Hochspannungswicktung für Hochspannungstransförmatoren, <B>die</B> als Lagenwicklung derart ausgebildet ist, dass die achsialen Längen der durch isolierende Schichten von einander getrennten Windungslagen auch nach aussen abgestuft sind.
Bei den heutigentags üblichen Arbeits- und Messtransformatoren für hohe und höchste Spannungen ist die Hochspannungswicklung als sogenannte Scheibenwicklung ausgebildet und von der Niederspannungswicklung durch einen besonderen Isolierk-Z;rpei- getrennt an geordnet. Die Scheibenwicklung bietet wohl den Vorzug einer geeigneten Spannungsab stufung längs der zwischen den beiden Hoch spannungspolen des Transformators liegenden Strecke- sie vermeidet jedoch nicht (lag Auf treten erheblicher Potentialdifferenzen inner halb der einzelnen Scheibenspulen.
Bedeutende Schwierigkeiten bereitet die Frage der Isolierung der Hoehspannungs- wicklunggegen die Niederspannungswicklung. Der zwischen beiden Wicklungen angeordnete 1.solierkörper muss einerseits eine genügend grosse Durchschlagsfestigkeit besitzen, ander seits muss er so ausgebildet sein, dass längs seiner Oberfläche, und. zwar zwischen den Endscheiben der Hochspannungswicklung und <B>C</B> der Niederspannungswicklung, bezw. dem Eisenkern, keine (J1iminentladungen-und durch solche eingeleitete Überschläge eintreten.
Um der ersten Bedingung bei geringem Material- auf wand zu genügen, strebt man eine niGglichst gleichmässige elektrische Beanspruchung des Isoliermaterials an. Dies wird nach bekannten Vorschlägen dadurch ei-reicht, dass man in den Isolierkörper koaxiale leitende Schichten einbettet und diese entweder einpolig mit bestimmten Punkten der Hochspannungs wicklung leitend verbindet oder, indem man sie als Wicklung ausbildet und zwischen<B>je</B> zwei Punkte der Hochspannungswicklung schaltet.
Durch die Einbettung der auf bestimmte Potentiale gebrachten Zwischenleiter in den lqoliei,1,-iii-per wird auch erzielt, dass das Spannungsgefälle längs der r,#mrisslinie des Isolierkörpers nach einem bestimmten Gesetz verläuft.
Wird die Dicke des Isolierkörpers in seinen zwischen den Endseheiben der J:Iochspannungswicklung und seinen Enden liegenden Endstücken abgestuft, so kann es erreicht werden, dass das Spannungsgefälle längs den Unirisslinien der Endstücke sich zwischen gewissen Höchstwerten und Mindest werten ändert und an keiner Stelle eine be stimmte Höchstgrenze überschreitet.
Will man bei Transformatoren<B>für</B> Betriebs spannungen von<B>100</B> Kilovult und noch mehr eine betriebssichere Bauart auf diesem Wege erzielen, so gelangt man zu solchen Längs abmessungen des Isolierkörpers, dass dessen Herstellung mit den heutigentags bekannten Mitteln unmöglich ist. Doch auch im Bereiche niedriegerer Betriebsspannungen bietet die Anwendung des durch eingebettete leitende- Schichten unterteilten Isolierkörpers mannig fache Nachteile.
Denn um annähernd eine Konstanz des Spannungsgefälles längs der kon'schen Endstücke des Isolierkörpers zu erzielen, muss die Zahl der einzLibettenden Schichten sehr gross gewählt sein, was hohe Herstellungskosten des Isolierkörpers zur Folge hat. Weiter hat diese Bauart den Nachteil, dass der Aussendurchmesser des Isolierkörpers und somit die gesamte Windungslänge der Ileebspannungswicklung sehr gross gerät.
Diese Nachteile sind durch eine mit nach aussen -abgestuften achsialen Längen. der Win- dungslaigen versehenen Lagenwicklung ver mieden, indem gemäss derErfindungdieLängen der durch i-solierende Schichten voneinander getrennten Windungslagen derart abgestuft sind,
dass das Spannungsgefälle längs einer in einer achsialen l#ibene liegenden Umrisslinie der Hochspannungswicklung nahezu konstant ist und ein gewisses zulässiges Höchstmass nicht überschreitet. Zweckmässig wird hierbei die Windungszahl auf die Längseinheit in allen Lagen gleich gross gewählt, so dass die auf<B>je</B> eine Lage entfallende Spannung von .den kernnahen, langen Lagen zu den äussern kurzen Lagen hin gesetzmässig abnimmt.
Es ist in diesem Fall die Dicke der zwischen den einzelnen Lagen befindlichen Isolier schichten gesetzmässig abzustufen, um die maximalen dielektrischen Beanspruchungen der einzelnen in achsialer Richtung ungleich- mässig beanspruchten Isolierschichten gleich oder nahezu gleich zu machen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. <B>1</B> der Zeichnung für einen ein- spuligen Transformator dargestellt. Es sind darin<B>1</B> der Eisenkern. 2 die Niederspannungs wicklung-,<B>3</B> ein Isolierrohr. Falls der Spulen- anfang geerdet wird, ist dieses L3olierrohr nur aus Gründen der Fe.stigkeit vorgesehen; ZD n andernfalls muss es auch einer gewissen Spannung gewachsen sein.
Die Hochspannungs wicklung nimmt ihren Anfang 'bei 4, und zwar wird der Windungsanfatig durch Erdung oder Verbindung mit der Niederspannungs wicklung auf ein niedriges Potential gebracht. DieersteWindungslage4-5istvon derzweiten Lage<B>7-8</B> durch eine der Lagenspannung entprechend bemessene Isolierung, beispiels weise ein Hartpapierrohr 21, getrennt. Mit Rücksicht auf den Potentialunterschied zwi schen dem Anfang 4 der ersten Lage und dem.
Ende<B>8</B> der zweiten Lage ist diese nicht ganz bis zum Windungsanfang 4 geführt, sondern endigt um ein gewi.,3>,es Stück *9 eher, während eine Versetzung des Anfanges <B>10</B> der nächsten Lage<B>10-11</B> wegen der all diesem Punkte herrschenden Potentialgleich heit nicht stattzufinden braucht,<B>6</B> ist das Isolationsrohr zwischen den Lagen 4-5 und <B>7-8,</B> 12 dasjenige zwischen den Lagen<B>7-8</B> und<B>10-11.</B> Die Stärke der Isolationsrohre.
zwischen den einzelnen Lagen ist dabei ab gestuft, um die dielektrische Beanspruchung in allen Isolationslagen nahezu gleich zu machen, und zwar nimmt dementsprechend die Isolationsstärke voll innen nach aussen zu ab. Es werden aber die äussern Isolations schichten oder -rohre noch etwas stärker gewählt, um gegen Wanderwellen. einen Schutz zu erhalten.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsforni eines Transformators mit zwei nach den vorgenann- teil Grundsätzen aufgebauten Hochspaunungs- spulen dargestellt.
Hierin sind 14 der Eisen kern,<B>16</B> ein die Niederspannungswicklung umfassendes Rohr, dass die beiden achiial nebeneinander auf deinselben Kernschenkel an geordneten HochNpannungswicklungen <B>17</B> und <B>1,3</B> gegen die Niederspanntingswicklung i>o- liert, falls<B>die</B> Verbindungsstelle beider Hoch spannungswicklungen ans Betriebsgründen nicht, wie dargestelltl geerdet werden kann.
Bei einer Nich',erdung der Verbindungsstelle der Hoclispannungswicklungen <B>17, 18</B> genügt aber ein verhältnismässig schwaches Isolier rohr, da es nur auf der halben Betriebsspan nung ausgesetzt ist.<B>19</B> und 20 sind die Hoehspannungsklemmen, in die die letzten -%#.'iridtii)geii auslaufen.
Da die Enden der Windungslagen, auch wenn man die einzelnen Isolierrohre etwas überstehen lässt, unmittelbar an Luft grenzen, muss die Gesariitlänge der Hochspannungs- wieklung verhältnismässig gross gewählt wer den, damit das Spannungsgefälle auf der Längseinheit längs einer in einer achsialen Ebene liegenden Umrisslinie nicht so stark wird,
dass die zur Vermeidung von Glimm- erscheinungen gerade noch zulässige Bean spruchung der Luft überschritten wird.<B>></B> Eine wesentliche Verkürzung der Wick lung wird dadurch erzielt, dass die einzelnen Windungslagen vollkommen in Isolierniaterial eingebettet sind, das eine höhere elektrische Beanspruchung aushält, als Luft.
Dies ist dadurch erreicht, dass gewissermassen in Fort setzung der einzelnen Drahtwindungen etwa gleich starke Lagen aus nichtleitenden Stoffen, beispielsweise Papierschnüre, auf die die einzel- neu Lagen voneinander trennenden Isolations rohre aufgeschoben oder gewickelt und die Rohre selbst entsprechend verlängert sind.
Die Fig. <B>-3</B> und 4 der Zeichnung veran- schauliehen im Schnitt zwei Ausführungs formen einer derartigen Einrichtung. Wie Fig. <B>3</B> zeigt, sind über die einzelnen 1solier- rohre 2 abgestufte Drahtlagen<B>23</B> usw. an geordnet.
An sämtliche Windungslagen schlies- sen sich.zusätzliche Windungen<B>25</B> ans Papier kordel an, und zwar in derartiger Länge, dass im grossen und ganzen die äussere Form der Drahtwicklung beibehalten ist. Die Wick- Jung wird -nach Fertigstellung der einzelnen Lagen mit einem flüssigen Isolierstoff, beispiels weise erhitztem Paraffin, getränkt, so dass der Wicklungskörper keine Luftreste enthält, besonders nicht an der Stelle der Lagen aus Papierkordel.
In Fizg. 4 ist die zweite Ausführungsform dargestellt, bei der zwar etwas mehr Mate rial als bei der ersten verbraucht wird, die dafür aber sieh ei-lieblich leichter und damit auch billiger herstellen lässt. Hierbei s nd die Isol'errohre "2 alle von gleicher Länge und es werden die sämtlichen Win- dungslagen durch die sich an die einzelnen Drahtwindungen anschllef)enden Windungen <B>25</B> ans Papierschnur auf die gleiche Länge gebracht.
Auf diese Weise ergibt sich ein zylindrischer Körper, der sich sehr leicht mit flüssig gemachtem Paraffin ausgiessen und tränken lässt. Durch das Vollwicheln der Einzellagen zu einer zylindrischen Gesamt wicklung ei-zielt man auch mechanisch gün stigere Verhältnisse. Das kommt besonders dann zur Geltung, wenn die Isolierschichten zwischen den einzelnen Lagen aus Papier oder einem ähnlichen nicht starken Stoff her gestellt werden.
High-voltage winding for high-voltage transformers, <B> which </B> is designed as a layer winding in such a way that the axial lengths of the winding layers separated from one another by insulating layers are also stepped outwards.
In today's common working and measuring transformers for high and extremely high voltages, the high-voltage winding is designed as a so-called disc winding and is separated from the low-voltage winding by a special insulating Z; rpei-. The disc winding probably offers the advantage of a suitable voltage gradation along the distance between the two high-voltage poles of the transformer - it does not, however, avoid significant potential differences occurring within the individual disc coils.
The question of isolating the high-voltage winding from the low-voltage winding causes significant difficulties. The insulating body arranged between the two windings must have a sufficiently high dielectric strength on the one hand, and on the other hand it must be designed so that along its surface, and. although between the end plates of the high-voltage winding and <B> C </B> the low-voltage winding, respectively. the iron core, no minute discharges and flashovers initiated by them occur.
In order to meet the first condition with little material expenditure, one strives for an as uniformly as possible electrical stress on the insulating material. According to known proposals, this is achieved by embedding coaxial conductive layers in the insulating body and connecting them either unipolarly to certain points of the high-voltage winding or by making them a winding and between two Points of the high-voltage winding switches.
By embedding the intermediate conductors brought to certain potentials in the lqoliei, 1, -iii-per, it is also achieved that the voltage gradient runs along the line of the insulator according to a certain law.
If the thickness of the insulating body is graduated in its end pieces located between the end disks of the J: Yoke voltage winding and its ends, it can be achieved that the voltage gradient along the unidirectional lines of the end pieces changes between certain maximum values and minimum values and at no point a certain one Exceeds maximum limit.
If you want to achieve <B> for </B> operating voltages of <B> 100 </B> kilovults and even more an operationally reliable design in this way with transformers, one arrives at such longitudinal dimensions of the insulating body that its manufacture with the means known today is impossible. But even in the range of lower operating voltages, the use of the insulating body, which is subdivided by embedded conductive layers, has many disadvantages.
Because in order to achieve approximately a constant voltage gradient along the conical end pieces of the insulating body, the number of layers to be embedded must be very large, which results in high manufacturing costs for the insulating body. This type of construction also has the disadvantage that the outside diameter of the insulating body and thus the entire turn length of the live voltage winding is very large.
These disadvantages are due to an outward-graded axial length. the layer winding provided with the winding layers is avoided in that, according to the invention, the lengths of the winding layers separated from one another by insulating layers are graded in such a way that
that the voltage gradient along a contour line of the high-voltage winding lying in an axial line is almost constant and does not exceed a certain maximum permissible value. The number of turns on the longitudinal unit is expediently chosen to be the same in all layers, so that the tension that is allocated to <B> each </B> one layer decreases from the long layers close to the core to the outer short layers.
In this case, the thickness of the insulating layers between the individual layers has to be graded according to the law in order to make the maximum dielectric stresses of the individual insulating layers, which are unevenly stressed in the axial direction, the same or almost the same.
An exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 1 of the drawing for a single-coil transformer. It contains <B> 1 </B> the iron core. 2 the low-voltage winding, <B> 3 </B> an insulating tube. If the beginning of the coil is earthed, this insulating tube is only provided for reasons of strength; ZD n otherwise it must also be able to cope with a certain tension.
The high-voltage winding starts at 4, and the winding system is brought to a low potential by grounding or connecting to the low-voltage winding. The first winding layer 4-5 is separated from the second layer <B> 7-8 </B> by an insulation dimensioned according to the layer tension, for example a hard paper tube 21. With regard to the potential difference between the beginning 4 of the first layer and the.
At the end of <B> 8 </B> of the second layer, this is not all the way to the start of the winding 4, but ends at a certain, 3>, it a bit * 9 rather, while an offset of the beginning <B> 10 </ B > the next layer <B> 10-11 </B> does not need to take place because of the equality of potential that prevails at all these points, <B> 6 </B> is the insulation tube between layers 4-5 and <B> 7-8 , </B> 12 that between layers <B> 7-8 </B> and <B> 10-11. </B> The thickness of the insulation tubes.
between the individual layers is graduated in order to make the dielectric stress almost the same in all insulation layers, and accordingly the insulation thickness decreases from the inside to the outside. But the outer insulation layers or pipes are chosen to be a little stronger to protect against traveling waves. to receive protection.
FIG. 2 shows an embodiment of a transformer with two high-voltage coils constructed according to the above-mentioned principles.
Here are 14 of the iron core, <B> 16 </B> a tube encompassing the low-voltage winding, that the two axially next to each other on the same core leg of ordered high-voltage windings <B> 17 </B> and <B> 1,3 </ B > against the low voltage winding i> oiled if <B> the </B> connection point of the two high voltage windings cannot be earthed as shown for operational reasons.
If the connection point of the high voltage windings <B> 17, 18 </B> is not grounded, however, a relatively weak insulating tube is sufficient, since it is only exposed to half the operating voltage. 19 and 20 are the high-voltage terminals into which the last -% #. 'iridtii) geii run out.
Since the ends of the winding layers are immediately adjacent to air, even if the individual insulating tubes are allowed to protrude somewhat, the total length of the high-voltage oscillation must be selected to be relatively large so that the voltage gradient on the longitudinal unit along a contour line lying in an axial plane is not so becomes strong
that the air load, which is just allowed to avoid glowing phenomena, is exceeded. <B>> </B> A significant shortening of the winding is achieved by the fact that the individual winding layers are completely embedded in insulating material, which has a higher electrical level Withstands stress than air.
This is achieved in that, to a certain extent, in continuation of the individual wire windings, layers of non-conductive materials of the same thickness, for example paper cords, are pushed or wound onto the insulating tubes separating the individual layers and the tubes themselves are extended accordingly.
FIGS. 3 and 4 of the drawing illustrate, in section, two embodiments of such a device. As FIG. 3 shows, stepped wire layers 23 etc. are arranged over the individual insulating tubes 2.
Additional turns <B> 25 </B> on the paper cord adjoin all the winding layers, and in fact in such a length that, by and large, the external shape of the wire winding is retained. After the individual layers have been completed, the Wick-Jung is soaked in a liquid insulating material, for example heated paraffin, so that the winding body does not contain any air residues, especially not at the location of the paper cord layers.
In Fizg. 4 the second embodiment is shown, in which a little more material is consumed than in the first, but which, however, can be manufactured more easily and therefore cheaper. In this case, the insulating tubes "2" are all of the same length and all the winding layers are brought to the same length by the turns 25 on the paper cord that connect to the individual wire windings.
This results in a cylindrical body that can be very easily poured and soaked with liquefied paraffin. By fully winding the individual layers into a cylindrical overall winding, mechanically more favorable conditions are also achieved. This is particularly important when the insulating layers between the individual layers are made of paper or a similar non-strong material.