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Isolationsanordnung für Hochspannung fiihrende Wicklungen, insbesondere von
Transformatoren.
Die Erfindung bezieht sich auf Wicklungen oder Wicklungsteile elektrischer Maschinen, insbesondere
Transformatoren, die im Betriebe auf sehr hohes Potential gegenüber. der Umgebung, z. B. gegenüber dem von ihnen umschlungenen Eisenkern oder den nächsten Gehäuseteilen, geladen sind. Bei solchen ist zwecks Erzielung günstiger elektrischer Eigenschaften der die Wicklungen enthaltenden Hochspannungsapparate der zur Isolation verfügbare Raum zumeist recht-beschränkt. Die Forderung kleiner
Abmessungen der Hochspannungswicklungen und ihrer Isolation wird besonders dringlieh bei dem Bau von Stromwandlern, bei denen es darauf ankommt, einen möglichst kurzen mittleren magnetischen
Kraftlinienweg zu erzielen, um möglichst geringen Leerlaufstrom,
damit geringe Abweichungen des Übersetzungsverhältnisses vom Sollwerte, sowie geringe Fehlwinkelbeträge zu erhalten. Derartige Abmessungen sind nicht erlangbar, wenn für die Isolierung der Hochspannungswicklung von der Niederspannungswicklung und dem Eisenkern viel Raum beansprucht wird. Wird nicht der gesamte Baustoff, durch den die Isolierung der Hochspannungswicklung erfolgt, bis zur äussersten Grenze ausgenutzt, so ergeben sich viel zu grosse Abmessungen. Vor allem ist das der Fall, wenn zur Isolierung ausser hochwertigem Isolationsstoff noch minderwertiger Stoff, beispielsweise Luft, verwendet wird.
Es muss dabei vor allem vermieden werden, dass an den Stellen, wo infolge Zusammendrängens der elektnschenFeldlinien eine besonders starke Beanspruchung des Isoliermittels auftritt, keine Luftschichten, Luftblasen od. dgl. enthalten sind.
Zur Vermeidung von Überschlägen ist bereits vorgeschlagen worden, hochspannungsführende Wicklungen, die zunächst mit minderwertiger, trotz Tränken mit Isoliermitteln oft lufthaltiger Isolation, z. B. der Drahtbewicklung selbst oder der Bandagierung umkleidet sind, aussen mit einer glatten, möglichst schwach gekrümmten Metallhülle zu umgeben, die elektrisch mit einem Punkt der umhüllten Wicklung verbunden und mit einer Öffnung für den Durchtritt der Wicklungsenden versehen ist. Auch ist vorgeschlagen worden, diese Metallhülle aussen mit hochwertigem Isolationsstoff, beispielsweise unter starkem Druck um das Metall herumgepresstem Hartpapier (Pertinax, Repelit od. dgl. ) oder Olparaffin zu umgeben.
Bei sehr hohen Spannungen reicht aber auch eine solche Isolation mit Metalleinlage nicht aus. wenn man nicht zu unerwünscht grossen Abmessungen der Hochspannungswicklung gelangen will.
Gemäss der Erfindung wird die bestmögliche Ausnutzung des hochwertigen Isolationsmaterials von hochspannungsführenden Wicklungen dadurch erzielt, dass die fertig hergestellte, zweckmässig bandagierte Drahtwicklung allseitig mit einer dicht anliegenden Metallhülle umschlossen ist, die nach aussen hin eine möglichstschwachgekrümmte Oberfläche hat, dassferner über dieser Metallhülle eine Schicht hochwertigen Isoliermaterials von einer der vorhandenen Hochspannung entsprechenden Dicke aufgebracht ist, und dass diese dicht von einer zweiten, vorzugsweise nach innen schwach gekrümmten Metallhülle umgeben ist. Wesentlich ist hiebei, dass der Raum zwischen den beiden Metallhüllen vollständig von dem hochwertigen Isolierstoff ausgeffillt ist ohne Einsprengungen von minderwertigem Material, wie namentlich Luft.
Die äussere Hülle, die aus Festigkeitsgründen auch noch umwickelt sein kann, wird zweckmässig geerdet oder mit dem die Wicklung durchsetzenden Eisen verbunden. Die innere Drahtwicklung wird, wenn sie an sich einen kantigen Querschnitt besitzt, noch mit Füllstoffen umgeben, um die mässig gekrümmte Form der Metallhüllen zu erzielen.
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Wicklungsenden umschliessender Stiel anschliesst. Um Gleitentladungen oder Durchschläge an den Enden der beiden Metallhüllen des Stieles zu vermeiden, wird die äussere Metallhülle des Stieles kürzer gehalten als die innere Hülle und das Isolationsrohr.
Der Länenunterschied, d. h. die Länge des belaglieien Stielteiles. ist verhältnismässig klein, wenn weiterer Erlindung gemäss in das hochwertige Isolationsmaterial dünne metallschichten eingelegt werden, die durch Kondensatorwirkung solche Zwischenpotentiale erlangen und einander derart überlappen, dass ein längs des Rohrteiles gleichmässiges Spannungsgefälle hervorgerufen wird.
In den Figuren sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt in Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt die Hoehspannungbspule eines Stromwandlers, die über den Mittelsteg von rechteckigem Querschnitt eines Kernes der Manteltype angeordnet wird. Fig. 2 ist ein Grundriss, teilweise ein wagrechter Schnitt. Das Leiterbündel ist aus Festigkeits-
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hülle. 3 überzogen. Die beiden Anschlussleitungen 4 dei Wicklung sind durch ein Pressspanstück 5 voneinanderisoliert, durch einsich an die Metallhülle 3 anschliessendes Metallrohr 6 geführt und schliesslich mit Anschlussklemmen 7 versehen. Über die Metallhülle 3 und das Rohr 6 ist ein dickwandiger Isolations- kölper 8 angeordnet, der mit einer zweiten Metallhülle 9 überdeckt ist.
Diese hat : m wesentlichen dieselbe
Form wie die innere, nur ist sie entsprechend weiter und hat ferner nur einen kurzen Rohrteil-M. Zum
Schluss ist zweckmässig, das Ganze nochmals mit Isolierstoff 11 umhüllt. Dieser ist mindestens an der
Stelle anzubringen, wo das freie Ende der äusseren Metallhülle 10 sich befindet, so dass dieses vollständig im Isolierstoff eingebettet ist. Die beiden Metallhüllen 3 und 9 sind an einer oder mehreren Stellen, wie beispielsweise durch die Trennfuge 12 angedeutet, derart unterteilt, dass keine Kurzschlussströme darin auftreten können.
Die innere Metallhülle 3 ist am Ende ihres Rohres 6 mit der einen der Klemmen 7, die äussere 9, beispielsweise durch den Metallstreifen 13 mit dem Eisen oder dem R3hmengestell des
Stromwandlers leitend verbunden.
Der Raum zwischen den beiden Metallhüllen. 3 und 9 muss durchweg von hochwertigem Isolations- stoff erfüllt sein ; er darf keine Luftblasen oder sonstige Hohlräume enthalten. Dies kann auf mehrere
Arten erzielt werden. In der Luftleere zwischen zwei starre Metallhüllen heiss eingegossene und dann erstarrende Isoliermasse erfüllt zunächst den Zweck. Aber die scheinbar harte und beim Zerschlagen zersplitternde Masse kann mitunter nach Jahren unter dem Gewichte des Wieklungsmetalles nachgeben, so dass die Isohtionsschicht stellenweise zu dünn wird.
Dieser Nachteil wird bei den nachstehend beschriebenen Anordnungen vermieden.
Über den nötigenfalls durch Füllteile abgerundeten und mit Isolalionsstreifen umwickelten
Spulenkörper wird nach Fig. 3 eine Lage Stanniol 14 aufgelegt oder-gewickelt. Diese umgibt den Spulen- körper zur Vermeidung einer Kurzschlusswindung in zwei einander überlappenden Teilen, die durch eine
Papierzwischenlage 15 gegeneinander elektrisch isoliert sind. Auch ein die Anschlussleitungen'/um- gebendes Igolienohr 17 ist von einer Stanniollage 18 umgeben. Die Übergangsstelle vom Ringkörper zu dem stielartigen Teil ist mit einem Metalltiiehter 19 überdeckt, der die beiden Stanniolbelegungen be- rührt. Auf dem Stanniolbelag ist in vielen Lagen ein Streifen 20 aus Zellulosepapier od. dgl. mit Über- lappung aufgewickelt.
Der Streifen, der mit ziemlich grosser mechanischer Spannung aufgewunden wird, ist zweckmässig zweimal so gefaltet, dass seine scharfen Ränder nach innen umgelegt sind. Die Fig. 4 und 5 zeigen im Querschnitt Ausführungsbeispiele derartiger Streifen. Es wird auf diese Weise verhütet, dass die Streifenränder einreissen oder die Haut des Wicklers verletzen. Gleichzeitig werden durch die doppelte oder dreifache Schichtung des Streifens die Herstellungskosten erheblich vermindert. da der
Streifen entsprechend weniger oft durch den Wicklungshohlraum gezogen werden braucht.
Auch der die beiden Zuleitungen enthaltende mit Stanniol umwickelte Teil 18 wird in der ge- schilderten Weise mit Papierstreifen umwunden. Nur werden zylindrische Metalleinlagen 21, 22,23 eingewickelt, wie Fig. 6 zeigt, die einen Längsschnitt durch einen fertiggestellten Stromwandler ver- anschaulicht. Diese Metalleinlagen folgen einander von der Austrittsstelle der Anschlussleitungen aus gerechnet mit immer weiterem Durchmesser derart, dass sie sich teilweise überlappen, bis schliesslich die letzte Einlage 23 in der Nähe des Ringkörpers endet.
Die Ansatzstelle von Stiel und Ringkörper würde bei Umwicklung mit Band nicht ausgefüllt werden. Es werden daher an dieser Stelle dreieckige Papierstücke eingelegt, die seitlich die Streifen- wicklung überlappen. Nach Fertigstellung einer der angewendeten Hochspannung entsprechende dicken
Isolationsschicht wird der ganze Ringkörper bis an die letzte Metallschicht 23 des Stieles mit Stanniol 24 umwickelt. Hiebei sind wieder Papierisolationen 15 einzulegen, so dass keine Kurzschlusswindung ent- steht. Schliesslich erhält das Ganze nochmals eine dünne Schicht 25 aus Papierstreifen. Damit ist die ganze Wicklung fertiggestellt, sie kann über den Eisenkern 29 und die Niederspannungswieklung 30 gestreift werden und wird damit zusammen in ein Gehäuse 31 mit Öl eingesetzt.
Im Falle sie ohne besondere Ölisolation verwendet wird, ist sie vorher mit Öl oder einem entsprechenden Isolierstoff zu tränken. Durch Auskochen unter Vakuum können die bei der Bewicklung noch verbliebenen Lufträume entfernt und mit Öl gefüllt werden.
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Statt die Metalleinlagen im Stiele nur kurz mit geringer Überlappung der aufeinanderfolgenden Einlagen auszuführen, können sie auch über dem ganzen Wieklungskörper, den Ringkörper eingeschlossen, angeordnet werden. Damit ist eine gleichmässige Spannungsverteilung auch quer durch den Ringkörper hindurch an allen Stellen gewährleistet.
Die geschilderte Art zur Ausfüllung des ganzen Raumes zwischen den beiden gegeneinander Hochspannung führenden Metallhiillen durch Aufwicklung eines Isoliermasse in sieh aufnehmenden festen Isolierbandes hat den Vorteil, dass die einzelnen Fasern des festen Isolierstoffes, die durch die Tränkung in Isoliermasse eingebettet sind und als deren Träger dienen, vorwiegend in Potentialflächen liegen, d. h. senkrecht zur Richtung der elektrischen Feldlinien. Das bedingt erfahrungsgemäss eine Erhöhung der Isolierfestigkeit. Anderseits ist aber das Isolierverfahren verhältnismässig mühselig. Es ist daher besonders zweckmässig, die Isolierschicht aus mehreren vorher fertiggestellten, ineinanderzuschachtelnden Schalen zusammenzusetzen.
In den Fig. 7 und 8 ist eine derartige Schule in zwei zueinander senkrechten Ansichten dargestellt.
Sie wird zweckmässig aus hochwertigem Isolationsstoff, beispielsweise Hartpapiei, von vornherein in zwei ungleichen Teilen geprägt oder aus einem durch Pressung, z. B. aus Zellulose hergestellten Körper durch nachträgliches Zerschneiden gewonnen. Ein zusammengefügtes Schalenpaar besteht im wesentlichen aus einem hohlen Ring und einem sich seitlich daran anschliessenden Rohr von grösserer Wandstärke als der übrige Teil. Die einzelnen Schalenpaare werden über den Wieklungskörper und das vorhergehende Schalenpaar zusammengefügt, u. zw. derart, dass die Fugen aufeinanderfolgender Schalen nicht übereinander liegen, sondern abwechselnd gegeneinander versetzt sind.
Die Metallbelegungen werden am besten von vornherein durch ein bekanntes Verfahren, beispielsweise durch Aufspritzen mittels Schoop'scher Spritzpistole auf die Schalen aufgebracht, so dass sie beim Zusammensetzen der Schalen an die vorgesehenen Stellen zu liegen kommen. Die Metallüberzüge müssen Trennungsstellen aufweisen, um die Bindung von Kurzschlusswindungen zu vermeiden. Der ganze Körper 'wird schliesslich mit einem flüssigen Isolierstoff getränkt, der von den einzelnen etwas saugfähigen Schalen aufgenommen wird und die Zwischenräume ausfüllt. Durch die Verdickung der Schalen in ihrem rohrförmigen Teil gegenüber ihrem übrigen ringförmigen Teil wird die Beanspruchung an der Befestigungstelle herabgesetzt und dadurch die Wirkung der Metalleinlagen unterstützt.
Der rohrförmige Teil erhält zum Schluss einen Überwurf 28 aus Repelit (Fig. 6), um die imprägnierten Hülsen gegen äussere Einflüsse und Verletzungen zu schützen, oder auch einen Porzellanüberwurf, der besonders für feuchte Aufstellungräume angebracht ist. Diese Schutzhülle braucht nicht die elektrischen Eigenschaften eines Durchführungsisolators aufzuweisen, da sie auf Durchschlagsfestigkeit nicht beansprucht wird.
Eine weitere sehr zweckmässige Ausführungsform ist in Fig. 9-11 dargestellt. Es zeigen dabei Fig. 9 eine Isolationsschale. Fig. 10 einen mit Hilfe derartiger Schalen isolierten Stromwandler im Grundriss und Fig. 11 einen senkrechten Querschnitt durch diesen. Hiebei kommen Isolationskörper zur Verwendung, deren einzelne ineinanderzuschachtelnde Isolierhülsen nicht runden, sondern nahezu viereckigem Querschnitt mit gut ausgerundeten Kanten besitzen. Die Hülsen bestehen, wie die Fig. 9 und 11 erkennen lassen, aus einem Ringgefäss 26, ohne Deckel und zwei sich diametral daran anschliessenden offenen Kanälen 27. Derartige Hülsen oder Mäntel 26, 26', 26", 26'" werden zum Aufbau der Isolierung einer Spule 1 in abgestufter Grösse verwendet und wechselweise ineinander geschachtelt. Die Metallbekleidungen können durch Aufspritzen hergestellt werden.
Abweichend von den zuerst beschriebenen Ausführungsformen hat die vorliegende entsprechend der Form der Isolierhülsen für jedes der beiden Spulenenden eine besondere Durchführung, die beide in der bereits oben beschriebenen Weise mit eingelegten oder aufgespritzten Metallringen zum Herabsetzen der Beanspruchung an den Ausführungsstellen versehen sind. Eine solche Anordnung hat für Stromwandler den Vorteil, dass diese im Zuge der Leitung selbst eingebaut werden können.
Die einzelnen Schalenpaare, aus denen die Hochspannungsisolierung zusammengesetzt ist, können auf beiden Seiten mit einem Metallüberzuge versehen sein, nur mit der Massnahme, dass die inneren Schalen längere Beläge auf dem rohrförmigen Teil erhalten als die darauf folgenden äusseren Schalen.
Bei dem Zusammenstecken der Schalen braucht man dann nicht ängstlich darauf bedacht zu sein, jede Spur von Luft zwischen ihnen zu vermeiden. Denn die etwa vorhandenen Luftreste sind von Metallstellen eingeschlossen, die auf demselben Potential stehen. Nur ist dafür zu sorgen, dass an den rohrförmigen Teilen, wo die Metallbelage aufhören, Luftreste durch Verkittung oder Tränkung beseitigt werden.
Wird die äussere Metallhülle der Wicklung genügend widerstandsfähig ausgeführt oder durch einen kräftigen Verband geschützt der z. B. durch Verspachtelung mit schwer schmelzbarem, mit Asphalt u. dgl. einen festen glatten Überzug erhält, so erübrigt sich der Einbau des Wicklungskörpers in ein Gehäuse. Man kann beispielsweise wie in Fig. 12 dargestellt, den rohrförmigen Körper an dem Porzellanoder Repelitüberwurf 28 fassen und mittels eiserner Stege 32 am Eisenkörper & ?, der in dieser Figur Manteltype aufweist, befestigen. An der andern Seite des Eisenkörpers sind Winkeleisen 34 angesehraubt,
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