DE2505085C2 - Zylinderwicklung für Hochspannungstransformatoren - Google Patents

Description

a) verstärkte Isolation der innersten und äußersten Windung,

b) Sonderleitungsquerschnitt mit abgerundeten Kanten für die innerste und die äußerste Windung und

c) Ausleitung für den Kapazitätsring in einem zwischen der ersten und der zweiten Scheibenspule vorgesehenen Kühlkanal.

Bekannt ist (US-PS 28 29 354) die besonders kritischen Windungen, nämlich die innerste und die äußerste Windung, durch eine verstärkte Isolierung zu schützen. Leitungsquerschnitte mit abgerundeten Kanten sind gleichfalls bekannt, z.B. DE-OS 16 38319. Die Erfindung besteht jedoch in den drei vorgenannten Merkmalen a) bis c), durch die die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst wird. Obwohl Einzelmerkmale der beanspruchten Zylinderwicklung zum Stand der Technik gehören, gibt dieser keinen Hinweis auf die Gesamtheit der beanspruchten Merkmale der erfindungsgemäßen Zylinderwicklung.

Die Erfindung ersetzt den Schirmring, ohne dessen Vorteile preiszugeben. Indem die innerste und die äußerste Windung der endseitigen Scheibenspule an der aus der gesamten Wicklung herausweisenden Ecke stark abgerundet ist, wird eine überhöhte Kantenfeld-

stärke vermieden. Indem weiterhin zumindest ein Kapazitätsring zwischen den Windungen einer der beiden ersten Scheibenspulen eingelegt wird, entstehen zu den benachbarten Windungen Koppelkapazitäten, die bei Beanspruchung durch eine Stoßspannung das Potential der benachbarten Windungen an das Potential des Wicklungseinganges angleichen und somit eine gleichmäßige Potentialverteilung auf der Eingangsseite der Wicklung schaffen. Diese Vorteile werden mit einem sehr geringen Aufwand erzielt, insbesondere wird vermieden, daß Äe Bauhöhe um die Stärke- des Schirmrings vergrößert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet So kann ein Winkelring aus Isoliermaterial vorgesehen werden, dessen einer Schenkel auf der Stirnseite der Wicklung gegen die äußere Scheibenspule anliegt und dessen anderer Schenkel die Innenseite der äußeren Scheibenspule und zumindest einen TeU der Innenseite der danebenliegenden Scheibenspule überdeckt Dieser Isolierring erhöht die Durchschlagsfestigkeit in einem besonders kritischen Bereich auf doppelte Weise. Zunächst stellt der Wickeiring selbst aufgrund seiner Durchschlagsfestigkeit ein die Wicklung schützendes Element dar. Weiterhin unterteilt er die Strecken im Kühlmittel zwischen der Außenseite der jeweiligen Windungsisolation "einerseits und den übrigen Kühlkanälen sowie den dahinterliegenden Isolationsschichten andererseits und erhöht die Festigkeit der insbesondere im Bereich von Zwickeln durchschlagsgefährdeten Strecken.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das stirnseitige Ende einer Zylinderwicklung samt den anliegenden Kühlkanälen und der Isolation im Längsschnitt,

Fig.2 die Darstellung des stirnseitigen Endes einer Zylinderspule gemäß Fig. 1 mit einer Ansicht der Stirnseite der obersten Scheibenwicklung und der zugehörigen Isolation in teilweise geschnittener Darstellung, in axialer Richtung gesehen.

Der in F i g. 1 dargestellte Teil einer Zylinderwicklung weist zwei Scheibenspulen 10 und 11 auf, die stirn-, innen- und außenseitig von Kühlkanälen 12, 13, 14 umschlossen sind. Die Kühlkanäle werden durch einliegende Distanzstücke 15,16,17 aus Isoliermaterial festgelegt. Die endseitige Scheibenspule 10 besitzt eine mit Sonderleitarquerschnitt ausgeführte äußerste Windung 20 und eine mit Sonderleiterquerschnitt ausgeführte innerste Windung 21. Die äußerste Windung 20 ist über eine nicht dargestellte Ausführung mit dem Wicklungseingang verbunden. Die äußerste Windung 20 und innerste Windung 21 sind an ihrer aus dem Wicklungsquei3chnitt herausweisenden Kante 22 bzw. 23 mit einer Rundung von großem Radius versehen, um hier überhöhte Kantenfeldstärken zu vermeiden. Zusätzlich weisen die innerste und äußerste Windung eine verstärkte Isolationsschicht 24 bzw. 25 auf, die der Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit dient. Die Länge des Sonderleiterquerschnitts in axialer Richtung ist gegenüber der der übrigen Windungen so weit verringert, daß die isolierte innerste und äußerste Windung in axialer Richtung die gleiche Abmessung wie die übrigen Windungen aufweist.

Zwischen der innersten Windung 21 und der benachbarten aktiven Windung ist ein Kapazitätsring 30 eingefügt, der mitsamt seiner Isolation die gleiche Querschnittsabmessung in axialer Richtung wie jede der übrigen Windungen aufweist Der Kapazitätsring 30 ist elektrisch leitend mit der die Eingangswindung bildenden äußersten Windung 20 verbunden, wie die _r strichpunktierte Linie 31 darstellt Infolge seiner engen Anlage gegen den Sonderleiter 21 einerseits und die vorangehende aktive Windung andererseits bildet der Kapazitätsring in diesem Bereich der Scheibenspule große Koppelkapazitäten aus, die im Falle einer Belastung durch Stoßspannungen das Potential dieses

ίο Teils der Scheibenspule an das des Wicklungseingangs annähern. Es ist hierzu nicht notwendig, daß der Kapazitätsring direkt an der innersten Windung anliegt vielmehr kann er auch weiter in die Scheibenwicklung hinein verlegt werden, beispielsweise um ein oder zwei Windungen. So wird insbesondere dann eine vorteilhafte Spannungsverteilung bei Stoßspannungsbelastung erzielt, wenn etwa zwei Drittel der Scheibenwicklung zwischen Wicklungseingang und Kapazitätsring und ein Drittel außerhalb dieser beiden miteinander verbundenen Leiter liegt Im letztgenannten Fall wird dann das Potential der vom Wicklungseingang abgelegten innersten Wicklung 21 etwa die Höhe erreichen, die in der Mitte zwischen dem WicklungEein.gang \v Form der äußersten Windung 20 und dem Kapazitätsring 30 anzusetzen ist Mit Vorteil kann der Kapazitätsring 30 auch in die nachfolgende Scheibenspule 11 verlegt werden, wodurch sich die Koppelkapazitäten nicht nur zu den benachbarten Windungen, sondern auch zu den nächstliegenden Windungen der Scheibenspule 10 und

jo schließlich zu den auf der anderen Seite liegenden Windungen der nicht mehr dargeste'lten dritten Scheibenspule ergeben. Zu beachten ist hierbei jeweils, daß der Kapazitätsring mehr zur Innenseite der Spule hin liegen soll, wenn der Eingang außen ist und umgekehrt. Für eine gleichmäßigere Potentialverteilung für den Stoßspannungsfall können auch zusätzliche Kapazitätsringe oder mehrere der vorgenannten Art vorgesehen werden.

Etwa in der Mitte der Scheibenwicklung 10 ist der

4ü Querschnitt eines Distanzrings 32 aus Isolierstoff zu erkennen. Dieses ist dazu bestimmt, Ungleichmäßigkeiten des Platzbedarfs längs des Umfangs auszugleichen, wie anband der F i g. 2 näher dargestellt werden wird. Der Distanzring ist in der Mitte angeordnet, um einerseits den Wärmeabfluß aus den Windungen zu den Kühlkanälen hin nicht zu stören und andererseits, um die Kette der Kopplungskapazitäten zwischen den Windungen nur dort zu schwächen, wo die Koppelkapazität infolge des gleichen Abstands zum Kapazitätsring

■>» 30 einerseits und der äußersten Windung 20 andererseits nicht benötigt wird.

In F i g. 1 ist der Querschnitt eines Winkelringes 33 zu erkennen, der die Stirnseite der endseitigen Scheibenspule 10 und die Innenseiten der Scheibenspulen 10 und 11 abdeckt. Dieser Winkelring bewirkt zunächst unmittelbar infolge seiner Durchschlagsfestigkeit einen Schutz der innenliegenden Windungen. Weiterhin ist zu beachten, daß an der Außenseite der Windungen einschließlich der innersten und äußersten Windung wie auch des Kapazitätsrings 30 zwickeiförmige Räume entstehen, die zu Pürchschlägen führen können. Derartige Durchschlagsstrecken im gefährdeten Bereich werden durch den Winkelring 33 unterbrochen, so daß einmal aufgetretene Teildurchschläge nicht in den benachbarten Kühlmitteikanal 13 bzw. 12 durchbrechen können. Außenseitig ist die Zylinderwicklung außerdem in bekannter Weise etwa durch eine Papierisolierung 35 bzw. 36 geschützt.

Zwischen der Scheibenspule 10 und der Scheibenspule 11 sind Kühlkanäle 37 ausgebildet, die sich nach außen ausweiten. Die Ausweitung gleicht die Feldstärkeverteilung zwischen den Spulen aus, da die beiden gezeigten Spulen innenseitig nur die Spannungsdifferenz einer > Windungsspannung, außenseitig dagegen die Summe der Windungsspannungen aufweisen. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird der Anordnung der Sturzwicklung entsprechend diese Aufweitung zur nachfolgenden Spule hin ausgeglichen. Der Kühlkanal ι» 37 dient im vorliegenden Fall nicht nur der Isolation der Scheibenspulen und deren Kühlung, sondern auch der Ausleitung 31 des Kapazitätsrings 30. Die elektrisch leitende Verbindung mit dem Wicklungseingang braucht dabei nicht direkt mit der äußersten Windung is 20 zu erfolgen, vielmehr ist es mit Rücksicht auf die Isolierung der Leiter einfacher, den Wicklungseingang und die Ausleitung 31 herauszuführen und außenseitig miteinander zu verbinden.

in F i g. 2 sind zunächst außensßitig die ringförmigen :i> Isolations- und Stützteile 35 und 36 zu erkennen, an die sich die Kühlkanäle 13 und 14 anschließen. Weiter innenliegend folgen die äußerste Windung 20 und innerste Windung 21, daran anschließend auf der Außenseite die Windungen des im übrigen verwandten :> Querschnitts, auf der Innenseite der Kapazitätsring 30 und dann die übrigen Windungen. In einem mittleren Bereich ist der Distanzring 32 zu erkennen. Der dargestellte Bereich zeigt den vom übrigen Umfang abweichenden Teil mit den Ein- und Überleitungen, der jo übrige Umfangsbereich ist leicht vorstellbar, wenn man sich die am oberen und unteren Zeichnungsrand abgebrochenen Linien weitergeführt und zu einem geschlossenen Ring ergänzt denkt.

Auf der Innenseite der Wicklung fällt zunächst auf, daß in einem Bereich 40 Anfang und Ende der innersten Windung 21 nebeneinanderliegen. In einer Lötstelle 41 ist die innerste Windung 21 an die vorangehende Windung 42 angeschlossen und liegt nach einem vollen Windungsumlauf im Bereich 40 neben seinem Anfang, um dort in einem Etagenbogen in die erste Windung der Scheibenspule 11 überzugehen. Diese Ausleitung der breiten innersten Windung 21 erfordert besonderen Raum. Abhilfe schafft hier der Kapazitätsring 30, der als nicht geschlossener Ring ausgebildet ist und mit seinem freien Ende 43 in einem Abstand von dem mit der Ausleitung 31 verbundenen Ende 44 endet, so daß an dem zwischenliegenden Umfangsbereich ein Raum mit der radialen Abmessung des Kapazitätsrings gewonnen wird. In Fig.2 ist weiterhin zu erkennen, wie der Kapazitätsring in radialer Richtung unter den übrigen Windungen hindurch ausgeleitet wird und wie weiterhin die Ausleitung 31 des Kapazitätsrings 30 neben der Ausleitung 45 der äußersten Windung 20 liegt. Dabei kann die Ausleitung 31 des Kapazitätsrings 30 weitgehend unter den Übergangsbogen eingeschmiegt werden, der sich am Übergang von der ersten in die zweite Windung ergibt. Dieser Übergang wird noch von der äußersten Windung ausgeführt, um am ganzen Umfang einen abgerundeten Eckleiter zu erhalten. Erst nachdem die äußerste Windung 20 an der Ausleitung 45 zum Wicklungseingang vorbeigeführt ist, wird sie in einer Lötstelle an einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit leicht abgerundeten ticken in einer Lötstelle 46 angeschlossen. Auch hier entsteht durch die nebeneinanderliegende innerste und äußerste Windung ein besonderer Raumbedarf. Dieser wird dadurch erzielt, daß der Distanzring 32 zwischen zwei etwa in der Mitte der Scheibenwicklung gelegene Windungen eingelegt wird, wobei er jedoch an den Enden sich in radialer Richtung verjüngend ausläuft und überdies einen gewissen Umfangsbereich freigibt.

In F i g. 2 ist auch der Winkelring 33 als Doppellinie zu erkennen. Dessen Funktion im dargestellten Bereich wird besonders deutlich, wenn man bedenkt, daß in dem Bereich 40 Anfang und Ende der innersten Windung 21 in der Draufsicht zwar parallel verlaufen, dennoch aber durch den axialen Versatz zur benachbarten Scheibenspule hin in axialer Richtung auseinanderlaufen. Es entsteht also gerade in dem Bereich 40 ein abgesetzter Kantenquerschnitt der Gesamtwicklung. Indem der Winkelring 33 diesen Bereich abdeckt und mögliche Durchschlagsstrecken im Kühlmittel unterteilt, erhöht sich die Durchschlagsfestigkeit der beschriebenen Zylinderwicklung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Aus Scheibenspule!! aufgebaute Zylinderwicklung für Hochspannungstransformatoren, die zumindest im Bereich einer der beiden Stirnseiten stirn-, innen- und außenseitig von Kühlkanälen umschlossen ist und deren Leiter annähernd rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei ein mit dem Wicklungseingang elektrisch leitend verbundener, als offener Teilring ausgebildeter Kapazitätsring in der to endseitigen oder der nächstgelegenen Scheibenspule zwischen den Windungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste und die äußerste Windung (2O₁ 21) einer an der bzw. jeder Stirnseite endseitig gelegenen Scheibenspule (10) verstärkt isoliert sind und einen von dem der übrigen Windungen abweichenden Sonderleiterquerschnitt mit einer mit großem Radius abgerundeten Kante (22, 23) an der Ecke des Wicklungsquerschnitts haben, und daß die Ausleitung (31) für den KapazitätsBi-g (30) in einem zwischen der ersten (10) und der zweiten Scheibenspule (J,1) vorgesehenen Kühlkanal (37) verläuft

2. Zylinderwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der abgerundeten Kante (22,23) der innersten und äußersten Windung (20, 21) in der Größenordnung ihrer radialen Abmessung liegt

3. Zylinderwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die axiale Abmessung der innersten und äußersten Windung (20, 21) so verkürzt ist, d?& ihre Isolation (24, 25) die Isolation der benachbarten Leiter nicht überragt.

4. Zylinderwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dit Ausleitung (31) an der Außenseite der Wicklungsisolation an den Wicklungseingang (45) angeschlossen ist.

5. Zylinderwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapazitätsring (30) zwischen seinem freien (43) und seinem in die Ausleitung (31) übergehenden Ende einen Ringbereich als Ausweichraum für durch Überlappungen und Anschlußstellen anderer Leiter eingeengte benachbarte Leiter freigibt

6. Zylinderwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mittleren Bereich zwischen der innersten und äußersten Windung (20, 21) oder zwischen der an den Wicklungseingang (45) angeschlossenen innersten Windung (20) und einem Kapazitätsring (30), falls ein solcher in der äußersten Scheibenspule (10) vorgesehen ist, ein offener Distanzring (32) aus Isolierstoff mit in axialer Richtung mit den benachbarten Windungen übereinstimmender Abmessung eingelegt ist, der zwischen seinen offenen Enden einen Ringbereich als Ausweichraum für darch Überlappungen und Anschlußstellen anderer Leiter eingeengte benachbarte Leiter freigibt.

7. Zylinderwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Winkelring (33) aus Isolierstoff, dessen einer Schenkel auf der Stirnseite der Wicklung gegen die äußerste Scheibenspule (10) anliegt und dessen anderer Schenkel die Innenseite der äußersten Scheibenspule (10) unu zumindest einen Teil der Innenseite der danebenliegenden Scheibenspule (11) überdeckt.

Die Erfindung betrifft eine aus Scheibenspulen aufgebaute Zylinderwicklung für Hochspannungstransformatoren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Solche Zylinderwicklungen sind z. B. aus der US-PS 3391365 bekannt Um bei Wicklungen dieser Art einerseits die Feldstärke an den Eckender Wicklung, im allgemeinen also an dem inneren und äußeren Leiter der endseitigen Scheibenspule herabzusetzen und um bei Belastung durch Stoßspannungen zusätzliche Kappelkapazitäten zumindest über die äußerste Scheibenspule zu schaffen, wird nach dem Stand der Technik endseitig auf die Stirnseite der Wicklung ein die äußerste Scheibenspule im wesentlichen abdeckender Schirmring aufgelegt, der zumindest -sußenseitig metallisch leitend und mit einer Isolierung umgeben ist Der Querschnitt dieses Schirmringes ist auf der der Wicklung abgelegten Seite zumindest an dem Innen- und Außenrand mit einem möglichst großen Radius abgerundet Aufgrund dieser Abrundungen werden hohen Kantenfeldstärken vermieden (DE-OS 16 38 319). Weiterhin schafft der Schirmring infolge seiner Kapazitäten zu den einzelnen Windungen der endseitigen Scheibenspule Koppelkapazitäten, die im Fall von Stoßspannungen die Gefahr von Durchschlägen mindern.

Nachteilig an der bekannten Ausführung ist, daß ein solcher Schirmring eine erhebliche Bauhöhe in axialer Richtung voraussetzt., um überhaupt die gewünschten Rundungen vorsehen zu können. Darüber hinaus deckt ein solcher, vorzugsweise als Isolierstoffring mit metallischer Ummantelung ausgebildeter Schirmring die anliegende Fläche der endseitigen Scheibenspule ab, so daß diese Scheibenspule schlecht gekühlt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Zylinderwicklung eine Feldstärkenverteilung ohne gefährliche Überhöhungen und eine hinsichtlich einer Belastung der Stoßspannungen geeignete Kapazitätsverteilung zu erhalten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale: