DE2628523C3

DE2628523C3 - Hochspannungswicklung

Info

Publication number: DE2628523C3
Application number: DE19762628523
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Weniger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-06-24
Filing date: 1976-06-24
Publication date: 1984-03-15
Also published as: JPS531817A; DE2628523B2; ES460059A1; BE856096A; AT362016B; CH618042A5; DE2628523A1; ATA383277A; MX145786A; IT1078321B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungswicklung mit einer zusanunen mit jeder Drahtwindung Aufgewickelten Bahn aus Isolierstoff mit einer der Breite der Hochspannungswicklung entsprechenden Breite.

Bei einer bekannten HochspannungswickJung dieser Art (DE-PS 6 65 834) sind die Drahtwindupgen aus einem Flachband hergestellt Die Verwendung des Flachbandes hat den Vorteil, daß die Drahtwindungen nicht stark auftragen, so daß die Bahnen aus Isolierstoff ohne Schwierigkeiten und im wesentlichen ohne Faltenbildung eingewickelt werden können. Außerdem ist durch die Verwendung eines Flachbandes vermieden, daß durch den Wickelzug ausgeübte Kräfte zu einem Zerschneiden der Bahnen aus Isolierstoff durch die Drahtwindungen füllen. Die bekannte Hochspannungswicklung ist jedoch insofern nachteilig, als bei ihr die Gefahr des Verschiebens der Drahtwindungen, bei-

jo spielsweise beim Transport, gegeben ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verhältnismäßig einfach zu fertigende Hochspannungswicklung vorzuschlagen, in der sich die einzelnen Drahtwindungen in einer räumlich festen, unverrückba-

j5 ren Lage befinden.

Zur Lösung dieser Aufgabe bestehen bei einer Hochspannungswicklung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß die Drahtwindungen aus einem Runddraht, und die Bahnen aus Isolierstoff sind von einer Kunststoffolie gebildet, wobei die Kunststoffolie in ihrer Dicke im Hinblick auf den Durchmesser des Runddrahtes so bemessen ist, daß das Verhältnis vom Durchmesser zur Dicke größer als 50 ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Hochspannungs-

f, wicklung besteht vor allem darin, daß infolge Verwendung von Kunststoffolien mit einer im Hinblick auf den Durchmesser des verwendeten Runddrahtes vorgegebenen größten Dicke die einzelnen Drahtwindungen formschlüssig von der Kunststoffolie innerhalb der

-,o Hochspannungswicklung eingeschlossen werden, so daß die einzelnen Drahtwindungen nicht nur im Innern der Hochspannungswicklung, sondern auch zu den Rändern hin in ihrer Lage fest angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Hochspannungswicklung kann daher in jeder Einbaulagc eingesetzt werden, also beispielsweise auch so, daß ihre Wicklungsachse in Richtung der Schwerkraft verläuft, ohne daß ein Abgleiten von Drahtwindungen zu befürchten ist. Auch während des Transportes der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung sind keine Verschiebungen der Drahtwindungen zu befürchten.

Die erfindungsgemäße Hochspannungswicklung kann beispielsweise als Zylinder- oder als Trapezwicklung ausgebildet sein. Ist sie gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in an sich bekannter Weise als Doppelwickei ausgebildet, dann ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß durch jeweils in das Innere der Wicklung gerichtete Kräfte in den Drahtwindungen mit

besonders hoher Sicherheit ein Verschieben der äußeren Drahtwindungen innerhalb der Hochspannungswicklung vermieden ist

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der- Erfindung ist die Hochspannungswicklung durch infolge Wärmebehandlung der Hochspannungswicklung auftretende Schrumpfkräfte der Kunststoffolie eine kompakte, selbsttragende Spule. Mit der Wärmebehandlung wird nicht nur eine selbsttragende Spule gebildet, sondern eine Wicklung mit sehr kleinen Hohlräumen, wodurch die Teilentladungsemsetzspannung erhöht wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich an beiden Seiten der Hochspannungswicklung über die äußeren Drahtwindungen hervorstehende Ränder der Kunststoffolie durch die bei der Wärmebehandlung auftretenden Schrumpfkräfte in radialer Richtung umlegen und die Hochspannungswicklung seitlich verschließen.

Die zwei letztgenannten Weiterbildungen der Erfindung sind an sich aus der DE-PS 12 08 816 bekannt.

Erfofgt die Wärmebehandlung der Hochspannungswicklung nach Evakuierung und Imprägnierung mit einem Isoliergas, beispielsweise Schwefelhexafluorid, dann ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in den Hohlräumen der Hochspannungswicklung das Isoliergas eingeschlossen. Es kann daher bei Verwendung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung ein langwieriger Vakuum- und Imprägnierprozeß eines Hochspannungsgerätes mit der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung entfallen. Dadurch tritt jo eine Senkung der Herstellungskosten ein.

Die Vakuumbehandlung und Imprägnierung mit Isoliergas ist bei der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung deshalb besonders einfach, weil die Hochspannungswicklung zu den Seiten weitgehend η offen ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind an den Seiten der Hochspannungswicklung neben den jeweils äußeren Drahtwindungen Steuerelektroden eingelegt. Die Steuerelektroden können in unterschied- ao licher Weise ausgebildet sein, müssen jedoch in jedem Falle so ausgeführt sein, daß sie keine Kurzschlußwindung bilden.

Die Steuerelektroden sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Isolierschläuche aus einem Material mit hoher DielektrizitätsKonstante oder von spiralförmig geschlitzten Schläuchen aus Isoliermaterial mit einem leitenden oder halbleitenden Überzug gebildet.

Gegebenenfalls sind die Steuerelektroden gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung von einer um die jeweils äußere Drantwindung gelegten Isolierfolie mit leitender oder halbleitender Oberfläche gebildet.

Insbesondere dann, wenn in der Hochspannungswicklung sich über ihre Breite erstreckende steuernde Einlagen vorhanden sind, sind gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Steuerelektroden durch Falzung dieser sich über die Breite der Hochspannungswicklung erstreckenden Einlagen an ihren äußeren Rändern gebildet.

Sind in der Hochspannungswicklung Steuerelektroden an den Rändern eingelegt, dann weist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Steuerelektrode eine den Durchmesser des Runddrahtes überschreitende Höhe auf. Die Steucrelektroden lassen sich dann auch dazu ausnutzen, eine mechanisch besonders feste Hochspannungswicklung zu schaffen.

Eine Vorrichtung xid- Herstellung einer Hochspannungswicklung nach der Erfindung weist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Führungsrolle aur Aufbringung der Kunststoffolie auf, die an die Hochspannungswicklung andrückbar ist Durch den unmittelbaren Kontakt der Führungsrolle mit der Hochspannungswicklung wird die Herstellung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung wesentlich vereinfacht; es entstehen dann nämlich keine Probleme durch Faltenbildung der Kunststoffolie während des Aufwickeins. Eine derartige Weiterbildung ist aus der DE-OS 15 39 692 an sich bekannt

Bei der Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Führungsrolle nach Aufwickeln der jeweils äußeren Drahtwindung während einer Umdrehung der Hochspannungswicklung von der Hochspannungswicklung abhebbar. Dadurch ist ein zu hoher Anpreßdruck auf die nach der jeweils äußeren Drahtwindung aufgebrachte nächste Drahtwindung vermieden.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in P i g. 1 ein Schnitt durch eine erfindungsgemäß hergestellte Hochspannungswicklung gezeigt In F i g. 2 ist in vergrößertem .Maßstab ein Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung nach F i g. 1 wiedergegeben. In den Fig.3 und 4 ist eine Ausführung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung als Doppelwickel dargestellt, und in Fig.5 bis 7 sind Ausführungsbeispiele für verschiedene Steuerelektroden der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung gezeigt In Fig.8 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung wiedergegeben.

Die in F i g. 1 dargestellte Hochspannungswicklung 1 enthält durchgehend gewickelte Kunststoffolien 2 mit einer Breite, die der der Hochspannungswicklung 1 entspricht Die Kunststoffolien 2 sind mit jeder Drantwindung 3 aufgewickelt, so daß aufeinanderfolgende Drahtwmdungen immer durch eine Bahn der Kunststoffolie 2 voneinander getrennt sind. Die Drchtwindungen 3 sind in bekannter Weise mit einem seitlichen Vorschub gewickelt, so daß die Drahtwindungen beispielsweise von links unten nach rechts oben und dann wieder umgekehrt von rechts nach links innerhalb der Hochspannungswicklung aufeinander folgen. Es ergibt sich damit in an sich bekannter Weise ein insofern vorteilhafter Aufbau einer Hochspannungswicklung, als an Enden 4 und 5 der Hochspannungswicklung 1, wo zwischen äußeren Drahtwindungen eine sehr hohe Spannung auftritt, viele Bahnen der Kunststoffolie 2 übereinander angeordnet sind und daher die notwendige Spannungsfestigkeit erzeugen.

Wi^ F i g. 2 deutlich erkennen läßt, ist auf eine Bahn 6 der Kunststoffolie eine Drahtwindung 7 aus Runddraht aufgewickelt Dararf ist eine weitere Bahn C Kunststoffolie gemeinsam mit einer weiteren Drahtwindung 9 derart aufgebracht, daß die Drahtwindung 9 neben der ersten Drahtwindung 7 zu liegen kommt Entsprechend sind weitere Bahnen 10, 11, 12 usw. der Kunststoffolie gleichzeitig mit weiteren Drahtwindungen 13, 14, 15 usw. aufgewickelt

Da die Dicke a der Kunststoffolie im Hinblick auf den Durchmesser D des Runddrahtes der Drahtwindungen

so gewählt ist, daß dis Verhältnis von — > 50 ist, ergibt

sich die in der F i g. 2 wiedergegebene Anordnung von Drahtwindungen und Kunststoffolie, deren wesentliches Merkmal in einer formschlüssigen Einbettung der

einzelnen Drahtwindungen in der Kunststoffolie besteht

Wird die Hochspannungswicklung für einen Spannungswandler vorgesehen, dann beträgt die Dicke der Kunststoffolie im Hinblick auf den Durchmesser der für die Hochspannungswicklung eines Spannungswandlers Qblichen Runddrähte etwa 2 bis 5 μπι.

Wie F i g. 2 ferner zeigt, weisen die Bahnen 6,8,10,11 usw. Ober die äußeren Drahtwindungen 15 bzw. 16 hervorstehende Ränder 17 auf. Die überstehenden Ränder 17 bieten die vorteilhafte Möglichkeit, bei einer Wärmebehandlung der Hochspannungswicklung durch Schrumpfkräfte einen seitlichen Verschluß der Hochspannungswicklung zu erreichen. Besteht nämlich die Kunststoffolie aus einem bei Wärmebehandlung schrumpfenden Material, dann legen sich die hervorstehenden Ränder 17 in radialer Richtung um und verschließen die Hochspannungswicklung an ihren Seiten. Dadurch wird nicht uui ein Abrutschen der äußeren Drahtwindungen IS und 16 beispielsweise beim Transport mit letzter Sicherheit verhindert, sondern es wird auch Isoliergas in der Hochspannungswicklung eingeschlossen, das beispielsweise nach einer vorangehenden Vakuumbehandlung und Imprägnierung eingebracht ist

In Abweichung von dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 kann die Hochspannungswicklung auch ohne überstehende Ränder der Bahnen der Kunststoffolie hergestellt sein. Bei einer Hochspannungswicklung mit trapezförmiger Anordnung der Drahtlängen entspricht die Breite der Isolierfolie etwa der untersten Drahtlage. Gegebenenfalls kann die Hochspannungswicklung auch aus mehreren einander umfassenden trapezförmigen Teilspulen bestehen.

Die in Fig.3 schematisch dargestellte Hochspannungswicklung ist als an sich bekannter Doppelwickel ausgeführt, enthäk also gewissermaßen zwei gleichzeitig gewickelte Teilspulen 20 und 21. Die Drahtwindungen 22 und 23 jeder der beiden Teilwicklungen sind jeweils gleichzeitig gemeinsam mit einer Kunststoffolie 24 aufgewickelt (vgl. F i g. 4). Die Kunststoffolie 24 ist wiederum so breit gewählt, daß sie über die Enden der äußeren Drahtwindungen hervorstehende Ränder aufweist.

Das in Fig.5 im Schnitt teilweise dargestellte Ausfühningsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung unterscheidet sich von dem nach den Fig. 1 und 2 dadurch, daß am Rand 26 der Hochspannungswicklung 27 ein Isolierschlauch 28 aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante eingelegt ist Dieser Isolierschlauch 28 dient als Steuerelektrode. Gleichzeitig kann er zur Herstellung einer möglichst fest gewickelten Hochspannungswicklung beitragen, wenn er eine Höhe H aufweist die größer als der Durchmesser D des verwendeten Runddrahtes 29 ist In vorteilhafter Weise ist die Höhe H so gewählt daß sie durch folgende Gleichung bestimmt ist

ίο Anstelle eines Isolierschlauches kann auch ein Schlauch aus Isolierstoff mit einem halbleitenden oder leitenden Überzug verwendet werden. Unabhängig von der speziellen Ausführung der Steuerelektrode ist dafür zu sorgen, daß die Schläuche mit einem spiralförmig verlaufenden Schlitz 30 versehen sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.6 ist die Steuerelektrode aus einer um eine äußere Drahtwindung 31 gewickelten Isolierfolie 32 gebildet, die vortcühafisr.veije eine Dicke b hat. die dem Quotienten aus dem Durchmesser D des verwendeten Runddrahtes 31 und j/2 entspricht. Die Isolierfolie 32 kann auch mit

einem halbleitenden oder leitenden Belag versehen sein.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist die Steuerelektrode von einem gefalzten Rand 33 einer

steuernden Einlage 34 gebildet, die sich über die gesamte Breite der Hochspannungswicklung 35 erstreckt Die Dicke c der steuernden Einlage ist dabei zwed iräßigerweise doppelt so hoch wie der Durchmesser D des verwendeten Runddrahtes 36, um mittels

ίο der Steuerelektrode eine mechanisch feste Hochspannungswicklung herstellen zu können.

Die in Fig.8 dargestellte Verrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung enthält einen in nicht dargestellter Weise angetriebenen Wickeldorn 40, dem über eine vorschiebbare Spindel 41 aus einer Vorratsspule 42 der Runddraht 43 zugeführt wird.

Zum gleichzeitigen Aufbringen einer Kunststoffolie 44 ist eine Führungsrolle 45 vorgesehen, über die die aus einer weiteren Vorratsspule 46 entnommene Kunststoffolie gleichzeitig mit dem Runddraht 43 aufgewickelt wird. Die Führungsrolle 45 ist an die Hochspannungswicklung während des Herstellungsvorganges angedrückt, um ein Aufbringen der Kunssstoffolie 44 ohne

J5 Faltenbildung zu ermöglichen.

Ist jeweils die äußere Drahtwindung gewickelt, dann wird mittels eines von der Vorschubspindel 41 bei der Vorschubumkehr abgeleiteten und über eine Leitung 47 gegebenen Signals die Führungsrolle 45 für eine

Umdrehung der Hochspannungswicklung entgegen der Kraft einer Zugfeder 48 jeweils abgehoben, um . hien zu starken Anpreßdruck auf die der jeweils äußeren Drahtwindung folgende Drahtwindung zu vermeiden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hechspannungswicklung mit einer zusammen mit jeder Drahtwindung aufgewickelten Bahn aus Isolierstoff mit einer der Breite der Hochspannungswicklung entsprechenden Breite, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwindungen (3) aus einem Runddraht bestehen und daß die Bahnen (2) aus Isolierstoff von einer Kunststoffolie gebildet sind, wobei die Kunststoffolie in ihrer Dicke (a) im Hinblick auf den Durchmesser (D) des Runddrahtes so bemessen ist, daß das Verhältnis von Durchmesser (D) zur Dicke (a) größer als 50 ist (F i g. 1/2).

2. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Doppelwickel (20,21) ausgebildet ist (F i g. 4/5).

3. Hochspannungswicklung nach Anspruch \ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch infolge Wärmebehandlung der Hochspannungswicklung auftretende Schrumpfkräfte der Kunststoffolie eine kompakte, selbsttragende Spule ist

4. Hochspannungswicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich an beiden Seiten der Hochspannungswicklung über die äußeren Drahtwindungen hervorstehende Ränder (17) der Kunststoffolie durch die bei eier Wärmebehandlung auftretenden Schrumpfkräfte in radialer Richtung umlegen und die Hochspannungswicklung seitlich verschließen.

5. Hochsp.-.nnungswicklung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Hohlräumen der HochspanF.ungswicklung IsGiiergas eingeschlossen ist

6. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seiten der Hochspannungswicklung neben den jeweils äußeren Drahtwindungen Steuerelektroden (28,32,33) eingelegt sind (F i g. 5 bis 7).

7. Hochspannungswicklung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden von Isolierschläuchen (28) aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante oder von spiralförmig geschlitzten Schläuchen aus Isoliermaterial mit einem leitenden oder halbleitenden Oberzug gebildet sind.

8. Hochspannungswicklung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden von einer um jeweils die äußere Drahtwindung (31) gelegten Isolierfolie (32) mit leitender oder halbleitender Oberfläche gebildet sind (F i g. 6).

9. Hochspannungswicklung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden durch Falzung von sich über die Breite der Hochspannungswicklung erstreckenden steuernden Einlagen (34) an ihren äußeren Rändern (33) gebildet sind (F ig-7).

10. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (28) eine den Durchmesser (D) des Runddrahtes überschreitende Höhe (H) aufweist (F ig-5).

11. Vorrichtung zur Herstellung einer Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Aufbringung der Kunststoffolie (44) eine Führungsrolle (45) aufweist, die an die Hochspannungswicklung andrückbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrolle (45) nach Aufwickeln der jeweils äußeren Drahtwindung während einer Umdrehung der Hochspannungswicklung von der Hochspannungswicklung abhebbar ist (F ig. 8).