Hochspannungswicklung aus axial übereinander angeordneten Scheibenspulenpaaren

Abstract

 Die Scheibenspulen zur Bildung dieser Scheibenspulen­paare (101 bis 106) werden häufig aus zwei räumlich parallelen Leitern gewickelt, die durch elektrische Reihenschaltung in jedem der Scheibenspulenpaare nach­einander gleichsinnig von demselben Strom durchflossen sind. Erfindungsgemäß liegen die jeweils in derselben Scheibenspule aufgewickelten, räumlich parallelen Lei­ter (107) unmittelbar axial aneinander und ist jeder die­ser Leiter (107) für sich ein Bündelleiter, wobei die radial benachbarten Leiter lediglich eine Windungsspan­nung und axial benachbarte Leiter lediglich die halbe Spannung eines kompletten Spulenpaares als Differenz­spannung aufweisen. Derartig ausgebildete Hochspannungs­wicklungen eignen sich insbesondere für Wicklungen, die neben einer hohen Spannung auch für einen sehr hohen Strom auszulegen sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Hochspannungswicklungen aus axial übereinander angeordneten, paarweise elektrisch zu Schei­benspulenpaaren zusammengeschalteten Scheibenspulen aus jeweils zwei räumlich parallelen Leitern, die durch elek­trische Reihenschaltung in jedem der Scheibenspulenpaare nacheinander gleichsinnig von demselben Strom durchflos­sen sind. Dabei folgt innerhalb der elektrischen Reihen­schaltung jedes Scheibenspulenpaares auf den ersten Lei­ter in der ersten Scheibenspule der erste Leiter in der zweiten Scheibenspule und über eine Rückverbindung dann der zweite Leiter in der ersten Scheibenspule und schließ­lich der zweite Leiter in der zweiten Scheibenspule. Eine derartige Wicklungsanordnung ist durch die DE-PS 975 856 bekannt.

[0002] Bei der Verschaltung der einzelnen Leiter innerhalb der Scheibenspulen ist für die Leiter eine verhältnismäßig starke Papierisolation erforderlich, weil diese für eine Spannung anzulegen ist, die gleich dem Produkt aus der Windungsspannung und der Anzahl der in drei Scheibenspu­len enthaltenen Windungen ist. Bei zunehmender Verlust­bewertung wird es notwendig, die Leiterquerschnitte in Teilleiter zu unterteilen, um die Wirbelstromverluste im Streufeld zu reduzieren. Gleichzeitig ist nach Mög­lichkeit der Füllfaktor der Wicklung zu vergrößern, um einen größeren Gesamtquerschnitt und damit eine Absen­kung der I²R-Verluste bei konstanten Außenabmessungen der Wicklung zu erreichen.

[0003] Bei der Verwendung von bekannten Bündelleitern, beispiels­weise der bekannten Drilleiter, in einer Hochspannungs­wicklung der eingangs genannten Art, in der die räumlich parallelen Leiter innerhalb der einzelnen Scheibenspulen radial übereinander liegen, ergeben sich aber Nachteile. So ist wegen der, verglichen mit Einzelleitern, erheblich vergrößerten radialen Bündelabmessung nur eine kleinere Spulenwindungszahl und damit eine verringerte Längskapa­zität je Doppelspule erreichbar. Die verringerte Längs­kapazität hat eine höhere Teilspannung der Belastung der Hochspannungswicklung bei Stoßspannung zur Folge. Die ent­scheidenden Bemessungsgrößen für Radialkanäle zwischen den Spulen steigen dadurch entsprechend an, so daß die Ausführbarkeit der Hochspannungswicklung bei weiter wach­senden Leiterquerschnitten generell in Frage gestellt ist.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hoch­spannungswicklung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei für sehr große Stromstärken ausgelegte sehr große Querschnitte der Leiter eine auch für die Belastung mit Stoßspannungen ausreichend hohe Längskapazität auf­weist.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die jeweils in derselben Scheibenspule aufgewickelten, räumlich parallelen Leiter unmittelbar axial aneinander liegen,
daß jeder dieser Leiter für sich ein Bündelleiter ist und
daß die durch die Spulenverbindungen am Innen- und am Außenumfang festgelegte Reihenfolge der axial benachbar­ten Leiter so getroffen ist, daß die radial benachbarten Leiter lediglich eine Windungsspannung und axial benach­barte Leiter lediglich die halbe Spannung eines komplet­ten Spulenpaares als Differenzspannung aufweisen. Dabei liegt von den beiden räumlich parallelen Leitern der innerhalb einer Scheibenspule jeweils das höhere Poten­tial aufweisende Leiter in den Scheibenspulen desselben Scheibenspulenpaares jeweils axial auf derselben Seite und in den Scheibenspulen von einander benachbarten Schei­benspulenpaaren jeweils auf axial entgegengesetzten Seiten.

[0006] Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind die Einzelleiter in den einzelnen Bündelleitern unverdrillt und liegen die zu einem Scheibenspulenpaar zusammenge­faßten Scheibenspulen unter Verzicht auf einen Kühl- und Isolierkanal unmittelbar aneinander, wobei die Einzellei­ter der Bündelleiter innerhalb der Rückverbindung jeweils zwischen den Scheibenspulen desselben Scheibenspulenpaares gegeneinander ausgekreuzt sind. Dabei sind zur weiteren Vergleichmäßigung der Verkettung der Einzelleiter mit dem Magnetfeld die Einzelleiter innerhalb der Bündelleiter zusätzlich in Kühl- und Isolierkanälen zwischen benach­barten Scheibenspulenpaaren gegeneinander ausgekreuzt.

[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß jeder der Bündelleiter aus einem einzigen Stapel von flach aufeinander liegenden, im Querschnitt rechteckigen Drähten aufgebaut ist und daß innerhalb der Scheibenspu­len die radiale Abmessung des Bündelleiters größer ist als seine axiale Abmessung. Dabei ist zur Minimierung des Isolieraufwandes der maximale Potentialunterschied zwi­schen axial benachbarten Windungen sowohl innerhalb der einzelnen Scheibenspulen als auch gegenüber der benach­barten Windungen in benachbarten Scheibenspulen gleich dem Produkt aus der Windungsspannung und der Windungszahl je Scheibenspule. In vielen Anwendungsfällen ist es ausrei­chend, die Anordnung der ineinander gewickelten Scheiben­spulenpaare auf das hochspannungsseitige Eingangsgebiet der Wicklung zu beschränken.

[0008] Erfindungsgemäß aufgebaute Hochspannungsspulen sind sehr vorteilhaft, weil die radialen Bündelabmessungen prak­tisch beliebig groß ausführbar sind, so daß die hier­durch bestimmte Längskapazität ebenfalls ausreichend groß ist,und weil als maximale Spannungsbeanspruchung im Wicklungsverband nur das Produkt aus der Windungs­spannung und der Zahl der Windungen in einer einzigen Scheibenspule auftritt, so daß Radialkanäle aus elek­trischen Gründen nicht erforderlich sind.

[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt dabei:

Figur 1 einen Querschnitt durch die hochspannungsseitigen Eingangsspulen einer erfindungsgemäßen Hochspannungswick­lung und

Figur 2 den Querschnitt durch ein Leiterbündel aus einem Stapel von flach liegenden Einzelleitern mit rechteckigem Querschnitt.

[0010] Um eine Achse 1OO eines Transformatorschenkels sind kon­zentrisch zueinander von innen nach außen ein nicht dar­gestellter lamellierter Eisenkern sowie eine ebenfalls nicht dargestellte Unterspannungswicklung beliebiger Bau­art und als Oberspannungswicklung eine Hochspannungswick­lung aus Scheibenspulenpaaren 1O1 bis 1O6 angeordnet. Da­bei stellen die Scheibenspulenpaare 1O1 bis 1O6 die hoch­spannungsseitigen Eingangsspulen mit Windungen 1 bis 96 dar, die in der Reihenfolge der eingetragenen Ziffern vom Laststrom durchflossen sind.

[0011] Jedes der Scheibenspulenpaare 1O1 bis 1O6 besteht aus zwei Scheibenspulen mit beim Ausführungsbeispiel je acht Windungen eines Leiters 1O7. Die Abmessung des Leiters 1O7 ist in radialer Richtung deutlich größer als in axialer Richtung.

[0012] Der Leiter 1O7 ist als Bündelleiter aus zehn, vorzugs­weise lackisolierten, Einzelleitern 1O8 aufgebaut, die rechteckigen Querschnitt haben und flach aufeinander liegen. Die Einzelleiter 1O8 werden durch eine Isolier­haut 1O9 aus Papier oder einem anderen Isolierwerkstoff zu einem Bündel zusammengehalten, wobei die Stärke der Isolierhaut 1O9 durch das Produkt aus der Windungsspan­nung und der Anzahl der Windungen in einer Scheibenspule bestimmt ist.

[0013] Jede der Scheibenspulen ist aus zwei räumlich parallelen, axial nebeneinander liegenden Leitern 1O7 gewickelt, von denen im Ausführungsbeispiel jeder angenähert eine Spira­le mit vier Windungen bildet, d.h. jede der Scheibenspu­len besteht aus zwei gleichen axial aneinander liegenden Spiralen, wobei die Spiralen derselben Scheibenspule den­selben und Spiralen benachbarter Scheibenspulen einander entgegengesetzten Wickelsinn aufweisen.

[0014] Je zwei einander benachbarte Scheibenspulen sind zu einem der Scheibenspulenpaare 1O1 bis 1O6 zusammengeschaltet. Dabei sind die von den Leitern 1O7 gebildeten Spiralen elektrisch so in Reihe geschaltet, daß die Windungen in der Reihenfolge der eingetragenen Zahlen vom Strom durch­flossen sind. Innerhalb jeden Scheibenspulenpaares 1O1 bis 1O6 wird dabei infolge dieser Reihenschaltung zunächst die erste Spirale der ersten Scheibenspule von außen nach in­nen, dann die erste Spirale der zweiten Scheibenspule von innen nach außen, sodann über eine Rückverbindung die zweite Spirale der ersten Scheibenspule wieder von außen nach innen und schließlich die zweite Spirale der zweiten Scheibenspule von innen nach außen vom Strom durchflossen.

[0015] Zur Erzielung gleich starker Verkettungen jedes der Einzel­leiter 1O8 mit dem Magnetfluß sind diese jeweils in der Rückverbindung zwischen den beiden ein Scheibenspulen­ paar 1O1 bis 1O6 bildenden Scheibenspulen untereinander in üblicher Art und Weise ausgekreuzt. Weitere Auskreu­zungen sind erforderlichenfalls in den Verbindungen von einander benachbarten Scheibenspulenpaaren 1O1 bis 1O6 vorgesehen.

[0016] In den beiden Scheibenspulen des Scheibenspulenpaares 1O1 hat jeweils die axial in Richtung auf einen Hochspannungs­anschluß 11O liegende Spirale das höhere Spannungspoten­tial, verglichen mit der jeweils anderen Spirale dersel­ben Scheibenspule. In den beiden Scheibenspulen des Scheibenspulenpaares 1O2 ist es gerade umgekehrt. Im Scheibenspulenpaar 1O3 sind die Verhältnisse wieder wie im Scheibenspulenpaar 1O1. Dadurch liegt zwischen zwei axial benachbarten Windungen maximal eine Spannung ent­sprechend dem Produkt aus der Windungsspannung und der Zahl der Windungen einer Scheibenspule, im Ausführungs­beispiel also maximal die achtfache Windungsspannung. Infolge der verhältnismäßig niedrigen maximalen Span­nungsbeanspruchung ist die Stärke der Isolierhaut 1O9 ebenfalls klein. Dadurch liegen die großflächigen, ra­dial gerichteten Breitseiten der Leiter 1O7 mit gerin­gem Abstand nebeneinander und tragen so wesentlich zur Bildung einer guten Längskapazität bei.

Ansprüche

1. Hochspannungswicklung aus axial übereinander angeord­neten, paarweise elektrisch zu Scheibenspulenpaaren (101 bis 106) zusammengeschalteten Scheibenspulen aus jeweils zwei räumlich parallelen Leitern (107), die durch elek­trische Reihenschaltung in jedem der Scheibenspulenpaare (101 bis 106) nacheinander gleichsinnig von demselben Strom durchflossen sind,
wobei in der Reihenschaltung innerhalb jedes Scheibenspulenpaares (101 bis 106) auf den er­sten Leiter in der ersten Scheibenspule der er­ste Leiter in der zweiten Scheibenspule und über eine Rückverbindung dann der zweite Leiter in der ersten Scheibenspule und schließlich der zweite Leiter in der zweiten Scheibenspule folgt, dadurch gekennzeichnet,
- daß die jeweils in derselben Scheibenspule aufgewickel­ten, räumlich parallelen Leiter (107) unmittelbar axial aneinander liegen,
- daß jeder dieser Leiter (107) für sich ein Bündellei­ter ist und
- daß die radial benachbarten Leiter lediglich eine Win­dungsspannung und axial benachbarte Leiter lediglich die halbe Spannung eines kompletten Spulenpaares als Differenzspannung aufweisen.

2. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden räumlich parallelen Leitern (1O7) der innerhalb einer Scheibenspule jeweils das höhere Potential aufweisende Leiter (107) in den Scheibenspulen desselben Scheibenspulenpaares (101 bis 106) axial auf derselben Seite und in den Scheibenspulen von einander benachbarten Scheibenspulenpaaren (101 bis 106) auf axial entgegengesetzten Seiten liegt.

3. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß Einzelleiter (108) in den einzelnen Bündelleitern unverdrillt sind.

4. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß minde­stens die zu einem Scheibenspulenpaar (101 bis 106) zu­sammengefaßten Scheibenspulen unter Verzicht auf einen Kühl- und Isolierkanal unmittelbar aneinander liegen.

5. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelleiter der Bündelleiter innerhalb der Rückverbin­dung jeweils zwischen den Scheibenspulen desselben Schei­benspulenpaares (101 bis 106) gegeneinander ausgekreuzt sind.

6. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelleiter innerhalb der Bündelleiter zusätzlich in Kühl- und Isolierkanälen zwischen benachbarten Scheiben­spulenpaaren (101 bis 106) gegeneinander ausgekreuzt sind.

7. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Bündelleiter aus einem einzigen Stapel von flach auf­einander liegenden, im Querschnitt rechteckigen Drähten als Einzelleitern (1O8) aufgebaut ist.

8. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß inner­halb der Scheibenspulen die radiale Abmessung des Bündel­leiters größer ist als dessen axiale Abmessung.

9. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Potentialunterschied zwischen axial benachbar­ten Windungen sowohl innerhalb der einzelnen Scheiben­spulen als auch gegenüber den benachbarten Windungen in benachbarten Scheibenspulen gleich dem Produkt aus der Windungsspannung und der Windungszahl je einer Scheiben­spule ist.

1O. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der ineinander gewickelten Scheibenspulen­paare (101 bis 106) auf das hochspannungsseitige Ein­gangsgebiet einer Oberspannungsstammwicklung beschränkt ist.

Zeichnung