DE1155853B

DE1155853B - In a cast resin body embedded high voltage winding for transformers, converters or the like.

Info

Publication number: DE1155853B
Application number: DES72423A
Authority: DE
Inventors: Hans Henneberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-02-08
Filing date: 1961-02-08
Publication date: 1963-10-17
Also published as: CH399584A

Description

In einen Gießharzkörper eingebettete Hochspannungswicklung für Transformatoren, Wandler od. dgl. Die Erfindung betrifft eine in einen Gießharzkörper eingebettete Hochspannungswicklung aus mehreren einander koaxial umgebenden, elektrisch in Reihe geschalteten Spulen für Transformatoren, Wandler, Drosseln od. dgl. Bei beispielsweise in Niederdruckharz eingebetteten Hochspannungswicklungen ist es bekannt, diese Wicklungen koaxial zueinander anzuordnen und die einzelnen Lagen elektrisch in Reihe zu schalten. Die gesamte, aus mehreren Lagen bestehende Spule ist so aufgebaut, daß ihre Stirnflächen kegelförmig sind. Derartige Stirnflächen werden erzielt, indem die koaxialen Lagen nach außen zu immer schmäler werden. Es ist auch bekannt, die einzelnen Lagen selbst nicht zylindrisch, sondern kegelstumpfförmig zu wickeln. Dadurch wird ein größerer Abstand zwischen denjenigen Wicklungen zweier aufeinanderfolgender Lagen erreicht, die einen hohen Spannungsunterschied aufweisen. Weiterhin ist es bekannt, zur Potentialsteuerung der kegelförmigen Stirnflächen der Spule zwischen den einzelnen Lagen sogenannte Steuerfolien anzubringen. Diese Steuerfolien müssen, damit sie ihren Zweck einwandfrei erfüllen, genau distanziert sein. Dies erfolgt durch sogenannte Zwischenisolation, beispielsweise Papierwicklungen.High-voltage winding for transformers embedded in a cast resin body, Converter od. The like. The invention relates to an embedded in a cast resin body High-voltage winding made up of several coaxially surrounding one another, electrically in series switched coils for transformers, converters, chokes or the like. For example High-voltage windings embedded in low-pressure resin are known for these windings to be arranged coaxially to one another and to connect the individual layers electrically in series. The entire coil, consisting of several layers, is constructed so that its end faces are conical. Such end faces are achieved by the coaxial layers to become increasingly narrow towards the outside. It is also known the individual layers themselves not to be wound cylindrically, but in the shape of a truncated cone. This makes a bigger one Distance between those windings of two consecutive layers is reached, which have a high voltage difference. It is also known for potential control so-called conical end faces of the coil between the individual layers To attach control foils. In order for them to function properly, these tax slides must be used meet, be precisely distanced. This is done through so-called intermediate isolation, for example paper wraps.

Es ist bekannt, die bei den Spulen angewandte Potentialsteuerung auf die Hochspannungszuführung auszudehnen und die Steuerfolien oder -drähte der Hochspannungszuführung mit in der Spannung entsprechenden Wicklungsteilen leitend zu verbinden.It is known the potential control applied to the coils to extend the high voltage supply and the control foils or wires of the high voltage supply to be connected conductively with winding parts corresponding to the voltage.

Bei derartigen Hochspannungswicklungen tritt das Problem auf, daß eine von Blasen, d. h. von Gas-und Feuchtigkeitseinschlüssen, freie Gießharzisolation erzielt werden muß, da derartige Einschlüsse beispielsweise infolge der durch sie verursachten Änderung der Dielektrizitätskonstanten an den betreffenden Stellen zu Schäden, beispielsweise Glimmerscheinungen, im Gießharzkörper führen können. Wenn auch derartige Schäden nicht zu einer sofortigen Zerstörung der Hochspannungswicklung zu führen brauchen, so addieren sie sich jedoch im Gegensatz zu ölisolierten Wicklungen, bei denen in gewissem Maße eine Selbstheilung auftritt.In such high-voltage windings, the problem arises that one of bubbles, d. H. from gas and moisture inclusions, free cast resin insulation must be achieved, as such inclusions, for example, as a result of them caused change in the dielectric constant at the relevant points can lead to damage, for example glowing phenomena, in the cast resin body. Even if such damage does not result in immediate destruction of the high-voltage winding need to lead, however, in contrast to oil-insulated windings, they add up, in which some self-healing occurs.

Werden Wicklungen in Gießharz eingebettet, treten durch den Reaktionsschwund und infolge Temperaturänderungen starke mechanische Kräfte auf, die zur Abtrennung der Lackisolation und zur Bildung von Hohlräumen führen können. Dieser Effekt tritt insbesondere bei den kompakten Trapezwicklungen auf und führt zu inneren Lagenschlüssen.If windings are embedded in cast resin, the reaction shrinkage occurs and as a result of temperature changes strong mechanical forces that lead to the separation the paint insulation and can lead to the formation of cavities. This effect occurs especially with the compact trapezoidal windings and leads to internal layer closures.

Die übliche Verwendung von Lagenisolationen, beispielsweise in Form von Papierzwischenlagen, erschwert den Austritt der beim Vergießen auftretenden Gasblasen, die besonders an den Stirnflächen der Wicklung zu Glimmentladungen führen können.The usual use of layer insulation, for example in the form of paper interlayers, makes it difficult for those that occur during potting to escape Gas bubbles that lead to glow discharges, especially on the end faces of the winding can.

Zur Entlastung der eingegossenen Wicklung von den starken mechanischen Spannungen ist es bekannt, als Polster wirkende Bandagen vorzusehen. Die Bandagen verursachen eine in vielen Fällen unerwünschte Vergrößerung der Abmessungen der Hochspannungswicklung und verhindern darüber hinaus auch die Bildung von Blasen an den Stirnflächen der Wicklung nicht.To relieve the cast winding from the strong mechanical Stresses, it is known to provide bandages that act as pads. The bandages cause an undesirable increase in the dimensions of the in many cases High voltage winding and, moreover, also prevent the formation of bubbles not at the end faces of the winding.

Um die aufgezeigten Mängel zu beheben, sind gemäß der Erfindung die Spulen im Pilgerschritt und ohne Isolierzwischenlagen gewickelt.In order to remedy the identified shortcomings, are according to the invention Coils wound in a pilgrim step and without insulating layers.

Die infolge der besonderen Wicklungsart ohne Bandagen auskommenden Spulen sind in sich so elastisch, daß sie den Schrumpfspannungen des Gießharzes nachgeben können, ohne daß Verformungen der Spulen oder ein Abreißen des Isolationslackes eintritt.Due to the special type of winding that do not require bandages Coils are so elastic in themselves that they can withstand the shrinkage stresses of the cast resin can give way without deformation of the coils or tearing off the insulation varnish entry.

Weiterhin wird erreicht, daß die Hochspannungswicklung blasenfrei vergossen ist; denn weder infolge des Reißens von Papierzwischenlagen und einer starren Wicklung entstehende Einschlüsse noch solche außerhalb der eigentlichen Wicklung können sich schädlich auswirken. Auch wird vermieden, daß im Gießharz Luftblasen vorhanden sind, die bei Verwendung von Papierzwischenlagen dadurch entstehen können, daß an Papierzwischenlagen grundsätzlich immer Luft und Feuchtigkeit haften, die das Gießharz infolge seiner größeren Affinität zur Papieroberfläche von dieser löst und in sich aufnimmt.It is also achieved that the high-voltage winding is bubble-free is shed; because neither as a result of tearing paper interleaves and one Inclusions arising from rigid winding nor those outside the actual Winding can be harmful. It is also avoided that air bubbles in the casting resin are available that can result from the use of paper interlayers, that air and moisture always adhere to paper interleaves the casting resin dissolves from it due to its greater affinity for the paper surface and absorbs.

Es ist zwar bereits bekannt, die Hochspannungswicklung so fein in einzelne in Achsrichtung aufeinanderfolgende Scheibenspulen aufzuteilen, daß innerhalb dieser Spulen beim Schrumpfen des Isolierstoffes keine Hohlräume entstehen. Ein solcher Aufbau bietet aber Schwierigkeiten bezüglich der kapazitiven Durchsteuerung bei Wandlern.While it is already known the high voltage winding is so fine in to divide individual in the axial direction successive disc coils that within this Coils do not create cavities when the insulating material shrinks. Such a However, the structure offers difficulties with regard to the capacitive control Converters.

In Fig.1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung gezeigt, die aus mehreren einander koaxial umgebenden, im Pilgerschritt ohne Isolierzwischenlagen gewickelten und elektrisch in Reihe geschalteten Spulen zusammengesetzt ist. Unter Pilgerschrittwicklung ist bekanntlich eine solche zu verstehen, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Man erkennt den auf den Spulenkörper 21 in bestimmter Weise gewickelten Draht 22. Die Wicklung der Spule ist in zahlreiche in Achsrichtung aufeinanderfolgende schräge Lagen dadurch unterteilt, daß jeweils vom Boden 23 des Spulenkörpers ausgehend übereinander mehrere Windungen schräg zum Spulenflansch hin gewickelt werden, an die sich in Achsrichtung weitere in dieser Weise hergestellte Windungen anschließen.In Figure 1 is an embodiment of the high-voltage winding according to the invention shown, consisting of several coaxially surrounding each other, in the pilgrim's step without insulating layers wound and electrically connected in series coils is composed. Under As is well known, pilgrim step development is to be understood as shown in Fig. 2 is shown. One recognizes the one wound onto the bobbin 21 in a certain way Wire 22. The winding of the coil is numerous in axial direction inclined layers subdivided in that each starting from the bottom 23 of the bobbin one on top of the other several turns are wound diagonally towards the coil flange which adjoin further turns produced in this way in the axial direction.

Da eine derartige im Pilgerschritt gewickelte Spule einen relativ lockeren Aufbau besitzt und damit ein für die Gießharzaufnahme poröses Gebilde darstellt und da ferner Papierzwischenlagen wegen der geringen Spannung zwischen sich überlappenden Windungen nicht erforderlich sind, kann das Gießharz auch in zwischen den einzelnen Windungen bestehende Hohlräume eindringen und so die Spule fest im Gießharzkörper verankern. Infolge der nachgiebigen Anordnung der einzelnen Windungen bei im Pilgerschritt gewickelten Spulen hat auch der Schrumpfdruck des Gießharzes keine nachteiligen Folgen.Since such a coil wound in a pilgrim step has a relatively has a loose structure and thus represents a structure that is porous for the casting resin uptake and further, because of the low tension between overlapping paper liners Windings are not required, the resin can also be used in between the individual Windings penetrate existing cavities and so the coil firmly in the cast resin body anchor. As a result of the flexible arrangement of the individual turns in the pilgrim's step wound coils, the shrinkage pressure of the cast resin has no disadvantageous effects Follow.

Durch Zusammensetzen mehrerer derartiger Spulen ist es in einfacher Weise möglich, beispielsweise Wandler verschiedener Spannungsreihen praktisch aus denselben Bauelementen baukastenartig durch Verwendung einer entsprechenden Zahl von Spulen herzustellen.By assembling a plurality of such coils, it is easier Way possible, for example converters of different voltage series from practical the same components in a modular manner by using a corresponding number of coils to manufacture.

Die verschiedenen Spulen werden so zusammengesetzt, daß sie einander koaxial umgeben, wobei man vorzugsweise die Spulen als Hohlzylinder ausbilden wird. Um einen möglichst geringen Durchmesser für den die Hochspannungswicklung aufnehmenden Gießharzkörper zu erhalten, ist es zweckmäßig, in Weiterbildung der Erfindung die Spulen konisch, und zwar vorzugsweise als Kegelstümpfe, auszuführen und in der Weise koaxial anzuordnen, daß zwischen den auf der gleichen Seite liegenden Enden je zweier benachbarter Spulen im Hinblick auf die Potentialdifferenz zwischen diesen Enden bemessene Abstände bestehen. Sind nämlich die naheliegenden Enden benachbarter Spulen miteinander elektrisch verbinden, so liegen diese Enden praktisch auf demselben Potential, während die entfernten Enden, zwischen denen eine relativ große Potentialdifferenz besteht, durch einen entsprechend größeren, mit dem als Isolierstoff verwendeten Gießharz ausgefüllten blasenfreien Raum isoliert sind.The various coils are put together so that they correspond to each other Surrounded coaxially, the coils will preferably be designed as hollow cylinders. To keep the diameter as small as possible for the high-voltage winding To obtain cast resin body, it is useful in a development of the invention Coils conical, preferably as truncated cones, and in the manner to be arranged coaxially that between the two ends lying on the same side adjacent coils in terms of the potential difference between these ends measured distances exist. Namely, are the proximate ends of adjacent coils electrically connect with each other, so these ends are practically on the same Potential, while the distal ends, between which a relatively large potential difference consists of a correspondingly larger one with the one used as an insulating material Resin-filled, bubble-free space is insulated.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung erfolgt in der Weise, daß die Lage der Spulen während des Gießens durch einen ebenfalls aus Gießharz bestehenden Ständer festgelegt wird, der mit Ausnehrnungen zur Aufnahme der Stirnseiten der Spulen ausgerüstet ist und sich mit dem Gießharzkörper fugenlos verbindet.The high-voltage winding according to the invention is produced in such a way that the position of the coils during casting by one also made of cast resin stand is set, the with recesses for inclusion the end faces of the coils and is seamless with the cast resin body connects.

Die Spulen und/oder die Spannungszuführungen können in an sich bekannter Weise zur Potentialsteuerung von ineinandergeschachtelten leitenden Umhüllungen umgeben sein, die vorzugsweise aus einem Drahtgeflecht bestehen. Die Kanten des Drahtgeflechtes werden zweckmäßig mit leitenden Wulstringen abgeschlossen.The coils and / or the voltage supply lines can be known per se Way of controlling the potential of nested conductive sheaths be surrounded, which preferably consist of a wire mesh. The edges of the Wire meshes are expediently terminated with conductive bead rings.

Ein mit der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung ausgerüsteter Wandler kann auch im Freien eingesetzt werden, wenn er durch zusätzliche Maßnahmen gegen Witterungseinflüsse geschützt wird. Diese Maßnahmen können beispielsweise darin bestehen, daß der Gießharzkörper in an sich bekannter Weise mit einem keramischen Isolator umgeben und der Zwischenraum zwischen Gießharzkörper und Isolator mit Öl gefüllt wird. Man kann den Isolator auch durch Abdichten mittels Teer oder mittels eines feuchtigkeitsdichten Kunststoffüberzuges od. dgl. als wetterfeste Hülle ausbilden.One equipped with the high-voltage winding according to the invention Converter can also be used outdoors if it is supported by additional measures is protected against the effects of the weather. These measures can, for example consist in that the cast resin body in a known manner with a ceramic Surround the insulator and the space between the cast resin body and the insulator with oil is filled. You can also seal the isolator with tar or by means of a moisture-proof plastic cover or the like. As a weatherproof cover.

Die erfindungsgemäße Hochspannungswicklung sei nun im einzelnen an Hand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles eines einpoligen Spannungswandlers erläutert. Hierbei ist die Hochspannungswicklung aus drei im Pilgerschritt gewickelten Spulen 1, 2 und 3 zusammengesetzt, die die Form von Hohlzylindern haben. Die Spulen 2 und 3 sind als Kegelstümpfe ausgeführt. Die so zusammengesetzte Hochspannungswicklung ist in den Gießharzkörper 4 eingebettet, der eine gießharzisolierte Durchführung 5 zur Aufnahme der Hochspannungszuführung 6 aufweist. Die Hochspannungswicklung ist von zwei leitenden Umhüllungen 8 und 9 umgeben, die auch die Hochspannungszuführung 6 umhüllen. Die Umhüllungen sind in bekannter Weise durch einen nicht gezeigten isolierenden Spalt unterbrochen, damit sie keine Kurzschlußwindungen darstellen. Diese leitenden, aus Drahtgeflecht bestehenden Umhüllungen besitzen Kanten, die mit Wulstringen 10, 11 an der hinteren Stirnseite der Hochspannungswicklung, mit Wulstringen 12, 13 an der vorderen Stirnseite und mit Wulstringen 14, 15 in der Durchführung 5 versehen sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig.1 nur eine Spule und eine Umhüllung. nämlich Teil t und Teil 9, räumlich dargestellt. Im Gießharzkörper 4 ist ferner in an sich bekannter Weise ein Querdurchgang 16 vorgesehen, der zur Aufnahme des Kerns und gegebenenfalls auch der Unterspannungswicklung des Spannungswandlers dient.The high-voltage winding according to the invention is now on in detail Hand of the embodiment shown in Fig. 1 of a single-pole voltage converter explained. Here, the high-voltage winding is made up of three wound in a pilgrim step Coils 1, 2 and 3 assembled, which have the shape of hollow cylinders. The spools 2 and 3 are designed as truncated cones. The high-voltage winding assembled in this way is embedded in the cast resin body 4, which is a cast resin-insulated bushing 5 for receiving the high-voltage supply 6. The high voltage winding is surrounded by two conductive sheaths 8 and 9, which are also the high voltage supply 6 envelop. The envelopes are in a known manner by a not shown insulating gap interrupted so that they are no short-circuit turns. These conductive, wire mesh sheaths have edges that with bead rings 10, 11 on the rear face of the high-voltage winding, with Bead rings 12, 13 on the front face and with bead rings 14, 15 in the Implementation 5 are provided. For the sake of clarity, only a coil and a sheath. namely part t and part 9, shown in three dimensions. In the cast resin body 4, a transverse passage 16 is also provided in a manner known per se, to accommodate the core and possibly also the low-voltage winding of the Voltage converter is used.

Die als Kegelstümpfe ausgeführten Spulen 2 und 3 umgeben sich derart koaxial, daß sie gegenläufig ineinandergesteckt sind. Zur Reihenschaltung der Spulen sind die nächstliegenden Stirnseiten benachbarter Spulen durch Verbindungsdrähte 17 und 18 miteinander verbunden, so daß zwischen den nächstliegenden Stirnseiten benachbarter Spulen nur eine kleine Potentialdifferenz und zwischen den weiter abliegenden Stirnseiten benachbarter Spulen eine große Potentialdifferenz herrscht. Der Abstand benachbarter Spulen ist daher, über die Spulenlänge gesehen, in Abhängigkeit von der Spannung zwischen den Spulen an der jeweiligen Stelle gewählt, so daß ein möglichst kleiner Durchmesser für die Hochspannungswicklung erhalten wird.The coils 2 and 3 designed as truncated cones surround each other in this way coaxial that they are nested in opposite directions. For connecting the coils in series are the closest end faces of adjacent coils through connecting wires 17 and 18 connected to each other so that between the nearest end faces There is only a small potential difference between neighboring coils and between those further away Front sides of adjacent coils there is a large potential difference. The distance of adjacent coils is therefore, viewed over the coil length, dependent on the voltage between the coils at the respective point chosen, so that a possible small diameter for the high voltage winding is obtained.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind Länge und Anordnung der einzelnen im Pilgerschritt gewickelten Spulen in Achsrichtung so gewählt, daß die Hochspannungswicklung trapezförmigen Querschnitt besitzt. Man erkennt, daß infolge der nach der Außenseite der Wicklung abnehmenden Längen der einzelnen Spulen 1, 2 und 3 und infolge ihrer entsprechenden Anordnung in Achsrichtung die Hochspannungswicklung die für eine Trapezwicklung charakteristischen geneigten Stirnseiten aufweist.In the embodiment shown, the length and arrangement are the individual coils wound in the pilgrimage step in the axial direction so that the High-voltage winding has a trapezoidal cross-section. It can be seen that as a result the lengths of the individual coils 1 decreasing towards the outside of the winding, 2 and 3 and as a result of their corresponding Arrangement in axial direction the high-voltage winding the inclined characteristic of a trapezoidal winding Has end faces.

Bei Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Hochspannungswicklung beispielsweise in einem Wandler kann dieser auch im Freien aufgestellt werden, wenn der Gießharzkörper in an sich bekannter Weise durch eine geeignete Feuchtigkeitsabdichtung gegen Witterungseinflüsse geschützt ist, so daß ein in jeder Hinsicht vorteilhafter Wandler mit geringster Störanfälligkeit entsteht.When using the high-voltage winding shown in FIG. 1, for example in a converter, this can also be set up outdoors if the cast resin body in a manner known per se by means of a suitable moisture seal against the effects of the weather is protected, so that a converter which is advantageous in every respect and with the least Susceptibility to failure arises.

Claims

hATENTANSPRÜCHE: 1. od In a cast-resin embedded high-voltage winding of a plurality of mutually coaxially surrounding, electrically series-connected coils for transformers, transformer or the like, characterized in that the coils in the pilgrim step and without any insulating spacers are wound...

2. High voltage winding according to claim 1, characterized in that in a known manner length and Arrangement of the individual coils in the axial direction are chosen so that the high-voltage winding has a trapezoidal cross-section.

3. High-voltage winding according to claim 1 or 2, characterized in that all or part of the coils are in the form of cones or have truncated cones and surround each other coaxially in that they rotate in opposite directions are nested.

4. High-voltage winding according to claim 1 to 3, characterized characterized in that the coils and / or the voltage supply lines of nested conductive sheaths, preferably made of a wire mesh, are surrounded.

5. Procedure for producing the high-voltage winding according to one of the preceding claims, characterized in that the position of the coils during casting by a Also made of cast resin stand is set with recesses is equipped to accommodate the end faces of the coils and is connected to the cast resin body seamlessly connects. Publications considered: Swiss patents No. 329 526, 257 220, 320 386.