  • FIG. 10 Also shown in FIG. 10 is an octagonal transformer core 80 around which the transformer winding modules 71-78 are disposed.
  • This transformer core 80 has eight straight legs, each of which passes through a transformer winding module 71 - 78 along their respective winding axis. The geometric transition between the respective legs is arcuate.
  • a transformer core 80 executed in sections in straight legs has the advantage that a respective transformer winding module 71-80 can be arranged nearer to the core and no increase in spacing between the winding and core caused by bending radii is produced.
  • Exemplary transformer winding module First partial winding Second partial winding Terminals of the first partial winding Terminals of the second partial winding Potting material Winding axis
  • Exemplary coupling arrangement First transformer winding module Second transformer winding module Third transformer winding module Fourth transformer winding module
  • Fifth transformer winding module Sixth transformer winding module Seventh transformer winding module
  • Ninth transformer winding module Connecting the first winding of the first transformer winding module First electrical conductor connecting first partial windings Eighth electrical conductor for connecting first partial windings Hunt group of all first partial windings Connection of the second partial winding of the third transformer winding module First electrical conductor for connecting second partial windings Second electrical conductor for connecting second partial windings Sa Central connection of all second partial windings Central axis
  • Fourth barrier Fifth barrier
  • Eleventh transformer winding module Twelfth transformer winding module

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Koppelungsanordnung (30) von mehreren Transformatorwicklungsmodulen (12, 31 - 39, 71 - 78), wobei ein Transformatorwicklungsmodul (12, 31 - 39, 71 - 78) jeweils wenigstens eine erste (12) und eine zweite (14) galvanisch voneinander getrennte Teilwicklung umfasst. Die jeweiligen Teilwicklungen (12, 14) sind um eine gemeinsame gedachte Wickelachse (22, 81, 89) angeordnet. Die jeweils ersten Teilwicklungen (12) der Transformatorwicklungsmodule (12, 31 - 39, 71 - 78) sind in elektrischer Reihenschaltung und die jeweils zweiten Teilwicklungen (18) in elektrischer Parallelschaltung miteinander verbunden.

Description

Koppelung von Transformatorwicklunqsmodulen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Koppelungsanordnung von mehreren Transformatorwicklungsmodulen, wobei ein Transformatorwicklungsmodul jeweils wenigstens eine erste und eine zweite galvanisch voneinander getrennte Teilwicklung umfasst, welche um eine gemeinsame Wickelachse angeordnet sind.
Es ist seit langem bekannt, Transformatoren bei der Verteilung elektrischer Energie zu nutzen, indem Wechselspannung von einem hohen Niveau zu einem niederen Spannungsniveau oder umgekehrt transformiert oder umgespannt wird. Energieverteilungsnetze sind üblicherweise 3-phasig aufgebaut, d.h. es liegen an drei zueinander gehörenden Einzelleitern jeweils um 120° Phasenwinkel verschobene Spannungen an, deren phasenrichtige mathematische Summation im symmetrischen Zustand des Energieverteilungsnetzes stets den Wert null ergibt. Leistungsbereiche derartiger Leistungstransformatoren reichen von einigen kVA bis hin zu mehreren 100 MVA, die Betriebsspannungen liegen üblicherweise zwischen 6kV und 38OkV.
Ein 3-phasiger Leistungstransformator weist üblicherweise für jede Phase wenigstens je eine Primär- und eine Sekundärwicklung auf, so dass sich in der Summe wenigstens 6 Einzelwicklungen ergeben. Es sind 3-phasige Leistungstransformatoren bekannt, bei welchen alle Wicklungen um einen gemeinsamen Transformatorkern mit mehreren Schenkeln angeordnet sind, wobei ein Schenkel dann beispielsweise von je einer Primär- und eine Sekundärwicklung einer Phase umwickelt ist. Es sind auch 3-phasige Leistungstransformatoren bekannt, welche durch geeignete elektrische Verschattung aus drei 1 -phasigen Transformatoren gebildet werden, bei welchen die Primär- und Sekundärwicklung je einer Phase jeweils von einem separaten ringförmigen Transformatorkern durchgriffen werden.
Bei einer derartigen 1 -phasigen Wicklungsanordnung mit ringförmigem Kern erweist es sich aus Gründen der Kompaktheit der Anordnung als vorteilhaft, die 1 -phasige Primär- und/oder Sekundärwicklung ebenfalls in Form von mehreren separaten Wicklungssegmenten anzuordnen, beispielsweise entlang einer kreisähnlichen Bahn, wobei alle Wicklungssegmente von dem ringförmigen Kern durchgriffen werden, wie teilweise in der europäischen Patentschrift EP 0 557 549 B1 beschrieben. Gemäß diesem Stand der Technik wird um einen ringförmigen Transformatorkern eine längs des Transformatorkerns um diesen spiralförmig verlaufende erste elektrische Wicklung mechanisch mit diesem verbunden. Um diesen Transformatorkern mit Wicklung herum werden mehrere Hochspannungswicklungssegmente einer zweiten Wicklung angeordnet.
Nachteilig an dieser Anordnung ist insbesondere, dass lediglich die zweite Wicklung segmentiert ist, während die erste, kernnahe Wicklung kontinuierlich spiralförmig um den Transformatorkern geführt ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Koppelungsanordnung von mehreren Transformatorwicklungsmodulen der eingangs genannten Art anzugeben, welche wenigstens zwei voneinander galvanisch getrennte Teilwicklungen aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Koppelungsanordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Dementsprechend ist die erfindungsgemäße Koppelungsanordnung dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils ersten Teilwicklungen der Transformatorwicklungsmodule in elektrischer Reihenschaltung und die jeweils zweiten Teilwicklungen in elektrischer Parallelschaltung miteinander verbunden sind. Durch die elektrische Reihenschaltung der jeweils ersten Teilwicklungen sinkt die Spannungsbelastung der jeweiligen ersten Teilwicklung in vorteilhafter Weise mit der Anzahl der verschalteten Transformatorwicklungsmodule.
Somit führt die Reihenschaltung der jeweils ersten Teilwicklungen zu einem reduzierten elektrischen Isolationsaufwand und ist vorzugsweise für hohe Spannungsebenen geeignet.
Demgegenüber wird durch die Parallelschaltung der jeweils zweiten Teilwicklungen eine Absenkung der Strombelastung in jeder zweiten Teilwicklung in vorteilhafter Weise erreicht.
Dabei können dünnere Wicklungsleiter verwendet werden als bei Reihenschaltung der jeweils zweiten Teilwicklungen, womit auch deren mechanisch- elektrische Ver- bindbarkeit vereinfacht ist. Somit ist die Parallelschaltung der jeweils zweiten Teilwicklungen bei reduziertem elektrisch- mechanischem Verbindungsaufwand vorzugsweise für hohe Ströme geeignet.
Bei Einsatz einer derartigen Koppelungsanordnung als Leistungstransformator in einem Energieversorgungsnetz wird daher durch die Reihenschaltung der ersten Teilwicklungen mit geringem Isolationsaufwand den oberspannungsseitigen (beispielsweise 3OkV - 11OkV) Anforderungen an die Isolation Rechnung getragen. Die Parallelschaltung der jeweils zweiten Teilwicklungen hingegen trägt mit geringem elektrisch- mechanischem Verbindungsaufwand den Anforderungen der höheren Ströme auf der Unterspannungsseite (beispielsweise 6kV - 3OkV) Rechnung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Koppelungsanordnung erfolgt die elektrische Verbindung der Transformatorwicklungsmodule zumindest abschnittsweise unter Verwendung von mit wenigstens einer elektrischen Isolationsschicht ummantelten elektrischen Leitern.
Die Dicke der Isolationsschicht ist derart bemessen, dass die im Betrieb auftretenden Spannungsbeanspruchungen von der Isolationsschicht gehalten werden können. Das Risiko eines Spannungsüberschlages innerhalb der Koppelungsanordnung ist hierdurch deutlich reduziert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Koppelungsanordnung weist ein von wenigstens einer elektrischen Isolationsschicht ummantelter elektrischer Leiter zudem eine diesen umschließende geerdete leitfähige Schirmung auf, welche radial außen an die wenigstens eine elektrische Isolationsschicht angrenzt .
Durch die somit definierte Verteilung des elektrischen Potentials innerhalb der Koppelungsanordnung wird das Risiko eines elektrischen Überschlages weiter reduziert, beziehungsweise die Abstände zwischen einzelnen Komponenten wie Transformatorwicklungsmodulen können reduziert werden, was in vorteilhafter Weise zu einer kompakteren Bauform und einer damit verbundenen Materialersparnis führt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Koppelungsanordnung sind die Transformatorwicklungsmodule für eine Betriebsspannung von wenigstens 6kV vorgesehen. Die Spannung von wenigstens 6kV bezieht sich auf wenigstens eine der beiden Teilwicklungen. Ab diesem Spannungsbereich kommen die isolationstechnischen Vorteile der erfindungsgemäßen Koppelungsanordnung besonders zum Tragen.
In einer erweiterten Ausführungsform der Koppelungsanordnung sind die Teilwicklungen in den jeweiligen Transformatorwicklungsmodulen miteinander vergossen, beispielsweise mit einem Isolationsmaterial auf Epoxydharzbasis.
Die mechanische Stabilität eines Transformatorwicklungsmoduls wird damit bei gleichzeitiger Erhöhung der Isolationsfestigkeit gesteigert. Zudem wird auch hierdurch ein kompakterer Aufbau der Anordnung ermöglicht, weil die Abstände zwischen einzelnen Komponenten weiter reduzierbar sind.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Koppelungsanordnung sind die Transformatorwicklungsmodule entlang einer Kreisbahn um eine gemeinsame Mittelachse angeordnet. In einer derartigen Anordnung sind vorzugsweise identische Transformatorwicklungsmodule platzsparend und mit geringen Längen der Verbindungsleiter miteinander verbindbar.
In einer weiteren Ausformung der Koppelungsanordnung sind die Transformatorwicklungsmodule von einem gemeinsamen geschlossenen ringförmigen oder polygonalen Transformatorkern durchgriffen, so dass im Betrieb der Koppelungsanordnung auftretende magnetische Fluss durch den Transformatorkern geführt wird.
Der Durchgriff des Transformatorkernes erfolgt durch einen zylinderähnlichen Freiraum um eine gedachte Wickelachse der jeweiligen Teilwicklungen, um welche diese gewickelt sind.
Bevorzugt ist hier die polygonale Ausgestaltung des Transformatorkerns, das heißt, er weist in den Bereichen, welche die jeweiligen Transformatorwicklungsmodule durchgreifen, gerade Schenkel auf, wobei die Schenkel an Knick- oder Biegestellen winkelförmig miteinander verbunden sind beziehungsweise ineinander übergehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Koppelungsanordnung ist zwischen benachbarten, entlang einer Kreisbahn angeordneten Transformatorwicklungsmodulen zumindest teilweise eine Barriere mit elektrischem Isolationsmaterial angeordnet, wobei eine derartige Barriere vorzugsweise in Form einer Platte ausgestaltet ist, welche zwischen ihren beiden Seiten eine näherungsweise gleiche Isolationsfestigkeit aufweist.
Somit ist die Möglichkeit geboten, die Abstände zwischen Transformatorwicklungsmodulen und die Größe des Transformatorkerns zu verringern.
Gemäß einer weiteren Variante der Koppelungsanordnung enthält die Barriere einen Glasfaserverbundwerkstoff. Dieser verbindet gute elektrische Isolationseigenschaften mit hoher mechanischer Stabilität.
Zudem sind gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Koppelungsanordnung die Barrieren in besonders platzsparender Weise ausgehend von der Mit- telachse in radialer Richtung zwischen benachbarten Transformatorwicklungsmodulen angeordnet.
In bevorzugter Weise beträgt die Anzahl der Transformatorwicklungsmodule 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12. Der angegebene Anzahlbereich deckt in etwa ein typisches Übersetzungsverhältnis eines Leistungstransformators ab. So ist es beispielsweise besonders günstig, bei einem Leistungstransformator mit einer Nennspannung von unterspannungsseitig 1OkV und oberspannungsseitig 11OkV eine Anzahl an Transformatormodulen von 11 zu wählen. Auf diese Weise ist es ermöglicht, dass der Leiterquerschnitt von Primär- und Sekundärwicklung aufgrund der erfindungsgemäßen elektrischen Verschaltung der Transformatorwicklungsmodule in etwa gleich ist, was zu fertigungstechnischen Vorteilen führt.
Konstruktiv bedingt ist durchaus auch eine ähnliche Anzahl an Transformatorwicklungsmodulen wählbar, welche eine für die Fertigung günstigere Winkelteilung zwischen den um die Mittelachse angeordneten Transformatorwicklungsmodule zur Folge hat, beispielsweise in diesem Fall 8, 9 oder 12.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein beispielhaftes Transformatorwicklungsmodul, Fig. 2 eine beispielhafte Koppelungsanordnung sowie
Fig. 3 eine beispielhafte Anordnung von Transformatorwicklungsmodulen, Barrieren und einem oktagonalen Transformatorkern
Fig. 1 zeigt ein Transformatorwicklungsmodul 10 mit einer radial um eine Wickelachse 22 angeordneten ersten Teilwicklung 12 und einer radial innen zur ersten Teilwicklung 12 angeordneten zweiten Teilwicklung 18. Die erste Teilwicklung 12, wel- che erfindungsgemäß für die elektrische Reihenschaltung mit weiteren ersten Teilwicklungen vorgesehen ist, ist an ihren beiden Leiterenden mit zwei elektrischen Anschlussmöglichkeiten 16 versehen, vorzugsweise geeignet für den Anschluss von geschirmten Kabeln. Es ist aber auch im Gedanken der Erfindung, wenn innerhalb eines Transformatorwicklungsmoduls 10 die erste Teilwicklung 12 radial innen und die zweite Teilwicklung 14 radial außen um die Wickelachse 22 angeordnet ist.
Die zweite Teilwicklung 14 ist an ihren beiden Leiterenden ebenfalls mit je zwei entsprechenden elektrischen Anschlussmöglichkeiten 16 versehen. Das Transformatorwicklungsmodul 10 ist mittels eines Vergussmaterials 20 vergossen, so dass die erste Teilwicklung 12 und die zweite Teilwicklung 14 jeweils eine starre Einheit bilden, welche besonders einfach handhabbar ist. Vorzugsweise ist als Vergussmaterial 20 ein geeignetes, elektrisch isolierendes Material zu verwenden, beispielsweise auf der Basis von Epoxydharz. Ein derartiger Verguss mit einem geeigneten Isolationsmaterial ermöglicht zudem eine noch kompaktere Anordnung der Transformatorwicklungsmodule, weil Isolationsabstände dadurch weiter reduzierbar sind.
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Koppelungsanordnung 30 mit insgesamt neun elektrisch verbundenen Transformatorwicklungsmodulen 31 , 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, welche entlang einer Kreisbahn um eine Mittelachse 56 angeordnet sind. Die jeweils ersten Teilwicklungen sind mittels elektrischer Leiter in Reihenschaltung miteinander verbunden, von denen in der Fig. beispielhaft der erste Leiter, mit welchen die erste Teilwicklung des ersten Transformatorwicklungsmoduls 31 mit der ersten Teilwicklung des zweiten Transformatorwicklungsmoduls 32 verbunden ist, mit dem Bezugszeichen 42 versehen ist. Entsprechend ist der achte Leiter, mit welchen die erste Teilwicklung des achten Transformatorwicklungsmoduls 38 mit der ersten Teilwicklung des neunten Transformatorwicklungsmoduls 39 verbunden ist, mit dem Bezugszeichen 42 versehen.
Als elektrische Leiter besonders geeignet sind geschirmte Kabel mit einer entsprechenden Isolationsschicht zwischen dem eigentlichen Leiter und dem vorzugsweise geerdeten Schirm, welcher den Leiter ummantelt. Die Verbindung eines Kabels mit den entsprechenden Anschlussmöglichkeiten an den Transformatorwicklungsmodulen 31 - 39 ist vorzugsweise klemm-, schraub- und/oder steckbar ausgeführt. Die jeweils anderen Anschlüsse der jeweils ersten Teilwicklungen des ersten 31 und des neunten 39 Transformatorwicklungsmoduls sind - vorzugsweise ebenfalls mittels einer geschirmten Kabelverbindung - je an einen Sammelanschluss 46 geführt, mittels dessen die Reihenschaltung aller ersten Teilwicklungen beispielsweise an ein elektrisches Energieversorgungsnetz anschließbar ist.
In ähnlicher Weise sind die jeweils zweiten Teilwicklungen der Transformatorwicklungsmodule 31 - 39 mittels achtzehn elektrischer Leiter in Parallelschaltung miteinander verbunden, wobei exemplarisch die beiden Leiter, welche die zweiten Teilwicklungen des ersten 31 und zweiten 32 Transformatorwicklungsmoduls verbinden, mit den Bezugszeichen 50 und 52 versehen sind. Auch diese Leiter sind vorzugsweise jeweils als Kabel mit geerdetem Schirm ausgeführt.
Mittels des Sammelanschlusses 56 ist die Parallelschaltung der neun Transformatorwicklungsmodule 31 - 39 an ein elektrisches Energieversorgungsnetz anschließbar. Eine weitere elektrische Verschaltung einer derartigen 1 -phasigen Koppelungsanordnung mit zwei weiteren gleichartigen Koppelungsanordnungen zu einer 3- phasigen Koppelungsanordnung mit der Funktionalität eines 3-phasigen Leistungstransformators ist durchaus im Gedanken dieser Erfindung.
Es ist deutlich zu sehen, dass die Anordnung der Transformatorwicklungsmodule 31 - 39 entlang einer kreisförmigen Bahn die benötigten Kabellängen zur Verbindung der jeweiligen Teilwicklungen minimiert.
Fig. 60 zeigt wiederum eine Koppelungsanordnung von acht Transformatorwicklungsmodulen 71 - 78, welche sternförmig entlang einer Kreisbahn um eine Mittelachse angeordnet sind. Die elektrische Verbindung der Transformatorwicklungsmodule 71 - 78 entsprechend der in Fig. 2 gezeigten ist hier nicht dargestellt. Die geometrische Gestaltung des Querschnitts der radial äußeren Teilwicklung der jeweiligen Transformatorwicklungsmodule ist dreieckig ausgeführt, so dass der innere Bereich der Anordnung um die Mittelachse herum besser ausgenutzt wird als bei einem entsprechenden rechteckförmigen Querschnitt der jeweiligen radial äußeren Teilwicklungen. Die ersten und zweiten Teilwicklungen der jeweiligen Transformatorwicklungsmodule 71 - 78 sind radial um eine jeweilige Wickelachse angeordnet, von denen in der Fig. die Wickelachse des elften Transformatorwicklungsmoduls 71 mit 81 und die Wickelachse des achtzehnten Transformatorwicklungsmoduls 78 mit 88 gekennzeichnet sind.
Weiterhin dargestellt sind acht Barrieren 61 - 68, welche ebenfalls sternförmig um die Mittelachse der Koppelungsanordnung zwischen benachbarten Transformatorwicklungsmodulen 71 - 78 positioniert sind. Diese Barrieren 61 - 68 bestehen vorzugsweise überwiegend aus einem plattenförmigen Isolationsstoff welcher beispielsweise auch einen Glasfaserverbundstoff und eine Epoxydharzverbindung aufweist. Durch die Anordnung derartiger Barrieren kann der isolationstechnisch notwendige Abstand zwischen benachbarten Transformatorwicklungsmodulen gesenkt werden und die Baugröße der erfindungsgemäßen Koppelungsanordnung weiter reduziert werden.
Weiterhin in dargestellt ist ein oktagonaler Transformatorkern 80, um welchen die Transformatorwicklungsmodule 71 - 78 angeordnet sind. Dieser Transformatorkern 80 weist acht gerade Schenkel auf, welche jeweils ein Transformatorwicklungsmodul 71 - 78 längs derer jeweiligen Wickelachse durchgreifen. Der geometrische Übergang zwischen den jeweiligen Schenkel ist bogenförmig ausgeführt. Ein abschnittsweise in geraden Schenkeln ausgeführter Transformatorkern 80 hat den Vorteil, dass ein jeweiliges Transformatorwicklungsmodul 71 - 80 kernnäher anordenbar ist und keine durch Biegeradien bedingte Abstandsvergrößerung zwischen Wicklung und Kern entsteht.
Bezugszeichenliste
Beispielhaftes Transformatorwicklungsmodul Erste Teilwicklung Zweite Teilwicklung Anschlüsse der ersten Teilwicklung Anschlüsse der zweiten Teilwicklung Vergussmaterial Wickelachse Beispielhafte Koppelungsanordnung Erstes Transformatorwicklungsmodul Zweites Transformatorwicklungsmodul Drittes Transformatorwicklungsmodul Viertes Transformatorwicklungsmodul Fünftes Transformatorwicklungsmodul Sechstes Transformatorwicklungsmodul Siebtes Transformatorwicklungsmodul Achtes Transformatorwicklungsmodul Neuntes Transformatorwicklungsmodul Anschluss der ersten Teilwicklung des ersten Transformatorwicklungsmoduls Erster elektrischer Leiter zur Verbindung erster Teilwicklungen Achter elektrischer Leiter zur Verbindung erster Teilwicklungen Sammelanschluss der aller ersten Teilwicklungen Anschluss der zweiten Teilwicklung des dritten Transformatorwicklungsmoduls Erster elektrischer Leiter zur Verbindung zweiter Teilwicklungen Zweiter elektrischer Leiter zur Verbindung zweiter Teilwicklungen Sammelanschluss der aller zweiten Teilwicklungen Mittelachse Beispielhafte Anordnung von Transformatorwicklungsmodulen, Barrieren und einem oktagonalen Transformatorkern Erste Barriere Zweite Barriere Dritte Barriere Vierte Barriere Fünfte Barriere Sechste Barriere Siebte Barriere Achte Barriere Elftes Transformatorwicklungsmodul Zwölftes Transformatorwicklungsmodul Dreizehntes Transformatorwicklungsmodul Vierzehntes Transformatorwicklungsmodul Fünfzehntes Transformatorwicklungsmodul Sechzehntes Transformatorwicklungsmodul Siebzehntes Transformatorwicklungsmodul Achtzehntes Transformatorwicklungsmodul Transformatorkern Wickelachse elftes Transformatorwicklungsmodul Wickelachse achtzehntes Transformatorwicklungsmodul

Claims

Patentansprüche
1. Koppelungsanordnung (30) von mehreren Transformatorwicklungsmodulen (12, 31 - 39, 71 - 78), wobei ein Transformatorwicklungsmodul (12, 31 - 39, 71 - 78) jeweils wenigstens eine erste (12) und eine zweite (14) galvanisch voneinander getrennte Teilwicklung umfasst, welche um eine gemeinsame Wickelachse (22, 81 , 89) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils ersten Teilwicklungen (12) der Transformatorwicklungsmodule (12, 31 - 39, 71 - 78) in elektrischer Reihenschaltung und die jeweils zweiten Teilwicklungen (18) in elektrischer Parallelschaltung miteinander verbunden sind.
2. Koppelungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass die elektrische Verbindung der Transformatorwicklungsmodule (12, 31 - 39, 71 - 78) zumindest abschnittsweise unter Verwendung von mit wenigstens einer elektrischen Isolationsschicht ummantelten elektrischen Leitern (42, 44, 50, 52) vorgesehen ist.
3. Koppelungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass ein von einer elektrischen Isolationsschicht ummantelter elektrischer Leiter (42, 44, 50, 52) zudem mit einer diesen umschließende geerdete leitfähige Schirmung versehen ist.
4. Koppelungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatorwicklungsmodule (12, 31 - 39, 71 - 78) für eine Betriebsspannung von wenigstens 6kV vorgesehen sind.
5. Koppelungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilwicklungen (12, 14) in den jeweiligen Transformatorwicklungsmodulen (12, 31 - 39, 71 - 78) miteinander vergossen (20) sind.
6. Koppelungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatorwicklungsmodule (12, 31 - 39, 71 - 78) entlang einer Kreisbahn um eine gemeinsame Mittelachse (56) angeordnet sind.
7. Koppelungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatorwicklungsmodule (12, 31 - 39, 71 - 78) um einen gemeinsamen, geschlossenen ringförmigen oder polygonalen Transformatorkern (80) gewickelt sind.
8. Koppelungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Transformatorwicklungsmodulen (12, 31 - 39, 71 - 78) zumindest teilweise eine J3arriere (61 - 68) mit elektrischem Isolationsmaterial angeordnet ist.
9. Koppelungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet dass die Barriere (61 - 68) überwiegend plattenförmig ausgeformt ist.
10. Koppelungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere (61 - 68) einen Glasfaserverbundwerkstoff enthält..
11. Koppelungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere (61 - 68) ausgehend von der Mittelachse (56) in radialer Richtung zwischen benachbarten Transformatorwicklungsmodulen (12, 31 - 39, 71 - 78) angeordnet ist.
12. Koppelungsanordnung nach einem vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Transformatorwicklungsmodule 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 beträgt.
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