Gegen Stossspannungen geschützte Wicklung. Die Erfindung bezieht sich auf eine gegen Stossspannungen geschützte Wicklung, z. B. für Transformatoren, Drosselspulen, Strom wandler, Spannungswandler oder Prüftrans formatoren. Die Wicklungen dieser Apparate werden bekanntlich als Scheibenspulen oder als Lagenwicklungen ausgeführt. Für höhere Spannungen kommen hierbei meist nur Wick lungen in Frage, die aus einzelnen Scheiben spulen- oder aus einzelnen Spulenzylindern bestehen.
Die einzelnen Scheibenspulen oder die einzelnen Lagen können unmittelbar auf einandergelegt oder aufeinandergewickelt sein, gegebenenfalls unter Einfügen von festen Isolierstoffen. Sie können auch un- mittelbar auf Spulenkäusten oder feste Isolier- zylinder oder auf Isolierkörper aus Glas, Por zellan usw. aufgebracht werden.
Handelt es sich z. B. um einen mit Lagenwicklung, bei dem ein flüssiges oder gasförmiges. Kühl- und Isoliermittel ver wendet wird, so werden die einzelnen Lagen in einem derartigen Abstand voneinander an geordnet, dass sich axiale Kühlkanäle ergeben.
Die einzelnen Lagen einer solchen Wick lung kann man nun in der Weise hinterein ander schalten, dass man jeweils die auf ent gegengesetzten Spulenseiten liegenden Lagen enden miteinander verbindet.
Damit ergibt sich die in Fig. 1 dargestellte Schaltung. Von der Wicklung sind nur die ,drei ersten Lagen 1, 2 und 3 dargestellt. Das Lagenende 4 ist an die Zuleitung 5, zum Beispiel an eine Prei- Zeitung angeschlossen.
Das zweite Lagenende 6 der Lage 1 ist durch die Leitung 7 an .das Ende 8 der Lage 2 angesthlossen, das. auf der entgegengesetzten Stirnseite der Wicklung liegt. Die Wickelachse selbst ist mit 9 be zeichnet.
Der Vorteil dieser Einzelspulen- schaltung beruht darauf, dass benachbarte Spulen gegeneinander nur für eine Lagen- Spannung zu isolieren sind. 'Wenn nun auf ,der Leitung 5 eine steile Stoss-spannung, deren Verlauf durch den Kurvenzug 10 angedeutet ist, in die Spule 1 einzieht, wird vom Anfang 4 über die hapa.zität 11 sofort eine -\S'el:
le auf die zweite und auch auf die folgenden Spulen gekoppelt. Es wird also die Einzelspule 1 nunmehr vom Ende 4 und vom Ende 6 her mit Stossspannung beansprucht, da ja. die auf den abgekehrten Seiten liegenden Wicklungs enden 6 und 8 durch die Leitung 7 mitein ander verbunden sind. Dasselbe gilt für die folgenden Spulen. Bei steiler Stirn der auf treffenden Stossspannung kommt es daher zu einer ausgeprägten Wanderwelilenschwingung auf den Eingangslagen, die beträchtliche Spannungsgradienten zwischen benachbarten Windungen dieser Lagen zur Folge hat und unter Umständen die Isolation beschädigen kann.
Die in die Wicklungen einziehenden stei len Stossspannungen können von Sehaltvor- gängen oder Isolatorenüberschlägen, z. B. Überschläge der Durchführungsklemmen oder des isolierten Nullpunktes infolge atmosphä rischer Entladungen, die auf die angeschlos senen Zuleitungen treffen, herrühren.
Solche durch Stossspannungen hervor gerufene Eigenschwingungen sind nun in der Wicklung gemäss der Erfindung dadurch ver mieden, dass wenigstens zwei reihengeschal tete, mit ihren Windungen kapazitiv mitein ander gekoppelte Wie.klungsteile mit solcher Leiterführung vorgesehen sind, dass ihre In- dukthritäten für die auftreffende Stossspan nung praldisch verschwinden, für den nor malen Betriebsstrom aber erhalten bleiben.
Es können aber auch alle Wicklungsteile gegen sinnig, d. h. also abu-eehselnd als Rechts- und Linksschraube gewickelt ,sein. Abgesehen von den ersten Eingangslagen können alle Wick lungsteile gleichsinnig gewickelt .sein. In letz terem Falle würden also gegensinnig geschal tete Wicklungsteile am Eingang gewisser- massen als selbständiges Wicklungselement, das wie ein Schirm wirkt, der übrigen Wick lung vorgeschaltet sein.
Die beiden Wick lungsteile können so geschaltet sein, dass zum Beispiel die erste, eine Lage bildende Spule als Rechtsschraube, die nächste als Links schraube gewicl@elt ist. Da bei einer derarti- gen Anordnung die Amperewindungen einer auf der zweiten Lage einziehenden Koppel welle denen der Stosswelle auf der ersten Lage entgegenwirken würden, kann sich, wie bei einer bifilar gewickelten Spule,
infolge der Aufhebung der wirksamen Induktivität prak tisch überhaupt keine Wanderwellenschwin- gung auf diesen Lagen ausbilden. Damit sind aber aueli bei steilen Stosswellen Überspan nungen innerhalb der Lagen beseitigt.
Die Fig. 2 bis 9 zeigen Ausführungsbei spiele der Erfindung. In Fig. \? ist eine aus den röhrenförmigen Einzelspulen 20 bis 28 bestehende Hochspannungswicklung dar gestellt. die mit dem Wicklungsanfang 29 an eine wellenführende Leitung 30 ange schlossen ist. Die Lage des Eisenkernes 31 und der Niedervoltspul.en 32 ist beliebig.
Kern und Niedervoltspulen können entweder links von der Spule 20 oder rechts von der Spule 28 liegen. Auch kann die Niedervolt- wieklung. wie die Fig. 2 zeigt. zu beiden Sei ten der Hoehvoltwicklung verteilt angeordnet. sein. Die letzte Spule 28 der Hoehvoltw iek- lung ist bei dem Beispiel gemäss Fig. ? an den isolierten Nullpunkt 34 eines Drehstrom systeins angeschlossen.
Die Spulen des Ein gangsgebietes, beispielsweise die Spulen 20 und 21, und die Spulen 21 und 22 sind als Doppolspulen geschaltet. d. h. bei Reihen- echaltung je zweier Spulen sind Spulenenden miteinander verbunden. die auf der gleichen Spulenseite liegen. Aufeinanderfolgende Spu len haben entgegengesetzten Wickelsinn. Die entsprechenden Schaltverbindungen sind mit 35 und 36 bezeichnet. Die gleiche Massnahme ist auch am andern Wicklungsende getroffen.
Wenn die auf das Wicklungsende 3 7 tref fenden Stossspannungen geringer sind als die auf den Anfang 29 treffenden Wellen, kann die Zahl der als Doppelspulen geschalteten Spulen an diesem Wicklungsende kleiner sein. Man kann beispielsweise hier zwei Spulen als Doppelspulen schalten. während man am Ein gang eine grössere Anzahl Doppelspulen vor sieht.
Durch die Schaltung der Eingangsspulen als Doppelspulen mit gegenläufigem Wickel- sinn wird erreicht, dass auch die Spulen 22 bis 26 keine Eigenschwingungen ausführen kön nen, da ja in ihnen keine Koppelwellen mehr induziert werden. Infolgedessen können diese Spulen durch die Leitungen 38 in .Einzel- spulenschaRung verbunden werden und brauchen nur für die Spannung einer Lage isoliert zu werden.
Die Schutzwirkung der Schaltung lässt sich noch erhöhen, wenn man die Spulen 20, 21, 22 usw. unmittelbar unter Einfügen von festen Isolierstoffen aufeinanderlegt, oder mit einem gemeinsamen Isoliereinschlag aus Pressspanbahnen oder Papierbändern versieht. Gegebenenfalls verwendet man hier Isolier stoffe mit höheren Dielektrizitätskonstanten. Die verringerte Wärmeabfuhr der dicht ge packten Eingangsspulen kann durch Herab setzender Stromdichte, z.
B. durch grössere Leiterquerschnitte, ausgeglichen werden.
Ein Beispiel mit Scheibenspulen zeigt die Fig. 3. Die Eingangsspulen 40 und 41 sind durch die Leitung 42 als Doppelspulen ge schaltet, während die übrigen Spulen durch die Leitungen 43 in Einzelspulenschaltung in Reihe liegen.
Eine weitere Schaltung zeigt die Fig. 4. Hierbei sind die beiden, Spulen 50 und 51, die Scheibenspulen oder Lagenspulen sein kön nen, in der Wicklungsmitte angeordnet und an den isolierten Nullpunkt 52 angeseblossen. Die wellenführende Leitung 53 ist mit den beiden aussenliegenden Spulen 54 und 55 ver bunden. Die Wicklung besteht also aus zwei miteinander parallel geschalteten Spulen gruppen 56 undi 57. Die Spulen 54 und 55 sind mit ihren benachbarten Spulen durch die Leitungen 58 und 59 als Doppelspulen ge schaltet.
Wenn auch die Spulenmitte Ein gangsgebiet für Stossspannungen ist, können auch hier Doppelspulen liegen. Handelt es sich um eine Lagenwicklung, dann bestehen die einzelnen Spulen aus ein- oder mehrlagig gewickelten Röhren mit der Wickelachse 60. Diese Lagen können von festen Isolierstoffen getragen werden, z. B. auf Hartpapierzylin- der aufgewickelt und aufgeklebt sein. Bei Scheibenspulenwicklung muss man sich die Wickelachse etwa bei 61 denken.
Die Nieder voltscheiben oder -röhren können bei 62 und 63 oder bei 64 und 65 liegen, wie in Fig. 4 gestrichelt gezeichnet ist.
Eine weitere Wicklung mit zwei sym metrisch zur Wicklungsmitte liegenden Spu- lengruppen enthält die Vig. 5. Hierbei sind sämtliche Spulen derart in Reihe geschaltet, dass sowohl rechte wie links von der Wick- lungsmitte stets Rechtsschrauben R und Linksschrauben L miteinander abwechseln. Wenn die Spule 70 also zum Beispiel als Linksschraube L gewickelt ist, muss die Spule 71 als Rechtsschraube B gewickelt werden.
Analoges gilt für die Spulen 74 und 75 usw. Die Art der hierzu erforderlichen Leitungs- verbindungen geht aus, Fig. 5 hervor. Durch die .Leitung 72 wird die Spule 74 mit der Spule 70 in Reihe geschaltet.
Leitung 73 schaltet dann Spule 71 in Reihe mit 74 usw. In dieser Weise wird die Schaltung fortge- führt bis zu der in der Wicklungsmitte lie genden Spule 77.
Diese kann, ebenso wie bei den oben beschriebenen Schaltungen mit einem isolierten Nullpunkt 78 eines Dreh- stromsy stems oder mit einer andern Phasen leitung verbunden werden oder auch geerdet sein.
Eine Abwandlung der Fig. 5 zeigt die Schaltung gemäss Fig. 6, bei der zu beiden Seiten der Wicklungsmitte mit Spulen glei chen Wickelsinnes, z. B. Linksschraube; be gonnen wird.
Auch bei der Reihenschaltung der sym metrisch zur Wicklungsmitte liegenden Spu len kann man sich mit nur zwei Spulen ent gegengesetzten Wickelsinnes zu beiden Sei ten der Wicklungsmitte begnügen, wie das in den Fig. 7 bezw. 8 dargestellt ist.
Regelbare, d. h. abschaltbare Spulenteile können sowohl aussen auf,der Wicklung, als auch in der Wicklungsmitte liegen. Die ab zuschaltenden Lagen sind mit Vorteil, gleich mässig über die ganze Eisenkernschenkellänge verteilt. Der ungeregelte Teil kann durch Ab schalten der abschaltbaren Spulenteile ins Eingangsgebiet für Stüssspannungen gerückt werden.
Deshalb sind zweckmässig mindestens seine ersten auf den Regelteil folgenden Spu len als Doppelspulen geschaltet.
Die von axialen oder radialen Kühl kanälen durchsetzten Wicklungen können mit Luft oder durch brennbare oder nicht brenn bare Isolierflüssigkeiten gekühlt werden. Ist: die Wicklung von einem unmittelbar auf der Wicklung liegenden Isoliergehäuse, z. B. aus Pressspanbändern oder Pressspanbalinen, ver schalt, dienen vorteilhaft die Stirnisolationen und die Schirmringe für Zufuhr und Vertei lung der Kühlmittel. Halogenierte Kohlen wasserstofföle, insbesondere mit. holten Di- elektrizitätskonstanten, können durch die Wicklung hindurchgeführt werden.
Gegebe nenfalls liegen der Eisenkern und lief niedri ger Betriebsspannung auch die N iedervolt- wicklung frei im Kühlstrom der Aussenluft, während die Hochvoltwicklung von festen Isolierstoffen dicht verschalt ist wid gegebe- nenfalls noch in einem dichten Metallgehäuse eingesetzt ist.
Eine vorteilhafte Leitungsführung ergibt, sich, wenn gemäss Fig. 9 die Verbindungen 80 zwischen benachbarten Spulen auf der einen und die von einer Spulengruppe zu andern führenden Verbindungen 81 auf der andern Wicklungsstirnseite verlegt werden.