Elektrische Isolationsanordnung für hohe Spannungen, insbesondere für Transformatoren <B>und</B> Drosselspulen. Bei elektrischen Isolationsanordnungen lie gen die Schwierigkeiten im allgemeinen in der Beherrschung des Randproblems.
Das gilt hisbesondere auch für die Wicklung von Hoeh- spannun gsapparaten, die bei höheren Spa.n- nungen fast ausschliesslich unter Öl gesetzt werden und bei denen sich etwa zwei Wick- limgen mit grossem Potentialunterschied ge genüberstehen oder bei denen eine Wicklung niit hohem Potential auf einem auf iP"rdpoten- ti il. befindliehen Kern aufgebracht ist.
Solche -zInordnungen ergeben sich bei allen Hoch- spannimgsti-ansformatoren und Messwand- lern sowie bei Drosselspulen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu- gilnncle, diese Schwierigkeiten mit. einem mög- liehst geringen Aufwand an Mitteln zu ver mindern. An Hand der Fig.1 bis 3, die be kannte Ausführungsformen darstellen, seien die bei der Isolation auftretenden Schwierig keiten erläutert.
In Fig.l ist im Schnitt das Ende einer Röhrenwicklung eines Hochspannungstrans formators dargestellt, wobei die wie üblich aussen liefende Oberspannungswicklung 1 durch einen ölgetränkten Weichpapierzylin- der 3 von der Unterspannungswicklung 2 iso liert ist.
Um die hohen Feldstärken, die sich aus der Zusammendrängung der Kraftlinien an der Wieklungskante 6 der Oberspannungs- wicldun- gegen die Unterspannungswicklung und, gegen das Joch ergeben, zu vermindern, wird gewöhnlich eine metallische oder metalli sierte, geschlitzte Schirmelektrode 4 vorgese hen, die, mit der dicken Weichpapierisolation 5 versehen, die nicht so gut zu isolierende Wicklungskante 6 abschirmt. Ausserdem er füllt die Sehirmelektrode gegebenenfalls auch noch Steuerwirkungen hinsichtlich der Stoss beanspruchung der Wicklung 1..
Einen erheblichen Fortschritt gegenüber dieser Anordnung brachte die Einführung des bekannten Winkelringes, wie er in einer sehr wirksamen Form in Fig.2 dargestellt. Der Winkelring 7 ist im dargestellten Fall aus dem Material des Zylinders 3 durch Umreissen hergestellt. Es ist damit möglich, die Stärke der Isolationsschicht der Schirmelektrode 4 gegen die Unterspannungswicklung 2 zu er höhen; diese setzt sich jetzt zusammen aus der Dicke der Isolation 5 und der des Winkelrin ges 7, ohne dass die Elektrode 4 im gleichen Masse von der zu schützenden Wicklungskante 6 zurückgenommen werden muss.
Diese elektrisch günstige Form des Win kelringes kann jedoch in den Fällen nicht an gewendet werden, bei denen die Wicklung 1 nach dem Aufbau aus Gründen der Kurz schlussfestigkeit noch gepresst werden muss. Sie verkürzt dann ihre axialen Abmessungen unter Umständen so beträchtlich, dass der Winkelring 7 nicht folgen kann und einreisst. Hier brachte der gleitende Winkelring Ab hilfe, wie er in Fig. 3 in Verbindung mit dem bisher gezeigten Wicklungsaufbau dargestellt ist.
Der Weichpapierzylinder ist nun in die den Wicklungen unmittelbar anliegenden Tei len 3a. und 3g- aufgeteilt; zwischen ihnen kann der auf der Schirmelektrode 4 aufliegende Winkelring 7, der ein kurzes 7y lindrisehes Stück 8 besitzt, axialen Bewegungen der Wieklung 1 folgen. Allerdings ergibt sich jetzt unmittelbar an der Schirmelektrode 4 ein schädlicher Raum 9, der hochspannungs technisch ungünstig ist und den man so klein wie möglich halten muss.
Vollständig lässt er sieh jedoch nicht vermeiden, man wird ihn in um. so stärkerem Masse vergrössern müssen, je grösser die Spulenhöhe wird, da die erforder lichen Werkstattoleranzen dann ebenfalls grö ssere Beträge annehmen. Ausserdem muss ge genüber der Ausführung nach Fig. 2 bei glei cher Spannung der Abstand Oberspannung- Unterspannung angenähert -um die Dicke des zylindrischen Teils 8 des Winkelringes 7 er höht werden, was ebenfalls nachteilig ist.
Die technische Anwendung der Winkel ringe ist heute ausserordentlich hoch entwik- kelt - es werden bei höheren Spannungen auch zwei, drei oder mehrere Winkelringe hin tereinander angeordnet -, sie ermöglichte eine wesentliche Verminderung des Material aufwandes vor allem bei Grosstransformatoren höherer Spannung.
Man ersieht nun aus Fig.:4, in der für die konstanten Metallabstände der Oberspan- uungs- gegen die Unterspannungswicklung der Verlauf der Anfangsspannung, bei der die elektrischen Entladungen einsetzen, nach der Anordnung von Fig.2 in Abhängigkeit. vom gesamten Papiereinschlag der Schirm elektrode 4 - also vom Isolationsauftrag 5 plus Stärke des Winkelringes 7 - dargestellt ist, dass über einen gewissen Wert hinaus eine Verstärkung dieses Einschlages zwecklos ist, da trotz Erhöhung des Isolationsauftrages eine Steigerung der Anfangsspannung nicht möglich ist.
Das Ziel der Erfindung ist, eine Isola tionsanordnung zu schaffen, die gute elek trische Eigenschaften mit. dem Vorteil einer arbeitssparenden Herstellung vereinigt. Das kann erfindungsgemäss dadurch erreicht wer den, dass die Stärke der Isolation der Schirm elektrode auf der Seite der maximalen Span- nungsbeanspruehung ein Mehrfaches der Stärke der Isolation an den weniger bean spruchten Stellen beträgt.
In den Fig. 5 bis 7 sind Ausführungsbei- spiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Gemäss Fig.5 ist der Sehirmring 4 selimälei- ausgeführt als in Fig.l.;
seine Weiclipapier- isolation 5 ist auf den beiden Sehmalseiten und auf der der Oberspaiinungswieklung an liegenden Seite in gleicher Stärke aufgebracht wie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1, während auf der vierten freien Seite diese Isolation durch ein Isolationspolster 10 auf ein Mehrfaches der Stärke an der Stelle 5 er höht ist. Dadurch, dass an den Stellen hoher elektrischer Beanspruchung das öl durch das elektrisch hoehwertigere feste Material, wie z.
B. Weiehpapier oder Pressspan, verdrängt ist, ergibt sich eine höhere elektrische Festig- heit der Anordnung. Bei einer Versuehsaus- führung, die entsprechend Fig. 4 etwa den wirtschaftlich vertretbaren Höchstwert der Anfangsspannung erzielt.
hatte - der ge samte Papiereinsehlag der Sehirmelektrode war etwa ein Fünftel des Elektrodenmetall- abstandes - ergab sich bei praktisch glei- ehem Aufwand an Weichpapierisolation und Wickelarbeit für den Schirmring durch das Einbandagieren von Pressspanscheiben 15 und 17 nach Fig. 6 eine Erhöhung der Einminu- ten-AnfangSwechselspannung um 7511/o. Zu dem Fortschritt in elektrischer Hinsicht ge sellt sieh noch ein solcher in fertigungstech nischer
Hinsicht, da die Sehirmelektrode mit samt ihrer Polsterung unabhängig von der Spule fertiggestellt werden kann. Auch auf eine axiale Pressung der Oberspannungswick- lung braucht jetzt, keine Rücksicht genommen zu werden; eine etwaige Toleranz des Aussen durchmessers des Weichpapierzylinders 3 und des Innendurchmessers des gepolsterten Rin ges lässt sich durch Aufwickeln von Weich papier auf den Ring bzw. durch Abnahme einiger Lagen vom Zylinder 3 ausgleichen. Das satte Anfliegen der gepolsterten Elek- irode auf den Zylinder 3 ist somit gewährlei stet.
In der schon vorstehend ausgeführten Fig. 6 ist eine gepolsterte Elektrode 10 im ver grösserten Massstab nochmals herausgezeich- net. 4 ist der elektrische Schirmring,<B>11</B> zwei 1)rälite der 0berspannungswic'klung, auf der der isolierte Schirmring aufliegt. Diese sind mit der Drahtisolation 12 und als Eingangs spule finit einer Verstärkung 13 isoliert. Der Isolationszylinder zwischen Oberspannungs- -Lind Unterspannungswieklung ist wie in den übrigen Figuren mit 3 bezeichnet.
Die Isolation des Sehirmrin-es wird so hergestellt., dass auf die Ringelektrode 4 eine dünne Lage Papierband 1.4 in der üblichen Weise aufgewickelt wird, und darauf werden die Pressspanringseheiben 15 mit einer dün nen, elektrisch dicht gewickelten Papierban dage 16 aufgepolstert; anschliessend werden dann die etwas breiteren Pressspanseheiben 17 mit der Bandage 18 aufgebracht.
Die Summe der Teile 14, 16 und 18 ergibt die Gesamt höhe 5 an aufgewickeltem W eiehpapier. Die Unterteilun;, der Weichpapierringseheiben in dünne Scheiben ist im Interesse leichterer und genauerer Herstellung empfehlenswert. Es ist von grosser Bedeutung, auf möglichste Klein heit der schädlichen Räume 19 und 20 zu ach ten.
Dieses wird dadurch erzielt, dass man die Elektrode 4 mit in bezug auf die Feldstärke- erhöhurr#y kleinstzulässigen Abrundungen a.us- fülirt. Die (lrösse dieser Räume ist nun nicht mehr von der absoluten Grösse des Transfor mators und der Einhaltung grosser Spulen masse auf Bruchteile eines Prozentes abhän gig, sondern einzig und allein von der Ge nauigkeit, mit der die Elektrode 4 und die Ringsebeiben 15 und 1.7 durch Drehen und Stanzen bzw. durch eine Ringschneidema schine hergestellt werden. Hierbei lassen sieh die Masse auf Millimeterbruchteile einhalten.
Die Zahl und Unterteilung der Polsterschei ben ist dem jeweiligen Zweck anzupassen. Ist zwischen dem Isolationszylinder 3 und der Oberspannungswieklung 1 ein Kühlkanal er forderlich, so wird dieser zweckmässig durch Leisten gebildet. hie Polsterelektrode wird dann mit. der Oberspannungswieklung zusam- meri über diese Leisten geschoben. Die Erhö hung der elektrischen Festigkeit ist bei dieser Anordnung gegenüber der bekannten Anord- nung mit Winkelring zwar nicht so gross wie bei der Ausführung gemäss Fig. 5. In erster Linie sind aber hier die herstellungsgemässen Vorteile wertvoll.
Ein praktisch besonders wichtiger Fall, bei dem sich durch Anwendung von Polster elektroden ein besonders einfacher Aufbau erzielen lässt, ist in Fig. 7 wiedergegeben, bei dein es sich um einen Transformator mit dop peltkonzentrischer Wicklung handelt. Hierbei ist 1. die geteilte, von den beiden Unterspan nungswicklungen 2 umgebene Oberspannungs- wieklung mit den verstärkten isolierten Ein gangsspulen 23. Die Oberspannungswicklung ist durch je einen Isolierzylinder 3 isoliert. Der Ölkanal 21 für die Kühlung der Ober spannungswieklung ist zwischen der geteilten Oberspannungswieklung 1 angeordnet.
Das Randproblem zwischen der Oberspannungs- und der Unterspannungswicklung wird durch die aufgepolsterten Schirmringe 4 gelöst. Der auf der Oberspannungswieklung aufgebrachte Schirmring 4 dient ausserdem noch in Verbin dung mit der Pressspanbarriere 24 und der Jochabdeckung 25 der Isolation gegen das Joch 27. Der Eisenkern des Transformators ist mit 26 bezeichnet. Der dargestellte Auf bau ergibt sich zwanglos unter Benutzung der bisher erwähnten Einzelteile und der allge mein verwendeten Barrieren und Abdeckun gen.
Lediglich die Polsterelektrode 4 der Ober spannungswicklung ist mit einem zusätzlichen, besonders starken Polster 22, etwa aus Hart papier, versehen. Hiermit wird erreicht, dass die Beanspruchung des freien Öls unter- und oberhalb der Barriere 24 in zulässigen Gren zen bleibt. Ausserdem ermöglicht dieser Ring 22 eine gute Spulenabstützung. Besonders fällt bei diesem Aufbau auf, dass die Ölströ- mung denkbar einfach ohne bremsende Mehr fachumleitungen verläuft.
Auf eine Eigenschaft der Polsterelektrode ist noch hinzuweisen; durch -Wahl der Polster scheiben aus einem Material wesentlich höhe rer Dielektrizitätskonstante als Öl - das ist der Fall bei pressspan, der mit Öl getränkt etwa die zweifaehe Dielektrizitätskonstante be sitzt wie das Öl - kann erreieht werden, dass die hohe elektrische Beanspruchung in der Nähe der Schirmelektrode 4 gemildert und weiter von ihr verlegt wird, und zwar an Stel len, die ohne diese Feldsteuerung nur sehleelit ausgenutzt werden.
Das feste Isolationspolster kann gegebenenfalls auch so hergestellt wer den, dass ein Isolierstoff, z. B. Hartgummi oder Isolierpressstoff, um die Schirmelektrode herumgepresst wird.
Die beschriebene Polsterelektrode ist über die als Anwendungsbeispiele angeführten Fälle hinaus vielseitig verwendbar. So zum Beispiel bei Kabelendversehlüssen für hohe Spannung zur Abschirmung des hoch bean spruchten Kabelmantelendes, für ölgefüllte Hoelispannungsdurehfiihrungen aller Art zur Abschirmung des Durehführungsflansehes. Die Anwendung ist aber nietet nur auf Rand probleme, die sieh wie im vorstehenden in er ster Linie als Durchführungsprobleme erge ben, beschränkt, sondern sie empfiehlt sieh auch bei ebenen.
Anordnungen, etwa bei der Isolation der Ränder eines Hoehspannungs- plattenkondensators und in ähnlichen Fällen. Weiter ist darauf hinzuweisen, dass in man ehen Fällen sieh durch zweekentspreehende Kombination von Polsterelektroden mit. Win- kelringen günstige Anordnungen erzielen las sen.