DE2628523A1

DE2628523A1 - Hochspannungswicklung

Info

Publication number: DE2628523A1
Application number: DE19762628523
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Ing Weniger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-06-24
Filing date: 1976-06-24
Publication date: 1977-12-29
Also published as: ATA383277A; IT1078321B; AT362016B; MX145786A; DE2628523B2; ES460059A1; BE856096A; DE2628523C3; CH618042A5; JPS531817A

Description

Hochspannungswicklung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungswicklung mit einer zusammen mit jeder Drahtwindung aufgewickelten Bahn aus isolierstoff mit einer der Breite der Hochspannungswicklung entsprechenden Breite.
Bei einer bekannten Hochspannungswicklung dieser Art (DT-PS 665 834) sind die Drahtwindungen aus einem Flachband hergestellt. Die Verwendung des Flachbandes hat den Vorteil, daß die Drahtwindungen nicht stark auftragen, so daß die Bahnen aus Isolierstoff ohne Schwierigkeiten und im wesentlichen ohne Faltenbildung eingewickelt werden können. Außerdem ist durch die Verwendung eines Flachbandes vermieden, daß durch den Wikkelzug ausgeübte Kräfte zu einem Zerschneiden der Bahnen aus Isolierstoff durch die Drahtwindungen führen. Die bekannte Hochspannungswicklung ist Jedoch insofern nachteilig, als bei ihr die Gefahr des Verschiebens der Drahtwindungen, beispielsweise beim Transport, gegeben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verhältnismäßig einfach zu fertigende Hochspannungswicklung vorzuschlagen, in der sich die einzelnen Drahtwindungen in einer räumlich festen, unverrückbaren Lage befinden.
Zur Lösung dieser Aufgabe bestehen bei einer Hochspannungswicklung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß die Drahtwindungen aus einem Runddraht, und die Bahnen aus Isolierstoff sind von einer Kunststoffolie gebildet, wobei die Kunststoffolie in ihrer Dicke im Hinblick auf den Durchmesser des Runddrahtes so bemessen ist, daß das Verhältnis vom Durchmesser zur Dicke größer als 50 ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung besteht vor allem darin, daß infolge Verwendung von Kunststoffolien mit einer im Hinblick auf den Durchmesser des verwendeten Runddrahtes vorgegebenen größten Dicke die einzelnen Drahtwindungen formschlüssig von der Kunststoffolie innerhalb der Hochspannungswicklung eingeschlossen werden, so daß die einzelnen Drahtwindungen nicht nur im Innern der Hochspannungswicklung, sondern auch zu den Rändern hin in ihrer Lage fest angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Hochspannungswicklung kann daher in Jeder Einbaulage eingesetzt werden, also beispielsweise auch so, daß ihre Wicklungsachse in Richtung der Schwerkraft verläuft, ohne daß ein Abgleiten von Drahtwindungen zu befürchten ist. Auch während des Transportes der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung sind keine Verschiebungen der Drahtwindungen zu befürchten.
Die erfindungsgemäße Hochspannungswicklung kann als Zylinder-oder als Trapezwicklung ausgebildet sein. Ist sie in an sich bekannter Weise als Doppelwickel ausgebildet, dann ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß durch Jeweils in das Innere der Wicklung gerichtete Kräfte in den Drahtwindungen mit besonders hoher Sicherheit ein Verschieben der äußeren Drahtwindungen innerhalb der Hochspannungswicklung vermieden ist.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Hochspannungswicklung nach Aufbringung der Drahtwindungen und der Kunststoffolie einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird. Verwendet man nämlich in vorteilhafter Weise eine Kunststoffolie aus einem bei Wärmebehandlung schrumpfenden Material, dann entstehen bei der Wärmebehandlung der Hochspannungswicklung Schrumpfkräfte der Kunststoffolie, die zur Bildung einer kompakten, selbsttragenden Spule führen. Mit der Wärmebehandlung wird nicht nur eine selbsttragende Spule gebildet, sondern eine Wicklung mit sehr kleinen Hohlräumen, wodurch die Teilentladungseinsetzspannung erhöht wird.
Als besonders vorteilhaft wird es erachtet, wenn die Hochspannungswicklung nach der Erfindung an beiden Seiten über die äußeren Drahtwindungen hervorstehende Ränder der Kunststoffolie aufweist. Bei einer Wärmebehandlung legen sich die nervorstehenden Ränder infolge der auftretenden Schrumpfkräfte in radialer Richtung um und verschließen die Hochspannungswicklung seitlich.
Erfolgt die Wärmebehandlung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung nach Evakuierung und Imprägnierung mit einem Isoliergas, beispielsweise Schwefelhexafluorid, dann ist in den Hohlräumen der Hochspannungswicklung das Isoliergas eingeschlossen. Es kann daher bei Verwendung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung ein langwieriger Vakuum- und Imprägnierprozeß eines Hochspannungsgerätes mit der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung entfallen. Dadurch tritt eine Senkung der Herstellungskosten ein.
Die Vakuumbehandlung und Imprägnierung mit Isoliergas ist bei der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung deshalb besonders einfach, weil die Hochspannungswicklung zu den Seiten weitgehend offen ist.
Bei der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung kann es vorteilhaft sein, an den Seiten der Hochspannungswicklung neben den Jeweils äußeren Drahtwindungen Steuerelektroden einzulegen. Die Steuerelektroden können in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein, müssen Jedoch in Jedem Falle so ausgeführt sein, daß sie keine Kurzschlußwindung bilden.
Die Steuerelektroden sind in vorteilhafter Weise von spiralförmig geschlitzten Isolierschläuchen aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante oder von spiralförmig geschlitz- ten Schläuchen aus Isoliermaterial mit einem leitenden oder halbleitenden Überzug gebildet.
Gegebenenfalls kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Steuerelektroden von einer um die Jeweils äußere Drahtwindung gelegten Isolierfolie mit leitender oder halbleitender Oberfläche gebildet sind.
Insbesondere dann, wenn in der Hochspannungswicklung sich über ihre Breite erstreckende steuernde Einlagen vorhanden sind, können die Steuerelektroden durch Falzung dieser steuernden Einlagen an ihren äußeren Rändern gebildet sein.
Sind in der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung Steuerelektroden an den Rändern eingelegt, dann ist es vorteilhaft, die Höhe der Elektroden so zu bemessen, daß sie höher als der Durchmesser des Runddrahtes sind. Die Steuerelektroden lassen sich dann auch dazu ausnutzen, eine mechanisch besonders feste Hochspannungswicklung zu schaffen.
Eine Vorrichtung zur Herstellung einer Hochspannungswicklung nach der Erfindung ist vorteilhafterweise mit einer Führungsrolle zur Aufbringung der Kunststoffolie versehen, die an die Hochspannungswicklung angedrückt ist. Durch den unmittelbaren Kontakt der Führungsrolle mit der Hochspannungswicklung wird die Herstellung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung wesentlich vereinfacht; es entstehen dann nämlich keine Pro bleme durch Faltenbildung der Icunststoffolie während des Aufwickelns.
Die Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung ist vorteilhafterweise hinsichtlich der Lagerung der Führungsrolle für die Kunststoffolie derart ausgestaltet, daß nach Aufwickeln der jeweils äußeren Drahtwindung während einer Umdrehung der Hochspannungswicklung die Führungsrolle von der Hochspannungswicklung abgehoben wird. Dadurch ist ein zu hoher Anpreßdruck auf die nach der jeweils äußeren Drahtwindung aufgebrachte nächste Drahtwindung vermieden.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in Figur 1 ein Schnitt durch eine erfindungsgemäß hergestellte Hochspannungswicklung gezeigt. In Figur 2 ist in vergrößertem Maßstab ein Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung nach Figur 1 wiedergegeben. In den Figuren 3 und 4 ist eine Ausführung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung als Doppelwickel dargestellt, und in Figuren 5 bis 7 sind Ausführungsbeispiele für verschiedene Steuerelektroden der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung gezeigt. In Figur 8 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung wiedergegeben.
Die in Figur 1 dargestellte Hochspannungswicklung 1 enthält eine durchgehend gewickelte Kunststoffolien 2 mit einer Breite, die der der Hochspannungswicklung 1 entspricht. Die Kunststoffolien 2 sind mit jeder Drahtwindung 3 aufgewickelt, so daß aufeinanderfolgende Drahtwindungen immer durch eine Bahn der Kunststoffolie 2 voneinander getrennt sind. Die Drahtwindungen 3 sind in bekannter Weise mit einem seitlichen Vorschub gewickelt, so daß die Drahtwindungen beispielsweise von links unten nach rechts oben und dann wieder umgekehrt von rechts nach links innerhalb der Hochspannungswicklung aufeinander folgen. Es ergibt sich damit in an sich bekannter Weise ein insofern vorteilhafter Aufbau einer Hochspannungswicklung, als an Enden 4 und 5 der Hochspannungswicklung 1, wo zwischen äußeren Drahtwindungen eine sehr hohe Spannung auftritt, viele Bahnen der Kunststoffolie 2 übereinander angeordnet sind und daher die notwendige Spannungsfestigkeit erzeugen.
Wie Figur 2 deutlich erkennen läßt, ist auf eine Bahn 6 der Kunststoffolie eine Drahtwindung 7 aus Runddraht aufgewickelt.
Darauf ist eine weitere Bahn 8 Kunststoffolie gemeinsam mit einer weiteren Drahtwindung 9 derart aufgebracht, daß die Drahtwindung 9 neben der ersten Drahtwindung 7 zu liegen kommt. Entsprechend sind weitere Bahnen 10, 11, 12 usw. der Kunststofffolie gleichzeitig mit weiteren Drahtwindungen 13, 14, 15 usw.
aufgewickelt.
Da die Dicke a der Kunststoffolie im Hinblick auf den Durchmesser D des Runddrahtes der Drahtwindungen so gewählt ist, daß das Verhältnis von D > 50 ist, ergibt sich di.e in der Figur 2 wiedergegebene Anordnung von Drahtwindungen und Kunststoffolie, deren wesentliches Merkmal in einer formschlüssigen Einbettung der einzelnen Drahtwindungen in der Kunststoffolie besteht.
Wird die Hochspannungswicklung für einen Spannungswandler vorgesehen, dann beträgt die Dicke der Kunststoffolie im Hinblick auf den Durchmesser der für die Hochspannungswicklung eines Spannungswandlers üblichen Runddrähte etwa 2 bis 5 jL'fl.
Wie Figur 2 ferner zeigt, weisen die Bahnen 6, 8, 10, 11,usw.
über die äußeren Drahtwindungen 15 bzw. 16 hervorstehende Ränder 17 auf. Die überstehendenRänder 17 bieten die vorteilhafte Möglichkeit, bei einer WErmebehandlung der Hochspannungswicklung durch Schrumpfkräfte einen seitlichen Verschluß der Hochspannungswicklung zu erreichen. Besteht nämlich die Kunststofffolie aus einem bei Wärmebehandlung schrumpfenden Material, dann legen sich die hervorstehenden Ränder 17 in radialer Richtung um und verschließen die Hochspannungswicklung an ihren Seiten.
Dadurch wird nicht nur ein Abrutschen der äußeren Drahtwindungen 15 und 16 beispielsweise beim Transport mit letzter Sicherheit verhindert, sondern es wird auch Isoliergas in der Hochspannungswicklung eingeschlossen, das beispielsweise nach einer vorangehenden Vakuumbehandlung und Imprägnierung eingebracht ist.
In Abweichung von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 kann die Hochspannungswicklung nach der Erfindung auch ohne überstehende Ränder der Bahnen der Kunststoffolie hergestellt sein. Bei einer Hochspannungswicklung mit trapezförmiger Anordnung der Drahtlängen entspricht die Breite der Isolierfolie etwa der untersten Drahtlage. Gegebenenfalls kann die Hochspannungswicklung auch aus mehreren einander umfassenden trapezförmigen Teilspulen bestehen.
Die in Figur 3 schematisch dargestellte Hochspannungswicklung ist als an sich bekannter DopDelwickel ausgeführt, enthält also gewissermaßen zwei gleichzeitig gewickelte Teilspulen 20 und 21.
Die Drahtwindungen 22 und 23 jeder der beiden Teilwicklungen sind jeweils gleichzeitig gemeinsam mit einer Kunststoffolie 24 aufgewickelt (vgl. Figur 4). Die Kunststoffolie 24 ist wiederum so breit gewählt, daß sie über die Enden der äußeren Drahtwindungen hervorstehende Ränder aufweist.
Das in Figur 5 im Schnitt teilweise dargestellte Ausführungsbei spiel der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung unterscheidet sich von dem nach den Figuren 1 und 2 dadurch, daß am Rand 26 der Hochspannungswicklung 27 ein Isolierschlauch 28 aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante eingelegt ist. Dieser Isolierschlauch 28 dient als Steuerelektrode. Gleichzeitig kann er zur Herstellung einer möglichst fest gewickelten Hochspannungswicklung beitragen, wenn er eine Höhe H aufweist, die größer als der Durchmesser D des verwendeten Runddrahtes 29 ist.
In vorteilhafter Weise ist die Höhe H so gewählt, daß sie durch folgende Gleichung bestimmt ist Anstelle eines Isolierschlauches kann auch ein Schlauch aus Isolierstaff mit einem halbleitenden oder leitenden Überzug verwendet werden. Unabhängig von der speziellen Ausführung der Steuerelektrode ist dafür zu sorgen, daß die Schläuche mit einem spiralförmig verlaufenden Schlitz 30 versehen sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist die Steuerelektrode aus einer um eine äußere Drahtwindung 31 gewickelten Isolierfolie 32 gebildet, die vorteilhafterweise eine Dicke b hat, die dem Quotienten aus dem Durchmesser D des verwendeten Runddrahtes 31 und g entspricht. Die Isolierfolie 32 kann auch mit einem halbleitenden oder leitenden Belag versehen sein.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 7 ist die Steuerelektrode von einem gefalzten Rand 33 einer steuernden Einlage 34 gebildet, die sich über die gesamte Breite der Hochspannungswicklung 35 erstreckt. Die Dicke c der steuernden Einlage ist dabei zweckmäßigerweise doppelt so hoch wie der Durchmesser D des verwendeten Runddrahtes 36, um mittels der Steuerelektrode eine mechanisch feste Hochspannungswicklung herstellen zu können.
Die in Figur 8 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgeniäßen Hochspannungswicklung enthält einen in nicht dargestellter Weise angetriebenen Wickeldorn 40, dem über eine vorschiebbare Spindel 41 aus einer Vorratsspule 42 der Runddraht 43 zugeführt wird.
Zum gleichzeitigen Aufbringen einer Kunststoffolie 44 ist eine Führungsrolle 45 vorgesehen, über die die aus einer weiteen Vorratsspule 46 entnommene Kunststoffolie gleichzeitig mit dem Runddraht 43 aufgewickelt wird. Die Führungsrolle 45 ist an die Hochspannungswicklung während des Herstellungsvorganges angedrüclct, um ein Aufbringen der Kunststoffolie 44 ohne Faltenbilaung zu ermöglichen.
Ist jeweils die äußere Drahtwindung gewickelt, dann wird mittels eines von der Vorschubspindel 41 bei der Vorschubumkehr abgeleiteten und über eine Leitung 47 gegebenen Signals die Führungsrolle 45 für eine Umdrehung der Hochspannungswicklung entgegen der Kraft einer Zugfeder 48 jeweils abgehoben, um einen zu starken Anpreßdruck auf die der jeweils äußeren Drahtwindung folgende Drahtwindung zu vermeiden.
8 Figuren 12 Patentansprüche

Claims

PatentansD~rüche Hochspannungswicklung mit einer zusammen mit j Jeder Drahtwindung aufgewickelten Bahn aus Isolierstoff mit einer der Breite der Hochspannulgswicklung entsprechenden Breite, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ; daß die Drahtwindungen (3) aus einem Runddraht bestehen und daß die Bahnen (2) aus Isolierstoff von einer Kunststoffolie gebildet sind, wobei die Kunststoffolie in ihrer Dicke (a) im Hinblick auf den Durchmesser (D) des Runddrahtes so bemessen ist, daß das Verhältnis von Durchmesser (D) zur Dicke (a) größer als 50 ist (Figuren 1/2).
2. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie als an sich bekannter Doppelwickel (20, 21) ausgebildet ist (Figuren 4/5).
3. Hochs-aimungswi cklung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie durch infolge Wärmebehandlung der Hochspannungswicklung auftretende Schrump£-kräfte der Kunststoffolie eine kompakte, selbsttragende Spule ist.
4. Hochspannungswicklung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an beiden Seiten der Hochspannungswicklung über die äußeren Drahtwindungen hervorstehende Ränder (17) der Kunststoffolie sich durch die bei der Wärmebehandlung auftretenden Schrumpfkräfte in radialer Richtung urnlegen und die Hochspannungswicklung seitlich verschließen.
5. Hochspannungswicklung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in Hohlräumen der Hochspannungswicklung Isoliergas eingeschlossen ist.
6. Hochspannungswicklung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an den Seiten der Hochspannungswicklung neben den jeweils äußeren Drahtwindungen Steuerelektroden (25) eingelegt sind (Figur 6).
7. Hochspannungswicklung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerelektroden von Isolierschläuchen (25) aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante oder von spiralförmig geschlitzten Schläuchen aus Isoliermaterial mit einem leitenden oder halbleitenden Überzug gebildet sind.
8. Hochspannungswicklung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerelektroden von einer um jeweils die äußere Drahtwindung (27) gelegten Isoli£rfolie (28) mit leitender oder halbleitender Oberfläche gebildet sind (Figur 7).
9. Hochspannungswi.cklung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t 5 daß die Elektroden durch Falzung von sich über die Breite der Hochspannungswicklung ers-treckenden steuernden Einlagen (30) an ihren äußeren Rändern (29) gebildet sind (Figur 8).
10. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerelektrode (25) eine den Durchmesser (D) des Runddrahtes überschreitende Höhe (H) aufweisen (Figur 6).
11. Vorrichtung zur Herstellung einer Hochspannungswicklung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung zur Aufbringung der Kunststoffolie (34) eine Führungsrolle (35) aufweist, die an die Hochspannungswicklung angedrückt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Führungsrolle (35) nach Aufwickeln der Jeweils äußeren Drahtwindung während einer Umdrehung der Hochspannungswicklung von der Hochspannungswicklung abgehoben wird (Figur 9).