DE1488809A1

DE1488809A1 - Hochspannungswicklung aus Scheibenspulen

Info

Publication number: DE1488809A1
Application number: DE19651488809
Authority: DE
Inventors: Bernard Crugnola; Pierre Dierick
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1964-03-16
Filing date: 1965-03-15
Publication date: 1969-04-03
Also published as: NL146321B; FR1397347A; BE661040A; NL6503294A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungswicklung aus Scheibenspulen mit sich von mindestens einem Wicklungsende aus ändernder kapazitiver Serienkopplung.

Derartige Hochspannungswicklungen sind bereits bekannt. Sie weisen jedoch einen Wicklungsaufbau auf, bei dem Unstetigkeiten in der kapazitiven Serienkopplung nicht vermieden werden können. Innerhalb jeder Wicklung bestehen nämlich gleichzeitig Bereiche mit hoher und mit geringer kapazitiver Serienkopplung. Das ist beim bekannten Wicklungsaufbau eine Folge der Tatsache, daß lediglich ein Teil der Wicklung zweigängig gewickelt ist. Es wird so zwar erreicht, daß sich die kapazitive Serienkopplung von einer Wicklung zur nächsten allmählich ändert, innerhalb jeder Wicklung hat jedoch die Serienkopplung eine große Unstetigkeit. An der Unstetigkeitsstelle entstehen Beflexionswellen, die gefährliche Überspannungen zur Folge haben.

Es ist weiter schon bekannt, verschieden ausgeführte Spulengruppen zu einem Wicklungsverband zusammenzuziehen.

Erfindungsgemäß soll eine Hochspannungswicklung aus Scheibenspulen so aufgebaut werden, daß die gefährlichen Überspannungen

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Neue Unterfaden {Art. 7 SI Aös. 2 Nr ί Satz 3 dea Änderuntjaaes» v. 4· 9.196"»

vermieden sind. Das wird erfindungsgemäß erreicht durch zumindest an einem Wicklungsende vorgesehene und zum Erhalt einer stetig abnehmenden Serienkopplung derart verschieden ausgebildete aufeinanderfolgende Spulengruppen, daß innerhalb jeder Spulengruppe eine verstärkte und stetige kapazitive Serienkopplung gegeben ist. Wird die Hochspannungswicklung dieser Weisung entsprechend ausgeführt, so sind die Unstetigkeitsstellen innerhalb der Wicklungen vermieden, lieflexionswellen können nicht auftreten, und es ist somit ein wirksamer Überspannungsschutz erreicht.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise erläutert, und zwar zeigei die Fig. 1 bis b schematische Schnitte von Scheibenspulen an einem Wicklungsende einer Hochspannung^wicklung.

Die dargestellten Wicklungen bestehen aus flachen Scheibenspulen, die spiralförmig in einer Ebene derart gewickelt sind, daß ihre Serienwindungen der durch die Numerierung angegebenen Anordnung entsprechen. Es ist im folgenden von Doppelspulen die Hede, die jeweils aus zwei Einfachspulen bestehen, die in verschiedenem Sinn gewickelt und auf ihrer Innenseite miteinander verbunden sind.

Fig. 1 zeigt eine Wicklung, der der Strom durch drei parallelliegende Leiter a, b und c zugeführt wird. Der hochspannungs seit ige Wicklungseingang weist dr.ei Doppelspulen A₁ ß., A„ B und A-, B auf, die aus Einfachspulen bestehen, die für jeden der Leiter a, b und c zwei in ihrer ganzen Länge nebeneinander gewickelte Leitersätze aufweisen. Die letzten Windungen eines der beiden Leitersätze sind mit den ersten

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Windungen des anderen über Serienwindungen verbunden, die sich-' in der anderen Einfachspule der jeweiligen Doppelspule befinden Jede Doppelspule weist eine kapazitive Serienkopplung auf, die ein Auslaufen von Stoßwellen ermöglicht. Die Eingangswindungen 1 der Leiter a, b und c jeder Doppelspule werden im dargestellten" Beispiel von den Windungen 7 und den Windungen 2 weitergeführt. In der Doppelspule A-B. sind die drei Eingangswindungen 1a, Tb j und 1c mit den drei Windungen 7a, 7b und 7c verschlungen. Die ; Wicklung der Scheibenspule wird über diese Verschlingung weiter^ geführt. Damit sind die Serienwindungssätze mit aneinander lie-! genden großen Flächen verschlungen, die verschiedene Potentiale aufweisen. Dadurch ergibt sich eine bedeutende kapazitive Serienkopplung.

Diese Kopplung wird in der nächsten Doppelspule A„ B~ vermindert. Hier befinden sich die Windungen 1a und 1b unmittelbar nebeneinander, und gleiches gilt auch für die Windungen 7a uad 7b. Erst zwischen der Windung 7b und der Windung 7c setzt die Verschlingung ein. Sie wird in der Doppelspule weitergeführt. Der Kopplungsgrad ist noch immer bedeutend, aber niedriger als in der .Doppelspule A- B.. In der folgenden Doppelspule A^B, wird der Kopplungsgrad weiter herabgesetzt. Die drei parallelen Leiter a, b und c liegen hier unmittelbar nebeneinander und "die Windungen 1a, 1b und 1c werden von den Windungen 7a, 7b und 7c ohne jede Verschlingung der Windungen 1 mit den Windungen 7 weitergeführt. Die Doppelspule Ά, B₅. weist noch eine kapazitive Serienkopplung auf, die sich durch Verschlingung der Windungen 1 bis 3 mit den Windungen 7 bis 9 der Einfachspule A? und durch die Verschlingung der Windungen 4 bi,s b mit den Windungen 10 bis 12 der Einfachspule B₇. ergibt.

Auch in der folgenden Doppelspule A₄ B. befinden sich

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BADORlQlNAi

die Leiter a, b und c unmittelbar nebeneinander. Sie sind zwi- · sehen den Wicklungsenden der Einfachspulen in Serie hintereinander gewickelt. Die kapazitive Serienkopplung der Seheibenspule wird somit nicht erhöht. Der Abstand zwischen den beiden Einfachspulen wird jedoch geringer gewählt, als in der vorher-gehenden Doppelspule. Dazu sind die Einfachspulen durch eine * isolierende Abschirmung E getrennt, die aus einem Dielektrikum besteht, dessen spezifische Induktionseigenschaften besser und mithin größer sind als die bekannter Abschirmungen dieser Art aischen Scheibenspulen. Auf diese Weise bilden die Einfaehspulen den Belag eines Kondensators, der so ausgelegt ist, daß die kapazitve Serienkopplung etwas kleiner ist als in der vorangehenden Doppelspule und etwas größer als in der nachfolgenden herkömmlichen Doppelspule Aj- Bp-.-

Fig. 2 zeigt eine Hochspannungswicklung, bei der zur besseren Anschaulichkeit nur zwei Eingangsdoppelspulen gezeichnet wurden. Dabei ist die Doppelspule A₁ B. nach den oben erläuterten Grundsätzen.aufgebaut. Die zwei den Strom führenden Leiter a und b liegen parallel und besitzen in jeder Einfachspule zwei Serienwindungssätze. Diese sind in ihrer ganzen Länge nebeneinander gewickelt und durch einen der Leitersätze der anderen Einfachspule in Reihe geschaltet. Die Leiter 1a und 1b sind mit den Leitern 9a und 9b verschlungen. Bei dieser Doppelspule A₁ und B₁ werden Leiter a und b verwendet, die halbflach sind. Damit können die einander gegenüberliegenden Flächen von auf verschiedenem Potential liegenden Leitern erhöht werden.

Die nächste Doppelspule Ap B^ besteht lediglich aus einem Einzeleiter, der an die zwei parallelen Leiter a und b der vorhergehenden Doppelspule A^ B₁ angeschlossen ist. Der

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Einzelleiter weist in jeder Scheibenspule zwei Serienwindungs-.sätze auf. Diese sind in jeder Einfachspule ihrer ganzen Länge nach nebeneinander gewickelt und mittels eines Satzes der anderen Einfachspule in Heine geschaltet. Die kapazitive Serienkopplung wird dadurch verstärkt. Die einander gegenüberliegenden Flächen verschiedenen Potentials sind aber erheblich kleiner als in der vorhergehenden Doppelspule. Die nächste Doppelspule A, EL ist bereits von herkömmlicher Bauart und weist eine unmittelbare Seriensehaltung aufeinanderfolgender Windungen auf.

Pig. 3 zeigt eine Hochspannungswicklung mit zwei Eingangs doppelspulen A₁ IL und CL D-, die aus in verschiedenen ßichtungen gewickelten Scheibenspulen bestehen. Jede von diesen weist zwei leitersätze aus sechs spiralförmig gewickelten Windungen auf, die zwischen Innen- und Außenseite der Scheibenspule liegen. Die beiden Leitersätze einer Scheibenspule sind in Reihe geschaltet,' nachdem sie einen der Windungssätze in jeder der drei anderen Einfachspulen der beiden Doppelspulen A₁ B₁ und (J.. D^ durchlaufen haben. Die Windungen 1 bis 6 der. Einfachspule A₁ sind auf diese Art mit den Windungen 25 bis 30 dieser Spule in Keine geschaltet, und zwar über den Windungssatz 7 bis 12 der Einfachspule B-, den Windungssatz 13 bis 18 der Einfachspule C. und den Windungssatz 19 bis 24 der Einfachspule D-. Diese drei letztgenannten Windungssätze sind.untereinander in Reihe ge-* schaltet. Daraus ergibt sich ein großer Potentialuntersehied zwischen den beiden in einer Einfachspule nebeneinander gewickel ten Windungssätzen. Die kapazitive Serienkopplung wird deshalb in dieser aus zwei Doppelspulen bestehenden Wicklungsgruppe sehi groß sein. .

Die sich anschließende Doppelspule Ap Bp besteht aus zwei Einfachspulen, die ebenfalls je zwei in sechs Windungen zwischer

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Innen- und Außenseite der Scheibenspule nebeneinander gewickelt Leitersätze aufweisen. Beide Leitersätze jeder Scheibenspule sind in Heine geschaltet, hier aber über einen einzigen Windung* satz der anderen JSinfachspule. Der Potentialunterschied zwischen zwei nebeneinander liegenden Windungssätzen ist damit erheblich geringer als in den Doppelspulen A^ IL bzw. C. D.. Damr ist auch die kapazitive Serienkopplung verringert. Sie ist aber immer noch höher als in der sich anschließenden herkömmlich aufgebauten Doppelspule A^ Β,, in der die nebeneinander liegenden Windungen unmittelbar in Serie geschaltet sind. Eine verbessert«; Stetigkeit der kapazitiven Serienkopplung ergibt sich, wenn man die Einfachspule A, aus zwei nebeneinander liegenden Windungssätzen herstellt und unmittelbar in Reihe schaltet, ohne dafür einen Windungssatz einer anderen Scheibenspule heranzuziehen.

Fig. 4 zeigt eine Hochspannungswicklung aus einfach aufgebauten herkömmlichen Scheibenspulen, deren nebeneinander liegenden Windungen unmittelbar in Reihe geschaltet sind. Dabei bilden die sechs ersten Einfachspulen A-, B₁, C₁, D₁, E₁ und J?¹. drei verschlungen gewickelte Dopgelspulen. Die beiden Einfachspulen A₁ und C₁ sind in entgegengesetztem Sinn gewickelt und an ihrer Innenseite miteinander verbunden. Sie bilden so eine die Einfachspule B₁ einschließende Doppelspule. Ähnlich bilden die beiden Einfachspulen D₁ und F₁ eine die Einfachspule E₁ einschließende Doppelspule. Die Einfachspule E₁ ist selbst mit der Einfachspule B₁ zu einer Doppelspule zusammengezogen. Danach sind die Doppelspulen A₁ C₁ und D₁ F, miteinander durch die Doppelspule B- E₁ verbunden. Dadurch sind zwei unmittelbar

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aufeinanderfolgende Einfachspulen über zwei andere Einfach- · spulen miteinander verbunden. Man erhält so zwischen den einzelnen Scheibenspulen einen Potentialgradient, der den in herkömmlich aufgebauten Wicklungen vorliegenden übersteigt. Auf diese Weise wird eine angehobene kapazitive Serienkopplung erzielt. *

Die sich anschließenden Einfachspulen A_?, Bp, Cp und D„ bilden zwei ineinander verschlungen gewickelte Doppelspulen. Dabei sind die Einfachspulen A^ und C^ auf ihrer Innenseite miteinander verbunden, so daß sie eine die Einfachspule B ' umgreifende Doppelspule bilden. Auf gleiche Weise sind die Einfachspulen Bp und Dp zu einer,die Einfachspule CL umgreifenden Doppelspule zusammengezogen. Unmittelbar aufeinanderfolgende Scheibenspulen sind also untereinander über eine andere Scheibenspule verbunden. Der· Potentialgradient und damit die kapazitive Serienkopplung sind so gegenüber den vorhergehenden Spulen verringert. Sie sind jedoch immer noch etwas höher als in .der sich anschließenden Doppelspule A^ B^, die auf herkömmliche Art aufgebaut ist. Man erhält so eine vom Eingang her stetig abnehmende kapazitive Serienkopplung.

Selbstverständlich können die verschiedenen erläuterten Möglichkeiten zum Erhalt einer abnehmenden kapazitiven Serienkopplung untereinander kombiniert werden.

Fig. 5 zeigt als Beispiel eine Hochspannungswicklung mit vier Eingangsscheibenspulen. Die kapazitive Serienkopplung wird dabei einerseits dadurch verstärkt, daß man aus den vier Einfachspulen A₁JB₁JU₁ und D₁ zwei ineinander verschlungene Doppel spulen A₁ G₁ und B₁ D₁ bildet, und andererseits dadurch _f daß majn jede Einfachspule aus zwei Leitersätzen wickelt, die neben-

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einander gewickelt und in Beine geschaltet sind, und zwar durch einen Leitersatz der anderen Einfachspule der jeweiligen Doppelspule. Hier sind also zwei kapazitive Kopplungsarten zum Anheben der kapazitiven Serienkopplung ausgenützt. In der sich anschließenden Doppelspule Ap B~ ist nur eines dieser beiden Mittel ausgenützt, und zwar enthält hier wieder jede Einfachspule zwei Windungssätze, die nebeneinander gewickelt sind und untereinander über einen Windungssatz der anderen Einfachspule verbunden sind. Man hat hier also eine gegenüber der vorhergehenden Spule verringerte kapazitive Serienkopplung. Diese liegt aber immer noch höher als in der sich anschließenden herkömmlich aufgebauten Doppelspule A, B,.

Es ist weiter möglich, die kapazitive Serienkopplung durch die Breite der Seitenflächen der Leiter zu beeinflussen, mit denen die Windungen nebeneinanderliegen. Entsprechendes ist durch geeignete Wahl der Stärke des Isoliermantels, des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Scheibenspulen sowie der spezifischen Induktionseigenschaften des beim Aufbau der Scheibenspulen verwendeten Isoliermaterials möglich. Anwendbar sind alle diese Möglichkeiten zum Verändern der kapazitiven Serienkopplung auf die Eingangsspulen oder auch auf die sich anschließenden herkömmlich aufgebauten Spulen. Selbstverständlich ist die gleiche Technik außer auf den Eingang der Hochspannungswicklung auch auf ihren Ausgang oder andere durch hohe Stoßwellen gefährdete Teile anwendbar.

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Claims

Patentansprüche

. l.JHochspaanungswicklung aus Scheibenspulen mit sich von mindestens einem Wicklungsende aus.ändernder kapazitiver Serienkopplung, gekennzeichnet durch zumindest an einem Wicklungsende ' vorgesehene und zum Erhalt einer stetig abnehmenden Serienkopp-"lung derart verschieden ausgebildete aufeinanderfolgende Spulengruppen, daß innerhalb jeder Spulengruppe eine verstärkte und stetige kapazitive Serienkopplung gegeben ist.

■ 2. Hochspannungswicklung nach Anspruch-T, bei der zumindest ein Teil der Spulen Doppelspulen aus je zwei Einfachspulen sind, die jeweils aus zwei Sätzen parallelgeschalteter leiter bestehen, die von einer Spulenbegrenzung zur anderen in ein- und derselben Ebene gewickelt und deren Windungen ineinander verschlungen sind, wobei zum Anheben des Werts der Spannung zwischen nebeneinanderliegenden Leitern auf einen über den von einer einzigen Windung herrührenden Wert die beiden Leitersätze jeder Einfaehspule über einen der beiden Leitersätze der anderen Einiachspule derselben Doppelspule in Serie geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Spulengruppe (Fig. 1: Al, ßl) alle parallelgeschalteten Leiter jedes Satzes (1a - 3a, Ib - 3b, 1c - 3c) mit den parallelgeschalteten Leitern des anderen Satzes (7a - 9a, 7b - 9b, 7c - 9c) der gleichen Spule verschlungen sind, und daß zumindest in einem Teil der folgenden Spulengruppe (A2, B2) zumindest zwei der jsrallelgeschalteten Leiter (la - 12a und Ib - 12b) in jedem dieser Sätze unmittelbar miteinander verbunden sind, wobei die Anzahl der parallelgeschalteten, unmittelbar miteinander verbuncenen Leiter einunddesselben Satzes von Gruppe zu Gruppe steigt, wodurch die beiden in jeder Spule ineinanderverschlungenen Leitersätze ein- -10-

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ander mit von einer Spulengruppe zur nächsten immer kleiner werdenden Flächen berühren.

3. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, bei der jede Spule zwei Sätze ineinanderverschlungener !//indungen aufweist, die jeweils zumindest einen Leiter umfassen, der von einer Spulenbegrenzung zur anderen in ein- und derselben Ebene gewickelt ist, und bei der die beiden Windungssätze jeder Spule· iiüer einen der beiden Windungssätze einer oder mehrerer anderer Spulen miteinander in Serie geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anzahl der zwischen die beiden Windungs-Sätzen ein- und derselben Spule (1-6 und 23-3Ü) zwischengeschalteten liiindungssätze (Fig. 3: 7 - 12, 13 - 1u, 19 - 24) von einer Spulengruppe (A1, B1, C1, D1) zur nächsten (A2, B2) ändert.

4* Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, bei der die · Doppelspulen aus zwei miteinander verbundenen Eini'achspulen bestehen und ineinander verschlungen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen der abnehmenden kapazitiven Serienkopplungen die.Anzahl ineinander verschlungener Doppelspulen von einer Spulengruppe (Al, ß1, G1, D1, E1, Fl) zur nächsten (A2, B2, C2, D2) abnimmt.

b. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermantel der Leiter einer Spulengruppe dicker ist als der der vorhergehenden Gruppen.

6. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Spulen einer Gruppe größer ist als bei der vorhergehenden Gruppe (Fig. 1: A4, ß4).

7· Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verändern der kapazitiven Serienkopplung

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von Spulengruppen gegenüber derjenigen der benachbarten Spulengruppen zwischen den Spulen dieser Spulengruppe eine isolierende Abschirmung (Fig. 1: E) mit entsprechenden Induktionseigenschaften angeordnet ist.

ö. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe nebeneinanderliegender Flächen aufeinanderfolgender Windungen von einer Spulengruppe zur anderen verschieden ist. ' '

9. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verändern der kapazitiven Serienkopplung von einer Spulengruppe zur nächsten die für den Aufbau der. Spulen einer Gruppe verwendeten Isoliermaterialien andere spezifische Induktionseigenschaften haben als zumindest eine der unmittelbar angrenzenden Gruppen.

10. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spulengruppe eine ganze Anzahl von Vorkehrungen zum Verstärken der kapazitiven Serienkopplung aufweist (Fig. 3: A1, B1, C1, Dl), während die nachfolgende Spulengruppe nur eine kleinere Anzahl dieser Vorkehrungen aufweist (Fig. 5: A2, B2).

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