DE1247469B - Zylinderfoermiger Isolierstoffring mit eingebetteter Elektrode fuer Transformatoren, Drosselspulen od. dgl. Induktionsgeraete - Google Patents

Description

• Zylinderförmiger Isolierstoffring mit eingebetteter Elektrode für Transformatoren, Drosselspulen od. dgl. Induktionsgeräte Die Isolation -einer Wicklung gegen Erde bzw. gegen benachbarte Wicklungen unterschiedlichen Potentials ist bekanntlich ein Hauptproblem beim Bau von Transformatoren. Um einen vorhandenen Wickelraum voll. ausnutzen zu können, ist es bei Röhrenwicklungen erforderlich, die elektrische Feldstärke in den zur Kühlung der Wicklungen nötigen Kühtmittelkanälen b_ is an die zulässige Grenze heraufzusetzen.
• Im zylindrischen Teil der Wicklungen ist das elektrische Feld angenähert homogen, so daß die Feldstärke in den axialen Kühlkanälen genau vorausbestimmt werden kann. An den axialen Spulenenden drängen sich dagegen die Äquipotentiallinien an der Wicklungskante zusammen und die im zylindrischen Teil der Wicklung in den Kühlkanälen noch vorhandene zulässige Feldstärke wird am axialen Wicklungsende überschritten.
• Es sind Maßnahmen_bekannt, diese Kantenwirkung zu mildern. Das geschieht z. B. durch Auflegen von Stimelektroden in Form von mit möglichst großem Krümmungsradius gerundeten und stark isolierten Strahlungsringen: Eine andere Möglichkeit, die Kantenwirkung zu mildem, besteht darin, daß zum Wicklungsende hin das Radialmaß der Wicklung stufenweise verkleinert wird, was einen stufenweise größer werdenden Abstand zu benachbarten Wicklungen bzw. geerdeten Teilen zur Folge hat. Schließlich besteht noch die Möglichkeit, das ganze Wicklungsrandgebiet in einen Isolierstoff hoher Durchschlagsfestigkeit einzubetten und dem Kühlmittel durch Umlenkung in radialer Richtung in Gebieten geringerer elektrischer Feldstärke den Zutritt zur Wicklungsoberfläche zu verschaffen.
• Alle diese Maßnahmen und ihre Kombinationen sind nur begrenzt oder gar nicht anwendbar, wenn die Röhrenwicklung eine verhältnismäßig geringe radiale Breite hat und es unbedingt erforderlich ist, daß das Kühlmittel die ganze Wicldungsbreite bestreicht und in axialer- Richtung durch das elektrisch hochbeanspruchte Wicklungsrandgebiet abgeleitet wird. Dieser Fall ist z. B. bei Regeltransformatoren für die Grobstufenwicklung gegeben.
• In diesen Fällen mußte bisher am axialen Wicklungsende im Kühlkanal eine erhöhte Feldstärke in Kauf genommen bzw. die Feldstärke an der ganzen Wicklungsoberfläche auf Kosten des Wickelraumes herabgesetzt werden.
• Die zuletzt genannte Möglichkeit wird meist gewählt. Man verzichtet auf einen besonderen Strahlungsschutzring und stützt die Grobstufenwicklung mit einem einfachen Isolierstoffring stimseitig ab. Zur Behebung der vorhin genannten Nachteile soll die erfindungsgemäße Anordnung dienen, bei deren Anwendung die Feldstärke in den unmittelbar der Wicklung benachbarten Kühlkanälen auch im Wicklungsrandgebiet nicht größer ist als im homogenen Teil- des elektrischen Feldes.
• Die Erfindung bezieht sich auf einen -zylinderförmigen, nicht über die Wicklungsbreite hinausragenden Isolierstoffring hoher elektrischer Festigkeit zur axialen Abstützung einer Röhrenwicklung für Transformatoren, Drosselspulen oder dergleichen Induktionsgeräte mit axial an der Wicklung und am Isolierstofring entlangführenden und über das Randgebiet der Wicklung geradlinig hinausgehenden Kühlkanälen und mit in den Ring zum Zweck des radialen Strahlungsschutzes eingebetteter Ringelektrode. Die Erfindung wird darin gesehen, daß die Krümmung der Ringelektrodenoberfläche in Längsrichtung der Wicklung im Schnitt gesehen, zunimmt und daß der Scheitelpunkt der stärksten Krümmung bis in die Mitte des Isolierstoffringes hineinverlegt ist.
• Entgegen der bisher üblichen Form der Stirnelektroden soll also bei Anwendung dieser Erfindung die Feldliniendichte am axialen Wicklungsende nicht durch einen möglichst großen Krümmungsradius gemildert werden, sondern es soll vielmehr genau umgekehrt die Feldkonzentration durch einen möglichst kleinen Krümmungsradius der Stirnelektrode in ein Gebiet hoher elektrischer Festigkeit des Isolierstoffringes hineinverlegt werden mit dem Ziel, den oder die benachbarten Kühlkanäle elektrisch zu entlasten. Dieses Ziel wird bei Anwendung der Erfindung auf einfache Weise dadurch erreicht, daß die Krümmung der Elektrodenoberfläche, in Längsrichtung der Wicklung im Schnitt gesehen, immer größer wird, also zwangläufig der Scheitelpunkt der stärksten Krümmung bis in die Mitte des Isölierstoffringes hineinverlegt ist und mit immer größer werdender Elektrodenkrümmung somit auch die Dicke des über der Elektrodenoberfläche befindlichen festen Isolierstoffes in Richtung der elektrischen Feldlinien stetig zunimmt.
• Eine immer größer werdende Zunahme der Krümmung der Elektrodenoberfläche ist dann gegeben, wenn diese Zunahme entsprechend dem Kurvenverlauf eines Ellipsoids erfolgt und somit zwangläufig der Scheitelpunkt denstärksten Krümmung in radialer Richtung um die halbe Länge der kleinen Ellipsoidachse in. das Innere des Isolierstoffringes hineinverlegt ist.
• Da die Feldliniendichte und damit auch die Zusammendrängung der Äquipotentiallinien mit stärker werdender Elektrodenkrümmung zunimmt, verlaufen die stärker zusammengedrängten Äquipotentiallinien bei Anwendung der Erfindung, größtenteils im elektrisch hochbelastbaren festen Isolierstoff des Abstützringes, wodurch-,- der seitlich am Ring entlanggehende- Kühlmittelkanal elektrisch entlastet wird. Um diese entlastende Wirkung noch zu verstärken, ist es zweckmäßig, die.axiale Gesamthöhe des Ringes wesentlich größer zu machen als die axiale Höhe der eingebetteten Ringelektrode, so daß der Isolierstoff die eingebettete Elektrode. in axialer Richtung wesentlich überragt.
• Als Werkstoff wird am zweckmäßigsten ein Isoliermaterial hoher Dielektrizitätskonstante verwendet, weil bekanntlich an der Trennfläche zweier Isolierstoffe unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante die elektrischen Feldlinien des Mediums mit der niedrigen Dielektrizitätskonstante in Richtung der Senkrechten auf die Trennfläche abgelenkt werden, was in diesem Fall im Sinne einer elektrischen Entlastung des Kühlkanals geschieht. Andererseits werden durch einen Stoff höherer Dielektrizitätskonstante die Aquipotentiallinien iri Gebiete-niedrigerer Dielektrizitätskonstante äbgedrängt? was durch Verkleinerung des kleinsten -Krümmungsrädius der Ringelektrode kompensiert werden kann: Bei Anwendung der: Erfindung braucht der Isolationsauftrag an der Basis der Elektrode nicht größer zu sein als im Gebiet des homogenen Feldes der Wicklung, weil mit größer werdender Feldstärke an der Elektrödenoberfläche auch der Isolationsauftrag und damit die Durchschlagsfestigkeit der Elektrodenverkleidung entsprechend größer wird.
• In der Zeichnung- ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Sie zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Endabstützung einer verhältnismäßig schmalen Röhrenwicklung im Schnitt. In den Isolierstoffring 1 ist die Elektrode 2 eingebettet. Eine zylinderförmige Gegenelektrode, die z. B. auch eine benachbarte Wicklungsoberfläche darstellen kann, ist mit 3 bezeichnet. Der Isolierstoffring hat leicht abgerundete Kanten. Die oberen Kanten können, falls erforderlich, -auch noch stärker gerundet sein. Zwei Drähte der unter dem Ring angeordneten Wicklung sind ebenfalls im Schnitt dargestellt. Mehrere Barrieren --aus Isoliermaterial verhältnismäßig niedriger Dielektrizitätskonstante unterteilen das Kühl- und Isoliermedium in schmale Kanäle. Der ungefähre Verlauf der elektrischen Feldlinien ist unter Berücksichtigung einer verhältnismäßig hohen Dielektrizitätskonstante des Isolierstoffringes gestrichelt angedeutet.
• Die Ringelektrode hat in ihrem. unteren Teil gerade Flanken, die dann in eine Ellipsenform übergehen. Der Isölierstoffring ist in axialer Richtung bis in ein Gebiet, geringerer Feldstärke verlängert. Der in der Zeichnung dargestellte Isolierstoffring mit eingebetteter Ringelektrode ist so dimensioniert, daß der Isolierstoffring die Ringelektrode um mehr als die halbe Isolierstoffringbreite axial überragt und die Ringelektrode selbst mehr als 1,5mal so hoch wie breit ist. Bei dieser Dimensionierung, die jedoch nicht ausschließlich gültig sein soll, ist der Feldlinienverlauf besonders günstig. Für etwas breitere Wicklungen kann die Elektrodenanordnung so getroffen werden, daß sich an die ellipsenförmig ausgebildeten Elektrodenflanken eine planparallel zur Basis verlaufende Fläche anschließt. Als Werkstoff für die Elektrode kann nach Belieben Metall oder Isolierstoff mit leitend gemachter Oberfläche verwendet werden. Es ist zweckmäßig, die Ringelektrode mit einem homogenen Isolierstoff zu umgießen, notwendig ist dies jedoch nicht. Die Anordnung kann aus einzelnen Teilen zusammengefügt sein, die dann mit einer gemeinsamen Isolation versehen werden. Man kann z. B. die Ringelektrode zunächst mit einem Isolierstoffband umwickeln, dann den passend gedrehten Isolierstoffring eventuell unter Verwendung einer Zwischenlage aus Papier od. dgl. aufsetzen und alles zusammen noch einmal mit Papierband od. dgl. fest umbandeln. In diesem Fall sind Trennfugen nicht zu vermeiden und müssen berücksichtigt und in Kauf genommen werden. Die Ringelektrode wird zweckmäßig in bekannter Weise mit der benachbarten Eingangswindung der Wicklung verbunden.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Zylinderförnniger, nicht über die Wicklungsbreite hinausragender Isolieistoffring hoher elektrischer Festigkeit zur axialen Abstützung einer Röhrenwicklung für Transformatoren, Drosselspulen und dergleichen Induktionsgeräte, mit axial an der Wicklung und am Isolierstoffring entlangführenden und über das Randgebiet der Wicklung geradlinig hinausgehenden Kühlkanälen und mit in den Ring zum Zweck des radialen Strahlungsschutzes eingebetteter Ringelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß dieKrüni mung der Elektrodenoberfläche, in Längsrich" tung der Wicklung im Schnitt gesehen, zunimmt und d,aß der Scheitelpunkt der stärksten Krümmung bis in die Mitte des Isolierstoffringes hineinverlegt ist.
2. 2. Isolierstoffring mit eingebetteter Ringelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Krümmung der Elektrodenoberfläche entsprechend dem Kurvenverlauf eines Ellipsoids erfolgt.
3. 3. Isolierstoffring mit eingebetteter Ringelektrode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelektrode an ihrem axialen Ende um so stärker gekrümmt ist, je größer die Dielektrizitätskonstante .des Isolierstoffringes ist.
4. 4. Isolierstoffring mit eingebetteter Ringelektrode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, .daß der Isolierstoffring die Ringelektrode um mehr als die halbe Isolierstoffringbreite axial überragt und daß die Ringelektrode selbst mindestens 1,5mal so hoch wie breit ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 892166, 733 403, 968 964, 1011984; deutsche Auslegeschrift Nr. 1089 877; deutsche Gebrauchsmuster Nr.1755 884,1783 809; schweizerische Patentschriften Nr. 227 242,347573.