DE1488234C - Anordnung zur Randfeldsteuerung fur die Wicklungsstirnseite von Trans formatoren und Drosselspulen - Google Patents

Anordnung zur Randfeldsteuerung fur die Wicklungsstirnseite von Trans formatoren und Drosselspulen

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DE1488234C
DE1488234C DE19641488234 DE1488234A DE1488234C DE 1488234 C DE1488234 C DE 1488234C DE 19641488234 DE19641488234 DE 19641488234 DE 1488234 A DE1488234 A DE 1488234A DE 1488234 C DE1488234 C DE 1488234C
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Gottfried Dipl Math 7051 Hegnach Rabus Willy Dr Ing 7000 Stuttgart Broszat
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH, 6000 Frankfurt
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Description

gegen das Joch zu radial breiter werden und deren Ränder etwa der Kontur des zuerst genannten Leitbelags entsprechen. Diese Elektrodenanordnung, die sehr aufwendig ist, hat im wesentlichen den Zweck, die Kontur des weiter oben genannten Leitbelags zu ersetzen. Längs der Elektroden können sich daher auch keine wesentlichen Potentialdifferenzen einstellen. Auch kann mit dieser Anordnung keineswegs das Randfeld über der Oberspannungswicklung in der gewünschten Weise beeinflußt werden, vielmehr wird das Feld durch eine solche Anordnung stärker belastet. Auch ist die Anwendung einer solchen Anordnung nur an den Stirnseiten der Unterspannungswicklung, keineswegs aber an der der Oberspannungswicklung möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Randfeldsteuerung für die Wicklungsstirnseite von Transformatoren und Drosselspulen zu schaffen, die sowohl für Unter- als auch für Oberspannungswicklungen anwendbar ist, bei der eine übermäßige Beanspruchung sowohl 'der der Randfeldsteuerung dienenden Anordnung als auch der dieser unmittelbar benachbarten Wicklungsteile vermieden wird und die mit einem Minimum an durch schaltungstechnische Maßnahmen bedingter manueller Arbeit zu verwirklichen ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Randfeldsteuerung für die Wicklungsstirnseiten von Transformatoren und Drosselspulen mit mehreren, der Wicklungstirnseite in axialer Richtung nach dem Joch zu vorgesetzten anschlußfreien ringförmigen Elektroden auf freiem Potential, die jeweils isoliert sind, wobei der Raum zwischen der Wicklungsstirnseite und der dieser unmittelbar benachbarten, axial vorgesetzten Elektroden ebenso wie der Raum zwischen den einzelnen axial nebeneinanderliegenden Elektroden mit festem Isolierstoff ausgefüllt ist. Bei einer derartigen Anordnung wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die der infolge von Abkröpfungen und Ausleitungen ungleichmäßig ausgebildeten Wicklungsstirnseite unmittelbar benachbarte axial vorgesetzte Elektrode eine glatte Oberfläche und zur Erzielung eines möglichst kleinen kapazitiven Koppelabstandes die dünnste Isolation der vorgesetzten Elektroden aufweist und daß zur Stufung der Potentiale der einzelnen Elektroden die Stärke der die Elektroden einzeln oder gruppenweise umfassenden Isolationsumbandelung für die dem Joch näherliegenden axial vorgesetzten Elektroden zunimmt.
Nach den Erfindungsgedanken wird die Kante des ersten schwach isolierten Normaldrahts 10 nur sehr gering beansprucht, weil der an ihr anliegende schwach isolierte Schirmring 3 sehr eng mit 10 gekoppelt ist. Man kann ihm die gleiche schwache Isolation wie 10 geben, erst bei den nach dem Joch zu folgenden Schinnringen steigt dann die Isolierung an. Dort steigen entsprechend auch die Spannungen an. Es ergibt sich eine recht gute Steuerung. Wählt man die axial nach dem Joch hin folgenden Schirmringe in ihrer metallischen axialen Höhe nach dem Joch zu stärker, so wird dieser Effekt weiter erhöht.
Man kann durch verschiedene Wahl der Isolierung, Abstände und Abmessungen immer erreichen, daß jede gewünschte Spannungsverteilung auftritt, was man sehr leicht im elektrolytischen Trog kontrollieren kann. In den Skizzen sind einige Beispiele der Erfindung gezeigt.
Fig. 1 zeigt die übliche Ausführung zweier Wicklungen 7 und 10 in Form von 2 Lagen mit je 2 radial übereinanderliegenden Drähten, an die mit Anlenkverbindungen 1 und 2 Schirmringe 3 angelenkt sind. Die innere Wicklung 7 liegt über Leisten 5' auf einem Tragzylinder 5, der gegen den Kern 6 abgestützt ist. Zwischen beiden Wicklungen verläuft der Streukanal mit der Breite 9, durch Zylinder und ölkanäle aufgeteilt. Auf den Stirnseiten der Wicklung sind Preßzylinder 16 aufgebracht. Zur näheren Erläuterung der
ίο bekannten Anordnung ist jeweils nur die äußere Lage 10 in F i g. 2 und 3 herausgezeichnet, und zwar ist die Potentialverteilung in Fig. 3 bei einem Schirmring 3 mit Verbindungsleitung und in F i g. 2 ohne Anlenkleitung 2 gestrichelt eingezeichnet, wenn man nur einen Schirmring nach bekannten Vorschlägen verwendet.
Man erkennt in Fig. 2, daß ein großer Anteil der
. Potentiallinien nach Messungen im elektrolytischen Trog zwischen freiem Schirmring 3 und Draht 10 verläuft, so daß die äußere Mantelfläche 3" der Isolation des Schirm ringes sehr stark in der punktierten Längsrichtung beansprucht ist. Die Beanspruchung an der stark isolierten Kante 3' des Schirmringes ist sehr niedrig, und zwar niedriger als die Beanspruchung an 3' bei Anlenkung der Schirmringes durch die Verbindungsleitung 2.- Die hohe Beanspruchung bei 3" an 10 verhindert jedoch die Anwendung von F i g. 2. Dafür ist in F i g. 3 die Beanspruchung an der Kante des ersten Wicklungsdrahts 10 niedriger. Wählt man die Isolation 4 des Schirmrings 3 so klein wie diejenige des Normaldrahts von 10, so wird zwar die Beanspruchung an der Drahtkante praktisch sehr klein, aber bei 3' steigt sie wieder an. Die erfindungsgemäße allmähliche Zunahme der Isolierungen 4, 14, 24 usw. verschiedener Schirmringe 3, 13, 23 nach dem Joch zu nach F i g. 4 vermeidet diese hohen Längsbeanspruchungen bei 3 und 3" und bewirkt eine wesentlich gleichmäßigere Spannungsbeanspruchung der Isolierschichten. .
Die bekannte Anordnung Fig. 1 bzw. Fig. 3 wird nach der Erfindung gemäß F i g. 4 bzw. F i g. 5 wesentlich verbessert. In Fig. 4 und 5 sind auf den letzten schwach isolierten Normaldraht 10 drei Schirmringe 3, 13 und 23 mit nach dem Joch zu verstärkten Isolierungen 4, 14, 24 vorgesehen. Die Beanspruchung längs 3" und die Beanspruchung bei 3' wird hinreichend klein, wie die gestrichelten Potentiallinien zeigen.
In F i g. 4 und 5 sind Beispiele dafür gezeichnet, daß die einzelnen Schirmringe in axialer Richtung gleich breit sind und jeder eine gesonderte Isolation als Umbandelung erhält. Nach einem weiteren in Fig. 11 und 12 als Beispiel gezeichneten Erfindungsgedanken wird nun die axiale Breite der näher zum Joch verlaufenden Schirmringe größer gewählt, d. h. 23 hat ein größeres metallisches axiales Maß als 13 und 13 wiederum ein größeres als 3. Damit werden die Potentiallinien, dort wo sie die punktierte linie3" schneiden, weiter auseinandergezogen, d.h., die Beanspruchung längs 3" wird wunschgemäß weiter verringert.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal (s. F i g. 6) werden die zunehmenden Isolierungen 4, 14, 24, 34 der Schirmringe 3, 13, 23 und 33 dadurch erreicht, daß man den äußeren Schirmring einbandelt, auf ihn den gegebenenfalls schwach isolierten Schirmring 23 legt, beide normal umbandelt, auf diese gemeinsame Anordnung den Schirmring 13 legt und alle
3 Schirmringe umbandelt. Man kann auch so' verfahren, daß man sehr dünne Steuerbeläge 3, 13, 23 und nur am Ende einen Schirmring 33 verwendet, wie das F i g. 7 zeigt, und in der gleichen Weise einbandelt wie in F i g. 6. -Schließlich kann man gemäß F i g. 8 auch den wicklungsnächsten dieser Schirmringe 3 mit der Anlenkleitung 2 verbinden, so daß zwischen 3 und 10 keine Spannungsdifferenz auftritt oder gemäß Fig. 9 mit Steuerbelägen oder Steuerschinnringen, die zum Teil gemeinsam umbandelt sein können, die Spannung abbauen.
Läßt man den Schirmring 3 in F i g. 3 weg und ersetzt ihn durch eine Reihe von Folienbelägen, läßt man ferner die Anlenkverbindung 2 weg und führt die Umbandelung um das äußerste Element 10 der betreffenden Wicklung, so entsteht die Anordnung nach Fig. 9. Fig. 9 und 10 können auch als Ausführungsbeispiele für Spulenwicklungen angesehen werden, weil das Element 10 die Form einer Spule hat; sie können auch als Lagenwicklung angesehen werden, dann hat das Element 10 das Aussehen eines Drilleiters.
In Fig. 10 ist gezeigt, wie man bei einer Lagenwicklung und freien Steuerelektroden 3, 13, 23 die Ausleitung 17 zum Ende 10 der Lage führt. Hierbei liegt die Ausleitung 17 axial über der nächstfolgenden Lage, deren Abstützung 16 an dieser Stelle ausgespart ist. Bei hoher Lagenspannung wird die Isolation 18 zwischen erster und zweiter Lage an dieser Stelle in Form von 19 abgekröpft.
Man sieht in Fig. 10, daß die drei als Schirmring wirkenden Elektroden 3, 13, 23 außerhalb der Wicklung vorbereitet und als ein einziger isolierter Ring aufgelegt werden können. Dieser Ring kann dann noch die Form von Fig. 11 bzw. 12 haben.
In Fig. 11 nehmen sowohl die axialen Breiten als auch die Isolierungen der einzelnen Ringe nach dem Joch hin zu. Eine dünne gemeinsame Umbandelung 4' sorgt für den Zusammenhalt. Sie kann auch weggelassen werden. In Fig. 12 hingegen umschlingen die einzelnen Umbandelungen mitunter verschiedene Schirmringe.
Fig. 13 zeigt den Schnitt A -B der Fig. 10. Aus dem Schnitt erkennt man, daß man die Drähte 10 der an dem Schirmring liegenden Wicklung stark abkröpfen muß, so daß möglichst immer der Schirm^ ring 3 auf allen Umf angsstellen einen kleinen Abstand vom Wicklungsdraht 10 hat, der z. B. mit einer Schlinge 4" fixiert wird. ,
Fig. 14 zeigt eine Ausführung der elektrischen Trennstelle 15 und der mechanischen Trennstelle 16 von zwei axial übereinanderliegenden Schirmringen nach der Erfindung, und zwar in der Abwicklung. Beide Trennstellen wird man weit auseinanderlegen.
Die Schirmringe 3 und 13 bestehen dabei aus Isolierstoff. Um jeden Einzelring ist eine Metallisierung 13' bzw. 3' aufgebandelt, wobei 15 eine Isolierstoffbandage ist, welche die Trennstelle ergibt. Die Beläge 3' und 13' sind allseitig bis auf die Umfangsstelle 15 aufgebracht. Bei 16 kann der Ring, der vor Aufbringen auf die Wicklungen offen ist, mechanisch geschlossen werden, und zwar kann er durch entsprechendes Zuschneiden der aufeinanderliegenden Kanten 16' genau den vorliegenden Durchmessern angepaßt werden. Die Isolierung 17 für beide Schirmringe wird an der Trennstelle 16 ebenfalls offen gelassen. Nach Schließen der Trennstelle wird der Metallbelag 18 und die fehlende Isolation 19 nachträglich überlappt aufgebracht.
Letzteres Beispiel zeigt, daß solche Schirmringe auf freiem Potential sowohl ausleitungsfrei als auch toleranzlos herstellbar sind. Fig. 10 zeigt, wie die Zuleitungen zu den Enden ohne Schwächung dieser'
ao freien Schirmringe herangeführt werden können. Eine Ausführung, die gemäß dem Grundgedanken der Erfindung für die Randisolation gewählt wird, gestattet es z. B., eine fortlaufende Lagenwicklung ohne ' alle Umrisse in der Hauptisolierung auszuführen. Die
as Spannungssteuern kann dabei wahlweise für die Oberoder Unterspannungswicklung vorgenommen werden. . Man vermeidet die bisher üblichen Winkelringe oder umgerissene Flanschisolation, was die Fertigung sehr vereinfacht. Man erreicht auch eine Spannungsverteilung, die weitgehend am Ende linearisiert ist, vergleichbar mit der Spannungsverteilung längs einer bekannten Kondensatordurchführung, jedoch mit anderen Mitteln und Formen, sowie für eine ganz andere Anwendung. Die Art der Einbringung der Steuerelektroden ermöglicht es, daß die gesamte Endsteue-
; rung außerhalb der Wickelbank vorgefertigt werden kann und nur auf die Wickelbank aufgelegt zu werden braucht. Verzichtet man auf die mechanische Trennstelle 16, so muß man die Elektroden vorher als Ringe herstellen, da der Durchmesser genau den entsprechenden Wicklungsdurchmessern angepaßt sein muß.
Die Ringherstellung bereitet jedoch fertigungsmäßige Schwierigkeiten und kann nicht mit so genau angepaßten Durchmessern erfolgen; deswegen wird eine Herstellung der Schirmringelektroden in Form von biegsamen Stäben 3 vorteilhaft sein. Diese biegsamen Isolierstäbe werden dann nachträglich beim Aufbau oder schon auf der Wickelbank aufgelegt und mit den Belägen 18 bzw. Isolierungen 19 geschlossen. Dadurch entsteht ein spannungsgesteuerter mechanisierbarer Wicklungsaufbau, der den Bedürfnissen einer rationellen Fertigung in idealer Weise entspricht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 bezüglich des Querschnitts, was bei sehr hohen Quer- _ . . ' schnitten nicht immer wirtschaftlich gelöst werden Patentansprüche: kann Man hat schon versucht, die genannten Schwierig-
1. Anordnung zur Randfeldsteuerung für die 5 keiten dadurch zu umgehen, daß man einen Schirm-Wicklungsstirnseiten von Transformatoren und ring ohne Ausleitung verwendet, der sich auf freies Drosselspulen mit mehreren, der Wicklungsstirn- Potential einstellt (deutsches Gebrauchsmuster seite in axialer Richtung nach dem Joch zu vor- 1 890 283).
gesetzten anschlußfreien ringförmigen Elektroden Untersucht man diese Anordnungen 1, so stellt
auf freiem Potential, die jeweils isoliert sind, wo- io sich heraus, daß zwar die Beanspruchungen 3' an der
bei der Raum zwischen der Wicklungsstirnseite Kante des isolierten Schirmrings niedriger sind als bei
und der dieser unmittelbar benachbarten axial angelenktem Schirmring, dagegen die Beanspruchun-
vorgesetzten Elektrode ebenso wie der Raum gen an der schwach isolierten Kante 3" des benach-
zwischen den einzelnen axial nebeneinanderlie- harten ersten Normaldrahts 10 sehr hoch sind. Das
genden Elektroden mit festem Isolierstoff ausge- 15 ist schon bei einem an 10 angelenkten Schirmring 3
füllt ist, dadurch gekennzeichnet, (s. Fig. 3) um so mehr der Fall, je dicker dessen Iso-
daß die der infolge von Abkröpfungen und Aus- lation ist. Die Beanspruchung 3'" wird um so höher
leitungen ungleichmäßig ausgebildeten Wicklungs- bei freiem Schirmring 3 (F i g. 2) je größer der Ab-
stirnseite unmittelbar benachbarte axial vorge- stand des Schirmrings 3 vom Normaldraht 10 ist, d. h.
setzte Elektrode eine glatte Oberfläche und zur ao je kleiner die kapazitive Kopplung ist.
Erzielung eines möglichst kleinen kapazitiven Man kann nun die Kopplung erhöhen, indem man
Koppelabstands die dünnste Isolation der vorge- die axiale Höhe des Schirmrings 3 (Fig. 2) sehr nied-
setzten Elektroden aufweist und daß zur Stufung rig macht, dann geht aber dessen Wirkung verloren,
der Potentiale der einzelnen Elektroden die Stärke weil Vorentladungen praktisch den stärker isolierten
der die Elektroden einzeln oder gruppenweise 35 Schirmring umgehen und an die Kante von 10 laufen,
umfassenden Isolationsumbandelung für die dem Macht man dagegen 3 axial sehr hoch, so tritt wieder
Joch näherliegenden axial vorgesetzten Elektro- eine höhere Spannung zwischen 3 und 10 auf und 3"
den zunimmt. wird zu hoch.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Bei einer Schirmringanordnüng zur Verbesserung kennzeichnet, daß die Elektroden aus Isolierstoff- 30 der Feldverhältnisse am Rand von Hochspannungsstreifen hergestellt und mit einem Leitbelag ver- wicklungen, bei der die Strecke Schirmelektrode — sehen sind. Gegenelektrode gegenüber der Strecke Wicklung —
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- Schirmelektrode als die schwächere ausgebildet ist, ist durch gekennzeichnet, daß die axialen Höhen der es weiter schon bekannt, zwei oder mehr voneinander Elektroden in der Reihenfolge ihrer Entfernung 35 isolierte Schirmringe mit einer gemeinsamen Schicht von der Wicklungsstirnseite zunehmen. festen Isoliermaterials zu verkleiden, so daß sie in
freier kapazitiver Kopplung verschiedenes Potential annehmen (deutsches Gebrauchsmuster 1 890 283).
Ähnliche Schirm ringanordnungen sind beispiels-
40 weise durch die schweizerischen Patentschriften 222 349 und 299 841 bekanntgeworden. In der schweizerischen Patentschrift 222 349 ist eine Trans-
Bekanntlich enthält die stirnseitige Endisolation für formatorwicklung für hohe Spannungen beschrieben, Transformatorenwicklungen hoher Spannung beson- bei der die Stirnseiten sowohl der Unterspannungsdere Probleme. Es ist schon vorgeschlagen worden, 45 wicklung als auch die der Oberspannungswicklung Schirmringe an den Enden zu verwenden, die eine mit jeweils einer isolierten Elektrode versehen ist. besondere Formgebung und Isolation haben und das Eine ähnliche Anordnung zeigt die schweizerische Randfeld umbilden. Die Verwendung solcher Schirm- Patentschrift 299 841. Hier ist eine Schirmelektrode ringe bereitet für fortlaufende Lagen Schwierigkeiten, für Wicklungen von Transformatoren und Drosselweil an der am Streukanal liegenden Lage an der 50 spulen beschrieben, deren Isolation auf der Seite der unteren Stirnseite, an der die Lagenverbindung liegt, maximalen Spannungsbeanspruchung ein Mehrfaches keine Ausleitung nach außen geführt wird, die ein der Stärke der Isolation an den weniger beanspruch-Anlenken des Schirmringes durch eine von außen ten Stellen beträgt. Eine Steuerung des Randfeldes kontrollierbare Lötstelle ermöglicht. Auch auf der läßt sich damit allerdings nicht erreichen. Hierzu entgegengesetzten oberen Seite dieser Lage, die die 55 sind mehrere Elektroden erforderlich, die in beson-Ausleitung trägt, würde ein Aufbringen eines Schirm- derer Weise ausgebildet bzw. isoliert sind, ringes insofern schwierig sein, als der Schirmring be- Abgesehen von solchen Schirmringanordnungen
sondere Aussparungen für die Ausleitungen erfordern ist es bekanntgeworden, den Raum zwischen der würde, was mit mechanischen bzw. Isolationsschwie- Wicklungsstirnseite und dem Joch vollständig mit rigkeiten verbunden ist. 60 isolierstoff auszufüllen, und innerhalb der Isolier-
Ähnliche Schwierigkeiten bereitet eine Ausleitungs- Stoffausfüllung einen leitenden Belag vorzusehen, der führung, die am Schirmring radial benachbart vorbei- auf der der Oberspannungswicklung abgekehrten führt, so daß der Schirmring dort im Querschnitt Seite eines Isolierstoffzylinders liegt und allmählich nicht geschwächt zu werden braucht. Es ist ferner in einen Flansch übergeht (schweizerische Patentschon bekannt, stromdurchflossene Endprofile an 65 schrift 210 401). Als Alternativlösung wurde dort Stelle von Schirmringen zu verwenden und diese weiter angegeben, in dem Raum zwischen der Stirnstärker zu isolieren. Diese Endprofile bewähren sich seite der Unterspannungswicklung und dem Joch zwar, erfordern jedoch eine besondere Überlegung gegeneinander isolierte Elektroden vorzusehen, die
DE19641488234 1964-12-10 1964-12-10 Anordnung zur Randfeldsteuerung fur die Wicklungsstirnseite von Trans formatoren und Drosselspulen Expired DE1488234C (de)

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DEL0049506 1964-12-10

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DE1488234A1 DE1488234A1 (de) 1969-02-06
DE1488234B2 DE1488234B2 (de) 1972-07-20
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