DE1098601B

DE1098601B - Insulation structure for transformer or choke coil windings

Info

Publication number: DE1098601B
Application number: DEL30907A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Willy Rabus
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1958-07-23
Filing date: 1958-07-23
Publication date: 1961-02-02

Description

Isolationsaufbau für Transformator-oder Drosselspul-Wicklungen Beim Entwurf des Isolationsaufbaus zwischen Wicklungen verschiedenen Potentials oder Wicklungsteilen mit entsprechendem Potentialunterschied ist vielfach darauf zu achten, daß nicht nur die Gesichtspunkte der elektrischen Festigkeitslehre, sondern auch roch die der Kühlung und Kurzschlußfestigkeit der Wicklungen beachtet werden.Insulation structure for transformer or choke coil windings Design of the insulation structure between windings of different potential or Winding parts with a corresponding potential difference must often be ensured that that not only the aspects of electrical strength theory, but also the cooling and short-circuit resistance of the windings must be taken into account.

Im Interesse einer ausreichenden Kühlung und Kurzschlußfestigkeit muß dann oft ein Isolationsaufbau in Kauf genommen werden, der hinsichtlich der elektrischen Festigkeit nicht alle Möglichkeiten ausschöpft.In the interests of adequate cooling and short-circuit resistance must then often be accepted an insulation structure in terms of electrical strength does not exhaust all possibilities.

Ein üblicher, sehr häufig angewendeter Isolationsaufbau ist in Fig. 1 dargestellt, und zwar für einen normalen Zweiwicklungstransform@ator, der sowohl auf der Unterspannungs- als auch Oberspannungsseite, mit einer axial fortschreitenden Röhrenwicklung ausgeführt ist. Die Wicklungen sind dabei in einzelne Scheibenspulen unterteilt. An den Stirnseiten der Spulen sind Schirmringel vorgesehen.A common, very frequently used insulation structure is shown in Fig. 1, for a normal two-winding transformer that has both on the low voltage as well as the high voltage side, with an axially advancing one Tube winding is executed. The windings are in individual disc coils divided. Screen rings are provided on the end faces of the coils.

Mit 1 sind in Fig. 1 die in Serie geschalteten Wicklungsscheiben der Hochspannungswicklung bezeichnet, mit 2 ein Schirmring der Hochspannungswicklung, der an die jeweilige Wicklungszuleitung der Hochspannungswicklung angelenkt ist. 3 sind die entsprechenden Wicklungsscheiben der Unterspannungswicklung und mit 4 ist einer der Schirmringe auf der Unterspannungswicklung bezeichnet. 5 stellt den Kern ,des Transformators dar, 6 die untere Abstützplatte zur Aufnahme des Wicklungsgewichtes und der Wicklungskräfte. Mit 7 und 8 sind Barrieren aus festem Isolationsmaterial bezeichnet, die im Wicklungsinnern als Zylinder verlaufen und im Randfeld in Winkelringe übergehen. 9 ist ein einfacher Isolierzylinder, der zusammen mit den zylindrischen Teilen von 7 und 8 den Isolationsabstand zwischen der Hochspannungswicklung (Teile 1 und 2) und der Unterspannungswicklung (bestehend aus den Teilen 3 und 4) unterteilt. Mit 10 ist die Kastenwand des Transformators bezeichnet. Dabei wurde angenommen, daß es sich hier um einen ölgefüllten Transformator größerer Leistung und hoher Spannung handelt.With 1 in Fig. 1, the winding disks connected in series Designated high-voltage winding, with 2 a shield ring of the high-voltage winding, which is linked to the respective winding lead of the high-voltage winding. 3 are the corresponding winding disks of the low voltage winding and with 4 is one of the shield rings on the low voltage winding. 5 represents the The core of the transformer, 6 the lower support plate to accommodate the winding weight and the winding forces. With 7 and 8 are barriers made of solid insulation material called, which run inside the winding as a cylinder and in the edge field in angular rings pass over. 9 is a simple insulating cylinder that, together with the cylindrical Divide from 7 and 8 the insulation distance between the high voltage winding (parts 1 and 2) and the low-voltage winding (consisting of parts 3 and 4). With 10 the box wall of the transformer is designated. It was assumed that this is an oil-filled transformer of greater power and higher Tension is about.

Die bei der sehr wichtigen Wicklungsprobe sich ergebende elektrische Beanspruchung zwischen der Ilochsp!annungs- und der iUiederspannungswicklung, wobei die letztere mit dem Kern verbunden und geerdet gedacht ist, wird durch die Niveaulinien zwischen der Hoch- und Unterspannungswicklung bzw. den mit dieser verbundenen Teilen des Kerns und des Transformatorkessels wiedergegeben. Diese Niveaulinien sind in einer Abstufung von 10 % der :angelegten Spannung durch ;dia Linien 11 dargestellt. Die Wicklungsteile der Hochspannungswicklung, besitzen dabei das Potential 100 Oh, während Kastenwand, Kernteile und Unterspännungswicklung das Potential 0 % erhalten.The electrical stress resulting from the very important winding test between the Iloch-tensioning and the low-voltage winding, whereby the latter is thought to be connected to the core and grounded, is determined by the level lines between the high-voltage and the low-voltage winding or the parts of the connected to it The core and the transformer tank. These level lines are shown in a 10 % gradation of the applied voltage by; dia lines 11. The winding parts of the high-voltage winding have a potential of 100 Oh, while the box wall, core parts and underslung winding have a potential of 0%.

Es ist nun eine bekannte Tatsache, daß bei allen Isolationsanordnungen, die im wesentlichen aus einem Teil mit etwa homogener Feldaufteilung und Randgebieten mit divergierenden Feldlinien bestehen, die Beanspruchung im Randteil der Anordnung, also dort, wo die Feldlinien mehr oder weniger stark divergieren, die kritischere ist. Durch die Beanspruchungen im Randfeld ist also im wesentlichen die zulässige Spannungsbeanspruchung, -d. h. die zulässige Prüfbeanspruchung festgelegt. Diese Randprobleme treten in Fig. 1 im wesentlichen zwischen den Schirmringen 2 und 4 der Wicklungen auf, da dort die Feldlinien und damit auch die Niveaulinien sehr stark vom homogenen Verlauf abweichen.It is now a known fact that in all isolation arrangements, which essentially consist of a part with an approximately homogeneous field division and peripheral areas exist with diverging field lines, the stress in the edge part of the arrangement, so where the field lines diverge to a greater or lesser extent, the more critical one is. Due to the stresses in the edge field, it is essentially the permissible one Voltage stress, -d. H. the permissible test load is specified. These Edge problems occur in FIG. 1 essentially between the shield rings 2 and 4 of the windings, because there the field lines and thus also the level lines very much strongly deviate from the homogeneous course.

Eingangs ist bereits darauf hingewiesen worden, daß bei der Lösung der Isolationsprobleme von Isolationsaufbauten der vorbezeichneten Art häufig auch auf die Kühlung und die Kurzschlußbeanspruchungen der zu isolierenden Wicklung Rücksicht zu nehmen ist. Bei der in Fig. 1 dargestellten Wicklungs- bzw. Isolieranordnung wurde angenommen, daß zwischen den Teilen der Oberspannungswicklung (1 und 2) und der Isolierbarriere 7 ein freier Ölkanal angeordnet ist, der der Zu- bzw. Abfuhr des Kühlmediums, bei Großtransformatoren in den meisten Fällen Kühlöl, dient. Dieser Kanal ist zwischen der Oberspannungswicklung und der Barriere 7 mit 12, zwischen der Unterspannungswicklung (den Teilen 3 und 4) und: dem Isolierzvlinder 9 mit 13 bezeichnet.It has already been pointed out at the beginning that when solving the insulation problems of insulation structures of the aforementioned type, consideration must often also be given to the cooling and the short-circuit stresses of the winding to be insulated. In the winding or insulating arrangement shown in Fig. 1, it was assumed that a free oil channel is arranged between the parts of the high-voltage winding (1 and 2) and the insulating barrier 7, the supply and discharge of the cooling medium, in large transformers in the cooling oil, is used in most cases. This channel is designated with 12 between the high-voltage winding and the barrier 7, between the low-voltage winding (parts 3 and 4) and: the insulating cylinder 9 with 13.

Der ILiihlkanal ist vom hochspannungstechnischen Gesichtspunkt aus insofern nachteilig, als er in unmittelbarer Nähe der beanspruchten Wicklungsteile, vor allem auch am hochspannungsseitigen Schirmring 2 freie Ölwege zur Folge hat. Es mußdabei; auf die bekannte Tatsache hingewiesen werden, @daß innerhalb von Isolationsaufbauten für ölgefüllte Transformatoren gerade freie Ölstrecken aber den schwächsten Punkt der meisten Isolieranordnungen .darstellen.The Iiihlkanal is from the high voltage point of view disadvantageous insofar as it is in the immediate vicinity of the stressed winding parts, especially on the high-voltage shield ring 2 free oil paths has the consequence. It must be there; the well-known fact should be pointed out that @ that within of insulation structures for oil-filled transformers just free oil routes though represent the weakest point of most isolation arrangements.

Um die freien Ölstrecken in der Nähe der hochbeanspruchten Wicklungsteile - das ,sind in einer großen Zahl von Fällen die Wicklungsschirmringe - zu vermeiden, sind schon Isolationsaufbauten vorgeschlagen worden, bei denen die Wicklungen unmittelbar satt aufliegend auf Isolierzylinder aufgebracht wurden, wobei zur Lösung !des Randproblems die Isolierzylinder zu Winkelringen umgeformt wurden. Derartige Isolationsaufbauten erlauben eine wesentlich bessere Ausnützung des für die Isolation zur Verfügung stehenden Raumes, Ü. h. eine wesentliche) Re-.duktion des Abstandes zwischen Wicklungen verschiedenen Potentials. Allerdingg ist mit derartigen Konstruktionen ein zusätzlicher Aufwand für die Kühlung der Wicklungen und die Sicherung deren Kurzschlußfestigkeit erforderlich, da ' der Kühlkanal 12, wie er zwischen Hochspannungswicklung und der ersten Isolationsbarriere 7 in Fig. 1- vorhanden ist und eine außerordentlich wirksame Kühlung für die Hochspannungswicklung ergibt, bei den eben erwähnten Konstruktionen fehlt.Around the free oil sections near the highly stressed winding parts - that, in a large number of cases, the winding shield rings - should be avoided, insulation structures have already been proposed in which the windings are directly were applied to the insulating cylinder lying flat, with the solution of the edge problem the insulating cylinders were formed into angle rings. Such insulation structures allow a much better utilization of the space available for the isolation standing room, Ü. H. a substantial reduction in the distance between windings different potential. However, with such constructions there is an additional one Effort for cooling the windings and ensuring their short-circuit strength required because 'the cooling channel 12, as it is between the high voltage winding and the first isolation barrier 7 in Fig. 1- is present and an extremely effective Cooling for the high-voltage winding results in the constructions just mentioned is missing.

Ziel der Erfindung ist es nun, die Vorteile eines Wicklungs- bzw. Isolationsaufbaus, bei dem auf die Wicklung ein Kühlkanal folgt, mit einem Aufbau, bei dem dieser Kühlkanal nicht vorhanden ist, zu vereinen. Dieses Ziel läßt sich dadurch erreichen, daß einem Isolationsaufbau für Transformator- oder Drosselspulwicklungen höherer Spannung, die in einem elektrisch hochbeanspruchten Isolationsraum mit Hilfe eines unmittelbar auf die Wicklung folgenden, ein Kühlmedium führenden Kanals gekühlt werden, dneser Kühlkanal erfindungsgemäß im Bereich des Wicklungsrandfeldes sowohl nach dem zylindrischen als auch gegen den ebenen Teil der den Kühlkanal eingrenzenden ersten Isolationsbarriere zu durch Isoliermaterial hoher elektrischer Festigkeit zwickelfrei ausgefüllt ist.The aim of the invention is now to use the advantages of a winding or Insulation structure in which the winding is followed by a cooling duct with a structure in which this cooling channel is not available to unite. This goal can be achieve that an insulation structure for transformer or inductor windings higher voltage, which in an electrically highly stressed isolation room with the help a channel immediately following the winding and carrying a cooling medium be, the cooling channel according to the invention in the area of the winding edge field both after the cylindrical part as well as against the flat part of the part delimiting the cooling channel first insulation barrier to by insulating material of high electrical strength is filled in without gussets.

Es sind auch schon Isolationsanordnungen mit sogenannten gleitenden Winkelringen bekanntgeworden, wobei diese Winkelringe im Zwischenraum zwischen den unmittelbar auf den betreffenden Wicklungen aufliegenden Isolationsbarrieren vorgesehen sind. Hierbei _grenzt also kein Kühlkanal unmittelbar an die Wicklung, wie dies bei der vorliegenden Erfindung Voraussetzung ist. Außerdem verbleibt bei einem solchen Isolationsaufbau zwangläufig ein freier Zwischenraum zwischen der oberen inneren Kante d'er Schirmelektrode und den. Winkelringen, welcher hochspannungstechnisch sehr nachteilig ist.There are already insulation arrangements with so-called sliding Angle rings become known, these angle rings in the space between the Insulation barriers resting directly on the windings concerned are provided are. In this case, there is no cooling channel directly adjacent to the winding like this is a prerequisite for the present invention. In addition, there remains one Insulation structure inevitably a free space between the upper inner Edge of the screen electrode and the. Angle rings, which high-voltage technology is very disadvantageous.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Voraussetzung des grundsätzlichen Isolationsaufbaues nach Fig.1 wiedergegeben. Der Kühlkanal 12 ist hierbei im Bereich des hochspannungsseitigen Schirmringes 2 nach dem zylindrischen Teil; der Isolierbarriere 7 durch zusätzlich aufgebrachtes Isoliermaterial 14, und im Bereich des ebenen, abgewinkelten Ringteils von 7 durch eine zusätzlich aufgebrachte Isolation 15 abgeschlossen.In Fig. 2, an embodiment of the invention is a prerequisite the basic insulation structure according to Fig. 1 reproduced. The cooling channel 12 is here in the area of the high-voltage shield ring 2 after the cylindrical Part; the insulating barrier 7 by additionally applied insulating material 14, and in the area of the flat, angled ring part of FIG. 7 by an additionally applied Isolation 15 completed.

Das zusätzliche Isoliermateria114 wird dabei zweckmäßig in Form von zylindrischen Ringen aus festem Isoliermaterial, das zusätzliche Isoliermaterial 15 in Form von flachen Ringen aus festem Material, in beiden Fällen zweckmäßig aus Preßspan, mit Hilfe der Isolationsbandage auf dem Schirmring 2 so verarbeitet, daß in den zu verschließenden Kühlkanalabschnitten der Schirmring mit Isoliermaterial aufgepolstert wird (Polsterisolation).The additional Isoliermateria114 is expedient in the form of cylindrical rings made of solid insulating material, the additional insulating material 15 in the form of flat rings made of solid material, useful in both cases Pressboard, processed with the help of the insulation bandage on the shield ring 2 so that the shield ring with insulating material in the cooling duct sections to be closed is padded (cushion insulation).

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß in dem hochbeanspruchten Randfeld in .der Nähe des Schirmringes, d. h. gerade dort, wo die Divergenz der Feldlinien besonders groß ist, keine freien Ölwege mehr beansprucht werden, sondern dort, lediglich ölgetränktes festes Isoliermaterial, das eine wesentlich höhere Durchschlagsfestigkeit besitzt als das Transformatorenöl, vorhanden ist. Das bedeutet aber, daß bei einem so ausgeführten Isolationsaufbau, wie auch die praktischen Versuche ergeben haben, der Abstand zwischen den zu isolierenden Wicklungen in einem beachtlichen Maß reduziert werden kann.This measure ensures that in the highly stressed peripheral field in the vicinity of the umbrella ring, d. H. just where the divergence of the field lines is particularly large, no more free oil paths are claimed, but only there Oil-soaked solid insulating material that has a significantly higher dielectric strength than the transformer oil. But that means that with one The insulation structure carried out in this way, as the practical tests have shown, the distance between the windings to be isolated is reduced to a considerable extent can be.

Im allgemeinen wird man diese Aufpolsterung der vom Randfeld beanspruchten Elektroden an den Schirmringen, durchführen. Grundsätzlich kann man diese Maßnahme aber auch für eine Endspule vorsehen, insofern nur dafür gesorgt ist, daß die Erwärmung dieser Spule durch entsprechende Dimensionierung,des Kupferquerschnitts in: den zulässigen Grenzen bleibt: Wie eine genaue Untersuchung der Feldbilder ergibt, kann es unter Umständen vorteilhaft sein, die aufgepolsterte Endelektrode in ihrem Innendurchmesser etwas kleiner zu machen sals den Innendurchmesser der einzelnen Teilspulen der Wicklung: Der Schirmring entlastet dann elektrisch die letzte Wicklungsspule, auf die mach der ersten Isolationsbarriere ein Kühlkanal folgt.In general, this cushioning becomes the one claimed by the edge field Electrodes on the shield rings. Basically you can take this measure but also provide for an end coil, provided that it is only ensured that the heating this coil by appropriate dimensioning, the copper cross-section in: the permissible limits remain: As a detailed examination of the field images shows, can it may be advantageous to have the padded end electrode in its inner diameter to make it a little smaller than the inner diameter of the individual coil sections of the winding: The shield ring then electrically relieves the last winding coil on which mach the first insulation barrier is followed by a cooling channel.

Bei einem symmetrischen Wicklungsaufbau müßte grundsätzlich die im vorliegenden Fall für die Hochspannungswicklung vorgeschlagene Aufpolsterung der Wicklungsendelektrode auch noch auf der inneren Wicklung, im vorliegendenf Fall der Unterspannungswwicklung, Teile 3 und 4, durchgeführt werden.. Wie sich jedoch aus der Fig. 1 ergibt, ist die tatsächliche Beanspruchung im Randgebiet der Wicklung auf der Unterspannungsseite wesentlich kleiner, da die dem Nullpotential als nächste benachbarte Linie eingezeichnete Niveaulinie, der die Bezeichnung 10 % zuzuordnen ist, durch die Spulenabstützplatten und den Kern so umgeformt wird, daß durch sie im Randfeld derUnterspannungswicklung nur eine unwesentliche Erhöhung der Beanspruchung erfolgt. Es genügt .aber, wie in Fig. 2 dargestellt, beim praktischen Wicklungsaufbau im,allgemeinen die dhzrch erfindungsgemäße Maßnahme nur auf der vorzugsweise außen liegenden Hochspannungswicklung anzuwenden.In the case of a symmetrical winding structure, the padding of the winding end electrode proposed in the present case for the high-voltage winding would also have to be carried out on the inner winding, in the present case the low-voltage winding, parts 3 and 4 the actual stress in the edge area of the winding on the low voltage side is significantly smaller, since the level line drawn in as the next adjacent line to the zero potential, to which the designation 10 % can be assigned, is reshaped by the coil support plates and the core in such a way that it only has one in the edge field of the low voltage winding insignificant increase in stress occurs. However, as shown in FIG. 2, in the practical winding construction, it is generally sufficient to apply the measure according to the invention only to the high-voltage winding, which is preferably located on the outside.

Die Erfindung läßt sich sinngemäß auch auf Transformatoren, die mit anderen Kühl- bzw. Isolationsmitteln als Öl betrieben werden, anwenden, etwa auf solche, die mit nicht brennbarer Kühlflüssigkeit gefüllt sind (Clophen-Transformatoren), oder auch auf Trockentransformatoren, die unter natürlichem Atmosphärendruck oder auch unter erhöhtem Gasdruck arbeiten.The invention can be applied analogously to transformers with other coolants or insulation media are operated than oil, for example on those that are filled with non-flammable coolant (Clophen transformers), or on dry-type transformers that operate under natural atmospheric pressure or also work under increased gas pressure.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Insulation structure for transformer or inductor windings higher voltage in an electrically highly stressed isolation room with With the help of a channel that directly follows the winding and carries a cooling medium are cooled, characterized in that the cooling channel in the area of the winding edge field both towards the cylindrical and towards the flat part of the part delimiting the cooling channel first isolation barrier to by insulating material high electric Strength is filled without gussets.

2. Insulation structure according to claim 1, characterized characterized in that in the area of the winding edge field and the cooling channel in question and its continuation lying screen rings and / or end coils an additional Isolation order received, which is preferably made in the insulating bandage of the shield ring Bandaged additional solid insulating material in the form of strips and rings is formed. Publications considered: Swiss patent specification No. 299 841; "Deutsche Elektrotechnik" magazine, issue 10, 1957, pp. 469 to 484; Book by Küchler: Die Transformatoren, 1956 edition, pp. 282 to 284.