Hochstromtransformator mit indirekter Spannungseinstellung über einen Zwischenkreis

Abstract

 Derartige Hochstromtransformatoren sind üblicherwei. se aus je einem Haupt- und einem Zusatztransformator aufgebaut, deren Unterspannungswicklungen (1, 2) in Reihe geschaltet sind und deren jede aus einer Vielzahl von parallelgeschalteten Wickelleitern aufgebaut ist. Erfindungsgemäß sind die Unterspannungswicklungen (1, 2) als einlagige Lagenwicklungen aus Drilleitern ausgeführt, deren einzelne von den parallelgeschalteten Wickelleitern gebildete einander entsprechende Wicklungsabschnitte in den beiden Unterspannungswicklungen (1, 2) jeweils in einem Zug ohne Lötstelle gewickelt sind. Die lötstellenfreie Ausführung der Wicklung ermöglicht den Einsatz von Drilleitern, die wiederum eine gleichmäßige und dadurch sehr gute Ausnutzung des eingesetzten Wickelleiterwerkstoffes gewährleisten. Dadurch ist die Ausführung von Unterspannungswicklungen (1, 2) für Ströme auf der Unterspannungsseite bis zu mehr als 100 kA möglich, ohne daß die Gefahr einer thermischen Überlastung dieser Unterspannungswicklungen (1, 2) besteht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hochstromtransformator mit indirekter Spannungseinstellung über einen Zwischenkreis, bestehend aus je einem in einem gemeinsamen Kessel angeordneten Haupt- und Zusatztransformator, deren jeweils aus einer Vielzahl von parallelgeschalteten wickelleitern aufgebaute, im Querschnitt rechtwinklig zu den Wickelachsen gemeinsam die Form einer 8 aufweisenden Unterspannungswicklungen miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind und infolge sich kreuzender Verbindungsleiter einander entgegengesetzten Wickelsinn aufweisen.

[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 über 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 8, in der sich der Leiter in der Mitte jedoch nicht kreuzt, so daß der Strom in gleicher Richtung durch beide Wicklungen fließt.

[0004] Durch die DE-PS 21 36 211 ist es darüber hinaus für eine derartige Hochstromanlage auch schon bekannt, die Unterspannungswicklungen aus zu Doppelspulen zusammengefaßten Scheibenspulen aufzubauen. Dabei muß jedoch unvermeidbar zur Reihenschaltung einander zugeordneter Doppelspulen mindestens eine Lötverbindung hergestellt werden. Dies ist unter Beachtung besonderer Vorsichtsmaßnahmen bei Wicklungen aus Massivleitern zwar möglich, aber sehr aufwendig. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich bei der Verwendung von Drilleitern.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Hochstromtransformator für dessen Hochstromseite eine Wicklungsart und Verbindungsmöglichkeit zu schaffen, die sowohl eine gute technische als auch eine gute wirtschaftliche Ausnutzung des eingesetzten Werkstoffes, insbesondere des Wickelleiterwerkstoffes gewährleistet, und die praktisch ohne Einschränkung für jede geforderte Stromstärke und Windungszahl der Unterspannungswicklung einsetzbar ist.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für einen Hochstromtransformator der eingangs genannten Art durch eine Merkmalskombination gelöst,

wonach beide Unterspannungswicklungen jeweils als einlagige Lagenwicklung aus einem Drilleiter als Wickelleiter ausgeführt sind,

wonach je parallelgeschalteten Wickelleiter je Unterspannungswicklung einer von axial übereinandergestapelten Wicklungsabschnitten vorgesehen ist,

wonach einander entsprechende Wicklungsabschnitte aus beiden Unterspannungswicklungen in einem Zug gewickelt sind, indem vor dem Anfang des zuerst zu wickelnden Wicklungsabschnittes zunächst ein ausreichend langes Wickelleiterstück für die letzte halbe Windung und eine Ausleitung des zuletzt zu wickelnden _Wicklungsabschnit- tes auf dem zuerst benutzten Wickelkern fixiert ist, wonach jeder wickelleiter in jedem der Wicklungsabschnitte mindestens zwei Windungen aufweist und

wonach die Unterspannungswicklungen länger sind als die jeweils zugehörige Oberspannungswicklung, so daß die Stromverteilung in den untereinander parallelgeschalteten Wicklungsabschnitten nahezu gleich ist.

[0007] Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens zwischen den sich gegenüberliegenden Windungen von einander benachbarten Wicklungsabschnitten radiale Kühlkanäle vorgesehen sind und daß innerhalb der Wicklungsabschnitte der Übergang von Windung zu Windung über je eine Kröpfung erfolgt, und daß in Achsrichtung aufeinanderfolgende Wicklungsabschnitte einander entgegengesetzten Wickelsinn haben.

[0008] Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind die Wicklungsabschnitte durch Einlöten der Ausleitungen in Nuten von massiven Leiterplatten elektrisch parallelgeschaltet, wobei je Phase eine dieser Leiterplatten mit Hochstromdurchführungen in einer Kesselwand verbunden ist und wobei die anderen Leiterplatten entweder zu einem Sternpunkt für die Unterspannungswicklungen der drei Phasen zusammengeschlossen sind oder zyklisch mit den erstgenannten Leiterplatten zu einer elektrischen Dreiecksschaltung verbunden sind.

[0009] Die erfindungsgemäße Anordnung ist sehr vorteilhaft, denn sie erlaubt eine sehr gute Ausnutzung des gesamten eingesetzten Wickelleiterwerkstoffs bei einer gleichzeitig sehr kompakten Ausführung der Wicklung als solcher. Durch diese sehr gute Werkstoffausnutzung lassen sich in dem aus Transportgründen begrenzten Kesselprofil Hochstromwicklungen ausführen, die in einer Drehstromeinheit Leistungen von mehr als 100 MVA im Dauerbetrieb umsetzen können.

[0010] Ein Ausführungsbeispiel 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 bei abgenommenem Kesseldeckel und abgenommenen oberen Jochen,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Unterspannungswicklungen entlang der Schnittlinien III-III, in den Fig. 4 und 5 und

Fig. 4 und 5 achsparallele Schnitte durch die Unterspannungswicklung entlang der Schnittlinien IV-IV bzw. V-V.

[0011] Einander entsprechende Bauteile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0012] 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 aufgestellt.

[0013] Die Oberspannungswicklung 3 liegt über nicht dargestellte Hochspannungsdurchführungen an einem Hochspannungsversorgungsnetz und induziert eine Spannung in der mit ihr über den Eisenkern des Haupttransformators gekoppelten 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 ihrer seits 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.

[0014] Die Unterspannungswicklung 1 und die Unterspannungswicklung 2 sind aus einer gleich großen Anzahl von elektrisch parallelgeschalteten Wicklungsabschnitten aus Drilleitern als Wickelleitern 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 darstellenden Wickelleiterstücke sich zwischen den Unterspannungswicklungen 1 und 2 kreuzen, so daß die Unterspannungswicklungen 1 und 2 einander entgegengesetzten Wickelsinn aufweisen.

[0015] Aus der beschriebenen Anordnung der Unterspannungswicklungen 1 und 2 ergibt sich für deren Querschnitt rechtwinklig zu den Wickelachsen die Form einer 8 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 Wickelleiterstück 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.

[0016] 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.

[0017] Nach Aufhebung des geringfügigen axialen Versatzes unter Aufrechterhaltung des Wickelzuges in den Verbindungsleitern 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 Anbiegen der zweiten Ausleitung an das Ende dieses Wicklungsabschnittes ebenfalls fixiert.

[0018] 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 Parallelwzeige ist daher beliebig wählbar, so daß die Unterspannungswicklungen 1 und 2 an praktisch jeden beliebigen Wicklungsstrom anpaßbar sind.

[0019] 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 Unterspannungswicklungen 1 und 2 dienen. Hierzu ist beispielsweiseje Phase je eine erste Leiterplatte 12 mit Hochstromdurchführungen 13 und je Phase je eine zweite Leiterplatte 12 entweder mit einem Sternpunkt oder mit der zyklisch folgenden Leiterplatte 12 der nächsten Phase zu einer elektrischen Dreiecksschaltung verbunden.

[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 Stromverteilung 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 angetriebenem Kühlkreislauf höhere Leistungen bei gleichem Wicklungsvolumen umsetzbar sind.

[0022] Um eine einfache und sichere Einspannung der zu den Unterspannungswicklungen 1 und 2 aufeinander gestapelten Wicklungsabschnitte zwischen ebenen rechtwinklig zur Wickelachse angeordneten Druckringen 19 zu erreichen, sind die einzelnen Windungen steigungslos gewickelt und ourch Kröpfungen 16 in den Zwickeln zwischen den Verbindungsleitungen 17 miteinander verbunden. Zur weitgehenden gegenseitigen Kompensation der durch Pfeile 18 angedeuteten Kurzschlußkräfte sind einander axial benachbarte Wicklungsabschnitte außerdem mit entgegengesetztem Wickelsinn ausgeführt.

[0023] Der erfindungsgemäße Wicklungsaufbau ist für alle mit sehr großen Strömen belasteten Transformator- und Drosselspulenwicklungen mit zwei und mehr Windungen geeignet.

Ansprüche

1. Hochstromtransformator mit indirekter Spannungseinstellung über einen Zwischenkreis, bestehend aus je einem in einem gemeinsamen Kessel angeordneten Haupt-und Zusatztransformator, deren jeweils aus einer Vielzahl von parallelgeschalteten Wickelleitern aufgebaute, im Querschnitt rechtwinklig zu den Wickelachsen gemeinsam die Form einer 8 aufweisenden Unterspannungswicklungen (1, 2) miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind und infolge sich kreuzender Verbindungsleiter einander entgegengesetzten Wickelsinn aufweisen, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale,

- daß beide Unterspannungswicklungen (1, 2) jeweils als einlagige Lagenwicklung aus einem Drilleiter als Wickelleiter ausgeführt sind,

- daß je parallelgeschalteten Wickelleiter je Unterspannungswicklung (1, 2) einer von axial übereinandergestapelten Wicklungsabschnitten vorgesehen ist,

- daß einander entsprechende Wicklungsabschnitte aus beiden Unterspannungswicklungen (1, 2) in einem Zug gewickelt sind, indem vor dem Anfang des zuerst zu wickelnden Wicklungsabschnittes zunächst ein ausreichend langes Wickelleiterstück für die letzte halbe Windung und eine Ausleitung des zuletzt zu wickelnden Wicklungsabschnittes auf dem zuerst benutzten Wickelkern fixiert ist,

- daß jeder Wickelleiter in jedem Wicklungsabschnitt mindestens zwei Windungen aufweist und

- daß die Unterspannungswicklungen (1, 2) länger sind als die jeweils zugehörige Oberspannungswicklung (3, 5), so daß die Stromverteilung in den untereinander parallelgeschalteten Wicklungsabschnitten nahezu gleich ist.

2. Hochstromtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwischen den sich gegenüberliegenden Windungen von einander axial benachbarten Wicklungsabschnitten radiale Kühlkanäe (15) vorgesehen sind.

3. Hochstromtransformator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb der Wicklungsabschnitte der Übergang von Windung zu Windung über je eine Kröpfung (16) erfolgt, so daß die steigungslos gewickelten Windungen Wickelzylinder mit rechtwinklig zur Wickelachse liegenden Stirnflächen bilden.

4. Hochstromtransformator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in Achsrichtung aufeinanderfolgende Wicklungsabschnitte einander entgegengesetzten Wickelsinn haben.

5. Hochstromtransformator nach Anspruch 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsabschnitte durch Einlöten der Ausleitungen in Nuten von massiven Leiterplatten (12) elektrisch parallelgeschaltet sind.

6. Hochstromtransformator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß je Phase eine der Leiterplatten (12) mit Hochstromdurchführungen (13) in einer von einer Kesselwand (10) getragenen Platte (14) verbunden ist und daß die anderen Leiterplatten (12) entweder zu einem Sternpunkt für die Unterspannungswicklungen (1 und 2) der drei Phasen zusammengeschlossen sind oder zyklisch mit den erstgenannten Leiterplatten (12) zu einer elektrischen Dreiecksschaltung verbunden sind.

7. Hochstromtransformator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßspanmantel (20) die Wicklungsanordnungen jeder der Phasen vollständig umfaßt und einen radialen Austritt von Kühlflüssigkeit aus der Wicklungsanordnung in den freien Kesselraum verhindert, wobei sich der Preßspanmantel (20) unter Bildung von axialen Kühlkanälen auf dem Umfang der Unterspannungswicklungen 1 und 2 liegenden achsparallelen Distanzleisten (21) abstützt.

Zeichnung