DE1240176B - Anordnung der Wicklungslagen in Hochspannungswicklungen von Transformatoren hoher Leistung - Google Patents

Description

• Anordnung der Wicklungslagen in Hochspannungswicklungen von Transformatoren hoher Leistung Bei Transformatoren großer Leistung oder bei Forderungen erhöhter Stoßspannungsfestigkeit werden die Hochspannungswicklungen in Form von Lagenwicklungen ausgeführt. Zur Kühlung werden zwischen den Lagen Kanäle angeordnet; zur Isolation der anstehenden Lagenspannungen dient ein mehr oder weniger dicker Schichtstoffauftrag z. B. in Form von Papierlagen.
• Bei den bisher üblichen Lagenwicklungen, die entweder nach F i g.1 als fortlaufende oder nach F i g. 2 als umgeleitete Lagenwicklungen ausgeführt werden, sind die Stoß- und Wechselspannungsbeanspruchungen zwischen allen Lagen jeweils etwa gleich groß. Dabei erhält man aber bei der fortlaufenden Lagenwicklung längs der einzelnen Lagenabstände eine Beanspruchung, die von der Seite, an welcher die beiden Lagen verbunden sind, vom Wert 0 bis auf den doppelten Wert des Spannungsabfalls längs einer Lage ansteigt. Bei der umgeleiteten Lagenwicklung nach F i g. 2 ist dagegen die Beanspruchung über die ganze Lagenbreite etwa gleich groß und entspricht dem Spannungsabfall längs einer Lage. Entsprechend der Spannungsbeanspruchung wird die Dicke der Isolierschicht aus Schichtstoff, z. B. Papier, bemessen. Erfahrungsgemäß ist der Beitrag des Ölkanals zur Isolierung nur gering zu bewerten. Andererseits ist eine starke Isolierschicht aus Schichtstoffen, z. B. Papier, für die Kühlung schädlich.
• Ungeachtet der relativ geringen Festigkeit des ölkanals ist seine thermisch bedingte Breite in vielen Fällen so groß, daß er einen durchaus beachtlichen Beitrag zur Gesamtisolation der betreffenden Spule liefern könnte. Bei bekannten Wicklungen, bei denen die Abstände zwischen den einzelnen Lagen abwechselnd mit fester Isolation ausgefüllt oder als Kühlkanal ausgebildet sind, ist dieser Umstand nicht berücksichtigt, da die Kühlkanäle stets zwischen parallelgeschalteten Lagen, zwischen denen kein Potentialunterschied herrscht, angeordnet sind und somit ihre elektrische Festigkeit für die Gesamtisolation der Wicklung keine Rolle spielt.
• Ziel der Erfindung ist es, die aus thermischen Gründen erforderlichen Kühlkanäle auch zur Isolation heranzuziehen und damit den Durchmesser der gesamten Wicklung zu vermindern. Bei Hochspannungswicklungen von Tronsformatoren hoher Leistung, die durch Übergänge und Umleitungen sowohl fortlaufend geschaltet als auch umgeleitet geschaltete Lagen enthalten, wobei die Reihenfolge der Übergänge und Umleitungen so gewählt ist, daß jeweils auf eine oder zwei höher beanspruchte feste Lagenisolationen ein niedrig belasteter Lagenzwischenraum folgt, in dem ein Kühlkanal angeordnet ist, wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Schaltung der einzelnen Lagen derart erfolgt, daß die elektrische Beanspruchung zwischen den den Kühlkanal einschließenden Lagen so weit, z. B. durch Unterteilung der Lagenlänge, abgesenkt ist, daß sie der elektrischen Festigkeit der Kühlkanäle unter Aufrechterhaltung der vollen thermischen Kühlwirkung und der Drahtisolation entspricht.
• Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können somit zusätzliche Isolierzylinder aus Papier, Preßspan oder sonstigen festen Isoliermaterialien oder auch eine zusätzliche Lagenisolation mit Ausnahme der Drahtisolation vollständig oder zumindest weitgehend entfallen, wobei auf beiden Seiten des Kühlkanals die volle Kühlwirkung erhalten bleibt.
• Auch wird die Zahl der schwierig zu beherrschenden Außenumleitungen reduziert oder auch ganz vermieden.
• Führt man erfindungsgemäß die Lagenwicklung gemäß F i g. 3 so aus, daß abwechselnd umgeleitete und fortlaufend gewickelte Lagen aufeinanderfolgen, so entsprechen die Lagenbeanspruchungen abwechselnd dem einfachen und dem doppelten Spannungsabfall längs einer Lage. Die Zahl der Umleitungen wird gegenüber einer ganz umgeleiteten Lagenwicklung halbiert. Zwischen den umgeleiteten Lagen kann hier jeweils ein Kühlkanal vorgesehen werden, wobei die Papierisolation beider Lagen relativ schwach sein darf. Zwischen den fortlaufenden Lagen wird dagegen eine relativ dicke Lagenisolation vorgesehen, entsprechend den hier wesentlich höheren elektrischen Beanspruchungen.
• Bei hoch beanspruchten Wicklungen wird es vielfach notwendig sein, die Beanspruchung der Lagenisolationen mit Kühlkanal gegenüber F i g. 3 noch weiter zu reduzieren. Dies ist in einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens gemäß F i g. 4 möglich, indem man die Lagenumleitungen jeweils nach etwa der halben Lagenlänge vorsieht. Diese Lagenumleitungen werden dann zweckmäßig als sogenannte Innenumleitungen, also zwischen den Lagen verlaufend, ausgeführt. Die Lagenbeanspruchung dieser Lagen entspricht dann nur noch dem Spannungsabfall längs einer halben Lage. Eine weitere Reduzierung der Lagenbeanspruchung ergibt sich, indem man z. B. gemäß F i g. 5 die Lagenumleitungen schon nach einem Drittel der Lagenlänge oder auch einem noch kleineren Bruchteil derselben vorsieht.
• Die F i g. 6 bis 10 stellen Anordnungen dar, bei denen immer auf zwei Lagen mit durch Unterteilung der axialen Lagenlänge reduzierten Lagenbeanspruchungen eine oder zwei axial durchlaufende Lagen mit höheren Lagenbeanspruchungen folgen. Die Verbindung der einzelnen axialen Lagenabschnitte erfolgt wahlweise durch axial verlaufende Spulenumleitungen oder durch radial verlaufende Spulenverbindungen. Ebenso können die durchgehenden Lagen entweder gemäß F i g. 6 und 7 mittels Umleitungen mit den Nachbarlagen verbunden sein; oder sie sind gemäß den F i g. 8 und 10 mit den Enden der Nachbarlagen fortlaufend verbunden.
• Bei steilen Stoßspannungen treten erfahrungsgemäß bevorzugt zwischen den beiden ersten Lagen der Wicklung besonders hohe Lagenbeanspruchungen auf. Eine Senkung der Lagenbeanspruchungen ist daher vor allem bei den ersten beiden Lagen wesentlich. Aus diesem Grund sind bei den F i g. 11 bis 13 nur an den innersten beiden Lagen die radial übereinanderliegenden Lagenabschnitte durch Spulenumleitungen so miteinander verbunden, daß sich eine Senkung der Lagenbeanspruchung ergibt.
• Da die Ausführung der Innenumleitungen fertigungstechnisch nicht einfach ist, kann man ihre Zahl reduzieren, indem man etwa gemäß F i g. 6 einen Teil der Lagen ganz durchlaufen läßt und nur dort, wo die Stoßspannungsbeanspruchungen kritisch sind, die Lagen schon nach einem Teil der Lagenlänge umleitet.
• Nimmt man zwischen einigen Lagen, insbesondere den ganz mit festem Isoliermaterial ausgefüllten, etwas höhere Beanspruchungen in Kauf, so kann man auf die äußeren Spulenumleitungen bei den in den F i g. 7 bis 11 dargestellten Anordnungen ganz verzichten. Bei linearer Spannungsverteilung erhält man z. B. von unten nach oben gezählt folgende Lagenbeanspruchungen, bezogen auf den Spannungsabfall längs einer ganzen Lage: F i g. 7: 0,5-2,5-2,5-0,5-2,5-2,5-0,5 usw., F i g. 8: 1-2-2,5-1-2-2,5-1 usw., F i g. 9: 1-2-2-1-2-2 usw., F i g. 10: 1-2-1-2-1-2 usw., F i g. 11: 2/3-2-4/3-2-4/3-2 usw.
• F i g. 12 zeigt schließlich noch eine Anordnung zur Abänderung der F i g. 11 mit Außenumleitungen. Eine weitere Variation zeigt F i g. 13 mit einer Anordnung mit nur einer Außenumleitung.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung der Wicklungslagen in Hochspannungswicklungen von Transformatoren hoher Leistung, die durch Übergänge und Umleitungen sowohl fortlaufend geschaltet als auch umgeleitet geschaltete Lagen enthält, wobei die Reihenfolge der Übergänge und Umleitungen so gewählt ist, daß jeweils auf eine oder zwei höher beanspruchte feste Lagenisolationen ein niedrig belasteter Lagenzwischenraum, in dem ein Kühlkanal angeordnet ist, folgt, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Schaltung der einzelnen Lagen derart erfolgt, daß die elektrische Beanspruchung zwischen den den Kühlkanal einschließenden Lagen so weit, z. B. durch Unterteilung der Lagenlänge, abgesenkt ist, daß sie der elektrischen Festigkeit des Kühlkanals unter Aufrechterhaltung der vollen thermischen Kühlwirkung und der Drahtisolation entspricht.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich durchgehende Lagen mit (je zwei) unterteilten Lagen abwechseln. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 975 893; deutsche Auslegeschriften Nr. 1100 797, 1082 342; österreichische Patentschrift Nr. 210 515; französische Patentschrift Nr. 1031529.