DD236202A1 - Ausleitungsanordnung fuer scheibenspulenwicklungen von transformatoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ausleitungsanordnung fuer Scheibenspulenwicklungen von Transformatoren mit mehr als einer Windung pro Scheibe und mehr als einem Leiter pro Windung. Ziel und Aufgabe bestehen darin, die bei Transformatoren hoher Leistung auftretende erhoehte elektrische Beanspruchung der Isolation im Bereich der Wicklungsausleitungen zu vermeiden und die erforderliche mechanische Festigkeit der Spulenabstuetzung zu gewaehrleisten, wobei die im Bereich der Wicklungsausleitung auftretende radiale Vertiefung in der zylinderfoermigen Spulenkontur soweit begrenzt werden soll, dass sie nicht wesentlich groesser als eine entsprechende Vertiefung im Bereich der Spulenuebergaenge ist. Das wird dadurch erreicht, dass im Umfangsbereich der Spulenuebergaenge jeweils dort, wo die Spule nicht von der Zylinderform abweicht, streifenfoermiges Isoliermaterial zwischen die parallelen Leiter innerhalb eines oder mehrerer jeweils gemeinsam umbandelter Leiterbuendel der am aeusseren Spulenumfang liegenden Windung eingelegt ist dergestalt, dass von n insgesamt vorhandenen Leiterbuendeln n - 1 Leiterbuendel mit Isolierstoffstreifen versehen sind. Figur

Description

Die radiale Vertiefung in der Spulenkontur des Ausleitungsbereichs der Wicklung kann nur durch wesentliche, sich in vielfacher Hinsicht nachteilig auswirkende Veränderungen der gesamten Wicklungsgeometrie verringert werden. So kann zum Beispiel durch eine Verminderung der Anzahl der parallelen Leiter einer Windung die Anzahl der Spulenübergänge und damit die Länge des Spulenübergangsbereichs an der jeweils gegenüberliegenden Spulenmantelfläche verringert werden, womit eine entsprechend geringere Länge der Vertiefung im Ausleitungsbereich erreicht wird. Dies hat aber aufgrund der größeren radialen Leiterdicke größere Vertiefungen in der Spulenkontur aller Spulenübergangsbereiche der Wicklung, d.h. eine wesentliche Verringerung der elektrischen Festigkeit der Wicklungsisolation, zur Folge. Auch andere Veränderungen der Wickiungsgeometrie zur Verringerung der radialen Vertiefung in der Spulenkontur des Ausleitungsbereichs, wie zum Beispiel eine Vergrößerung der axialen Breite der Leiter zur Erzielung einer geringeren radialen Höhe der Windung, wirken sich nachteilig — in diesem Fall auf die Wicklungskühlung — aus.

Es ist daher bekannt, die Vertiefung in der Spulenkontur durch ein entsprechendes, isoliertes Formstück auszufüllen, welches aus massivem Leitermaterial besteht und an das Ausleitungspotential angelenkt ist. In einem solchen Formstück werden durch das Streufeld der Wicklung Wirbelströme induziert, die zu zusätzlichen Verlusten und zu entsprechend erhöhten Temperaturen führen. Oberhalb bestimmter Leistungsgrenzen der Transformatoren werden dabei die zulässigen Grenztemperaturen überschritten. Daher ist es üblich, diese Formstücke aus Isoliermaterial herzustellen und mit einer leitfähigen Oberflächenschicht zu versehen. Nachteilig bleibt hierbei die komplizierte, schwierig herzustellende Geometrie des Formstückes und die Notwendigkeit einer Anlenkung, die eine isoliertechnische wie technologische Schwachstelle darstellt. Es ist deshalb auch üblich, die Form der Scheibenspule durch Einlagen von streifenförmigen Isoliermaterial zwischen die Windungen bzw. die parallelen Leiter von Windungen so zu gestalten, daß die durch die Ausleitung hervorgerufene Vertiefung in der Spulenkontur auf die gesamte radiale Höhe der Scheibenspule gleichmäßig in Gestalt lanzettförmiger Isolierspalte aufgeteilt wird. Diese bekannte Gestaltung der Spulengeometrie findet jedoch ihre Grenze bei steigender Leistung der Transformatoren dadurch, daß mit abnehmender Windungszahl und zunehmender Anzahl der parallelen Leiter diese in gemeinsam umbandelte Leiterbündel geringer Anzahl zusammengefaßt werden müssen, so daß die maximal mögliche Anzahl der Isolierspalte abnimmt, dagegen die Ausdehnung der Vertiefung in der Spulenkontur des Ausleitungsbereichs infolge des zunehmenden Windungsquerschnitts größer wird. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Größe eines Isolierspaltes aus isoliertechnischen Gründen etwa auf die Breite eines axialen Kühlkanals begrenzt bleiben muß. Dieser Entwicklungstrend wird noch dadurch verstärkt, daß mit zunehmender Leistung der Transformatoren besonders vorteilhaft Drilleiter zum Einsatz kommen, die eine besondere große Anzahl paralleler Leiter in einem gemeinsam umbandelten Leiterbündel enthalten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei Wicklungen aus Scheibenspulen von Transformatoren hoher Leistungen erhöhte elektrische Beanspruchungen der Isolation im Bereich der Wicklungsausleitungen zu vermeiden und die erforderliche mechanische Festigkeit der Spulenabstützung zu gewährleisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine solche Anordnung von Leitern in einer Scheibenspule, welche vorzugsweise aus wenigen Windungen großen Querschnitts mit Bündeln gemeinsam umbandelter paralleler Leiter aufgebaut ist, zu schaffen, die es gestattet, die im Bereich der Wicklungsausleitung auftretende radiale Vertiefung in derzylinderförmigenSpulenkontursoweit zu begrenzen, daß sie nicht wesentlich größer als eine entsprechende Vertiefung im Bereich der Spulenübergänge ist. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß im Umfangsbereich der Spulenübergänge jeweils dort, wo die Spule nicht von der Zylinderform abweicht, streifenförmiges Isoliermateria zwischen die parallelen Leiter innerhalb eines oder mehrerer jeweils" gemeinsam umbandelter Leiterbündel der am äußeren Spulenumfang liegenden Windung eingelegt ist dergestalt, daß von η insgesamt vorhandenen Leiterbündeln η — 1 Leiterbündel mit Isolierstoffstreifen versehen sind. Hierbei ist die Länge der Isolierstoffstreifen gleich dem Einfachen oder ganzzahlig Mehrfachen einer Teilstrecke, die vom Stützmittenabstand zwischen zwei axialen Abstützelementen abzüglich der Länge der Steigung am inneren Spulenumfang im Bereich des Spulenübergangs zur benachbarten Spule gebildet ist, wobei die Lage der Isolierstoffstreifen innerhalb eines Leiterbündels gleich groß ist und von Leiterbündel zu Leiterbündel von radial außen nach radial innen jeweils um die Länge einer Teilstrecke abnimmt. Die jeweils benachbarten Isolierstoffstreifen in jedem Leiterbündel sind in Richtung der Steigung der am inneren Spulenumfang im Bereich der Spulenübergänge gelegenen Leiter gegeneinander um jeweils eine Strecke a verschoben, wobei diese Strecke a durch den Wickel cc der Steigung der am inneren Spulenumfang im Bereich derSpulenübergänge gelegenen Leitersowie durch die radiale Dicke d eines Einzelleiters im Leiterbündel und die Dicke ρ eines Isolierstoffstreifens gemäß

a 3 (d + p) cos *d - d

sinec

bestimmt ist.

Die Leiterbündel im Bereich der Spulenausleitung innerhalb eines Stützmittenabstandes sind aus der Spule nacheinander derart axial herausgekröpft, daß die Kröpfstellen auf einer schiefen Ebene mit dem Steigungswinkel α liegen. Dadurch wird erreicht, daß die im Bereich der Spulenausleitung vorhandene Vertiefung in der zylinderförmigen Spulenkontur gleich der entsprechenden Vertiefung im Bereich der Spulenübergänge ist, so daß die am inneren und äußeren Spulenumfang auftretenden elektrischen Feldstärken annäherd gleich groß sind und somit auch im Ausleitungsbereich die gleiche elektrische Festigkeit wie in den anderen Spulenbereichen erzielt werden kann. Insbesondere ist es durch die erfindungsgemäße Ausleitungsanordnunng möglich, die elektrische Feldstärke am inneren bzw. äußeren Spulenumfang durch Unterteilung einer Windung in mehrere Leiterbündel nicht nur im Bereich der Spulenübergänge, sondern nun im gleichen Maße auch im

Ausleitungsbereich zu verringern. Überraschend hat sich herausgestellt, daß die mit der Aufspreizung des Leiterbündels einhergehenden, von der jeweiligen Lage im Bündel abhängigen Längenänderungen der einzelnen Drähte in der erfindungsgemäßen Anordnung in einer solchen Weise wirksam sind, daß sie sich innerhalb des Aufspreizungsbereiches gleich groß ist. Dadurch wird es erst möglich, diese Ausleitungsanordnung während des Wickeins durch Abisolieren der Bündel, Einlegen der Isolierstoffstreifen und Aufisolieren der Leiterbündel im Aufspreizungsbereich und abschließendes Wickeln der letzten Windung sowie Abkröpfen der Leiterbündel im Ausleitungsbereich in sehr einfacher Weise herzustellen. Würde der Längenausgleich der einzelnen Drähte im Leiterbündel nicht erfolgen, so würde sich das Leiterbündel beim Wickeln defomieren, wodurch sowohl die elektrische als auch die mechanische Festigkeit der Spule unzulässig vermindert werden würde.

Ausführungsbeispiel

An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.

In der Zeichnung ist ein Ausschnitt aus der Abwicklung einer Scheibenspule im Bereich der Spulenübergänge zur benachbarten Scheibenspule und der Wicklungsausleitung dargestellt. Die Scheibenspule 1 besteht aus zwei Windungen 2, die jeweils aus η = 3 Leiterbündeln 3 aufgebaut sind, von denen jedes vier Einzelleiter 4 mit der radialen Dicke d enthält. Die Leiterbündel 3 sind am inneren Spulenumfang zur benachbarten Scheibenspule abgekröpft. Hinter jedem Spulenübergang 5 ist das radial jeweils darüberliegende Leiterbündel 3 auf den inneren Spulenumfang heruntergebogen, wobei das Leiterbündel eine Steigung mit dem Winkel α annimmt. In die zwei radial äußeren Leiterbündel 3 der am äußeren Spulenumfang liegenden Windung 2 sind dort, wo die Spule nicht von der Zylinderform abweicht, d. h. in den horizontalen Teilbereichen der Spule in der zeichnerischen Darstellung, Isolierstoffstreifen 6 der Dicke ρ zwischen die Einzelleiter 4 eingelegt. Die Länge dieser Isolierstoffstreifen 6 ist in jedem Leiterbündel unterschiedlich. Die Isolierstoffstreifen 6 erstrecken sich in dem radial äußeren Leiterbündel 3 über die Länge zweier Teilstrecken und im radial darunterliegenden Leiterbündel 3 über die Länge einer Teilstrecke, welche durch den Stützmittenabstand 7 zwischen den Mitten 8 der Spulenabstützelemente abzüglich der Länge 9 der Steigung der Leiterbündel 3 am inneren Spulenumfang im Bereich der Spulenübergänge 5 unter Berücksichtigung der radialen Dicke der Leiterbündel 3 gebildet ist.

Aus technologischen Gründen kann es vorteilhaft sein, die Länge der Isolierstoffstreifen 6 um etwa die doppelte Dicke d eines Einzelleiters 4 zu verkürzen. Die Isolierstoffstreifen 6 sind in Richtung der Steigung der Leiterbündel 3 im Bereich der Spulenübergänge zueinander um die Strecke a verschoben, so daß ihre Enden auf einer schiefen Ebene liegen, deren Steigung größer als der Winkel α der Steigung der Leiterbündel 3 am inneren Spulenumfang im Bereich der Spulenübergänge ist. Die Steigung der Leiterbündel 3 in den Übergangszonen zwischen den horizontalen Teilbereichen der Spule in der zeichnungsgemäßen Darstellung erfolgt stets mit dem Winkel α im Inneren der Spule und an ihrem äußeren Umfang genauso wie im Bereich der Spulenübergänge am inneren Spulenumfang. An den Auskröpfstellen 10 sind die drei Leiterbündel 3 zur Bildung der Wicklungsausleitung axial aus der Spule derart herausgebogen, daß sie auf der durch den Übergang zwischen den zu ihnen benachbarten horizontalen Teilbereichen gebildeten schiefen Ebene mit dem Steigungswinkel α liegen. Aus der Zeichnung ist erkennbar, daß die Vertiefung in der Spulenkontur am äußeren Spulenumfang im Bereich der Ausleitung aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung in Form und Größe der entsprechenden Vertiefung am inneren Spulenumfang im Bereich der Spulenübergänge gleicht, und daß mit Vergrößerung der Anzahl der parallelen Leiterbündel, d.h. mit Verringerung ihres stromtragenden Querschnitts, die Größe dieser Vertiefung sowohl am äußeren als auch am inneren Spulenumfang abnimmt. Damit sind optimale Verhältnisse für die Gestaltung der Spule sowohl im Ausleitungs- als auch im Spulenübergangsbereich geschaffen, die es erlauben, den Aufwand für die elektrische Isolierung der Wicklung bei geringstmöglichem Aufwand für die Herstellung der Spule zu minimieren.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch:

   Ausleitungsanordnung für Scheibenspulenwicklungen von Transformatoren mit mehr als einer Windung pro Scheibe und mehr als einem Leiter pro Windung, gekennzeichnet dadurch, daß im Umfangsbereich der Spulenübergänge (5) jeweils dort, wo die Spule nicht von der Zylinderform abweicht, streifenförmiges Isoliermaterial zwischen die parallelen Leiter innerhalb eines oder mehrerer jeweils gemeinsam umbandelter Leiterbündel der am äußeren Spulenumfang liegenden Windung derart eingelegt ist, daß von η insgesamt vorhandenen Leiterbündeln η — 1 Leiterbündel (3) mit Isolierstoffstreifen (6) versehen sind; daß die Länge der Isolierstoffstreifen (6) gleich dem Einfachen oder ganzzahlig Mehrfachen einer Teilstrecke ist, die vom Stützmittenabstand (7) zwischen zwei axialen Abstützelementen abzüglich der Länge (9) der Steigung am inneren Spulenumfang im Bereich des Spulenübergangs (5) zur benachbarten Spule gebildet ist, wobei die Länge der Isolierstoffstreifen (6) innerhalb eines Leiterbündels gleich groß ist und von Leiterbündel zu Leiterbündel von radial außen nach radial innen jeweils um die Länge einer Teilstrecke abnimmt; daß die jeweils benachbarten Isolierstoffstreifen (6) in jedem Leiterbündel (3) in Richtung der Steigung der am inneren Spulenumfang im Bereich der Spulenübergänge (5) gelegenen Leiter gegeneinander um jeweils eine Strecke a verschoben sind, wobei diese Strecke a den Winkel α der Steigung der am inneren Spulenumfang im Bereich der Spulenübergänge (5) gelegenen Leiter sowie durch die radiale Dicke deines Einzelleiters im Leiterbündel (3) und die Dicke ρ eines Isolierstoffstreifens (6) gemäß

   a = {ei + p) cos <K. - d

   bestimmt ist; und daß die Leiterbündel im Bereich der Spulenausleitung innerhalb eines Stützmittenabstandes aus der Spule nacheinander derart axial herausgekröpft sind, daß die Kröpfstellen auf einer schiefen Ebene mit dem Steigungswinkel a liegen.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Ausleitungsanordnung für Scheibenspulenwicklungen von Transformatoren mit mehr als einer Windung pro Scheibe und mehr als einem Leiter pro Windung.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Bei Transformatorenwicklungen, welche aus Scheibenspulen aufgebaut sind, müssen die einzelnen Scheibenspulen an ihren Enden untereinander in Form von Spulenübergängen am inneren und äußeren Spulenumfang verbunden und diefreibleibenden Enden der Spulen, welche an den Wickungsenden liegen, zur Verbindung mit anderen Wicklungen oder den Durchführungen des Transformators aus der Wicklung durch Ausleitungen herausgeführt werden. Hierbei sind die Spulenübergänge so angeordnet, daß innerhalb eines Umfangsbereiches, der sich jeweils zwischen zwei axialen Abstützungen der Scheibenspulen befindet, immer nur einer der parallelen Leiter einer Windung in die benachbarte Scheibenspule überführt ist. Die Verbindung zweier Scheibenspulen erfolgt auf diese Weise in einem bestimmten Umfangsbereich, der mindestens das η-fache des Abstandes zweier axialer Spulenabstützungen beträgt, wobei η die Anzahl der in einer Windung befindlichen parallelen Leiter ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß im Bereich der Spulenübergänge die geringstmögliche Abweichung der Spulenmantelfläche von der Zylinderform entsteht. Die verbleibende Abweichung ist eine dreieckförmige Vertiefung in der Scheibenkontur, deren Höhe gleich der radialen Dicke des Leiters und deren Länge nicht größer als etwa der halbe Abstand zwischen zwei axialen Spulenabstützungen ist. Die Größe einer solchen Vertiefung darf im Verhältnis zu den Abständen der jeweiligen Scheibenspule zur benachbarten Wicklung bzw. zu den benachbarten Scheibenspulen ein von der gesamten Wicklungsgeometrie abhängiges Maß aus isoliertechnischen Gründen nicht überschreiten, Diese Forderung kann dadurch erfüllt werden, daß die radiale Dicke jedes einzelnen Leiters einer Windung entsprechend bemessen wird, woraus sich dann eine bestimmte erforderliche Anzahl von parallelen Leitern einer Windung ergibt, um den notwendigen Windungsquerschnitt zu erreichen. In der Regel wird dieser isoliertechnischen Forderung bereits dadurch genügt, daß die radialen Leiterdicken zur wirksamen Begrenzung der durch Wirbelströme hervorgerufenen Zusatzverluste bestimmte Werte nicht überschreiten dürfen. Im Bereich der Ausleitungen an den Wicklungsenden können dagegen die Leiter nicht einzeln am Umfang versetzt nacheinander herausgebogen werden, da die Ausleitung jeweils nur im Umfangsbereich zwischen zwei axialen Spulenabstützungen aus der Wicklung herausgeführt werden kann. Dadurch entsteht an dieser Stelle ebenfalls eine dreieckförmige Vertiefung, deren größte Tiefe gleich der radialen Höhe einer Windung und damit gleich dem η-fachen einer radialen Leiterdicke, und deren Länge gleich der Länge des gesamten Umfangsbereichs der Spulenübergänge an der jeweHs gegenüberliegenden Mantelfläche der gleichen Scheibenspule und damit gleich dem 2-n-fachen der Länge einer einzelnen Vertiefung in diesem Bereich ist. Die von einer Vertiefung im Ausleitungsbereich der Wicklung aufgespannte Fläche beträgt somit etwa das 2 n²-fache der entsprechenden . Fläche einer Vertiefung im Bereich der Spulenübergänge. Damit entsteht eine Deformation des elektrischen Feldes im Ausleitungsbereich, die insbesondere an den gegenüberliegenden Rändern der benachbarten Scheibenspulen zu einer Erhöhung der elektrischen Feldstärke führt, die um so größer ist, je weiter sich die Vertiefung radial in die Spule erstreckt, und die sich auf ein um so größeres Isolationsvolumen auswirkt, je länger diese Vertiefung am Wicklungsumfang ist. Beide Einflüsse der Geometrie der Vertiefung auf das elektrische Feld führen zu einer Verminderung der elektrischen Festigkeit der Isolation. Außerdem wirkt sich die Vertiefung im Bereich der Spulenausleitung ungünstig auf die mechanische Festigkeit der Wicklung aus, da dort die axiale Abstützung der benachbarten Scheibenspulen zu der Vertiefung nicht vorhanden ist, was zu zusätzlichen Biegebeanspruchungen der Leiter und der Abstützelements führt.