Transformator mit einer Hochstromdurchführungsanordnung

Abstract

 In derartigen Transformatoren für Drehstrombetrieb sind üblicherweise Kernschenkel (8,9) und Wicklungen (1, 2, 3, 4, 5) räumlich in einer Reihe angeordnet und die zugehörigen Hochstromdurchführungen sind gemäß neueren Vorschlägen trianguliert, d. h. mit sich selbst kompensierenden Magnetfeld ausgeführt. Erfindungsgemäß sind nun je Phase zwei Hochstromdurchführungen (13) vorgesehen und sind alle sechs Hochstromdurchführungen (13) gleichmäßig auf einem Kreis verteilt, wobei die beiden der am Mittelschenkel liegenden Phase zugeordneten Hochstromdurchführungen (13) sich auf dem Kreis einander gegenüberliegen. Durch diese Anordnung ist in dem von den Hochstromdurchführungen (13) umfaßten Kreis ein Wechselfeld erzeugt und nicht wie bei triangulierten Ausführungen ein Drehfeld vorhanden. Die erfindungsgemäße Hochstromdurchführungsanordnung ist daher einerseits auch an nicht triangulierte Zuleitungen zu Verbrauchern, beispielsweise Elektrostahlöfen, anschließbar und andererseits auch bei größten Nennströmen verwendbar.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Transformator mit einer Hochstromdurchführungsanordnung für Dreiphasendrehstrom und mit räumlich in einer Reihe angeordneten Kernschenkeln und Wicklungen.

[0002] In der chemischen und in der metallurgischen Industrie werden für die verschiedensten Zwecke elektrisch beheizte Öfen eingesetzt, die bei verhältnismäßig geringen Betriebsspannungen mit sehr hohen Stromstärken arbeiten. Da die Übertragung der für diese Öfen erforderlichen hohen Stromstärken Uber größere Entfernungen technisch schwierig und darüber hinaus auch unwirtschaftlich ist, werden üblicherweise in unmittelbarer Nachbarschaft der Öfen Transformatoren aufgestellt, in denen mit Hochspannung eingespeiste elektrische Energie auf das gewünschte Spannungsniveau gebracht wird.

[0003] Durch die CH-PS 409 130 ist hierzu ein Transformatoraggregat mit einer Hochstromwicklung bekannt, bei der aus je einer einzigen Windung bestehende Unterspannungswicklungen je eines Haupt- und eines Zusatztransformators in Reihe geschaltet sind. Diese beiden Unterspannungswicklungen haben zusammen die Form einer Acht.

[0004] Bei derartigen Trafos ergeben sich infolge der großen Stromstärke große erforderliche Leiterquerschnitte, die infolge der von den Strömen selbst erzeugten Magnetfelder nicht gleichmäßig mit Strom belegt sind. Um den Einfluß dieser Magnetfelder auf die Stromverteilung über die Leiterouerschnitte zu mindern oder auszuschließen, werden, wie in den deutschen Patentanmeldungen P 32 42 438.8 und P 34 11 141.7 vorgeschlagen worden ist, triangulierte Leiterführungen eingesetzt. In diesen triangulierten Leiterführungen kompensieren sich die Wirkungen der Magnetfelder der Einzelleiter. Entsprechend triangulierte Durchführungsanordnungen in Hochstromtransformatoren setzen _Draktisch jedoch voraus, daß auch die zum Verbraucher, beispielsweise dem Elektrostahlofen, führende Leitung trianguliert ist. Ist dies nicht der Fall, so ergibt sich für die Übergangsstelle unerwünschterweise ein zusätzlicher Raumbedarf.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Drei_Dhasentransformator eine Hochstromdurchführungsanordnung zu schaffen, in der eine annähernd gleichmäßige Verteilung des Stromes auf die Leiterquerschnitte unabhängig von einer Triangulierung gewährleistet ist und die ohne besondere Ubergangsabschnitte mit nicht triangulierten Zuleitungen von Verbrauchern verbindbar ist.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß je Phase zwei Hochstromdurchführungen vorgesehen sind und daß alle sechs Hochstromdurchführungen gleichmäßig auf einen Kreis verteilt sind, wobei die beiden der am Mittelschenkel liegenden Phase zugeordneten Hochstromdurchführungen sich auf dem Kreis einander gegenüberliegen und in dem von den Hochstromdurchführungen umfaßten Kreis ein Wechselfeld anstelle eines Drehfeldes erzeugen.

[0007] Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hochstromdurchführungen in einer einzigen von einer Kesselwand getragenen Platte aus elektrisch leitfähigem Werkstoff gelagert sind.

[0008] Die erfindungsgemäße HochstromdurchfUhrungsanordnung ist vorteilhafterweise einfach und wirtschaftlich auch für sehr hohe Stromstärken herstellbar und ist darüber hinaus auch in bestehenden Anlagen mit nicht triangulierten Leitern einsetzbar.

[0009] Ein AusfUhrungsbeispiel nach der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines Hochstromtransformators mit indirekter Spannungseinstellung über einen Zwischenkreis,

Fig. 2 die Draufsicht auf ein Hochstromtransformatoraggregat mit elektrisch im Dreieck geschalteten Unterspannungswicklungen bei abgenommenem Kesseldeckel und abgenommenen oberen Jochen,

Fig. 3 die Draufsicht auf ein Hochstromtransformatoraggregat mit elektrisch im Stern geschalteten Unterspannungswicklungen bei abgenommenem Kesseldeckel und abgenommenen oberen Jochen und

Fig. 4 die Ansicht eines Hochstromtransformators auf die die Hochstromdurchführungen tragende Seite.

[0010] Einander entsprechende Bauteile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0011] Kernschenkel 8 eines dreischenkligen Eisenkernes eines Haupttransformators sind konzentrisch von innen nach außen von je einer Stufenwicklung 4, je einer Oberspannungswicklung 3 und je einer Unterspannungswicklung 1 umfaßt. Räumlich parallel zu dem Eisenkern des Haupttransformators ist für einen Zusatztransformator ein ebenfalls dreischenkliger Eisenkern mit Kernschenkeln 9 vorgesehen, die konzentrisch von innen nach außen je eine Oberspannungswicklung 5 und je eine Unterspannungswicklung 2 tragen. Der Haupt- und der Zusatztransformator sind dicht nebeneinanderstehend in einem gemeinsamen, üblicherweise mit einer Kühl- und Isolierflüssigkeit gefüllten, Kessel 10 mit einem Deckel 11 aufgestellt.

[0012] Die Oberspannungswicklung 3 liegt über nicht dargestellte Hochspannungsdurchführungen an einem Hochspannungsversorgungsnetz und induziert eine Spannung in der mit ihr über den Eisenkern des Haupttransformators gekoppelte Unterspannungswicklung 1 sowie in der Stufenwicklung 4. Die Stufenwicklung 4 speist mit einer über einen Stufenschalter 6 und einen Wender 7 nach Größe und Richtung einstellbaren Spannung die Oberspannungswicklung 5 des Zusatztransformators. Die Oberspannungswicklung 5 ihrerseits induziert in der Unterspannungswicklung 2 eine Spannung, die infolge einer Reihenschaltung der beiden Unterspannungswicklungen 1 und 2 zu der von der Oberspannungswicklung 3 in der Unterspannungswicklung 1 induzierten Spannung vektoriell addiert oder subtrahiert wird.

[0013] Die Unterspannungswicklung 1 und die Unterspannungswicklung 2 sind aus einer gleich großen Anzahl von elektrisch parallelgeschalteten Wicklungsabschnitten aus Drilleitern als Wickelleiter aufgebaut und haben im dargestellten Ausführungsbeispiel je drei Windungen. Jeder der Wickelleiter bildet in jeder der beiden Unterspannungswicklungen 1 und 2 je einen einlagig ausgeführten Wicklungsabschnitt. In gleicher axialer Höhe liegende Wicklungsabschnitte der derselben Phase zugeordneten Unterspannungswicklungen 1 und 2 sind jeweils in Reihe geschaltet, wobei die Verbindungsleiter 17 darstellende Wickelleiterstücke sich zwischen den Unterspannungswicklungen 1 und 2 kreuzen, so daß die Unterspannungswicklungen 1 und 2 einander entgegengesetzten Wickelsinn aufweisen.

[0014] Aus der beschriebenen Anordnung der Unterspannungswicklungen 1 und 2 ergibt sich für deren Querschnitt rechtwinklig zu den Wickelachsen die Form einer Acht mit je drei Windungen in jedem der beiden Wicklungsabschnitte. Die beiden jeweils in Reihe geschalteten Wicklungsabschnitte aus den Unterspannungswicklungen 1 und 2 sind zur Vermeidung von Lötstellen in einem Zug gewickelt. Hierzu ist zunächst vor dem Anfang des zuerst zu wickelnden Wicklungsabschnittes ein ausreichend langes Wickelstück für die letzte halbe Windung und eine Ausleitung des zuletzt zu wickelnden Wicklungsabschnittes auf dem zuerst benutzten Wickelkern fixiert. Danach wird auf diesen Wickelkern der zuerst zu wickelnde Wicklungsabschnitt, beim dargestellten Ausführungsbeispiel drei Windungen eines Stranges für die Unterspannungswicklung 1, fertiggewickelt.

[0015] Der Wickelkern wird nun auf der Wickelbank etwa rechtwinklig zum auflaufenden Wickelleiterstrang um den Achsabstand der Unterspannungswicklungen 1 und 2 quer zur Wickelachse verschoben und ein zweiter Wickelkern wird zentrisch zur Wickelachse der Wickelbank auf dieser befestigt. Der zweite Wickelkern steht gegenüber dem ersten in Achsrichtung vor, so daß geringfügig axial versetzt, ohne Unterbrechung des Wickelleiterstranges der zweite Wicklungsabschnitt, beim dargestellten Ausführungsbeispiel zweieinhalb Windungen der Unterspannungswicklung 2, wickelbar ist.

[0016] Nach Aufhebung des geringfügigen axialen Versatzes unter Aufrechterhaltung des Wickelzuges in dem Verbindungsleiter 17 zwischen den beiden Wicklungsabschnitten wird der Wickelleiter abgeschnitten und das Ende zu einer Ausleitung abgebogen und fixiert. Nunmehr wird das vor dem Anfang des zuerst gewickelten Wicklungsabschnittes liegende Wickelleiterstück von dem zuerst benutzten Wickelkern gelöst, unter Bildung einer halben Windung um den zweiten Wickelkern gelegt und nach dem Biegen der zweiten Ausleitung am Ende dieses Wicklungsabschnittes ebenfalls fixiert.

[0017] Die beiden so aus einem Stück gewickelten in Reihe geschalteten Wicklungsabschnitte bilden ein selbsttragendes Bauteil, das bis zum später erfolgenden Einbau in die Transformatoranordnung als selbständiges Element handhabbar ist. Beim Einbau in die Wicklungsanordnung können daher ohne Schwierigkeiten beliebig viele dieser selbständigen Elemente axial übereinander gestapelt werden. Die Zahl der Parallelzweige ist daher beliebig wählbar, so daß die Unterspannungswicklungen 1 und 2 an praktisch jeden Wicklungsstrom anpaßbar sind.

[0018] Die Parallelschaltung dieser die Wicklungsabschnitte darstellenden Elemente erfolgt über massive Leiterplatten 12, die Nuten zum Einlöten der freien Enden der Ausleitungen aufweisen und die gleichzeitig zum Verschalten der drei Phasen der Unterspannungswicklungen 1 und 2 dienen. Hierzu ist beispielsweise je Phase je eine erste Leiterplatte 12 mit Hochstromdurchführungen 13 und je Phase je eine zweite Leiterplatte 12 entweder mit einem Sternpunkt 19 (Fig. 3) oder mit der ersten Leiterplatte 12 der folgenden Phase zu einer elektrischen Dreiecksschaltung (Fig. 2) verbunden.

[0019] Je Phase sind beim Ausführungsbeispiel zwei, insgesamt also sechs, Hochstromdurchführungen 13 vorgesehen, die gleichmäßig auf den Umfang eines Kreises verteilt von einer Platte 14 getragen sind. Durch sich gegenüberliegende Anordnung der beiden den mittleren Kernschenkeln 8 und 9 zugeordneten Hochstromdurchführungen 13 sind diese nicht zyklisch angeordnet, so daß im Raum zwischen den Hochstromdurchführungen 13 anstelle eines Drehfeldes ein Wechselfeld herrscht.

[0020] Da die Unterspannungswicklungen 1 und 2 thermisch hoch beansprucht sind, sind zwischen den einzelnen Windungen, mindestens aber zwischen axial benachbarten Wicklungsabschnitten, radiale Kühlkanäle 15 vorgesehen. Zusätzlich sind zur Vermeidung von Überlastungen der räumlich an den Enden der Unterspannungswicklungen 1 und 2 liegenden Wicklungsabschnitte durch axial unterschiedliche Verteilung des Stromes auf die Parallelzweige die Oberspannungswicklungen 3 und 5 in Achsrichtung kürzer als die jeweils zugehörige Unterspannungswicklung 1 bzw. 2 ausgeführt.

[0021] Zur weiteren Erhöhung der thermischen Belastbarkeit tragen die Wicklungsanordnungen der einzelnen Phasen je einen sie vollständig umfassenden Preßspanmantel 20, der sich über Distanzleisten 21 auf dem Umfang je einer der Unterspannungswicklungen 1 oder 2 abstützt. Diese Preßspanmäntel 20 dienen der Führung der Kühlflüssigkeit, indem sie diese auch beim Antrieb durch eine Umwälzpumpe zwingen durch die Wicklungen zu strömen. Infolge einer hierdurch erzwungenen höheren Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit in den Wicklungen wird die Wärmeabfuhr aus diesen erhöht, so daß gegenüber Anordnungen mit rein thermisch durch Konvektion angetriebenen Kühlkreislauf höhere Leistungen bei gleichen Wicklungsvolumen umsetzbar sind.

Ansprüche

1. Transformator mit einer Hochstromdurchführungsanordnung für Dreiphasendrehstrom und mit räumlich in einer Reihe angeordneten Kernschenkeln (8, 9) und Wicklungen (1, 2, 3, 4, 5), dadurch gekenn- zeichnet, daß je Phase zwei Hochstromdurchführungen (13) vorgesehen sind und daß alle sechs HochstromdurchfUhrungen (13) gleichmäßig auf einem Kreis verteilt sind, wobei die beiden Hochstromdurchführungen (13) mindestens einer Phase sich auf dem Kreis einander gegenüberliegen, so daß in dem von den Hochstromdurchführungen (13) umfaßten Kreis ein Wechselfeld anstelle eines Drehfeldes vorhanden ist.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß bei im Stern geschalteten Hochstromwicklungen (1, 2) die beiden der am Mittelschenkel liegenden Phase zugeordneten Hochstromdurchführungen (13) sich auf dem Kreis gegenüberliegen.

3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß bei im Dreieck geschalteten Hochstromwicklungen (1, 2) mit je einem Wicklungsende der auf den Außenschenkeln angeordneten Hochstromwicklungen (1, 2) verbundene Hochstromdurchführungen (13) sich auf dem Kreis gegenüberliegen.

4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochstromdurchführungen (13) in einer von einer Kesselwand (10) getragenen gemeinsamen Platte (14) aus elektrisch leitfähigem Werkstoff gelagert sind.

Zeichnung