Wicklungsanordnung

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für einen Transformator, insbesondere mit einer Betriebsmittelspannung von Um > 72,5kV, wobei die Wicklungsanordnung zumindest eine Wicklung aufweist, die in einem Wicklungsleiter endet, wobei der Wicklungsleiter mit einer Schaltleitung verbunden ist, welche zur Verschaltung der Wicklung mit anderen Wicklungen ausgebildet ist.

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

Verteiltransformatoren, wie in flüssigkeitsgefüllten

Verteiltransformatoren .

STAND DER TECHNIK

Bei ölgefüllten Verteiltransformatoren wird für

Hochtemperaturanforderungen, z.B. bei einer

Betriebstemperatur von mehr als 105°C, oft eine Aramid- Isolierung für die Ausleitungen benötigt. Mit einer

Betriebsmittelspannung von Um > 72,5 kV tritt im

Oberspannungs-Ausleitungsbereich, also dem

Hochspannungsbereich, eine hohe Feldstärke auf. Durch diese punktuelle Feldstärke ist die Gefahr von Teilentladungen und Überschlägen stark erhöht. Um diese elektrische Beanspruchung zu senken wird bei Niedertemperaturanwendungen um die

Ausleitung eine Schirmung zur Leitervergrößerung eingesetzt. Für Hochtemperaturanwendungen sind einige dieser langjährig eingesetzten und bewährten Materialien für die Schirmung nicht verfügbar.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine

Wicklungsanordnung bereit zu stellen, die die Nachteile des Stands der Technik überwindet und auch für

Hochtemperaturanwendungen eine Verringerung der Gefahr von Teilentladungen und Überschlägen im Oberspannungs- Ausleitungsbereich verringert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine

Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Ausgehend von einer Wicklungsanordnung für einen Transformator,

insbesondere mit einer Betriebsmittelspannung von Um >

72,5kV, wobei die Wicklungsanordnung zumindest eine Wicklung aufweist, die in einem Wicklungsleiter endet, wobei der Wicklungsleiter mit einer Schaltleitung verbunden ist, welche zur Verschaltung der Wicklung mit anderen Wicklungen

ausgebildet ist, ist vorgesehen, dass die Verbindung der Schaltleitung mit dem Wicklungsleiter im Inneren der Wicklung angeordnet ist.

Durch die Verbindung des Wicklungsleiters mit der

Schaltleitung, die in der Regel einen größeren

Leiterquerschnitt aufweist als der Wicklungsleiter, im

Inneren der Wicklung und die Bildung der Ausleitung mit der Schaltleitung wird die elektrische Feldstärke an der

Ausleitung erheblich gesenkt. Dass die Verbindung der Schaltleitung mit dem Wicklungsleiter im Inneren der Wicklung angeordnet ist, bedeutet, dass die Verbindung von der Wicklung umgeben ist, sowohl in radialer Richtung der Wicklung gesehen als auch in axialer Richtung der Wicklung. Geht man davon aus, dass die Wicklung um eine Wicklungsachse herum angeordnet ist, so befindet sich beispielsweise, relativ zur Wicklungsachse, sowohl radial außerhalb der erfindungsgemäßen Verbindung noch ein Teil der Wicklung und auch axial vor und nach der Verbindung noch ein Teil der Wicklung. Die Wicklungsleiter der Wicklung isolieren also die Verbindung zum Großteil, insbesondere vollständig, vom Raum außerhalb der Wicklung.

Die Erfindung wird vorteilhaft für die Oberspannungswicklung, also die Hochspannungswicklung, eines Transformators

verwendet .

Um den Wicklungsleiter einfach und dauerhaft elektrisch mit der Schaltleitung zu verbinden, kann vorgesehen sein, dass die Verbindung zwischen Schaltleitung und Wicklungsleiter eine Crimpverbindung ist. Eine Crimpverbindung entsteht, wenn zwei Komponenten durch plastische Verformung miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Bördeln, Quetschen, Kräuseln oder Falten. Eine Crimpverbindung ist an sich keine lösbare Verbindung. Eine Crimpverbindung ist formschlüssig.

Bei einer Crimpverbindung wird in der Regel ein

Verbindungselement eingesetzt, in welches einer oder beide zu verbindenden Leiter eingeschoben werden. Das

Verbindungselement kann etwa als Hülse oder Kabelschuh ausgebildet sein. Neben der elektrischen Verbindung entsteht beim Crimpen auch eine mechanische Verbindung der beiden zu verbindenden Leiter, hier des Wicklungsleiters und der

Schaltleitung. Als Werkzeuge zum Crimpen werden z.B. Crimpzangen oder Anschlagpressen verwendet. Die Form des Werkzeugs und die Presskraft müssen jeweils so angepasst werden, dass eine formschlüssige Verbindung entsteht, aber keiner der Leiter dabei zerstört, insbesondere gebrochen, wird. Alternativ zum Crimpen können die beiden Leiter auch verlötet oder verschweißt werden.

Da sich die Verbindung innerhalb der Wicklung befindet, ist es vorteilhaft, dass das Verbindungselement, das die

Verbindung zwischen Schaltleitung und Wicklungsleiter herstellt, von einer elektrischen Abschirmung umgeben ist. Dadurch wird auf einfache Weise das elektrische Feld der Wicklung von der Schaltleitung abgeschirmt.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die elektrische Abschirmung auch den an das Verbindungselement anschließenden Teil des Wicklungsleiters und den an das Verbindungselement anschließenden Teil der Schaltleitung umgibt. Dadurch wird jedenfalls eine gute Abschirmung des Verbindungselements erreicht .

Die elektrische Abschirmung kann am einfachsten eine

leitfähige Schicht umfassen, die zumindest das

Verbindungselement umgibt. Denkbar sind hier leitfähige Folien, Geflechte oder Bleche. Die leitfähige Schicht kann z.B. Kupfer enthalten.

Die elektrische Abschirmung, der an das Verbindungselement anschließende Teil des Wicklungsleiters und der an das

Verbindungselement anschließende Teil der Schaltleitung können von einer gemeinsamen Isolierung umgeben sein. Dadurch kann es zu keiner leitenden Verbindung oder zu einem

Überschlag von der restlichen Wicklung auf die Schaltleitung kommen . Geht man davon aus, dass die Wicklung um eine Wicklungsachse herum angeordnet ist, so sind grundsätzlich drei

Ausführungsvarianten denkbar, wo eine Verbindung einer

Schaltleitung mit einem Wicklungsleiter, insbesondere das entsprechende Verbindungselement, relativ zur Wicklung angeordnet ist.

In der ersten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass sich sowohl radial außerhalb einer Verbindung einer Schaltleitung mit einem Wicklungsleiter als auch axial vor und nach dieser Verbindung der Schaltleitung mit dem Wicklungsleiter noch ein Teil der Wicklung befindet. Die Verbindung, insbesondere in Form des Verbindungselements, ist also in axialer Richtung auf beiden Seiten von Wicklungsleitern umgeben. In radialer Richtung sind zumindest außerhalb der Verbindung,

insbesondere außerhalb des Verbindungselements, weitere Wicklungsleiter bzw. weitere Abschnitte desselben

Wicklungsleiters vorhanden. Radial innerhalb kann sich beispielsweise eine Isolierung der Wicklung befinden. Diese Ausführungsvariante ist somit für den Wicklungsanfang geeignet, der in radialer Richtung der Wicklung gesehen innen liegt .

In der zweiten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass sich sowohl radial innerhalb einer Verbindung einer Schaltleitung mit einem Wicklungsleiter als auch axial vor und nach dieser Verbindung der Schaltleitung mit dem Wicklungsleiter noch ein Teil der Wicklung befindet. Die Verbindung, insbesondere in Form des Verbindungselements, ist also in axialer Richtung auf beiden Seiten von Wicklungsleitern umgeben. In radialer Richtung sind zumindest innerhalb der Verbindung,

insbesondere innerhalb des Verbindungselements, weitere Wicklungsleiter bzw. Abschnitte desselben Wicklungsleiters vorhanden. Radial außerhalb kann sich beispielsweise eine Isolierung der Wicklung befinden. Diese Ausführungsvariante ist somit für das Wicklungsende geeignet, das in radialer Richtung der Wicklung gesehen außen liegt.

In der dritten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass sich radial innerhalb, radial außerhalb, axial vor und axial nach einer Verbindung einer Schaltleitung mit einem

Wicklungsleiter noch ein Teil der Wicklung befindet. Die Verbindung, insbesondere in Form des Verbindungselements, ist also auf allen Seiten von Wicklungsleitern umgeben. Diese Ausführungsvariante ist geeignet für Anzapfungen, welche radial gesehen zwischen Wicklungsanfang und Wicklungsende liegen .

Es ist auch denkbar, dass mehrere erfindungsgemäße

Verbindungen pro Wicklung vorgesehen sind. Somit können an einer Wicklung auch zwei oder alle drei Ausführungsvarianten vorliegen. Insbesondere können mehrere Verbindungen der dritten Ausführungsvariante vorliegen.

Die Erfindung umfasst auch einen Transformator, insbesondere einen Leistungstransformator, bevorzugt einen ölgefüllten Verteiltransformator, mit einer erfindungsgemäßen

Wicklungsanordnung. Leistungstransformatoren sind

Transformatoren, die für hohe Leistungen ausgelegt sind, etwa für den Einsatz in elektrischen Energienetzen.

Leistungstransformatoren sind häufig dreiphasig als

Dreiphasenwechselstrom-Transformator ausgeführt .

Leistungstransformatoren im Bereich von einigen 10 kVA bis einige wenige MVA werden dabei in lokalen

Transformatorenstationen, die der Versorgung der

Niederspannungsnetze dienen, eingesetzt und als Verteiltransformatoren bezeichnet. Sie sind oft flüssigkeitsgefüllt, dabei in der Regel ölgefüllt.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Figuren Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Einzelheiten und mögliche

Einsatzgebiete der Erfindung zu entnehmen sind. Die Figuren sind als beispielhaft zu verstehen und sollen den

Erfindungscharakter zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen

Wicklungsanordnung im Bereich der Verbindung zwischen

Schaltleitung und Wicklungsleiter,

Fig. 2 einen Längsschnitt des Bereichs um die Verbindung zwischen Schaltleitung und Wicklungsleiter aus Fig. 1.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt das obere Ende einer erfindungsgemäßen

Wicklungsanordnung mit einer Wicklung 1, die rund um eine Wicklungsachse 5 angeordnet ist. Radial innerhalb und/oder außerhalb der Wicklung 1 können noch weitere Wicklungen angeordnet sein. Die Wicklung 1 ist in der Regel um einen, hier nicht dargestellten, Kernschenkel eines

Transformatorkerns gewickelt und besteht aus einem oder mehreren Wicklungsleitern 3. Der Wicklungsleiter 3 kann z.B. ein Wicklungsdraht sein. Um die elektrische Energie aus der Wicklung 1 und anschließend aus dem Transformatorgehäuse, das die Wicklungen 1 umgibt, herauszuführen, bzw. um die

elektrische Energie von außen durch das Transformatorgehäuse in die Wicklung 1 einzubringen, ist eine sogenannte

Ausleitung vorgesehen, also eine leitende Verbindung, die das Ende des Wicklungsleiters 3 der Wicklung 1 durch das

Transformatorgehäuse hindurch mit einer Leitung außerhalb des Transformators verbindet.

Die Ausleitung umfasst dabei auch sogenannte Schaltleitungen 2, mittels welcher die einzelnen Wicklungen 1 des

Transformators noch im Inneren des Transformatorgehäuses miteinander verschaltet werden können. Auf diese Weise können die drei Phasen eines Dreiphasenwechselstrom-Transformators miteinander verschaltet werden.

Die Wicklung 1 endet in einem Wicklungsleiter 3 und ist mittels eines Verbindungselements 4 mit einer Schaltleitung 2 verbunden, die zur Verschaltung der Wicklung 1 mit anderen Wicklungen dient. Das Verbindungselement 4 ist dabei im Inneren der Wicklung angeordnet. Dies bedeutet einerseits, dass sich in radialer Richtung der Wicklung 1, also normal zur Wicklungsachse 5, zumindest außerhalb des

Verbindungselements 4 noch ein Teil der Wicklung 1 befindet, hier der Großteil der Wicklung 1. Das Ende des

Wicklungsleiters 3 bildet hier den Wicklungsanfang der

Wicklung 1, die hier als Oberspannungswicklung ausgebildet ist. Der Wicklungsanfang und damit das Verbindungselement 4 liegt hier - in radialer Richtung gesehen - innen an der Isolierung der Wicklung 1 zum Hauptstreuspalt und dieser wiederum liegt zwischen Oberspannungswicklung und

Niederspannungswicklung .

Im Inneren der Wicklung bedeutet auch, dass sich in Richtung parallel zur Wicklungsachse 5 vor und nach dem Verbindungselement 4 noch ein Teil der Wicklung 1 befindet.

In Fig. 1 befinden sich also auch oberhalb und unterhalb des Verbindungselements 4 noch weitere Wicklungsleiter der

Wicklung 1. Diese weiteren Wicklungsleiter der Wicklung 1 isolieren also das Verbindungselement 4 vom Raum außerhalb der Wicklung 1.

Die Anordnung der Verbindung, nämlich hier des

Verbindungselements 4, entspricht in Fig. 1 der vorher beschriebenen ersten Ausführungsvariante für den

Wicklungsanfang. Das Verbindungselement 4 könnte aber entsprechend der zweiten Ausführungsvariante auch für das Wicklungsende verwendet werden, das in radialer Richtung der Wicklung 1 gesehen außen liegt, siehe die, als senkrechte Linie eingezeichnete, alternative Position 9 des

Verbindungselements 4. Das Verbindungselement 4 wäre dann radial außen z.B. nur von der Isolierung der Wicklung 1 umgeben, an allen anderen Seiten (radial innen, axial) von den Wicklungsleitern der Wicklung 1. Das Verbindungselement 4 könnte aber entsprechend der dritten Ausführungsvariante auch für eine Anzapfung verwendet werden, die in radialer Richtung der Wicklung 1 gesehen an irgendeiner Stelle zwischen

Wicklungsanfang und Wicklungsende liegt, siehe die, als senkrechte Linie eingezeichnete, beispielhafte alternative Position 8 des Verbindungselements 4. Das Verbindungselement 4 wäre dann allseits von Wicklungsleitern der Wicklung 1 umgeben .

Dadurch, dass die Schaltleitung 2 einen größeren

Leiterquerschnitt aufweist als der Wicklungsleiter 3 ist außerhalb der Wicklung 2 die elektrische Feldstärke an der Außenseite der Schaltleitung 2 geringer als beim

Wicklungsleiter 3, wenn dieser statt der Schaltleitung 2 aus der Wicklung 1 - in Fig. 1 oben aus der Wicklung 1 - herausgeführt werden würde.

In Fig. 2 sind das Verbindungselement und - teilweise in Schnittdarstellung - seine unmittelbare Umgebung vergrößert dargestellt. Sowohl die Schaltleitung 2 als auch der

Wicklungsleiter 3, der einen kleineren Querschnitt als die Schaltleitung 2 aufweist, sind in das Verbindungselement 4 geführt und darin mittels Crimpverbindung miteinander mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Eine elektrische Abschirmung 6 umgibt das Verbindungselement 4, den an das Verbindungselement 4 anschließenden Teil des Wicklungsleiters

3 und den an das Verbindungselement 4 anschließenden Teil der Schaltleitung 2. In diesem - in Richtung parallel zur

Wicklungsachse 5 (siehe Fig. 1) betrachteten - Bereich und darüber hinausgehend ist eine Isolierung 7 vorgesehen, welche die elektrische Abschirmung 6, den an das Verbindungselement

4 anschließenden Teil des Wicklungsleiters 3 und den an das Verbindungselement 4 anschließende Teil der Schaltleitung 2 umgibt .

Bezugszeichenliste :

1 Wicklung

2 Schaltleitung

3 Wicklungsleiter

4 Verbindungselement

5 Wicklungsachse

6 elektrischen Abschirmung

7 Isolierung

8 alternative Position des Verbindungselements 4

9 alternative Position des Verbindungselements 4