CH90162A - High-voltage winding for high-voltage transformers, which 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. - Google Patents

High-voltage winding for high-voltage transformers, which 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.

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CH90162A
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  

      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.

 

Claims (1)

<B>PATENTANSPRUCH:</B> Hochspannungswicklung für Hochspan nungstransformatoren, die als Lagenwicklung derart ausgebildet ist, dass die achsialen Längen der durch isolierende. Schichten von einander getrennten Windungslagen nach aussen abgestuft sind, gekennzeichnet durch eine derartige Abstufung, dass das auf einen bestimmten Höchstwert festgestellte Span nungsgefälle längs einer in einer achsialen Ebene liegenden Unirisslinie der Hochspan nungswicklung nahezu konstant ist. <B> PATENT CLAIM: </B> High-voltage winding for high-voltage transformers, which is designed as a layer winding in such a way that the axial lengths of the insulating. Layers of separate winding layers are stepped outwards, characterized by such a gradation that the voltage gradient established at a certain maximum value is almost constant along a plain line of the high-voltage winding lying in an axial plane. UNTERANSPRMIE: <B>1.</B> Hochspannungswicklung nach dem Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Isolationsschichten zwischen den einzelnen Lagen derart abgestuft ist, dass die höchste dieelektrische Beanspruchung in sämtlichen Schichten nahezu gleich ist. 2. UNDER CLAIM: <B> 1. </B> High-voltage winding according to the patent claim, characterized in that the thickness of the insulation layers between the individual layers is graded in such a way that the highest dielectric stress in all layers is almost the same. 2. Hochspannungswicklung nach dem Patent anspruch und Unteranspruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die die einzelnen Lagen trennenden Isolierschichten ver- längert sind und sich an die einzelnen Drahtlagen beiderseits Lagen aus Isolier material, beispielsweise Windungen aus Papierkordel anschliessen, wobei zweck mässig die gesamte Wicklung mit erstar rendem Isoliermaterial getränkt ist. High-voltage winding according to the patent claim and dependent claim <B> 1, </B> characterized in that the insulating layers separating the individual layers are elongated and layers of insulating material, for example turns of paper cord, are attached to the individual wire layers on both sides, with the purpose moderately the entire winding is soaked with solidifying insulating material. <B>3.</B> Hochspannungswicklung nach dein Unter anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daG alle Windungslagen dureh die beiderseits zusätzliche Bewicklung mit Isolations- inatürlalauf diegleicheLängegebrachtsind. <B> 3. </B> High-voltage winding according to your sub-claim 2, characterized in that all winding layers are made to be the same length due to the additional winding on both sides with natural insulation.
CH90162D 1919-06-30 1920-06-16 High-voltage winding for high-voltage transformers, which 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. CH90162A (en)

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