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Hochspannungswicklung aus Scheibenspulen für Öl-Transformatoren oder Drosselspulen Bekanntlich verwendet man zur Isolierung im Gebiet höchster Spannungsdifferenzen Isolierbarrieren, die den freien Raum zwischen zwei Elektroden unterschiedlichen Potentials, z. B. Wicklungen von Transformatoren oder Drosselspulen, unterteilen. Bei den Wicklungen unterschiedet man zwei Wickelsysteme: Lagenwicklun- gen oder Scheibenspulenwicklungen. Bei den LaCen- wicklungen bestehen die Wicklungselemente aus Lagen, bei den Scheibenspulen aus Einzelscheiben.
Da bei Lagenwicklungen die Lagen radial aufcinandergewickelt sind, fällt über einer Lage, d. h. längs der axialen Ausdehnung der Wicklung, beispielsweise im Hauptstreukanal, eine verhältnismässig geringe Spannung ab. Bei Scheibenspulenwicklungen dagegen fällt die gesamte Spannung längs der axialen Kontur der Wicklung ab. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für eine solche Spulenwicklung zu finden, welche die bekannten Anordnungen so abwandelt, dass diese für noch höhere Betriebsspannungen anwendbar werden.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer bekannten Anordnung für Scheibenspulenwicklungen. Die beliebig gewickelte Unterspannungswicklung ist mit 1, die Scheibenspulen der Hochspannungswicklung sind mit 2 bezeichnet. Im Randgebiet der Wicklung sind Flanschteile 3, die aus den Zylindern 4 durch Umreissen gebogen sind, oder mit einfachen Zylindern 4' verschachtelte Winkelringe 5 vorgesehen. Liegt die oberste Scheibenspule 2 auf höchster Spannung, d. h. am Eingangspotential 2', so entsteht insbesondere bei Stossspannunas- beanspruchungen ein Potentiallinienbild, das gestrichelt mit 6 eingezeichnet ist.
Längs der axialen Erstreckung (siehe Pfeil 7) wird aus Kühlungsgründen immer ein durchgehender Ölkanal oder Ölspalt angeordnet.
Die Beanspruchung längs des Kanals 7 wird nun sehr hoch, wenn die Spannungen immer höher werden und je kürzer die axiale Erstreckung der Wicklung ist. Bei auftreffender Stossspannung fällt zudem entsprechend der Verteilung der Wicklungs- und Erdkapazitä- ten über wenigen Spulen die gesamte Stossspannung ab. Das wirkt so, als ob die axiale Wicklungslänge, die längs der axialen Strecke 7 beansprucht wird, noch verkürzt wäre. Man muss deswegen besondere Mass- nahmen ergreifen, um die Stehstossspannung längs des Kanals 7 so heraufzusetzen, dass sie über der maximal längs 7 auftretenden Stossspannungsdifferenz liegt.
Das wurde bei allen bekannt:n Anordnungen immer dadurch erreicht, dass die Stossspannungsverteilung künstlich li- nearisiert, dass also die Stossspannungsdifferenz längs 7 verringert wurde. Zur Linearisierung hat man meist die gegenseitige Spulenkapazität erhöht, z. B. durch Win- dungs- oder Wicklungsverschachtelung, oder auch die Erdkapazität der Spulen 2 insbesondere im Eingangsbereich verringert, etwa durch Schilde oder dgl.
Man kann aber bei gegebener Stossspannungsdif- ferenz auch die Stehstossspannung erhöhen, indem man die freien axialen Öllängen 7 durch Unterteilung ver- ring#Izrt. Die Unterteilung bedeutet eine Erhöhung der Spannungsfestigkeit der gesamten ununterteilten axialen Ölstrecke 7. Eine Anordnung, bei der die dielektrische Festigkeit dieser Ölstrecken sehr wirksam heraufgesetzt wird, so dass extreme Höchstspannungen in Transformatoren mit Scheibenspulen beherrscht werden können, ermöülicht die Erfindung.
Sie betrifft eine Hochspannungswicklung aus Scheibenspulen für Öltransformatoren oder -drosselspulen, bei der der Ölraum zwischen der Mantelfläche der Hochspannungswicklung und den Flächen der Niederspannungswicklung und/oder der Kesselwand gleich- mässig durch konzentrische Isolierzylinder radial alternierend in flüssige und feste Isolierschichten aufgeteilt ist, wobei die axialen Längen der Isolierzylinder im Bereich der Wicklungen mit radialer Annäherung an die Hochspannungswicklung immer mehr abnehmen und an den Zylinder-Stirnseiten Flansche anschliessen, welche zwischen je zwei benachbarte Scheibenspulen der Hochspannungswicklung radial hineinragen,
wobei die auf die hochspannungsnäheren Zylinder gesetzten Flansche in die Spulen höherer Spannung eingreifen, als die
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auf die hochspannungsferneren Zylinder gesetzten Flansche.
Es entstehen somit Isolierwinkel mit ein- oder beidseitigen Flanschen, die sich zwischen der Mantelfläche der Hochspannungswicklung und den radial benachbarten Elektrodenflächen, insbesondere den Manteflä- chen der innen- oder aussenliegenden konzentrischen Wicklungen oder den aussenliegenden Kesselwänden bzw.
innenliegendem Kern, mit ihren Zylinderteilen koaxial und mit ihren mindestens einseitig zwischen verschiedene Spulen der Hochspannungswicklung hineinragenden Flanschteilen axial so umfassen, dass das die Hochspannungsspulen umgebende Isolieröl in voneinander getrennte Ölräume L- oder U-förmig unterteilt ist,
so dass sowohl von der Hochspannungswicklung nach den radial benachbarten Elektroden radial aufgeteilte Ölspalte als auch von den Spulen dieser Wicklung mit niedrigem Potential zu denen mit höherem Potential entsprechend den steigenden Stossspannungsdifferenzen eine zunehmende axiale Unterteilung der freien axialen Ölspalte erreicht wird. Hierbei erfolgt die Ölverbindung zwischen den getrennten Ölräumen zweckmässig nur innerhalb der Hochspannungswicklung.
Anhand der Fig.2-4 der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es wurden dabei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in der bekannten Anordnung nach Fig. 1 gewählt. In Fig. 2 sind die Spulen 2 so geschaltet, dass die oberste Spule an das Eingangspotential 2' angeschlossen wird. Die Isolierwinkel bestehen aus zylindrischen Teilen 4 und Flanschteilen 3 ausserhalb der Wicklung ähnlich wie in Fig. 1.
Zusätzlich sind aber weitere Flanschteile 8, die zwischen im Potential gestaffelte verschiedene Spulen der Hochspannungswicklung hineinragen, angeordnet, welche bewirken, dass die in Fig. 1 durchgehende Ölstrecke 7 in viele kleine Ölstrecken 7 unterteilt wird, deren gesamte dielektrische Festigkeit einen vielfachen Wert der nnunterteilten Ölstrecke aufweist.
Es ist zwar schon die Verwendung von Isolierwin- keln vorgeschlagen worden, die in die Spulen eingreifen. Diese Isolierwinkel dienen jedoch nur der Verkleidung der Spulenränder mit fester Isolation und erhöhen die Stossspannungsfestigkeit zwischen benachbarten Spulen. Immer aber bleibt in radialer Nachbarschaft der dicht an der Wicklung liegenden Winkel ein durchgehender axialer Ölspalt 7, der die gleiche axiale Länge hat wie die Wicklungslänge und über dem nahezu die volle Stossspannung abfällt.
Durch die Ausgestaltung der Isolierwinkel aus sich umfassenden Flanschen 8 und Zylinderteilen 4 wird erreicht, dass das die Hochspannungsspulen umgebende Isolieröl, insbesondere zwischen Hochspannungsspulen 2 und Unterspannungsspulen 1, in getrennte Ölräume unterteilt ist. Dadurch wird. von den Hochspannungsspulen 2 radial zur Niederspannungsspule 1 wie bisher eineFolge von radialenBarrieren, die keine durchgehende Ölspalte erlauben, geschaffen. Aber (die Zahl der Barrieren steigt für die Spulen 2, die nahe dem Eingang 2' liegen, entsprechend der dort ansteigenden Spannung gegen die Wicklung 1.
Bei den bekannten Zylinderbarrieren im Streukanal ist die Anzahl der zwischen den einzelnen Hochspannungsspulen und den Niederspannungsspulen radial unterteilenden Isolierbarrieren gleich, d. h. für Spulen mit höchster Stossspannungsdifferenz zur Niederspannungswicklung genau so gross wie für niedrigste, für die man Barrieren gar nicht benötigt.
Diese Anzahl ist bei der Ausführung nach der Erfindung jedoch wirt- schaftlich und sinnvoll gestuft. Die unterste der Spulen 2 hat so beispielsweise nach Fig.2 überhaupt keine radiale Unterteilung durch eine Isolierbarriere nach der Wicklung 1 hin. Zusätzlich und ganz neuartig wird aber durch die gleichen insgesamt U-förmig gebogenen Iso- lierbarrieren, bestehend aus den Teilen 3, 4 und 8, erreicht, dass auch von den Spulen der Hochspannungswicklung mit höherem Potential zu denen mit niedrigerem Potential keine durchgehenden axialen Ölspalte vorhanden sind, indem dort die Ölräume ebenfalls axial unterteilt sind.
Da bei Stossspannungsverteilungen die höchsten Stossspannungen in der Nähe des Eingangs auftreten, wird man die Staffelung der um sich umgreifenden U-förmigen Isolierbarrieren so wählen, dass die Längen der Pfeile 7, d. h. die Längen der freien axialen Ölstrek- ken nach den Spulen mit höherem Potential hin, d. h. nach dem Eingang 2' hin abnehmen, so dass die spezifischen ölfestigkeiten ansteigen, wie in Fig.2 dargestellt.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Spulenwicklung mit sogenanntem Mitteneingang, bei der der Eingang 2' zu einem Schirmring 2" in der Mitte der Wicklung geführt ist, von dem aus die galvanische Verbindung zu den Scheibenspulen 2 in zwei parallelen Zweigen erfolgt. Der eine Zweig setzt sich oberhalb 2', der andere unterhalb 2' axial zu den Stirnseiten fort. Die Isolierbarrieren zwischen den Spulen 2 und der Niederspannungswicklung 1 haben wieder U-Form. Sie bestehen aus U-förmigen Flanschteilen 8 und den Zylinderteilen 4, wobei jeweils beide Flanschteile in die Spulen hineinragen.
Solche Wicklungsanordnungen nach Fig. 3 mit Mitteneingang verwendet man für die höchsten Spannungen, um das Randfeld, das bei Fig. 1 und 2 an den Stirnseiten der Spulen 2, die an den Eingang 2' angeschlossen sind, auftritt, zu vermeiden.
Auch in Fig. 3 erkennt man, dass die axialen freien Ölstrecken 7 beliebig fein unterteilt werden können. Im Beispiel ist in der Nähe des Eingangs eine zwei Spulen umfassende axiale Unterteilung vorgenommen.
Fig.4 zeigt schliesslich einen Ausschnitt aus der Scheibenspulenwicklung 2, bei der sowohl nach innen zur Unterspannungswicklung 1 links hin, als auch nach aussen etwa zur Kesselwand 1' rechts hin, Isolierbarrie- ren mit Zylinderteilen 4 bzw. nach aussen mit Zylinderteilen 4' vorgesehen sind. Die Flanschteile sind mit 8 und 8' bezeichnet. Die voneinander getrennten Ölräume sind hier näher der Unterspannungswicklung mit 9 bzw. gegen die Wand mit 9' bezeichnet.
Die Ölverbindung zwischen den getrennten Ölräu- men 9 geschieht nun entweder über Ölumlenkungen 10 innerhalb der Wicklung dadurch, dass die inneren und äusseren Flanschteile Öffnungen 11 frei lassen oder durch eine durch Pfeil gezeichnete Ölströmung 12 dadurch, dass innerhalb der Spule radiale Spalte 11' freibleiben. Diese radialen Spalte 11' können von Spule zu Spule versetzt sein, damit auch hier keine axial durchgehenden Ölspalte entstehen. Die Versetzung von 11' ist in Fig. 4 alle zwei Spulen vorgenommen.
Die U- oder winkelförmigen Isolierbarrieren brauchen nun nicht geschlossen zu sein. Sie können auch durch überlappte Zylinder- und Winkelteile gebildet werden, wenn nur dafür gesorgt ist, dass die überlap- pungslänge 13 genügend gross ist (Fig. 5). Sie können auch durch angeschärfte Schrägverzapfung - wie in Fig. 5 links angedeutet - ausgebildet werden. Stets muss aber das Prinzip erhalten bleiben, dass kein axial durch-
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gehender Ölspalt im Gebiet zwischen Hochspannungswicklung 2 und Niederspannungswicklung radial nahe den Spulen 2 vorhanden ist.
Durch beliebig feine Unterteilung der sich umgreifenden U-förmigen Barrieren lässt sich eine beliebig hohe axiale und radiale Spannungsfestigkeit der Isolation erreichen, die die bekannten Steuerungsmassnahmen, mit denen die Stossspannungs- verteilung verbessert werden soll, ergänzen oder ersetzen.
Selbstverständlich wird man wahlweise sowohl die Steuerungsmassnahmen und damit die Spannungslineari- sierung längs der Wicklung als auch die Erhöhung der Isolationsfestigkeit durch axiale und radiale Unterteilung in kleine Ölstrecken anwenden, um für besonders hohe Betriebsspannungen zu isolieren. Nach den erfin- dungsgemässen Massnahmen, die es ermöglichen, die Spulenwicklungen für höchste Betriebsspannungen zu verwenden, gelingt es, mit wesentlich kleineren Wicklungsdimensionen auszukommen bzw. wesentlich höhere Spannungsfestigkeit ztt erreichen.