Hochspannungstransformator. Bei Hochspannungstransformatoren be steht üblicherweise die Isolation der Hoch spannungswicklung aus einem oder mehreren Isolierzylindern, die zwischen der Ober- und Unterspannungswicklung angeordnet sind.
In Verbindung mit diesen Isolierzylindern wer den noch flanschförmige Stirnisolationen ver wendet, welche die Hochspannungswicklung gegen das Joch abschirmen. Dabei wurde eine Erhöhung der Isolationsfestigkeit durch geeignet angebrachte Ölschichten angestrebt, die einerseits zwischen der Unterspannungs- wicklung und dem Isolierzylinder und zwi schen der Oberspannungswicklung und dem Isolierzylinder, anderseits aber auch in den Stirnenden der Isolation verwendet werden.
Eine bekannte Ausführung dieser Art be nutzt eine Mehrzahl isolierender Kragen, von denen jeder über das Ende eines beson deren Isolierzylinders gesteckt ist, der von den benachbarten Isolierzylindern durch Öl schichten getrennt und mit diesen konzen trisch angeordnet wird. Auch die Kragen wurden, durch Ölschichten getrennt, in ge wissen Abständen voneinander befestigt, so dass die Abmessung der gesamten Isolation einschliesslich der Ölschichten am Stirnende in axialer Richtung grösser war als die Ab messung der Isolation zwischen Ober- und Unterspannungswicklung in radialer Rich tung.
Eine Abart solcher Transformatoren sieht ebenfalls mehrere konzentrisch lau fende, bis zum Joch durchgehende Isolier- zylinder vor, die voneinander und von der Ober- und Unterspannungswicklung durch Ölstrecken getrennt sind, wobei aber die kragenförmige Stirnisolation nur auf der Oberspannungswicklung selbst befestigt ist.
Eine weitere Ausführungsform, die etwas geringere Abmessungen der isolierenden Strecken gestattet, benützt nur einen massi ven Isolierzylinder zwischen Ober- und Un- terspannungswicklung, der von den Wick lungen ebenfalls durch Ölstrecken getrennt ist. An seinem Ende ist der Isolierzylinder treppenartig abgestuft und trägt mit Schiebe- sitz aufgesetzte Stirnflanschen, die in ra dialer Richtung über die Oberspannungs- wicklung hinausragen und in axialer Rich tung durch grössere Ülstrecken distanziert sind.
Um eine genügende Isolationsfestigkeit mittels dieser an sich bekannten Massnahmen zu erreichen, sind reichliche Abmessungen sämtlicher isolierenden Teile und insbeson dere der Stirnisolation notwendig, wenn Überschläge oder Durchschläge der Isolation verhindert erden sollen. Es wurde nun ver sucht, bei einer gegebenen Betriebsspannung und gegebener Isolationsfestigkeit die Ab stände für die Isolationen kleiner zu wählen, ohne dass die Betriebssicherheit gefährdet wird.
Dabei wurde festgestellt, dass es vor allem darauf ankommt, nicht nur Kriech wege, sondern gleichzeitig auch diejenigen Anordnungen zu vermeiden, die das Auftre ten von C@uleitentladungen begünstigen. lll=eh- rere voneinander getrennte Isolierzylinder mit dazwischenliegenden 0'lschichten sind in dieser Hinsicht vollkommen untauglich. Wenn aus irgendwelchen Gründen, z. B. bei Brückenbildung durch Unreinigkeiten, ein Teildurchschlag einer der Ölstrecken erfolgt.
geht die vorwachsende Entladungsspitze in eine Gleitentladung längs der Isolierzylinder über und kann den vollständigen Durch brach der gesamten Isolation herbeiführen. Ähnlich liegen die Verhältnisse, wenn nur ein massiver Isolierzylinder zwischen Ober und Unterspannungsisolation vorgesehen ist, der aber von wenigstens einer der Wicklun gen durch eine Ölschicht getrennt ist, die in folge ihrer geringeren Dielektrizitätskon- stanten bekanntlich einen grösseren Anteil der Spannungsdifferenz aufnimmt als das feste Isoliermaterial.
Bei einem Teildurchschlag der Ölschicht wird dann von der Entladungs spitze aus die elektrische Feldstärke am Iso- lierzylinder so gross, da,ss das Auftreten und Vorwachsen einer Gleitentladung selbst durch die reichlicher bemessene Isolations stirn nicht unterdrückt werden kann. Ausser dem besteht auch die Gefahr eines direkten Durchschlages des Isolierzylinders, wenn ein Teildurchschlag der Ölstrecke stattgefunden hat. Die Verwendung der auf den Isolierzy- linder mit Schiebesitz aufgesetzten Stirn flansche hat ebenfalls schwere Nachteile.
Erfahrungsgemiiss ist es nämlich nicht mög lich, den Sitz der Stirnflansche auf dem Isolierzylinder so genau einzupassen, dass selbst bei treppenartig abgestuftem Schaft teil längs der Berührungsflächen zwischen Stirnflansch und Isolierzylinder Kriech wege vermieden erden, die hauptsächlich bei Teildurchschlägen von angrenzenden 01- strecken besonders gefährdete Stellen sind.
Hinsichtlich der nur auf die Oberspannungs- wicklung aufgesetzten Stirnflansche sind die selben Nachteile zu nennen, die bisher nur durch sehr reichliche Bemessung vermieden tverden konnten.
Nach der Erfindung kann nun eine sehr hohe Isolationsfestigkeit. gegen Gleitentla- dungen erreicht werden, ohne dass zu grosse Abmessungen der isolierenden Teile in Kauf genommen werden müssen. Besonders für grosse Transformatoren ergibt. sich dadurch eine erhebliche Ersparnis an Raum und Ge wicht, denn es lässt sich bei kleineren Ab ständen das Gewicht. des Eisenkernes ver kleinern. Der Trausformatorkessel und das 0lvolumen werden infolgedessen ebenfalls geringer.
Bei grossen Transformatoren kann die durch die Isolationsanordnung gemäss der Erfindung erzielte Raum- und Gewichtser sparnis unter Umständen erst den Bahn transpori: des Transformators ermöglichen, da er infolge der verkleinerten Abmessungen auf der Eisenbahn profilgängig wird.
Dies wird bei einem Hochspannungstransformator mit zwischen Ober- und Unterspannungswicklung angeordnetem Isolierzylinder dadurch er reicht, dass der Isolierzylinder an den Wick lungen praktisch ohne Zwischenraum anliegt und an wenigstens einem seiner Enden durch schichtenweises Auseinanderspreizen in einen die Oberspannungswicklung gegen das Joch abschirmenden Flansch überläuft, dessen Ab messung in axialer Richtung ein Mehrfaches der in radialer Richtung gemessenen Wand stärke des zwischen den Wicklungen liegen den Isolierzylinderschaftes beträgt.
In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist die Unterspannungswicklung 1 unter Zwischenlage einer Isolierschicht 2 unmittel bar über dem Transformatorkern 3 angeord net. Zwischen der Unterspannungswicklung und der Oberspannungswicklung 4, die gleichfalls im Schnitt angegeben ist, befindet sich der Isolierzylinder 5, welcher die Ober spannungswicklung gegen das Joch 6 flanschförmig abschirmt.
Die flanschförmige Abbiegung des Isolierzylinders liegt vorzugs weise nicht direkt auf der Hochspannungs wicklung auf, sondern auf einem Schutzring 7, der aus Isoliermaterial mit metallisierter Oberfläche oder auch ganz aus Metall be stehen kann. In bekannter Weise ist der Schutzring geschlitzt, damit er nicht als Kurzschlusswindung wirkt. Dieser Schutz ring dient einerseits zur Potentialsteuerung und anderseits auch dafür, ein sattes Auf liegen des flanschförmigen Endes des Iso- lierzylinders und damit eine gleichmässige Pressung der Hochspannungswicklung 4 zu gewährleisten.
Das flanschförmige Ende 8 des Isolierzylinders 5 ist. in mehrere kreis ringförmige Schichten 9 aufgeteilt, die aus einandergespreizt werden. Die Spreizung kann durch ein wellenförmiges Verbiegen dieser Schichten, das heisst durch Kreppen derselben erfolgen. Besser bewährt haben sich eingeschobene sektorförmige Zwischen stücke 10, welche die Schichten 9 vonein ander distanzieren.
Diese Zwischenstücke, die vorzugsweise aus demselben Isolations material wie der Zylinder 5 bestehen, sind in der Umfangsrichtung voneinander ge trennt, wie dies im Grundriss (Fix. 3) ange geben ist. Dabei. wird so vorgegangen, dass in den verschiedenen Schichten die Schlitze 11 nicht übereinander liegen, sondern jeweils durch die darüber bezw. darunter liegenden Zwischenstücke in axialer Richtung abge deckt werden. Die Schlitze 11 sind für die Entgasung des Isolierzylinders vorgesehen und bezwecken auch, das Eindringen von flüssigem Isolierstoff in das flanschförmige Ende 8 zu erleichtern.
Zur Vergrösserung des Kriechweges sind die Schichten 9 des Isolier- zylinders über die eingefügten Zwischen stücke 10 vorstehend ausgeführt. Um die Ge fahr von Gleitdurchschlägen zu verringen, hat es sich als genügend erwiesen, die Dicke des flanschförmigen Endes 8 wenigstens gleich der doppelten Wandstärke des Isolier zylinders zwischen Ober- und Unterspan nungswicklung zu nehmen.
Ferner wird die Dicke der Zwischenstücke 10 vorzugsweise derart gewählt, dass die flanschförmigen En den 8 des Isolierzylinders den gesamten Raum zwischen der Oberspannungswicklung und dem Transformatorjoch 6, bezw. zwi schen dem Schutzring 7 und dem Joch ein nehmen.
Die beschriebene Bauart des Isolations zylinders erlaubt eine beträchtliche dielek- trische Entlastung des im Raum 12 befind lichen Isolationsvolumens, die hauptsächlich in Ültransformatoren wünschenswert er scheint. Mittels: eines axialgeschlitzten, leiten den Belages 13, der auf der von der Ober spannungswicklung abgewandten Seite des flanschförmigen Endes 8 aufgebracht und mit dem Joch 6 leitend verbunden ist, wird der gesamte Feldverlauf an den Enden des Isolierzylinders in die Flanschen 8 verlegt.
Wie in Fig. 2 und 3 angedeutet, können an Stelle der leitenden Schicht 13 in den Raum 12 geschlitzte und gegeneinander isolierte, oder mit einer Isolationsschicht 14 überzo gene Metallringe 15 zur Potentialverteilung eingelegt werden, wodurch ohne Benachtei ligung der Isolationsfestigkeit im Raum 12 eine Einsparung an flüssigem Isolationsma terial möglich ist.
In diesem Fall wird auch zwischen dem Ende der Unterspannungs- wicklung 1 und dem Joch 6 eine reichliche, gut gesteuerte Isolation erzielt, was bei höheren Unterspannungen notwendig sein kann.
In der Unterspannungswicklung 1 oder zwischen derselben und der Isolierschicht 2, bezw. zwischen den Ringen 15 und der Iso lierschicht 2 können in den Figuren nicht ge zeichnete Kühlkanäle vorgesehen sein. Die Herstellung der flanschartig ausgebildeten Enden 8 des Isolierzylinders 5 kann bei spielsweise in der )'eise erfolgen, dass der zunächst glatt gewickelte Papierzylinder an seinen Enden in axialer Richtung lagen #eise versetzt geschlitzt v: ird, worauf die entstan denen Lappen umgebogen und an den Enden verleimt ;
werden. 'Nach einer bestimmten An zahl Papierlagen werden jeweils die. Zwi schenstücke 10 aufgeleimt. Es ist. leicht zu er kennen, dass eine derartige Isolation den ein gangs erwähnten Anforderungen entspricht und eine hohe Festigkeit gegen Gleitentla- dungen besitzt, so da,ss Teildurchschläge der noch vorhandenen geringen Ölstrecken voll kommen gefahrlos sind, und gleichzeitig auch gefährliche Kriechwege nicht mehr existieren.
High voltage transformer. In high-voltage transformers, the isolation of the high-voltage winding is usually made up of one or more insulating cylinders that are arranged between the high-voltage and low-voltage windings.
In connection with these insulating cylinders, whoever uses the flange-shaped frontal insulation, which shield the high-voltage winding from the yoke. The aim was to increase the insulation strength by means of suitably applied oil layers, which are used on the one hand between the low-voltage winding and the insulating cylinder and between the high-voltage winding and the insulating cylinder, and on the other hand also in the ends of the insulation.
A known embodiment of this type be uses a plurality of insulating collars, each of which is inserted over the end of a special insulating cylinder which is separated from the adjacent insulating cylinders by oil layers and is arranged concentrically with these. The collars were also attached at certain distances from one another, separated by layers of oil, so that the dimensions of the entire insulation, including the oil layers at the front end, were larger in the axial direction than the dimensions of the insulation between the high-voltage and low-voltage windings in the radial direction.
A variant of such transformers also provides several concentrically running insulating cylinders extending to the yoke, which are separated from each other and from the high and low voltage winding by oil gaps, but the collar-shaped end insulation is only attached to the high voltage winding itself.
Another embodiment, which allows somewhat smaller dimensions of the insulating sections, uses only a massive insulating cylinder between the upper and lower voltage winding, which is also separated from the windings by oil sections. At its end the insulating cylinder is stepped like a staircase and has front flanges fitted with a sliding seat, which protrude in a radial direction beyond the high-voltage winding and are spaced apart in the axial direction by larger excess lengths.
In order to achieve sufficient insulation strength by means of these known measures, ample dimensions of all insulating parts and in particular the frontal insulation are necessary if flashovers or breakdowns in the insulation are to be prevented. It has now been tried to select smaller distances for the insulation at a given operating voltage and given insulation strength, without endangering operational safety.
It was found that the most important thing is not only to avoid creeping paths, but also to avoid those arrangements that favor the occurrence of electrical discharge. III = a number of separate insulating cylinders with oil layers in between are completely unsuitable in this regard. If for any reason, e.g. B. when bridging caused by impurities, a partial breakdown of one of the oil routes occurs.
the pre-growing discharge tip changes into a sliding discharge along the insulating cylinder and can bring about the complete break through of the entire insulation. The situation is similar if only one solid insulating cylinder is provided between the upper and lower voltage insulation, but which is separated from at least one of the windings by an oil layer which, as a result of its lower dielectric constant, is known to absorb a greater proportion of the voltage difference than the solid insulating material .
In the event of a partial breakdown of the oil layer, the electrical field strength from the discharge tip on the insulating cylinder is so great that the occurrence and growth of a sliding discharge cannot be suppressed even by the more generously dimensioned insulating face. There is also the risk of a direct breakdown of the insulating cylinder if a partial breakdown of the oil section has taken place. The use of the end flanges placed on the insulating cylinder with a sliding fit also has serious disadvantages.
Experience has shown that it is not possible to fit the seat of the end flanges on the insulating cylinder so precisely that even with a stepped shaft part along the contact surfaces between the end flange and the insulating cylinder, creepage paths are avoided, which are particularly endangered areas in the case of partial breakdowns of adjacent oil lines are.
With regard to the end flanges that are only placed on the high-voltage winding, the same disadvantages are to be mentioned, which so far could only be avoided by very extensive dimensioning.
According to the invention, a very high insulation strength can now be achieved. against sliding discharges can be achieved without having to accept excessively large dimensions of the insulating parts. Especially for large transformers. This saves a considerable amount of space and weight, because the weight can be reduced with smaller distances. of the iron core. The Trausformatorkessel and the oil volume are also reduced as a result.
In the case of large transformers, the space and weight savings achieved by the insulation arrangement according to the invention can, under certain circumstances, only enable the train to be transported: of the transformer, since it is profile-compatible on the train due to the reduced dimensions.
In the case of a high-voltage transformer with an insulating cylinder arranged between the high-voltage and low-voltage windings, this is achieved in that the insulating cylinder rests on the windings practically without a gap and at least one of its ends by spreading it in layers overflows into a flange that shields the high-voltage winding against the yoke, whose end measurement in the axial direction is a multiple of the wall thickness measured in the radial direction of the insulating cylinder shaft between the windings.
In the example shown in Fig. 1, the low voltage winding 1 is net angeord with the interposition of an insulating layer 2 directly above the transformer core 3. Between the low-voltage winding and the high-voltage winding 4, which is also shown in section, is the insulating cylinder 5, which shields the high-voltage winding from the yoke 6 in a flange-like manner.
The flange-shaped bend of the insulating cylinder is preferred, not directly on the high-voltage winding, but on a protective ring 7, which can be made of insulating material with a metallized surface or made entirely of metal. The protective ring is slotted in a known manner so that it does not act as a short-circuit winding. This protective ring is used on the one hand to control the potential and on the other hand to ensure that the flange-shaped end of the insulating cylinder is fully seated and thus that the high-voltage winding 4 is pressed evenly.
The flange-shaped end 8 of the insulating cylinder 5 is. divided into several circular ring-shaped layers 9, which are spread from each other. The spreading can be done by a wave-shaped bending of these layers, that is, by creping them. Inserted sector-shaped intermediate pieces 10, which distance the layers 9 vonein other, have proven better.
These spacers, which are preferably made of the same insulation material as the cylinder 5, are separated from one another in the circumferential direction, as is given in the plan (Fix. 3). There. the procedure is so that in the various layers the slots 11 are not on top of each other, but rather through the above respectively. underlying spacers are covered abge in the axial direction. The slots 11 are provided for degassing the insulating cylinder and are also intended to facilitate the penetration of liquid insulating material into the flange-shaped end 8.
To increase the creepage distance, the layers 9 of the insulating cylinder are made protruding over the inserted intermediate pieces 10. In order to reduce the risk of sliding breakthroughs, it has proven sufficient to take the thickness of the flange-shaped end 8 at least equal to twice the wall thickness of the insulating cylinder between the upper and lower tension winding.
Furthermore, the thickness of the intermediate pieces 10 is preferably chosen such that the flange-shaped En 8 of the insulating cylinder occupies the entire space between the high-voltage winding and the transformer yoke 6, respectively. take between the protective ring 7 and the yoke.
The described design of the insulation cylinder allows a considerable dielectric relief of the insulation volume located in space 12, which it appears to be desirable mainly in oil transformers. By means of: an axially slotted, guide the covering 13, which is applied to the side of the flange-shaped end 8 facing away from the upper voltage winding and is conductively connected to the yoke 6, the entire field profile is laid in the flanges 8 at the ends of the insulating cylinder.
As indicated in Fig. 2 and 3, instead of the conductive layer 13 in the space 12 slotted and insulated from each other, or with an insulating layer 14 overzo gene metal rings 15 can be inserted for potential distribution, whereby without disadvantage the insulation strength in space 12 a saving on liquid insulating material is possible.
In this case, ample, well-controlled insulation is also achieved between the end of the low-voltage winding 1 and the yoke 6, which may be necessary at higher undervoltage.
In the low voltage winding 1 or between the same and the insulating layer 2, respectively. between the rings 15 and the Iso lierschicht 2 not ge drawn cooling channels can be provided in the figures. The flange-like ends 8 of the insulating cylinder 5 can be produced, for example, in the way that the initially smoothly wound paper cylinder was slit at its ends offset in an axial direction, whereupon the resulting flaps are bent over and attached to the Ends glued;
will. 'After a certain number of layers of paper, the. Intermediate pieces 10 glued on. It is. It is easy to see that such an insulation meets the requirements mentioned at the beginning and has a high level of resistance against sliding discharges, so that partial breakdowns of the short oil gaps that are still present are completely safe and at the same time dangerous creepage distances no longer exist.