DE2425899A1 - Wicklungsanordnung fuer transformatoren mit rechteckigem kernquerschnitt - Google Patents

Description

• Wi cklungsanordnung für Transformatoren mit rechteckigem Kernquerschnitt Die Erfindung betrifft eine Vicklungsanordnung für Transformatoren mit rechteckigem Kernquerschnitt und diesem angepaßten Wicklungsquerschnitt.
• Transformatoren für größere Leistungen und somit Mit höhor.n Strömen in den Wicklungen, also Transformatoren für di- Energieverteilung, werden im allgemeinen mit Wicklungen mit rundem Querschnitt hergestellt, da bei solchen Wicklungen die Kurzschlußkräfte mit dem geringsten Aufwand in konstruktiver Hinsicht aufnehmbar sind. Auch sind schon Wicklungen mit 1-liptischem Querschnitt bekannt1 bei denen der Kernquerschnttt weniger abgestuft ist als bei rundem Querschnitt.
• Bekanntlich versuchen sich zwei gegensinnig vom Strom durchflossene koaxiale Wicklungen abzustoßen, das wirkt sich beim Transformator mit zwei übereinanderliegenden koaxialen Wicklungen dahingehend aus, daß die innere Wicklung nach innen auszuweichen versucht und die äußere Wicklung durch radiale nach außen wirkende Kräft beansprucht wird, die das Bestreben haben, den Durchmesser der Wicklung zu vergrößern, die also den Wicklungsleiter auf Zug beabspruchen. Bei solchen Wicklungen mit rundem oder elliptischem Querschnitt wird die Form des Kernquerschnittes dieser Spulenform möglichst angepaßt1 das heißt, der Kern wird als Stufenkern aus Blechen verschiedener Breiten geschichtet, so daß die Ecken der inzelnen Stufen auf dem umschriebenen Kreis liegen. Gegen dieses in sich massiven Kern wird nun die innere Wicklung derart abgestützt, beispielsweise durch Einschlagen von Keilen, daß eine Deformation infolge der KurzJchlußkräfte durch Einknicken der inneren Wicklung nach innen nicht möglich ist.
• 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 ntgegenwirkende 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 angenaherte Gestalt zu kommen. Diesem Bestreben wird bei den bekannten. Konstruktionen durch entsprechende sehr starke, von außen auf die Wicklung wirkende konstruktive Spannelemente entgegegewirkt. Diese Spann mente müssen sehr hohe Kräfte aufnehmen und erfordern daher einen großen Aufwand an Material und Kosten.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Platzvorteile des rechteckigen Kernes mit einer rechteckig ausgeführten Innenspule weitgehend auszunützen und dabei die aufwendige Verspannungskonstruktion zur Aufnahme der Kurzschlußkräfte einzusparen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die äußere Wicklung in den Eckbereichen gegen die innere Wicklung unter Zwischenlage druckfester Eckleisten abgestützt ist und ihre Seiten so ausgebaucht sind, daß die im Leiter infolge der Kurzschlußkräfte wirsam werdende Zugbeanspruchung unterhalb der ElastisitAtegrenze bleibt.
• Die Herstellung dieser Ausbauchung erfolgt in einfachster Weise dadurch, daß die in den Eckbereichen fest aufliegende Wicklung in der Mitte jeder Seite, besonders aber an den Längsseiten, gegen die innere Wicklung erhöht abgestützt ist und im Querschnitt angenähert einexUblygon gleicht. In einfacher Weise kann diese Erhöhung durch eine Leiste je Seite erreicht werden.
• Die aufzunehmende Tangentialkraft der äußeren Wicklung wird hier 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 der anliegenden Zeichnung werden ein Ausführungsbei spiel der Erfindung und ihre Wirkungsweise erläutert, Der in rerhteckiger Querschnitt, also nur mit einer einzigen Blechposition geschichtete oder aus Band gewickelte Kern 1 ist allseitig von gleichxäßig verteilten Abstandsleisten 2 umgeben, gegen die sich die innenliegende Wicklung, beispielsweise die Unterspannungswicklung 3, abstützt. Anschließend sind in radialer Richtung an den Ecken und nur in den Mitten jeder Seite weitere Abstandsleisten 4, 6 angebracht, von denen die in den Seitenaitten liegenden Abstandsleisten 4 eine vergrößerte Höha aufweisen, so daß die herumgewickelte Oberspannungswicklung 5 zu einem polygonförmigen Querschnitt gezwungen wird.
• Bezeichnet man die Überhöhung der außenliegenden Wicklung. bei Annäherung durch einen Kreisbogen in der Mitte der Längsseite mit h, so ergibt sich der folgende Verlauf der resultierenden Tangentialzugkraft F im Wicklung z ter, aufgetragen über der Ausbauchung h in Abhängigkeit von der Radlalkraft wobei FR = hadialkraft im Kurzschluß F = Tangentiale Zugkraft im Leiter Diese kurve läßt erkennen, daß bereits mit einer geringfügigen Überhöhung h der Seitenmitten der äußeren Rechteckspule eine große Verminderung der resultierenden Tangentialkräfte = Zugkräfte im Wickelmaterial, erzielbar ist, so daß beträchtliche Einsparungen am Konstruktionsaufwand möglich sind.
• Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken ist die Hauptisolation 7 im Streukanal zwischen der inneren und der äußeren Wicklung abwechselnd über und unter den benachbarten Abstandsleisten verlegt, wie es Figur 2 zeigt, insbesondere übers den Eckleisten 6 und unter den erhöhten Seitenmittenleisten 4.
• Infolge dieser Maßnahme wird die radiale Unterteilung der Leisten vermieden, wenn die Isolation im Mittenbereich des Streukanals zwischen jeweils zwei etwa halb so dicken Leisten angeordnet wäre, wobei zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Sicherheit eine umständliche und aufwendige Fixierung der Halbleisten in exakter radialer Überdeckung notwendig wäre.
• Dann wird gewährleistet, daß die Oberfläche jeder der beiden angrenzenden Wicklungen zur Hälfte unmittelbar vom Kühlmittel bespült wird und nicht an einer Wicklung allein durch die Isolierung 7 eine unerwünschte Wärmedämmschicht gebildet würde, wie es der Fall wäre, wenn die Isolierung entweder unter allen Leistem, 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 Hauptisolierung wird, wenn die Isolierung über den Eckleisten und unter den Mittenleisten verlegt ist, beim Eindrücken der Mittenleisten in die zunächst freitragend gespannt gewickelten Längsseiten der Isolierung eine zusätzliche Spannung und damit Verdichtung und Homogenisiorung dieser Isolierung bewirkt, so daß sich die elektrische Festigkeit erhöht - Patentansprüche -

Claims (4)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Wicklungsanordnung für Transformatoren mit rechteckigem Kernquerschnitt und diesem angepaßten Wicklungsquerschnitt, dadurch gekennzeichnet; daß die äußere Wicklung (5) in den Eckbereichen gegen die innere Wicklung (3) unter Zwischenlage druckfester Eckleisten (6) abgestützt ist und ihre Seiten so -ausgebaucht sind, daß die im Leiter infolge der Xurzschlußkräfte wirksam werdende Zugbeanspruchung unterhalb der Elastizitätsgrenze bleibt.
2. 2. Wicklungsansordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Austreten einer Wicklungslängsseite aus dem Eckbereich eingestellte Winkel α zurgeraden Seite etwa der Funktion entspricht: worin FR die in der Mitte der Seite einer rechteckigen Spule angreifende Radialkraft im Kurzschluß ist, und F die zulässige Zugkraft im Leiter: ( qL = Leiterquerschnitt)
3. 3. Wicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte jeder Wicklungsseite zwischen innerer Wicklung und äußerer Wicklung eine erhöhte Leiste (4) angeordnet ist und die äußere Wicklung im Querschnitt einem Polygon gleicht (Fig. 1).
4. 4. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptisolation (7) im Streiikanal zwischen innerer und äußerer Wicklung abwechselnd über und unter den Abstandsleisten verlegt ist (Fig. 2).