Hochspannungswicklung aus axial übereinander angeordneten Scheibenspulenpaaren

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, wobei 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 folgt. Eine derartige Wicklungsanordnung ist durch die DE-C 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 1²R-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.

[0006] Dabei kann 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 liegen.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] Um eine Achse 100 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 101 bis 106 angeordnet. Dabei stellen die Scheibenspulenpaare 101 bis 106 die hochspannungsseitigen Eingangsspulen mit Windungen 1 bis 96 dar, die in der Reihenfolge der eingetragenen Ziffern vom Laststrom durchflossen sind.

[0012] Jedes der Scheibenspulenpaare 101 bis 106 besteht aus zwei Scheibenspulen mit beim Ausführungsbeispiel je acht Windungen eines Leiters 107. Die Abmessung des Leiters 107 ist in radialer Richtung deutlich größer als in axialer Richtung.

[0013] Der Leiter 107 ist als Bündelleiter aus zehn, vorzugsweise lackisolierten, Einzelleitern 108 aufgebaut, die rechteckigen Querschnitt haben und flach aufeinander liegen. Die Einzelleiter 108 werden durch eine lsolierhaut 109 aus Papier oder einem anderen Isolierwerkstoff zu einem Bündel zusammengehalten, wobei die Stärke der lsolierhaut 109 durch das Produkt aus der Windungsspannung und der Anzahl der Windungen in einer Scheibenspule bestimmt ist.

[0014] Jede der Scheibenspulen ist aus zwei räumlich parallelen, axial nebeneinander liegenden Leitern 107 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.

[0015] Je zwei einander benachbarte Scheibenspulen sind zu einem der Scheibenspulenpaare 101 bis 106 zusammengeschaltet. Dabei sind die von den Leitern 107 gebildeten Spiralen elektrisch so in Reihe geschaltet, daß die Windungen in der Reihenfolge der eingetragenen Zahlen vom Strom durchflossen sind. Innerhalb jeden Scheibenspulenpaares 101 bis 106 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.

[0016] Zur Erzielung gleich starker Verkettungen jedes der Einzelleiter 108 mit dem Magnetfluß sind diese jeweils in der Rückverbindung zwischen den beiden ein Scheibenspulenpaar 101 bis 106 bildenden Scheibenspulen untereinander in üblicher Art und Weise ausgekreuzt. Weitere Auskreuzungen sind erforderlichenfalls in den Verbindungen von einander benachbarten Scheibenspulenpaaren 101 bis 106 vorgesehen.

[0017] In den beiden Scheibenspulen des Scheibenspulenpaares 101 hat jeweils die axial in Richtung auf einen Hochspannungsanschluß 110 liegende Spirale das höhere Spannungspotential, verglichen mit der jeweils anderen Spirale derselben Scheibenspule. In den beiden Scheibenspulen des Scheibenspulenpaares 102 ist es gerade umgekehrt. Im Scheibenspulenpaar 103 sind die Verhältnisse wieder wie im Scheibenspulenpaar 101. 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 109 ebenfalls klein. Dadurch liegen die großflächigen, radial gerichteten Breitseiten der Leiter 107 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 durch die Spulenverbindungen am Innen- und Aussenumfang festgelegte Reihenfolge der axial benachbarten Leiter so getroffen, 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 (107) 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 aufeinanderliegenden, im Querschnitt rechteckigen Drähten als Einzelleitern (108) 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.

10. 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.

Claims

1. High voltage winding consisting of disc coils, which are arranged axially one upon the other, are interconnected in pairs, electrically, to form disc coil pairs (101 to 106) and consist of, in each case, two spatially parallel conductors (107), through which the same current flows successively in the same direction by means of an electrical series connection in each of the disc coil pairs (101 to 106), in which case in the series connection within each disc coil pair (101 to 106) the first conductor in the first disc coil is succeeded by the first conductor in the second disc coil and, by way of a return connection, then by the second conductor in the first disc coil and finally by the second conductor in the second disc coil, characterised

- in that the spatially parallel conductors (107), which are wound up in each case in the same disc coil, lie directly axially together,

- in that each of these conductors (107) by itself is a bundle conductor and

- in that the sequence, fixed by the coil connections on the inner and on the outer periphery, of the axially adjacent conductors is such that the radially adjacent conductors merely have one voltage per turn and axially adjacent conductors merely have half the voltage of a complete coil pair as differential voltage.

2. High voltage winding according to claim 1, characterised in that, of the two spatially parallel conductors (107), the conductor (107) which has the higher potential within a disc coil in each case lies axially on the same side in the disc coils of the same disc coil pair (101 to 106) and on axially opposite sides in the disc coils of adjacent disc coil pairs (101 to 106).

3. High voltage winding according to claim 1 or 2, characterised in that individual conductors (108) are not twisted in the individual bundle conductors.

4. High voltage winding according to one of the claims 1 to 3, characterised in that at least the disc coils which are combined to form a disc coil pair (101 to 106) lie directly together dispensing with a cooling and insulating duct.

5. High voltage winding according to one of the claims 1 to 4, characterised in that the individual conductors of the bundle conductors are cross- connected in respect of each other within the return connection in connection in each case between the disc coils of the same disc coil pair (101 to 106).

6. High voltage winding according to one of the claims 1 to 5, characterised in that the individual conductors within the bundle conductors are cross- connected in respect of each other in addition in cooling and insulating ducts between adjacent disc coil pairs (101 to 106).

7. High voltage winding according to one of the claims 1 to 6, characterised in that each of the bundle conductors is built up out of a single stack of wires, which lie one on top of the other in a planar manner and are rectangular in cross section, as individual conductors (108).

8. High voltage winding according to one of the claims 1 to 7, characterised in that within the disc coils the radial dimension of the bundle conductor is greater than the latter's axial dimension.

9. High voltage winding according to one of the claims 1 to 8, characterised in that the maximum potential difference between axially adjacent windings both inside the individual disc coils and in respect of the adjacent windings in adjacent disc coils is equal to the product of the voltage per turn and the number of turns of each disc coil.

10. High voltage winding according to one of the claims 1 to 9, characterised in that the arrangement of the disc coil pairs (101 to 106) wound in each other is restricted to the high-voltage side input area of a high-voltage main winding.

Revendications

1. Enroulement haute tension constitué de bobines sous forme de galettes qui sont superposées axialement et sont électriquement connectées ensemble par paires (101 à 106), chaque galette étant formée de deux conducteurs (107) disposées en parallèle dans l'espace et parcourus l'un après l'autre dans le même sens par le même courant dans chacune des paires de galettes (101 à 106) par suite de leur montage électrique en série, l'agencement étant tel que, dans le montage en série des conducteurs, le premier conducteur de la première galette de chaque paire (101 à 106) est suivi par le premier conducteur de la seconde galette, lui-même rélié par une connexion de retour au second conducteur dans la première galette, lequel est suivi, enfin, par le second conducteur de la seconde galette, caractérisé en ce

- que les conducteurs (107) disposés en parallèles dans l'espace et enroulés dans la même galette, s'appliquent directement l'un contre l'autre dans le sens axial,

- que chacun de ces conducteurs (107) est lui-même un conducteur en faisceau et

- que chacun de ces conducteurs (107) est lui-même un conducteur en faisceau et

- que l'ordre de succession des conducteurs axialement adjacents, ordre qui est fixé par les connexions entre les bobines sur la périphérie intérieure et extérieure, est tel que les conducteurs radialement adjacents présentent seulement la tension par spire comme tension différentielle et que les conducteurs axialement adjacents présentent seulement la moitié de la tension d'une paire de galettes complète comme tension différentielle.

2. Enroulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que, parmi les deux conducteurs (107) en parallèle dans l'espace, celui présentant le potentiel le plus élevé dans une galette, est situé axialement du même côté dans les galettes d'une même paire (101 à 106) et est situé axialement sur des côtés opposés dans les galettes de paires (101 à 106) voisines.

3. Enroulement selon la revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les conducteurs élémentaires (108) dans les différents conducteurs en faisceau ne sont pas torsadés.

4. Enroulement selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, au moins, les galettes réunies en une paire de galettes (101 à 106) s'appliquent directement l'une contre l'autre, sans canal de refroidissement et d'isolement intermédiaire.

5. Enroulement selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les conducteurs élémentaires des conducteurs en faisceau sont mutuellement intervertis par croisement dans la connexion de retour entre les galettes de la même paire (101 à 106).

6. Enroulement selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les conducteurs élémentaires à l'intérieur des conducteurs en faisceau sont en outre intervertis mutuellement, par croisement, dans des canaux de refroidissement et d'isolement entre des paires de galettes (101 à 106) voisines.

7. Enroulement selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chacun des conducteurs en faisceau est formé d'un empilage unique de conducteurs élémentaires (108) sous forme de fils de section droite rectangulaire qui sont appliqués à plat les uns contre les autres.

8. Enroulement selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, à l'intérieur des galettes, la dimension radiale du conducteur en faisceau est plus grande que sa dimension axiale.

9. Enroulement selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la différence de potentiel maximale entre des spires axialement adjacentes, tant à l'intérieur des différentes galettes que par rapport à des spires voisines dans des galettes voisines, est égale au produit de la tension par spire et le nombre de spires par galette.

10. Enroulement selon une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la disposition des paires de galettes (101 à 106) à enroulement imbriqué est limitée à la zone d'entrée côté haute tension d'un enroulement principal haute tension.

Zeichnung