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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.
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High-voltage winding for transformers with voltage control It is known that high-voltage fluctuations for transformers are exposed to high dielectric stresses on their winding insulation due to surge voltages at steep fronts, the strength of this stress essentially depending on the capacitive conditions.
It has been shown that this voltage stress is lower, the greater the ratio of winding and earth capacitance and the more linear the voltage distribution along the curve. However, this condition is usually not present, so that special measures are necessary to influence and improve the voltage distribution and the capacitive conditions.
As is well known, outside of the effects between the high and low voltage and between the high voltage winding and earth, special means such as control rings and control pads, riveted signs and screens have been provided to ensure better voltage distribution in the event of voltage surges. However, these measures increase the space required for the insulation and, by adding these means, make it more difficult to manufacture. If this is not done carefully enough, the insulation can even be weakened.
It has therefore been proposed to use the windings themselves for capacitive voltage control, so that the insulation between the windings and between the winding and the iron can be carried out in the same way as with uncontrolled weighing. For this purpose, turns are wound together that are not electrically connected directly one behind the other. This increases the charging current and thus the capacitive effect due to the higher voltage between the windings.
One has. Such movements are carried out in the following way: It is assumed that the high-voltage movement is made up of several disc coils concentric to one another in different planes. Each disc coil then has turns that are wound in a spiral. Without capacitive potential control, such a winding is wound in one turn, so that the adjacent turns have a potential difference to one another at operating frequency voltage, which corresponds to the voltage induced in one turn, the winding voltage.
In order to use the windings themselves for the capacitive control, other windings have to be wound between the windings wound in this way, the potential difference of which is greater than that of the adjacent windings when the voltage is at the operating frequency
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Winding voltage is. This can be done, for example, in such a way that the turns of such a disc coil are wound with two turns, the two turns having a different potential relative to one another. In order to obtain this potential difference, it is necessary to electrically connect the beginning of a gear with turns which are located at a point in the winding that is remote from this beginning, e.g. B. at the end of the other aisle, where the desired potential arises.
These connections are located within the winding and require a particularly careful execution in terms of insulation and manufacturing, especially at the highest voltages. additional measures that make manufacturing more expensive.
The aim is therefore to keep the number of twists and turns as small as possible. One could think of only winding two turns for a small part of the winding, for example the disc coils at the high-voltage input, but leaving the winding uncontrolled, i.e. catchy, on the subsequent disc coils. However, this causes a sudden transition in the capacity distribution, which is inexpedient, especially at the highest voltages, because of the unfavorable electrical field distribution that results.
According to the invention, it is therefore proposed to wind a part in the described manner in two turns in each disk coil of a high voltage wedge consisting of internal self-winding coils, so that turns are adjacent to one another, the mutual potential difference of which is a multiple of a winding voltage at operating-frequency voltage and the other To wind the coil part in a single-thread manner, with wind rings lying next to one another, the potential difference of which is just one winding voltage,
and to change the number of two-start and one-start windings in opposite directions in successive disc coils, i.e. gradually decrease the number of two-start windings and increase the number of single-start windings for one-sided, grounded windings. In this case, a potential control is achieved which gradually decreases as seen from the Hoelis voltage input, so that the remaining part of the multiplication can be coiled in a known manner.
In the case of windings at potential on both sides, there are disks with two-thread wound parts at both ends and only single-thread wound disks in the middle.
The fact that in this arrangement according to the invention part of a disc coil is wound in a single thread as in non-controlled windings, it is possible to keep the connecting lines between the turns of the two-thread turns at least partially shorter or to omit them at all. This depends on the position and circuit of the individual parts of the disc coil and the connection between two disc coils located in adjacent planes.
To save difficult connections, the desired potential difference can be obtained via the single-thread winding part.
In order to save external connections, it is expedient to combine two successive disc coils, which are therefore in different planes, to form a coil pair. The windings of both disc coils are then electrically connected to one another, so that the windings of the disc coil closer to the high-voltage input have a greater potential difference at operating-frequency voltage against the capture spot than windings in the subsequent disc coil.
This allows connections that go from one winding part to the other to be routed to the other disc coil via turns and thereby to make the actual connecting line as short as possible.
It is also known the iron columns. on which the signals are built, to be shared for each pole of the transformer. and
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to provide several pillars; then the winding must also be divided accordingly. The idea of relief can also be applied and brought about for this arrangement. winding advantages.
It should not go unmentioned that when executing a winding according to the invention, a turn does not only have to consist of a single conductor, but can also be composed of several parallel conductors which are directly adjacent to one another or separated from one another by insulation.
FIGS. 1 to 6 illustrate exemplary embodiments of the subject matter of the invention. Fig. 1 shows. in a simple scheme. basically the staggered design of two-thread and single-thread spool parts. 2 to 6 show cross sections through the winding for various embodiments of the subject matter of the invention.
In Fig. 1, the individual turns are not shown in detail. Line 1 - indicates the iron core around which the winding is wrapped. A total of twelve disc coils are shown, which are designated by the numbers 2 to 13, the high-voltage input on the disc coil 2 is to be thought of. Lines lying close to one another within a disc coil indicate two-start coil parts, while a single line represents a single-start coil part. In the disc coils 2 and 3 there are then more double-turn and less single-flight turns than in the disc coils 4 and 5.
In these, in turn, there are more double-thread and less single-thread windings than in the disc coils 6 and 7, etc. With this arrangement, the number of double-thread turns gradually decreases and that of the single-thread turns increases, so that the capacitive control from the high-voltage input seen gradually decreased. becomes. The lowermost disc coils 8 to 13 are only wound with one thread. In the following FIGS. 2 to 6, the individual windings themselves are also indicated. The disc coils are shown in cross section.
Each rectangle means. a win- dtmg. The relationship between the individual windings is indicated by connections drawn outside the disc coil, although in reality the transition from one winding to the other is created by the spiral winding itself without a separate connecting line. Rectangles with the same hatching indicate coherently wound turns. Rectangles with horizontal hatching are single-thread windings, rectangles with diagonal hatching are double-thread windings. The turns belonging to a corridor are light due to the same direction of the hatching and the corresponding connecting lines. to recognize.
2 shows an embodiment of the inventive concept in which two successive disc coils 14, 15 and 16, 17 lying in different planes are combined to form coil pairs, in which the number of single and double wound turns within a coil pair is the same and the double Coil part is connected between catchy coil parts.
The high-voltage input is at point 18, from there it goes first via the single-thread coil part 19 and then into the first gear of the two-turn coil part 20, from there into the following disc coil 15 via the first gear and then back into the at point 21 Upper disc coil 14 back into the second gear, then back into the lower coil 15 via the second gear into the single-thread coil part 22, from where the next coil pair 16, 17 is finally passed over. There the number of single-thread turns 23 is increased by four and the number of double-thread turns 24 is reduced by four.
The following disc coils are not shown. In this takes. the number of two-start windings continues to decrease and the number of single-start windings continues to increase. One recognizes from
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this arrangement in particular that all connections, e.g. B. 25 and 26, need to be placed in the individual disc coils and in parts of each disc coil only between, adjacent or adjacent turns.
Fig. 3 shows a similar arrangement in which the single-thread coil part 27 is connected between two-thread spider parts. The high voltage input is on. here at 28, from there only one turn of the two-turn coil part 29 is wound. Then one goes to the next level in the first gear of the two-turn wound coil part 44 and from here into the single-turn weighing part 30, from there to 27 in the first disc coil and finally into the second gear of the two-turn windings 29 and 44.
In both FIGS. 2 and 3, the number of turns of the single-thread and double-thread coil parts within a coil pair, e.g. B. 14 and 15, the same. 4 shows an embodiment in which the number is different within a coil pair, but is the same in successive disc coils 32, 33 of different coil pairs 31, 32 and 33, 34. The winding pitch is roughly the same as that described for FIG. 3. Here too is. the single-thread coil part is switched between the double-thread.
Fig. 5 shows. Another arrangement in which a plurality of single-thread coil parts 35 are present. The two-start coil part is in the middle of each disc coil.
6 shows a high-voltage winding which is made up of two iron columns 36 and 37. It can be seen that pairs of coils lying in the same planes of both columns are connected to one another. In order to avoid crossovers of disc coils, the connections 38 between the coil parts of the two columns are designed to be crossed. The connections 38 lead either from the disc coil 40 of the iron core 36 to the disc coil 41 of the other iron core 37 or from the disc coil 42 to the disc coil 43.
So they each connect the upper disc coil of one column with the lower disc coil of the other column and vice versa. This creates an entanglement of the connecting lines. In this way it is possible to make the connection 39 to the subsequent coil pair short without crossing a disc coil.