EP0088934A1

EP0088934A1 - Scheibenspulenwicklung aus ineinandergewickelten Einzel- oder Doppelspulen

Info

Publication number: EP0088934A1
Application number: EP83101958A
Authority: EP
Inventors: Gottfried Broszat
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Transformatoren Union AG
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1983-09-21
Also published as: US4486730A; JPS58166709A; KR840002574A; DE3209350A1

Abstract

In derartigen Wicklungen treten innerhalb einzelner Scheibenspulen, insbesondere in von deren Randwindungen eingeschlossenen Ölzwickeln hohe elektrische Feldstärken auf. Zur Minderung dieser hohen elektrischen Feldstärken ist vorgeschlagen worden, im Wicklungseingangsbereich mindestens je zwei Windungen in jeder Scheibenspule am Innen- und Außenrand gegeneinander zusätzlich so zu isolieren, daß eine Wickelleiterkante durch diese Zusatzisolierung winkelförmig umfaßt ist und daß die Windungskapazität zwischen Windungen mit Normalisolierung höher ist als zwischen Windungen mit Zusatzisolierung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Zusatzisolierung (71-73) auf einen im Querschnitt etwa rechteckigen Streifen zu reduzieren, der radial zwischen den zusätzlich zu isolierenden Windungen liegt und dessen Breite in Achsrichtung gleich der entsprechenden Breite des mit Normalisolierung belegten Wickelleiters ist. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Zusatzisolierung gewährleistet eine wirtschaftliche und einfache Fertigung von hochspannungsbelasteten Scheibenspulenwicklungen auch im Nennspannungsbereich um 400 kV, und bewirkt eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit in diesen Scheibenspulenwicklungen.

Description

Die Erfindung betrifft ineinandergewickelte Spulen mit verstärkt isolierter Mantelfläche im Eingangsbereich, bei denen zusätzlich mindestens je zwei Windungen am Innen- und Außenrand gegeneinander zusätzlich so isoliert sind, daß eine Kante durch diese Zusatzisolierung winkelförmig umfaßt ist und daß die Windungskapazität zwischen Windungen mit Normalisolierung höher ist als zwischen Windungen mit Zusatzisolierung.
Durch diese Anordnung ist die Feldstärke in den am höchsten beanspruchten Ölzwickeln zwischen Rand- und Nachbarwindungen durch Verkleidung mit fester Isolierung vom Leiter weg verschoben und erreicht dabei die Größenordnung der Feldstärke an den verstärkt isolierten Kanten an der Mantelfläche. Die hierbei eingesetzten Formringe, beispielsweise mit U- oder L-förmigem Querschnitt, stellen einen verhältnismäßig hohen Aufwand dar, der nur für sehr hohe Spannungen gerechtfertigt ist. Dies gilt auch dann, wenn die Formringe durch zusätzliche Ummantelung der Wickelleiter mit Isolierpapier hergestellt sind und die Randleiter allseitig umgeben.
.Bei nicht so extrem hohen Spannungen kann schon in Hochspannungswicklungen ohne verstärkt isolierte Mantelflächen die Belastung der Kantenisolierung an der Mantelfläche der Wicklung niedriger sein als die Belastung durch die Spannung zwischen benachbarten Windungen. Auch hierbei ist durch die Zusatzisolierung eine große Sicherheit_gegen Längsüberschläge wie gegen die im wesentlichen durch die Normalisolierung der Leiter erreichte Sicherheit gegen Durchschläge zwischen benachbarten Windungen einstellbar. Der Aufbau der Zusatzisolierung aus Formringen ist hierbei jedoch im Verhältnis noch aufwendiger als bei Wicklungen mit verstärkt isolierten Mantelflächen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Hochspannungswicklungen aus Scheibenspulen in Transformatoren mit und ohne verstärkte Isolierung der Wicklungsmantelflächen eine Anordnung und Gestaltung von Scheibenspulen anzugeben, in denen die Sicherheit der Isolierung gegen Längsüberschläge über mehrere Scheibenspulen etwa gleich der Sicherheit der Windungs- und der Spulenisolierung gegen Durchschläge ist, ohne dabei einen nennenswerten Mehraufwand zu erfordern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für eine Scheibenspulenwicklung gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Zusatzisolierung auf ein im Querschnitt etwa rechteckiges Abstandsstück reduziert ist, das radial zwischen den zusätzlich zu isolierenden Windungen liegt und dessen Breite in Achsrichtung gleich der entsprechenden Breite des mit Normalisolierung belegten Wickelleiters ist.
Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung ist die Summe der radialen Abmessungen der Zusatzisolierungen je Scheibenspule gleich der radialen Stärke des normal isolierten Wickelleiters oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon. Dabei nimmt zur Gewährleistung der Wirtschaftlichkeit der durch die Zusatzisolierung erzeugte Metallabstand der radial benachbarten Windungen in den vom Hochspannungseingang der Wicklung entfernten Scheibenspulen entsprechend der abnehmenden Stoßbeanspruchungen ab.
Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung besteht die Zusatzisolierung aus Isolierstreifen oder aus Kühlkanalleisten oder aus einer Kombination dieser Formen, wobei eine abgestufte Isolierung entsteht, an der bei Stoßspannungsbeanspruchungen die Feldstärken im Öl an den Spulenrändern und zwischen den Windungen annähernd gleich sind.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Wicklung ist sehr vorteilhaft, weil sie durch Vereinfachung eine wirtschaftliche Gestaltung und Anwendung der in Sonderfällen erforderlichen Zusatzisolierung gewährleistet.
Sieben Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand prinzipieller Darstellungen in einer Zeichnung näher erläutert. Dabei sind von Scheibenspulenwicklungen jeweils dem Hochspannungswicklungseingang benachbarte Scheibenspulen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Zusatzisolierung gleicher Gesamtstärke in jeder von drei Scheibenspulen;
Fig. 2 eine Zusatzisolierung mit abnehmender Stärke, jedoch gleicher Anzahl von zusätzlich isolierten Windungen in jeder von zwei Scheibenspulen;
Fig. 3 eine Zusatzisolierung an allen Windungen in zwei Scheibenspulen;
Fig. 4 eine nach Stärke und Stückzahl abgestufte Zusatzisolierung in drei Scheibenspulen, die zusätzlich auch in axialer Richtung Zusatzisolierungen aufweisen und
Fig. 5, 6 und 7 eine Zusatzisolierung gleicher Stärke für gleiche Anzahlen von Windungen in je zwei Scheibenspulen.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Übliche, sogenannte ineinandergewickelte Scheibenspulen sind aus zwei gleichzeitig und räumlich parallel zugeführten Wickelleitern gewickelt, deren Windungen 1 bis n in der Reihenfolge der eingetragenen Ziffern vom Laststrom durchflossen werden.
Zwischen einander benachbarten Windungen liegt jeweils ein Vielfaches der Windungsspannung. Zur Bestimmung dieser Spannung ist jeweils die Differenz der Ziffern in den betrachteten Windungen mit der einfachen Windungsspannung zu multiplizieren, woraus man die bei linearer Verteilung, etwa bei Wechselspannung, auftretende Spannungsdifferenz zwischen Nachbarleitern erhält. Die Spannungsdifferenz bei Stoßspannung beträgt ein Mehrfaches dieses linearen Anteils. Bei der Differenzbildung ist lediglich zu berücksichtigen, daß an den eingezeichneten Verbindungen, welche die Leiter mit um eins unterschiedlichen Ziffern verbinden, diese Differenz Null ist. Daher ist bei der Differenzbildung zwischen Nachbarleitern die Anzahl der dazwischenliegenden Verbindungen abzuziehen. Für den so errechneten linearen Anteil der Spannungsdifferenz ist die auf die Wickelleiter aufgebrachte durchgehende Isolierung 70 so ausgelegt, daß sie nicht durchschlagen werden kann. Ausschließlich unter diesem Gesichtspunkt dimensionierte Isolierungen 70 schließen Vorentladungen in den einzelnen Ölzwickeln zwischen den Isolierungen benachbarter Windungen nicht aus.
Zur Vermeidung der kritischen dieser Vorentladungen und zur Verbesserung der Spannungsfestigkeit der aus Scheibenspulen aufgebauten Hochspannungswicklung dienen Zusatzisolierungen 71 bis 73, deren radiale Stärke mit steigenden Bezugszeichen abnimmt. Durch die Anordnung dieser Zusatzisolierungen werden die Sicherheit der Isolierungen zwischen einander benachbarten Windungen, zwischen einander benachbarten Scheibenspulen, sowie die Spannungsfestigkeit zwischen weiter auseinanderliegenden Scheibenspulen harmonisiert und optimiert.
- Kritische Vorentladungen, die radial bis zur Mantelfläche vorlaufen können und dann weiter axial längs der Mantelfläche und somit Längsüberschläge einleiten können, sind nur zwischen Rand- und Nachbarleitern möglich. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 2, 5, 6 und 7 sind daher nur dort Zusatzisolierungen 71 bis 73 vorgesehen. Damit aber nicht die zwischen den übrigen Leitern auftretenden nicht kritischen Vorentladungen wegen hoher axialer Feldkomponenten den Kühlkanal überbrücken und dadurch kritisch werden, muß die Kanalisolation entsprechend reichlich dimensioniert werden. Dies erfolgt beispielsweise durch Vergrößerung der radialen Kühlkanäle oder durch eine Anordnung gemäß Figur 4, in der axial zwischen einander benachbarten Scheibenspulen scheibenförmige Zusatzisolierungen 74 vorgesehen sind, die eine weitere Harmonisierung und Optimierung der vorgenannten Spannungsbelastungen ermöglichen.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit scheibenförmigen Zusatzisolierungen 74 dargestellt, bei dem außerdem die den Mantelflächen der Scheibenspulen zugekehrten Ecken durch Winkel 75 verstärkt isoliert sind und in denen die Scheibenförmigen Zusatzisolierungen 74 gleichzeitig die Funktion von Ausgleichsscheiben haben.
Die radial zwischen einander benachbarten Windungen angeordneten Zusatzisolierungen 71 bis 74 verringern insbesondere die Feldstärke des elektrischen Feldes in von einander benachbarten Wickelleiterkanten gebildeten Ölzwickeln und gewährleisten dadurch, daß in diesen Ölzwickeln mögliche Vorentladungen erst bei wesentlich höheren Spannungsbelastungen einsetzen und ermöglichen infolge der unveränderten Normalisolierung der Wickelleiter trotzdem eine praktisch unverändert gleich gute Kühlung derselben.
Vorteilhafterweise ist in Scheibenspulen,die infolge ihres Abstands vom Hochspannungseingang weniger Zusatzisolierungen 71 bis 73 erfordern und deren radiale Abmessungen dadurch kleiner sind als bei Scheibenspulen mit sehr starken Zusatzisolierungen 71 bis 73, die Anzahl der Windungen erhöht.
Die üblicherweise gleichzeitig gewickelten zwei . Wickelleiter in den Scheibenspulen geben dann nicht an allen Umfangsstellen eine geradzahlige Windungszahl wenn die Verbindungen von Scheibenspule zu Scheibenspule am Umfang entsprechend versetzt sind. Deshalb sind einmal die Windungszahlen in den einzelnen Scheibenspulen nicht alle geradzahlig. Zum anderen ist in den AusfUhrungsbeispielen gemäß Figur 1 bis 5 ohne Beachtung der räumlichen Lage der von Scheibenspule zu Scheibenspule führenden Verbindungsleiter nicht klar die Voraussetzung erkennbar, an welchen Stellen kritische Vorentladungen zum Ausbreiten längs der Wicklungsmantelfläche und zum Längsüberschlag zu erwarten sind. Diese Voraussetzungen sind aber in der Darstellung gemäß Figur 6 längs einer punktierten Linie erfüllt, längs der dann auch ein Längsüberschlag einsetzen wird.
Die Wirkung der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß entsprechende Stellen,bei denen Längsüberschlagsvoraussetzungen vorliegen, bei allen ineinandergewickelten Spulen, insbesondere in Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 5, an irgend einer nicht gezeichneten Stelle vorkommen. So ist z.B. der in Figur 6 dargestellte Wicklungsquerschnitt eine nicht gezeichnete Umfangsstelle der Anordnung gemäß der Figur 5, sonst aber identisch mit dem in Figur 5 dargestellten Wicklungsquerschnitt.

Claims

1. Scheibenspulenwicklung aus ineinandergewickelten Einzel-oder Doppelspulen, in denen die Isolierung mindestens in den am Wicklungseingang liegenden Spulen ausgehend von der inneren und der äußeren Mantelfläche zwischen mindestens je zwei Windungen durch Zusatzisolierungen verstärkt ist, die mindestens eine Kante dieser Windungen schützen, so daß die Windungskapazität zwischen von Zusatzisolierungen freien Windungen höher ist als die Windungskapazität zwischen den mit Zusatzisolierung ausgerüsteten Windungen, - dadurch gekennzeichnet , daß die Zusatzisolierung (71 bis 73) auf ein im Querschnitt etwa rechteckiges Abstandsstück reduziert ist, das radial zwischen den zusätzlich zu isolierenden Windungen (1 bis n) liegt und dessen Breite in Achsrichtung gleich der entsprechenden Breite des mit Normalisolierung belegten Wickelleiters ist.

2. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Summe der radialen Abmessungen der Zusatzisolierungen (71 bis 73) je Scheibenspule gleich der radialen Stärke des normal isolierten Wickelleiters oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon ist.

3. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der durch die Zusatzisolierung (71 bis 73) erzeugte Metallabstand zwischen radial benachbarten Windungen mit zunehmendem Abstand der zugehörigen Scheibenspulen vom Hochspannungseingang der Wicklung abnimmt.

4. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusatzisolierung (71 bis 73) aus massiven Isolierstreifen oder Kühlkanalleisten oder einer Kombination dieser beiden Formen bestehen.

5. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß scheibenförmige Zusatzisolierungen (74) oder Ausgleichsscheiben aus Isolierstoff in axialer Richtung zwischen benachbarten Scheibenspulen so angeordnet sind, daß ein radialer ölkanal zwischen zwei benachbarten Scheibenspulen mit unterschiedlicher radialer Ausdehnung die gleiche axiale Höhe hat wie zwischen Scheibenspulen mit einander gleicher radialer Ausdehnung (Fig. 4 und 7).