-
Anordnung zur Vergleichmäßigung der Stoßspannungsverteilung einer
Lagenwicklung für Hoch- und Höchstspannungstransformatoren Für den Aufbau der Hochspannungswicklung
von Transformatoren und Meßwandlern wird häufig die sogenannte Lagenwicklung verwendet.
Bei dieser werden die einzelnen Windungen zunächst in einer Lage auf einen Zylinder
über etwa der ganzen Schenkelsänge nebeneinander aufgewickelt und dann mehrere so
bewickelte Zylinder in Serienschaltung übereinander angeordnet. Die Unterspannungswicklung
kann ebenfalls als Lagenwicklung oder auch als axial fortschreitende Röhrenwicklung
ausgeführt werden. In F i g. 1 ist der grundsätzliche Aufbau eines derartigen Transformators
mit Lagenwicklung dargestellt. Mit 1 ist der Eisenkern angedeutet, mit
2 die auf dem Eisenkern liegende Unterspannungswicklung, mit 3, 4, 5
und 6 die von innen nach außen fortschreitenden Wicklungslagen der Hochspannungswicklung,
mit 7 ein Steuerschirm zur Vergleichmäßigung der Stoßspannungsverteilung,
mit 8 und 9 die Anschlußklemmen der Hochspannungswicklung. Im allgemeinen
wird der Anschluß 7, 8 der äußeren Lage 6 mit den Phasenleitern des Hochspannungsnetzes
verbunden, die Anschlußklemme 9 an der inneren Lage 3
mit dem Sternpunkt
oder der Erdung des Hochspannungsnetzes.
-
In manchen Fällen, etwa bei Dreieckschaltung der Hochspannungswicklung
solcher Transformatoren mit Lagenwicklung oder auch bei Transformatoren für die
Hochspannungs-Gleichspannungsübertragung, oder bei Transformatoren mit Stufenschaltern
mit Sternpunkt ist ein Steuerschild, wie es zunächst mit 7
an der äußeren
Anschlußklemme 8 der Wicklung vorgesehen war, auch für die Anschlußklemme
9 der inneren Lage 3, d. h. zwischen der Hochspannungswicklung und der Unterspannungswicklung
2 sehr zweckmäßig; es wird in F i g. 1 mit 10 bezeichnet.
-
Konstruktiv ist ein derartiges »Innenschild« nur schwer zu realisieren.
Es ist hierbei zu beachten, daß solche Schilde nur aus sehr dünnem Leitermaterial,
meist Metallfolien, bestehen, deren scharfe Ränder im dielektrisch hoch belasteten
Hauptstreukanal zwischen den Wicklungen sehr unerwünscht sind, da sie zusätzlich
Abschirmmaßnahmen verlangen.
-
Um derartige zusätzliche Abschirmungen zu vermeiden, ist es schon
bekannt, die Ränder der Abschirmfolie über die gegebenenfalls mit Schirmringen versehene
innerste Wicklungslage 3 hinaus zu verlängern und dann nach bekannten Methoden in
etwa rechtem Winkel um die Wicklungsstirnfläche bzw. die Wicklungsschirmringe herumzulegen.
-
Bei Hoch- und Höchstspannungstransformatoren genügt ein einfaches
Umlegen der Schirmfolie um die Wicklungsstirnfläche jedoch nicht, da das scharfkantige
Ende dieser Folie gerade in dem elektrisch hochbeanspruchten Wicklungsrandgebiet
extreme Feldstärkenspitzen verursachen würde. Als Abhilfemaßnahme ist es schon bekannt,
die Enden der Schirmfolie wulstartig einzurollen. Eine solche Maßnahme erfordert
zusätzlichen Platz, außerdem ist es nur bei besonderer mechanisch fester, kostspieliger
Ausführung möglich, über diese wulstartige Verdikkung den bei größeren Transformatoren
mehrere Tonnen betragenden axialen Wicklungspreßdruck aufzubringen.
-
Eine andere bekannte Maßnahme besteht darin, die Schirmfolie möglichst
eng aufliegend um die den Wicklungspreßdruck übertragenden Wicklungsschirmringe
herumzulegen und durch gegebenenfalls vorhandene äußere Druckringe gegen die Schirmringe
festzupressen, wobei die Druckringe gleichzeitig den Wicklungspreßdruck übertragen.
Im Randgebiet endigen die elektrischen Kraftlinien bei dieser Anordnung zwar noch
auf der Schirmfolie; die scharfen Kanten derselben treten aber nicht mehr so kraß
in Erscheinung, da sie durch zweckmäßig profilierte Wicklungsschirmringe elektrostatisch
entlastet werden können.
-
Obwohl die vorgenannte bekannte Konstruktion eine mögliche Lösung
des Problems der Innenschilde darstellt, haften ihr ebenfalls noch erhebliche Nachteile
an, vor allem bei hohen und höchsten Spannungen. Bei diesen ist es nämlich zur Verminderung
der Abstände und damit der Transformatorabmessungen zweckmäßig, die erwähnten Wicklungsschirmringe
in Richtung der höchsten Gradienten des elektrischen Feldes durch saugfähiges Material,
im allgemeinen Papier, dick zu isolieren, d. h., ein sogenantes Isolationspolster
aufzubringen, in dem ein erheblicher Teil der dielektrischen Beanspruchung aufgenommen
und abgebaut wird. Die außen aufliegenden scharfen
Folienränder
des Steuerschirmes würden diese Ausführung der Schirmringisolation sinnlos machen
und wieder größere Abstände erfordern.
-
Die geschilderten konstruktiven Schwierigkeiten bei der Anordnung
zur Vergleichmäßigung der Stoßspannungsverteilung einer Lagenwicklung durch einen
im Streukanal zwischen der Lagenwicklung und einer benachbarten Wicklung vorgesehenen,
an die innerste Wicklungslage der Lagenwicklung angeschlossenen Steuerschirm, der
an seinen Enden mit zwei in axialer Richtung überstehenden Schirmringen der innersten
Wicklungslage so verbunden ist, daß diese Wicklungslage nach drei Seiten elektrostatisch
abgeschirmt ist, und wobei die Enden des Steuerschirms zu Flanschen umgebogen sind,
werden erfindungsgemäß auf besonders einfache und preisgünstige Weise dadurch vermieden,
daß die Enden des Steuerschirms zwischen Wicklung und Schirmringe radial eingezogen
sind.
-
Infolge dieses radialen Einziehens zwischen Wicklung und Schirmring
liegen die beliebig scharfen und gegebenenfalls auch unregelmäßigen Ränder des Steuerschirms
vollkommen im elektrischen Schatten der Schirmringe, so daß auf ihre Ausbildung
keine besondere Mühe und Zeit verwandt werden müssen. Über die entsprechend ausgebildeten
Schirmringe kann ohne Rücksicht auf den Steuerschirm der benötigte axiale Wicklungspreßdruck
aufgebracht werden. Auch wenn der Steuerschirm in der übergangsstelle aus dem zylindrischen
in den flanschartigen Teil durch das Nachgeben der Wicklung beim Pressen etwas gestaucht
werden sollte, so liegt auch diese Stelle im elektrischen Schatten des Schirmringes
und kann keine Störungen verursachen. Die Schirmringe selbst können eine beliebige,
dem Feldverlauf angepaßte optimale Außenkontur und ein der Feldstärke entsprechendes
Isolationspolster erhalten, das unabhängig von der Wickelbank an der Werkbank aufgebracht
werden kann, so daß erheblich an elektrischer Sicherheit gewonnen und an der Stillstandszeit
der Maschine gespart wird.
-
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden erhebliche Einsparungen
an Spannungsabständen im Gerät und damit an den Gesamtabmessungen sowie an Arbeitszeit
bei gleichzeitiger Verbesserung der elektrischen Sicherheit erzielt.
-
In F i g. 2 ist eine mögliche Ausführungsform des Erfindungsgedankens
dargestellt. Mit 11 ist hierbei die innerste Lage der Lagenwicklung dargestellt,
mit 12 der darunterliegende, aus einer leitenden Folie bestehende Schirm,
der im Hauptstreukanal zwischen der innersten Lage 11 und der nach links
anschließend zu denkenden Unterspannungswicklung vorgesehen ist; mit 13 und
14 sind die in axialer Richtung über den Steuerschirm 12 vorstehenden
Schirmringe bezeichnet, die mit einer Isolationspolsterung 15 und
16 ausgeführt werden können. Der der inneren Wicklungslage zugeordnete Netzanschluß
ist mit 17 bezeichnet; an diesem sind der Anschluß des Steuerschirmes 18
und dieAnschlüsse 19 und 20 der Schirmringe 15 und 16 mit angeschlossen.
Die Schirmringe 13 und 14 schirmen zusammen mit dem Steuerschirm
12 in der dargestellten Weise die Wicklungslage 11
nach drei Seiten
elektrostatisch ab und tragen als »Wannenschild« erheblich zu Vergleichmäßigung
der Stoßspannungsverteilung einer Lagenwicklung bei, bei der auch an der inneren
Lage sonst eine hohe Stoßspannungsbeanspruchung auftreten könnte.
-
Besondere Vorteile für die Lagenwicklung ergeben sich weiter dann,
wenn in die aus dem Steuerschild 12
und den beiden Endschirmringen gebildete
wannenartige Abschirmung eine Weichpapierlage 21 eingewickelt wird, die zur Isolierung
der nur einseitig mit dem Steuerschirm verbundenen innersten Wicklungslage gegen
den Steuerschirm dient.
-
Da der Steuerschirm 12 im Hauptstreukanal zweier Wicklungen vorgesehen
ist, d. h. in einem Bereich, in dem besonders auf die Vermeidung von Wirbelstromverlusten
zu achten ist, ist es zweckmäßig, diesen Steuerschirm in bekannter Weise aus einzelnen
gegenseitig voneinander isolierten, eng nebeneinander oder auch übereinanderliegenden
Metallbändern herzustellen, wobei die Enden der isolierten Metallbänder etwa in
der Weise, wie unter 22 in F i g. 2 dargestellt, nach innen eingeschlagen
und nochmals in sich zur Vermeidung scharfer Schnittkanten samt der Isolation umgeschlagen
sind.