Hochspannungswicklung mit gesteuerter Spannungsverteilung für Transformatoren

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Hochspannungswicklung mit gesteuerter Spannungsverteilung für Transformatoren mit großen Nennleistungen, wobei zur Spannungssteuerung besondere, im Normalbetrieb stromlose Leiter zu Kondensatorspulen aufgewickelt sind.

[0002] Bei der Anregung von Wicklungen mit schwingenden Schaltspannungen mit einer Frequenz, die einer Eigenfrequenz der Wicklung entspricht, d.h. bei Resonanzanregung, sind die entstehenden Amplituden und Gradienten der resonanzfrequenten Spannungsverteilung um so hoher, je geringer die wirksame Wicklungsdämpfung ist. Diese hohen Amplituden und großen Gradienten sind sehr unerwünscht.

[0003] Zur Steuerung der Spannungsverteilung in Hochspannungswicklungen von Transformatoren ist durch die DE-A- 23 28 375 eine Kondensatorbatterie bekannt geworden, deren einzelne Kondensatoren ihnen jeweils zugeordneten Wicklungsabschnitten parallelgeschaltet sind. Diese Kondensatorbatterien sind räumlich neben den Transformatorwicklungen angeordnet und dadurch nicht mit dem die Hochspannungswicklungen durchsetzenden Fluß verkettet. Diese Kondensatorbatterien sorgen daher zwar für eine gute Verteilung von auf die Transformatorwicklung auftreffenden Stoßspannungen, bewirken jedoch andererseits nur eine minimale oder gar keine Dämpfung von durch Schaltspannungen angeregten Schwingungen in den Wicklungen.

[0004] Ähnlich verhalten sich auch mit Steuerleitern versehene Transformatorwicklungen gemäß der DE-B- 10 69 279, der DE-A- 24 18 230 sowie der DE-A- 23 23 304. Diese bekannten Wicklungsanordnungen zeigen aus Scheibenspulen mit eingewickelten Steuerleitern bzw. aus Wicklungslagen mit eingewickelten Steuerleitern aufgebaute Wicklungen. Die in den bekannten Wicklungen vorgesehenen Steuerleiter sind kapazitiv mit der jeweils zugehörigen Wicklung gekoppelt und sind im Normalbetrieb stromlos. Auch diese Steuerleiter haben nur einen sehr geringen Einfluß auf die Dämpfung von durch Schaltspannunge angeregte Schwingungen in den Wicklungen.

[0005] Aus den DE-A- 21 17 422 ist ein einstellbarer Leistungstransformator bekannt, mit einer an ein Hochspannungsnetz anschließbaren, aus einer Stamm- und Stufenwicklung bestehenden Zylinderwicklung und einem eine Reihenschaltung eines Ohm'schen Widerstandes und eines Kondensators enthaltenden, zur Dämpfung von Wicklungsschwingungen bei Stoßspannungsbeanspruchung dienenden und parallel zu einem Wicklungsteil geschalteten RC-Glied, bei dem die mit einer Schaltvorrichtung verbundene Stufenwicklung aus einer zu- und abschaltbaren Grobstufenwicklung und einer mit Anzapfung versehenden, dazu koaxial angeordneten Feinstufenwicklung besteht, wobei die Grobstufenwicklung zwischen der radial außenliegenden Feinstufenwicklung und der radial innenliegenden Stammwicklung angeordnet und das RC-Glied parallel zur Grobstufenwicklung geschaltet sind und der Wirkwiderstand des RC-Gliedes für eine einer Eigenschwingung der Grobstufenwicklung entsprechende Kreisfrequenz annähernd gleich seinem Blindwiderstand gewählt ist.

[0006] Dies dient der Verbesserung der Dämpfung der elektrischen Schwingungen sowohl in dem der Grobstufenwicklung entsprechenden als auch in dem der Feinstufenwicklung entsprechenden Teil der Regelwicklung dieses Trafos.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Hochspannungswicklungen mit gesteuerter Spannungsverteilung der eingangs genannten Art eine Anordnung zu schaffen, durch die eine gut wirksame Dämpfung von schwingenden Spannungen in den Wicklungen im Bereich von deren Eigenfrequenzen gewährleistet ist.

[0008] Diese Aufgabe wird bei Hochspannungswicklungen mit parallel geschalteten Kondensatorspulen dadurch gelöst, daß die Kondensatorspulen mit demselben Fluß verkettet sind wie die zu steuernde Hochspannungswicklung und dadurch, daß die beiden Seiten jedes von den Kondensatorspulen gebildeten Kondensators über einen ohmschen Widerstand miteinander verbunden sind, so daß sie mit diesem zusammen ein mit der Hochspannungswicklung induktiv gekoppeltes RC-Glied darstellen.

[0009] Nach vorteilhaften Ausgestaltungen und zweckmäßigen Weiterbildungen ist jede Kondensatorspule als eine Doppelscheibenspule aus zwei oder vier räumlich parallel gewickelten Leitern ausgebildet, liegt eine Seite der Kondensatorspulen über eine Potentialverbindung an der Hochspannungswicklung und sind die ohmschen Widerstände und/oder die Kondensatorspulen in zur stirnseitigen Potentialfeldsteuerung vorgesehene Schirmringe aus, folienumwickeltem, nicht leitendem Werkstoff eingelegt.

[0010] Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der stromlose Leiter in die Hochspannungswicklung mit eingewickelt und mit dieser über einen ohmschen Widerstand verbunden ist, so daß der Leiter der Hochspannungsspule selbst eine Seite des Kondensators ist.

[0011] Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung bei ihrer Anwendung in Feinstufenlagenwicklungen bestehen darin, daß der stromlose Leiter einen zusätzlichen Gang in leiner als mehrgängiger Wendel ausgeführten Feinstufenlagenwicklung darstellt oder daß, in einer abschnittsweise mit jeweils zwei Stufen je Abschnitt ineinandergewickelten Feinstufenlagenwicklung für eine ungerade Anzahl von Stufen ein in einem Abschnitt vorhandener leerlaufender Gang mit dem ohmschen Widerstand beschaltet ist und als stromloser Leiter dient.

[0012] Zweckmäßige Ausgestaltungen des eingesetzten ohmschen Widerstandes bestehen auch darin, daß dieser spannungsabhängig ist oder daß dieser aus der Parallelschaltung eines spannungsabhängigen mit einem festen Widerstand besteht.

[0013] Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung bei ihrer Anwendung in normalen, nicht ineinandergewickelten, Spulen bestehen darin, daß der stromlose Leiter als Zusatzspule zwischen zwei Spulen der Wicklung eingebaut ist oder darin, daß der stromlose Leiter bzw. Kondensatorbelag als Schirmring ausgebildet ist.

[0014] Die analoge Lösung für normale, nicht ineinandergewickelte, Lagenwicklungen besteht darin, den stromlosen Leiter bzw. Kondensatorbelag als Eingangsschild auszubilden.

[0015] Die erfindungsgemäße Beschaltung von Hochspannungswicklungen ist sehr vorteilhaft, weil sie in einfacher Weise durch geeignete Einstellung des ohmschen Widerstandes eine frequenzabhängige Dämpfung von Spannungsschwingungen in der Hochspannungswicklung ermöglicht, ohne dabei eine nennenswerte Erhöhung der Verluste bei der Betriebsfrequenz zu verursachen. Dabei wird durch Anordnung der Kondensatorspulen im Bereich der Schwingungsbäuche des magnetischen Streufeldes eine besonders wirksame Bedämpfung der Hochspannungswicklung erzwungen.

[0016] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert.

[0017] In allen Figuren sind lediglich die prinzipiellen Leiteranordnungen im Schnitt dargestellt. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine Wicklung beliebiger Art mit je einer Kondensatorspule in der axialen Wicklungsmitte und an einem axialen Wicklungsende,

Figur 2 eine Kondensatorspule aus zwei räumlich parallelen Leitern in einer Scheibenspulenanordnung,

Figur 3 eine Kondensatorspule aus vier räumlich parallelen Leitern in einer Scheibenspulenanordnung,

Figur 4 eine Kondensatorspule, deren eine Kondensatorseite von dem den Laststrom führenden Leiter einer Scheibenspulenwicklung dargestellt ist,

Figur 5 eine Grobstufenlagenwicklung,

Figuren 6 und 7 je eine
Feinstufenlagenwicklung,

Figur 8 eine in eine normale Doppelspulenwicklung eingebaute stromlose Zusatzspule,

Figuren 9 und 10 Kondensatorspulen, deren stromloser Belag als Schirmring ausgebildet ist, und

Figur 11 eine Kondensatorspule, die aus der Eigangslage und dem Eingangsschild einer Lagenwicklung besteht.

[0018] Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0019] Um einen lediglich als punktgestrichelte Linie angedeuteten Eisenkernschenkel 11 ist gemäß Figur 1 eine aus zwei axial hintereinanderliegenden Teilen 12 und 13 aufgebaute Wicklung angeordnet. Die Wicklung ist in bekannter Weise als Lagen- oder Scheibenspulenwicklung ausgeführt. Zwischen den beiden Teilen 12 und 13 sowie unterhalb des Teiles 13 an dessen Stirnseite ist jeweils eine Kondensatorspule 14 aus jeweils zwei stromlosen Leitern 15 angeordnet. Die jeweils eine Kondensatorspule 14 bildenden stromlosen Leiter 15 sind spiralig zu einer Scheibenspule aufgewickelt, die durch ihre räumliche Anordnung jeweils vor bzw. zwischen Stirnseiten der Teile 12 und 13 mit demselben Fluß verkettet sind wie die Wicklung selbst.

[0020] Die Anschlüsse der beiden Seiten des jeweils von einer Kondensatorspule 14 gebildeten Kondensators liegen an einem ohmschen Widerstand 16. Dadurch bildet jede der Kondensatorspulen 14 zusammen mit dem ihr jeweils zugeordneten Widerstand 16 ein RC-Glied. Die Kondensatorspulen 14 und die Wicklung aus den Teilen 12 und 13 sind infolge der Verkettung mit demselben Fluß induktiv miteinander gekoppelt, so daß der resultierende Dämpfungswiderstand des RC-Gliedes transformatorisch in die Wicklung übertragen wird. Durch diese Dämpfung werden die Amplituden von beispielsweise durch Schaltspannungen angeregte Schwingungen ohne besonderen Aufwand in beherrschbaren Größenordnungen gehalten.

[0021] Bei der Ausführung gemäß Figur 2 besteht die Kondensatorspule 14 aus zwei Scheibenspulen, die die gleichen Abmessungen haben wie Scheibenspulen in den benachbarten Teilen 12 und 13 der beschalteten Wicklung. Auch bei dieser Ausführung ist die Kondensatorspule 14 aus zwei stromlosen Leitern 15 spiralig aufgewickelt. Die beiden Leiter 15 sind im Bereich der inneren Windungen der Scheibenspulen gegeneinander ausgekreuzt. Die beiden Seiten des Kondensators sind über einen spannungsabhängigen Widerstand 17 miteinander verbunden. Die Kondensatorspulen 14 sowie die Teile 12 und 13 sind wiederum induktiv miteinander gekoppelt, so daß auch bei dieser Anordnung ein Dämpfungswiderstand in die Wicklung übertragen wird.

[0022] Die Anordnung gemäß Figur 3 entspricht weitgehend derjenigen gemäß Figur 2. Die Kondensatorspulen 14 sind jedoch in diesem Fall aus vier stromlosen Leitern 15 spiralig aufgewickelt. Außerdem ist als ohmscher Widerstand eine Parallelschaltung aus einem festen Widerstand 16 sowie einem spannungsabhängigen Widerstand 17 vorgesehen.

[0023] Auch die Ausführung gemäß Figur 4 bezieht sich wieder auf eine Wicklung aus Scheibenspulen, wobei die Wicklung aus Teilen 12 und 13 zusammengesetzt ist. Bei dieser Ausführung übernimmt jedoch der auch im Bereich der Kondensatorspulen 14 durchgewickelte, den Laststrom führende Leiter der Wicklung zusätzlich die Funktion eines stromlosen Leiters, so daß lediglich ein einziger stromloser Leiter 15 erforderlich ist. Dieser stromlose Leiter 15 ist über zwei Scheibenspulen geführt und neben der Auskreuzung des den Laststrom führenden Leiters ebenfalls ausgekreuzt. Gegenüber der Auskreuzung sind ein Ende des Leiters 15 und die dessen anderem Ende anliegende Windung des den Laststrom führenden Leiters durch einen festen Widerstand 16 miteinander verbunden. Dadurch ist zusätzlich zur induktiven Kopplung der Wicklung mit der Kondensatorspule 14 deren Potential bestimmt. Durch entsprechende Bemessung des stromlosen Leiters 15 haben auch hierbei die Kondensatorspulen 14 vorzugsweise die Abmessungen der Scheibenspulen in den Teilen 12 und 13 der Wicklung.

[0024] Figur 5 zeigt eine einlagige Grobstufenwicklung mit einem den Laststrom führenden Leiter 18 und einem räumlich parallel hierzu mit eingewickelten stromlosen Leiter 15. Die beiden Leiter 18 und 15 bilden wiederum die beiden Seiten eines Kondensators. Ein Ende der Grobstufenwicklung ist mit dem deren anderem Ende gegenüberliegenden Ende des stromlosen Leiters 15 über einen festen Widerstand 16 verbunden, so daß ein induktiv mit der Grobstufenwicklung gekoppeltes RC-Glied gebildet ist.

[0025] Figur 6 zeigt eine Feinstufenwicklung aus vier räumlich parallel in einer Lage liegenden, den Laststrom führenden Leitern 18 mit den Anzapfungen 1 bis 5. In diese Wicklungslage ist in einem zusätzlichen Gang ein stromloser Leiter 15 mit eingewickelt. Der Anfang eines der den Laststrom führenden Leiters 18 ist mit dem Ende des stromlosen Leiters 15 analog zu der Ausführung gemäß Figur 5 über einen festen Widerstand 16 verbunden.

[0026] Figur 7 zeigt schließlich eine abschnittsweise ineinandergewickelte einlagige Feinstufenwicklung mit Anzapfungen 1 bis 10 und mit jeweils zwei Stufen je Abschnitt, so daß eine gerade Anzahl von Gängen erforderlich ist. Mit Rücksicht auf den Stufenwähler ist jedoch eine ungerade Anzahl von Stufen zweckmäßig. Infolge dessen ist bei solchen Wicklungen ein leerlaufender Gang mit der Windungszahl einer Stufe vorhanden. Das Ende dieses leerlaufenden Ganges ist beim in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Anfang der zugehörigen Stufenwicklung über einen festen Widerstand 16 verbunden. Dadurch übernirri-mt in dieser Anordnung der leerlaufende Gang die Funktion des stromlosen Leiters 15, indem er mit den Windungen der zugehörigen Stufenwicklung einen spulenförmigen Kondensator bildet, der wiederum mit dem festen Widerstand 16 ein mit der Feinstufenwicklung induktiv gekoppeltes RC-Glied darstellt.

[0027] Die Figuren 9-11 zeigen eine Hochspannungswicklung, wobei die Kondensatorspule 14 und/oder die Widerstände 16, 17 in zur stirnseitigen Potentialfeldsteuerung vorgesehene Schirmvinge aus folienumwickeltem, nichtleitendem Werkstoff eingelegt sind.

Ansprüche

1. Hochspannungswicklung mit gesteuerter Spannungsverteilung für Transformatoren mit großen Nennleistungen, wobei zur Spannungssteuerung besondere, im Normalbetrieb stromlose Leiter (15) zu Kondensatorspulen (14) aufgewickelt sind, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Kondensatorspulen (14) mit demselben Fluß verkettet sind wie die zu steuernde Hochspannungswicklung (12, 13) und

- daß die beiden Seiten jedes von den Kondensatorspulen (14) gebildeten Kondensators über einen ohmschen Widerstand (16,17) miteinander verbunden sind, so daß sie mit diesem zusammen ein mit der Hochspannungswicklung (12, 13) induktiv gekoppeltes RC-Glied darstellen.

2. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kondensatorspule (14) als eine Doppelscheibenspule aus zwei oder vier räumlich parallel gewickelten Leitern (15) ausgebildet ist (Figuren 2 bzw. 3).

3. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des ohmschen Widerstandes (16, 17) über eine Potentialverbindung an der Hochspannungswicklung liegt.

4. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorspulen (14) und/oder die Widerstände (16, 17) in zur stirnseitigen Potentialfeldsteuerung vorgesehene Schirmringe aus folienumwickeltem, nichtleitenden Werkstoff eingelegt sind (Figuren 9-11).

5. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stromlose Leiter (15) in die Hochspannungswicklung mit eingewickelt und mit dieser über den ohmschen Widerstand (16, 17) verbunden ist, so daß der Leiter der Hochspannungsspule selbst eine Seite des Kondensators ist (Figuren 4, 5, 6 und 7).

6. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der stromlose Leiter (15) einen zusätzlichen Gang in einer als mehrgängiger Wendel ausgeführten Feinstufenlagenwicklung darstellt (Figur 6).

7. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer abschnittsweise mit jeweils zwei Stufen je Abschnitt ineinandergewickelten Feinstufenlagenwicklung für eine ungerade Anzahl von Stufen ein in einem Abschnitt vorhandener leerlaufender Gang mit dem ohmschen Widerstand (16, 17) beschaltet ist und als stromloser Leiter dient (Figur 7).

8. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand (17) spannungsabhängig ist.

9. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand aus der Parallelschaltung eines spannungsabhängigen (17) und eines festen (16) Widerstandes besteht.

10. Hochspannungswicklung nach den Ansprüchen 1, 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der stromlose Leiter (15) eine in eine normale Doppelspulenwicklung eingebaute Spule darstellt (Figur 8).

Claims

1. A high-voltage winding with controlled voltage distribution for transformers of a large nominal output, having specific conductors (15) which are currentless during normal operation wound to form capacitor coils (14) for the voltage control, characterised in

- that the capacitor coils (14) are influenced by the same flux as the high voltage winding (12, 13) to be controlled; and

- that the two sides of each capacitor formed by the capacitor coils (14) are connected to one another by means of a resistor (16, 17), so that together with said resistor they represent an RC- element which is inductively coupled to the high voltage winding (12, 13).

2. A high-voltage winding as claimed in Claim 1, characterised in that each capacitor coil (14) is designed as a double disc coil consisting of two or four conductors (15) wound to be spatially parallel (Figures 2 and 3).

3. A high-voltage winding as claimed in Claims 1 and 2, characterised in that one side of the resistor (16, 17) is connected to the high-voltage winding by means of a potential connection.

4. A high-voltage winding as claimed in Claims 1 to 3, characterised in that the capacitor coils (14) and/or the resistors (16, 17) are inserted into screening rings provided for the front potential field control and consisting of non-conductive material, around which foil is wound (figures 9-11

5. A high-voltage winding as claimed in Claim 1, characterised in that the currentless conductor (15) is interwound into the high-voltage winding and connected thereto by means of the resistor (16, 17), so that the conductor of the high-voltage coil is itself one side of the capacitor (Figures 4, 5, 6 and 7).

6. A high-voltage winding as claimed in Claims 1 and 5, characterised in that the currentless conductor (15) represents an additional strand in a closely-stepped layer winding which is designed as a multi-thread spiral (Figure 6).

7. A high-voltage winding as claimed in Claims 1 and 5, characterised in that a closely-stepped layer winding is respectiively interwound as an uneven number of stages with two stages per section, and an idling thread present in a section is equipped with the resistor (16, 17) and serves as a currentless conductor (Figure 7).

8. A high-voltage winding as claimed in one of Claims 1 to 7, characterised in that the resistor (17) is voltage-dependent.

9. A high-voltage winding as claimed in one of Claims 1 to 7, characterised in that the resistor consists of the parallel connection of a voltage-dependent resistor (17) and a fixed resistor (16).

10. A high-voltage winding as claimed in Claims 1, 5 and 8, characterised in that the currentless conductor (15) is a coil installed into a conventional double coil winding (Figure 8).

Revendications

1. Enroulement à haute tension avec répartition commandée de la tension, pour des transformateurs possédant des puissances nominales élevées et dans lequel pour réaliser la commande de la tension, des conducteurs particuliers (15), non alimentés en courant lors du fonctionnement normal, sont enroulés de manière à former des bobines de condensateur (14), caractérisé par le fait

- que les bobines de condensateur (14) sont parcourues par le même flux que l'enroulement à haute tension (12 et 13) devant être commandé, et

- que les deux côtés de chaque condensateur formé par les bobines de condensateur (14), sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'une résistance ohmique (16, 17) de sorte qu'ils représentent en association avec cette résistance, un circuit RC couplé de façon inductive à l'enroulement à haute tension (12, 13).

2. Enroulement à haute tension suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque bobine de condensateur (14) est réalisée sous la forme d'une bobine double formée de deux ou de quatre conducteurs (15) bobinés en parallèle dans l'espace (figure 2 ou 3).

3. Enroulement à haute tension suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'une borne de la résistance ohmique (16, 17) est raccordée par l'intermédiaire d'une liaison de potentiel à l'enroulement à haute tension.

4. Enroulement à haute tension suivant les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les bobines de condensateur (14) et/ou les résistances (16, 17) sont insérées dans des anneaux de protection qui sont prévus pour la commande du champ de potentiel au niveau des faces frontales, et sont constitués en un matériau non conducteur enroulé sous forme de feuille (figures 9-11).

5. Enroulement à haute tension suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le conducteur non alimenté en courant (15) est enroulé conjointement dans l'enroulement à haute tension et est relié à ce dernier par l'intermédiaire de la résistance ohmique (16, 17), de sorte que le conducteur de la bobine à haute tension constitue lui-même une face du condensateur (figures 4, 5, 6 et 7).

6. Enroulement à haute tension suivant les revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le conducteur sans courant (15) représente une spire supplémentaire dans un enroulement à couches à échelonnement fin réalisé sous la forme d'une hélice à plusieurs spires (figure 6).

7. Enroulement à haute tension suivant les revendications 1 et 5, caractérisé par le fait que dans un enroulement formé de couches à échelonnement fin, qui, par intervalles, est formé par l'enroulement imbriqué de deux échelons respectifs dans chaque intervalle, pour un nombre impair d'échelons, une spire fonctionant à vide est présente dans un intervalle et est raccordée à la résistance ohmique (16, 17) et sert de conducteur sans courant (figure 7).

8. Enroulement à haute tension suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la résistance ohmique (17) est dépendante de la tension.

9. Enroulement à haute tension suivant l'une des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que la résistance ohmique est constituée par le montage en parallèle d'une résistance (17) qui dépend de la tension, et d'une résistance fixe (16).

10. Enroulement à haute tension suivant les revendications 1, 5 et 8, caractérisé par le fait que le conducteur sans courant (15) représente une bobine montée dans un enroulement normal à deux bobines (figure 6).

Zeichnung