Gleichrichtertransformator mit mehreren Wicklungen

Wenn der ventilseitige Strom einer Gleichrichteranlage Zehntausende Ampere erreicht, wird es schwierig, eine herkömmliche Einzelwicklung herzustellen und sicher abzuschließen. Leiterquerschnitte wachsen über die praktischen Grenzen hinaus und lokale Hotspots werden schwieriger zu kontrollieren. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Aufteilung der ventilseitigen Wicklung in mehrere unabhängige Zweige. Jeder Zweig speist seine eigene Gleichrichterbrücke, sodass der Strom pro Zweig innerhalb der Auslegungsgrenzen bleibt. Yulan Transformer produziert Mehrwicklungs-Gleichrichtertransformatoren von 630 kVA bis 80.000 kVA mit Primärspannungsoptionen von 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV und 35 kV.

Funktion der Split-Struktur

Sobald die ventilseitige Wicklung geteilt ist, ist der Strom in jedem Zweig kleiner. Leiter und Sammelschienen lassen sich einfacher dimensionieren und verlegen. Die Zweige bleiben über den Kern gekoppelt und zwischen ihnen entsteht eine geteilte Impedanz. Diese Impedanz begrenzt, wie stark ein Fehler in einem Zweig die anderen stört. Es trägt auch dazu bei, zirkulierende Ströme zwischen parallelen Gleichrichterbrücken zu unterdrücken.

Im Elektrolysebetrieb werden häufig geteilte Wicklungen mit gleichphasigen Gegenparallelschaltungen verwendet. Zwei Zweige teilen sich die gleiche Spannungsphase, ihre Leitungen sind jedoch in entgegengesetzte Richtungen angeordnet. Die resultierenden Magnetfelder heben sich teilweise auf, was den Streufluss in den Wicklungskanälen reduziert und Streuverluste im Baustahl verringert.

Typische Split-Arrangements

Doppelter Split

Zwei unabhängige ventilseitige Zweige versorgen zwei Gleichrichterbrücken. Dies ist die gebräuchlichste Anordnung bei Elektrolyse- oder Galvanikanlagen mittlerer Leistung.

Dreifach- und Vierfachaufteilung

Drei oder vier Zweige werden verwendet, wenn der gesamte Gleichstrom sehr hoch ist oder wenn der Prozess mehrere unabhängig steuerbare Gleichstromausgänge benötigt. Jede Niederlassung kann außer Betrieb genommen werden, ohne dass dies Auswirkungen auf die anderen hat.

Axiale und radiale Spaltung

Bei der axialen Spaltung werden gewundene Abschnitte entlang der Höhe des Kernschenkels angeordnet. Durch die radiale Aufteilung werden die Wicklungen schichtweise durch das Kernfenster angeordnet. Die beiden Methoden beeinflussen die Impedanz und den Streufluss unterschiedlich, sodass die Wahl von den Gleichrichterparametern und dem erforderlichen Kurzschlussverhalten abhängt.

Bewertungs- und Verbindungsdaten

Technische Details

Die geteilte Impedanz ist einer der wichtigeren Parameter dieser Transformatoren. Es beeinflusst die Stromaufteilung zwischen Brücken und den Spitzenstrom während eines ventilseitigen Fehlers. Eine niedrige geteilte Impedanz bedeutet, dass ein Fehler in einem Zweig eine große Störung in den anderen Zweigen verursacht. Ein hoher Wert führt zu Verlusten und verschlechtert die DC-Ausgangsregelung. Das Impedanzziel wird normalerweise vom Gleichrichterkonstrukteur vorgegeben und der Transformatorhersteller erreicht es durch Anpassung der Wicklungspositionen und Kühlkanalabmessungen.

Ventilseitige Leitungen bleiben auch nach der Teilung eine Herausforderung. Üblich sind parallele Kupferschienen mit sorgfältigem Abstand und Vertauschung, um eine gleichmäßige Stromverteilung zu gewährleisten. Bei einigen Konstruktionen werden große Klemmbretter an der Tankwand verwendet, um den Kontaktwiderstand zu verringern und die Feldanschlüsse zu vereinfachen.

Starke Streufelder von Hochstromwicklungen führen außerdem zu einer Wirbelstromerwärmung in den Tank- und Spannstrukturen. Bei größeren Einheiten wird normalerweise eine magnetische Abschirmung an den Innenwänden des Tanks angebracht. Klemmplatten können geschlitzt oder aus nichtmagnetischem Material gefertigt sein, um Streuverluste zu reduzieren.

Die Auswahl der Kühlung sollte nicht nur auf Sinusstrom basieren. Harmonische Ströme vom Gleichrichter verursachen zusätzliche Verluste, daher muss die Kühlernennleistung diesen Spielraum berücksichtigen. Bei sehr großen Elektrolysetransformatoren ist eine Zwangskühlung mit Öl und Wasser üblich, während bei mittleren Leistungen häufig eine Zwangsluftkühlung ausreicht.

Produktion und Verifizierung

Wicklungen bestehen aus verdrehten Leitern oder mehreren parallelen Leitern. Zwischen geteilten Zweigen werden Isolationsbarrieren angebracht. Nach dem Zusammenbau durchläuft die Kern- und Spuleneinheit einen Vakuumtrocknungsprozess mit Kerosindampfphase, um Feuchtigkeit und Gas zu entfernen.

Zu den Routineprüfungen gehören Wicklungswiderstand, Spannungsverhältnis, Isolationswiderstand, Netzfrequenzfestigkeit, induzierte Überspannung, Leerlaufverlust, Lastverlust und Kurzschlussimpedanz. Darüber hinaus wird die geteilte Impedanz zwischen den Zweigen gemessen und die Isolierung zwischen den Zweigen überprüft. Blitzstoß- und Teilentladungsprüfungen werden für Primärspannungen ab 35 kV durchgeführt. Temperaturanstiegstests mit einem vorgegebenen harmonischen Spektrum können durchgeführt werden, wenn der Käufer das erwartete Lastprofil liefert.

Die Testergebnisse werden nach Seriennummer gespeichert und können auf Wickel-, Kernstapel- und Trocknungsaufzeichnungen zurückgeführt werden. Das Unternehmen verfügt über die Zertifizierungen ISO 9001:2015, ISO 14001 und ISO 45001.

Fragen vor der Bestellung

Welcher Zusammenhang besteht zwischen Mehrfachwicklung und Mehrfachimpuls?

Es handelt sich um getrennte Konzepte. Mehrwicklung bedeutet, dass die ventilseitige Wicklung in Zweige aufgeteilt ist, die verschiedene Brücken versorgen können. Multipuls bedeutet, dass diese Brücken phasenverschoben sind, um primärseitige Oberwellen zu unterdrücken. Ein Double-Split-Transformator kann zwei um 30° phasenverschobene Brücken speisen, so dass ein 12-Puls-System entsteht.

Wer bestimmt die Split-Impedanz?

Den Zielwert gibt der Gleichrichterhersteller oder der Elektroanlagenplaner vor. Der Transformatorhersteller entwirft dann die entsprechende Wicklungsanordnung und bestätigt das Ergebnis während der Prüfung.

Was macht eine gleichphasige umgekehrte Parallelschaltung sinnvoll?

Es reduziert das Nettostreufeld innerhalb des Transformators. Da die beiden Zweigströme in entgegengesetzte Richtungen fließen, heben sich ihre Felder teilweise auf. Dies verringert die strukturelle Erwärmung und verringert die elektromagnetischen Kräfte auf die Wicklungen.

Können einzelne Filialen weitergeführt werden, während andere geschlossen sind?

Ja. Jeder ventilseitige Zweig ist unabhängig, sodass die entsprechende Gleichrichterbrücke separat geschaltet werden kann. Die Primärwicklung und der Kern bleiben unter Spannung, die aktiven Zweige müssen jedoch innerhalb ihrer Auslegungsstromgrenzen bleiben.

Wie wird ein Zwangsöl-Wasser-Kühlsystem gewartet?

Der Öldruck muss immer den Wasserdruck übersteigen, damit etwaige Leckagen vom Öl ins Wasser übergehen und nicht umgekehrt. Wasserleitungen sollten regelmäßig auf Ablagerungen und Undichtigkeiten überprüft werden. Das Kühlsystem muss vor dem Einschalten des Transformators starten und nach dem Abschalten weiterlaufen.

Wo diese Transformatoren verwendet werden

Zu den typischen Anlagen gehören große Aluminium-, Kupfer- und Zink-Elektrolysehallen, Chlor-Alkali-Membranelektrolyseanlagen, Graphitierungsöfen, Gleichstromlichtbogenöfen und automatisierte Galvaniklinien. Diese Prozesse erfordern einen stabilen Gleichstrom mit sehr hohen Pegeln, und die Konstruktion mit mehreren Wicklungen trägt dazu bei, eine gleichmäßige Stromaufteilung und handhabbare Leitungsgrößen aufrechtzuerhalten.

Produktionsfähigkeit

Yulan Transformer baut seit 1999 Ofen- und Gleichrichtertransformatoren. Die Fabrik arbeitet unter Bedingungen der 110-kV-Klasse mit einer Tragfähigkeit von 80 Tonnen, einem 400-kW-Kerosin-Dampfphasen-Vakuumtrocknungssystem, einem 1.200-kV-Impulsprüfsystem und einem teilentladungsfreien 400-kV-Leistungsfrequenzprüftransformator. Diese Einrichtungen unterstützen die Isolationsverarbeitung und Werksprüfung großer Gleichrichtertransformatoren mit mehreren Wicklungen.

Für geteilte Impedanzberechnungen, projektspezifische Wicklungsanordnungen oder Umrisszeichnungen wenden Sie sich bitte an die technische Abteilung von Yulan Transformer.