DE1049971B - - Google Patents

Description

DEUTSCHES

INTERNAT. KL. H 02 1

PATENTAMT

L27864Vmb/21d²

ANMELDETAG: 14.JUNI1957

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER

AUSLEGESCHRIFT: 5. FEBRUAR 1959

In der Hochspannungstechnik, insbesondere in Transformatoren, werden für verschiedene Zwecke leitende Schichten verwendet. Insbesondere bei Transformatoren mit hohen Spannungen und hohen Leistungen muß man mit Rücksicht auf die Isolation und auf den Streufluß besondere Maßnahmen ergreifen. Sind die Streufelder zu hoch, so entstehen zu hohe Wirbelstromverluste, die zu unzulässigen Erwärmungen und gegebenenfalls zum Durchbrennen des Materials führen können, wenn man die leitende Fläche zu groß wählt. Es ist daher schon daran gedacht worden, die leitende Fläche in Streifen oder Teilflächen zu unterteilen. Da bei dieser Unterteilung an den Kanten der Teilflächen hohe Feldstärken auftreten und diese eine komplizierte und schwierige, in manchen Fällen sogar kaum durchzuführende Isolation verlangen, ist es Aufgabe der Erfindung, hier eine Lösung zu finden, gemäß der eine gesonderte Isolation der unterteilten Metallflächen unterbleiben kann.

Das Problem einer derartigen Isolation tritt nicht nur bei Metallschilden in Lagenwicklungen oder bei Schirmringen aus Isolierstoff mit außen aufgebrachten Metallschichten auf, sondern erstreckt sich in gleichem Maße auch auf Preßkonstruktionen, wie Z_i B. die Spulendruckplatten aus Isoliermaterial und abschirmende Metallflächen zur Abdeckung der scharfen Kanten von Jochen und Rückschluß schenkein, ganz allgemein also bei sämtlichen Streufeldern ausgesetzten Flächen, denen eine Abschirmaufgabe zufällt. Bekanntlich ist hierbei die Hauptaufgabe, eine durchgehende metallisierte Fläche herzustellen. Hierbei besteht nun die Gefahr, daß eben diese Flächen, falls sie aus einem durchgehenden glatten Metall, insbesondere aus einem Metall hoher Leitfähigkeit bestehen, hervorgerufen durch die Streufelder, zu hohe Wirbelstromverluste aufweisen. '

Diese Nachteile werden nun dadurch beseitigt, daß erfindungsgemäß die leitende Fläche aus wenigstens zwei elektrisch miteinander verbundenen Schichten besteht, von denen die äußere, dem elektrischen Feld zugekehrte Schicht aus einem möglichst ^l^teii halbleitenden Material oder Material niedriger Leitfähig-EeTi,~die darunterliegende abgedeckte Schicht aber aus besser leitendem Material besteht.

Es sind bereits Schildanordnungen bekannt, die aus in zwei Ebenen nebeneinanderliegenden metallischen Belägen bestehen. Diese haben jedoch die Aufgabe, eine kapazitive Kopplungswirkung auf die Wicklung zu erreichen. Die Elemente der zwei Schichten sind somit, ihrer Aufgabe entsprechend, im Gegensatz zu den potentialgebenden bzw. spannungssteuernden leitenden Flächen gemäß der vorliegenden Erfindung voneinander isoliert. Sie haben daher auch an den Trennstellen scharfkantige Ränder, deren Isolation Potentiälgebende bzw. spannungssteuernde leitende Flächen in Hochspannungsgeräten

Anmelder;

LiCENTIA Patent_rVerwaltungs - G. m. b. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Rudolf Küchlei, Stuttgart-Degerloch, und Dipl.-Math. Gottfried Broszat, Waiblingen, sind als Erfinder genannt worden

besonders schwierig ist. Jjn übrigen haben solche Anordnungen mit dem Erfindungsgegenstand nichts gemeinsam, weil mit deren" Hilfe in erster Linie eine kapazitive Kopplung erzielt werden soll, während die vorliegende Erfindung" vof allem eine isolationstechnisch einfache und wirkungsvolle Ausbildung einer aus irgendeinem Grunde erforderlichen Metallfläche anstrebt, wobei gleichzeitig die duTch Spannung und Streufeld verursachten Probleme Berücksichtigung finden.

Ausf ührungsbei spiele der Erfkndungsindin der Zeichnung schematisch dargestellt. In sämtlichen Figuren sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet So ist mit 1 der Metallkäfig, mit 2 das halbleitende Material und mit 3 die auf das halbleifencle "Material aufgebrachte Isolationsschicht bezeichnet.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei der ein Schild zwischen zwei Lagen 4 und 5 eingebracht ist.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Anordnung.

Fig. 3 ist ein Beispiel für eine Abschirmung der Spulenpreßplatte oder, sofern der Teil als Auflage für die Spule verwendet wird, des Spulentisches. Dort ist mit 6 die aus Isolierstoff hoher mechanischer Festigkeit (etwa Preßschichtholz) gebildete Preßkonstruktion bezeichnet. Diese Preßkonstruktion wird erfindungsgemäß nicht aus Metall hergestellt, damit darin keine Wirbelstromverluste infolge des hohen Streufeldes auftreten können. Die Wirbelstromverluste

809 743/205

Claims (7)

treten nur noch in dem Käfig 1 aus Metall auf, der zweckmäßig so unterteilt ist, daß die Wirbelströme nahezu unterdrückt werden. Fig. 4 zeigt ein spezielles Beispiel für die Ausbildung eines der in Fig. 1 bis 3 gezeichneten Metallkäfige. Mit 7 ist dabei die metallische Verbindung bezeichnet, welche die einzelnen Metallstreifen 8 des Gitters miteinander verbindet und welche gleichzeitig zum Anschluß der ganzen Anordnurig an das geim Vergleich zu anderen Anordnungen bei gleichen Metallabständen führt. Durch das halbleitende Material wird eine wesentliche Einsparung an komplizierten Isolationsmaßnahmen erreicht, , die bei Fehlen des halbleitenden Materials für die gute Verkleidung des Metallkäfigs nötig wären. Die Fertigung des in Fig. 1 und 2 gezeigten Schildes erfolgt am einfachsten auf folgende Weise: Halbleiten- wünschte Potential dient. Die Lage und Form des io des Material wird zylinderförmig auf die Lagenisola Teiles 7 wird dabei erfindungsgemäß zweckmäßig so tion gewickelt, darauf wird ein aus Streifen gewählt, daß sie in einem Gebiet minimalen Streu- zusammengesetzter Metallkäfig (Fig. 4) gelegt, der flusses, d. h. minimaler Wirbelstromverluste, zu liegen keine geschlossene Windung bilden darf. Darüber kommt. Fig. 4 gibt nur ein Beispiel für^ die Ausfüh— wird wieder halbleitendes Material gewickelt, auf das rung eines solchen Gitters. E^m solches_Gitter wird 15 dann die noch erforderliche Isolation aufgebracht man im allgemeinen aus dünnen MetallstxeTfanTläüf- wird. Um die Isolationsverkleidung auf dem halbbaüen, diVebenfalls durch Metallstreifenmiteinander leitenden Material besonders innig zu gestalten und verbunden werden. Die Verbindung kann durch Löten zu verhindern, daß sich Teile des halbleitenden Mategöcheiie1n7*Wöbei die Art der Lötung gleichgültig ist, rials ablösen, kann vor Aufbringen von fester scharfe Kanten durchaus nicht schädlich sind und a° Isolation das halbleitende Material mit Isolierlack überhaupt keine besondere Vorsicht bezüglich Isola- versehen werden. tionsbeanspruchung auftritt, weil ja dieses Gitter Bei der Schildung von Lagenwicklungen können durch das halbleitende Material erfindungsgemäß ab- die erfindungsgemäßen Schilde im Streukanal zwischen gedeckt wird. den Lagen und/oder auf der äußersten Lage angeln den vorangehend beschriebenen Fällen kann as ordnet sein oder aber als Abschirmung der Preß- oder durch Aufbringen einer Fläche aus halbleitendem ' Kernteile bzw. als potentialgebende und steuernde Material oder Material entsprechend niedriger Leitfähigkeit erreicht werden, daß die Wirbelstromverluste nahezu unterdrückt werden. Das halbleitende Material nimmt für stationäre Spannungsvorgänge 30 bei etwa 50 Hz an allen Stellen etwa gleiches Poten tial ein, nicht jedoch bei stoßartigen Vorgängen, bei denen im Material selbst wegen seines hohen Widerstandes erhebliche Spannungsabfälle auftreten können, die vermieden werden müssen. Deshalb muß zusätzlieh zum halbleitenden Material ein Käfig aus leitendem Material gebildet werden, der direkt auf dem halbleitenden Material kontaktgebend aufliegt, der aber selbst so gestaltet ist, daß durch ihn allein keine erheblichen Wirbelstromverluste auftreten. Dies gesohieht durch geeignete Unterteilung. Dieser leitende Käfig soll so dicht sein, daß die längs der freien Schichten des Materials geringerer Leitfähigkeit auftretenden Spannungsabfälle bei Stoß hinreichend klein sind Auf diesen Käfig wird, falls auf der entsprechenden Seite auch besonders hohe Spannungsgradienten eine gute Isolaticwi erfordern, nochmals eine Schicht aus halbleitendem Material aufgelegt, so daß der Metallkäfig beiderseits von halbleitendem Material eingeschlossen ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird nun erreicht, daß das halbleitende Material 2 mittels des Metallkäfigs 1 mit vielen Punkten leitend verbunden ist. Außerdem werden bei großen Streufeldern durch Aufteilen der Metallflächen des Gitters 1 die Wirbelstromverluste stark reduziert, während durch die halbleitende Schicht 2 eine potentialmäßige Abrundung, d. h. eine Fläche gleichen Potentials sowohl bei 50 Hz als auch bei Stoßvorgängen geschaffen wird. Insbesondere bei Stoßvorgängen wird durch das Gitter erreicht, daß die Stoßströme ohne erheblichen Spannungsabfall zu allen Teilen der Anordnung gelangen, daß sie vorzugsweise die durch den Käfig 1 gegebenen leitenden Wege benutzen und nur kurze Strecken längs des halbleitenden Materials zu laufen brauchen, längs denen daher die Spannungsabfälle klein bleiben. Schließlich bewirkt das halbleitende Material eine ausgezeichnete Isolation, indem es eine glatte Oberfläche schafft, welche erst sehr spät zu Vorentladungen Beläge auf Isolierteilen, insbesondere an Stelle sonst verwendeter metallischer Schirmringe an den Wicklungsstirnen vorgesehen sein, Patentansprüche:

1. Potentialgebende bzw. spannungssteuemde leitende Flächen in Hochspannungsgeräten, insbesondere Transformatoren hoher Leistung und Spannung, die von einem Magnetfeld durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Fläche aus wenigstens zwei elektrisch miteinander verbundenen Schichten besteht, von denen die äußere, dem elektrischen Feld zugekehrte Schicht aus einem möglichst glatten halbleitenden Material oder Material niedriger Leitfähigkeit, die darunterliegende abgedeckte Schicht aber aus besser leitendem Material besteht

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material zur Kleinhaltung von Wirbelstromverlusten derart in Teilflächen unterteilt ist, daß über die verschiedenen Teile kein geschlossener Wirbelstrompfad führt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der miteinander metallisch verbundenen leitenden Teile in ein Gebiet verlegt ist, indem die zu Wirbelströmen führende magnetische Feldkomponente möglichst klein ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, bei welcher beiderseits der potentialgebenden bzw. spannungssteuernden Metallfläche ein starkes elektrisches Feld herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Fläche beiderseits von halbleitenden Flächen abgedeckt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitenden Flächen in an sich bekannter Weise mit Isolation verkleidet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unter der halbleitenden Schicht liegende Schicht aus leitendem Material einen Käfig bildet.

7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus leitenden von halb-