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Isolation für Hochspannung führende ringförmige Wicklungen von Transformatoren,
insbesondere 1Heßtransformatoren. Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolation
ringförmiger Wicklungen von Transformatoren, insbesondere Meßtransformatoren, die
im Betriebe auf sehr hohes Potential gegenüber der Umgebung, z. B. gegenüber dem
von ihnen umschlungenen Eisenkern oder den nächstgelegenen Gehäuseteilen geladen
sind. Bei solchen ist zwecks Erzielung günstiger elektrischer Eigenschaften der
die Wicklungen enthaltenden Hochspannungsapparate der zur Isolation verfügbare Raum
zumeist recht beschränkt, insbesondere ist dies bei Stromwandlern der Fall, bei
denen es darauf ankommt, einen möglichst kurzen mittleren magnetischen Kraftlinienweg
zu erzielen, um möglichst geringen Leerlaufstrom und damit geringe Abweichungen
des Übersetzungsverhältnisses vom Sollwert, sowie geringe Fehlwinkelbeträge zu erhalten.
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Wenn zur Isolierung außer hochwertigem Isolierstoff noch geringccertiger
Stoff, beispielsweise Luft, verwendet wird. so muß dabei vor allem vermieden werden,
daß an den Stellen, wo infolge Zusammendrängens der elektrischen Feldlinien eine
besonders starke Beanspruchung des Isoliermittels auftritt, Luftschichten, Luftblasen
o. dgl. vorhanden sind. Zur Erhöhung der elektrischen Festigkeit ist daher vorgeschlagen
worden, Hochspannung führende Wicklungen, die zunächst mit geringwertiger, trotz
einer Tränkung mit Isoliermitteln oft lufthaltiger Isolation, z. B. der Drahtbewicklung
selbst oder der Bandagierung umkleidet sind, außen mit einer glatten, möglichst
schwach gekrümmten Metallhülle zu umgeben, die elektrisch mit einem Punkt der umhüllten
Wicklung verbunden und mit einer Öffnung für den Durchtritt der Wicklungsenden versehen
ist. Auch ist vorgeschlagen worden, diese Metallhülle außen mit hochwertigem Isolationsstoff,
beispielsweise unter starkem Druck um das Metall herumgepreßten Hartpapier (Pertinax,
Repelit o. dgl.) oder Öl, Paraffin zu umgeben. Bei sehr hohen Spannungen reicht
aber auch eine solche Isolation mit Metalleinlage nicht aus, wenn man nicht zu unerwünscht
großen Abmessungen der Hochspannungswicklung gelangen will.
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Bei Nutenwicklungen elektrischer Maschinen , wird nun bekanntlich
eine außerordentlich betriebssichere Isolierung hoher elektrischerFestigkeit dadurch
erreicht, daß man um die Wicklung einen hochwertigen Isolierkörper anordnet, der
innerhalb der Nut sowohl an der Innenwie auch der Außenseite mit einer Metallhülle
umschlozsen ist.
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Von diesem Gedanken ausgehend wird gemäß der Erfindung für die Hochspannung
führenden Wicklungen von Transformatoren, insbesondere von Stromwandlern vorgeschlagen,
die fertig hergestellte, zweckmäßig bandagierte Drahtwicklung der ganzen Länge nach
allseitig mit einer dicht anliegenden Metallhülle zrr umschließen, die nach außen
hin eine möglichst schwach gekrümmte Oberfläche hat, über dieser Metallhülle alsdann
eine Schicht hochwertigen Isoliermaterials von einer der vorhandenen Hochspannung
entsprechenden Dicke vorzusehen und diese dicht mit einer zweiten, vorzugsweise
nach innen schwach gekrümmten Metallhülle zu umgeben. Wesentlich ist hierbei, daß
der Raum zwischen den beiden Metallhüllen vollständig von dem hochwertigen Isolierstoff
ausgefüllt ist ohne Einsprengungen von minderwertigem Material, wie namentlich Luft.
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Die äußere Hülle, die aus Festigkeitsgründen auch noch umwickelt sein
kann, wird zweckmäßig geerdet oder mit dem die Wicklung durchsetzenden Eisen verbunden.
Die innere Drahtwicklung wird, wenn sie an sich einen kantigen Querschnitt besitzt,
noch mit Füllstoffen umgeben, um die mäßig gekrümmte Form der Metallhüllen zu erzielen.
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Die fertig isolierte Wicklung hat zweckmäßig die Form eines Ringkörpers,
an den sich ein dieWicklungsendenumschließenderStiel anschließt. Um Gleitentladungen
oder Durchschläge an den Enden der beiden Metallhüllen des Stieles zu vermeiden,
wird die äußere Metallhülle des Stieles kürzer gehalten als die
innere
Hülle und das Isolationsrohr. Der Längenunterschied, d. h. die Länge des belag freien
Stielteile, fällt verhältnismäßig klein aus, wenn in das hochwertige Isoliermaterial
dünne Metallschichten eingelegt werden, die durch Kondensatorwirkung solche Zwischenpotentiale
erlangen und einander derart überlappen, daß längs des Rohrteiles ein gleichmäßiges
Spannungsgefälle hervorgerufen wird.
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In den Abbildungen sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt in Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, die Hochspannungsspule
eines Stromwandlers, die über den Mittelsteg von rechteckigem Querschnitt eines
Kernes der Manteltype angeordnet wird. Abb. 2 ist ein Grundriß, teilweise ein wagerechter
Schnitt. Das Leiterbündel i ist aus Festigkeitsgründen zunächst mit einer Umwicklung
2 aus Stoffbändern o. dgl. versehen und dann mit einer Metallhülle 3 überzogen.
Die beiden Anschlußleitungen q. der. Wicklung sind durch ein PreßspanstÜck 5 voneinander
isoliert, durch ein sich an die Metallhülle 3 anschließendes Metallrohr 6 geführt
und schließlich mit Anschlußklemmen 7 versehen. Über die Metallhülle 3 und das Rohr
6 ist ein dickwandiger Isolierkörper 8 angeordnet, der mit einer zweiten Metallhülle
9 überdeckt ist. Diese hat im wesentlichen dieselbe Form wie die innere, nur besitzt
sie eine entsprechend größere Weite und ferner nur einen kurzen Rohrteil =o. Schließlich
ist die ganze Spule zweckmäßig nochmals mit Isolierstcff =i umhüllt. Dieser ist
mindestens an der Stelle anzubringen, wo das freie Ende der äußeren Metallhülle
=o sich befindet, so daß dieses Ende vollständig in Isolierstoff eingebettet ist.
Die beiden Metallhüllen 3 und 9 sind an einer oder mehreren Stellen, wie beispielsweise
durch die Trennfuge 12 angedeutet, derart unterteilt, daß keine KiirZSChlußstr"l"me
darin auftreten können. Die innere Metallhülle 3 ist am Ende ihres Rohres 6 mit
der einen der Klemmen 7, die äußere Hülle 9 beispielsweise durch den Metallstreifen
13 mit dem Eisen oder dem Rahmengestell des Stromwandlers leitend verbunden.
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Der Raum zwischen den beiden Metallhüllen 3 und 9 muß durchweg von
hochwertigem Isolationsstoff mit gleicher Wandstärke ausgefüllt sein und darf keine
Luftblasen oder sonstige Hohlräume enthalten. Dies läßt sich auf mehrere Arten erreichen.
In der Luftleere zwischen zwei starre Metallhüllen heiß eingegossene und dann erstarrende
Isoliermasse würde zunächst den Zweck erfüllen. Aber die scheinbar harte und beim
Zerschlagen zersplitternde Masse kann mitunter nach Jahren unter dem Gewichte des
Wicklungsmetalles nachgeben, so daß die Isolationsschicht stellenweise zu dünn wird.
Dieser Nachteil wird bei den nachstehend beschriebenen Anordnungen vermieden.
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Hiernach wird über den nötigenfalls durch Füllteile abgerundeten und
mit Isolierstreifen umwickelten Spulenkörper nach Abb. 3 eine Lage Stanniol =q.
aufgelegt oder aufgewickelt. Diese umgibt den Spulenkörper zur Vermeidung einer
Kurzschlußwindung in zwei einander überlappenden Teilen, die durch eine Papierzwischenlage
15 gegeneinander elektrisch isoliert sind. Auch ein die Anschlußleitungen 7 umgebendes
Isolierrohr 1,7 ist von einer Stanniollage 18 umgeben. Die Übergangsstelle vom Ringkörper
zu dem stielartigen Teil ist mit einem Metalltrichter i9 überdeckt, der die beiden
Stanniolbelegungen berührt. Auf den Stanniolbelag wird nun in vielen Lagen ein Streifen
2o aus Zellulosepapier o. dgl. mit Überlappung aufgewickelt. Der Streifen, der mit
ziemlich großer mechanischer Spannung aufgewunden wird, ist zweckmäßig zweimal so
gefaltet, daß seine scharfen Ränder nach innen umgelegt sind. Die Abb. q. und 5
zeigen im Querschnitt Ausführungsbeispiele derartiger Streifen. Es wird auf diese
Weise verhütet, daß die Streifenränder einreißen oder den Wickler verletzen. Gleichzeitig
werden durch die doppelte oder dreifache Schichtung des Streifens die Herstellungskosten
erheblich vermindert, da der Streifen entsprechend weniger_ oft durch den Wicklungshohlraum
gezogen zu werden braucht.
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Auch der die beiden-Zuleitungen enthaltende mit Stanniol umwickelte
Teil =8 wird in der geschilderten Weise mit Papierstreifen umwunden. Nur werden
hier zylindrische Metalleinlagen 21, 22, 23 miteingewickelt, wie Abb. 6 zeigt, die
einen Längsschnitt durch einen fertiggestellten Stromwandler veranschaulicht. Diese
Metalleinlagen folgen einander von der Austrittsstelle der Anschlußleitungen aus
gerechnet mit immer weiterem Durchmesser derart, daß sie sich teilweise überlappen,
bis schließlich die letzte Einlage 22 in der Nähe des Ringkörpers endigt.
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Die Ansatzstelle von Stiel und Ringkörper würde bei Umwicklung mit
Band nicht ausgefüllt werden. Es werden daher an dieser Stelle dreieckige Papierstücke
eingelegt, die seitlich: die Streifenwicklung überlappen. Nach Fertigstellung einer
der angewendeten Hochspannung entsprechenden dicken Isolierschicht wird der ganze
Ringkörper bis an die letzte Metallschicht 23 des Stieles mit Stanniol 24 umwickelt.
Hierbei sind wieder Papierisolationen 15 einzulegen, so daß keine Kurzschlußwindung
entsteht. Schließlich erhält das Ganze nochmals eine dünne Schicht 25 aus Papierstreifen.
Damit ist die ganze Wicklung fertiggestellt; sie kann nunmehr über den. Eisenkern
29 und die Niederspannungswicklung
3ogestreift und damit zusammen
in einGehäuse3i mit Ölfüllung eingesetzt werden. Falls keine besondere Ölisolation
verwendet wird, ist sie vorher mit 01 oder einem entsprechenden Isolierstoff
zu tränken. Durch Auskochen unter Vakuum können die bei der Bewicklung noch verbliebenen
Lufträume entfernt und mit Öl gefüllt werden.
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Anstatt die Metalleinlagen im Stiel nur kurz mit geringer Überlappung
der aufeinanderfolgenden Einlagen auszuführen, können sie auch über dem ganzen Wicklungskörper,
den Ringkörper eingeschlossen, angeordnet werden. Es ist dann eine gleichmäßige
Spannungsverteilung auch quer durch den Ringkörper hindurch an allen Stellen gewährleistet.
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Die geschilderte Art zur Ausfüllung des ganzen Raumes zwischen den
beiden gegeneinander Hochspannung führenden Metallhüllen durch Aufwicklung eines
Isoliermasse in sich aufnehmenden festen Isolierbarde:; hat den Vorteil, daß die
einzelnen Fasern des festen Isolierstoffes, die durch die Tränkung in Isoliermasse
eingebettet sind und als deren Träger dienen, vorwiegend in Potentialflächen liegen,
d. h. senkrecht zur Richtung der elektrischen Feldlinien. Das bedingt erfahrungsgemäß
eine Erhöhung der Isolierfestigkeit. Andererseits ist aber das Isolierverfahren
verhältnismäßig mühselig. Es ist daher besonders zweckmäßig, die Isolierschicht
aus mehreren vorher fertiggestellten, ineinanderzuschachtelnden Schalen zusammenzusetzen.
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In den Abb. 7 und 8 ist eine derartige Schale in zwei zueinander senkrechten
Ansichten dargestellt. Sie wird zweckmäßig aus hochwertigem Isolierstoff, beispielsweise
Hartpapier, von vornherein in zwei ungleichen Teilen geprägt oder aus einem durch
Pressung, z. B. aus Zellulose hergestellten Körper durch nachträgliches Zerschneiden
gewonnen. Ein zusammengefügtes Schalenpaar besteht im wesentlichen aus einem hohlen
Ring und einem sich seitlich daran anschließenden Rohr von größerer Wandstärke als
der übrige Teil. Die . einzelnen Schalenpaare werden über den Wicklungskörper und
das vorhergehende Schalenpaar zusammengefügt, und zwar derart, daß die Fugen aufeinanderfolgender
Schalen nicht j übereinanderliegen, sondern abwechselnd gegeneinander versetzt sind.
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Die Metallbelegungen werden am besten von vornherein durch irgendein
bekanntes Verfahren, beispielsweise durch Aufspritzen mittels Schoopscher Spritzpistole,
auf die Schalen aufgebracht, so daß sie beim Zusammensetzen der Schalen an die vorgesehenen
Stellen zu liegen kommen. Die Metallüberzüge müssen Trennungsstellen aufweisen,
um die Bildung von Kurzschlußwindungen zu vermeiden. Der ganze Körper wird schließlich
mit einem f3iissigen Isolierstoff getränkt, der von den einzelnen etwas saugfähigen
Schalen aufgenommen wird und die Zwischenräume ausfüllt. Durch die Verdickung der
Schalen in ihrem rohrförmigen Teil gegenüber ihrem übrigen ringförmigen Teil wird
die Beanspruchung an der Befestigungsstelle herabgesetzt und dadurch die Wirkung
der Metalleinlagen unterstützt. Der rohrförmige Teil erhält zum Schluß einen Überwurf
28 aus Repelit (Abb. 6), um die imprägnierten Hülsen gegen äußere Einflüsse und
Verletzungen zu schützen, oder auch einen Porzellanüberwurf, der besonders für feuchte
Aufstellungsräumeangebrachtist. DieseSchutzhülle braucht nicht die elektrischen
Eigenschaften eines Durchführungsisolators aufzuweisen, da sie auf Durchschlagsfestigkeit
nicht beansprucht wird.
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Eine weitere sehr zweckmäßige Ausführungsform ist in Abb. 9 bis ii
dargestellt. Es zeigen dabei Abb. 9 eine Isolierschale, Abb. io einen mit Hilfe
derartiger Schalen isolierten Stromwandler im Grundriß und Abb. ii einen senkrechten
Querschnitt durch diesen. Hierbei kommen Isolierkörper zur Verwendung, deren einzelne
ineinanderzuschachtelnde Isolierhülsen nicht runden, sondern nahezu viereckigen
Querschnitt mit gut ausgerundeten Kanten besitzen. Die Hülsen bestehen, wie die
Abb. 9 und ii erkennen lassen, aus je einem Ringgefäß 26 ohne Deckel und zwei sich
diametral daran anschließenden offenen Kanälen 27. Derartige Hülsen oder Mäntel
26, 26', 26", 26"' werden zum Aufbau der Isolierung einer Spule i in abgestufter
Größe verwendet und wechselweise ineinandergeschachtel t. Die Metallbekleidungen
können durch Aufspritzen hergestellt werden.
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Abweichend von den zuerst beschriebenen Ausführungsformen hat die
vorliegende, entsprechend der Form der Isolierhülsen, für jede der beiden Spulenenden
eine besondere Durchführung, die beide in der bereits oben beschriebenen Weise mit
eingelegten oder aufgespritzten Metallringen zum Herabsetzen der Beanspruchung an
den Ausführungsstellen versehen sind. Eine solche Anordnung hat für Stromwandler
den Vorteil, daß diese im Zuge der Leitung selbst eingebaut werden können.
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Die einzelnen Schalenpaare, aus denen die Hochspannungsisolierung
zusammengesetzt ist, können auf beiden Seiten mit einem Metallüberzug versehen sein,
nur mit der Maßnahme, daß die inneren Schalen längere Beläge auf dem rohrförmigen
Teil erhalten als die darauf folgenden äußeren Schalen. Bei dem Zusammenstecken
der Schalen braucht man dann nicht ängstlich darauf bedacht sein, jede Spur von
Luft zwischen ihnen zu vermeiden. Denn die etwa vorhandenen Luftreste sind von Metallteilen
eingeschlossen, die auf demselben
Potential stehen. Es ist nur dafür
zu sorgen, daß an den rohrförmigen Teilen, wo die Metallbeläge aufhören, Luftreste
durch Verkittung oder Tränliung beseitigt werden.
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Wird die äußere Metallhülle der Wicklung genügend widerstandsfähig
ausgeführt oder durch einen kräftigen Verband geschützt, der z. B. durch Verspachtelung
mit schwer schmelzbarem Asphalt u. dgl. einen festen glatten Überzug erhält, so
erübrigt sich der Einbau des Wicklungskörpers in ein Gehäuse. Man kann beispielsweise,
wie in Abb. 12 dargestellt, den rohrförmigen Körper an dem Porzellai--oder Repelitüberwurf
28 fassen und mittels eiserner Stege 32 am Eisenkörper 33, der in dieser Abbildung
Manteltype aufweist, befestigen. An der anderen Seite des Eisenkörpers sind Winkeleisen
,4 angeschraubt, mittels deren der tanze Stromwandler auf dem Boden oder @an der
Decke befestigt werden kann. Ein solcher Stromwandler zeichnet sich infolge Fortfalls
des Gehäuses mit Öl oder anderer Isoliermasse durch besondere Einfachheit und Billigkeit
aus.