DE2019103A1

DE2019103A1 - Layer winding for transformers and reactors

Info

Publication number: DE2019103A1
Application number: DE19702019103
Authority: DE
Inventors: Gottfried Broszat
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Transformatoren Union AG
Priority date: 1970-04-21
Filing date: 1970-04-21
Publication date: 1971-11-11
Also published as: FR2086222A3; GB1298913A; AT306846B; FR2086222B3; DE2019103B2; CH522278A

Description

TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Deckerstr.TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Deckerstr.

Erf.Nr. FST 70/11 Bis Stuttgart, den 12. August 1970 Erf.Nr. FST 70/11 To Stuttgart, August 12, 1970

PT/FST/Bissinger/biPT / FST / Bissinger / bi

Lagenwicklung für Transformatoren und DrosselspulenLayer winding for transformers and reactors

Die-Erfindung bezieht· sich auf eine Lagenwicklung für " Transformatoren und Drosselspulen, die'in Doppellagenschaltung ausgeführt ist und bei der eine Isolierung zwischen den Lagen vorgesehen ist, mit deren Hilfe kleinere Lagenabstände, eine bessere Lagenkühlung und eine Verringerung der Lagenzahl gegenüber den bisher üblichen Ausführungsforraen für hohe Spannungen erreicht werden.The invention relates to a layer winding for transformers and choke coils, which is designed in a double layer circuit and in which insulation is provided between the layers, with the aid of which smaller layer spacings, better layer cooling and a reduction in the number of layers compared to the previously usual Execution forraen for high voltages can be achieved.

Im Zusammenhang mit fortlaufend gewickelten Lagenwicklungen ist schon eine gestufte Isolation vorgeschlagen worden, mit dem Ziel, kleinere mittlere Lagenabstände zu.erreichen. Eine solche keilförmige isolation ist beispielsweise in Figur 1 dargestellt.In connection with continuously wound layer windings, a stepped insulation has already been proposed with the aim of achieving smaller, average layer spacings. Such a wedge-shaped isolation is shown in FIG. 1, for example.

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Der Anwendungsbereich einer solchen Isolation ist jedoch auf Spannungen bis etwa 110 kv beschränkt. Bei höheren Reihenspannungen genügt eine solche Isolierung bei einer in Doppellagenschaltung ausgeführten Lagenwicklung nicht mehr, da bei einer wirtschaftlich niedrigen Lagenzahl die Lagenspannung bei Stoßvergängen soweit ansteigt, daß die maximale Dicke der festen Isolierung 5 in Figur 1 unwirtschaftlich groß wird, da die Durchschlagungsspannung weit weniger als linear mit der Dicke der festen Isolierung ansteigt. Ein weiterer Nachteil einer zu dicken festen Isolierung besteht darin, daß die Wärmeabfuhr erschwert wird, so daß derartige für höhere Spannungen ausgeführte Lagen praktisch nur einseitig gekühlt werden» DureM laöliare Lagenzahlen und grössere Lagenabstände können zwar diese Nachteile vermieden werden, eine wirtschaftliche Anwendung von in Doppellagenschaltung ausgeführten Lagenwieklungen für höhere Spannungen ist jedoch nieiit möglich.The scope of such isolation is however limited to voltages up to about 110 kV. In the case of higher series voltages, such an insulation is no longer sufficient in the case of a layer winding implemented in a double layer circuit, since it is economical with one low number of layers the layer tension increases so far that the maximum Thickness of the solid insulation 5 in Figure 1 is uneconomical becomes large as the breakdown voltage increases far less than linearly with the thickness of the solid insulation. Another disadvantage of too thick solid insulation is that it makes it difficult to dissipate heat so that such layers designed for higher voltages are practically only cooled on one side »DureM laöliare Numbers of layers and larger distances between layers can indeed do this Disadvantages are avoided, an economical application of a double-layer circuit However, there is no positional fluctuation for higher voltages possible.

Auch ein Vertauschen des Kühlkanales 3 mit der festes Isolierung 5, -wie-es Figur 2 zeigt, schafft, keine,.If.er—..---.-.-.,,.:.--bessertffig:« Hier wird-zwar üi& syliadrische 'Lagei auf -''-■·■·■■_.■.]..'■ beiden Seiten gekühlt, die konische Lage 1 jedoch lsi; auf beiden Seiten mit Isolierstoff abgedeckt;, was eins wirksame Wärmeabfuhr erheblich erschwert. Ua in übt konischen Lage die gleiche Erwärmung su erreichen, wie in der zylindrischen Lage«, müsste die konische Lage aus Drahtprofil grösserea Querschnittes gewickelt werden--Auch-Sie Dicke-dor feste»-Isolierung 5 - - -- wäre für Spannungen oberhalb ©twa, 110 k¥ unwirtscSiaf-ilich groß asu wählen» EiE Übergasag auf -sylindrischs Isolierung wäre denkbar, jedock lassen sich auch hier geringe Isolierdieken nur· äadurcii erreiclsieaj, ia£ die festeEven exchanging the cooling channel 3 with the solid insulation 5, as shown in FIG - although üi & syliadric 'positioni on -''- ■ · ■ · ■■ _. ■.] ..' ■ both sides are cooled, but the conical position 1 is lsi; covered on both sides with insulating material, which makes effective heat dissipation much more difficult. Ua reached in exercises conical situation the same warming below, as in the cylindrical layer "would have the tapered layer of wire profile grösserea cross section are wound - too-you thick-dor fixed" -insulation 5 - - - would be for voltages above © About 110 k ¥ inefficiently large asu choose »EiE overgasag on -cylindrical insulation would be conceivable, but here, too, low insulation thicknesses can only be achieved only · äadurcii, ia £ solid

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Isolation radial durch Ölkanäle aufgeteilt ist. Eine solche Anordnung ist schon im Streukanal zwischen zwei in Lagen gewickelten Ober- und Unterspannungswicklungen bekannt, nicht jedoch zwischen 2 radial aufeinanderfolgenden Lagen, die in Doppellagenschaltung miteinander verbunden sind. Bei einer solchen Schaltung müsste bei einer zylindrischen Isolierung der hohe Isolationsaufwand auch an den Lagenverbindungsstellen getrieben «erden, so daß unter diesem Gesichtspunkt eine inIsolation is divided radially by oil channels. One Such an arrangement is already in the scattering channel between two high and low voltage windings wound in layers known, but not between 2 radially successive layers that are in double-layer circuit with one another are connected. With such a circuit, with cylindrical insulation, the high insulation expenditure would also have to be driven at the layer connection points «So that from this point of view an in

Doppellagenschaltung ausgeführte Lagenwicklung für *Double-layer circuit made layer winding for *

höhere Spannungen weniger günstig ist, als eine in ' Einzellagenschaltung, obwohl die bei der Einzellagen-* schaltung notwendigen Umleitung sehr viel Aufwand erfordern. higher voltages is less favorable than one in ' Single layer switching, although the rerouting necessary for the single layer * switching requires a lot of effort.

Bas oben geschilderte Problem wird gemäß der Erfindung bei einer Lagenwicklung für Transformatoren und Drosselspulen, bei der zwischen zwei radial aufeinanderfolgenden Lagen die feste Isolation radial durch Ölkanäle aufgeteilt ist, dadurch gelöst, daß mindestens zwei der aufgeteilten Anteile der festen Isolation auf einem Teil ihrer Länge in an sich bekannter Weise keilförmig ausr \ λ. .ν .;.....:; M gebildet sind und die' radial benachbarten Lagen in Doppellagenschaltung ausgeführt sind. Figur 3 zeigt, wie beispielsweise' eine solche Isolierung ausgeführt sein •könnte.The problem described above is solved according to the invention in a layer winding for transformers and reactors, in which the solid insulation is divided radially by oil ducts between two radially successive layers, in that at least two of the divided portions of the solid insulation over part of their length in in a manner known per se, wedge-shaped. .ν.; .....:; M are formed and the 'radially adjacent layers are designed in a double-layer circuit. FIG. 3 shows how, for example, such an insulation could be implemented.

An den Stellen, wo die maximale Spannung zwischen den Lagen auftritt, liegt die feste Isolierung 4 und 6 unten, bzw. 5 und 7 oben, direkt an den Lagen an. Somit ergibt sich zwischen den beiden Teilen der keilförmigen Isolation ein Ölkanal, so daß sich eine Unterteilung der ■ Isolierung ergibt, was zu einer wesentlich höheren Durchschlagespannung führt, als es beispielsweise bei einer Isolierung geaäS Figur 1 und 2 der Fall wäre,At the points where the maximum tension occurs between the layers, the solid insulation 4 and 6 below, or 5 and 7 above, lies directly on the layers. Is thus obtained between the two parts of the wedge-shaped insulation, an oil passage so that a subdivision of the ■ isolation results, which leads to a much higher strikethrough voltage than for example with an insulation geaäS Figures 1 and 2 would be the case

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BAU ORJGfNAl BAU ORJGfNAl

wobei in allen 3 Fällen die maximale Dicke der Isolierung gleich ist. Bei der Ausführung gemäß Figur 3 ist die mittlere, konische Lage auf beiden Seiten von fester Isolierung bedeckt, so daß es zweckmäßig ist, an den beidseitig bedeckten Stellen der Lage die Isolierung schwächer auszubilden. Die in Figur 3 gezeigte Isolierung verläuft nicht überall achsparallel, so daß sich beim Aufbringen der Isolierung Schwierigkeiten ergeben können. Mit der in Figur 4 gezeigten Ausführung erzielt man den gleichen Effekt, wobei sich jedoch hier die Isolierung wesentlich einfacher auftragen lässt. Zweckmäßigere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung zeigen die Figuren 5 und 6. Hier bestehen die auf eine zylindrische Lage gewickelten festen Isolierungen aus einzelnen zylindrisch verlaufenden Schichten, deren axiale Breiten nach außen hin ständig abnehmen, und die sich mit den auf die radial folgende konische Lage aufgewickelten Schichten der Isolierung, deren axiale Breiten nach außen zunehmen, zu einem Zylinder ergänzen. Die Ausführung gemäß Figur 6 ist insofern günstiger als die gemäß Figur "5, da hier beiderseits der konischen Lage die schwächere feste Isolation aufgebracht ist, so daß trots beiderseitiger Abdeckung, ■_/.-;;■;·:--.·:'.:.· noch eine· gute Kühlung erreicht wird. Yoraussetzung ist,^x " ' daß die thermische .Oberflächenbelastung hinreichend klein bleibt. - ....' . . -where in all 3 cases the maximum thickness of the insulation is the same. In the embodiment according to FIG. 3, the middle, conical layer is covered by solid insulation on both sides, so that it is expedient to make the insulation weaker at the points of the layer that are covered on both sides. The insulation shown in FIG. 3 does not run parallel to the axis everywhere, so that difficulties can arise when applying the insulation. The same effect is achieved with the embodiment shown in FIG. 4, but here the insulation can be applied much more easily. Figures 5 and 6 show more expedient embodiments of the inventive arrangement the insulation, whose axial widths increase towards the outside, to form a cylinder. The embodiment according to FIG. 6 is more favorable than that according to FIG. 5, since the weaker solid insulation is applied here on both sides of the conical layer, so that both sides are covered, ■ _ / .- ;; ■; ·: -. ·: ':... · · still a good cooling is achieved Yoraussetzung, ^x "' that the thermal .Oberflächenbelastung remains sufficiently small. - .... '. . -

Eine günstige thermische Oberflächenbelastung lässt sich erreichen, wean direkt radial über der zylindrischen, bzw. Über der konischen Lage ein weiterer Ölkanal vorgesehen ist, wie es beispielsweise im Figuren 7 und-8 gezeigt ' " wird. Bei einem fergleicSi ©lisemt nanj daß die ÄusfUhrungsfora gessäS Figur 7 aus des? Ausführung'gemäß Figur 5» die Aus-' führung geisäB Figur 8 ims ter gemäß Figur β entstanden ist. *A favorable thermal surface load can be achieved if directly above the cylindrical, or a further oil channel is provided above the conical position is, as shown for example in Figures 7 and -8 '" will. In the case of a similar agreement, the statement fora gessäS Figure 7 from the? Execution 'according to Figure 5' the ' Guide geisäB Figure 8 in the ter according to Figure β was created. *

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Zwar ergibt der zusätzliche Ölkanal nur eine geringe Erhöhung der elektrischen Festigkeit, er trägt jedoch erheblich zur Kühlung der Wicklung bei. So haben Versuchegezeigt, daß die thermisch erforderliche Mindestlagenzahl bei einer Ausführung gemäß Figur 5 bzw. 6 um 50 Prozent höher liegt, als bei der Ausführung gemäß Figur 7 bzw. 8. Die mit einer Verringerung der Lagenzahl zunehmende Stoßspannung zwischen den Nachbarlagen verlangt zwar grössere Abstände, jedoch ist die Summe der mittleren . Lagenabständen im ganzen gesehen bei weitem kleiner.Although the additional oil channel results in only a slight increase in electrical strength, it contributes considerably for cooling the winding. Experiments have shown that the thermally required minimum number of layers in an embodiment according to FIG. 5 or 6 is 50 percent higher than in the embodiment according to FIG. 8. The surge voltage between the neighboring layers, which increases with a reduction in the number of layers, demands larger distances, however, is the sum of the mean. Overall, the layer spacing is far smaller.

Die günstigste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagenwicklung zeigt Figur 8, da hier fast alle Lagen auf beiden Seiten gekühlt werden.The most favorable embodiment of the layer winding according to the invention is shown in FIG. 8, since almost all layers are present here be cooled on both sides.

Bei einer Wicklung, bei der die außenliegenden Lagen verkürzt sind und um deren Enden die feste Isolierung zu Flanschen umgerissen ist, wird man vorteilhafterweise die Ausführung gemäß Figur 7 anwenden, obwohl diese thermisch etwas ungünstiger ist, als die gemäß Figur 8. Da hier jedoch, die feste Isolierung direkt an der kursieren Lage anliegt, ergeben "sich besonders bei Wech^l^^V^ Spannungsbeanspruchungen elektrisch günstigere Verhältnisse. Während demnach diese Ausführung besonders für außenliegende OberSpannungswicklungen mit Umrissen geeignet ist, wird man für alle umrißlosen Wicklungen vorteilhafterweise die Ausführung gemäß Figur 8 anwenden.In the case of a winding in which the outer layers are shortened and the solid insulation around their ends is torn down to form flanges, the embodiment according to FIG. 7 will advantageously be used, although this is thermal is somewhat less favorable than that according to Figure 8. Since here, however, the solid insulation directly on the if the situation is circulating, "result especially in the case of change ^ l ^^ V ^ Voltage stresses electrically more favorable conditions. While therefore this version is especially for external high-voltage windings with outlines suitable one becomes advantageous for all contourless windings apply the embodiment according to FIG.

In allen Figuren besitzen die konischen Anteile der Wicklung jeweils am oberen und am unteren Ende eine zylindrischen Abschnitt, der sich beim Aufbringen der Isolierung vorteilhaft aufwirkt. Hierdurch wird beispielsweise das Aufwickeln der Papierbahnen erleichtert,In all figures, the conical portions of the winding have one at the top and one at the bottom cylindrical section, which has an advantageous effect when the insulation is applied. This is for example makes it easier to wind up the paper webs,

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weil die schmälsten Bahnen eine bestimmte Mindestbreite haben und daher auch bei erhöhtem Zug weniger zum Abreisen neigen, als wenn der betreffende Wicklungsteil durchweg konisch gewickelt wäre. Jedoch ist ohne weiteres auch eine solche Wicklungsauisführung denkbar. Auch eine weitere Aufteilung der Isolation mit drei und mehr radial übereinander liegenden Ölkanäle und entsprechend aufgeteilter fester Isolierung ist denkbar.because the narrowest tracks have a certain minimum width and therefore have less of a tendency to tear off, even with increased tension, than if the winding part in question is consistently would be conically wound. However, such a winding design is also easily conceivable. Another one too Division of the insulation with three or more radially one above the other lying oil channels and correspondingly divided solid insulation is conceivable.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausführung der Isolierung einer Lagenwicklung in Doppellagenschaltung ergeben sich sowohl in elektrischer als auch in thermischer Hinsicht erhebliche Vorteile, die besonders bei der Anwendung bei* Transformatoren von etwa 110 bis 400 kV eine Verringerung der Lagenzahl bzw. eine Verringerung der Lagenabstände und damit eine wirtschaftlichere Herstellung der Wicklungen ermöglichen«The proposed embodiment of the invention Insulation of a layer winding in a double layer connection results in both electrical and thermal Considerable advantages, especially in the application for * transformers of around 110 to 400 kV a reduction in the number of layers or a reduction in the Layer spacing and thus a more economical production of the windings "

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Claims

TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT 7 Stuttgart-Bad Cannstatt »Beckerstraße 5 Erf.Nr. FST 70/11 To Stuttgart, August 12, 1970 PT-FST / Bissinger / bi. Fat withdrawal

1. Layer winding for transformers and reactors, where between two radially successive chases the fixed one Isolation is divided radially by oil ducts, characterized in that that at least two of the split shares

. of the solid insulation are wedge-shaped over part of their length in a manner known per se and the radially adjacent layers are designed in a double-layer circuit.

2. Layer winding according to claim 1, characterized in that the parts of the wedge-shaped insulation that are wound onto a cylindrical layer and consist of individual, cylindrically extending parts Layers exist, the axial widths of which decrease continuously towards the outside, and with the following ones radially layers wound in a conical position, the widths of which increase towards the outside, are added to form a cylinder.

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3. Layer winding according to claim 1 and 2, characterized in that apart from the dividing the solid insulation Oil channels at least one more layer cooling Serving oil channel is provided, which is directly adjacent to a layer. (Figures 7 and 8).

4 layer winding according to claim 1 to 3, characterized in that that to form the oil channels axially parallel, spaced adjacent strips are provided and that between the oil channel and the wedge-shaped insulation is preferably made of pressboard existing cylindrical insulation (8) is provided.

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