CH618042A5

CH618042A5 - High-voltage winding

Info

Publication number: CH618042A5
Application number: CH587077A
Authority: CH
Inventors: Manfred Dr Weniger
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1976-06-24
Filing date: 1977-05-11
Publication date: 1980-06-30
Also published as: ATA383277A; IT1078321B; AT362016B; MX145786A; DE2628523B2; ES460059A1; BE856096A; DE2628523A1; DE2628523C3; JPS531817A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungswicklung mit einer zusammen mit jeder Drahtwindung aufgewickelten Bahn aus Isolierstoff mit einer der Breite der Hochspannungswicklung entsprechenden Breite.

Bei einer bekannten Hochspannungswicklung dieser Art (DT-PS 665 834) sind die Drahtwindungen aus einem Flachband hergestellt. Die Verwendung des Flachbandes hat den

Vorteil, dass die Drahtwindungen nicht stark auftragen, so dass die Bahnen aus Isolierstoff ohne Schwierigkeiten und im wesentlichen ohne Faltenbildung eingewickelt werden können. Ausserdem ist durch die Verwendung eines Flachbandes vermieden, dass durch den Wickelzug ausgeübte Kräfte zu einem Zerschneiden der Bahnen aus Isolierstoff durch die Drahtwindungen führen. Die bekannte Hochspannungswicklung ist jedoch insofern nachteilig, als bei ihr die Gefahr des Verschie-bens der Drahtwindungen, beispielsweise beim Tranport, gegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verhältnismässig einfach zu fertigende Hochspannungswicklung vorzuschlagen, in der sich die einzelnen Drahtwindungen in einer räumlich festen, unverrückbaren Lage befinden.

Zur Lösung dieser Aufgabe bestehen bei einer Hochspannungswicklung der eingangs beschriebenen Art erfindungsge-mäss die Drahtwindungen aus einem Runddraht, und die Bahnen aus Isolierstoff sind von einer Kunststoffolie gebildet, wobei die Kunststoffolie in ihrer Dicke im Hinblick auf den Durchmesser des Runddrahtes so bemessen ist, dass das Verhältnis vom Durchmesser zur Dicke grösser als 50 ist.

Der Vorteil der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung besteht vor allem darin, dass infolge Verwendung von Kunststoffolien mit einer im Hinblick auf den Durchmesser des verwendeten Runddrahtes vorgegebenen grössten Dicke die einzelnen Drahtwindungen formschlüssig von der Kunststoffolie innerhalb der Hochspannungswicklung eingeschlossen werden, so dass die einzelnen Drahtwindungen nicht nur im Innern der Hochspannungswicklung, sondern auch zu den Rändern hin in ihrer Lage fest angeordnet sind. Die erfindungsgemässe Hochspannungswicklung kann daher in jeder Einbaulage eingesetzt werden, also beispielsweise auch so, dass ihre Wicklungsachse in Richtung der Schwerkraft verläuft, ohne dass ein Abgleiten von Drahtwindungen zu befürchten ist. Auch während des Transportes der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung sind keine Verschiebungen der Drahtwindungen zu befürchten.

Die erfindungsgemässe Hochspannungswicklung kann als Zylinder- oder als Trapezwicklung ausgebildet sein. Ist sie in an sich bekannter Weise als Doppelwickel ausgebildet, dann ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass durch jeweils in das Innere der Wicklung gerichtete Kräfte in den Drahtwindungen mit besonders hoher Sicherheit ein Verschieben der äusseren Drahtwindungen innerhalb der Hochspannungswicklung vermieden ist.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Hochspannungswicklung nach Aufbringung der Drahtwindungen und der Kunststoffolie einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird. Verwendet man nämlich in vorteilhafter Weise eine Kunststoffolie aus einem bei Wärmebehandlung schrumpfenden Material, dann entstehen bei der Wärmebehandlung der Hochspannungswicklung Schrumpfkräfte der Kunststoffolie, die zur Bildung einer kompakten, selbsttragenden Spule führen. Mit der Wärmebehandlung wird nicht nur eine selbsttragende Spule gebildet, sondern eine Wicklung mit sehr kleinen Hohlräumen, wodurch die Teilentladungseinsetzspannung erhöht wird.

Als besonders vorteilhaft wird es erachtet, wenn die Hochspannungswicklung nach der Erfindung an beiden Seiten über die äusseren Drahtwindungen hervorstehende Ränder der Kunststoffolie aufweist. Bei einer Wärmebehandlung legen sich die hervorstehenden Ränder infolge der auftretenden Schrumpfkräfte in radialer Richtung um und verschliessen die Hochspannungswicklung seitlich.

Erfolgt die Wärmebehandlung der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung nach Evakuierung und Imprägnierung mit einem Isoliergas, beispielsweise Schwefelhexafluorid, dann ist in den Hohlräumen der Hochspannungswicklung das

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Isoliergas eingeschlossen. Es kann daher bei Verwendung der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung ein langwieriger Vakuum- und Imprägnierprozess eines Hochspannungsgerätes mit der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung entfallen. Dadurch tritt eine Senkung der Herstellungskosten ein.

Die Vakuumbehandlung und Imprägnierung mit Isoliergas ist bei der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung deshalb besonders einfach, weil die Hochspannungswicklung zu den Seiten weitgehend offen ist.

Bei der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung kann es vorteilhaft sein, an den Seiten der Hochspannungswicklung neben den jeweils äusseren Drahtwindungen Steuerelektroden einzulegen. Die Steuerelektroden können in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein, müssen jedoch in jedem Falle so ausgeführt sein, dass sie keine Kurzschlusswindung bilden.

Die Steuerelektroden sind in vorteilhafter Weise von spiralförmig geschlitzten Isolierschläuchen aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante oder von spiralförmig geschlitzten Schläuchen aus Isoliermaterial mit einem leitenden oder halbleitenden Überzug gebildet.

Gegebenenfalls kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Steuerelektroden von einer um die jeweils äussere Drahtwindung gelegten Isolierfolie mit leitender oder halbleitender Oberfläche gebildet sind.

Insbesondere dann, wenn in der Hochspannungswicklung sich über ihre Breite erstreckende steuernde Einlagen vorhanden sind, können die Steuerelektroden durch Falzung dieser steuernden Einlagen an ihren äusseren Rändern gebildet sein.

Sind in der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung Steuerelektroden an den Rändern eingelegt, dann ist es vorteilhaft, die Höhe der Elektroden so zu bemessen, dass sie höher als der Durchmesser des Runddrahtes sind. Die Steuerelektroden lassen sich dann auch dazu ausnutzen, eine mechanisch besonders feste Hochspannungswicklung zu schaffen.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Hochspannungswicklung besteht erfindungsgemäss darin, die Kunststoffolie über eine Führungsrolle zu führen, die an die Hochspannungswicklung angedrückt wird. Durch den unmittelbaren Kontakt der Führungsrolle mit der Hochspannungswicklung wird die Herstellung der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung wesentlich vereinfacht; es entstehen dann nämlich keine Probleme durch Faltenbildung der Kunststoffolie während des Aufwickeins.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung wird vorteilhafterweise hinsichtlich der Lagerung der Führungsrolle für die Kunststoffolie derart ausgeführt, dass nach Aufwickeln der jeweils äusseren Drahtwindung während einer Umdrehung der Hochspannungswicklung die Führungsrolle von der Hochspannungswicklung abgehoben wird. Dadurch ist ein zu hoher Anpressdruck auf die nach der jeweils äusseren Drahtwindung aufgebrachte nächste Drahtwindung vermieden.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in Figur 1 ein Schnitt durch eine erfindungsgemäss hergestellte Hochspannungswicklung gezeigt In Figur 2 ist in vergrössertem Massstab ein Ausschnitt aus der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung nach Figur 1 wiedergegeben. In den Figuren 3 und 4 ist eine Ausführung der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung als Doppelwickel dargestellt, und in Figuren 5 bis 7 sind Ausführungsbeispiele für verschiedene Steuerelektroden der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung gezeigt. In Figur 8 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung wiedergegeben.

Die in Figur 1 dargestellte Hochspannungswicklung 1 enthält durchgehend gewickelte Kunststoffolie 2 mit einer Breite, die der der Hochspannungswicklung 1 entspricht. Die Kunststoffolien 2 sind mit jeder Drahtwindung 3 aufgewickelt, so

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dass aufeinanderfolgende Drahtwindungen immer durch eine Bahn der Kunststoffolie 2 voneinander getrennt sind. Die Drahtwindungen 3 sind in bekannter Weise mit einem seitlichen Vorschub gewickelt, so dass die Drahtwindungen beispielsweise von links unten nach rechts oben und dann wieder umgekehrt von rechts nach links innerhalb der Hochspannungswicklung aufeinander folgen. Es ergibt sich damit in an sich bekannter Weise ein insofern vorteilhafter Aufbau einer Hochspannungswicklung, als an Enden 4 und 5 der Hochspannungswicklung 1, wo zwischen äusseren Drahtwindungen eine sehr hohe Spannung auftritt, viele Bahnen der Kunststoffolie 2 übereinander angeordnet sind und daher die notwendige Spannungsfestigkeit erzeugen.

Wie Figur 2 deutlich erkennen lässt, ist auf eine Bahn 6 der Kunststoffolie eine Drahtwindung 7 aus Runddraht aufgewik-kelt. Darauf ist eine weitere Bahn 8 Kunststoffolie gemeinsam mit einer weiteren Drahtwindung 9 derart aufgebracht, dass die Drahtwindung 9 neben der ersten Drahtwindung 7 zu liegen kommt. Entsprechend sind weitere Bahnen 10,11,12 usw. der Kunststoffolie gleichzeitig mit weiteren Drahtwindungen 13, 14,15 usw. aufgewickelt.

Da die Dicke a der Kunststoffolie im Hinblick auf den Durchmesser D des Runddrahtes der Drahtwindungen so gewählt ist, dass das Verhältnis von D/a>50 ist, ergibt sich die in der Figur 2 wiedergegebene Anordnung von Drahtwindungen und Kunststoffolie, deren wesentliches Merkmal in einer formschlüssigen Einbettung der einzelnen Drahtwindungen in der Kunststoffolie besteht.

Wird die Hochspannungswicklung für einen Spannungswandler vorgesehen, dann beträgt die Dicke der Kunststoffolie im Hinblick auf den Durchmesser der für die Hochspannungswicklung eines Spannungswandlers üblichen Runddrähte etwa 2 bis 5 |im.

Wie Figur 2 ferner zeigt, weisen die Bahnen 6,8,10,11 usw. über die äusseren Drahtwindungen 15 bzw. 16 hervorstehende Ränder 17 auf. Die überstehenden Ränder 17 bieten die vorteilhafte Möglichkeit, bei einer Wärmebehandlung der Hochspannungswicklung durch Schrumpfkräfte einen seitlichen Verschluss der Hochspannungswicklung zu erreichen. Besteht nämlich die Kunststoffolie aus einem bei Wärmebehandlung schrumpfenden Material, dann legen sich die hervorstehenden Ränder 17 in radialer Richtung um und verschliessen die Hochspannungswicklung an ihren Seiten. Dadurch wird nicht nur ein Abrutschen der äusseren Drahtwindungen 15 und 16 beispielsweise beim Transport mit letzter Sicherheit verhindert, sondern es wird auch Isoliergas in der Hochspannungswicklung eingeschlossen, das beispielsweise nach einer vorangehenden Vakuumbehandlung und Imprägnierung eingebracht ist.

In Abweichung von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 kann die Hochspannungswicklung nach der Erfindung auch ohne überstehende Ränder der Bahnen der Kunststoffolie hergestellt sein. Bei einer Hochspannungswicklung mit trapezförmiger Anordnung der Drahtlängen entspricht die Breite der Isolierfolie etwa der untersten Drahtlage. Gegebenenfalls kann die Hochspannungswicklung auch aus mehreren einander umfassenden trapezförmigen Teilspuren bestehen.

Die in Figur 3 schematisch dargestellte Hochspannungswicklung ist als an sich bekannter Doppelwickel 20,21 ausgeführt, enthält also gewissermassen zwei gleichzeitig gewickelte Teilspulen. Die Drahtwindungen 22 und 23 jeder der beiden Teilwicklungen sind jeweils gleichzeitig gemeinsam mit einer Kunststoffolie 24 aufgewickelt (vgl. Figur 4). Die Kunststoffolie 24 ist wiederum so breit gewählt, dass sie über die Enden der äusseren Drahtwindungen hervorstehende Ränder aufweist.

Das in Figur 5 im Schnitt teilweise dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung unterscheidet sich von dem nach den Figuren 1 und 2 dadurch, dass am Rand 26 der Hochspannungswicklung 27 ein

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Isolierschlauch 28 aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante eingelegt ist. Dieser Isolierschlauch 28 dient als Steuerelektrode. Gleichzeitig kann er zur Herstellung einer möglichst fest gewickelten Hochspannungswicklung beitragen, wenn er eine Höhe H aufweist, die grösser als der DurchmesseV 5 D des verwendeten Runddrahtes 29 ist. In vorteilhafter Weise ist die Höhe H so gewählt, dass sie durch folgende Gleichung bestimmt ist

H = D (1 + -Jç-).

Anstelle eines Is'olierschlauches kann auch ein Schlauch aus Isolierstoff mit einem halbleitenden oder leitenden Überzug verwendet werden. Unabhängig von der speziellen Ausführung der Steuerelektrode ist dafür zu sorgen, dass die Schläuche mit 15 einem spiralförmig verlaufenden Schlitz 30 versehen sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist die Steuerelektrode aus einer um eine äussere Drahtwindung 31 gewik-kelten Isolierfolie 32 gebildet, die vorteilhafterweise eine Dicke b hat, die dem Quotienten aus dem Durchmesser D des verwen-20 deten Runddrahtes 31 und-J2 entspricht. Die Isolierfolie 32 kann auch mit einem halbleitenden oder leitenden Belag versehen sein.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 7 ist die Steuerelektrode von einem gefalzten Rand 33 einer steuernden Einlage 3425

gebildet, die sich über die gesamte Breite der Hochspannungswicklung 35 erstreckt. Die Dicke c der steuernden Einlage ist dabei zweckmässigerweise doppelt so hoch wie der Durchmesser D des verwendeten Runddrahtes 36, um mittels der Steuerelektrode eine mechanisch feste Hochspannungswicklung herstellen zu können.

Die in Figur 8 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung enthält einen in nicht dargestellter Weise angetriebenen Wickeldorn 40, dem über eine vorschiebbare Spindel 41 aus einer Vorratsspule 42 der Runddraht 43 zugeführt wird.

Zum gleichzeitigen Aufbringen einer Kunststoffolie 44 ist eine Führungsrolle 45 vorgesehen, über die die aus einer weiteren Vorratsspule 46 entnommenen Kunststoffolie gleichzeitig mit dem Runddraht 43 aufgewickelt wird. Die Führungsrolle 45 ist an die Hochspannungswicklung während des Herstellungsvorganges angedrückt, um ein Aufbringen der Kunststoffolie 44 ohne Faltenbildung zu ermöglichen.

Ist jeweils die äussere Drahtwindung gewickelt, dann wird mittels eines von der Vorschubspindel 41 bei der Vorschubumkehr abgleiteten und über eine Leitung 47 gegebenen Signals die Führungsrolle 45 für eine Umdrehung der Hochspannungswicklung entgegen der Kraft einer Zugfeder 48 jeweils abgehoben, um einen zu starken Anpressdruck auf die der jeweils äusseren Drahtwindung folgende Drahtwindung zu vermeiden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

618042 PATENTANSPRÜCHE

1. Hochspannungswicklung mit einer zusammen mit jeder Drahtwindung aufgewickelten Bahn aus Isolierstoff mit einer der Breite der Hochspannungswicklung entsprechenden Breite, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtwindungen (3) aus einem Runddraht bestehen und dass die Bahnen (2) aus Isolierstoff von einer Kunststoffolie gebildet sind, wobei die Kunststoffolie in ihrer Dicke (a) im Hinblick auf den Durchmesser (D) des Runddrahtes so bemessen ist, dass das Verhältnis von Durchmesser (D) zur Dicke (a) grösser als 50 ist (Fig. 1 und 2).

2. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Doppelwickel (20,21) ausgebildet ist (Fig. 3).

3. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffolie aus einem bei Wärmeeinwirkung schrumpfenden Werkstoff besteht.

4. Hochspannungswicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungswicklung an ihren beiden Seiten durch in radialer Richtung umgelegte Ränder (17) der Kunststoffolie verschlossen ist.

5. Hochspannungswicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlräumen der Hochspannungswicklung Isoliergas eingeschlossen ist.

6. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Seiten der Hochspannungswicklung neben den jeweils äusseren Drahtwindungen Steuerelektroden (28,32,33) befinden (Fig. 5 bis 7).

7. Hochspannungswicklung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektroden von Isolierschläuchen (28) oder von spiralförmig geschlitzten Schläuchen aus Isoliermaterial mit einem leitenden oder halbleitenden Überzug gebildet sind.

8. Hochspannungswicklung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektroden von einer um jeweils die äussere Drahtwindung(31) gelegten Isolierfolie (32) mit leitender oder halbleitender Oberfläche gebildet sind (Fig. 6).

9. Hochspannungswicklung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektroden durch Falzung von sich über die Breite der Hochspannungswicklung erstreckenden leitenden oder halbleitenden Einlagen (34) an ihren äusseren Rändern (33) gebildet sind (Fig. 7).

10. Hochspannungswicklung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektroden eine den Durchmesser (D) des Runddrahtes überschreitende Höhe (H) aufweisen (Fig. 5).

11. Verfahren zur Herstellung einer Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsrolle (45), über die die Kunststoffolie (44) auf die Hochspannungswicklung geführt wird, an die Hochspannungswicklung angedrückt wird (Fig. 8).

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrolle (45) nach Aufwickeln der jeweils äusseren Drahtwindung während einer Umdrehung der Hochspannungswicklung von der Hochspannungswicklung abgehoben wird (Fig. 8).