Elektrisches Hochspannungsgerät mit einer Regelwicklungsgrup ^¬ pe

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einem Gehäuse, das mit einer Kühlflüssigkeit befüllbar ist, einem in dem Gehäuse angeord ^¬ neten Kern aus einem magnetisierbaren Material, einer Stamm- wicklung, die einen Abschnitt des Kerns umschließt, einer Re ^¬ gelwicklungsgruppe mit Regelungswicklungen, die jeweils einen Abschnitt des Kerns umschließen, und einem Schalter, der einen Stromfluss über jede Regelungswicklungen wahlweise ermög ^¬ licht oder verhindert.

Ein solches elektrisches Gerät ist aus der Praxis bekannt. So wird eine Drossel in elektrischen Versorgungsnetzen eingesetzt, um zum Beispiel kapazitive Blindleistung zu kompensie ^¬ ren. Hierzu ist die Drossel mit einem Laststufenschalter aus- gerüstet, mit dem Windungen einer Regelwicklungsgruppe einer Stammwicklung zugeschaltet werden können. Bisher lag der maximal realisierbare Blindleistungseinstellbereich für eine solche Drossel beispielsweise bei etwa 60% in einem 420kV Netz, bezogen auf deren maximale Betriebsleistung. Aufgrund der zunehmenden Schwankung der Blindleistung im Versorgungsnetz, ist es jedoch wünschenswert die Blindleistung im Netz über einen größeren Bereich hinweg regeln zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Gerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einen Blindleistungseinstellbereich zu vergrößern. Beispielsweise soll der Blindleistungseinstellbereich bezogen auf die maximale Leistung des elektrischen Geräts bei einer Spannung von 420 kV größer als 60 % SθϊΠ .

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Regelwicklungsgruppe eine erste Regelwicklungsuntergruppe und eine zweite Regelwicklungsuntergruppe aufweist, wobei die erste Regelwicklungsuntergruppe und die zweite Regelwicklungsunter ^¬ gruppe zueinander identisch aufgebaut sind.

Erfindungsgemäß sind zum Bereitstellen eines größeren Ein- Stellbereichs der Blindleistung zwei Regelungsuntergruppen vorgesehen, die einen zueinander gleichen Aufbau aufweisen. Durch die Verdopplung der Regelungswicklungsgruppen werden die zusätzlichen Windungen bereitgestellt, die zum Vergrößern des Einstellbereichs notwendig sind. Dabei sind die erste Re- gelungsuntergruppe und die zweite Regelungsuntergruppe so in dem Gehäuse des elektrischen Gerätes angeordnet, dass in dem durch das Gehäuse begrenzten Bauraum die vorgegebenen Randbedingungen eingehalten werden. Diese vorgegebenen Randbedingungen umfassen beispielsweise die durch den Schalter be- grenzte maximal zulässige Streureaktanz zwischen jedem Grob- und Feinstufenpaar des Schalters, die nicht überschritten werden dürfen, um einen sicheren Betrieb des elektrischen Gerätes zu ermöglichen. Die Streureaktanz kann auf üblichem dem Fachmann bekanntem Wege ermittelt werden. Sind beispielsweise zwei Wicklungen nebeneinander angeordnet, kann die die Streu ^¬ reaktanz aus den Messungen der Kurzschlussimpedanz beider Wicklungen ermittelt werden.

Die Regelwicklungsuntergruppen weisen bevorzugt jeweils we- nigstens eine Grob- und wenigstens eine Feinstufe auf. Der

Stromfluss über die Grob- und Feinstufe (n) der Regelungswick- lungsuntergruppe kann durch den besagten Schalter je nach Bedarf unterbrochen werden. Bei dem Schalter handelt es sich beispielsweise um einen handelsüblichen Laststufenschalter. Eine Grobstufe ist eine Wicklung mit mehr Windungen als eine Feinstufe. Dabei kann im Rahmen der Erfindung die Feinstufe in mehrere Feinstufenuntereinheiten unterteilt sein. Das Zuschalten einer Grobstufe ändert die Blindleistung im Netz also stärker als das Zuschalten einer Feinstufe. Die Begriffe Grobstufe, Feinstufe und Grobwicklung bzw. Feinwicklung werden hier synonym verwendet. Um bei dem vorgegebenen und somit begrenzten Bauraum das zulässige Maß an Streureaktanz nicht zu überschreiten, sind die Regelungswicklungsuntergruppen die Stammwicklung in einer erfinderischen Weise in dem allen Wicklungen gemeinsamen Gehäu- se des elektrischen Gerätes angeordnet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umschließt die Stammwicklung einen sich in axialer Richtung erstreckenden Kernabschnitt. Der besagte Kernabschnitt ist bei- spielsweise ein Schenkel eines Kerns. Die Stammwicklung um- fasst eine erste Windung, die zum direkten Anschluss an das Hochspannungsnetz eingerichtet ist. Mit anderen Worten ist die erste Windung über einen windungsfreien Leiterabschnitt mit einem Hochspannungsanschluss des elektrischen Gerätes verbunden. Dieser Hochspannungsanschluss ist beispielsweise eine zweckmäßige Durchführung, deren Hochspannungsleiter an seinem Wicklungsende mit der ersten Windung verbunden ist. An der vom Wicklungsende abgewandten Seite der Hochspannungs ^¬ durchführung ist beispielsweise ein Freiluftanschluss ausge- bildet. Über den Freiluftanschluss ist die jeweilige Stamm ^¬ wicklung mit einer Phase eines Hochspannungsnetzes verbunden. Die erste Regelungswicklungsuntergruppe und die zweite Rege- lungswicklungsuntergruppe sind bei dieser Ausführung der Er ^¬ findung in der besagten axialen Richtung übereinander beab- standet angeordnet und umschließen einen Teil des Kernab ^¬ schnittes, den auch die Stammwicklung umschließt. Dabei sind die Regelungswicklungsuntergruppen in axialer Richtung jeweils kürzer und bevorzugt jeweils etwas weniger als halb so lang wie die Stammwicklung ausgebildet. Die axial übereinan- der gestapelten Regelungswicklungsuntergruppen umschließen daher in Summe den gleichen Kernabschnitt, also beispielswei ^¬ se den gleichen Schenkelbereich wie die Stammwicklung. Bei dieser Anordnung, die kostengünstig herstellbar ist, ist sichergestellt, dass die zulässigen Streureaktanzen nicht über- schritten und der Schalter, also beispielsweise ein Stufenschalter, störungsfrei arbeiten kann. Gemäß einer diesbezüglich abweichenden Ausgestaltung der Erfindung umschließt die Stammwicklung einen sich in axialer Richtung erstreckenden Kernabschnitt, wobei die erste Windung zum direkten Anschluss an das Hochspannungsnetz eingerichtet ist. Mit anderen Worten ist die erste Windung über einen ungewundenen windungsfreien Leiterabschnitt mit dem Hochspan- nungsanschluss des elektrischen Gerätes verbunden. Bei dieser Ausgestaltung umschließen jedoch die erste Regelungswick- lungsuntergruppe und die zweite Regelungswicklungsuntergruppe jeweils den gleichen Kernabschnitt wie die Stammwicklung, wo ^¬ bei die erste Regelungswicklungsuntergruppe und die zweite Regelungswicklungsuntergruppe konzentrisch zueinander und so ^¬ mit natürlich auch zur Stammwicklung angeordnet sind. Weisen die Regelwicklungsuntergruppen jeweils eine Grob- und eine Feinstufe auf, ist bei einer Ausführung der Erfindung eine Grobstufe in radialer Richtung der Stammwicklung zugewandt. In radialer Richtung nach außen folgt dann die Feinstufe dieser Regelwicklungsuntergruppe. Hieran schließt sich bevorzugt eine Feinstufe der zweiten Regelwicklungsuntergruppe an. Die Reihenfolge in radialer Richtung von innen nach außen ist dann Grob-, Fein-, Fein-, Grobstufe. Im Rahmen der Erfindung kann die besagte Reihenfolge aber auch Grob-, Fein, Grob-, Feinstufe sein. Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung können die Streureaktanzen auf ein zulässiges Maß begrenzt werden, so dass es zu einem fehlerfreien Betrieb des elektrischen Gerätes und insbesondere des Schalters kommen kann.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die von den bisherigen Ausführungsbeispielen abweicht, umschließt die Stammwicklung einen sich in axialer Richtung erstreckenden Kernabschnitt, wobei eine mittlere Windung zum direkten An ^¬ schluss an das Hochspannungsnetz eingerichtet ist. Eine sol ^¬ che Ausgestaltung wird auch als Mittenanschluss bezeichnet. Hierbei umschließen die erste Regelungswicklungsuntergruppe und die zweite Regelungswicklungsuntergruppe jeweils den gleichen Kernabschnitt und sind in radialer Richtung nebenei ^¬ nander angeordnet, wobei sie jedoch jeweils in zwei identi ^¬ sche Wicklungsuntergruppen unterteilt sind. Mit anderen Wor- ten sind die erste Regelwicklungsuntergruppe und die zweite Regelungswicklungsuntergruppe konzentrisch zueinander und zur Stammwicklung angeordnet. Sie weisen jedoch darüber hinaus jeweils zwei Wicklungsuntergruppen auf, die ebenfalls iden- tisch zueinander ausgebildet sind und einen Abstand in axia ^¬ ler Richtung zueinander aufweisen. Aufgrund dieser beabstan- deten Anordnung begrenzen die Wicklungsuntergruppen einen Anschlussspalt, durch den sich ein ungewundener, also windungsfreier, Leiterabschnitt erstreckt, der die mittlere Wicklung mit dem Hochspannungsanschluss des elektrischen Gerätes ver ^¬ bindet. Auch gemäß dieser Ausgestaltung ist ein störungsfrei ^¬ es Schalten der Regelungswicklungsuntergruppen durch handelsübliche Schalter, beispielsweise Stufenschalter, ermöglicht. Der Mittenanschluss ist für bestimmte Anforderungen, vorteil- haft. Hinsichtlich der Anordnung der Grob- und Feinstufen gelten die zuvor gemachten Ausführungen hier entsprechend.

Zweckmäßigerweise weist jede Regelungswicklungsuntergruppe eine Grob- und eine Feinwicklung auf. Gemäß einer diesbezüg- lieh zweckmäßigen Weiterentwicklung ist die Feinwicklung in zwei Feinunterwicklungen unterteilt. Gemäß dieser vorteilhaf ^¬ ten Weiterentwicklung können die Einstellbereiche genauer gewählt und somit die Blindleistung in dem mit dem elektrischen Gerät verbundenen Versorgungsnetz noch genauer geregelt wer- den .

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin ^¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleich wirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und wobei

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungs ^¬ gemäßen elektrischen Gerätes in einer schematischen Seitenansicht, Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin ^¬ dungsgemäßen Gerätes in einer schematischen Seitenansicht,

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin ^¬ dungsgemäßen Gerätes in einer schematischen

Seitenansicht und

Figuren 4 und 5 jeweils die Stellung eines Schalters eines elektrischen Gerätes gemäß der Figuren 1 bis 3 schematisch verdeutlichen.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungs ^¬ gemäßen elektrischen Gerätes 1, das in diesem Fall als Dros- sei oder mit anderen Worten Kompensationsdrossel 1 ausgeführt ist. Die Drossel 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das aus einem elektrischen leitenden Metall besteht und auf einem Erdpotenzial liegt. In dem Gehäuse 2 ist ein Drosselkern 3 angeord ^¬ net, von dem in Figur 2 lediglich ein Schenkel 4 als Kernab- schnitt schematisch angedeutet ist. Der Drosselkern 3 besteht aus flachen, ebenen Blechen, die aus einem magnetisierbaren Material bestehen. Durch den Einsatz magnetisierbarer Blechen zum Aufbau des Kerns werden bekanntermaßen Wirbelströme un ^¬ terdrückt .

In Figur 1 ist lediglich ein Schenkel 4 des Drosselkerns 3 gezeigt. Der Kern 3 kann jedoch weitere entsprechend aufge ^¬ baute Schenkel 4 aufweisen. Darüber hinaus kann der Kern über Rückflussschenkel verfügen, die von keiner Wicklung umgeben sind. Mit anderen Worten kann die Drossel 1 einphasig oder mehrphasig ausgebildet sein.

Der Schenkel 4 ist in Figur 1 von einer Stammwicklung 5 umgeben, die in der gezeigten Schnittansicht nur an einer Seite des Schenkels 4 schematisch verdeutlicht ist. Neben der

Stammwicklung 5 weist die Drossel 1 eine Regelwickelgruppe 6 auf, die aus einer ersten Regelwicklungsuntergruppe 7 und ei ^¬ ner zweiten Regelwicklungsuntergruppe 8 besteht. Die erste Regelwicklungsuntergruppe 7 und die zweite Regelwicklungsun ^¬ tergruppe 8 sind identisch zueinander aufgebaut. Das Gehäuse 2 der Drossel 1 ist mit einer Isolierflüssigkeit, beispiels ^¬ weise einem Öl oder Ester, befüllt, die neben der elektri- sehen Isolierung auch zur Kühlung des Aktivteils 4, 5, 6 der Drossel 1 dient.

Jede Regelwicklungsuntergruppe 7 beziehungsweise 8 verfügt über eine Grobwicklung und eine Feinwicklung als Grob- bzw. Feinstufe. Die Grob- und Feinwicklung der ersten Regelwicklungsuntergruppe 7 sind mit Gl bzw. Fl referenziert . G ver ^¬ weist hierbei auf die Grobwicklung und F auf die Feinwick ^¬ lung. Entsprechend verweist G2 auf die Großwicklung der zwei ^¬ ten Regelwicklungsgruppe und F2 auf deren Feinwicklung. Grob- Wicklungen weisen deutlich mehr Windungen auf als Feinwicklungen .

Die Stammwicklung 5 bildet eine erste Windung aus, die mit einem Hochspannungsanschluss 11 über einen windungsfreien Leitungsabschnitt 12 verbunden ist. An ihrer vom Hochspannungsanschluss 1 abgewandten Seite bildet die Stammwicklung 5 einen Sternpunktanschluss 13 aus. Der Sternpunktanschluss ist in dem gezeigten Beispiel mit dem Erdpotenzial verbunden. Abweichend davon kann der Anschluss 13 mit den anderen Phasen der Drossel 1 eine Dreiecksschaltung ausbilden.

Die Drossel 1 verfügt darüber hinaus über einen Stufenschal ^¬ ter als Schalter, der in Figur 1 nicht gezeigt ist und der später im Zusammenhang mit der Erläuterung der Figuren 4 und 5 beschrieben wird. Mit Hilfe des Schalters ist es möglich, die Stammwicklung 5 mit den Wicklungen der ersten Regelwicklungsuntergruppen 7 und/oder 8 so zu verbinden, dass die Blindleistung in einem an dem Hochspannungsanschluss 11 ange ^¬ schlossenen Versorgungsnetz stufenweise geregelt werden kann. In axialer Richtung 14 ist jede Regelwicklungsuntergruppe 7 oder 8 weniger als halb so lang dimensioniert wie die Stamm ^¬ wicklung 5. In radialer Richtung 15 ist die Stammwicklung 5 dem Schenkel 4 zugewandt, wobei die Grobwicklungen Gl bezie- hungsweise G2 und die Feinwicklungen Fl beziehungsweise F2 folgen. Somit umschließen die Grobwicklungen Gl und G2 die Stammwicklung 5. Die Feinwicklungen Fl und F2 umschließen ihrerseits die Grobwicklungen Gl beziehungsweise G2.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin ^¬ dungsgemäßen elektrischen Gerätes 1, das auch hier wieder als Drossel 1 ausgeführt ist. Die in Figur 2 dargestellte Drossel 1 unterscheidet sich von der Drossel gemäß Figur 1 lediglich durch die Anordnung der Regelwicklungsuntergruppen 7 und 8. So sind in dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Regelwicklungsuntergruppen 7 und 8 konzentrisch oder mit radialem Abstand zueinander angeordnet, im Gegensatz zur axialen Anordnung gemäß Figur 1. Mit anderen Worten umgibt die Regelwicklungsuntergruppe 7 die Stammwicklung 5 konzentrisch, wobei diese wiederum innerhalb der Regelwicklungsuntergruppe 8 liegt, die die Regelwicklungsuntergruppe 7 und die Stamm ^¬ wicklung 5 sowie den Schenkel 4 des Kerns konzentrisch umgibt. Dabei ist die erste Windung mit der Stammwicklung 5 mit dem Hochspannungsanschluss 11 direkt, also über einen win ^¬ dungsfreien Leistungsabschnitt 12 verbunden. Die axiale Aus ^¬ dehnung oder Länge jeder Regelwicklungsuntergruppe entspricht in etwa derjenigen der Stammwicklung 5. Die Grobwicklung Gl ist in dem gezeigten Beispiel als Grobstufe der Stammwicklung 5 zugewandt. Die Feinstufe der ersten Regelwicklungsuntergruppe 7 umfasst zwei konzentrische Feinwicklungen Fl, die wiederum einer zwei Feinwicklungen F2 aufweisenden Feinstufe der zweiten Regelwicklungsuntergruppe zugewandt sind. Die Grobwicklung G2 liegt in radialer Richtung 15 außen. Die Rei- henfolge in radialer Richtung 15 von innen nach außen kann somit als Grob-, Fein-, Fein-, Fein-, Fein-, Grobstufe be ^¬ zeichnet werden. Ansonsten gelten die Ausführungen zu Figur 1 hier entsprechend. Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin ^¬ dungsgemäßen elektrischen Gerätes 1, das wieder als Drossel ausgeführt ist. Die hier dargestellte Drossel 1 unterscheidet sich von der in Figur 2 gezeigten Ausgestaltung wieder ledig- lieh durch die Ausgestaltung der ersten Regelwicklungsuntergruppe 7 und der zweiten Regelwicklungsuntergruppe 8. Wie in Figur 2 sind die beiden Regelwicklungsuntergruppen 7 und 8 konzentrisch zueinander und zur Stammwicklung 5 angeordnet, die den Schenkel 4 des Kerns 3 konzentrisch umgibt. Im Gegen ^¬ satz zu dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist je ^¬ doch nicht die erste Windung der Stammwicklung 5 mit dem Hochspannungsanschluss 11 verbunden. Vielmehr wurde ein Mit- tenanschluss gewählt, so dass eine in der Mitte der Stamm- wicklung 5 liegende Windung über einen windungsfreien Leiterabschnitt 12 mit dem Hochspannungsanschluss 11 der Drossel 1 verbunden ist. Dabei erstreckt sich der Leiterabschnitt 12 durch zwei identisch zueinander aufgebaute Wicklungsuntergruppen 16 und 17, die in axialer Richtung 14 mit Abstand zu- einander angeordnet sind, so dass ein Anschlussspalt 18 aus ^¬ gebildet ist. Der Leiterabschnitt 12 erstreckt sich durch den Anschlussspalt 18. Wie in Figur 2 sind die Grobwicklungen Gl und G2 in radialer Richtung 15 innen beziehungsweise außen angeordnet. Die Wicklungen der Wicklungsgruppen 16 und 17 der ersten und zweiten Regelwicklungsuntergruppe 7 beziehungswei ^¬ se 8 sind miteinander elektrisch verbunden, jedoch nicht mit dem Leiterabschnitt 12.

Figur 4 zeigt eine Schaltstellung eines Stufenschalters 19 bei einer Drossel 1 gemäß Figur 1. In der gezeigten Schaltstellung sind alle Grob- und Feinwicklungen sowohl der ersten Regelwicklungsuntergruppe 7 als auch der zweiten Regelwick ^¬ lungsuntergruppe 8 zwischen den Hochspannungsanschluss 11 und den geerdeten Sternpunkt 13 geschaltet. Der Stufenschalter 19 verfügt über zwei Vorwähler 20a und 20b zum Zuschalten oder überbrücken jeweils einer Grobwicklung Gl bzw. G2 sowie über einen Feinwähler 21 zum Zuschalten oder Überbrücken jeweils einer Feinwicklung Fl bzw. F2. Figur 5 zeigt eine weitere Variante zum Schalten der Kompen ^¬ sationsdrosselspule gemäß Figur 1, das sich von dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass zwei separate Stufenschalter 19a und 19b pro Phase der Dros- sei 1 verwendet werden. Darüber hinaus unterscheidet sich die axiale Achssymmetrie der Grob- und Feinstufenwicklungen von ^¬ einander. Während in Figur 4 eine Achssymmetrie Grob/Fein Fein/Grob gewählt wurde, wurde in dem Ausführungsbeispiel ge- mäß Figur 5 eine Achssymmetrie Grob/Fein Grob/Fein einge ^¬ stellt .