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Wicklungsanordnung für einen Hochspannungstransformator und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für einen Hochspannungstransformator, bestehend aus einer Lagenwicklung mit trapezförmigem Wickelquerschnitt, dessen einzelne Lagen mittels an den
Lagenenden zu Winkelringen umgerissenen Weichpapierzylindern getrennt sind und einer aus Weichpapier gewickelten Isolationsschicht, die die Wicklung radial umgibt, wobei die Isolationsschicht an ihren axialen Enden zu Winkelringen umgeformt ist, derart, dass diese Winkelringe jeweils den aus der Lagenisolation hergestellten Winkelringen gegenüberliegen.
Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Wicklungsanordnung.
Für Transformatoren hoher Spannung, z. B. für Prüftransformatoren, hat sich die Lagenwicklung mit kontinuierlich abgestufter Lagenlänge bewährt, da bei dieser Wicklung gegenüber dem Kern bzw. dem Kessel in axialer Richtung ein weitestgehend gleichmässiger Spannungsgradient zu erreichen ist.
Diese Bauweise führt aber zu verhältnismässig grossen Abständen zwischen der Wicklung und dem Kessel, da die äusserste Lage der Wicklung auch gleichzeitig der Wicklungsteil ist, der betriebsmässig das höchste Potential aufweist.
Um diese Abstände zwischen der Hochspannungswicklung und dem Kessel zu verringern, ist es bekannt, die Wicklung mit mehreren Hartpapierrohren zu umgeben. Da aber Transformatorenwicklungen für Transformatoren hoher Spannung und grosser Leistung bereits erhebliche Wicklungsdurchmesser aufweisen, entstehen bei der Herstellung von Hartpapierrohren, die in ihrem Durchmesser noch wesentlich über den Durchmessern der Trägerrohre für die Wicklung liegen, erhebliche technologische Schwierigkeiten. Ausserdem weisen Isolationsanordnungen, die aus einer Querschichtung von Hartpapier und Öl bestehen, zwar bessere Eigenschaften als reine Ölstrecken auf ; von den Eigenschaften einer ölgetränkten Weichpapierisolation sind diese Anordnungen aber noch weit entfernt.
Ferner ist eine Wicklung bekannt, bei der die Isolation zwischen den Lagen sowohl aus Weichpapier als auch aus Falten-oder Kreppapier besteht. Das Faltenpapier bzw. das Kreppapier ist dabei um die, ebenfalls mit kontinuierlich verkürzter Lagenlänge ausgeführte Wicklung herumgeschlagen und umhüllt die Wicklung vollständig. Diese Wicklungsanordnung weist hinsichtlich ihrer elektrischen Festigkeit zwar Vorteile gegenüber der Anordnung auf, die aus einer Querschichtung von Hartpapier und öl mit relativ grossen Schichtstärken besteht ; sie kommt aber an die extrem günstigen Werte, die die mit Öl getränkten Weichpapierisolationsanordnungen aufweisen, nicht heran. Ausserdem ist der entscheidende Nachteil dieser Anordnung, dass das öl nicht durch die Wicklung hindurchströmen kann. Diese Lösung ist also auf Wicklungen mit relativ kleiner Verlustleistung beschränkt.
Es ist aber auch bereits eine Anordnung bekannt, wo die mit kontinuierlich verkürzter Lagenlänge ausgeführte Wicklung von einer auf ein Trägerrohr gewickelten Isolationsschicht aus Weichpapier umgeben
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ist. Bei dieser Anordnung sind die Weichpapierwickel, die zwischen den einzelnen Lagen liegen und die die
Lagenlänge überschreiten, zu Winkelringen umgerissen. Gleichzeitig sind die axialen Enden der Isolationsschicht zu mehreren Winkelringen umgerissen, wobei die Lage dieser Winkelringe so gewählt wurde, dass sie gegenüber den Winkelringen der Wicklung axial versetzt sind.
Um freie Ölstrecken zwischen der das Hochspannungspotential führenden Wicklung und dem Joch bzw. dem Kessel zu vermeiden, sind die zu Winkelringen umgeformten Enden der Lagenisolation und der Isolationsschicht etwas miteinander verlappt. Dabei ist die Verlappung so gewählt, dass die Hochspannungswicklung in herkömmlicher Art und Weise auf den Kern montiert werden kann, worauf die an den Rändern zu Winkelringen umgerissene Isolationsschicht, die auf ein Trägerrohr gewickelt ist, über die montierte Hochspannungswicklung gezogen wird.
Eine solche Wicklungsanordnung ist für Tranformatoren hoher Spannung, z. B. Prüftransformatoren, mit einer Spannung grösser 1 MV nicht zureichend, weil für die Beherrschung der Spannung in axialer Richtung zuviel Raum benötigt wird, denn die durch geringere Überlappung erreichbare Verlängerung der Überschlagsstrecke ist gering und die Kriechstrecken entlang der Winkelringe und Distanzklötze verhältnismässig klein, dagegen ist die räumliche Ausdehnung wegen des räumlichen Versetzens der Winkelringe und der Notwendigkeit, zwischen diesen einen Kühlkanal zu belassen, verhältnismässig gross.
Ausserdem hat diese Anordnung auch noch die Unzulänglichkeit, dass bei der Herstellung der Winkelringe durch Umreissen der Lagenisolation bzw. der Weichpapierschicht mit Klebstoff gearbeitet werden muss, um den Winkelringen eine entsprechende Festigkeit zu verleihen, damit diese nicht in den ölkanal ragen können. Bei Transformatoren für die genannte Spannung ist aber die Verwendung von Klebstoffen bei der Bearbeitung der Weichpapierisolation nicht mehr annehmbar, da in der Weichpapierisolation eingelagerte Klebstoffnester die Isolationsanordnung verschlechtern.
Zwar könnte auch durch Beilegen von Pressspanscheiben beiderseits der aus der umgerissenen Weichpapierisolation hergestellten Winkelringe vermieden werden, dass Weichpapierteile in den ölkanal ragen und denselben verdecken. Das hätte aber den Nachteil, dass der ohnehin grosse Platzbedarf infolge des räumlichen Versetzens der Winkelringe sowie wegen der notwendigen Kühlkanäle zwischen denselben noch erhöht würde, ohne praktisch bedeutsame Vergrösserung der Überschlagsstrecken und Kriechwege.
Durch die Schweizer Patentschrift Nr. 414000 ist zwar ferner bekannt, durch Anordnung von Barrieren, die die gegenüberliegenden Winkehinge überdecken, die Ölstrecken durch Isolierstoffe zu unterteilen und somit die elektrische Festigkeit der Wicklungansordnung in axialer Richtung zu verbessern. Diese Wicklungsanordnung ist aber in doppeltkonzentrischer Bauweise ausgeführt, so dass das Wicklungsende nicht radial herausführbar ist.
Die axiale Herausführung des Wicklungsendes im Bereich der gegenüberliegenden Winkelringe führt aber wieder zu Überschlagsstrecken in radialer Richtung. Ausserdem ist dort als nachteilig anzusehen, dass die angeordneten Kühlkanäle die Überschlagsstrecken verkürzen.
Diese Nachteile zu vermeiden, ist Zweck der Erfindung.
Der Erfindung liegt zunächst die Aufgabe zugrunde, eine Wicklungsanordnung für einen Hochspannungstransformator zu schaffen, bei der die guten Eigenschaften der ölgetränkten Weichpapierisolation möglichst vollständig, vor allem auch zur Beherrschung der Felder zwischen den Lagenenden und Joch sowie Kessel ausgenutzt werden, damit vor allem die axialen Abmessungen der Wicklungsanordnung verringert werden können.
Erfindungsgemäss liegen zwischen den Winkelringen, die aus der Lagenisolation benachbarter Lagen geformt sind und damit auch zwischen den diesen Winkehingen gegenüberliegenden Winkelringen, die aus der Isolationsschicht geformt sind, Isolierstoffbarrieren, die aus wenigstens zwei Isolierstoffscheiben bestehen, zwischen denen Distanzstücke angeordnet sind, wobei die Isolierstoffscheiben versetzte Durchbrechungen für das Kühlmittel aufweisen.
Zweckmässigerweise weisen die aus drei Isolierstoffscheiben bestehenden Barrieren in den äusseren Isolierstoffscheiben versetzt angeordnete Durchbrechungen auf.
Die Barrieren tragen vorteilhafterweise an den den Winkelringen zugewandten Seiten Folien aus leitenden oder halbleitenden Belägen.
Im Bereich des öldurchtrittes sind die leitenden oder halbleitenden Beläge zweckmässigerweise gelocht, damit sie wohl das Kühlmittel durchlassen können, ihre Eigenschaft der Potentialsteuerung aber nicht verlieren. Besteht die Isolierstoffbarriere aus drei oder mehr Isolierstoffscheiben, so weisen nur die den Winkelringen zugewandten Isolierstoffscheiben Durchbrüche auf, die ebenfalls zweckmässigerweise gegenseitig versetzt sind.
In der Isolationsschicht sind vorteilhaft in bekannter Weise leitende oder halbleitende Folien angeordnet, die die Spannungsverteilung in der Isolationsschicht übernehmen und dort gegebenenfalls
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vorgesehene Kühlkanäle zur Abführung der dielektrischen Verluste spannungsmässig entlasten.
Diese Folien sind zusammen mit den Weichpapierlagen umgerissen und stehen in Kontakt mit den leitenden Belägen auf den Barrieren, welche ihrerseits mit den jeweils äquivalenten Wicklungslagen galvanisch verbunden sind.
Damit wird eine Isolationsanordnung erreicht, die sowohl radial nach innen und aussen als auch axial vollständig gesteuert ist und bei der die Isolationsstrecke weitestgehend unterteilt ist und die Isolation vorwiegend von ölgetränktem Weichpapier getragen wird.
Es ist nun zwar bereits eine Wicklungsanordnung bekannt, bei der die das Hochspannungspotential führende Wicklung gegenüber dem Joch und dem Kessel durch Barrieren abgeschirmt wird. Diese
Wicklungsanordnung weist aber radial über der Lagenwicklung lediglich Hartpapierrohrbarrieren auf, über die Kappen mit winkelförmigem Querschnitt geschoben sind, die ihrerseits den Winkelringen aus der umgerissenen Lagenisolation gegenüberliegen. Von den günstigen hochspannungstechnischen Eigenschaften des ölgetränkten Weichpapiers wird nur teilweise Gebrauch gemacht ; eine allseitige Steuerung des Feldes ist nicht vorgesehen.
Bei der Herstellung der erfindungsgemässen Wicklungsanordnung ist es nun aber von schwerwiegendem
Nachteil, dass sie in der herkömmlichen Weise nur ausserordentlich schwierig zu verwirklichen ist.
Es liegt deshalb ferner der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die
Herstellung der vorstehend beschriebenen Wicklungsanordnung mit ökonomisch vertretbarem Aufwand ermöglicht.
Diese weitere Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in die Isolationsschicht zunächst die
Lage mit dem grössten Durchmesser und der kleinsten Länge eingeschoben und unter Zwischenlegen der
Isolierstoffbarrieren die Lagenisolation und der Teil der Isolationsschicht mit dem kleinsten Durchmesser und der kleinsten Länge zu Winkelringen umgeformt wird, anschliessend die Isolationsschicht mit der ersten Lage um 180 gewendet wird, worauf das Umformen der Enden der Lagenisolation und des zugehörigen Teiles der Isolationsschicht unter Zwischenlegen von Isolierstoffbarrieren auf der Seite des andern Lagenendes erfolgt, worauf anschliessend die nächste Lage in die Isolationsschicht eingebracht wird.
Daraufhin wird in der vorstehend beschriebenen Weise die Lagenisolation der zweiten Lage und der zugehörige Teil der Isolationsschicht unter gleichzeitigem Einbringen von Isolierstoffbarrieren umgeformt, worauf das neuerliche Wenden und die weitere Bearbeitung und Montage erfolgen.
Zweckmässig ist es, auf einem Trägerrohr mehrere, vorzugsweise eine ungerade Zahl von Lagen aufzubringen, die gemeinsam in die Isolationsschicht eingebracht werden. Natürlich wird dann, um eine weitestgehende Unterteilung der Isolationsstrecke zu erreichen, die jeder Lage zugeordnete Lagenisolation zu jeweils einem Winkelring umgerissen und zwischen diese Winkelringe jeweils eine Barriere gelegt.
An Hand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Wicklung beschrieben und deren Herstellung erläutert.
Fig. 1 zeigt einen axialen Teilschnitt durch die Wicklungsanordnung, Fig. 2 einen Schnitt durch die Isolationsschicht, die sich auf einer technologischen Hilfsvorrichtung befindet, vor dem Einsetzen des ersten Trägerrohres mit den Wicklungslagen, Fig. 3 einen Schnitt durch die Isolationsschicht und die ersten Lagen, wobei die Isolation an einem Lagenende bereits hergestellt ist, Fig. 4 einen Schnitt durch die Isolationsschicht, in die bereits das zweite Trägerrohr mit Wicklungslagen eingesetzt ist und die Lagenenden der Lagen des ersten Trägerrohres vollständig, die Lagenenden des zweiten Trägerrohres dagegen erst auf einer Seite isoliert sind, und Fig. 5 einen Schnitt durch die Isolationsschicht, in die bereits alle Trägerrohre eingesetzt sind vor dem letzten Wenden.
In der Fig. 1 ist eine Lagenwicklung mit kontinuierlich verkürzter Lagenlänge, d. h. mit trapezförmigem Querschnitt der Gesamtwicklung gezeigt, wobei auf den vier Trägerrohren --1, 2, 3, 4-- jeweils drei Lagen der Hochspannungswicklung angeordnet sind, die in den Zeichnungen unabhängig von ihrer Zuordnung zum Trägerrohr stets mit-5, 6 oder 7-bezeichnet wurden. Zwischen den Lagen-5 und 6 sowie 6 und 7-- sowie den Trägerrohres-l bis 4-und den Lagen--5-ist eine Weichpapierisolation - vorgesehen, die die Lagenisolation darstellt und die im Bereich der Lagenenden zu Winkelringen - umgerissen ist. Die Herstellung solcher Winkelringe aus Weichpapierisolation ist im Transformatorenbau üblich.
Auf die nähere Beschreibung kann daher verzichtet werden. über die aus vier Trägerrohren mit je drei Lagen hergestellte Hochspannungswicklung ist eine aus Weichpapier gewickelte Isolationsschicht --10-- angeordnet, die an ihren axialen Enden ebenfalls zu Winkelringen --11-umgerissen ist, wobei diese Winkelringe--11-den Winkelringen-9--, die aus der Weichpapierisolation --8-- hergestellt wurden, jeweils gegenüberliegen. In die Isolationsschicht - sind halbleitende Beläge --12-- eingewickelt, die eine Spannungsverteilung in der Isolationsschicht vornehmen und im Bereich der Winkelringe--11-mit umgerissen sind. Zwischen den
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aus Hartpapier liegen.
Die Scheiben--14--weisen, wenn die Barrieren aus zwei Scheiben bestehen, beide Durchbrechungen --16-- auf, durch die das öl fliesst. Diese Durchbrechungen sind gegenseitig so
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sind im Bereich der Durchbrechungen--16--und der Isolierstoffscheiben--14--gelocht, damit auch hier das Öl fliessen kann. Die Grösse der Löcher in den Belägen --17-- und im Bereich der Durchbrechung --16-- ist dabei so gewählt, dass diese Löcher die Wirkung der Beläge--17-- hinsichtlich der Potentialsteuerung nicht beeinflussen. In dieser Figur ist durch Pfeile gezeigt, wie das Öl die Wicklung durchfliesst.
Die Enden der Lagen-5, 6 und 7-der Hochspannungswicklung sind mit Potentialringen-18-- abgeschlossen. Durch die gezeigten Massnahmen zur Potentialbeeinflussung wird erreicht, dass die Spannungsverteilung sowohl radial nach innen als auch radial nach aussen aber auch axial sehr gleichmässig erfolgt. Ausserdem ist durch diese Anordnung erreicht, dass praktisch alle Potential führenden Teile, die sich in einer exponierten Lage befinden, mit Weichpapier oder wenigstens mit Pressspan verkleidet sind.
Zwischen den Barrieren --13-- liegt in dem Bereich, in dem die Winkelringe --9 und 11-nicht bis zu der Durchbrechung --16-- in den Isolierstoffscheiben --14-- reichen, eine zusätzliche Pressspanisolation --19--, die es auch ermöglicht, die gesamte Wicklungsanordnung bei und nach ihrer Herstellung zu pressen. Über der Hochspannungswicklung ist eine Überkpplungswicklung --20-vorgesehen, damit der beschriebene Prüftransformator auch für Kaskadenaufstellung verwendbar ist. Zur radialen Herausführung der Hochspannung wird die Isolationsschicht --10-- kreisförmig angeschnitten, so dass sich ein trichterförmiger Ausschnitt --21-- bildet, der das Ende einer Durchführung-22--, die nur schematisch angedeutet ist, aufnimmt.
In dem Bereich der halbleitenden Beläge --12-- in der Isolationsschicht --10-- sind an dem Rand des Trichters Potentialringe --23-- vorgesehen, die mit den Belägen-12-verbunden sind und mit Weichpapier isoliert wurden. Da die Beläge-12-der Isolationsschicht --10-- mit den Belägen-17-auf den Barrieren --13-- verbunden sind und diese mit den äquivalenten Lagen der Hochspannungswicklung in Verbindung stehen, sind die Potentiahinge--23--, die den Trichter --21-- steuern, an ein festes Potential gelegt. Zur weiteren Feldbeeinflussung in dem besonders kritischen Gebiet des Trichters --21-- ist noch eine
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--24-Isolationsschicht--10--genüberliegt.
In der Fig. 2 ist die Isolationsschicht --10-- im Schnitt gezeigt. Die Isolationsschicht --10-- ist auf einer technologischen Hilfsvorrichtung --27-- aufgestzt; dabei sitzt das Trägerrohr-26-der Isolationsschicht --10-- auf einem Rohr --28-- auf, das Bestandteil der technologischen Hilfsvorrichtung--27--ist.
In die Isolationsschicht--10--wird, wie Fig. 3 zeigt, von oben das Trägerrohr--l--mit den Lagen --5,6 und 7-der Hochspannungswicklung eingeführt. Danach wird die an den Lagenenden bereits eingeschnittene Weichpapierisolation --8-- zu Winkelringen --9-- umgeformt. Der Teil der
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benachbarten Lagen und die gegenüberliegenden Winkelringe --11-- der Isolationsschicht --10-werden die Barrieren--13--eingelegt. Nach Fertigstellung der Isolation der Lagenenden des Trägerrohres-l-auf der einen Seite wird ein Pressteil --28-- aufgelegt und die Isolationsschicht --10-- mit den Lagen-5, 6 und 7-des ersten Trägerrohre --1-- und der technologischen Hilfsvorrichtung --27-- um 180 geschwenkt.
Danach wird die Isolationsanordnung, die zu den Lagen --5,6 und 7-des Trägerrohres-l-gehört, auf der andern Seite der Lagen in gleicher Weise hergestellt, das Trägerrohr --2-- mit seinen Lagen--5, 6 und 7--eingeführt und der hiezu gehörige Teil der Isolationsanordnung gefertigt, wie Fig. 4 zeigt.
In der Fig. 5 ist gezeigt, wie die Wicklungsanordnung nach Einführen der vier Trägerrohre und Umreissen der Lagenenden auf der einen Lagenseite ihre endgültige Gestalt erreicht hat. Diese Wicklungsanordnung muss noch einmal gewendet werden, damit auch die Lagenenden der Lagen-5, 6 und 7-des
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Trägerrohres --4-- und der Rest der Isolationsschicht--10--umgerissen werden können. Nach dem Pressen dieser Gesamtanordnung kann dann die gesamte Hochspannungswicklung mit ihrem Isolationsaufbau auf den Kern des Transformators aufgesetzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wicklungsanordnung für einen Hochspannungstransformator, bestehend aus einer Lagenwicklung mit trapezförmigem Wickelquerschnitt, dessen einzelne Lagen mittels an den Lagenenden zu Winkelringen umgerissenen Weichpapierzylindern getrennt sind und einer aus Weichpapier gewickelten Isolationsschicht, die die Wicklung radial umgibt, wobei die Isolationsschicht an ihren axialen Enden zu Winkelringen umgeformt ist, derart, dass diese Winkelringe jeweils den aus der Lagenisolation hergestellten Winkelringen
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Lagenisolation (8) benachbarter Lagen geformt sind, und damit auch zwischen den diesen Winkelringen (9) gegenüberliegenden Winkelringen (11), die aus der Isolationsschicht (10) geformt sind, Isolierstoffbarrieren (13) liegen, die aus wenigstens zwei Isolierstoffscheiben (14) bestehen, zwischen denen Distanzstücke (15)
angeordnet sind und dass die Isolierstoffscheiben (14) versetzte Durchbrechungen (16) für das Kühlmittel aufweisen.
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