DE2523054A1 - Elektrostatische abschirmung fuer scheibenwicklungen - Google Patents

Description

Elektrostatische Abschirmung für Scheibenwicklungen

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische induktive Einrichtungen, wie beispielsweise Transformatoren, Induktivitäten und ähnliches. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Hochspannungsspulen nach Art von Scheibenwicklungen und auf die Verwendung von elektrostatischen Abschirmungen in derartigen Spulen zum Verbessern der Spannungsverteilung und um dadurch die Isolationsbeanspruchungen zu vermindern, die durch das Anlegen von steilen Wellenfronten oder Impulsspannungen an diese Spulen des Scheibenwicklungstyps hervorgerufen werden.

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Es ist bekannt, daß stark induktive Wicklungen, wie beispielsweise Eisenkern-Transformatoren und Drosselwicklungen, wenn sie steilen Wellenfronten oder Stoßspannungen ausgesetzt werden, zunächst eine exponentiell Spannungsverteilung auf der Länge der Spulenwicklung aufweisen, wobei ein sehr hoher Spannungsgradient an den ersten wenigen Windungen neben dem Netzanschluß besteht, d. h. am Ende der Spule. Diese ungleichförmige Verteilung der Stoßspannungen ist unerwünscht, da sie eine dickere Isolation zwischen den Leiterwindungen der Spulen erfordern und insbesondere eine dickere Isolation zwischen den ersten wenigen Spulenabschnitten in der Nähe des Netzanschlusses. Infolgedessen werden die Größe und Kosten einer derartigen elektrischen Induktionseinrichtung nachteilig beeinflusst. Weiterhin stellt eine alleinige Vergrößerung der Di'cke der elektrischen Isolation nicht sicher, daß die Wicklung nicht beschädigt wird, wenn sie Stoßspannungen ausgesetzt wird, da die Vergrößerung der Dicke der elektrischen Isolation die internen oder Reihenkapazitäten der Windungen und Spulenabschnitte am Leitungsende verkleinert, wodurch die Verteilung der Stoßspannung noch ungünstiger beeinflusst wird. Der vorstehend beschriebene Zustand entsteht deshalb, weil, die Wicklung eine vorwiegend kapazitive Impedanz für die steilen Wellenfronten darstellt. Eine derartige kapazitive Gesamtimpedanz setzt sich aus einer komplexen Schaltungsanordnung aus Reihen- und Parallelkapazitäten zusammen. Wenn nur die Reihenkapazität vorhanden wäre, würde die Spannungsverteilung entlang der Wicklung im wesentlichen gleichförmig und linear sein.

Die anfängliche Impulsspannungsverteilung einer an dem einen Ende geerdeten Transformatorwicklung läßt sich wie folgt beschreiben:

V = V sinn p£(l - X)
ο ~ sinn oC

darin ist V = die an den Hochspannungsanschluß der Spulen

wicklung angelegte Spannung

e 9 9^c-1 / cm .'·

X = prozentualle Strecke entlang der Wicklung vom Netzende aus

C = Gesamtkapazität zwischen der Wicklung und Erde Cg = gesamte Reihenkapazität der Wicklung.

Die anfängliche Impulsspannungsverteilung ist in Figur 1 gezeigt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Spannungsbeanspruchung am Netzleitungsende der Spule, die durch die gekrümmte Kurve mit der Bezeichnung "Impulsspannungsverteilung am Anfang" dargestellt ist, größer ist als die stationäre Spannungsverteilung, die durch die gerade Kurve mit der Bezeichnung "Endvertellung" dargestellt ist. Es wird deutlich, daß dieser Anstieg in der Beanspruchung direkt proportional ist zu ¹I^". Es ist deshalb möglich, diese Anfangsbeanspruchung abzusenken, indem ⁿoU^% verkleinert wird, was durch eine Vergrößerung von C_ erreicht werden kann. Es ist deshalb wünschenswert, eine Wicklung in der Weise aufzubauen, daß die Reihenkapazität groß ist relativ zur Parallel- oder Erdkapazität in der Scheiben/Spulenwicklung.

Es, sLnd bisher verschiedene elektrostatische Abschirmanordnungen für den Versuch verwendet worden, die Reihenkapazität zu vergrößern, um die Anfangsverteilung einer Impulsspannung zu verbessern, die an die Spulen der vorstehend beschriebenen Art angelegt wird. Diese Anordnungen haben jedoch nur einen begrenzten Gesamterfolg gehabt, da sie entweder zu einer kleineren als adäquaten Leistungsfähigkeit führten oder eine unerwünschte Vergrößerung der Spulengröße und/oder der Kosten nach sich zogen. Eine derartige Anordnung ist in der US-PS 2 905 911 beschrieben, wobei nicht isolierte Abschirmungsleiter zwischen den wenigstens zwei äußersten Leiterwindungen von jeder Scheibenspulenschicht oder jedem Spulenabschnitt angeordnet und dann diese Abschirmungsleiter verbunden werden, um schwimmende Abschirmpaare zu bilden. Diese Anordnung

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verbessert zwar die anfängliehe Impulsspannungsverteilung entlang der Außenseite der Spulenwicklung, sie verbessert jedoch wenig die anfängliche Spannungsverteilung entlang der Innenseite der Spulenwicklung. Eine andere Anordnung ist in der US-PS 3 380 007 beschrieben, der-zufolge Abschirmungsielter zwischen den zwei äußersten und den zwei innersten Windungen von jeder Scheibenspulensehicht oder jedem Spulenabschnitt angeordnet werden. Die Abschirmungen werden in Paaren wechselweise entlang der Innenseite und der Außenseite der Spulenwindungen mit dem stromführenden Leiter des entgegengesetzten Endes des Scheibenspulenabschnittes verbunden, in dem die Abschirmung angeordnet ist. Derartige Verbindungen vergrößern jedoch in unerwünschter Weise die Spulenabmessungen und die Kosten.

Um diese und andere Nachteile zu verhindern, würde es wünschenswert sein, eine elektrostatische Abschirmungsanordnung zu schaffen, die die Anfangsverteilung der Impulsspannung, die an die SpulenT wicklungen mit in Reihe geschalteten scheibenartigen Spulenabschnitten angelegt wird, verbessern würde und die zusätzlich sowohl die Größe als auch die Kosten der Hinzufügung einer Abschirmungsanordnung zu derartigen Spulen verkleinern würde.

Es hat sich gezeigt, daß, wenn Wicklungen mit scheibenartigen Schichten oder Spulenabschnitten einer Spannung mit steiler, Wellenfront ausgesetzt werden, ein unverhältnismäßig großer Anteil der Spannung über den ersten wenigen Windungen der Spule auftritt. Diese ungleichförmige Verteilung der Spannung erfordert die Verwendung einer dickeren Isolation zwischen den Leiterwindungen und zwischen den ersten wenigen Spulenabschnitten. Um diese Probleme zu überwinden, wird erfindungsgemäß eine elektrostatische Abschirmanordnung verwendet, die eine nahezu gleichförmige Verteilung der an solche Spulen angelegten Impulsspannungen erzeugt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden schwimmende Abschirmungen neben oder innen von nur der innersten Windung von jedem Spulen-

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abschnitt angeordnet. Abschirmungen in benachbarten Spulenabschnitten werden in Paaren nahe den Innenenden von benachbarten Spulenabschnitten mit der größsten Potentialdifferenz zwischen den Spulenleiterwindungen in benachbarten Spulenabschnitten miteinander verbunden. Die verbleibende Abschirmung in der Anfangsschicht oder dem Anfangsabschnitt am Hochspannungsende der Wicklung wird mit der eine steile Wellenfront erzeugenden Spannungsquelle verbunden .

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel werden schwimmende Abschirmungen nur neben oder innen von sowohl den innersten als auch den äußersten Windungen von einem Spulenabschnitt angeordnet, wobei nur eine Abschirmungsverbindung zwischen Spulenabschnitten wechselweise an dem einen Ende und dann an dem anderen Ende von benachbarten Spulenabschnitten vorgesehen ist. Abschirmungen in benachbarten Spulenabschnitten werden in Paaren nahe den Enden von benachbarten Spulenabschnitten mit der größsten Potentialdifferenz zwischen Spulenleiterwindungen in benachbarten Spulanabschnitten miteinander verbunden. Eine Abschirmung im ersten Spulenabschnitt am Hochspannungsende der Spule wird mit der die steile Wellenfront erzeugenden Spannungsquelle verbunden.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Figur 1 ist eine grafische Darstellung der Anfangs- und Endspan nungsverteilung für eine an dem einen Ende geerdeten Scheiben_spule als eine Punktion des Abstandes entlang der Spulenwicklung.

Figur 2 ist eine diagrammatische Schnittansicht in einer radialen Ebene von einer einsträngigen Ringspule gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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Figur 3 ist eine diagrammatische Schnittansicht in einer radialen Ebene von einer vielsträngigen Ringspule gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 4 ist eine diagrammtlsahe Schnittansicht von einer einsträngigen Ringspule ähnlich wie Figur 2 und stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

Figur 5 ist eine diagrammatische Schnittansicht von einer vielsträngigen Ringspule ähnlich Figur 3 und stellt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

In Figur 2 ist e£ne diagrammatische Schnittansicht in einer radialen Ebene von einer einsträngigen, spiralförmig gewiekelten Ringscheibenspule 120 gemäß einehi Ausführungsbeispiel der Erfin-r dung dargestellt. Die Ringspule 120 wird, von oben nach unten, von konzentrisch gestapelten Ringscheibenschichten oder Spulen» abschnitten 122, 124, 126 und 128 gebildet, die auf entsprechende Weise aus isolierten Leiterwindungen aufgebaut sind. Beginnend mit der äußersten Windung 22 ist der Spulenabschnitt 122 spiralförmig nach innen gewickelt bis zur innersten Windung 24. Eine elektrische Verbindung 26 ist zwischen der innersten Windung 24 auf dem Spulenabschnitt 122 und der innersten Windung 28 des benachbarten Spulenabschnittes 124 hergestellt. Mit der Windung 28 beginnend ist der. Spulenabschnitt 124 spiralförmig nach außen gewickelt bis zur äußersten Windung 30. Eine elektrische Verbindung 32 ist von der äußersten Windung 30 des Spulenabschnittes 124 zu der äußersten Windung 34 des Spulenabschnittes 126 hergestellt. Beginnend mit der äußersten Windung 34 ist der Spulenabschnitt spiralförmig nach innen gewickelt und endet an der innersten Windung 36. Zwischen der innersten Windung 36 des Spulenabschnittes 126 und der innersten Windung 40 des Spulenabschnittes 128 ist eine elektrische Verbindung 38 hergestellt. Von der innersten Windung 40 ist der Spulenabschnitt 128 spiralförmig nach außen gewickelt und endet an der äußersten Windung 42 des Spulenabschnittes 128. Nötigenfalls sind zusätzliche Spulenabschnitte mit der

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elektrischen Verbindung 44 in der gleichen Weise verbunden, wie es für die vorstehend beschriebenen Spulenabschnitte angegeben wurde. Wenn keine weiteren Spulenabschnitte hinzugefügt werden, wird die elektrische Verbindung .44 oder ein äquivalenter Anschluß mit einem Null- oder Erdpotential verbunden.

Ein einzelner isolierter Abschirmungsleiter ist in der Form eines dünnen Kupferbandes zwischen die zwei innersten Windungen von jedem Spulenabschnitt gewickelt. Die Abschirmungsleiter 46, 48, 50 und 52 sind zwischen die zwei innersten Windungen der Spulenab-r schnitte 122, 124, 126 bzw. 128 gewickelt.

Es ist bekannt, eine isolierte metallische Abdeckplatte, wie beispielsweise eine statische Platte 56, neben dem Hochspannungsende einer scheibenartigen Spule anzuordnen, wie beispielsweise einer Spule 120. Eine derartige statische Platte 56 hilft dabei, daß eine an die Scheibenspule 120 angelegte Impulsspannung gleichförmiger über das Hochspannungsende der Spule 120 verteilt wird.

Elektrische Verbindungen von dem Abschirmungsleiter 46 und der äußersten Windung 22 des Spulenabschnittes 122 mit der statischen Platte werden durch elektrische Anschlüsse 58 bzw. 60 hergestellt. Abgesehen von dem Abschirmungsleiter 46 in dem Spulenabschnitt werden die übrigen benachbarten Abschirmungsleiter in Paaren miteinander verbunden. Genauer gesagt wird also der Abschirmungsleiter 48 im Spulenabschnitt 124 nur mit dem benachbarten Abschirmungsleiter 50 im Spulenabschnitt 126 durch eine elektrische Verbindung 58 verbunden. Der Abschirmungsleiter 52 würde mit einer ähnlich angeordneten Abschirmung in einem benachbarten Spulenabschnitt (nicht gezeigt) durch eine elektrische Verbindung 62 verbunden, wenn ein weiterer Spulenabschnitt verwendet werden würde. Wenn der Spulenabschnitt 128 der letzte Spulenabschnitt oder derjenige Spulenabschnitt sein würde, der vom Hochspannungsende der Spule 120 am weitesten entfernt ist, würde der Abschirmungsleiter 52 nicht in dem Spulenabschnitt 12ft vorgesehen sein. Die Erdebene 64 ist diejenige Ebene, auf ^ie Spannungen in der Spule 120 bezogen sind.

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Abgesehen von dem Abschirmungsleiter 46 im .Spulenabschnitt 122 sind die in der Spule 120 verwendeten elektrostatischen Abschirmungen entlang ihrer Innenseite angeordnet und elektrisch schwimmend. Mit anderen Worten sind die Abschirmungsleiter 48, 50 und kapazitiv nur mit den stromführenden Leiterwindungen der Spüle gekoppelt. Es bestehen keine elektrische Verbindungen zwischen den Abschirmungsleitern 48, 50 und 52 und einer Nicht-Abschirmung, d. h. einem Spulenstrom führenden Leiter.

Bei Spulen der hier beschriebenen Art und besonders in Spulen, die große Ströme führen müssen, ist es üblich, derartige Spulen aus Leiterwindungen aufzubauen, die aus zwei oder mehr isolierten Strängen bestehen. Durch Verwendung von Windungen mit isolierten Strängen wird der Leistungsverlust durch lokale Zirkulations- oder Wirbelströme stark vermindert. Die Wicklungsanordnung gemäß Figur beschreibt die Art und Weise, in der elektrostatische Abschirmungen zwischen Strängen einer spiralförmig gewickelten Scheibenabschnittsspule angeordnet werden und die durch eine derartige Anordnung erhaltenen Vorteile.

Figur 3 ist eine diagrammatische Schnittansicht in einer radialen Ebene von einer vie 1st rängigen spiralförmig gewickelten Scheiben^· abschnittsspule, die eine elektrostatische Abschirmung in einer etwa ähnlichen Weise enthält, wie sie in Figur 2 beschrieben wurde. Eine Ringspule 220 wird.von oben nach unten, aus konzentrisch gestapelten Ringspulenabschnitten 222, 224, 226 bzw. 228 gebildet. Beginnend mit der äußersten Windung des Spulenabschnittes 222, der aus benachbarten Strängen la, Ib besteht, ist der Spulenabschnitt 222 spiralförmig nach innen gewickelt bis zur innersten Windung, die aus benachbart angeordneten Strängen 5a und 5b besteht. Der benachbarte Spulenabschnitt 224 ist spiralförmig nach außen gewickelt, und zwar beginnt er an der innersten.aus benachbarten Strängen 6a und 6b bestehenden Windung und endet mit benachbarten Strängen 10a und 10b der äußersten Windung des Spulenabschnittes 224. Die Stränge 5a und 5b des Spulenabschnittes 222

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sind elektrisch mit Strängen 6a und 6b des Spulenabschnittes durch elektrische Verbindungen 66 bzw. 68 verbunden. Der Spulenabschnitt 226 neben dem Spulenabschnitt 224 ist spiralförmig nach innen gewickelt von den benachbarten Strängen 11a und 11b der äußersten Windung bis zu den benachbarten Strängen 15a und 15b der innersten Windung. Der Spulenabschnitt 228 neben dem Spulenabschnitt 226 ist spiralförmig nach außen gewickelt, wobei er mit benachbarten Stangen 16a und 16b der Innersten Windung beginnt und benachbarten Strängen 20a und 20b der äußersten Windung endet. Die Stränge 10a und 10b des Spulenabschnittes 224 stehen mit den Strängen 11a und 11b des Spulenabschnittes 226 durch elektrische Verbindungen 70 bzw. 72 in Verbindung. Die Stränge 15a und 15b des Spulenabschnittes 226 sind elektrisch mit den Strängen l6a und l6b des Spulenabschnittes 228 durch elektrische Verbindungen 74 bzw. 76 verbunden. Zusätzliche Spulenabschnitte falls diese vorhanden sind, sind mit elektrischen Verbindungen 78 und 80 in der gleichen Weise verbunden, wie es vorstehend beschrieben wurde. Wenn keine weiteren Spulenabschnitte vorgesehen sind, stehen die elektrischen Verbindungen 78 und 80 oder äquivalente Anschlüsse mit einem neutralen Punkt oder Erdpotential in Verbindung. Die Stränge la und Ib des Spulenabschnittes 222 sind mit der statischen Platte 82 durch elektrische Verbindungen 84 und 86 verbunden.

Eine einzelne isolierte Schirmleiterwindung ist in der Form eines dünnen Kupferbandes zwischen die Stränge oder innen von der innersten Windung von jedem Spulenabschnitt gewickelt. Die Abschirmungswindungen 88, 90, 92 und 94 sind zwischen die Stränge 5a und 5b, 6a und 6b, 15a und 15b, 16a und 16b gewickelt. Der Abschirmungsleiter 88 ist elektrisch mit der statischen Platte 82 durch eine elektrische Verbindung 96 verbunden. Die Abschirmungsleiter 90 und 92 sind durch eine elektrische Verbindung 98 angeschlossen. Die Abschirmungsverbindung 94 würde mit einer ähnlich angeordneten Abschirmung in einem benachbarten Spulenabschnitt (nicht gezeigt) durch eine elektrische Verbindung 100 verbunden sein, wenn weitere Spulenabschnitte verwendet würden. Wenn der

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Spulenabschnitt 228 der letzte Abschnitt oder derjenige Spulenabschnitt ist, der vom Hochspannungsende der Spule 220 am weitesten entfernt ist, dann würde die Schirmleiterwindung 94 nicht in dem Spulenabschnitt 228 vorgesehen sein. Die Erdebene 102 ist diejenige Ebene, auf die die Spannungen in der Spule 220 bezogen sind.

Abgesehen von der Schirmleiterwindung 88 im Spulenabschnitt 222 sind die entlang der Innenseite der Spule 220 angeordneten Abschirmungen elektrisch schwimmend in bezug auf die Nicht-Abschirmung oder den Spulenstrom führenden Leiter//der Spule 220 in der gleichen Weise, wie die Abschirmungen in der vorstehend beschriebenen Spule 120.

Bei der Abschirmungsanordnung, wie sie vorstehend beschrieben wurde und in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, ist die Anfangsverteilung einer an die Spulen 120 oder 220 angelegten Impulsoder Stufenspannung primär durch die Anordnung der vorstehend beschriebenen schwimmenden Abschirmungen entlang der Innenseite der Spulen 120 und 220 bestimmt. Die vergrößerte Reihenkapazität, die den Spulen 120 und 220 durch diese schwimmenden Abschirmungen gegeben ist, ist viel größer als die Parallelkapazität der Spulen 120 und 220 gegen Erde. Infolgedessen ist die anfängliche Impulsspannungsverteilung oder die Aufteilung der Impulsspannung am Anfang entlang der Innenseite der Spulen 120, 220 direkt proportional zu der Reihenkapazität, die durch die vorstehend beschriebenen schwimmenden Abschirmungen eingeführt wird; diese Verteilung ist nahezu linear entlang der Leiterlänge der Spulen 120 und 220.

Figur 4 ist eine diagrammatische Schnittansicht in einer radialen Ebene von einem einsträngigen, spiralförmig gewickelten Scheibenspulenabschnitt 320 gemäß einem modifizierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Ringspule 320 wird, von oben nach unten, von konzentrisch gestapelten ringförmigen Scheibenschichten oder Spulenabschnitten 322, 32¹I, 326 bzw. 328 gebildet. Beginnend mit

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der äußeren Windung 104 ist der Spulenabschnitt 320 spiralförmig nach innen gewickelt bis zur innersten Windung 106. Zwischen der innersten Windung 106 auf dem Spulenabschnitt 322 und der innersten Windung 110 auf dem benachbarten Spulenabschnitt 32¹J ist eine elektrische Verbindung 108 hergestellt. Beginnend mit der Windung 110 ist der Spulenabschnitt 324 spiralförmig nach außen gewickelt bis zur Windung 112. Zwischen der äußersten Windung des Spulenabschnittes 324 ist eine elektrische Verbindung 114 hergestellt zur äußersten Windung 116 des Spulenabschnittes 326. Der Spulenabschnitt 326 ist von der äußersten Windung 116 spiral- . förmig nach innen gewickelt und endet mit der Windund 118. Von der innersten Windung 118 des Spulenabschnittes 326 ist eine elektrische Verbindung 122 zur innersten Windung 124 des Spulenabschnittes 328 hergestellt. Beginnend mit seiner innersten Windung 124 ist der Spulenabschnitt 128 spiralförmig nach außen gewickelt und endet mit der äußersten Windung 126. Zusätzliche Spulenabschnitte sind mit de-r-elektrischen Verbindung 128 in -· der gleichen Weise verbunden, wie die vorstehend beschriebenen Spulenabschnitte. Wenn keine weiteren Spulenabschnitte hinzugefügt werden sollen, ist die elektrische Verbindung 128 oder ein äquivalenter Anschluß mit einem neutralen Punkt oder Erdpotential verbunden.

Ein einzelner isolierter AbschirmungsIelter in der Form von einem dünnen Kupferband ist zwischen die zwei Innersten Windungen und

zwei

die/äußersten Windungen von jedem Spulenabschnitt gewickelt. Abschirmungsleiter 130» 132, 134 und 13o sind zwischen die zwei innersten Windungen der Spulenabschnitte 322, 324, 326 bzw. 328 gewickelt. Weitere AbschirmungsIelter 138, l40, 142 und 144 sind zwischen die zwei äußersten Windungen der Spulenabschnitte 322, 324, 326 bzw. 328 gewickelt.

Elektrische Verbindungen sind von der äußersten Windung 104 und dem Abschirmleiter 13O des Spulenabschnittes 322 zur statischen Platte 146 durch elektrische Verbindungen 148 bzw. 150 hergestellt. Abgesehen von dem Schirmleiter I30 im Spulenabschnitt

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sind benachbarte Schirmleiter in Paaren miteinander verbunden, wobei nur eine Schirmverbindung zwischen benachbarten Spulenabschnitten hergestellt ist. Genauer gesagt, ist der Schirmleiter 138 im Spulenabschnitt 322 mit dem benachbarten Schirmleiter 140 im Spulenabschnitt 32¹I nur durch die elektrische Verbindung 152 verbunden. Der Schirmleiter 132 im Spulenabschnitt 324 ist mit dem benachbarten Schirmleiter 134 im Spulenabschnitt 326 nur durch die elektrische Verbindung 154 verbunden. In ähnlicher Weise steht die Schirmleiterwindung 142 im Spulenabschnitt 326 mit dem benachbarten Schirmleiter 144 im Spulenabschnitt 328 nur über einen elektrischen Anschluß 156 in Verbindung. Der Schirmleiter I36 im Spulenabschnitt 328 würde mit einer ähnlich angeordneten Abschirmung in einem benachbarten Spulenabschnitt (nicht gezeigt) durch eine elektrische Verbindung 158 verbunden sein. Wenn der Spulenabschnitt 328 der letzte Spulenabschnitt der Spule 320 ist, würde der Abschirmleiter I36 nicht in dem Spulenabschnitt 328 vorgesehen sein. Abgesehen von der Schirmleiterwindung 13O im Spulenabschnitt 322 sind die Abschirmungen entlang der Innenseite und Außenseite der Spule 320 schwimmend oder isoliert von dem Spulenstrom führenden Leiter der Spule 320 angeordnet. Die Erdebene ist diejenige Ebene, auf die die Spannungen in der Spule 320 bezogen sind.

Es wird nun Figur 5 beschrieben, die eine diagrammatische Schnittansicht in einer radialen Ebene von einer vie1strängigen spiralförmig gewickelten Scheibenspule 420 ist, die gemäß einem modifizierten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist. Eine Ringspule 420 wird, von oben nach unten, aus konzentrisch gestapelten Ringspulenabschnitten 422, 424, 426 und 428 aufgebaut. Beginnend mit der äußersten Windung des Spulenabschnittes 422, die aus benachbart angeordneten Strängen la und Ib besteht, ist der Spulenabschnitt 422 spiralförmig nach innen gewickelt bis zur innersten Windung, die aus nebeneinander angeordneten Strängen 5a und 5b besteht. Der benachbarte Spulenabschnitt4-24 ist spiralförmig nach außen gewickelt, wobei er mit der innersten Windung beginnt, die aus nebeneinander angeordneten Strängen 6a und 6b

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besteht, und rait nebeneinander angeordneten Strängen 10a und 10b der äußersten Windung des Spulenabschnittes 424 endet. Die Stränge 5a, 5b des Spulenabschnittes 422 sind elektrisch mit den Strängen 6a und ob des Spulenabschnittes 424 durch elektrische Verbindungen 162 bzw. 164 verbunden. Der zum Spulenabschnitt 424 benachbarte Spulenabschnitt 426 ist spiralförmig nach innen gewickelt, wobei er mit benachbarten Strängen 11a und 11b der äußersten Windung beginnt und mit nebeneinander angeordneten Strängen 15a und 15b der innersten Windungen endet. Der dem Spulenabschnitt 426 benachbarte Spulenabschnitt 428 ist spiralförmig nach außen gewickelt und er beginnt mit nebeneinander angeordneten Strängen l6a und l6b der innersten Windung und endet mit nebeneinander angeordneten Strängen 20a und 20b der äußersten Windung. Die Stränge 10a und 10b des Spulenabschnittes 424 sind mit den Strängen 11a und 11b des Spulenabschnittes 426 auf entsprechende Weise durch elektrische Verbindungen 166 bzw. I68 verbunden. Die Stränge 15a und 15b des Spulenabschnittes 426 sind elektrisch mit den Strängen l6a und l6b des Spulenabschnittes 428 durch elektrische Verbindungen 170 bzw. 172 verbunden. Wenn noch zusätzliche Spulenabschnitte vorgesehen sind, so sind diese mit elektrischen Anschlüssen 174 und 176 in der gleichen Weise verbunden, wie es vorstehend beschrieben wurde. Wenn keine weiteren Spulenabschnitte zugefügt werden sollen, sind die elektrischen Verbindungen 174 und 176 oder äquivalente Anschlüsse mit einem neutralen Punkt oder Erdpotential verbunden. Die Stränge la und Ib des Spulenabschnittes 422 stehen über elektrische Verbindungen 180 und 182 mit der statischen Platte 178 in Verbindung.

Ein einzelner isolierter Abschirmungsielter in der Form eines dünnen Kupferbandes ist zwischen die Stränge oder innen von den innersten und äußersten Windungen von jedem Spulenabschnitt gewickelt. Schirmleiter 184, 186, 188 und 190 sind zwischen die Stränge 5a und 5b, 6a.und 6b, 15a und 15b sowie 16a bzw. 16b gewickelt. Ähnlich sind Schirmleiter 192, 19¹I, 196 und 198 zwischen Stränge la und Ib, 10a und 10b, 11a und 11b bzw. 20a und 20b gewickelt. Der Schirmleiter" 184 ist elektrisch mit der statischen

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Platte 178 durch eine elektrische Verbindung 200 verbunden. Die Schirmleiter 192 und 194 sind nur durch eine elektrische Verbindung 202 miteinander verbunden. Die Abschirmleiter 186 und 188 sind nur durch eine elektrische Verbindung 204 miteinander verbunden. Die Schirmleiter I96 und I98 stehen nur durch eine elektrische Verbindung 206 in Verbindung. Der Schirmleiter 190 würde mit einer ähnlich angeordneten Abschirmung in einem benachbarten Spulenabschnitt (nicht gezeigt) durch eine elektrische Verbindung 208 verbunden sein, wenn ein weiterer Spulenabschnitt verwendet werden würde. Wenn der Spulenabschnitt 428 der letzte Scheibenabschnitt ist, würde der Schirmleiter I90 nicht in den Spulenabschnitt 428 vorgesehen sein. Die Erdebene 210 ist die Bezugsebene, auf die die Spannungen in der Spule 420 bezogen sind.

Bei der vorstehend beschriebenen Abschirmungsanordnung, wie sie in diesem zweiten Ausführungsbeispiel angegeben und in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, wird die Anfangsverteilung eines Impulses oder einer an die Spulen 320 und 420 angelegten Stufenbzw. Rechteckspannung vorwiegend durch die Anordnung der vorgenannten schwimmenden Abschirmungen entlang sowohl der Innenseite als auch der Außenseite der Spulen 320 und 420 bestimmt. Die inneren und äußeren Abschirmungen in den Spulen 320 und 420 vergrößern die Reihenkapazität auf einen Wert, der wesentlich größer als die Parallkapazität der Spule gegen Erde ist. Infolgedessen tritt die anfängliche Spannungsverteilung einer an die Spule 320 und angelegten Impuls- öder Rechteckspannung entlang der Innenseite und der Außenseite der Spulen 320 und 420 auf und diese Verteilung ist direkt proportional zu der Reihenkapazität, die durch die vorstehend beschriebenen inneren und äußeren elektrcstatischen Abschirmungen eingeführt wird; diese Verteilung ist nahezu linear.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß, wenn elektrische Verbindungen zwischen Abschirmungsleitern in benachbarten Spulenabschnitten hergestellt werden, diese Verbindungen immer zwischen den Enden und Spulenabschnitten mit der größten Potentialdifferenz hergestellt werden.

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Auch wenn es den Anschein hat, daß die inneren oder sowohl die inneren als auch die äußeren Abschirmungen sich über die gesamte axiale Länge der Scheibenspule erstrecken müssen, so ist dies nicht der Fall. Es gibt einen axialen Punkt, der im Abstand von dem Hochspannungsende einer Spule liegt, wo die Zunahme der Spulengröße oder der Kosten davon die vorteilhaften Wirkungen übertreffen, die zusätzliche Abschirmungen haben könnten. Die Verwendung von Abschirmungen über diesen Punkt hinaus würde nicht zweckmäßig sein.

Die folgende Tabelle I gibt die errechnete Anfangsspannungsverteilung an in Größen von " (A " für eine typische Scheibenabschnittsspule, um die relativen Wirkungen auf die anfängliche Impulsspannungsverteilung von derarigen Spulen für verschiedene elektrostatische Abschirmungsanordnungen zu zeigen. Je größer der Wert von ⁿo0ⁿ ist, desto größer ist die elektrische Beanspruchung der Isolierung am Hochspannungsende der Scheibenspule.

Tabelle I

Anordnung der schwimmen-

den Abschirmungen " °<--"

keine 6,3

entlang Außenseite 5,8

entlang Innenseite 3,2

entlang beiden 2,6.

Die Größe ^wo£» ist das gleiche ⁿ<*C«, das eingangs für die mathematische Relation definiert worden ist, die die Anfangsspannungsverteilung von einer Transformatorwicklung ausdrückt, die an dem einen Ende geerdet ist. Die Größe "⁰^ " ist in Figur 1 auch grafisch dargestellt. Wie aus der Tabelle I ersichtlich ist, ist die Anfangsspannungsverteilung von einer spiralförmig gewickelten Scheibenspule, die elektrostatische Abschirmungen entlang der Innenseite oder sowohl der Innenseite als auch der Außenseite verwendet, näher an der geraden Linie oder Endverteilung, wie sie in

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Figur 1 dargestellt ist, als Spulen ohne Abschirmungen oder Abschirmungen nur entlang der Außenseite. Die Anbringung von Abschirmungen entlang sowohl der Innenseite als auch der Außenseite ergibt eine gewisse zusätzliche Verbesserung in der Anfangsspannungsverteilung gegenüber lediglich innenseitigen Abschirmungen. Der Zusatz von außenseitigen Abschirmungen fügt im wesentlichen eine weitere Spannungsteilerschaltung parallel zu der einen auf der Innenseite hinzu, die durch die inneren Abschirmungen gebildet wird. Sowohl die innenseitigen als auch die außenseitigen elektrostatischen Abschirmungenvferstärken einander und die anfängliche Impulsspannungsverteilung ist verbessert.

Obwohl dünne isolierte Kupferstreifen verwendet wurden, um die elektrostatischen Abschirmungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele zu beschreiben, so ist ein derartiger Aufbau der Abschirmung nicht wesentlich für die Ausführung der Erfindung. Gestaltungsüberlegungen können andere Querschnittsflächen der Abschirmungsleiter, andere Materialien oder die Verwendung oder Nichtverwendung von Isolierungen auf den elektrostatischen Abschirmungen notwendig oder vorteilhaft machen. Beispielsweise kann Aluminium auf sehr einfache Weise das Kupfer ersetzen. Diese Änderungen und die Verwendung oder Nichtverwendung einer Isolation sind für die Durchführung der Erfindung nicht von materieller Bedeutung.

Ob nun ein bestimmter Spulenabschnitt spiralförmig nach innen oder außen gewickelt wird, ist allein durch die Richtung festgelegt, in der der erste Spulenabschnitt am Hochspannungsende einer Spule gewickelt ist, wenn derartige Spulen vom Hochspannungsende zum Niederspannungsende gewickelt werden. In den Spulen 120, 220, 320 und 420 sind die Spulenanfangsabschnitte spiralförmig nach innen gewickelt, wobei die übrigen Spulenabschnitte abwechselnd nach außen und nach innen für die Länge dieser Spulen gewickelt sind. Die vorliegende Erfindung ist in gleicher Weise anwendbar auf eine Spule, in der der erste Spulenabschnitt spiralförmig nach außen gewickelt und dann die Wicklungsrichtung der übrigen Spule—nabschnitte auf der Länge der Spule abwechselt.

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Claims (6)

1. Ansprüche

   Ii Elektrostatische Abschirmvorrichtung für induktive Einrichtungen mit einer Spule, die zahlreiche im allgemeinen koaxial angeordnete Ringscheiben-Spulenabschnitte aufweist, die jeweils zahlreiche isolierte Leiterwindungen enthalten, die spiralförmig in der gleichen Richtung wechselweise radial nach außen und radial nach innen gewickelt sind, wobei ein Anfangsabschnitt an dem einen Ende der Spule beginnt und mit einem Endabschnitt an dem gegenüberliegenden Ende der Spule endet und das Ende eines Spulenabschnittes mit dem Anfang eines unmittelbar benachbarten Spulenabschnittes verbunden ist zur Bildung einer in Reihe geschalteten Spule, wobei der Anfang des ersten Spulenabschnittes mit einer Hochspannungsquelle und das Ende des letzten Spulenabschnittes mit einem Niederspannungspunkt verbunden sind, gekennzeichnet durch einen elektrostatischen Abschirmleiter (46) zwischen einem innersten Abschnitt von einer innersten Windung und den zwei innersten Windungen von einem Spulenabschnitt (122), wobei der Abschirmleiter (46) in dem ersten Spulenabschnitt elektrisch mit der Hochspannungsquelle verbunden ist, und einen Abschirmleiter (48) in dem einen Spulenabschnitt (124), der elektrisch nur mit einem entsprechend angeordneten Abschirmungsleiter (50) in einem unmittelbar benachbarten Spulenabschnitt (126) verbunden ist, wobei die Abschirmungsverbindungen (58) zwischen den Enden von benachbarten Spulenabschnitten mit der größten Potentialdifferenz zwischen Spulenleiterwindungen in benachbarten Spulenabschnitten hergestellt sind und eine den übrigen Spulenabschnitten entsprechende Anzahl von Abschirmungsleiterpaaren bilden.
2. 2. Abschirmungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein elektrostatischer Abschirmungsleiter (46) nur zwischen den zwei innersten Windungen von jedem Spulenabschnitt (122, 124, 126, 128) angeordnet ist.

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3. 3. Abschirmungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine statische Platte (56) mit der Hochspannungsquelle und der Spule (120) in Reihe geschaltet und unmittelbar neben einer äußeren Oberfläche des ersten Spulenabschnittes (122) angeordnet ist.
4. 4. Abschirmungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschirmungsleiter aus dünnen Kupferbändern mit im wesentlichen rechtwinkligem Querschnitt gebildet sind.
5. 5. Abschirmungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche .1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenabschnitte zahlreiche einsträngige isolierte Leiterwindungen aufweisen und ein elektrostatischer Abschirmungsleiter (130, 138) nur zwischen den zwei äußersten und den zwei innersten Leiterwindungen von jedem Spulenabschnitt (322, 324, 326, 328) angeordnet ist, wobei der Abschirmungsleiter (138) an dem einen Ende von dem Spulenabschnitt (322) nur mit dem entsprechend angeordneten Abschirmungsleiter (I¹IO) in einem unmittelbar benachbarten Spulenabschnitt (32¹I) verbunden ist, zwischen benachbarten Spulenabschnitten (322^328) nur eine Abschirmungsverbindung besteht, die Abschirmungsverbindungen an abwechselnden Enden der Spulenabschnitte beginnend mit dem ersten Spulenabschnitt hergestellt sind, und wobei die Abschirmungsverbindungen zwischen den Enden von benachbarten Spulenabschnitten mit der größten Potentialdifferenz zwischen Spulenleiterwindungen in benachbarten Spulenabschnitten hergestellt sind.
6. 6. Abschirmungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterwindungen der Spulenabschnitte jeweils zahlreiche isolierte Stränge aufweisen und ein elektrostatischer Abschirmungsleiter (88) zwischen den isolierten Strängen (5a, 5b) von nur der innersten Windung von jedem Spulenabschnitt (222)

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   angeordnet ist, wobei der Abschirmungsleiter (88) des ersten Spulenabschnittes (222) nur mit der Hochspannungsquelle verbunden ist, ein Abschirmungsleiter (90) in einem Spulenabschnitt (22*0 elektrisch nur mit einem entsprechend angeprdneten Abschirmungsleiter (92) in einem unmittelbar benachbarten Spulenabschnitt (226) verbunden ist und die Abschirmungsverbindungen (98) zwischen den Enden von benachbarten Spulen abschnitten (222, 226) mit der größten Potentialdifferenz zwischen den Spulenleiterwindungen in benachbarten Spulenabschnitten hergestellt sind und Abschirmungsleiterpaareentsprechend der verbleibenden Anzahl von Spulenabschnitten bilden.

   Abschirmungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiterwindungen der Spulenabschnitte jeweils zahlreiche isolierte Stränge aufweisen und ein elektrostatischer Abschirmungsleiter (184, 192) zwischen den isolierten Strängen (la, Ib; 5a, 5b) von nur den zwei äußersten und den zwei innersten Windungen von jedem Spulenabschnitt (422) angeordnet ist, wobei ein Abschirmungsleiter (192) an dem einen Ende eines Spulenabschnittes (422) nur mit dem entsprechend angeordneten Abschirmungsleiter (194) in dem unmittelbar benachbarten Spulenabschnitt (424) verbunden ist, zwischen benachbarten Spulenabschnitten (422*428) nur eine Abschirmungsverbindung (202-208) besteht, die an abwechselnden Enden der Spulenabschnitte gebildet sind, und der verbleibende Abschirmungsleiter (184) im ersten Spulenabschnitt (422) nur mit der Hochspannungsquelle verbunden ist.

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   γ« ρ ι