DE1932923A1 - Scheibenwicklung mit verbesserten Spannungsgradienten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf induktive Wicklungen für elektrische Induktionsapparate, wie z. B. «Transformatoren, Drosseln und dergleichen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Mittel zur Verbesserung der Spannungsverteilung über einer Hochspannungswicklung und zur Verminderung der Isolationsbeanspruchungen, die durch Stoßspannungen mit steilen Wellenfronten infolge von Blitzen, Schaltstößen und dergleichen hervorgerufen werden.

Es ist bekannt, daß stark induktive Wicklungen, wie z, B. bei Eisenkerntransformatoren und Drosseln, bei Beanspruchung durch eine Stoßspannung mit steiler Wellenfront oder transienten Spannungen zunächst eine exponentiell Verteilung des Spannungsabfalles entlang der Wicklungslänge mit einem sehr hohen Spannungsgradienten an den ersten wenigen Windungen zeigen. Beispielsweise kann an dem Hochspannungsende etwa 60% der Spannung an den ersten 5% der Windungen der gesamten Wicklung auftreten. Diese extrem unß-leichförmige Verteilung der Spannung beruht

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primär auf der unvermeidbaren verteilten Kapazität zwischen jedem einzelnen Windungsteil und benachbarten geerdeten Teilen, wie z.B. dem Kern und dem Gehäuse. Diese Erdkapazität wird auch "Parallel"-Kapazität genannt. Eine derartige Wicklung besitzt von Natur aus auch eine verteilte Kapazität zwischen den Windungen und Gruppen von Windungen, wobei die Summe dieser Kapazität zwischen den Wicklungsklemmen in Serie liegt. Falls diese "Serien" - Kapazität nur alleine vorhanden wäre, würde die Spannungsverteilung über der Wicklung im wesentlichen gleichförmig und linear sein, was auch dann der Fall sein würde, wenn die Induktivität allein vorhanden wäre. Da je-" doch die verteilte Kapazität, sowohl die in Serie liegende als auch die parallele, eine in der watur der wicklung liegende eigenschaft ist, ist die Spannungsverteilung bei Stoßspannungen ein für die Auslegung wichtiger Faktor.

Bei Leistungstransformatoren für hohe Spannungen und Ströme werden zwei grundlegende Wicklungsarten verwendet, nämlich die Zylinderwicklung, die als eine zylindrische Spirale oder eine Gruppe übereinander gelegter Spiralen ausgebildet ist, und die radiale Spirale oder Scheibenwicklung· Bei einer Scheibenwicklung ist jede von mehreren kreisförmigen Spulen als eine radiale Spirale gewickelt, wobei die Spulen, d. h. die radialen Schichten, einzeln oder in Gruppen mit axialem Abstand auf dem Kern angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet sind, .

Es ist bekannt, daß die Verteilung einer transienten Spannung bei der zylinderförmigen Wicklung linearer ist, als bei einer scheibenartigen Wicklung, da die Serienkapazität einer Zylinderwicklung im Verhältnis zu ihrer Parallelkapazität groß ist. Für einige Hochspannungswicklungen wird jedoch die Scheibenwicklung verwendet, um den hohen normalen Spannungs-, gradienten (und folglich die starke Isolation) zwischen den

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spiralförmigen Schichten zu vermeiden, der für eine Scheibenwicklung bei Hochspannung charakteristisch ist. Demzufolge weisen Hochspannungstransformatoren mittlerer Leistung oft unterspannunesseitig eine Zylinderwicklung und oberspannungeseitig eine Scheibenwicklung auf; In einem derartigen Transformator ist die Unterspannungswicklung im allgemeinen direkt in der Nähe des Kerns angeordnet und von der Scheibenwicklung höherer Spannung umgeben. Im Verhältnis zur Oberspannungswicklung lieet die gesamte Unterspannungswicklung nahezu auf ürdpotential und der radiale Zwischenraum zwischen diesen beiden Wicklungen, der sogenannte "Hauptspalt", ist ein wesentlicher Parameter für die Auslegung» Die länge des Hauptspaltes wird primär von zwei Überlegungen bestimmt. Die eine ist die maximale zulässige Spannungsbeanspruchung über dem Hauptspalt bei der Kreisfrequenz kleiner leistung; die andere ist die Spannungsbeanspruchung, die bei den transienten Spannungen mit hoher Frequenz auftreten. In der Praxis richtet sich die Größe des Hauptspaltes in Transformatoren mit Scheibenwicklung oft nach dieser letzten Überlegung. Die Nichtlinearität der Spannungsbeanspruchung von Windung ZM Windung macht es gewöhnlich erforderlich, daß einige der ersten Windungen an dem Hochspannuntrsende einer Scheibenwicklung mit einer besonderen Isolation versehen werden. Aus Abmeseungs- und Wirtschaftlichkeitsttründen ist es wünschenswert, die Größe des Hauptspaltes und die Isolationsmenge zwischen Wicklungsspulen und den Spulenwinduneen zu vermindern. Diese Ergebnisse können alle erzielt werden, wenn die normalerweise steile exponentiell Stoßspannunsrsverteilung, die ein besonderes Kennzeichen einer scheibenartigen Wicklung ist, auf vorteilhafte Weise verändert werden und einer idealen gleichförmig linearen Verteilung angenähert werden kann.

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Es ist ferner bekannt, daß die transiente Spannungsverteilung zwischen axial getrennt angeordneten Spulen oder Spulengruppen (Windungsabschnitte) in einer Scheibenwicklung durch zahlreiche Maßnahmen verbessert werden kann. Beispielsweise ist die in dem US Patent 2,4-53,552 beschriebene Verflechtung der einzelnen Windungen verwendet worden. Daneben sind auch statische Platten, Schutzrippen und andere Schutzmittel bekannt. Selbstverständlich erfordern alle diese Maßnahmen auf unterschiedliche Weise zusätzliches Material, zusätzliche Arbeit, mehr Raum oder teuerere Verfahren zur Wicklung: der Spulen oder zur Verbindung fc der Spulen untereinander. Nach Möglichkeit ist es erwünscht, eine Bcheibenwicklunpr kontinuierlich, d. h. nicht verflochten, zu wickeln und besondere Schutzteile und eine starke Isolation an dem Hochspannungsende zu vermeiden.

as ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine für elektrische Apparate bestimmte Hochspannunsswicklung mit einer radialen scheibenförmigen Gestalt und einer fortlaufenden Windungs— folee zu schaffen, die für eine relativ hohe Reihenkapazität wie in einer Zvlinderwicklung sorgt. Dabei sind die einer fortlaufend gewickelten Hochspannungs- Scheibenwicklung anhaftenden Eigenschaften bei transienten Spannungen zu verbessern und somit die erforderlichen Hilfsschutzmit— ) tel möglichst klein zu machen. Weiterhin beinhaltet die vorliegende Erfindung eine in fortlaufender Windungsfolge (reschaltete scheibenförmige Hochspannungswicklung, die die günstigen Stoßspannungseigenschaften sowohl von der &ylin~ derwicklunp- als auch von der Scheibenwicklung aufweist.

Es sei darauf hingewiesen, daß an dieser Htelle mit dem tiochspannungsende oder den Hochspannungsenden einer wicklung die sogenannten ^::Leitungs-"Pole gemeint sind, im Gegensatz zu den geerdeten oder den am Sternpunkt !iahenden

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Teilen. .Demzufolge besitzt eine einphasige oder imStern geschaltete Wicklung, die an einem &nde geerdet ist, nur eine Hochspannungs-Leitungsklemme. Wenn sie dagegen an einem zwischen den Klemmen liegenden Punkt geerdet ist, kann sie zwei ünden mit Leitungsspannung aufweisen, die zu einer gemeinsamen ülemme zusammengefaßt sind. Auf ähnliche Weise besitzen im Dreieck geschaltete Wicklungen Hochspannungsklemmen an beiden Anden im Verhältnis -zu einem Mittelpunkt mit kleinerer Spannung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf gleiche weise auf alle diese Hochspannungswicklungen anwendbar.

(iemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein rechteckförmiger elektrischer Leiter fortlaufend auf einen magnetisierbaren Kern gewickelt, um zahlreiche, mit axialem 'Abstand angeordnete radiale Scheibenspulen zu bilden, die eine im wesentlichen gleiche Anzahl radial überlagerter Leiterwindungen aufweisen. Der Leiter verbindet bzw. kreuzt nun die öpulenwindungen in einer solchen Reihenfolge, daß er zahlreiche kegelförmige, koaxiale und verschachtelte Windungsschichten bildet. Die Windungen jeder kegelförmigen Schicht sind über eine Reihe benachbarter Scheibenspulen alternativ radial nach innen und radial nach außen gewickelt und können beim fortschreitenden radialen Aufbau von Spule zu Spule eine oder mehrere Leiterwindungen umfassen. Die daraus entstehende Wicklung weist die erwünschten Eigenschaften sowohl einer radialen Scheibenwicklung als auch einer spiralförmigen Zylinderwicklung auf, wobei die kegelförmigen Wicklungsschichten als eine Reihe von Kapazitäten wirken, um die Serienkapazität der Wicklung relativ zu einer einfachen fortlaufenden Scheibenwicklung zu erhöhen und somit den Stoßspannung sahfall linearer über die Wicklung zu verteilen.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

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Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht eine» typischen Transformators, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist.

Figur 2 ist ein Teilquerschnitt des Spulenaufbaues auf einem Wicklungsschenkel eines Transformators, wie er z. B. in ii.gur 1 dargestellt ist, und zeigt eine Hochspannungsscheibenwicklung gemäß der Erfindung.

Figur 3 ist eine schaubildliche Darstellung der Windungsreihenfolge durch die in Figur 2 gezeigte Scheibenwicklung.

Figur 4- ist ein Teilquerschnitt einer modifizierten Form der in Figur 2 gezeigten Scheibenwicklung.

Figur 5 zeigt in einem Kurvenbild die Kennlinien der Stoßspannungsverteilung bei mehreren verschiedenen Arten einer Hochspannungs-Transformatorwicklung einschließ« lieh einer erfindungsgemäßen Wicklung.

In Figur 1 ist schematisch ein Dreiphasen—Transformator mit einem dreischenkligen Kern 101 dargestellt, der auf Jedem Schenkel eine Unterspannungs-Primärwicklung 102 sowie eine Oberspannungs-Sekundärwicklung 103 aufweist. Jede Sekundärwicklung 103 ist mit zwei in axialem Abstand angeordneten Abschnitten dargestellt, die auf bekannte Weise über einen Anzapfungsschalter 104 in Reihe geschaltet sind. Die Primärwicklungen 102 sind in Sternschaltung dargestellt, wobei der Sternpunkt mit dem Kern 101 sowie Erde in Verbindung steht. Die Oberspannungs-Sekundärwicklungen 103 sind in Dreiecke schaltung dargestellt und sind mit den Hochspannungsleitern 105 eines Dreiphasen systems verbunden.

In Figur 2 ist ein Spulenaufbau für einen Transformator der

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in Figur 1 schematisch gezeigten Art dargestellt. Hier ist nur ein einziger Wic^lungsschenkel dargestellt, und die Sekundärwicklung 10* ist nur auf einer Seite der Kernachse gezeigt. Ba die zwei mit axialen Abstand angeordneten Abschnitte Jeder Wicklung 103 in ,leder Beziehung ähnlich sind, außer daß sie bezüglich des axialen Mittelpunktes des Kernschenkels entgegengesetzt angeordnet sind, ist lediglich ein Abschnitt der Wicklung 103 vollständig gezeigt.

Obwohl zwar aus "Parstellungsgründen ein Kerntransformator mit einer Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungsabschnitten atff jedem Schenkel dargestellt ist, eo ist die Erfindung , auf gleiche weise auf Manteltransformatoren, drosseln oder andere Apparate mit HochspannunerswicklunKen anwendbar, κ! eichgültig ob die Wicklungen in einem oder mehreren Abschnitten angeordnet sind oder ob es sich um einphasige oder mehrphasige Wicklungen handelt. Desgleichen ist die Krfindune auf ttochspannungs-Scheibenwicklungen sowohl mit als auch ohne Anzapfungen anwendbar. Hie dargestellte Ausführungsform weist derartige Anzapfungsabschnitte auf, um eine Art darzustellen, in der die Erfindung bei einer angezapften Wicklung verwendet werden kann. Pie charakteristischen Merkmale der Erfindung beziehen sich in stärkerem Maße auf den Aufbau und die Windungsorientierung einer Hochspannungswicklung oder eines Wicklungsabschnittes an sich. In dem dargestellten Fall betrifft die Erfindung die Hochspannungs-Sekundärwicklunpen 10* des T-ransformators.

Wie Figur 2 zu entnehmen ist, weist die Unterspannungs-Primärwicklung 102 auf ,ledern Kernschenkel eine röhrenförmige Gestalt auf und umschließt eng den Kern 101. Die zugehörige Oberspannungs-Sekundärwicklung 103 ist eine radiale Scheibenwicklung und ist konzentrisch um die Unterspannungswicklung herum angeordnet. Die Unterspannungswicklung 102, die eine

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spiralförmige Zylinderwicklung sein kann, ist in einer Isolierhülle 110 eingeschlossen. Der Raum zwischen der Wicklung 102 und dem Kern 101 ist zumindest teilweise durch eine röhrenförmige Isolierhülse 101 ausgefüllt. Der radiale Raum zwischen der Unterspannüngswicklung 102 und der Oberspannungswicklung 103 wird der Hauptluftspalt des Transformators genannt. In diesem Raum ist eine röhrenförmige Isolierhülse 112 vorgesehen Die zahlreichen Windungen und Isolierhülsen sind mit raialem Abstand zueinander angeordnet, wie es aus Figur 2 zu ersehen ist,l um axiale Durchgänge für einen nicht dargestellten Kühlmittelstrom zu schaffen.

Aus Figur 2 ist zu ersehen, daß die Primärwicklung 102 auf ,jedem Kernschenkel so dargestellt ist, daß sie für zwei axial nebeneinander liegende Abschnitte der zugehörigen Hochspannungswicklung 113 gemeinsam gilt. An ihren axial entfernten Enden ist die Wicklung 103 mit getrennten Leitungsleitern 105 verbunden, wie es schematisch in Figur 1 dargestellt ist. In Figur 2 ist ein derartiger Leiter an dem unteren Ende der Wicklung 103 gezeigt. In dieser Figur sind ferner zahlreiche Anzapfungsleiter 113 eingezeichnet, die von jedem Abschnitt der Wicklung 103 in der Nähe ihrer in axialer Richtung in der Mitte angrenzenden Enden abgenommen sind. Wie aus dem folgenden noch besser hervorgehen wird, sind die Scheibenspulen in dem Niederspannungsabschnitt dieser Anzacfungsleiter am zweckmäßigsten als übliche fortlaufende Scheibenspulen gewickelt, selbst wenn die übrigen Spulen höherer Spannung die neuartige Windungsfolge gemäß der Erfindung aufweisen.

Wie Figur 2 zeigt, ist Jeder Abschnitt von Jeder Hochspannungswicklung 103 aus einer Folge von 16 scheibenförmigen Spulen A, B, C....N, 0, P gebildet. Jede dieser Spulen umfaßt fünf radial überlagerte Windungen eines rechteckigen

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Leiters, wobei den Windungen die Bezugszahlen 1-80 gegeben sind. Die ersten vier Scheiben jeder Wicklung 103 sind als fortlaufende Spiralen gewickelt, wobei die Windungen einer jeden Scheibe in gewohnter Weise direkt in Serie liegen. Diese Art ist als fortlaufende Scheibenwicklung bekannt. Die Windungen der ersten Scheibe A sind nach unten gewickelt, . und zwar in dem Sinne, daß ein ankommender Leiter 113 an der radial äußersten Windung 1 der Scheibe A beginnt und über die Windungen 2, 3, 4- und 5 radial nach innen fortschreitet. Die radial innerste Windung 5 der Scheibe A ist mittels einer Querverbindung öder Brücke 5 a mit der innersten Windung 6 der nächsten benachbarten Wicklungsscheibe B verbunden. Diese Wicklungsscheibe B ist eine radial nach außen gewickelte Spirale und endet an einer äußersten Leiterwindung 10. Die Wicklungsscheibe C ist ähnlich wie die Scheibe A, d. h. sie ist eine kontinuierlich nach innen laufende radiale Spirale, die an einer innersten Windung 15 endet.

Von der Windung 15 in der Scheibe C führt eine Querverbindung 15a zu einem Abschnitt der Wicklung 103, der mit der Scheibe D beginnt und eine Windungsfolge der erfindungsgemäßen verbesserten Hochspannungs-Wicklungsanordnung aufweist. Es sei erwähnt, daß die spiralenförmig gewickelten fortlaufenden Scheiben A, B, C an dem Mittelpunkt der Wicklung 103 für die Erfindung im weiteren Sinne nicht wesentlich sind. Derartige fortlaufende Scheibenspulen am Mittelpunkt einer Wicklung schaffen eine zweckmäßige Anordnung für den Anschluß von Anzapfungsleitern in der Wicklung und sind nur zur Darstellung in die Zeichnungen aufgenommen worden, daß eine erfindungsgemäße Wicklung derartige Anzapfungsabschnitte aufweisen kann, ohne daß ihre Stoßspannungsverteilung nachteilig beeinflußt wird.

Aus den Wicklungsscheiben D, E .... υ, P In Figur 2 wird ersichtlich, daß die Brücke 15 a einen End- oder Polleiter

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eines Wicklungsabschnittes bildet, der physikalisch eine radiale Scheibengestalt besitzt, in dem aber die Windungsfolge des Serienleiters über die wicklung die elektrische Wirkung einer keihe von koaxialen, kegelförmigen und verschachtelten Wicklungsschichten hervorruft. Insbesondere ist zu entnehmen, daß der Serienkreis über die Wicklungsscheiben D,- E ... O, P mit einer radial innersten Windung 16 der Scheibe D beginnt und in radialer Kichtung nur über eine einzige überlagerte Windung 17 weiterführt, bevor er über eine Brücke 17 a zu der radial innersten Windung .18 der nächsten Scheibe ü übergeht. Der Serienkreis durchläuft eine Brücke 18 a und die innerste Windung 19 der Scheibe F. Da-" nach verläuft der Serienkreis radial nach außen über aufeinanderfolgende Windungen 2u und 21 in den vorhergehenden Scheiben E bzw. D und durchfließt eine radial überlagerte Windung 22 der Scheibe D. Der Kreis verläuft dann radial nach innen weiter über die aufeinanderfolgenden Windungen 23, 24 und 25 der Scheiben JE₁-P, und G. Auf gleiche Weise leitet eine brücke 25 a mit der radial innersten Windung 25 der Scheibe G zu der radial innersten windung der Scheibe H eine überlagerte kegelförmige Schicht der Windungen 26, 27, 28, 29 und 30 ein, die über die Scheiben H, G, P, E bzw. D stufenförmig radial nach außen fortschreitet.

äs wird nun klar, daß sich der Verlauf der Windungen über die Wicklungsscheiben D, E ♦„. 0, P in Stufen von Scheibe zu Scheibe und alternativ radial nach innen und radial nach außen fortsetzt, damit zahlreiche koaxial verschachtelte

j konische Wicklungsschichten gebildet werden, die in Serie geschaltet sind. Die physikalische Orientierung dieser Schichten ist schematisch in Figur 3 angegeben. Hier beginnt der Keihenkreis durch einen Abschnitt der Hochspannungswicklung 103 hindurch an einem Anzapfungsleiter 113, durchläuft die fortlaufenden spiralförmigen Scheiben A, B, und C radial nach innen und radial nach außen und setzt sich dann in den

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Wicklungsscheiben D₁ E ... O, P in der diagonal ausgerichteten und oben beschriebenen Reihenfolge fort, um schließlich an dem Hochspannungsleiter 105 zu enden.

Es wird nun verständlich, daß die diagonal oder kegelförmig ausgerichtete Wicklung, die durch die Scheiben D, E ... 0, P gebildet wird, relativ einfach und billig zu wickeln ist, da der Leiter beim Aufbau der wicklung von Windung zu Windung fortlaufend bzw. ununterbrochen aufgewickelt wird. Dies steht beispielsweise im Gegensatz zu bisher bekannten Paaren nach unten und oben bzw. nach innen und nach außen gewickelter Scheiben, wie z. R. den Scheiben A, B,.in denen eine Scheibe eines jeden Paares nach unten bzw. nach innen gewickelt sein muß, um Uberbrückungen zwischen den Scheiben zu vereinfachen.

Die erfindungsgemäße verbesserte Scheibenwicklung mit der konstant nach außen fortschreitenden Windungsfolge kann mit einem einzigen ununterbrochenen Leiter gewickelt werden, wobei die Querverbindungen ohne Unterbrechung des Leiters während des Wickeins hergestellt werden können. Zu diesem Zweck werden die radial in einer Ebene liegenden Leiterwindungen 16 und

17 zunächst als Spindel auf den Isolierzylinder 112 gelegt. Dann wird der Leiter quer über die Verbindung 17a zu der nächsten Scheibe E geführt, die mit der radial innersten Windung 18 beginnt. Nach Herstellung der einzigen Windung

18 wird eine Brücke 18 a asu der nächsten benachbarten Scheibe F erzeugt, die mit der radial innersten Windung 19 beginnt. Nach Bildung der Leiterwindung 19 verläuft die wicklung über die windungen 20 und 21 surück in die vorangehenden Scheiben E und JJ und zwar in Stufen radial nach außen. Daraufhin wird die nächste, in radialer Richtung außen gelegene Windung 22 auf die gleiche Scheibe D gelegt und die Wicklung verläuft dann in Stufen radial nach innen über die Scheiben E, F und G. Danach beginnt die neue Scheibenspule mit ihrem radial

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innersten Leiter 25. Die wicklung verläuft dann zu der nächsten Scheibe H, die mit dem radial innersten Leiter 26 beginnt, und danach fortlaufend weiter nach oben und in Stufen radial nach außen über die Leiter 27, 28, 29 und 30 der vorhergehenden Scheiben G bis D. ■

as sei erwähnt, daß eine erfindungsgemäße Wicklung oder ein Wicklungsabschnitt eine relativ große Anzahl Querverbindungen, wie z. ti. die Querverbindungen 15 a, 17 a, 18 a, 25 a und dergleichen, zwischen benachbarten Scheibenspulen der Wicklung erfordert. Diese Querverbindungen Jedoch können

k einfach aus der forfLaufenden Leiterlänge hergestellt werden, da jede Querverbindung nur einen kurzen Zwischenraum zwischen radial nebeneinanderliegenden Windungen der axial nebenein— anderliegenden Wicklungsscheiben zu überbrücken hat_e Ferner können die Querverbindungen in einer einzigen radialen Ebene entlang der Wicklungsachse hergestellt werden. Auf Wunsch kann jede Verbindung oder jede Gruppe von Verbindungen in einer kegelförmigen Schicht auch mit Winkelabstand zuder vorhergehenden Verbindung oder Verbindungsgruppe in einer spiralförmig fortschreitenden Reihe angeordnet sein, eo daß ein Netz von Verbindungen um die Wicklung herum gebildet wird· Ob nun die Brücken in einer einzigen Ebene oder als ein zylinderförmiges Netz angeordnet werden, die Vielzahl der WIn-

) dungsverbindungen unterstützt in jedem Falle.die physikalische Halterung der Wicklung und verbessert somit ihre Festigkeit bei Kurzschlüssen.

Das Abwinkein des Leiters, wie es zur Herstellung der Querverbindungen erforderlich ist, bildet Bereiche, in denen die elektrische Festigkeit ein wenig verringert ist. Somit ist es wünschenswert, in diesen Bereichen für eine besondere Isolation zu sorgen.Dies ist leicht und billig herbeizuführen, wenn sich die Querverbindungen einer einzigen kegelförmigen Win-

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dungsschicht alle in einer radialen Ebene befinden. In diesem Fall können Streifen aus Isoliermaterial, die vorteilhafterweise breiter sind als der Leiter, zwischen die kegelförmigen Windungsschichten in der Ebene der Brücken und auf eine oder beide Seiten der Querverbindungen gelegt werden. Ein einzelner Streifen einer derartigen Isolation ist beispielsweise in Figur 2 gezeigt, in der er mit der Bezugszahl 120 bezeichnet ist.

Zur Darstellung der vorteilhaften Wirkung der Erfindung auf eine Stoßspannungsverteilung über die ganze Hochspannungswicklung 103 ist in Figur 5 eine Reihe von Kurven für unterschiedliche Spannungsverteilungen eingezeichnet. In diesem Kurvenbild ist auf derOrdinate die angelegte Anfangsaugenblicksspannung in Prozent aufgetragen, und die Abszisse zeigt die Stellen der Wicklung in Prozenten der gesamten Windungszahl, gemessen von dem geerdeten Niederspannungsende, an denen eine derartige Spannung auftritt. Kurve A in Figur 5 zeigt die Verteilung der Anfangsaugenblicksspannung, die in der verteilten Parallel— und Reihenkapazität einer typischen Scheibenwicklung auftreten würde, falls die Induktivität fehlen würde. Wenn zu Beginn eine Stoßwelle mit steiler Wellenfront auf eine .Wicklung trifft, so ist dieser theoretische Zustand selbstverständlich nur eine Näherung, da die sehr hohe induktive Reaktanz zunächst im wesentlichen jeden Stromfluß durch die Spulen der Wicklung verhindert. Aus Kurve A ist beispielsweise zu entnehmen, daß praktisch der gesamte Spannungsabfall an den ersten 25% der Windungen an dem Hochspannungsende der Wicklung auftritt, und daß etwa 60% des Spannungsabfalles an den ersten 5% der Wicklung des Hochspannungsendes erfolgt. Bisher ist diese äußerst ungünstige Spannungsverteilung, wie sie in Kurve A gezeigt ist, bis zu einem gewissen Grade verändert worden, indem zu einer Wicklung eine Serienkapazität beispielsweise in der Form sogenannter Schutzrippen hinzuge-

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fügt werden, die in dem US - Patent 2 279 028 beschrieben sind. In Kurve B ist eine typische Spannungsverteilung für eine Hochspannungswicklung gezeigt, die mit derartigen Schutzrippen versehen ist. Der Spannungj3gradient derKurve B ist zwar an dem Hochspannungsende der Wicklung noch recht groß, er ist aber merklich verbessert. Es sei erwähnt, daß die Spannungsverteilung entlang der Wicklung gemäß der linearen Kurve C in Figur 5 verlaufen würde, wenn die Wicklung allen aus einer Reihenkapazität oder allein aus einer Induktivität bestehen würde.

Die Wirkung der Erfindung ist nun in Kurve D in Figur 5 dargestellt. üs sei darauf hingewiesen, daß die anfängliche oder transiente Spannungsverteilung (.Kurve D) für die verbesserte Wicklung bemerkenswert linearer ist als für die durch die Kurven A und B dargestellten Scheibenwicklungen. Bei einem Test ist gefunden worden, daß bei einer ^oiCLaufenden Scheibenwicklung ohne Schutz (.Kurve Ä ) zwischen den zwei bcheibenabschnitten mit der höchsten Spannung etwa 45 % einer Stoßspannungsspitze auftreten kann. Mit der erfindungsgemäßen Windungsfolge wurde dieser maximale Gradient auf 13 %> vermindert.

In Figur 4 ist eine erfindungsgemäße Wicklungsausführung dargestellt, die modifiziert ist, um einen axialen Durchgang für ein Kühlmittel zwischen radial benachbarten windungen der verschiedenen Scheiben in derWicklung 103 zu schaffen. Diese Figur ist ein Teilquerschnitt eines Abschnittes der Wicklung 103 auf nur einer Seite der Spulenachse und zeigt lediglich genügend Scheiben, um einen zylinderförmigen Durchgang 125 darzustellen, der durch Abstandbildung zwischen zwei ähnlich angeordneten Windungen in jeder Scheibe innerhalb der Wicklung 103 ausgebildet ist. efiSaSBE^te^Äl^^teP <fl*P AtJ&ft^tmSGtef ft& ausgerichtet zu sein, sondern sie können auch von Scheibe zu·

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öcheibe in ihrer radialen Lage verändert sein, so daß ein gekrümmter Durchgang Rebildet wird.

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Claims (5)

1. -16-Anspriiche

   (i7) Scheibenwicklung für wochspannungs-Induktionsapparate mit einem geraden langgestreckten Magnetkern und zahlreichen in axialem Abstand angeordneten Spulen eines rechteckförmigen 'Leiters, die eine im wesentlichen gleiche Anzahl radial überlagerte Leiterwindungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine fortlaufend radial nach außen gewickelte Wicklung (103) hindurch einReihenkreis derart gebildet ist, daß der Wicklungsanfang an einer radial innersten windung (16) einer Endspule (D) der Wicklung (103) liegt, der Keihenkreis' durch mindestens eine radial überlagerte windung (17) der Endspule (T) ) fortgesetzt ist und danach durch mindestens eine Wicklung (18) in jeder der folgenden axial benachbarten Spulen (E) in einr radial nach innen gerichteten Windungsfolge verläuft, so daß koaxial zu dem Magnetkern (101) eine konische oder kegelförmige Windungsschicht (17, 18; 22, 23, 24, 25) gebildet ist, die an der radial innersten Windung (18, 25) einer Scheibenspule (E, G) zwischen den Wicklungsenden endet, der Keihenkreis danach die innerste Windung (19, 26) der nächstfolgenden Scheibenspule (F, H) durchquert und sich durch 4ie Windungen der Spulen in einer stufenförmigen Windunersfolge abwechselnd radial nach außen und radial nach innen fortsetzt, so daß zahlreiche koaxiale, kegelförmige und. verschachtelte Windungsschichten gebildet sind, wobei ,jede kegelförmige Schicht eine Folge axial nebeneinander liegender Scheibenspulen durchquert.
2. 2. Scheibenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsleiter ununterbrochen ist und zwischen nebeneinander li^enden Scheiben— spulen Überbrückungen oder Querverbindungen (I5a» 17a, 18a, 25a) gebildet sind, die mit den Windungen der Spulen aus einem Stück bestehen.

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3. 3.-Scheibenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmigen Schichten der Leiterwindungen aus einem fortlaufenden Leiter gebildet sind» der in seinem stufenförmigen Verlauf von Spule zu Spule Überbrückungen bildet und innerhalb einer jeden kegelförmigen Windugsschicht nur eine einzige Windung jeder Spule durchläuft*
4. 4. Scheibenwicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß alle Überbrückungen zwischen den Spulenwindungen (22, 23, 24, 25), die eine einzelne kegelförmige Windungsschicht bilden,im wesentlichen in einer einzigen Jabene entlang der Kernachse angeordnet sind.
5. 5. Scheibenwicklung nach Anspruch 4-, dadurch, gekennzeichnet , daß in der Nähe der Überbrückungen zwischen den Windungen ein Streifen (120) aus Isoliermaterial entlang eines Elementes der kegelförmigen Windungsschicht gelegt ist. .

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   Leerseiie