Wicklungsstruktur eines ölgekühlten 630-kVA-10-kV-Verteilungstransformators

1. Grundlegende Konstruktionsprinzipien der Wickelstruktur

• TragfähigkeitsanpassungDie Wicklungsquerschnittsfläche, die Windungszahl und die Isolationsdicke sind so berechnet, dass sie der Nennleistung von 630 kVA und der Nennspannung von 10 kV standhalten, mit einer Überlastfähigkeit von 10 % für kurzzeitige Spitzenlasten (gemäß IEC 60076).
• VerlustminimierungDurch ein optimiertes Kupfer-Eisen-Verhältnis und eine optimierte Wicklungsanordnung werden sowohl die Kupferverluste (durch den Wicklungswiderstand) als auch die Streuverluste (durch magnetische Streufelder) reduziert, wodurch sichergestellt wird, dass der Wirkungsgrad des Transformators bei Volllast 98.5 % übersteigt.
• Mechanische und thermische StabilitätDie Struktur ist verstärkt, um elektromagnetischen Kurzschlusskräften zu widerstehen, während die Wärmeableitungskanäle so ausgelegt sind, dass sie mit dem ölgekühlten Kühlsystem zusammenarbeiten und die Wicklungstemperaturen innerhalb von 105°C (Nennbetriebstemperatur) halten.

2. Hauptkomponenten des Wickelsystems

(1) Wicklungsleiter

• Material: Verwendet hochreine sauerstofffreie Kupferdrähte (99.95 % Reinheit) anstelle von Aluminium. Diese Wahl reduziert den elektrischen Widerstand im Vergleich zu Aluminium um 40 %, wodurch die Kupferverluste verringert und die Wärmeleitfähigkeit verbessert werden.
• Formfaktor: Adoptiert Doppelfadenisolierter Flachkupferdraht (Typische Größe: 2.5 mm × 8 mm). Flachdrähte bieten einen höheren Wicklungsfüllfaktor (bis zu 85 %) als Runddrähte, wodurch das Wicklungsvolumen reduziert und die Raumausnutzung verbessert wird. Transformatorkern.

(2) Isoliermaterialien

• Windungs-zu-Windungs-IsolierungJeder Kupferdraht ist mit einem 0.15 mm dicken Polyimidfilm überzogen, der Temperaturen bis zu 155 °C standhält und ölbeständig ist – ein entscheidender Faktor für die ölgetränkte Umgebung.
• Schicht-zu-Schicht-IsolierungEs wird 0.2 mm dickes Kraftpapier verwendet, das mit Transformatorenöl imprägniert ist. Dieses Papier erhöht die Durchschlagsfestigkeit (≥ 30 kV/mm) und verbindet sich fest mit dem Öl, um ein stabiles Isolationssystem zu bilden.
• Wicklungs-Kern- und Wicklungs-Wicklungs-IsolierungCHH Power verwendet Pressspanplatten (Dicke: 5–8 mm) zwischen den Wicklungen und dem Eisenkern sowie zwischen Primär- und Sekundärwicklung. Diese Pressspanplatten werden mittels Vakuumdruckimprägnierung (VPI) behandelt, um Lufteinschlüsse zu entfernen und Teilentladungen zu verhindern.

3. Wicklungsart und -anordnung

(1) Primärwicklung (10 kV)

• StrukturVierlagige zylindrische Wendelwicklung mit jeweils 120–140 Windungen pro Lage (Gesamtwindungen: ca. 500, berechnet anhand des Spannungsverhältnisses). Die Wendelwicklung (Drahtwicklung in einem kleinen Winkel zur axialen Richtung) erhöht die mechanische Festigkeit und ermöglicht die Aufnahme von Kurzschlusskräften bis zu 250 kN.
• Verbindungen schaffenDie Sternschaltung dient der Reduzierung der Belastung der Isolierung durch die Netzspannung. Der Neutralleiter ist herausgeführt und geerdet und erfüllt damit die Anforderungen an die Netzneutralerdung.

(2) Sekundärwicklung (0.4 kV)

• StrukturDreilagige zylindrische Wicklung mit höherer Windungsdichte (Gesamtwindungen: ~20) zur Anpassung an die niedrige Ausgangsspannung. Sie ist platziert innerhalb Die Primärwicklung (konzentrische Anordnung) minimiert den magnetischen Streufluss – dadurch werden die Streuverluste im Vergleich zu exzentrischen Konstruktionen um 15 % reduziert.
• Verbindungen schaffen: Δ-Schaltung (Delta-Schaltung) zur Verbesserung des Lastausgleichs und zur Unterdrückung von Oberwellenströmen dritter Ordnung, wodurch eine stabile 0.4-kV-Ausgangsspannung für dreiphasige Lasten gewährleistet wird.

(3) Wichtigste Vorteile des Layouts

• Konzentrische AnordnungPrimär- und Sekundärwicklung sind koaxial zum Eisenkern angeordnet, wodurch die magnetische Flusskopplung optimiert und die Streuinduktivität reduziert wird.
• Radiale WärmeableitungDer Spalt zwischen den Wicklungen (10–12 mm) dient als Ölkanal. Das Transformatoröl zirkuliert durch diese Spalte, nimmt Wärme von den Wicklungen auf und gibt sie an den Tankkühler ab – so wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung gewährleistet.

4. Fertigung und Qualitätskontrolle von Wicklungen bei CHH Power

• Präzisionswicklung: Es werden CNC-Wickelmaschinen mit einer Positioniergenauigkeit von ±0.1 mm eingesetzt, um einen gleichmäßigen Windungsabstand und eine präzise Lagenausrichtung zu gewährleisten. Dadurch wird eine lokale Überhitzung durch ungleichmäßige Wickeldichte verhindert.
• Vakuum-Druck-Imprägnierung (VPI)Nach dem Wickelvorgang wird das gesamte Wickelmodul einer VPI-Behandlung unterzogen – der Imprägnierung mit duroplastischem Epoxidharz unter Vakuum und hohem Druck. Dadurch werden Mikrolücken in der Isolierung verschlossen, was die Feuchtigkeitsbeständigkeit und die mechanische Festigkeit verbessert.
• Tests nach der Herstellung: Führt drei wichtige Tests an den Wicklungen durch:
  1. Wicklungswiderstandstest: Überprüft die Unversehrtheit der Leiter und die Korrektheit der Verbindungen.
  2. Isolationsprüfung zwischen den WindungenVerwendet einen Stoßspannungsgenerator, um Isolationsfehler zwischen den Windungen zu erkennen.
  3. Kurzschlussfestigkeitsprüfung: Simuliert Kurzschlussbedingungen, um die mechanische Stabilität der Wicklungsstruktur zu überprüfen.