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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.
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High-voltage winding made of disc coils for oil transformers or choke coils It is well known that insulating barriers are used for insulation in the area of the highest voltage differences, which remove the free space between two electrodes of different potential, e.g. B. subdivide windings of transformers or reactors. A distinction is made between two winding systems for the windings: layer windings or disc coil windings. In the LaCen windings, the winding elements consist of layers, in the disc coils they consist of individual discs.
Since with layer windings the layers are wound radially on top of each other, falls over a layer, i.e. H. along the axial extent of the winding, for example in the main scattering channel, a relatively low voltage. In the case of disc coil windings, on the other hand, the entire voltage drops along the axial contour of the winding. The invention is based on the object of finding an arrangement for such a coil winding which modifies the known arrangements so that they can be used for even higher operating voltages.
Fig. 1 shows an example of a known arrangement for pancake coil windings. The low-voltage winding, which is wound in any way, is denoted by 1, the disc coils of the high-voltage winding are denoted by 2. In the edge area of the winding, flange parts 3 are provided which are bent out of cylinders 4 by being outlined, or angle rings 5 nested with simple cylinders 4 '. If the top disc coil 2 is at the highest voltage, d. H. At the input potential 2 ', a potential line image, which is drawn in with a dashed line 6, arises, particularly in the case of surge voltage loads.
A continuous oil channel or oil gap is always arranged along the axial extension (see arrow 7) for cooling reasons.
The stress along the channel 7 becomes very high when the tensions become higher and higher and the shorter the axial extent of the winding. When a surge voltage occurs, the entire surge voltage drops in accordance with the distribution of the winding and earth capacitances over a few coils. This acts as if the axial winding length, which is claimed along the axial path 7, was still shortened. Special measures must therefore be taken in order to increase the withstand surge voltage along the channel 7 so that it is above the maximum surge voltage difference occurring along 7.
Everyone knew that: n arrangements were always achieved by artificially linearizing the surge voltage distribution, that is, the surge voltage difference along 7 was reduced. For linearization, the mutual coil capacitance has usually been increased, e.g. B. by winding or winding nesting, or the earth capacitance of the coils 2 is reduced, especially in the entrance area, for example by shields or the like.
With a given surge voltage difference, however, the withstand surge voltage can also be increased by reducing the free axial oil lengths 7 by subdivision. The subdivision means an increase in the dielectric strength of the entire undivided axial oil section 7. The invention makes possible an arrangement in which the dielectric strength of these oil sections is increased very effectively so that extremely high voltages in transformers with disk coils can be mastered.
It relates to a high-voltage winding made of disc coils for oil transformers or choke coils, in which the oil space between the outer surface of the high-voltage winding and the surfaces of the low-voltage winding and / or the boiler wall is evenly divided radially alternately into liquid and solid insulating layers by concentric insulating cylinders, with the axial Lengths of the insulating cylinders in the area of the windings decrease more and more as they approach the high-voltage winding radially and connect to the cylinder end faces with flanges which protrude radially between each two adjacent disc coils of the high-voltage winding,
whereby the flanges placed on the higher-voltage cylinders engage in the coils of higher voltage than the
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flanges placed on the cylinders further away from the high voltage.
This creates insulation angles with flanges on one or both sides, which are located between the outer surface of the high-voltage winding and the radially adjacent electrode surfaces, in particular the outer surfaces of the inner or outer concentric windings or the outer boiler walls or
the inner core, with its cylinder parts coaxially and with its flange parts protruding at least on one side between different coils of the high-voltage winding axially so that the insulating oil surrounding the high-voltage coils is divided into separate oil spaces in an L or U shape,
so that an increasing axial subdivision of the free axial oil gaps is achieved both from the high-voltage winding to the radially adjacent electrodes and from the coils of this winding with a low potential to those with a higher potential in accordance with the increasing surge voltage differences. In this case, the oil connection between the separate oil spaces expediently only takes place within the high-voltage winding.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to FIGS. 2-4 of the drawing. The same reference numerals as in the known arrangement according to FIG. 1 have been chosen for the same parts. In FIG. 2, the coils 2 are connected in such a way that the top coil is connected to the input potential 2 '. The insulation angles consist of cylindrical parts 4 and flange parts 3 outside the winding, similar to that in FIG. 1.
In addition, however, there are further flange parts 8, which protrude between different coils of the high-voltage winding with staggered potential, which have the effect that the continuous oil section 7 in FIG having.
The use of insulation angles that engage in the coils has already been proposed. However, these insulation angles are only used to clad the coil edges with solid insulation and increase the surge voltage resistance between adjacent coils. However, a continuous axial oil gap 7, which has the same axial length as the winding length and over which almost the full surge voltage drops, always remains in the radial vicinity of the angle lying close to the winding.
By designing the insulating angles from flanges 8 and cylinder parts 4 that encompass one another, the insulating oil surrounding the high-voltage coils, in particular between high-voltage coils 2 and low-voltage coils 1, is divided into separate oil spaces. This will. From the high-voltage coils 2 radially to the low-voltage coil 1, a sequence of radial barriers, which do not allow a continuous oil gap, is created as before. But (the number of barriers increases for the coils 2, which are located near the input 2 ', corresponding to the increasing voltage there against the winding 1.
In the case of the known cylinder barriers in the scattering channel, the number of insulating barriers dividing radially between the individual high-voltage coils and the low-voltage coils is the same; H. for coils with the highest surge voltage difference to the low-voltage winding just as large as for the lowest, for which barriers are not needed.
In the embodiment according to the invention, however, this number is economically and sensibly graded. The lowermost of the coils 2 has no radial subdivision at all by an insulating barrier after the winding 1, for example according to FIG. In addition and in a completely new way, the same overall U-shaped curved insulating barriers, consisting of parts 3, 4 and 8, ensure that there are no continuous axial oil gaps between the coils of the high-voltage winding with higher potential and those with lower potential are in that the oil chambers are also divided axially there.
Since the highest surge voltages occur in the vicinity of the entrance in the case of surge voltage distributions, the staggering of the U-shaped insulating barriers surrounding one another will be chosen so that the lengths of the arrows 7, i.e. H. the lengths of the free axial oil paths to the coils with higher potential, d. H. decrease towards the inlet 2 'so that the specific oil strength increases, as shown in Fig. 2.
3 shows an exemplary embodiment for a coil winding with a so-called center input, in which the input 2 'is led to a shield ring 2 "in the center of the winding, from which the galvanic connection to the disc coils 2 takes place in two parallel branches The branch continues above 2 ', the other below 2' axially to the end faces. The insulating barriers between the coils 2 and the low-voltage winding 1 are again U-shaped. They consist of U-shaped flange parts 8 and the cylinder parts 4, both Flange parts protrude into the coils.
Such winding arrangements according to FIG. 3 with a center input are used for the highest voltages in order to avoid the fringing field which occurs in FIGS. 1 and 2 at the end faces of the coils 2 which are connected to the input 2 '.
It can also be seen in FIG. 3 that the axial free oil paths 7 can be subdivided as finely as desired. In the example, an axial subdivision comprising two coils is made near the entrance.
Finally, FIG. 4 shows a section from the pancake coil winding 2, in which insulating barriers with cylinder parts 4 and outwards with cylinder parts 4 'are provided both inwards towards the low voltage winding 1 on the left and outwards, for example towards the boiler wall 1' on the right are. The flange parts are denoted by 8 and 8 '. The oil chambers that are separated from one another are designated here in more detail with the low-voltage winding with 9 or against the wall with 9 '.
The oil connection between the separate oil spaces 9 is now done either via oil deflections 10 within the winding, in that the inner and outer flange parts leave openings 11 free, or through an oil flow 12 indicated by an arrow, in that radial gaps 11 'remain free within the coil. These radial gaps 11 'can be offset from coil to coil so that no axially continuous oil gaps arise here either. The offset of 11 'is made every two coils in FIG.
The U-shaped or angled insulating barriers do not now need to be closed. They can also be formed by overlapping cylinder and angle parts if it is only ensured that the overlapping length 13 is sufficiently large (FIG. 5). They can also be formed by sharpened inclined mortises - as indicated on the left in FIG. 5. However, the principle must always be maintained that no axially
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going oil gap in the area between high-voltage winding 2 and low-voltage winding radially near the coils 2 is present.
Any fine subdivision of the encompassing U-shaped barriers can achieve any high axial and radial dielectric strength of the insulation, which supplements or replaces the known control measures with which the surge voltage distribution is to be improved.
Of course, both the control measures and thus the voltage linearization along the winding as well as the increase in the insulation strength through axial and radial subdivision into small oil gaps can be used to isolate for particularly high operating voltages. According to the measures according to the invention, which make it possible to use the coil windings for the highest operating voltages, it is possible to manage with much smaller winding dimensions or to achieve substantially higher dielectric strength ztt.