Beschreibung Kapazitiv gesteuerte Hochspannungswicklung Für sogenannte Grenzleistungstransformatoren mit Nennspannun- gen ab etwa 220 kV und Einheitsleistungen ab etwa 200 MVA ist die Verwendung von Drilleiterspulenwicklungen anstelle von Spulenwicklungen aus einer Vielzahl von parallelen Flachdräh- ten vorteilhaft. Einerseits werden dadurch die durch das Streufeld verursachten Zusatzverluste verringert und anderer- seits der zur Verfügung stehende Wickelraum durch einen höhe- ren Füllfaktor besser ausgenutzt.

Die Stoßspannungsfestigkeit von Transformatorwicklungen für Nennspannungen ab 220 kV wird üblicherweise dadurch erreicht, daß die Wicklung ausschließlich aus ineinander gewickelten Spulen aufgebaut ist oder dadurch, daß im Eingangsgebiet der Wicklung mit abgestuften Längskapazitäten die Stoßspannung soweit abgebaut wird, daß die restliche Wicklung in normaler Doppelspulenschaltung, beispielsweise aus Drilleitern, aus- führbar ist.

Die Herstellung ineinander gewickelter Spulen erfordert in jedem Fall Lötverbindungen, die bei Verwendung von Drillei- tern nur unter größten Schwierigkeiten oder überhaupt nicht realisierbar sind. Bei der Verwendung von Drilleitern ist da- her zur Vermeidung von Lötverbindungen eine fortlaufend wi- ckelbare Doppelspulenschaltung anzustreben, in der die kapa- zitive Steuerung durch einen besonderen Steuerleiter erreich- bar ist, dessen Lötverbindungen einfach und wirtschaftlich herstellbar sind.

Die Erfindung betrifft eine kapazitiv gesteuerte Hochspan- nungswicklung aus Scheibenspulen für Transformatoren mit gro- ßen Nennleistungen mit einem als Drilleiter ausgebildeten, den Laststrom führenden Hauptleiter und mit einem dazu räum- lich parallelen Steuerleiter.

Eine solche kapazitiv gesteuerte Hochspannungswicklung ist aus der DE-OS 24 18 230 bekannt. Die dort gezeigte Hochspan- nungswicklung weist mehrere axial übereinander angeordnete Scheibenspulen auf, die fortlaufend aus einem als Drilleiter ausgebildeten Hauptleiter gewickelt sind. Räumlich parallel zum Hauptleiter ist ein Steuerleiter über einen Wicklungsab- schnitt von jeweils mindestens vier Scheibenspulen laufend mitgewickelt. Der Steuerleiter ist in der Mitte dieses Wick- lungsabschnittes aufgetrennt und dessen Anfang und Ende au- ßerhalb der Wicklung galvanisch miteinander verbunden. Diese durch Löten hergestellte Verbindung ist praktisch problemlos, weil der Steuerleiter als massiver Leiter ohne Schwierigkeit lötbar ist.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 297 217 ist eine weitere Wicklungsanordnung bekannt, die Steuerleiter zur kapazitiven Steuerung eines massiven Hauptleiters enthält. Diese Wicklung ist aus fortlaufend gewickelten Doppelspulen zusammengesetzt und die Steuerleiter sind zur Erzielung abgestufter Längska- pazitäten in den Doppelspulen unterschiedlich lang ausge- führt. Der Hauptleiter der Doppelspulen ist aus zwei elekt- risch parallel geschalteten und räumlich parallel geführten und dabei elektrisch voneinander isolierten Massivleitern ge- bildet, zwischen denen der als Metallfolie ausgeführte Steu- erleiter eingewickelt ist.

Sowohl bei der Wicklungsausführung gemäß der deutschen Ausle- geschrift 12 97 217 als auch gemäß der DT 24 18 230 A1 ist die Längskapazität und die Stoßspannungsverteilung in der Wicklung auch von der Wickeldichte abhängig. Die Wickeldichte schwankt jedoch in unerwünschter Weise mit der jeweils er- reichten Fertigungsqualität.

Aus der DE-OS 19 43 724 ist ein Drilleiter für Spulen für Transformatoren bekannt, der aus mehreren prallel geführten und gegeneinander isolierten flachen Teilleitern besteht.

Entlang des Drilleiters sind die Positionen der Teilleiter im Querschnitt des Drilleiters betrachtet durch Kröpfen zyklisch vertauscht, so dass jeder Teilleiter über die Länge des Drilleiters zyklisch jede mögliche Position im Querschnitt des Drilleiters einnimmt.

Aus der DE-PS 23 23 304 ist eine Stufenwicklung für Transfor- matoren bekannt, die mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Teilwicklungen aufweist. Jede der Teilwicklungen ist aus je- weils einem Einzelleiter gebildet, zu dem ein jeweiliger Steuerleiter räumlich parallel angeordnet ist. Die Steuerlei- ter und die Einzelleiter sind elektrisch voneinander iso- liert.

Aus der DE-PS 39 07 287 C2 ist ein Transformator mit einer Wicklung aus einem den Laststrom führenden Hauptleiter be- kannt, der üblicherweise aus einem Werkstoff mit hoher Leit- fähigkeit besteht. Dem Hauptleiter ist zumindest über einen Teil seiner Länge räumlich parallel ein Zusatzleiter aus einem Widerstandsstoff angeordnet. Der Zusatzleiter dient zur Bedämpfung von Schwingungen.

Aus der DE-PS 36 29 310 ist ein Hochstromleiter für die An- schlussleitungen von Wicklungen bekannt, neben dem ein Schirmleiter räumlich parallel geführt ist. Der Schirmleiter ist über so bezeichnete"Potentialverbindungen"mit dem stromführenden Leiter galvanisch derart verbunden, dass der Summenstrom im Schirmleiter gleich Null ist. Der Schirmleiter dient der Abschirmung des Magnetfeldes des durch den im Hoch- stromleiter geführten Strom, so dass seinem magnetischen Feld ausgesetzte Konstruktionsteile thermisch nicht unzulässig durch in diesen induzierte Wirbelströmen belastet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde für Hochspannungs- wicklungen der erstgenannten Art eine Steuerleiteranordnung zu schaffen, die eine größere Längskapazität aufweist und da- bei ebenso eine vergleichsweise einfache und sichere Herstel-

lung sowie eine hohe Betriebssicherheit der Hochspannungs- wicklung während ihres Einsatzes in einem Transformator ge- währleistet.

Unter Längskapazität wird die auf eine Längeneinheit bezogene elektrische Kapazitat zwischen dem wicklungsbildenden Haupt- leitern und dem Steuerleiter verstanden.

Diese Aufgabe wird bei einer Hochspannungswicklung der erstgenannten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Steuerleiter räumlich innerhalb des Hauptleiters angeordnet ist, und daß der Steuerleiter galvanisch von dem Hauptleiter getrennt ist.

Dadurch, daß der Steuerleiter innerhalb des als Drilleiter ausgeführten Hauptleiters liegt, liegt er räumlich sehr nahe zu allen Teilleitern, aus denen ein Drilleiter üblicherweise gebildet ist, so daß eine große Längskapazität gegeben ist.

Außerdem ist die Längskapazität dieser Hochspannungswicklung unabhängig von möglicherweise vorhandenen axialen Kühlkanä- len. Eine Hochspannungswicklung ist mit einem solchen Haupt- leiter besonders einfach herstellbar, weil der Hauptleiter und der Steuerleiter gleichzeitig gewickelt werden können.

Zudem ist eine hohe Betriebssicherheit dadurch gegeben, daß der Steuerleiter innerhalb des Hauptleiters liegt, also durch den Hauptleiter nach außen abgeschirmt ist. Die maximale Spannungsbeanspruchung des Steuerleiters zwischen zwei axial benachbarten Spulen ist aufgrund dieser Abschirmung immer nur gleich dem Zweifachen der über einer Scheibenspule anliegen- den Spannung.

Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist der Steu- erleiter räumlich zwischen zwei Stapeln von flach aufeinander liegenden gemeinsam den Hauptleiter bildenden Einzelleitern angeordnet und steht hochkant zwischen den zwei Stapeln der Einzelleiter des Hauptleiters. Der so angeordnete Steuerlei- ter liegt an den entsprechenden Seitenflächen der Stapel an.

Diese Seitenflächen sind im Vergleich zu der Außenoberfläche eines Drilleiters sehr eben, so dass ein sehr geringer Ab- stand zwischen den Seitenflächen und dem Steuerleiter und da- mit eine sehr große Längskapazität gegeben ist.

Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung bildet der Steuerleiter im Querschnitt ein Rechteck mit einem Verhältnis von Lange zu Breite von etwa 15 : 1 und ist der Gesamtquer- schnitt des Hauptleiters mit eingeschlossenem Steuerleiter etwa quadratisch.

Vorzugsweise ist der Steuerleiter aus mehreren räumlich parallel liegenden, gegeneinander elektrisch isolierten Einzelleitern gebildet. Dadurch ergeben sich geringe Wirbelstromverluste im Steuerleiter.

Andere Ausgestaltungen bestehen darin, daß sich der Steuerleiter über einen Teil der Scheibenspule erstreckt und dass im Hauptleiter im verbleibenden Teil der Scheibenspule eine Auffüllung aus Isolierstoff vorgesehen ist.

Vorzugsweise nimmt die Anzahl der mit einem Steuerleiter versehenen Windungen innerhalb einer Scheibenspule mit zunehmendem Abstand der Scheibenspule vom Anschluss der Hochspannungswicklung ab. Dadurch nimmt die Längskapazität vom Anschluss aus in die Hochspannungswicklung hinein gehend ab, und es ist eine Verteilung eines an dem Anschluss auftretenden Spannungsstosses auf eine hohe Zahl an Windungen in der Hochspannungswicklung erreicht.

Bevorzugterweise ist zwischen den zwei Stapeln von dem Hauptleiter bildenden Teilleitern in steuerleiterfreien Scheibenspulen eine Zwischenlage angeordnet, deren Querschnitt dem Steuerleiter einschließlich dessen Isolierung entspricht.

Nach weiteren Ausbildungen der Erfindung ist jeweils aus der äußersten Windung einer einen Steuerleiter aufweisenden Scheibenspule eine Anschlußfahne des Steuerleiters hinausge- führt und sind jeweils die Anschlußfahnen von benachbarten Scheibenspulen, deren radial innen liegende Hauptleiterwin- dungen durch eine Spulenverbindung verbunden sind, über eine Steuerleiterverbindung galvanisch miteinander gekoppelt.

Erfindungsgemäß ausgebildete Hochspannungswicklungen sind sehr vorteilhaft, weil ihre Längskapazität infolge der räum- lich extrem engen Kopplung des Steuerleiters mit dem Haupt- leiter deutlich größer ist, als bei allen obengenannten be- kannten Ausführungen. Dabei ist der erforderliche Fertigungs- aufwand gegenüber den bekannten Lösungen eher geringer als höher. In der Regel ist die Hochspannungswicklung nach deren Fertigstellung durch eine Einspannvorrichtung, die auf die Wicklung eine axiale Einspannkraft ausübt, zusammengehalten.

Ist der innerhalb des Hauptleiters ein als Flachleiter ausge- bildeter Steuerleiter vorgesehen und ist der Hauptleiter so gewickelt, dass der Flachleiter in einer radialen Ebene liegt, dann ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass der Abstand zwischen dem Steuerleiter und den diesen flankieren- den Teilleitern des Hauptleiters zeitlich sehr konstant ist, das die Einspannkraft zeitlich nur geringfügig schwankt. Die Längskapazität der Hochspannungswicklung ist dadurch nahezu konstant.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen FIG 1 eine Hochspannungswicklung im Schnitt, FIG 2 eine Einzelheit bei A in FIG 1 in größerem Maßstab, FIG 3 einen Querschnitt durch einen Hauptleiter mit in- tegriertem Steuerleiter, FIG 4 einen Querschnitt durch einen Hauptleiter mit einer Auffüllung und

FIG 5 einen Querschnitt durch einen Hauptleiter mit einer Zwischenlage und FIG 6 einen Querschnitt durch einen Hauptleiter mit einem mit mehreren Einzelleitern gebildeten Steuerleiter.

Einander entsprechende Bauteile sind in allen FIG mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine entlang einer Achse 16 gerichtete Hochspannungswicklung 1 eines Transformators mit hoher Nennleistung, beispielsweise mehr als 200 MWA und einer Nennspannung von 220 kV oder mehr, weist Anschlüsse 2 und 3 auf, wobei der Anschluss 2 den Hoch- spannungsanschluss bildet (siehe Figur 1).

Die Hochspannungswicklung 1 ist aus Scheibenspulen 4A bis 4L zusammengesetzt (siehe Figur 2). Die Scheibenspulen 4A bis 4L sind aus einem Hauptleiter 5 mit vorzugsweise annähernd quadratischem Querschnitt gewickelt, wobei der Hauptleiter 5 in den Scheibenspulen 4A, 4C, 4E, 4G, 41 und 4K jeweils von außen nach innen und in den Scheibenspulen 4B, 4D, 4F, 4H, 4J und 4L von innen nach außen gewickelt ist. Die Scheibenspulen 4A bis 4L sind über innerhalb der Hochspannungswicklung 1 liegende Spulenverbindungen 6 und über am äußeren Umfang der Hochspannungswicklung 1 liegende Spulenverbindungen 7 elektrisch in Reihe geschaltet (siehe Figur 2). Die Scheibenspulen 4A bis 4L können auch in Paaren (4a, 4B) ; (4C, 4D) ; (4E, 4F) ; (4G, 4H) ; (4I, 4J) bzw. (4K, 4L) jeweils in einer Doppelspule zusammengefasst sein, und jede Doppelspule kann aus jeweils einem Hauptleiter gewickelt sein.

Der Hauptleiter 5 (siehe Figuren 3 bis 5) besteht aus zwei parallel zueinander liegenden Stapeln 16 und 17 von mit ihren Breitseiten aneinander liegenden Teilleitern 8, die gegeneinander zwar isoliert aber trotzdem elektrisch parallel geschaltet sind. Entlang des Hauptleiters 5 wird durch Verschränkungen 9, von denen nur eine dargestellt ist, abwechselnd einer der Teilleiter 8 von einem Stapel 16 zum

anderen Stapel 17 geführt und einer der Teilleiter 8 vom anderen Stapel 17 zum einen Stapel 16 geführt. Dieser Austausch erfolgt zyklisch entlang des Hauptleiters 5, so daß jeder Teilleiter 8 pro Längenabschnitt des Hauptleiters 5 jede mögliche Teilleiterposition einnimmt. Dadurch ist ein sogenannter Drilleiter gebildet, der im Stromgeneratorenbau auch Roebelstab genannt ist.

Zwischen den beiden Stapeln 16 und 17 aus Einzelleitern 8 ist eine Distanz in der Größenordnung der Stärke eines Einzelleiters 8 vorgesehen. Diese Distanz wird gemäß FIG 3 durch einen isolierten Steuerleiter 10, gemäß FIG 4 durch eine Auffüllung 11 und gemäß FIG 5 durch eine Zwischenlage 12 ausgefüllt. Der Steuerleiter 10 hat einen annähernd rechteckigen Querschnitt, wobei das Rechteck ein Längen- /Breitenverhältnis von etwa 15 : 1 aufweist. Der Steuerleiter 10 kann als isolierter Massivleiter, insbesondere als Flachleiter, oder ähnlich wie der Hauptleiter 5 aus mehreren radial übereinander liegenden, gegeneinander isolierten Einzelleitern 15 ausgeführt sein (siehe Figur 6). Die Einzelleiter 15 sind elektrisch parallel geschaltet. Die Auffüllung 11 besteht aus Isolierwerkstoff, hat den gleichen Querschnitt wie der Steuerleiter 10 und trägt auch die gleiche Ummantelung wie dieser. Die Zwischenlage 12 hat einen Querschnitt gleich dem Steuerleiter 10 einschließlich Isolierung.

Der Steuerleiter 10, die Auffüllung 11 mit Ummantelung bzw. die Zwischenlage 12 stehen hochkant zwischen den beiden Sta- peln aus den Einzelleitern 8. Dadurch ist eine enge räumliche Anordnung der Einzelleiter 8 insbesondere gegenüber dem Steu- erleiter 10 geschaffen.

Die parallel und räumlich eng zueinander liegenden Einzellei- ter 8 einerseits und der Steuerleiter 10 andererseits bilden infolge ihres geringen räumlichen Abstands voneinander einen Kondensator mit relativ hoher Kapazität.

Beim Ausführungsbeispiel (siehe Figur 2) erstreckt sich je ein Steuerleiter 10A bzw. 10B in der ersten und zweiten Scheibenspule 4A bzw. 4B über alle fünf Windungen, je ein Steuerleiter 10C bzw. 10D in der dritten und vierten Schei- benspule 4C bzw. 4D über je drei Windungen, je ein Steuerlei- ter 10E bzw. 10F in der fünften und sechsten Scheibenspule 4E bzw. 4F über je 2 Windungen und je ein Steuerleiter 10G bis 10J in der siebten bis zehnten Scheibenspule 4G bis 4J über je eine Windung. Die in der Hochspannungswicklung 1 dann fol- genden Scheibenspulen 4K und 4L sind steuerleiterfrei und le- diglich mit der Zwischenlage 12 ausgepolstert. In den steuer- leiterfreien Windungen der Scheibenspulen 4A bis 4J sind an- stelle eines Steuerleiters die Auffüllungen 11C bis 11J vor- gesehen.

Die Steuerleiter 10A-10J sind jeweils über eine nicht näher dargestellte Anschlussfahne 13A-13J aus ihrer jeweiligen Scheibenspule 4A-4J herausgeführt und elektrisch kontak- tierbar.

Die Anschlussfahnen 13A bis 13J der Scheibenspulen 4A bis 4J, die über eine Spulenverbindung 6 unmittelbar miteinander verbunden sind, also die Scheibenspulen (4A, 4B) ; 4C, 4D) ; (4E, 4F) ; (4G, 4H) bzw. (4I, 4J), sind außerhalb der Hochspan- nungswicklung 1 durch jeweils eine Steuerleiterverbindung 14A bis 14E galvanisch miteinander verbunden. Dadurch sind also die Steuerleiter 10A und 10B bzw. 10C und 10D bzw. 10E und 10F bzw. 10G und 10H bzw. 101 und 10J elektrisch in Reihe ge- schaltet.

Dadurch, dass sich die Steuerleiter 10A bis 10J, wie oben beschrieben, über unterschiedliche Windungszahlen erstrecken, sind die Längskapazitäten der Scheibenspulen 4A bis 4 J entsprechend unterschiedlich. Dabei ist die jeweilige Längskapazität der Scheibenspulen 4A und 4B ist am höchsten und die jeweilige Längskapazität der Scheibenspulen 4B bis 4J

ist am niedrigsten. Mit anderen Worten : Vom Anschluss 2 aus entlang des Hauptleiters 5 in die Hochspannungswicklung 1 gehend, sinkt die Längskapazität ab. Dadurch werden insbesondere hochfrequente Spannungsstöße, mit denen der Anschluss 2 beaufschlagt wird, so in die Hochspannungswicklung 1 eingeleitet, daß der Spannungsabfall auf viele Windungen verteilt ist. Durch die absinkende Längskapazität wird im Idealfall-abhängig vor allem von der Frequenz des Spannungsstoßes-eine annähernd gleichmäßige Verteilung eines auftreffenden Spannungsstoßes auf die Hochspannungswicklung 1 erzwungen ist.

Je nach den Voraussetzungen, also der Windungszahl je Schei- benspule 4A bis 4L und vor allem der Beschaffenheit sowie dem Aufbau eines mit der Hochspannungswicklung verbundenen Net- zes, können auch andere Abstufungen vorteilhaft sein und ggfs. ausgeführt werden.

Die nicht näher dargestellten Scheibenspulen 4A-4L, die in der Hochspannungswicklung 1 unterhalb des Abschnitts A gemäß Figur 1 liegen, können mit einem als Drilleiter ausgeführten Hauptleiter ohne einen Steuerleiter und ohne Auffüllung oder Zwischenlage ausgebildet sein.