HIGH-CURRENT TRANSFORMER WITH INDIRECT ADJUSTMENT OF TENSION BY AN INTERMEDIATE CIRCUIT

Abstract: 1. A high current transformer with indirect voltage adjustment via an intermediate circuit, consisting of a main transformer (8) and an additional transformer (9) arranged in a common boiler (10), whose low-voltage windings (1, 2) each consist of a plurality of parallel-connected winding conductors that in common form a 8 in cross-section at right angles to the winding axes, and are electrically connected to one another in series with the connection conductors (17) intersecting so that they are wound in opposing winding directions, characterised by the combination of the following features : - the two low-voltage windings (1, 2) each consist of a single-layer winding composed of a twisted conductor ; - one of a number of winding sections, stacked axially one-above-another, is provided for each parallel-connected winding conductor of each low-voltage winding (1, 2) ; - that mutually-corresponding winding sections of the two low-voltage windings (1, 2) are wound at one stretch in that before the start of the first winding section to be wound, a length of winding conductor sufficiently long for the last half winding and a lead of the last winding section to be wound is fixed to the first used winding core ; - that each winding conductor comprises at least two turns in each winding section ; and - that in the axial direction the low-voltage windings (1, 2) are longer than the respective assigned high-voltage winding (3, 5), so that the current distribution is virtually equal in the winding sections connected in parallel to one another.

Description: Hochstromtransformator mit indirekter Spannungsein- stellung über einen Zwischenkreis 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 rechtwink lig 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. 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 Ubertragung 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. 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 Unterspan nungswicklungen 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. Durch die DE-PS 21 36 211 ist es darüber hinaus für eine derartige Hochstrcmanlage 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. 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. 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 wickeln den Wicklungsabschnittes 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. 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. 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 Kessel wand verbunden ist und wobei die anderen Leiter platten entweder zu einem Sternpunkt für die Unterspannungswicklungen der drei Phasen zusammengeschlossen sind oder zyklisch mit den erstgenannten Leiterplatten zu einer elektrischen Dreiecksschaltung verbunden sind. Die erfindungsgemässe Ancrdnung 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. Ein Aus führungs beispiel nach der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 das Schaltbild eines Hochstromtransformators mit indirekter Spannungseinstellung über einen Zwi schenkreis, Fig. 2 die Draufsicht auf ein Hochstromtransformator aggregat bei abgenommenem Kesseldeckel und abge nommenen oberen Jochen, Fig. 3 einen Querschnitt durch die Unterspannungswick lungen entlang der Schnittlinien III-III, in den Fig. 4 und 5 und Fig. 4 und 5 achsparallele Schnitte durch die Unter spannungswicklung entlang der Schnittlinien IV-IV bzw. V-V. Einander entsprechende Bauteile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Kernschenkel 8 eines dreischenkligen Eisen kernes eines Haupttransformators sind konzentrisch von innen nach aussen von je einer Stufenwicklung 4, je einer Der spannungswicklung 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. 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. 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 ausge- führten 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. 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. 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 Aus führungsbeispiel zweieinhalb Windungen der Unterspannungswicklung 2, wickelbar ist. 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. 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. 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. 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. 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 gegen über Anordnungen mit rein thermisch durch Konvektion angetriebenem Kühlkreislauf höhere Leistungen bei gleichem Wicklungsvolumen umsetzbar sind. 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 ge wickelt 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. Der erfindungsgemässe Wicklungsaufbau ist für alle mit sehr grossen Strömen belasteten Transformator- und Drosselspulenwicklungen mit zwei und mehr Windungen geeignet. 7 Patentansprüche 6 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Hochstromtrans formator mit indirekter Spannungseinstellung über einen Zwischenkreis, bestehend aus je einem in einem gemeinsamen Kessel angeordneten Hauptund 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, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h 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 Unter spannungswicklung (1, 2) einer von axial übereinan dergestapelten 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 aus reichend langes Wickelleiterstück für die letzte halbe Windung und eine Ausleitung des zuletzt zu wickelnden Wicklungsabschnittes auf dem zuerst be nutzten 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 unter einander parallelgeschalteten Wicklungsabschnitten nahezu gleich ist. 2. Hochstromtransformator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens zwischen den sich gegenüberliegenden Windungen von einander axial benachbarten Wicklungsabschnitten radiale Kühlkanäle (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.

Inventors: BONNI, GUNTHER, BRANDES, DONALD, DR., DIPL.-ING. (FH), DIMMLER, WILLI, DIPL.-ING. (FH), FEYERTAG, HELMUT, DIPL.-ING., GROHER, HEINRICH, JANNER, LEO, KOMP, AUGUST, MULLER, WALTER, DR. DIPL.-ING., SUPPEL, ALFRED, DIPL.-ING. (FH), Bonni, Günther, Kömp, August, Müller, Walter, Dr. Dipl.-Ing., Süppel, Alfred, Dipl.-Ing. (FH)
Applicants: TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: H01F27
IPC codes: H01F30, H01F27