DE761148C - Stossspannungssichere Wicklungsanordnung fuer Transformatoren und Drosselspulen mit verstaerkter Eingangsisolation - Google Patents

Description

• Stoßspannungssichere Wicklungsanordnung für Transformatoren und Drosselspulen mit verstärkter Eingangsisolation Die Erfindung betrifft eine stoßspannungssichere Wicklung für Transformatoren und Drosselspulen, mit oder ohne Unterteilung durch Kühlkanäle.
• Man hat bisher zum Schutz einer Hochspannungswicklung geien einziehende Wanclerwellen und Stoßspannungen die Ein gangswindungen stärker isoliert. Wenn die Wicklun- aus einzelnen, auf der -anzen Wickellänge oder auf der Schenkellänge des Eisenkernes gleichmäßig verteilten Einzelspulen 1>esteht, müssen die die verstärkt isolierten Ein-Iangswindunggrn enthaltenden Einzelspulen

  mit geringerer Windun,-:zahl ausgeführt

  werden als die normal isolierten Einzelspulen.

  ,#l,uf diese Weise erhalten die Spulen mit ver-

  stärkt isolierter @@@indttit;sisolaticin zwar die

  gleichen äußeren Abmessttttgeit wie die nor-

  mal isolierten Spulen. und inan kann sie deni

  Wicklungsverband einfügen. Trotz dieser

  Isolationsverstärkung lkOitlittt e: aber ci@nnoch

  zu Isolationsbeschädigungen durch auf die

  Wicklung treffende Stotlspannungen. Der

  Grund hierfür liegt in der ungleirhm:ilii##:ii

  Verteilung der 1_inzelinduktivitäten #de r

  Spulen längs der Wickellänge: cieiiii gti'a@ie

  ;in gefährdeten Wicklungseingang ist 1>e1 de,'

  bekannten Anordnungen wegen der verniiii-

  derten Windungszahl eine sprungweise-Ände-

  rung der Spuieilinduktivität vorhanden, durch

  die Reflexionen auftretender Stoßwellen ver-

  :irsacht werden.

  Geniäü der Erfindung werden (liest -iach-

  :ile dadurch vermieden, dali mindestens die

  erste all die S :ot3spannungen führende Leitung

  angeschlosseile Einzelspule des \t"ic@aungs-

  inanges eine stärkere Spulenisolation erliiilt

  ;iis die übrigen Einzelspulen. Dabei haben alle

  l:iii7_elsl)uleii der Wicklung angenähert gleich

  Zrolle Windungszahlen. Die Einzelinduktivi-

  täten der Einzelspulen sind infolgedessen i111

  ,.veseiltliclieii untereinander gleich. Die Ge-

  :ailltiiiduktivität der Wicklung ist daher auf

  Jer @@a.nzeil Wickellänge gleichmäßig verteilt.

  V ür die Erhöhung der Stoßsicherheit ist die

  Isolationsstärke zwischen den Eingangsspulen

  lilallgebeud. Insbesondere wenn man die Ein-

  @;@t@g@#IitileLl ohne Kühlzwischenraum mit

  :üren festen lsolierstoiteii unmittelbar auf-

  c#iiiaiiderie-rt. oder wenn man den Isolier-

  :tutten der Eingangsspulen eine höhere Dielek-

  :rizitatskonstante gibt. wird die Stoßsicher-

  :;eit weiter vergrößert. Die Erfindung ermög-

  eIcht sogar. die äußeren Abmessungen der ver-

  >tärla isolierten LIIIaaIlgSspilleIl mit denen der

  tiorinal isolierten Spulen ini wesentlichen

  :,leich groß zu machen. wenn man bei den

  Spulen mit der größeren Stärke der Spulen-

  iselation die Windungsisolation schwächer

  wählt. so daß bei diesen Spulen die einzelnen

  Windungen enger aneinander liegen.

  Zur Verringerung der Lagenspannungen

  benachbarter Spulen gegeneinander empfiehlt

  ;s sich. im Eingangsgebiet gleichsinnig ge-

  u-icke lte Spulen zu verwenden (Einzelspulen-

  -;clialtinig). Bei dieser wird bekanntlich das

  auf der einen \\'ickluiigsseite liegende Ende

  :iiler Spule mit dem auf der anderen Wick-

  ltiilgsseite liegenden Anfang der benachbarten

  Spule in Reibe geschaltet. Bei Wicklungs-

  teilen, die weiter voni Eingangsgebiet entfernt

  liegen, kann inan ungleich sinnig gewickelte

  -;ljtllell alitvenden, 1>e1 denen zwischen zwei

  !:z:n;tclll>arteii Spulen die doppelte Lagen-

  >pannung wirksam ist (Doppelspulenschal-

  2t111@r). Diese bestellt bekanntlich aus der

  l"'eilieii:clialtuiig von auf der gleichen Wick-

  hingsseite liegenden Spulenenden miteinander.

  Unter I;itlgangsspulen und unter Wicklungs-

  e iligang werden die Spulen und Wicklungs-

  te-ile verstanden. die all die wellenführende

  Leitung ange:ctüos:en sind oder in der Nach-

  von Spulen liegen. die mit der

  ivrIlclttührentlen Leitunverbunden werden.

  \\-vtlll die Wickhuig an <kn isolierten @TUII-

  punkt eines I)rchstromsvstems angeschlossen

  ist, k;uill auch (tiv#er \\'icklungsteil, der dein

  isolierten Nullpunkt benachbart liegt, Eingang

  für Stoßspannungen oder L.`berspannungen iti

  die Wicklung sein. Wenn beide Wicklungs-

  enden an wellenführende LeitunIgen

  sind, z.13. !>ei Eillpha:eIitran#-

  formatoren, dann hat die Wicklung ebeiif:ill:

  zwei Eingangsstellen für Stoßspannungen.

  Wenn die Abstände zwischen den Leitern

  benachbarter Spulen, d.11. die Abstände ge-

  messen zwischen den blanken Kupferleitern,

  nicht @anitlich gleich groß gemacht werden

  können, z. B. finit Rücksicht auf Schaltver-

  bindungen. die zwischen den `pulen liegen,

  die einen größeren Abstand voneinander

  haben. empfiehlt es sich. Isolierstoffe in der-

  artiger Verteilung und finit einer solchen cr-

  höllten Dielektrizitätskonstante anzuordnen.

  ilaß die gegenseitige Kapazität dieser Spulen

  nieder mit den Kapazitäten der anderen Ein-

  zelspulen, gegeneinander mindestens gleich

  groß wird. Unter Umständen ist die Stattehin-

  der Einzelkapazitäten, die zwischen benach-

  harten Einzelspulen herrschen. in der Wei>e

  vorteilhaft, daß am Wicklungseingang dir

  größten Einzelspulenkapazitüten vorhanden

  sind. während in der Wicklungsmitte die Ein-

  zelspulenkapazitäten ihre kleinsten \\'rrte

  haben. Die Kapazitätswerte nehmen dann von

  der Mitte aus in das zweite Eingangsgebiet

  der Stoßspannungen hinein wieder zu. Hat

  die Wicklung nur einen -Stoßspatnntlllgseitl-

  -allg. dann werden die Einzelkapazit:itell vcblll

  Eingang bis zum WIcklun,sende mit ab-

  nehmenden Werten gestatielt.

  Durch die unten beschriebenen besonderen

  Schaltungen der Einzelspulen der Wicklung

  gelingt e3, die Stoßspannungsverteiltiiig L:iIig.;

  der Wicklung günstiger zu gestalten, #,} dal.l

  die Isolationsbeanspruchung geringer ausfällt

  als bei einfachen Reih enschaltungen 1rekannte r

  Wicklungs ailordnungen.

  Die Figuren zeigen _\usführungsheispivle

  der erfindungsgemäßen Anordnung.

  In Fig. t ist eine Hochspannungswicklung

  ciarg@#tellt. die einerseits ;in die wellen-

  führende Leitung I allgeschlossen ist 11(1d

  anderseits mit einem Systemnullpunkt 6 ver-

  bunden wird. Die Wicklungse ingänge 2 titld ;

  können also mit Stoßspanntnigin oder

  Wanderwellen beansprucht werden, und zwar

  können diese auf der Leitung I In die: Wick-

  lung einziehen. wenn beispielsweise atllle@-

  sphärische Einladungen in der \ älie einer

  1# reileitung stattfinden. Der Wicklungsein-

  gang ; wird meistens finit Stoßspannungen

  oder Cberspannungen beansprucht. weiiii fier

  Svsteninullpunkt 6 zur Erde übersclihigt und

  die Erdkapazität des Wicklung-:,ein-all-e. ;

  hurzgeschlosseil wird.

  Uni nun die Stoßspannungn;#.sicherlieit dvr

  Wicklung zu erhöhen. werden eine odvi-

  mehrere Eingangsspulen 3 und 5 der Wicklungsenden stärker isoliert. Bei dem in Fig. i dargestellten Beispiel handelt es sich um eine att; einzelnen Scheibenspulen bestehende Röhrenwicklung. Man kann daher die EingangssPuleil 3 und 5 durch U-förmig gebogene I\appenringe S aus saugfälligen Faserstoffen. z, 13. aus Preßspan oder aus Papierbändern oder Hartpapier, einkapseln. Die restlichen `pulen .I sind normal isoliert. Die Wicklung liegt frei in einem flüssigen oder gasförmigen Kühl-und Isoliermittel, das z. B. aus Mineralölen oder synthetischen ölen wie feuersicheren Flüssigkeiten bestehen kann. Die verstärkte Isolation 8 kann auch mit Flüssigkeiten oder Isoliermassen getränkt werden, die eine hohe Dielektrizitätskonstante haben, so daß die Dielektrizitätskonstante des Kappenwerkstoffes 8 über der des Öles liegt. 1-lierfür sind z. B. chlorierte Kohlenwasserstofe geeignet, die durch Schutzanstriche aus Cellulosederivateil gegen Vermischung mit den Isolierölen des Transformators gesichert werden. Insbesondere wenn man die Eingan'sspulen ohne Zwischenraum dicht aufeinander packt, empfiehlt es sich, mindestens a.ln Wicklungseingang die Einzellspulen durch Verbindungsleitungen g in der Weise zusainnienzuschalten, daß zwischen ihnen nur eine Lagenspannung herrscht. Die vom Wicklungseingang weiter entfernten Einzelspulen .1 können normal in Doppelspulenschaltung zusammengeschlossen sein, d. h. die Rei.henschaltverbindung ist derart ausgeführt, daß zwischen benachbarten Spulen die doppelte I.agenspannung herrscht. Die räumliche Anordnung der Wicklung in Bezug auf die iedervoltwicklung io und den Eisenkern i i ist Beliebig.
• Eine weitere erfindungsgemäße Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Hier sind die Eingangsspulendurch Papierbandlagei12 stärker isoliert. Wenn inan sie unmittelbar aufe:inanderlegt, empfehlen sich Kühlkanäle, 13, die die Eingangsspulen in axialer Richtung durchsetzen. Zur Abschirmung der Spulenkanten können Winkelringe 1.1 aus Preßspan auf die Kanten aufgelegt werden.
• In Fig. 3 ist eine Wicklungsschaltung dargestellt. bei der je zwei parallel geschaltete Spulen 15 und i0 mit den darauffolgenden parallel geschalteten Spulen 17 und 18 durch den Leiter i9 in Reihe geschaltet werden. U m Raum und Isolierabstände zu sparen, wird der Leiter ig zwischen Gien )leiden parallel geschalteten Spulen 15 und i< bzw. 17 und iS verlegt. Die Eingangsspulen 15 und 16 rund unter Umständen auch die Spulen 17 und iS können verstärkt isoliert sein durch die Isolierschichten 2o. Die von i Wicklungseingang weiter entfernten. Einzelspulen 21 werden in Eilizelspulellsclialttlng oder in Doppelspulenschaltung in Reihe geschaltet.
• Bei der Schaltung gemäß Fig.4 sind die 1?ingailgs,spulen zu zwei Spulengrüppetl 2-und 23 zusalliniellgef.tßt. Die Einzelspule) jeder Spulengruppe 22 und 23 Nverden unteici.nander in Reihe geschaltet. -Uie Verteilung der Einzelspulen auf der Wickellänge erfolgt so, daß eine Spule der einen Spttletigrttlil'v finit einer Spule der zweiten Gruppe al>-wecliselt. Natürlich sind ]>ei den parallel geschalteten Spulengruppen die Leiterquerschnitte entsprechend der Stromaufteilung verringert gegenüber den Querschnitten der Normalspulen 2.I. Es hat sich herausgestellt, da13 durch eine derartige Aufteilung der Eingangsspulen in zwei Spulengruppen und durch die Parallelschaltung dieser Spulengruppen eine sehr günstige Stoßspannungsverteiltuig erzielt wird. Da, wie die Fig..l -neigt, die Schaltverbindungen teils auf der einen) Wicklungsseite und teils auf der anderen Wicklungsseite liegen, niuß natürlich in benachbarten Spulen der Wickelsinn abtvechseln, d. 1i. wenn die eine Spule als rechtsgängige Schraube gewickelt ist, niti13 die folgende benachbarte Spule als linksgängige Schraube und die darauffolgende Spulttvieder als rechtsgängige Schraube usw. gewickelt oder in den Verband Gier gesamten Wicklung eingefugt werden..
• 1)ie gemischte Schaltung der Einzelspuleil ist nicht an die an Hand der Beispiele erklärten Schaltmöglichkeiten gebunden. Jenach der Höhe der ztt bewältigenden Spulenspannungen kann die Doppelspulenschaltung der Einzelspulen auch am Wicklungseingang günstiger sein als die F.inzelspulenschaltuug des Wicklungseinganges.
• Die Isolationsstärke der 1'sinr@lapulcn de: 4\'icl:lungsteile(s, der an denn isolierten Nullpunkt angeschlossen ist. kann sc1it\-äc1ici- bemessen sein als der Isolationseinschlag der Spulen, die mit der Phasenleitung oder der wellenführenden Leitung i verbunden :find. [)er ()rund hierfür liegt darin, daß der Nullpuill:t, seine und <nie an den Nullpunkt Spulen mir finit geringerer Spannung beansprucht t\-eiden als der Wicklungsantang.
• Am Wicklungsanfang hingegen, als@r auf die Spule 2, kann hei Gewitter oder italteti Blitzeinschlägen eine wesentlich höhere stol.lspannung auftreten.
• Wenn mehrere Einzelspulen des Wicklullgseinganges den ertindungsgem:il,let Spuleneinschlag erhalten, kann die Märke des Isolatiotiaeinschlages der @inzelspulru derart gestaffelt werden, da13 die an dir Leitung t oder alt deti Nullpunkt 6 aiigeschlos.elle

  1_inzelspule die stärkste I"llicrscfiicln erhält.

  «-ä::ren(i die (Iarauffol@@ndc z«-cite l:illzel-

  sclilväclier il_olicrt «-irif. Natürlich

  ::tim die `taü:hin- der Finsch(a@sstärkcn

  >:ca auch auf nt°lir als zt@-ei f:ilt@ran@@ssllulcn

  . . stricken.

  ie(le 1_inzelsptile kann natürlich ein- o(lrr

  -:ielirreihi'r sein. I)ie \t"in(luFF@si>(@latiott der

  @hu:cn Illeillt auf (Icr lanzetl \\'icl:-eilün@c

  ;lcicli stark. Die Norinaishulen d k("illilcil ohne

  ;#;:ien°_inschlag illriln. Wenn auch (liest

  -Z

  ,:.Icr(ti@l`,''@ äilewaclltr als Iathrang_.spulen

  ::n;eschla@@cn 1@-erden. kann die Windungs-

  :;tl!:LLI(@FI ehtn;0 tl-!e 111i( Teil I'.lll@@all`@,;11@11e@t

  ain(lert werde((. ljadtI@@el @r-ibt sich eine

  '.tesentlich e Raumersparnis. (ii-e ;ich nicht

  ::i der Verringerung- lies Isolierabstandes

  :@lci_chen Hocht-(11t- und NI-`(lert-olt,l)tile -Und

  --in imiachbarten leessel und den Armatur-

  -c 'en üul.lert, ,ondern auch eine Verkürzuli

  .,- lasclikernsrhrnl:ell;in@e zur Fol(@: hat.

  @! l@c 1_rtilt(ILlltg kallll auch lcei reitfett

  @cl:cillen@t-iclaungen ver@@-.-t:det «erden, I@ei

  l; licn läng; der \t"ickeliän @#e (xler des Kernes

  ir_ler@-olt- und liochvolt:ch.°il:en mitein-

  :In(Icr al),wechseln.

  Ilie I':rtilutung 11;t nicht 1leschräTlla auf

  \\"ickfLFn@@:n. die nur aus Einzelspltleil ztt-

  sannncn@@e_chaltet sill(I. Vielmehr kann sie

  .#.lch Anwendung finden frei einer \\"iclaung.

  `111e nicht durch radiale Kühlkanäle in Einzel-

  >:I1.lrll aufgeteilt ist. In Fig. ; ist eine der-

  :Lrti;=e Wicklung dar(z2stellt.@Die Wicklung 2;

  kann Iagenweise od°r scheihenspulenartig g21-

  sein und auf festen I;oli°rstoffeil2h

  ui-ebracht werden. Inn Ein-ang;gebiet wer-

  den Leiterbündel. z. D. 2; und 2,'#, durch

  Isoliereinschläge J() zusammengefaßt und

  stärker isoliert.

  In Übertragener Weise können die oben bt-

  scitriebenell Anordnungen jedoch auch hei

  #-a-enwicklungen verwendet «-erden. bei

  .lenen also die Hochspannungswickhing in

  .0inzeinen k-umentrisch zueinander liegende

  Rc(ltrenspulcn aufgeteilt ist. Eine einzelne

  l, @inrenshii'.#L kann dabei eine oder mehrere

  Lazeil liai"cn, die auf feste I_olierzvlin(ler

  auf@ele<`t sind.

  I:1 F: #z- (i ist eine La"enwicklun#, dar-

  gestellt. (nie aus den einzelnen Wicklun-s-

  r@)IirC'tl ;1. 3 2 und ,;, besteht. _11s Wick-

  a licr haben die Rnlirensl)ulelt 3 i und

  2 zu u-elten. Während die !Ziilire"33 normal

  isoliert sind, werden die ftöliren 31 IIIId 3 2

  .«-i_chen IsolierzvIinder ; 4. und 3; bzw.

  ztvi_ctien Papier oller Preßspanbalitien ein-

  zepackt. Die Wicklungsstirnen können dabei

  Zezelxnenfalls (Lurch U-fF.rnii"-e hapl>enrine

  11t) abgeschirmt «-erden.

  Die crtindttngsgeniäL?en Maßnahmen ge-

  ta treu t#ine lt-c##entliche Verringerung (lcs er-

  forderlich, n l@annlf@.(larfes itiL(1 ,lrs (ir-

  wichtes des Tran.fortnatorsr`@cn:il.c#r Trans-

  forniatoren. die in l:el:atliitr \\-t-ise aufzehaut

  sind.

Claims (1)

1. i:t<ciIi': i.tol.@sllanttttngssichere. rtt:s einzeitiett Spulen zusammeligeschaltetc Wicklungs- anordnultg für --hransf(@rniat((ren ulFd Drosselspulen mit verstärkter .@ili@,angs- isolation, dadurch gekennzeichnet. (lall tnin<i.-stens die erste an die die @t(.L@sllan- min- tilllretl(l: Leitunan@@esclll(>s_ent Einzelspule des t\"icklult<@:ein<@ar.e: in hekamiter Weise eine stärkere @puIen- isolation besitzt als d11-° übrig,-en I:inzel- >puleIl und daki aufierdan alle Hinzei- spnlen der Wicklung angenähert -leiche Windun-szahlen hal)en. ?. Wicklung. dadurch gekennzeichnet. daß auch die an den Isolierten Nuilpunlt eilfies Drehstromsvstems ail"eschlnssenen, ein lsingangsgebiet bildenden Filizelspuleii gemäß Anspruch i isoliert ;11n(1. 3. Wicklung nach den _@nsilrticltttl F und 2. dadurch gekennzeichnet. daß nieh- rere Spulen mindestens des ein ,#n \\'icI:- lungseIngangec 111 Einzelspulenschaltung miteinander verbunden sind. nährend die übrigen Spulen @appel:rlulensclrilnut haben. d.. Wicklung flach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet. dali der eine oder beide \\:'icklungseing:in@Te aus hehreren parallel geschalteten Spulen- gruppen bestehen. bei denen die Spulen innerhalb jeder Gruppe in Reihe mitein- ander geschaltet sind lind längs der Wickelachse miteinander abwechseln. 3. Wirklullg nach (!en Ansprüchen i bis .I, dadurch @@[email protected]. !laß von den Spulen lies \\"1CkIL111@r;elIl@allt@e; je zwei miteinander parpllel geschaltet sind und (laß die Reihenschaln-,#rbindun- der parallelen Spuienpaare zwisc1-11111 i, zl""ei Parallelspulen verlegt ist. G. Wicklung nach Dirn Alispriichen i bis 5, dadurch geltennzeicIniet. dah die verstärkt isolierten Spulen des Wick- lungseinganges nlit illr:Fl testen Isolier- s s toffeit dicht aufeinander liegen und ge- gellenenfalls von zur t\'icl:elachse par- allelen Kühlkanälen (ltirchsetzt sind. ;. \\r'icl:lung nach den .insprücllen r bis 6. dadurch geke1111zeirlniet, (Iai.t (tie zwischal den I:inzel,llulzn l:estt#h.n(hn gegeFt.seitigen Kapazitiiten 1>enach!>artcr I?itizelspulcn gegeneinander von 11(-i#len Eingangs gebieten der WIckluItg;en(lett licr in ftichttlll- auf die WIckluih;Itlittt' 111111t hnehnienden Kapazitätswerten gestaffelt s:nd. gegebenenfalls unter @"erwendung von Isolierstoffen für die Eiiigangsspuleii. deren Dielektri@zitätskomstante größer ist :@:> die der Isolierstotte der übrigen I:ilize lspulen. B. Wicklung nach den Ansprüchen t 134s 7, dadurch gekennzeichnet, da13 bei verstärkter Isolation mehrerer Einzelspulen dieStärke des Isoliereirrschlage-s in Richtung auf die Wicklungsmitte abnehmend gestaffelt ist.