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.
Winding protected against surge voltages. The invention relates to a winding protected against surge voltages, e.g. B. for transformers, reactors, current converters, voltage converters or test transformers. As is known, the windings of these apparatuses are designed as disc coils or as layer windings. For higher voltages, only winding windings that consist of individual disks or individual coil cylinders are used.
The individual disc coils or the individual layers can be placed directly on top of one another or wound on one another, optionally with the insertion of solid insulating materials. They can also be applied directly to coil housings or solid insulating cylinders or to insulating bodies made of glass, porcelain, etc.
Is it z. B. around one with layer winding, in which a liquid or gaseous. Cooling and insulating means is used, the individual layers are arranged at such a distance from one another that axial cooling channels result.
The individual layers of such a winding can now be switched one after the other in such a way that the layers on opposite coil sides are connected to one another.
This results in the circuit shown in FIG. 1. Only the first three layers 1, 2 and 3 of the winding are shown. The end of the layer 4 is connected to the supply line 5, for example to a price newspaper.
The second end of the layer 6 of the layer 1 is connected by the line 7 to the end 8 of the layer 2, which lies on the opposite end of the winding. The winding axis itself is marked with 9 be.
The advantage of this single-coil circuit is based on the fact that adjacent coils can only be isolated from one another for one layer voltage. If a steep surge voltage, the course of which is indicated by the curve 10, moves into the coil 1 on the line 5, a - \ S'el is immediately generated from the beginning 4 via the hapa.zität 11:
le coupled to the second and also to the following coils. The single coil 1 is thus now subjected to surge voltage from the end 4 and from the end 6, since yes. the winding ends on the opposite sides 6 and 8 are connected by line 7 mitein other. The same goes for the following coils. With a steep forehead of the impact voltage, there is therefore a pronounced wandering wave oscillation on the input layers, which results in considerable voltage gradients between neighboring turns of these layers and can damage the insulation under certain circumstances.
The stei len surge voltages drawn into the windings can be caused by holding processes or insulator flashovers, e. B. flashovers of the lead-in terminals or the isolated zero point as a result of atmospheric discharges that hit the connected leads, originate.
Such natural vibrations caused by surge voltages are now avoided in the winding according to the invention by providing at least two series-connected, with their windings capacitively coupled with each other like.klung parts with such conductor routing that their inductivity for the impact voltage disappear praldisch, but remain for the normal operating current.
But it can also all winding parts against sensible, d. H. so be wounded abu-eehselnd as a right and left screw. Apart from the first input layers, all winding parts can be wound in the same direction. In the latter case, winding parts connected in opposite directions would, to a certain extent, be connected upstream of the rest of the winding at the input as an independent winding element that acts like a screen.
The two winding parts can be connected in such a way that, for example, the first coil forming a layer is wound as a right-hand screw, the next as a left-hand screw. Since with such an arrangement the ampere turns of a coupling wave drawn in on the second layer would counteract those of the shock wave on the first layer, as with a bifilar wound coil,
as a result of the elimination of the effective inductance, practically no traveling wave oscillation at all can develop on these layers. However, this also eliminates overvoltages within the layers in the case of steep shock waves.
2 to 9 show Ausführungsbei games of the invention. In Fig. \? a high-voltage winding consisting of the tubular individual coils 20 to 28 is provided. which is connected to the beginning of the winding 29 to a shaft-guiding line 30. The position of the iron core 31 and the Niedervoltspul.en 32 is arbitrary.
The core and low-voltage coils can either be to the left of the coil 20 or to the right of the coil 28. The low voltage can also. as shown in FIG. 2. arranged distributed on both sides of the high voltage winding. his. The last coil 28 of the high-voltage winding is in the example according to FIG. connected to the isolated zero point 34 of a three-phase system.
The coils of the input area, for example the coils 20 and 21, and the coils 21 and 22 are connected as double-pole coils. d. H. If two coils are connected in series, the coil ends are connected to one another. which are on the same side of the spool. Successive spools have opposite winding directions. The corresponding circuit connections are designated by 35 and 36. The same measure has also been taken at the other end of the winding.
If the surge voltages hitting the winding end 3 7 are lower than the waves hitting the beginning 29, the number of coils connected as double coils at this winding end can be smaller. For example, you can switch two coils as double coils here. while one sees a larger number of double coils at the entrance.
By connecting the input coils as double coils with opposite winding directions, it is achieved that the coils 22 to 26 cannot perform any natural oscillations either, since coupling waves are no longer induced in them. As a result, these coils can be connected by the lines 38 in .EinzelspulenschaRung and only need to be isolated for the voltage of one layer.
The protective effect of the circuit can be further increased if the coils 20, 21, 22 etc. are placed on top of one another directly with the insertion of solid insulating materials, or if they are provided with a common insulating cover made of pressboard or paper strips. If necessary, insulating materials with higher dielectric constants are used here. The reduced heat dissipation of the tightly packed input coils can be reduced by lowering the current density, eg.
B. be compensated by larger conductor cross-sections.
An example with disc coils is shown in FIG. 3. The input coils 40 and 41 are switched ge through the line 42 as double coils, while the other coils are connected in series through the lines 43 in single coil connection.
A further circuit is shown in FIG. 4. Here, the two coils 50 and 51, which can be disc coils or layer coils, are arranged in the center of the winding and connected to the isolated zero point 52. The shaft-guiding line 53 is connected to the two outer coils 54 and 55. The winding therefore consists of two coil groups 56 and 57 connected in parallel. The coils 54 and 55 are connected to their adjacent coils through the lines 58 and 59 as double coils.
If the center of the coil is also an input area for surge voltages, double coils can also be located here. If it is a layer winding, then the individual coils consist of tubes wound in one or more layers with the winding axis 60. These layers can be supported by solid insulating materials, e.g. B. wound onto hard paper cylinders and glued on. In the case of disc coil winding, you have to think of the winding axis at about 61.
The low voltage disks or tubes can be at 62 and 63 or at 64 and 65, as shown in Fig. 4 is shown in dashed lines.
Another winding with two groups of coils symmetrically to the center of the winding contains the Vig. 5. Here, all coils are connected in series in such a way that right-hand and left-hand screws from the center of the winding always alternate with right-hand screws R and left-hand screws L. For example, if the coil 70 is wound as a left-hand screw L, the coil 71 must be wound as a right-hand screw B.
The same applies to the coils 74 and 75, etc. The type of line connections required for this is shown in FIG. The coil 74 is connected in series with the coil 70 through the line 72.
Line 73 then switches coil 71 in series with 74, etc. In this way, the circuit is continued up to coil 77 located in the middle of the winding.
As with the circuits described above, this can be connected to an isolated zero point 78 of a three-phase system or to another phase line, or it can also be grounded.
A modification of FIG. 5 shows the circuit according to FIG. 6, in which on both sides of the winding center with coils the same winding direction, z. B. left screw; is started.
Even with the series connection of the symmetrical to the winding center lying Spu len you can be satisfied with only two coils ent opposite winding directions on both sides of the winding center, as shown in FIGS. 8 is shown.
Adjustable, d. H. Disconnectable coil parts can be on the outside of the winding or in the middle of the winding. The layers to be switched on are advantageous, evenly distributed over the entire length of the iron core leg. The unregulated part can be moved into the input area for surge voltages by switching off the switch-off coil parts.
Therefore, at least its first Spu len following the control part are expediently switched as double coils.
The windings, penetrated by axial or radial cooling channels, can be cooled with air or with flammable or non-flammable insulating liquids. Is: the winding of an insulating housing lying directly on the winding, e.g. B. from pressboard strips or pressboard balines, ver switching, the frontal insulation and the shield rings for supply and distribution of the coolant are advantageous. Halogenated hydrocarbon oils, especially with. obtained dielectric constants can be passed through the winding.
If necessary, the iron core and the low operating voltage also run free in the cooling flow of the outside air, while the high-voltage winding is tightly encased by solid insulating materials and is possibly still inserted in a tight metal housing.
An advantageous line routing results when, according to FIG. 9, the connections 80 between adjacent coils are laid on one end and the connections 81 leading from one coil group to another are laid on the other end of the winding.