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Wicklungsaufbau für Transformatoren und Drosselspulen Um die Hochspannungswicklung
von Transformatoren bzw. Drosselspulen gegen Überspannungen zu schützen, ist es
erstrebenswert, die Anfangsspannung möglichst gleichmäßig über die ganze Wicklung
zu verteilen. Dies kann dadurch geschehen, daß die Wicklung spannungsgesteuerte
Abschirmungen erhält. Beispielsweise werden zwischen den einzelnen Wicklungsspulen
Metallscheiben oder -zylinder angeordnet und so die Spulenkapazität vergrößert.
Auch hat man bereits die Innenfläche und die Außenfläche der Spulen metallisch abgeschirmt.
Außerdem sind Schilde vorgeschlagen worden, die längs oder dicht am äußeren Umfang
der Wicklung angeordnet und im wesentlichen als induktionsfreie Schleifen aus Wicklungskupfer
ausgebildet sind. Diese Schilde können gut und fest isoliert werden; deshalb wird
fier Abstand zur Wicklung sehr klein. Je enger aber die Schilde auf der Wicklung
sitzen, um so größer werden die Kapazitäten und damit die Wirkungen, die auf die
Anfangsverteilung bei Überspannungen erzielt werden.
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Nachteilig ist bei allen diesen Anordnungen, daß die Abschirmungen
jeweils an bestimmte Teile der Wicklung angeschlossen werden und die Verbindung
zu denselben und die Anschlüsse selbst gut isoliert werden müssen, was bei hochspannungführenden
Wicklungen nicht immer ohne Schwierigkeit möglich ist.
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Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wurde daher schon eine Wicklungsanordnung
für Hochspannungstransformatoren mit in festen Isolierstoffen
eingebetteten
elektrostatischen Schirmen in Form von sich teleskopartig nur mit einem Teil ihrer
Längen überdeckenden Metalleinlagen vorgeschlagen, bei der die Potentialsteuerung
vom Wicklungsanfang aus erfolgt. Die Metalleinlagen oder Beläge sind hierbei nur
in zwei Ebenen oder nur auf zwei Zylindermantelflächen derart verteilt angeordnet,
daß längs der Wicklung auf einen in der einen Ebene liegenden Belag ein in der zweiten
Ebene liegender Belag abwechselt. Diese-.Beläge können nun derart galvanisch leitend
miteinander verbunden sein, daß je zwei in verschiedenen Ebenen liegende, miteinander
verbundene Beläge mit den folgenden zwei untereinander verbundenen Belägen kapazitiv
gekoppelt sind. Bei dieser Anordnung ist streng darauf geachtet, daß die so ausgebildete
Potentialsteuerung keine Vergrößerung des Wicklungsabstandes erforderlich macht.
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Durch diese gleichförmige Ausbildung der Metalleinlagen ergibt sich
zwischen den einzelnen Schilden eine gleichmäßige kapazitive Kopplung, die im wesentlichen
durch den natürlichen Verlauf der auftreffenden Spannung eine nichtlineare Spannungsverteilung
ergibt, während eine ideale Spannungsverteilung einen linearen Spannungsverlauf
über .die gesamte Länge der Wicklung aufweist.
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Diese Nachteile werden nun dadurch beseitigt, daß bei einem Wicklungsaufbau
für Hoch-Spannungstransformatoren und Drosselspulen mit zur Verbesserung der Anfangsverteilung
der Spannung über die Wicklung bei auftretenden Stoßspannungen vorgesehenen, am
Außenumfang der Wicklung lagenweise angeordneten einzelnen Schildelementen mit vom
Wicklungseingang aus erfolgender Potentialsteuerung erfindungsgemäß sämtliche Schildelemente,
die vorzugsweise die gleiche Breite wie die Barunterliegenden Wicklungsspulen haben,
zu Teilschilden mit zueinander und zu den .Barunterliegenden Spulen unterschiedlichem
Abstand galvanisch verbunden sind, wobei sich sowohl die Zahl der Teilschilde in
den von ihnen gebildeten Teilschildketten als auch die Anzahl der übereinanderliegenden,
kapazitiv gekoppelten Teilschilde bzw. Schildelemente nach dem Ende der Wicklung
zu verringert.
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Sind mehrere Teilschildketten vorhanden, so wird die erste Kette leitend
mit dem Wicklungsanfang verbunden, während die restlichen elektrostatisch serienweise
dazu gekoppelt sind, so daß der Ladestrom der letzten Kette bzw. des letzten Teilschildes
über alle vorhergehenden Ketten fließt. Das erste Teilschild jeder Kette liegt dicht
über dem darunter befindlichen Wicklungsteil, so daß eine sehr feste Kopplung beider
Teile entsteht. Die restlichen Teilschilde dagegen haben eine weniger feste Kopplung
mit den entsprechenden Spulen, was durch Veränderung des Abstandes beider Teile
zueinander erreicht wird. Diese Teilschilde sind außen teilweise überlappt durch
andere Teilschilde, die mit ersteren verhältnismäßig fest gekoppelt sind. Von diesen
außenliegenden Teil-Schilden bzw. Schildelementen gehen leitende Verbindungen zu
den vorhergehenden Teilschilden der Kette, die wieder mehr oder minder dicht auf
der dazugehörigen Spule liegen. Der Betrag der Überlappung dieser Schilde nimmt
vom Anfang zum Ende der Wicklung in dem Maße ab, wie sich der totale Ladestrom,
der über die Stellen zu den nachfolgenden Schildgruppen fließt, vermindert.
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Durch diese Anordnung der Teilschilde der einzelnen Ketten sowie dadurch,
daß die Teilschilde zueinander und zu den darunterliegenden Spulen verschiedenen
Abstand haben, entsteht eine kapazitive Spannungsverteilung, die einem idealen Spannungsverlauf
weitgehend angenähert und damit die Spannungsbeanspruchung ausreichend gleichmäßig
ist, so daß die Isolation beim Auftreten von Überspannungen nicht über den normalen
zulässigen Wert beansprucht wird.
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Da die Schildelemente zweckmäßig genau so breit sind wie die darunterliegenden
Wicklungsspulen, so tritt keine Behinderung des Ölumlaufes ein, was besonders vorteilhaft
ist; jedoch können die Schildelemente auch so ausgebildet sein, daß von ihnen zwei
Spulen überdeckt werden. Dann ist zwar gegenüber der ersten Ausführung die Hälfte
der Ölkanäle überdeckt, trotzdem ist aber der Ölumlauf noch ausreichend.
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Die Schildelemente selbst können z. B. ohne weiteres als induktionsfreie
Schleifen ausgebildet sein.
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DieverschiedenenAusführungsarten sollen nachstehend an Hand der Zeichnung
näher erläutert werden.
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Fig. i zeigt das kapazitiveErsatzschaltbild einer Wicklung. Die Kapazitäten
der einzelnen Spulen i9 gegenüber dem Kern sind mit Cs bezeichnet, die Kapazitäten
der einzelnen Spulen zueinander mit C, und die Kapazitäten zwischen der Spule und
dem dazugehörigen Schild mit Cl bis C4. Der Strahlungsring 23 ist mit -der Hochspaiinungsklemme
25 leitend verbunden, das Ende der Wicklung ist in diesem Fall geerdet, was aber
nicht unbedingt notwendig ist.
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In Fig.2 sind die Spannungsverteilungen über den ganzen Wicklungsbereich
dargestellt. Die ideale Verteilung, die praktisch nicht erreicht zu werden braucht,
stellt die Gerade 32 dar, die Kurve 31 zeigt die Spannungsverteilung bei einer Wicklung
ohne Abschirmung und die Kurve 35 die Spannungsverteilung' bei einer Wicklung mit
Abschirmungen, wie sie der Erfindung zugrunde liegen. Diese Spannungsverteilung
ist für alle Fälle ausreichend, da eine volle Kompensation nach der Kurve 32 unnötig
und zu kostspielig ist. Ein einfaches Ausführungsbeispiel der kapazitiven Kopplung
mit Hilfe von Schildelementen zeigt die Fig. 3. Das aus zwei Schildelementen bestehende
Teilschild 43 ist über das Schildelement 42' mit dem aus drei Schildelementen gebildeten
Teilschild 42 und damit mit der Eingangsspannung, die über die Klemme 25 eintreten
kann, kapazitiv gekoppelt. Weitere Ausführungsformen sind in den Fig.4 bis 7 angegeben.
Fig. 8 zeigt eine Anordnung, bei
der jeweils zwei Spulen von einem
Schildelement überdeckt werden.