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Title:
WINDING ASSEMBLY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/096687
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a winding assembly (1) for a transformer, in particular for a transformer coil, comprising a low-voltage winding (2) and an adjacently arranged high-voltage winding, a high-voltage winding body (3) being provided in layer winding, the number of turns of the individual layers (5) decreasing in the direction of an axis (Ay) arranged radial to the central longitudinal axis (Ax) of the winding assembly (1) from the interior of the high-voltage winding body (3) on both sides, such that the axial ends of the individual layers (5) form a convex surface (7) of the high-voltage winding body (3).

Inventors:
WAGNER HANS JÜRGEN (AT)
GANGEL JÜRGEN (AT)
Application Number:
EP2018/080756
Publication Date:
May 23, 2019
Filing Date:
November 09, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01F27/28; H01F27/32
Domestic Patent References:
WO2010102659A12010-09-16
Foreign References:
DE2457631A11976-06-10
DE1209203B1966-01-20
DE349356C1922-02-28
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
MAIER, Daniel (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Wicklungsanordnung (1) für einen Transformator,

insbesondere für eine Transformatorspule, umfassend eine Niederspannungswicklung (2) und eine benachbart

angeordnete Hochspannungswicklung, dadurch

gekennzeichnet, dass ein Hochspannungswicklungskörper (3) in Lagenwicklung vorgesehen ist, wobei die

Windungsanzahl der einzelnen Lagen (5) in Richtung einer zur zentralen Längsachse (Ax) der Wicklungsanordnung (1) radial angeordneten Achse (Ay) vom Inneren des

Hochspannungswicklungskörpers (3) beidseitig abnimmt, sodass die axialen Enden der einzelnen Lagen (5) eine konvexe Oberfläche (7) des Hochspannungswicklungskörpers (3) ausbilden.

2. Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die Windungsanzahl der einzelnen Lagen (5) von einer zentralen umlaufenden Fläche (Ez) des Hochspannungswicklungskörpers (3) beidseitig symmetrisch abnimmt.

3. Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lagen (5) voneinander durch Isolationsschichten (4) getrennt sind und im Verbund den Hochspannungswicklungskörper (3) ausbilden.

4. Wicklungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Oberfläche (7) des Hochspannungswicklungskörpers (3) eine minimale positive Gaußsche Krümmung nicht unterschreitet.

5. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (7) des Hochspannungswicklungskörpers (3) an jeder Stelle eine positive Gaußsche Krümmung aufweist.

6. Verwendung einer Wicklungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Transformatoren mit einer

Betriebsmittelspannung von Um > 72,5 kV. 7. Transformator, der zumindest eine Wicklungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.

Description:
Beschreibung

Wicklungsanordnung

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für einen Transformator, insbesondere für eine Transformatorspule, umfassend eine Niederspannungswicklung (NV-Wicklung) und eine benachbart angeordnete Hochspannungswicklung (HV-Wicklung) .

Die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung kann in verschiedenen Transformatortypen Anwendung finden, insbesondere in

Leistungstransformatoren .

STAND DER TECHNIK

Lagenwicklungen sind eine kostengünstige Wicklungsvariante, die üblicherweise bis zu einer Betriebsmittelspannung von Um < 52 kV eingesetzt werden. Bei einer höheren

Betriebsmittelspannung ist jedoch in den meisten Fällen an den Wicklungsrandbereichen der Lagenwicklung die Feldstärke zu hoch und die Gefahr von Teilentladungen und Überschlägen ist durch das Auftreten dieser punktuellen Feldstärke stark erhöht. Für Transformatoren mit einer Betriebsmittelspannung von Um > 72,5 kV werden daher üblicherweise

Scheibenwicklungen in Verbindung mit Kappenringen verwendet, um die an den Wicklungsenden entstehende hohe Feldstärke abzusenken .

Bisher mussten in Transformatoren mit einer

Betriebsmittelspannung von Um > 72, 5 kV somit generell aufwändige Wicklungen, wie beispielsweise Scheibenwicklungen, in Verbindung mit Kappen- bzw. Abschirmringen eingesetzt werden, um die elektrische Feldstärke zwischen benachbarten Wicklungen abzusenken. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine

Wicklungsanordnung vorzuschlagen, die die Nachteile des Stands der Technik, insbesondere die Gefahr von

Teilentladungen und Überschlägen durch das Auftreten von punktueller Feldstärke an den Wicklungsrandbereichen, stark vermindert und somit eine weniger aufwändige

Wicklungsanordnung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Wicklungsanordnung nach

Anspruch 1 gelöst, wobei die Wicklungsanordnung für einen Transformator, insbesondere für eine Transformatorspule, umfassend eine Niederspannungswicklung und eine benachbart angeordnete Hochspannungswicklung bestimmt ist, wobei ein Hochspannungswicklungskörper in Lagenwicklung vorgesehen ist, wobei die Windungsanzahl der einzelnen Lagen in Richtung einer zur zentralen Längsachse der Wicklungsanordnung radial angeordneten Achse vom Inneren des

Hochspannungswicklungskörpers beidseitig abnimmt, sodass die axialen Enden der einzelnen Lagen eine konvexe Oberfläche des Hochspannungswicklungskörpers ausbilden .

Durch die beidseitige Abnahme der Windungsanzahl der

einzelnen Lagen vom Inneren des Hochspannungswicklungskörpers in Richtung der radial angeordneten Achse wird eine Abrundung der Oberfläche des Hochspannungswicklungskörpers erzeugt. Genauer gesagt wird die konvex gekrümmte Oberfläche durch die axialen Enden der einzelnen Lagen ausgebildet. Das Innere des Hochspannungswicklungskörpers kann hierbei eine Lage sein, die sich nicht zwingend in der Mitte (in der halben Breite) des Hochspannungswicklungskörpers, in Richtung der radialen Achse gesehen, befinden muss. Somit ist eine Asymmetrie der Krümmung des Hochspannungswicklungskörpers möglich. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jener Abschnitt des Hochspannungswicklungskörpers, der der Niederspannungswicklung zugewandt ist, eine schwächere

Krümmung aufweist als jene Abschnitte, die der

Niederspannungswicklung abgewandt sind.

Die Abnahme der Windungsanzahl zur Ausbildung der Rundung ist so zu verstehen, dass die Anzahl der Windungen pro Lage vom Inneren des Hochspannungswicklungskörpers beidseitig nach außen in Richtung der axial angeordneten Achse abnimmt und somit die räumliche Erstreckung der einzelnen Lagen

beidseitig in Richtung der zentralen Längsachse entsprechend verringert werden.

Mittels der Abrundung wird schließlich die Feldstärke an den Randbereichen des Hochspannungswicklungskörpers stark reduziert, weshalb der Einsatz einer kostengünstigen

Lagenwicklung bei einer Betriebsmittelspannung von Um > 72, 5 kV ermöglicht wird.

Beim erfindungsgemäßen Hochspannungswicklungskörper gehen also die zur zentralen Längsachse parallelen Seitenflächen (die durch die äußeren Lagen gebildet werden) stetig in die konvexe Oberfläche über, die durch die Enden der einzelnen Lagen gebildet werden. Hätten alle Lagen wie beim Stand der Technik die gleiche Windungsanzahl, würde sich beim Übergang von den Seitenflächen auf die Oberseite bzw. Unterseite des Hochspannungswicklungskörpers eine Stufe ergeben.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Windungsanzahl der einzelnen Lagen von einer zentralen umlaufenden Fläche des

Hochspannungswicklungskörpers beidseitig symmetrisch abnimmt. Durch die beidseitige, symmetrische Abnahme der

Windungsanzahl der einzelnen Lagen von der zentralen

umlaufenden Fläche wird eine symmetrische Abrundung der Oberfläche des Hochspannungswicklungskörpers erzeugt. Genauer gesagt ist die zentrale und umlaufende Fläche in der halben Breite des Hochspannungswicklungskörpers angeordnet. Die halbe Breite des Hochspannungswicklungskörpers ist hierbei auf die räumliche Erstreckung desselben in Richtung der radialen Achse bezogen. Die zentrale umlaufende Fläche wird in der Regel ein Zylindermantel sein, der konzentrisch zur zentralen Längsachse der Wicklungsanordnung ist. Der

Hochspannungswicklungskörper wird in der Regel etwa die Form eines Hohlzylinders haben.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der

Erfindung ist vorgesehen, dass die einzelnen Lagen

voneinander durch Isolationsschichten getrennt sind und im Verbund den Hochspannungswicklungskörper ausbilden.

Entsprechend sind die Isolationsschichten in ihrer axialen Länge proportional zu ihren benachbarten Lagen ausgebildet, um eine konvexe Abrundung der Oberfläche des

Hochspannungswicklungskörpers zu ermöglichen.

Um sicher zu stellen, dass die Anzahl und Größe möglicher Ecken des Kopfes des Hochspannungswicklungskörpers möglichst minimiert ist, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die konvexe Oberfläche des Hochspannungswicklungskörpers eine minimale positive Gaußsche Krümmung nicht unterschreitet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass durch die vom Inneren des

Hochspannungswicklungskörpers beidseitig abnehmende

Windungsanzahl der einzelnen Lagen für die konvexe Oberfläche des Hochspannungswicklungskörpers ein möglichst großer

Torusradius erreicht wird.

Es ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Oberfläche des Hochspannungswicklungskörpers an jeder Stelle eine positive Gaußsche Krümmung aufweist, insbesondere die Oberfläche ein sowohl zur zentralen

Längsachse (Ax) , als auch zur radial angeordneten Achse (Ay) symmetrisches Profil ausbildet. Mittels dieser Ausgestaltung mit positiver Krümmung wird das Risiko für mögliche

Überschläge an der Oberfläche weiter verringert. Bevorzugterweise wird die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung in Transformatoren mit einer Betriebsmittelspannung von Um > 72,5 kV verwendet, um einerseits eine einfach zu

realisierende Wicklungsanordnung im Hochspannungsbereich bereitzustellen und andererseits um Kosten zu sparen.

Die Erfindung umfasst auch einen Transformator mit zumindest einer erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Figur Bezug genommen, aus der weitere vorteilhafte Einzelheiten und mögliche Einsatzgebiete der Erfindung zu entnehmen sind. Die Figur ist als

beispielhaft zu verstehen und soll den Erfindungscharakter zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung im

Längsschnitt

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung 1 im Längsschnitt umfassend einen Kernschenkel 6 eines

Transformatorkerns , wobei der Kernschenkel 6 und die

Wicklungsanordnung 1 rotationssymmetrisch zu einer zentralen Längsachse Ax angeordnet sind. Die Wicklungsanordnung 1 umfasst eine Niederspannungswicklung 2 und einen

Hochspannungswicklungskörper 3, welcher aus einzelnen Lagen 5 aus einzelnen Leitern und zwischen den Lagen 5 angeordneten Isolationsschichten 4 aufgebaut ist. Die Windungsanzahl der einzelnen Lagen 5 nimmt in Richtung einer zur zentralen Längsachse Ax der Wicklungsanordnung 1 radial angeordneten Achse Ay vom Inneren des Hochspannungswicklungskörpers 3 beidseitig ab. Dadurch bildet sich an den Enden der Lagen 5 eine konvexe Oberfläche 7 des Hochspannungswicklungskörpers 3 aus. Die Krümmung der Oberfläche 7 kann je nach

Spannungsbereich spezifisch ausgewählt werden. Es sei erwähnt, dass sich die Wicklungen der Niederspannungswicklung 2 und des Hochspannungswicklungskörpers 3 sowie der

Kernschenkel 6 in Fig. 1 nach unten fortsetzen und

insbesondere das untere Ende des

Hochspannungswicklungskörpers 3 symmetrisch zum dargestellten oberen Ende des Hochspannungswicklungskörpers 3 ausgebildet ist. Die zur zentralen Längsachse Ax parallelen Seitenflächen (die durch die äußeren Lagen 5 gebildet werden) des

Hochspannungswicklungskörpers 3 gehen stetig in die konvexe Oberfläche 7 über.

Bezugszeichenliste :

1 Wicklungsanordnung

2 Niederspannungswicklung (NV-Wicklung)

3 Hochspannungswicklungskörper

4 IsolationsSchicht

5 Lage

6 Kernschenkel

7 Oberfläche

Ax Längsachse

Ay radial angeordnete Achse

Ez zentrale umlaufende Fläche