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Hochspannungswicklung für Transformatoren mit Spannungssteuerung Hoehspannungswieklungen für Transformatoren werden bekanntlich durch Stossspannungen steiler Front hohen dielektrischen Beanspruchungen ihrer Wicklungsisolation ausgesetzt, wobei die Stärke dieser Beanspru- ehung im wesentlichen von den kapazitiven Verhältnissen abhängt.
Es hat sich gezeigt, dass diese Spannungsbeanspruchung um so geringer ist, je grösser das Verhältnis von Wicklungs- und Erdkapazi- tät und je linearer damit die Spannungsverteilung längs der Wieklung ist. Diese Bedingung ist aber gewöhnlich nicht vorhanden, so dass besondere Massnahmen für die Beeinflussung und Verbesserung der Spannungsverteilung und der kapazitiven Verhältnisse notwendig sind.
Bekanntlich hat man ausserhalb der 'ieklungen zwischen der Ober- und Unter- spannunrswieklung sowie zwischen der Oberspannungswicklung und Erde liegende beson- fiere Mittel, wie Steuerringe und Steuerbeläge, nietallisehe Schilder und Sehirme vorgesehen, inn bei Spannungsstössen eine bessere Spannungsverteilung zu erhalten. Diese Massnah- nien vergrössern jedoch den für die Isolation benötigten Raum und erschweren durch Einfügen dieser Mittel deren Herstellung. Bei nicht genügend sorgfältiger Ausführung kann sogar die Isolation dadurch geschwächt werden.
Man hat deshalb vorgeschlagen, die Windungen selbst zur kapazitiven Spannungssteuerung heranzuziehen, so dass die Isolation zwischen den Wicklungen und zwischen Wicklung und Eisen wie bei einer ungesteuerten Wieklung ausgeführt werden kann. Zu diesem Zweck werden Windungen aneinandergewik- kelt, die elektrisch nicht unmittelbar hintereinandergeschaltet sind. Dadurch wird der Ladestrom und damit die kapazitive Wirkung infolge der höheren Spannung zwischen den Windungen erhöht.
Man hat. solche Wieklungen auf folgende Weise ausgeführt: Es sei angenommen, da.ss die Hochspannungswieklung aus mehreren konzentrisch zueinander in verschiedenen Ebenen liegenden Scheibenspulen aufgebaut ist. Jede Scheibenspule besitzt dann Windungen, die spiralförmig gewickelt sind. Ohne kapazitive Potentialsteuerung wird eine solche -\V icklung in einem Gange gewickelt, so dass die aneinanderliegenden Windungen bei be- triebsfrequenter Spannung eine Potentialdifferenz gegeneinander haben, die der in einer Windung induzierten Spannung, der Windungsspannung, entspricht..
Um nun Windungen selbst zur kapazitiven Steuerung heranzuziehen, müssen zwischen den so gewickelten Windungen andere Windungen mitgewickelt werden, deren Potentialdifferenz bei betriebsfrequenter Spannung gegenüber den anliegenden Windungen grösser als die
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Windungsspannung ist. Dies kann man bei-, spielsweise so ausführen, dass die Windungen einer solchen Scheibenspule zweigängig gewickelt sind, wobei die beiden Gänge gegeneinander ein verschiedenes Potential besitzen. Um diesen Potentialunterschied zu erhalten, ist es nötig, den Anfang eines Ganges mit Windungen elektrisch zu verbinden, die an einer von diesem Anfang entfernt liegenden Stelle der Wicklung, z. B. am Ende des andern Ganges, liegen, wo das gewünschte Potential entsteht.
Diese Verbindungen liegen innerhalb der Wicklung und erfordern isolationstechnisch und herstellungsmässig, vor allem bei höchsten Spannungen, eine besonders sor-o-- fältige Ausführung und . zusätzliche Massnahmen, die die Fabrikation verteuern.
Man ist deshalb bestrebt, die Anzahl der zweigängig gewickelten Windungen möglichst klein zu halten. Man könnte daran denken, nur für einen kleinen Wicklungsteil, beispielsweise die Scheibenspulen am Hochspannungseingang, zweigängig zu wickeln, bei den darauffolgenden Scheibenspulen aber die Wicklung ungesteuert, also eingängig züi lassen. Dies bedingt aber einen plötzlichen Übergang in der Kapazitätsverteilung, der besonders bei höchsten Spannungen wegen der dadurch entstehenden ungünstigen elektrischen Feldverteilung unzweckmässig ist.
Erfindungsgemäss wird deshalb vorgeschlagen, in jeder Scheibenspule einer aus ineh- reren Sebeibenspulen bestehenden Hoehspan- nungswieklung einen Teil in der beschriebenen Weise zweigängig zu wickeln, wobei also Windungen aneinanderliegen, deren gegenseitiger Potentialunterschied bei betriebsfrequenter Spannung ein Mehrfaches einer Windungs- spannung beträgt, um den andern Spulenteil eingängig zu wickeln, wobei also Windringen aneinanderliegen, deren Potentialunterschied gerade eine Windungsspannung beträgt,
und in aufeinanderfolgenden Scheibenspulen die Anzahl der zweigängig und eingängig gewickelten Windungen entgegengesetzt zu verändern, also beispielsweise bei einseitigen, an Erde liegenden Wicklungen die Anzahl der zweigängig gewickelten Windun- gen allmählich abnehmen und die Anzahl der eingängig gewickelten Windungen entsprechend zunehmen zu lassen. Hierbei wird eine Potentialsteuerung erreicht, die allmählich vom Hoelispannungseing-ang- aus gesehen abnimmt, so da.ss der übrige Teil der -#Vieli:lung in bekannter Weise eingängig gewickelt sein kann.
Bei beidseitig an Potential liegenden Wicklungen liegen an beiden Enden Scheiben mit zweigängig gewickelten Teilen und in der Mitte nur eingängig gewickelten Scheiben.
Dadurch, dass bei dieser Anordnung gemäss der Erfindung ein Teil einer Scheibenspule wie bei nichtgesteuerten Wicklungen eingängig gewickelt ist, ist es möglich, die Verbindungsleitungen zwischen den Gängen der zweigängig gewickelten Windungen wenigstens teilweise kürzer züi halten oder überhaupt wegfallen zu lassen. Dies hängt von der Lage und Schaltung der einzelnen Teile der Scheibenspule und der Verbindung zweier in benachbarten Ebenen liegenden Scheibenspulen ab.
Uni schwierige Verbindungen zu ersparen, kann die gewünschte Potentialdifferenz über den eingängigen Wicklungsteil erhalten werden.
Um äussere Verbindungen züi ersparen, ist es zweckmässig, zwei aufeinanderfolgende Scheibenspulen, die also in verschiedenen Ebenen liegen, zu einem Spulenpaar zusammenzufassen. Es werden dann Windungen beider Scheibenspulen elektrisch miteinander verbunden, so da.ss Windungen der dem Hochspannungseingang näher liegenden Scheibenspule einen grösseren Potentialunterschied bei betriebsfrequenter Spannung gegen das Ein- frangspot.e.ntia.l besitzen, als Windungen in der nachfolgenden Scheibenspule.
Hierdurch hat man die Möglichkeit, Verbindungen, die von einem Wicklungsteil zum andern gehen, über Windungen: der andern Scheibenspule züi führen und dadurch die eigentliche Verbindungsleitung so kurz wie möglich zu machen.
Es ist ferner bekannt, die Eisensäulen. auf die die W ieklungen aufgebaut sind, für jeden Pol des Transformators zu teilen. und
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mehrere Säulen vorzusehen; dann muss auch die Wicklung entsprechend aufgeteilt sein. Auch für diese Anordnung kann der Er- riiidungsgedanke angewendet werden und bringt. wickelteehnische Vorteile.
Nicht unerwähnt soll bleiben, dass bei der Ausführung einer Wicklung entsprechend der Erfindung eine Windung nicht nur aus einem einzigen Leiter zu bestehen braucht, sondern auch aus mehreren parallelen Leitern zusammengesetzt sein kann, die unmittelbar anein- anderliegen oder durch Isolation voneinander getrennt sind.
Die Fig. 1 bis 6 veranschaulichen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Fig. 1 zeigt. in einem einfachen Schema. grundsätzlich die gestaffelte Ausführung von zwei- und eingängigen Spulenteilen. In den Fig. 2 bis 6 sind Querschnitte durch die Wicklung für verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes gezeigt.
In der Fig. 1 sind die einzelnen Windungen -nicht näher dargestellt. Die Linie 1 - deutet den Eisenkern an, um den die Wicklung gewickelt, ist. Es sind im ganzen zwölf Scheibenspulen dargestellt, die mit den Ziffern 2 bis 13 bezeichnet sind, wobei der Hochspannungseingang an der Scheibenspule 2 zu denken ist. Innerhalb einer Scheibenspule dicht nebeneinanderliegende Linien deuten zweigängige Spulenteile an, während ein einziger Linienzug einen eingängigen Spulen- teil darstellt. In den Scheibenspulen 2 und 3 sind danach mehr zweigängig gewickelte und weniger eingängig gewickelte Windungen als in den Scheibenspulen 4 und 5.
In diesen sind wiederum mehr zweigängig und weniger eingängig gewickelte Windungen als in den Scheibenspulen 6 und 7 usw. Durch diese Anordnung nimmt also die Anzahl der zweigängig gewickelten Windungen allmählich ab und diejenige der eingängig gewickelten Windungen zu, so dass die kapazitiv e Steuerung vom Hochspannungseingang aus gesehen allmählich verringert. wird. Die untersten Scheibenspulen 8 bis 13 sind nur noch eingängig gewickelt. In den folgenden Fig. 2 bis 6 sind auch die einzelnen Windungen selbst angedeutet. Die Scheibenspulen sind im Querschnitt dargestellt.
Jedes Rechteck bedeutet. eine Win- dtmg. Der Zusammenhang der einzelnen Winclungen ist durch ausserhalb der Scheibenspule gezeichnete Verbindungen angegeben, obwohl in Wirklichkeit der Übergang von einer zur andern Windung durch die Windungsspirale selbst ohne gesonderte Verbindungsleitung entsteht. Rechtecke mit gleicher Schraffur geben zusammenhängend gewickelte Windungen an. Rechtecke mit waagrechter Schraffur sind eingängig gewickelte, Rechtecke mit schräger Schraffur zweigängig gewickelte Windungen. Die zu einem Gang gehörenden Windungen sind durch die gleiche Richtung der Schraffur und die entsprechenden Verbindungslinien leicht. zu erkennen.
Fig.2 zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens, bei der zwei aufeinanderfolgende, in verschiedenen Ebenen liegende Scheibenspulen 14, 15 und 16, 17 zu Spulenpaaren zusammengefasst sind, bei denen die Anzahl der eingängig und zweigängig gewickelten Windungen innerhalb eines Spulenpaares gleich gross ist und der zweigängige Spulenteil zwischen eingängigen Spulenteilen geschaltet ist.
Der Hochspannungseingang liegt an der Stelle 18, von dort aus geht es zuerst über den eingängigen Spulenteil 19 und dann in den ersten Gang des zweigängigen Spulenteils 20, von dort in die folgende Scheibenspule 15 über den ersten Gang und dann an der Stelle 21 wieder in die obere Scheibenspule 14 zurück in den zweiten Gang, dann wieder in die untere Spule 15 über den zweiten Gang in den eingängigen Spulenteil 22, von wo schliesslich in das nächste Spulenpaar 16, 17 hinübergeführt wird. Dort ist die Anzahl der eingängig gewickelten Windungen 23 um vier vermehrt und die Anzahl der zweigängig gewickelten Windungen 24 um vier vermindert..
Die nachfolgenden Scheibenspulen sind nicht dargestellt. In diesen nimmt. die Anzahl der zweigängig gewickelten Windungen weiter ab und die Anzahl der eingängig gewik- keltenWindungen weiter zu. Man erkennt aus
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dieser Anordnung insbesondere, dass alle Verbindungen, z. B. 25 und 26, in den einzelnen Scheibenspulen und in Teilen jeder Scheibenspule nur zwischen-, neben- oder aneinanderliegenden Windungen gelegt zu werden brauchen.
Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der der eingängige Spulenteil 2 7 zwischen zweigängigen Spidenteilen geschaltet ist. Der Hochspannungseingang liegt. hier bei 28, von dort aus wird erst ein Gang des zweigängigen Spulenteils 29 gewickelt. Dann geht man in die nächste Ebene in den ersten Gang des zweigängig gewickelten Spulenteils 44 und von hier aus in den eingängigen Wiekliungsteil 30, von dort nach 27 in der ersten Scheibenspule und endlich in den zweiten Gang der zweigängigen Wicklungen 29 und 44.
In den beiden Fig. 2 und 3 ist die Win- dungszahl der eingängigen und zweigängigen Spulenteile innerhalb eines Spulenpaares, z. B. 14 und 15, gleich. In der Fig. 4 ist eine Ausführung gezeigt, in der die Anzahl innerhalb eines Spulenpaares verschieden ist, dafür aber in aufeinanderfolgenden Scheibenspulen 32, 33 verschiedener Spulenpaare 31, 32 und 33, 34 gleich ist. Der Wicklungsgang ist etwa derselbe wie er für die Fig. 3 beschrieben wurde. Auch hier ist. der eingängige Spulenteil zwischen den zweigängigen geschaltet.
Fig. 5 zeigt. noch eine Anordnung, bei der mehrere eingängige Spulenteile 35 vorhanden sind. Der zweigängige Spulenteil liegt hierbei in der Mitte jeder Scheibenspule.
Fig. 6 zeigt eine Hochspannungswicklung, die aus zwei Eisensäulen 36 und 37 aufgebaut ist. Man erkennt, dass in gleichen Ebenen liegende Spulenpaare beider Säulen miteinander verbunden sind. Um Kreuzungen von Scheibenspulen zu vermeiden, sind die Verbindungen 38 zwischen den Spulenteilen beider Säulen verschränkt ausgeführt. Die Verbindungen 38 führen entweder von der Scheibenspule 40 des Eisenkernes 36 zu der Scheibenspule 41 des andern Eisenkernes 37 oder von der Scheibenspule 42 zur Scheibenspule 43.
Sie verbinden also jeweils die obere Scheibenspule der einen Säule mit der untern Scheibenspule der andern Säule und umgekehrt. Dadurch entsteht eine Verschränkung der Verbindungsleitungen. Auf diese Weise ist es möglich, die Verbindung 39 zu dem nachfolgenden Spulenpaar kurz ohne Kreuzung einer Scheibenspule zu machen.