-
Preßeinrichtung für die Wicklungen eines Transformators Die Erfindung
betrifft eine Preßeinrichtung für die Wicklungen eines Transformators mit einem
Magnetkern aus wenigstens zwei Schenkeln, bei der die auf beiden Stirnseiten der
Wicklungen vorgesehenen gleichartigen Preßelemente unter Zwischenlage von Druckplatten
über Zugstangen verbunden auf die Wicklungsstirnseiten wirken.
-
Die Wicklungen von Transformatoren sind im Kurzschlußfall hohen Kräftebeanspruchungen
ausgesetzt. In axialer sich tung der Wicklungen werden diese Beanspruchungen einerseits
durch die von Kurzschlußstrom verursachten Kontraktionskräfte und andererseits durch
die axialen Verschiebungskräfte, welche von unvermeidbaren Asymmetrien im Wicklungsaufbau
herrühren, hervorgerufen. Dabei suchen die Kontraktionskräfte, bedingt durch die
Elastizität des Wickelmaterials und der in der Wicklung enthaltenen Isolierstoffe,
die Wicklung in ihrer Länge zu verkürzen, während die axialen Verschiebungskräfte
eine Relativbewegung zwischen Ober- und Unterspannungswicklung hervorrufen, Letzteres
ist bedingt durch Asymmetrien in ihrer Anordnung zueinander, z.B. infolge von Fertigungstoleranzen
oder technisch unvermeidbaren Asymmetrien im Wicklungsaufbau, wie z.B. durch Wicklungsanzapfungen.
-
Unter der Einwirkung dieser Kräfte versuchen die Wicklungen oder .eile
von ihnen ihre Lage zu verändern, wodurch mechanische Beschädigungen der in den
Wicklungen befindlichen Isolation eintreten können. Bei der nachfolgenden
Beanspruchung
durch die anliegende Spannung kommt es zu Kurzschlüssen zwischen den Wicklungen
oder Wicklungsteilen, die zur teilweisen oder vollständigen Zerstörung der Wicklung
und damit zum Ausfall des Transformators führen. Um Schäden durch die axial wirkenden
Kurzschlußkräfte zu vermeiden, werden bei der Fertigung dieser Hochspannungsapparate
die Wicklungen nach dem Trocknungsprozeß einer Vorpressung mit dem Ziel der wgsitgehenden
Verfestigung der Isolationsanteile unterzogen und anschließend mittels Preßeinrichtungen
entsprechend der Größe der axialen Kurzschlußkräfte verspannt.
-
Dic Wicklungen werden in der segel derart ausgelegt, daB die axialen
Verschiebungskräfte weitestgehend vermieden v-erden und für die Dimensionierung
der Preßeinrichtungen im wesentlichen die Kontraktionskräfte bestimmend sind.
-
Die axialen Verschiebungskräfte erlangen erhöhte Bedeutung bei einer
stark asymmetrischen axialen Lage der Wicklungen zueinander, insbesondere bei Transformatoren
mit sogenannter gespaltener Unterspannungswicklung, bei denen die herkömmliche Unterspannungswicklung
in zwei elektrisch voneinander getrennte Unterspannungswicklungen gleicher Nennspannung
und halber Transformatorennennleistung aufgeteilt ist. Um jeweils die gleiche Kurzschlußspannung
zwischen Unterspannunbs- und Obersannungswicklung zu erreichen, sind diese beiden
Unterspannungswicklungsteile im Wicklungsaufbau axial übereinander angeordnet0 Bei
Eintreten eines Kurzschlusses in einem der beiden Unterspannungsnetze werden die
Verspannkonstruktionen der Wicklungen neben den Kontraktionskräften zusätzlich durch
die axialen Verschiebungskräfte hoch belastet. Transformatoren mit erheblichen Asymmetrien
im Wicklungsaufbau erfordern daher Preßeinrichtungen besonders hoher Festigkeit0
Es sind Einrichtungen zur Wicklungspressung bekannt, bei denen der Magnetkern in
Verbindung mit anderen Bauelementen
zur Kraftübertragung eingesetzt
wird. Dabei sind die längs der Joche des Kernes angeordneten Jochpreßeinrichtungen
mit biegesteifen Bauteilen kombiniert, welche die für die Wicklungspressung erforderlichen
Preßelemente, wie z.B. Druckschrauben, aufnehmen und diese Bauteile gegen die Jochpreßeinrichtungen
abstützen. Zur Aufnahme der axialen Kurzschluß- bzw. Preßkräfte werden die oberen
und unteren Jochpreßteile über Zugglieder kraftschlüssig miteinander verbunden.
Die Zugglieder sind entweder Stangen kreisförmigen Querschnitts, die im Bereich
außerhalb der Wicklungen in einem von den Potentialverhältnissen bestimmten Abstand
angeordnet sind, oder Schienen, die sich im Raum zwischen dem Schenkel des Kernes
und der inneren Wicklung befinden. Als Zugglied werden teilweise auch die Kernschenkel
unmittelbar verwendet, indem für die Kraftübertragung die Reibungskräfte in den
Verzapfungsstellen zwischen den Schenkel- und Jochblechen genutzt werden.
-
Diese, den Magnetkern und die Jochpreßteile in die Wicklungspressung
einbeziehenden Ausführungen sind insofern nachteilig, als bei Anwendung von außerhalb
der Wicklung liegenden Zugstangen hohe Biege- und Verdrehbeanapruchung der Jochpreßteile
auftreten. die ihre Dimensionierung ungünstig beeinflussen. Bei Anordnung von Schienen
zwischen Kernschenkel und Wicklung kann bei großen Jxielkräften der erforderliche
Querschnitt nicht oder nur auf Kosten des Schenkelquerschnittes untergebracht werden.
Die t'bertragung der Preßkräfte allein durch den Kernschenkel ist schließlich nur
im begrenzten Umfang möglich, da bei Kernen aus kornorientiertem Material Blechzuschnitte
angewendet werden, die die magnetische Vorzugsrichtung berücksichtigen und bei denen
die Überlappungszonen der Schenkel und Jochbleche relativ klein sind, so daß die
Größe der übertragbaren Kräfte begrenzt ist. Unabhängig von der Art der
eingesetzten
Zugelemente sind die Jochpreßteile im Falle ihrer Einbeziehung für die Wicklungspressung
sowohl für die Joch- als auch für die Wicklungspressung zu dimensionieren. Gegenüber
dem einfachen Belastungsfall nur durch die Jochpreßkräfte ergeben sich dadurch große
und massive Jochpreßkonstruktionen, die einen erhöhten Aufwand an Material und zusätzlichen
Raum beanspruchen. Der erhöhte Raumbedarf wirkt sich nachteilig auf das Herausleiten
der Wicklungsenden, insbesondere an den Wicklungsstirnseiten und für das Verlegen
der Ableitungen aus.
-
Es ist desweiteren eine Ausführung bekannt, bei der die Wicklungspressung
mit einem vom Magnetkern getrennten Preßrahmen erfolgt, der, auf den oteren Wicklungsstirnflächen
angeordnet, durchgehend über alle Wicklungen verläuft und mit Zugstangen, die im
Unterteil des Transformatorengefäßes befestigt sind, gegen die im Gefäßunterteil
gelagerten Wicklungen gezogen wird. Der Nachteil dieser @usführung besteht ebenfalls
in dem erhöhten Raum-@nd @aterialbedart, außerdem muß das Gefäßunterteil wegen der
zusätzlichen Kraftbeanspruchung verstärkt dimensioniert werden.
-
Bekannt sind ferner Ausführungen, bei denen die Wicklungspressung
ohne kraftachlüssige Verbindung zu anderen rauptbaugruppen erfolgt. Diese in sich
selbst verspannten Wicklungen sind in verschiedenen Varianten bekannt. Es gibt hierbei
Vorrichtungen, bei denen für die Pressung der Wicklungen biegesteife, die Wicklungsstirnfläche
ganz oder teilweise bedeckende Druckplatten verwendet werden, die ebenfalls über
Zugglieder miteinander verbunden sind. Diese Zugglieder sind Metall- oder Glasfaserstäbe
oder auch harzimprägnierte Glasfaserbänder. Die Stäbe sind außerhalb der Wicklung
angeordnet, während die Bänder den gesamten Wicklungsblock oder die Oberspannungs
und Unterspannungswicklung einzeln umschlingen. Hierbei St 55 nachteilig,
daß
bei den Ausführungsvarianten mit Stäben für hohe Preßkräfte die Anzahl oder die
Abmessung der be stark anwachsen und die Druckplatten erheblichen Biegebeanspruchungen
unterliegen, so daß die Preßkonstruktion und damit der gesamte wicklungsblock unvertretbar
große Abmessungen annehmen, und daß die Preßkonstruktion mit Glasfaserbändern nicht
geeignet ist, größere axiale Verschiebungskräfte aufzunehmen.
-
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Preßeinrich--l-ung für
die wicklungen von Transformatoren mit geringem Raumbedarf und bei Vermeidung eines
Vergrößerten Bauvolumens oder Materialeinsatzes für anders Baugruppen des Transformators.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wicklungspreßeinrichtung
für Transformatoren anzugeben, die es ermöglicht, hohe axiale Kurzsenlußkräfte einschließlich
größerer Verschiebungskräfte sicher aufzunehmen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einerseits
die Preßelemente brückenförmig ausgebildet sind und an je zwei benackbarten Druckplatten
angreifen und wenigstnes ein Preßelement pro Zugstange mit Mitteln versehen ist,
die die Preßkraft erzeugen, während andererseits an der varlängerten Längsachse
des Magnetkernes und rechtwinklig zu ihr vorgesehene Preßelemente jochartig ausgebildet
sind.
-
In vorteilhafter Weise sind die die Preßkraft erzeugenden Mittel Druckschrauben,
die iln Bereich der Zugstangen vorgesehen sind.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wira dadurch
erreicht, daß die Preßelemente und/oder Zugstangen Anschlagmittel f@r den Transport
des Magnetkernes mit den aufgebrachten Wicklungen aufweisen.
-
@achstehend soll die Erfindung anhand eines Ausführungs-@eispieles
und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert werden.
-
n er Zeichnung zeiten: figur 1: ein Aktivteil eines Transformators
in der Vorderansicht igur 2: die Draufsicht gemäß Fig. 1 Figur 3: ein brückenförmiges
Preßelement im Halbschnitt Figur 4: ein brückenförmiges Preßelement in der Draufsicht
n der Figur 1 ist der Aktivteil eines Transformators dargestellt, wobei zwei Joche
1 eines Dreischenkelschichtkernes von Jochpreßvorrichtungen 2 zusammengepreßt werden
und die Kernschenkel mit Wicklungen 3 versehen sind. Die axiale Preßung der Wicklungen
3 erfolgt weitgehend mit Hilfe von brückenförmigen Preßelementen 4;5 unter Verwendung
je einer Zugstange 6 zwischen zwei gegenüberliegenden Preßelementen 4 und 5.
-
Das obere Preßelement 4 ist zur Wicklungspressung kraftschlüssig und
in axialer Richtung verstellbar mit der Zugstange 6 verbunden, während das untere
Preßelement 5 sterr oder beweglich an der Zugstange 6 befestigt ist. Zur vollständigen
Pressung der auf den beiden äußeren Kernschenkeln befindlichen Wicklungen 3 sind
zusätzlich zu den brückenförmigen Preßelementen 4 ; 5 weitere, rechtwinklig zu diesen
und zur verlängerten Längsachse des Magnetkernes angeordnete jochartibe Preßelemente
7;8 vorhanden, die ebenfalls durch Zugstangen 6 verbunden sind. Die erf orderliche
Preßkraft wird, wie auch bei den brückenförmigen Preßelementen 4;5 und weiter unten
näher beschrieben, durch Druckschrauben aufgebracht, die an den Preßelementen 7;8
im Bereich der Zugstangen 6 vorgesehen sind. ES ist jedoch auch möglich, die Zugstangen
6 mit den jeweiligen Preßelementen 7;8 zu einem starren Rahmen zu verbinden und
beispielsweise an den Preßelementen 7 Platten anzuschweißen, die Druckschrauben
aufnehmen, welche sich an Druckplatten
9 abstützen und auf diese
Weise die Preßkraft aufbringen. Die Übertragung der Preßkraft auf die Wicklungsstirnseiten
erfolgt in bekannter Weise über die Druck platten 9, die den überwiegenden Teil
der Wicklungsstirnseiten bedecken, wie dies besonders in Figur 2 erkennbar ist.
Hieraus ist auch die Lage der Zugstangen 6 im Zwikkel zwischen den Wicklungen 3
und die Ausbildung der Preßelemente 4;5 in Form von biegesteifen Brücken erkennbar.
-
Die detaillierte Gestaltung der Preßelemente 4;5 ist aus den Figuren
3 und 4 ersichtlich. Die für die Wicklungspressung erforderliche Preßkraft wird
durch mehrere in einem Spannbock 10 befindliche Druckschrauben 11 aufgebracht und
über die Preßelemente 4, die aus einer Kombination von biegesteifen Stegen 12 und
Verbindungsplatten 13 bestehen, sowie mittels der Druckplatten 9 Cu, die Wicklungsstirnflächen
übertragen. Die Preßkraft wird mit Hilfe einer scheibe 14 und mehrerer Kraftaufnahmeelemente
15 in die Zugstange 6 eingeleitet. Dies führt zur Beteiligung der unteren, den Preßelementen
4 gleichenden Preßelemente 5 an der Kraftübertragung und jede Zugstange 6 übernimmt
anteilig die erforderliche Preßkraft der Wicklungen 3. Sofern die Zugstange bs ftir
die in bekannter Weise metallische Werkstoffe oder glasfaserverstärkte Kunststoffe
eingesetzt worden können, aus Stahl besteht, ist sie derart gestaltet, daß sie sowohl
die Forderungen nach mechanischer Festigkeit bei geringem Materialeinsatz erfüllt,
als auch hochapannungstechnisch die Feldverhältnisse nicht ungünstig beeinflußt,
d0h.
-
sie besitzt z.B. kreisringförmigen Querschnitt.
-
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht auch darin, die Aufgaben
der Pressung der Wicklung und des Transports des Aktivteiles miteinander zu verbinden.
Dies läßt sich erreichen, indem die Preßelemente 4;5;7;8 und/oder die Zugstangen
6 mit hier nicht gezeigten Anordnungen zur
Aufnahme von Anschlagmitteln,
z.B. in Form von @ohrungen oder Tragösen ausgerüstet verden. Dabei werden die oberspannungs-
und unterspannungsseitig befindlichen Pre@einrichtungen untereinander mit einem
unterhalb des unteren Joches angeordneten Bauelement verbunden.