DE1911682A1 - Isolation arrangement for windings of static high-voltage induction devices - Google Patents

Description

"Isolationsanordnung für Wicklungen statischer Hochspannungs- Induktionsgeräte" Französische Priorität vom 12. März 1968 aus der französischen Patentanmeldung Nr.2805 (Belfort) Die Erfindung betrifft eine Isolationsanordnung für Wicklungen statischer Hochspannungs-Induktionsgeräte mit um die Windungen konzentrischen Schichten. Eine solche Isolationsanordnung muß zwischen den Wicklungen derartiger Geräte und den umgebenden Metallmassen vorgesehen werden. "Insulation arrangement for windings of static high-voltage induction devices" French priority dated March 12, 1968 from French patent application No. 2805 (Belfort) The invention relates to an insulation arrangement for static windings High-voltage induction devices with layers concentric around the windings. One such isolation arrangement must be between the windings of such devices and the surrounding metal masses are provided.

Es ist bekannt, daß zwischen den Wicklungen und den metallischen Massen ein ausreichender Zwischenraum gelassen werden muß, damit der Potentialgradient des elektrischen Feldes vereinbar mit den Kräften bleibt, die die in diesem Zwischenraum angeordneten Isolationsstäbe ertragen können, und damit das magnetische Streufeld nicht in diesen metallischen Massen zusätzliche unzulässige Verluste hervorruft.It is known that between the windings and the metallic masses sufficient space must be left for the potential gradient of the electric field remains compatible with the forces that exist in this interspace arranged insulation rods can endure, and thus the magnetic stray field does not cause additional impermissible losses in these metallic masses.

Im Fall einer aus konzentrischen Windungslagen gebildeten Wicklung verlaufen die Äquipotentiallinien an den axialen Enden nicht senkrecht zur Achse, d.h. sie sind weder zu dem am Ende der Achse befindlichen metallischen Massen noch demzufolge den zwischen diesen Massen und der Wicklung eingeschobenen Isolationsstäben parallel.In the case of a winding formed from concentric layers of turns the equipotential lines at the axial ends are not perpendicular to the axis, i.e. they are neither to the metallic mass located at the end of the axis nor consequently the insulation rods inserted between these masses and the winding parallel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Isolationsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die notwendigen elektrischen Abstände zwischen einer Hochspannungswicklung und den umgebenden Massen verringert werden können, ohne gleichzeitig auf magnetischen Streufluß zurückzuführende zusätzliche Verluste in den die Wicklungen umgebenden Teilen, insbesondere in der senkrechten Wand des das Gerät enthaltenden Behältern zu erhöhen. Diese Aufgabe ist bei der hier vorgeschlagenen Isolationsvorrichtung vor allem dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß um die Wicklung konzentrisch zu ihr metallische Armaturen gegenüber einem imaginären Zylinder mit gleicher Achse wie die Wicklung und etwas größerem Durchmesser als der Außendurchmesser der Wicklung derart angeordnet sind, daß sich auf Grund der Kapazität der Armaturen untereinander in dem um die Wicklung herum befindlichen Zwischenraum; eine Spannungsverteilung einstellt, die symmetrisch zur Spannungsverteilung zwischen den Wicklungslagen ist.The invention is based on the object of an insulation arrangement of the type mentioned to create the necessary electrical clearances between a high voltage winding and the surrounding masses can be reduced can, without at the same time due to magnetic leakage flux additional Losses in the parts surrounding the windings, especially in the vertical one To increase the wall of the container containing the device. This task is with the Isolation device proposed here mainly achieved in that according to the invention around the winding concentric to it metallic fittings opposite an imaginary one Cylinder with the same axis as the winding and a slightly larger diameter than the outer diameter of the winding are arranged such that due to the Capacity of the fittings to each other in that located around the winding Interspace; sets a stress distribution that is symmetrical to the stress distribution is between the winding layers.

Eine vorteilhafte Ausführungorm der erfindungsgemäßen Isolationsanordnung besteht darin, daß die metallischen Armaturen aus einem magnetischen Werkstoff hoher Permeabilität bestehen und einen ausreichenden Querschnitt besitzen, um nicht magnetisch gesättigt zu sein.An advantageous embodiment of the insulation arrangement according to the invention is that the metallic fittings are made of a magnetic material high Permeability exist and have a sufficient cross section so as not to be magnetic to be satiated.

Weitere Merkmale und durch sie erzielte Vorteile gehen aus der Beschreibung der Zeichnung hervor, in der die Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch das obere Ende einer in bekannter Weise isolierten Wicklung eines statischen elektrischen Gerätes und Fig. 2 eine beispielsweise gewählte Ausführungsform der er findungsgemäßen Isolatioasanordnung in einer der in Fig. 1 dargestellten-ähalichen Wicklung.Further features and advantages achieved by them can be found in the description the drawing in which the invention is illustrated schematically. Show it: 1 shows a section through the upper end of a winding which is insulated in a known manner a static electrical device and FIG. 2 shows an embodiment selected by way of example he inventive Isolatioasordnung in one of the shown in Fig. 1-Ähalichen Winding.

Die in Fig. 1 in einer radialen Ebene im Schnitt dargestellte Wicklung besteht aus einer gewissen Anzahl konzentrischer Windungslagen C1, C 2, ... C 5. Eine Äquipotentialarmatur A befindet sich auf dem Potential der äußersten Windung der Lage C 5 und ist durch eine Krümmung passenden Durchmessers abgeschlossen.The winding shown in section in a radial plane in FIG. 1 consists of a certain number of concentric winding layers C1, C 2, ... C 5. An equipotential armature A is at the potential of the outermost turn the position C 5 and is completed by a curvature of the appropriate diameter.

Die umgebenden metallischen Massen sind folgende: Der Kern M 1 des magnetischen Kreises, das obere Joch M 2 und eine Masse M 3, die die benachbarte Spalte, von der angenommen wird, daß sie an Masse liegt, oder die senkrechte Wand des das Gerät enthaltenden Behälters sein kann.The surrounding metallic masses are as follows: The core M 1 des magnetic circuit, the upper yoke M 2 and a mass M 3, which is the adjacent Gap believed to be grounded, or the vertical wall of the container containing the device.

Die Bahn der Äquipotentiallinien (gestrichelte Linien) des elektrischen Feldes, das beim Betrieb oder während einer Untersuchung durch die in der Wicklung induzierte Spannung hervorgerufen wird, zeigt insbesondere, daß diese Äquipotential linien nicht parallel zur Masse M 2 verlaufen, sondern stark geneigt sind. Daraus leitet man ab, daß die zwischen der Wicklung und der Masse M 2 parallel zu dieser angeordneten Isolationsstäbe von einem elektrischen Gradienten elektrisch belastet werden, dessen Horizontalkomponente nicht vernachlässigbar ist. Diese Isolationsstäbe sind daher nicht in der günstigsten Form elektrisch belastet, da ein solcher Isolationsstab besser dem Durchschlag widersteht, wenn er einer senkrecht zu seiner Oberfläche stehenden elektrischen Kraft unterworfen ist, als wenn diese im Nebenschluß verläuft, d.h. wenn der Isolationsstab einer zu seiner Oberfläche parallelen elektrischen Kraft unterworfen ist.The trajectory of the equipotential lines (dashed lines) of the electric Field that occurs during operation or during an investigation through the in the winding induced voltage, shows in particular that this equipotential lines do not run parallel to the mass M 2, but are strongly inclined. From it one deduces that the between the winding and the mass M 2 parallel to this arranged insulation rods electrically loaded by an electrical gradient whose horizontal component is not negligible. These insulation bars are therefore not electrically loaded in the most favorable form, as such an insulation rod better withstand puncture if it is one perpendicular to its surface is subject to standing electrical force as if it were shunted, i.e. if the insulation rod has an electrical Force is subject.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Isolationsanordnung für den Fall einer in Fig. 1 dargestellten Wicklung veranschaulicht. Eine Anordnung von äquipotentialen metallischen Armaturen A 1, A 2 ... A 5 umgibt die Wicklung C 1, C 2 ... C 5 und spielt die Rolle dessen elektrischen Abbildung gegenüber einem Zylinder, der die gleiche Achse haben Wurde, die in der in der Zeichnung dargestellten radialen Ebene durch die Gerade E dargestellt ist.In Fig. 2 is an embodiment of the insulation arrangement according to the invention for the case of a winding shown in FIG. 1. An arrangement The winding is surrounded by equipotential metallic fittings A 1, A 2 ... A 5 C 1, C 2 ... C 5 and plays the role of its electrical Illustration versus a cylinder that would have the same axis as that in the drawing The radial plane shown is represented by the straight line E.

Zur Vereinfachung der Zeichnung wurden nicht die Isolationen dargestellt, die in die Wicklung eingefügt wurden und sich außerhalb dieser befinden.To simplify the drawing, the isolations are not shown, which have been inserted into the winding and are located outside of it.

Die radialen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Armaturen A 1, A 2 ... A 5 und die axialen Längen dieser Armaturen sind derart berechnet, daß die Konfiguration des magnetischen Feldes so nahe wie möglich an der idealen Konfiguration liegt, die die Isolationsstäbe nahezu einheitlich Durchschlagkräften aussetzt. Dieses Ergebnis wird erhalten, wemjdie Äquipotentiallinien in-der Ebene der Fig. 2 möglichst parallel zum Verlauf jeweils der Masse M 2 und der Masse M 3 verlaufen. Dafür sind die radialen Abstände zwischen den Armaturen A 1 , A 2 ... A 5 derart berechnet, daß durch die kapazitive Spannungsverteilung sich jede Armatur auf dem mittleren Potential der entsprechenden Wicklungslage C 1, C 2 ... C 5 befindet. Die Längen der Armaturen A 1, A 2 ... A 5 sind jeweils gleich der Länge der entsprechenden Wicklungslage -C 1, C 2 ... C 5.The radial distances between successive fittings A 1, A 2 ... A 5 and the axial lengths of these fittings are calculated so that the Configuration of the magnetic field as close as possible to the ideal configuration which exposes the insulation rods to almost uniform penetration forces. This The result is obtained where the equipotential lines in the plane of FIG. 2 are as possible run parallel to the course of the mass M 2 and the mass M 3. For that are the radial distances between the fittings A 1, A 2 ... A 5 are calculated in such a way that that due to the capacitive voltage distribution, each valve is on the middle Potential of the corresponding winding layer C 1, C 2 ... C 5 is located. The lengths of the fittings A 1, A 2 ... A 5 are each equal to the length of the corresponding Winding layer -C 1, C 2 ... C 5.

Um ebenfalls eine gute Regelung des magnetischen Streuflusses zu gewährleisten, sind die Armaturen A 1, A 2 ... A 5 vorteilhafterweise aus einem magnetischen Werkstoff mit großer Permeabilität gebildet und besitzen einen ausreichenden Querschnitt, damit die magnetische Sättigung dieses Werkstoffs nicht erreicht werden kann. Diese Regelung des magnetischen Streuflusses ist sehr bedeutend bei Transformatoren für sehr hohe Spannungen und sehr große Leistungen.In order to also ensure good control of the magnetic leakage flux, the fittings A 1, A 2 ... A 5 are advantageously made of a magnetic material formed with high permeability and have a sufficient cross-section, so that the magnetic saturation of this material cannot be reached. These Control of the leakage magnetic flux is very important in transformers for very high voltages and very high performances.

Binde weitere Vervollständigung der Regelung des elektrischen Feldes kann noch erreicht werden durch die Kombination der in der im vorhergehenden beschriebenen Art angeordneten -Armaturen mit Armaturen B 1, B 2 ... B 5, die in an sich bekannter Weise axial zwischen den oberen Enden der Wicklungslagen C 1, C 2 ... C 5 und der Maste M 2 angeordnet sind.Tie further completion of the regulation of the electric field can still be achieved by the combination of those described in the preceding Type arranged valves with fittings B 1, B 2 ... B 5, which in itself better known Way axially between the upper ends of the winding layers C 1, C 2 ... C 5 and the Masts M 2 are arranged.

Diese Armaturen B 1, B 2 ... B 5 liegen jeweils auf dem Potential der äußersten Windung der benachbarten Widdungslage C1, C 2 ... C 5 durch nicht dargestellte Verbindungen.These fittings B 1, B 2 ... B 5 are each at potential of the outermost turn of the adjacent winding layer C1, C 2 ... C 5 by not connections shown.

Claims (2)

Patentansprüche: Patent claims: Di. Isolationsanordnung für Wicklungen statischer Induktionsgeräte mit um die Windungen konzentrischen Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß um die Wicklung (C 1, C 2, ..) konzentrisch zu ihr metallische Armaturen CA 1, A 2, ...) gegenüber einem imaginären Zylinder mit gleicher Achse (E) wie die Wicklung und etwas größerem Durchmesser als der Außendurchmesser der Wicklung derart angeordnet sind, daß sich auf Grund der Kapazität der Armaturen untereinander in dem um die Wicklung herum befindlichen Zwischenraum eine Spannungsverteilung einstellt, die symmetrisch zur Spannungsverteilung zwischen den Wicklungslagen ist.Di. insulation arrangement for windings of static induction devices with layers concentric around the turns, characterized in that around the Winding (C 1, C 2, ..) concentric to it metallic fittings CA 1, A 2, ...) compared to an imaginary cylinder with the same axis (E) as the winding and slightly larger diameter than the outer diameter of the winding so arranged are that due to the capacity of the fittings to each other in the around the Winding located gap adjusts a voltage distribution that is symmetrical to the voltage distribution between the winding layers. 2. Isolationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Armaturen (A 1, A 2, ...) aus einem magnetischen Werkstoff hoher Permeabilität bestehen und einen ausreichenden Querschnitt besitzen, um nicht magnetisch gesättigt zu sein. 2. Isolation arrangement according to claim 1, characterized in that the metallic fittings (A 1, A 2, ...) made of a high magnetic material Permeability exist and have a sufficient cross section so as not to be magnetic to be satiated.