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Title:
WINDING UNIT HAVING TAPS FORMED ON THE SUPPORT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/101460
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a winding unit (10) for connecting to a high-voltage network. The winding unit has a winding (12), which is embedded in a solid insulating body (11), and a first main connection terminal (19), which is connected to a first winding end of the winding (12) and is arranged on a first support (1) formed on insulating body (11). Furthermore, a second main connection terminal (20) is provided, which is connected to a second winding end of the winding (12). The winding has partial windings (13, 14) and taps (17), by means of which the number of windings of the partial windings (13, 14) connected in series can be set. By means of outgoing lines (15, 16, 18) extending in the insulating body (11), the taps (17) are connected to a tap connection terminal (3, 4, 5, 6, 7, 8) accessible from the outside. In order to encapsulate the upper voltage in the resin block over the entire periphery by means of a shielding cage, according to the invention, the tap connection terminals (3, 4, 5, 6, 7, 8) are formed on the support (1).

Inventors:
SILLE RICHARD (DE)
MORENO ANDRE LUIZ (BR)
NAVARRO MARTIN ALSINA (BR)
Application Number:
PCT/EP2018/079127
Publication Date:
May 31, 2019
Filing Date:
October 24, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01F29/02; H01F27/32
Foreign References:
DE2640595A11978-03-16
US20140118101A12014-05-01
US20130043966A12013-02-21
KR20160121645A2016-10-20
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Wicklungseinheit (10) zum Anschluss an ein Hochspannungs netz mit

- einer in einem festen Isolierkörper (11) eingebetteten Wicklung ( 12 ) ,

- einer ersten Hauptanschlussklemme (19), die mit einem ers ten Wicklungsende der Wicklung (12) verbunden und an einem ersten am Isolierkörper (11) angeformten Stützer (1) angeord net ist, und

- einer zweiten Hauptanschlussklemme (20), die mit einem zweiten Wicklungsende der Wicklung (12) verbunden ist,

- wobei die Wicklung Teilwicklungen (13, 14) und Anzapfungen

(17) aufweist, mittels derer die Anzahl der in Reihe geschal teten Windungen der Teilwicklungen (13, 14) einstellbar ist und die jeweils über eine sich in dem Isolierkörper (11) er streckende Ausleitungen (15, 16,18) mit einer von außen zu gänglichen Anzapfungsanschlussklemme (3, 4, 5, 6, 7, 8) verbunden sind,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Anzapfungsanschlussklemmen (3, 4, 5, 6, 7, 8) am Stützer (1) ausgebildet sind.

2. Wicklungseinheit (10) 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

jeder Stützer (1) rotationssymmetrisch ausgebildet und mit Rippen (22, 23, 24, 25) ausgerüstet ist, wobei sich jeder Stützer (1) in einer Längsrichtung erstreckt und die Anzap fungsanschlussklemmen (3, 4, 5, 6, 7, 8) zwischen zwei Rippen (24,25) über den Umfang des jeweiligen Stützers (1) gleichmä ßig verteilt angeordnet sind.

3. Wicklungseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die erste Hauptanschlussklemme (12) am freien Ende des

Stützers (1) ausgebildet ist.

4. Wicklungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden An sprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

ein zweiter Stützer (2) vorgesehen ist, der sich vom Isolier körper (11) zu seinem freien Ende hin erstreckt, wobei die zweite Hauptanschlussklemme (20) am freien Ende des zweiten Stützers (2) ausgebildet ist.

5. Wicklungseinheit (10) nach Anspruch 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der zweite Stützer (2) Rippen (22) aufweist.

6. Wicklungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden An sprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

Isolierkörper (11) und jeder Stützer (1,2) aus einem ausge härteten Harz gefertigt sind.

7. Wicklungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden An sprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

eine am Stützer (1) gehaltene flexible Abdeckkappe zum Schutz der Anzapfungsanschlussklemmen (3, 4, 5, 6, 7, 8) dient.

Description:
Beschreibung

Wicklungseinheit mit am Stützer ausgebildeten Anzapfungen

Die Erfindung betrifft eine Wicklungseinheit zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einer in einem festen Isolierkörper eingebetteten Wicklung, einer ersten Anschlussklemme, die mit einem ersten Wicklungsende der Wicklung verbunden und an ei nem ersten am Isolierkörper angeformten Stützer angeordnet ist, und einer zweiten Anschlussklemme, die mit einem zweiten Wicklungsende der Wicklung verbunden ist, wobei die Wicklung Teilwicklungen und Anzapfungen aufweist, mittels derer die Anzahl der in Reihe geschalteten Windungen der Teilwicklungen einstellbar ist und die jeweils über eine sich in dem Iso lierkörper erstreckende Ausleitung mit einer von außen zu gänglichen Anzapfungsanschlussklemme verbunden sind.

Eine solche Wicklungseinheit ist dem Fachmann aus der Praxis bereits bekannt, wobei die bekannte Wicklungseinheit in Figur 1 in einer Stirnansicht und in Figur 2 in einer geschnittenen Seitenansicht verdeutlicht ist. So verfügt die vorbekannte Wicklungseinheit 10 über einen als Harzblock 11 ausgeführten Isolierkörper, in dem eine Oberspannungswicklung 12 angeord net ist. Die Oberspannungswicklung 12 besteht aus einer ers ten 13 und zweiten Teilwicklung 14, deren einander zugewand ten Wicklungsenden über sich durch den Harzblock 11 erstre ckende Ausleitungen 15 und 16 mit Anzapfungsanschlussklemmen 5 beziehungsweise 6 verbunden sind, die von außen

kontaktierbar sind. Darüber hinaus sind vier weitere Anzap fungen 17 erkennbar, die ebenfalls über Ausleitungen 18 mit den Anzapfungsanschlussklemmen 3 und 4 sowie 7 und 8 verbun den sind. Unter dem Begriff „Anzapfung" ist im Folgenden die Stelle der Wicklung bezeichnet, an der deren Windung die je weilige Ausleitung 18 kontaktiert.

Eine obere Hauptanschlussklemme 19 ist am freien Ende eines am Harzblock 11 angeformten Stützers 1 erkennbar. Eine untere Hauptanschlussklemme 20 ist entsprechend am freien Ende eines ebenfalls am Harzblock 11 angeformten Stützers 2 ausgebildet. Um die Hauptanschlussklemmen 19 und 20 miteinander zu verbin den, müssen zwei Anzapfungsanschlussklemmen miteinander ver bunden werden. Durch Verbindung der Anzapfungsanschlussklem men 5 und 6 ist die Anzahl der in Reihe geschalteten Windun gen der Oberspannungswicklung 12 am größten. Eine Verbindung der Anzapfungsanschlussklemmen 4 und 7 führt zu einer Reihen schaltung einer mittleren Anzahl von Windungen, wohingegen eine Verbindung der Anzapfungsanschlussklemmen 3 und 8 zu ei ner Reihenschaltung von Windungen führt, deren Anzahl ver gleichsweise am kleinsten ist.

In Figur 1 sind die Anzapfungsanschlussklemmen 3 und 8 über eine Anschlusslasche 21 miteinander verbunden. Somit können in dem gezeigten Beispiel an den Hauptanschlussklemmen 19 und 20 etwa -5% der Nominalen Spannung abgegriffen werden. Bei Verbindung der Anzapfungsanschlussklemmen 3 und 7 läge die dort herrschende Spannung bei etwa -2,5%, wohingegen eine Verbindung der Anzapfungsanschlussklemmen 4 und 6 zu einer abgreifbaren Spannung von etwa +2,5% führen würde.

Der vorbekannten Wicklungseinheit haftet der Nachteil an, dass die mittig im Harzblock verlaufenden Ausleitungen 15, 16 und 18 es verhindern, dass die Oberspannungswicklung von ei nem Abschirmungskäfig vollumfänglich umschlossen werden kann. Der Abschirmungskäfig müsste zur Durchführung der Ausleitun gen 15, 16 und 18 eine Öffnung aufweisen, wodurch die Wirkung der Abschirmung aufgehoben würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wicklungseinheit der ein gangs genannten Art bereitzustellen, die es ermöglicht, die Oberspannung im Harzblock vollumfänglich durch einen Abschir mungskäfig zu kapseln.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Anzap fungsanschlussklemmen am Stützer ausgebildet sind. Im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lö sung sind die Anzapfungsanschlussklemmen im Rahmen er Erfin dung nicht mehr mittig am Isolierköper oder mit anderen Wor ten Wicklungsblock sondern gemeinsam mit einer der Hauptan schlussklemmen am Stützer ausgebildet. Da der Stützer in der Regel an der Stirnseite der im Isolierkörper angeordneten Oberspannungswicklung angeordnet ist, können auch die An schlussleitungen der Anzapfungen von der Stirnseite her der Wicklung geführt werden. Anschlussleitungen, die sich in von einer mittig im Isolierkörper angeordneten Anzapfung in Quer richtung aus dem Isolierkörper heraus erstrecken, sind auf diese Art und Weise vermieden. Somit kann die Wicklungsein heit mit einer Abschirmung im Isolierkörper ausgerüstet wer den, welche die Wicklung vollständig und käfigartig um schließt. Dabei ist die Abschirmung vorteilhafterweise in un mittelbarer Nähe der Wicklung angeordnet. Bei der Wicklung handelt es sich vorteilhafterweise um eine Oberspannungswick lung, die also für höhere Spannungen und geringere Ströme ausgelegt ist.

Vorteilhafterweise ist jeder Stützer rotationssymmetrisch ausgebildet und mit Rippen ausgerüstet, wobei sich jeder Stützer in einer Längsrichtung erstreckt und die Anzapfungs anschlussklemmen zwischen zwei Rippen über den Umfang des je weiligen Stützers gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Gemäß dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Rippen am Stützer vorgesehen, um den Weg für Kriechströme zu vergrö ßern und diese möglichst vollständig zu unterdrücken. Kriech ströme sind unerwünscht, da diese die Spannungsfestigkeit des Isolierkörpers beeinträchtigen können.

Vorteilhafterweise ist die erste Hauptanschlussklemme am freien Ende des Stützers ausgebildet.

Vorteilhafterweise ist die erste Windung der Oberspannungs wicklung, über eine sich durch die gesamte Länge des Stützers hindurch erstreckende Ausleitung mit der Hauptanschlussklemme verbunden . Bei einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Anzapfungsan schlussklemmen zum Isolierkörper hin versetzt angeordnet und weisen daher einen Abstand zur ersten Hauptanschlussklemme auf .

Bei einer weiteren Variante sind alle Anzapfungsanschluss klemmen auf der gleichen Höhe angeordnet und über wenigstens eine Rippe von der ersten Hauptanschlussklemme beabstandet. Hierbei ist es zweckmäßig, dass die Anzahl der Windungen zwi schen der ersten stirnseitigen Windung der Wicklung und den Anzapfungen möglichst klein ist. Ansonsten wäre der Potenzi alunterschied zwischen der ersten Hauptanschlussklemme und den Anzapfungsanschlussklemmen am Stützer zu groß, als dass diese gemeinsam an einem Stützer angeordnet und durch ledig lich eine Rippe voneinander beabstandet sind.

Vorteilhafterweise liegt die Anzahl der Windungen der ersten Teilwicklung, deren oberste stirnseitige Windung mit der ers ten Hauptanschlussklemme verbunden ist und deren letzte Win dung mit einer Anzapfungsanschlussklemme am Stützer verbunden ist, zwischen 1 und 20, wohingegen die Anzahl der Windungen der zweiten Teilwicklung, deren erste stirnseitige Windung mit einer Anzapfungsanschlussklemme verbunden ist und deren letzte Windung mit der zweiten Hauptanschlussklemme verbunden ist .

Zweckmäßigerweise ist ein zweiter Stützer vorgesehen, der sich vom Wicklungskörper zu seinem freien Ende hin erstreckt, wobei die zweite Hauptanschlussklemme am freien Ende des zweiten Stützers ausgebildet ist. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung sind zwei Hauptanschlussklemmen vorgesehen, die jeweils am freien Ende eines Stützers angeordnet sind. Zwischen den Anschlussklemmen kann durch Überbrücken der zweckmäßig ausgewählten Anzapfungsanschlussklemmen die Anzahl der zwischen der ersten und zweiten Hauptanschlussklemme lie genden Windungen und somit die Spannung eingestellt werden. Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weist auch der zweite Stützer Rippen auf. Auch hierbei dienen die Rippen der Vergrößerung des Kriechweges und somit der Er höhung der Spannungsfestigkeit der Wicklungseinheit.

Vorteilhafterweise bestehen der Isolierkörper und jeder

Stützer aus einem ausgehärteten Harz. Als zweckmäßiger Harz kommt hier Epoxydharz in Betracht, wobei dem Harz zweckmäßige Zusätze zum Aushärten zugefügt sind. Isolierkörper aus Harz sind dem Fachmann jedoch bekannt, so dass an dieser Stelle auf detailliertere Ausführungen hierzu verzichtet werden kann .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine am Stützer gehaltene flexible Abdeckkappe vorgesehen, die dem Schutz der Anzapfungsanschlussklemmen dient. Die Kappe ist beispielsweise aus einem flexiblen Elastomer hergestellt und dient zum Abhalten von Schmutz, Regenwasser oder dergleichen. Aufgrund der Flexibilität der Abdeckkappe kann diese über die jeweiligen Rippen des Stützers gegebenenfalls über die Anzap fungsanschlussklemmen gestülpt werden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirken de Bauteile verweisen und wobei

Figuren 1 und 2 eine Wicklungseinheit gemäß dem

Stand der Technik in einer Stirnan sicht bzw. in einer geschnittenen Seitenansicht,

Figuren 3 und 4 eine Wicklungseinheit gemäß der vor liegenden Erfindung in einer Stirn ansicht bzw. in einer geschnittenen Seitenansicht, Figuren 5 und 6 ein Ausführungsbeispiel eines

Stützers in einer geschnittenen Sei ten- bzw. Queransicht und

Figur 7 ein Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Wicklungseinheit, die in einer perspektivischen Ansicht verdeutlichen .

Figuren 1 und 2 zeigen eine Wicklungseinheit gemäß dem Stand der Technik wie bereits eingangs ausführlich beschrieben wur de, so dass eine erneute Darstellung entfallen kann.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wicklungseinheit 10 in einer Stirnansicht. Figur 4 zeigt die Wicklungseinheit von Figur 3 in einer geschnittenen Seitenan sicht .

Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte erfindungsgemäße Wicklungseinheit 10 verfügt über einen festen Wicklungskör per, der als Harzblock 11 ausgeführt ist. In dem Harzblock 11 ist eine Wicklung 12 eingebettet. Die Wicklung 12, die hier als Oberspannungswicklung 12 ausgeführt ist, umfasst wieder eine erste Teilwicklung 13 sowie eine zweite Teilwicklung 14, die galvanisch voneinander getrennt sind. Die oberste Wick lungslage der ersten Teilwicklung 13 ist über eine Ausleitung 18 mit der ersten Hauptanschlussklemme 19 eines Stützers 1 verbunden. Die erste Hauptanschlussklemme 19 ist am freien Ende des Stützers 1 angeordnet, das vom Isolierkörper 11 ab gewandt ist. Die letzte Windungslage der ersten Teilwicklung 13 ist - wie beim Stand der Technik gemäß der Figuren 1 und 2 - über eine Ausleitung 15 mit der Anzapfungsanschlussklemme 5 verbunden, die jedoch im Gegensatz zu der in Figur 1 darge stellten Wicklungseinheit am Stützer 1 ausgebildet ist. Ent sprechendes gilt für die Anzapfungsanschlussklemmen 3 und 4, die ebenfalls mit Anzapfungen 17 der ersten Teilwicklung 13 verbunden sind. Die erste Wicklungslage der zweiten Teilwick lung 14 ist wieder über eine Ausleitung 16 mit der Anzap- fungsanschlussklemme 6 verbunden, die ebenfalls am Stützer 1 angeordnet ist. Entsprechendes gilt für die Anzapfungsan schlussklemmen 7 und 8, die über die Ausleitungen 18 mit An zapfungen 17 der zweiten Teilwicklung 14 verbunden sind. Alle Ausleitungen 15, 16 und 18 der Teilwicklung 13, 14 erstrecken sich somit durch den Stützer 1 zu den dort ausgebildeten Klemmen. Ausleitungen in der Mitte der Wicklung 12 und des Wicklungskörpers 11 sind erfindungsgemäß vermieden.

Darüber hinaus unterscheiden sich die Teilwicklungen 13, 14 hinsichtlich der Anzahl der Windungen. Während bei der Wick lungseinheit 11 gemäß Figur 2 die erste Teilwicklung 13 und die zweite Teilwicklung 14 nahezu identisch dimensioniert und in etwa die gleiche Anzahl an Windungen aufweisen, ist die erste Teilwicklung 13 bei dem in Figur 4 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung deutlich kleiner dimensioniert und mit weniger Windungen ausgestattet als die zweite Teil wicklung 14. Dies hat den Vorteil, dass die Ausleitungen 15, 16 und 18 nicht unnötig lang parallel zu der Wicklung 12 zum Stützer 1 im Harzblock 11 geführt werden müssen, so dass die erfindungsgemäße Wicklungseinheit 10 einfacher und kosten günstiger ausgestaltet werden kann.

In Figur 4 ist ferner erkennbar, dass der Stützer 1 rotati onssymmetrisch ausgestaltet ist und Rippen 22 ausbildet, um den Kriechstrompfad zu verlängern und somit die Spannungsfes tigkeit zu erhöhen. Darüber hinaus ist erkennbar, dass die Anzapfungsanschlussklemmen 3, 4, 5, 6, 7 und 8 alle gemeinsam zwischen der ersten und der zweiten Rippe 23 und 24 des Stützers 1 angeordnet sind.

Auch der Stützer 2, an dessen freiem Ende sich die zweiten Hauptanschlussklemme 20 befindet, ist mit Außenrippen 22 aus gerüstet .

Figur 5 zeigt den Stützer 1 mit der ersten Hauptanschluss klemme 19 in einer Schnittansicht, in welcher lediglich die Anzapfungsanschlussklemmen 7 und 5 erkennbar sind, die mit der letzen beziehungsweise ersten Windung der ersten Teil wicklung 13 verbunden sind. Die Anzapfungsanschlussklemme 7 ist über die Ausleitung 18 mit einer Anzapfung 17 der zweiten Teilwicklung 14 verbunden.

Figur 6 zeigt den Stützer 1 gemäß Figur 5 in einer Drauf sicht. Dort sind alle Anzapfungsanschlussklemmen 3, 4, 5, 6,

7 und 8 sowie die mittige Anschlussleitung 18 für die erste Hauptanschlussklemme 19 erkennbar.

In Figur 5 ist ferner gezeigt, dass die erste Rippe 23 eine Unterrippe 25 aufweist, die in etwa den gleichen Radius auf weist wie die zweite Rippe 24. Dabei sind die Anzapfungsan schlussklemmen unterhalb der Unterrippe 25 und der zweiten Rippe 24 angeordnet. Die zweite Anschlussrippe 24 ist radial etwas kürzer ausgestaltet ist als die restlichen Rippen 22 des Stützers 1. Somit ist das Überstülpen einer flexiblen Ab deckungskappe über die zweite Rippe 24 und die Unterrippe 25 vereinfacht .

Figur 7 zeigt die Wicklungseinheit 10 in einer perspektivi schen Darstellung, in der erkennbar ist, dass die Anzapfungs anschlussklemmen 3, 4, 5, 6, 7 und 8 über den Umfang des Stützers 1 hinweg gleichmäßig verteilt und somit mit gleichem radialen Abstand zueinander angeordnet sind. Darüber hinaus ist der zweite Stützer 2 mit der zweiten Hauptanschlussklemme 20 erkennbar. Ferner ist der Harzblock 11 dargestellt, in dem eine Oberspannungswicklung sowie zwei Unterspannungswicklun gen angeordnet sind. Die Oberspannungswicklung ist eingangs seitig mit den Hauptanschlussklemmen 19 und 20 verbunden, wo bei die Unterspannungswicklungen mit den Unterspannungsan schlussklemmen 25 elektrisch verbunden ist. Der Wicklungskör per 11 ist mit einer mittigen Montageöffnung 26 ausgeführt, die zur Aufnahme eines Kernschenkels vorgesehen ist. Der Kernschenkel ist Teil einer sich kranzförmig um den Wick lungskörper 11 erstreckenden magnetisierbaren Kerneinheit zur induktiven Kopplung der Wicklungen, die jedoch figürlich je doch nicht dargestellt ist.