DE735367C

DE735367C - Wicklungsanordnung fuer Hochspannungstransformatoren

Info

Publication number: DE735367C
Application number: DES135761D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Habil Richard Elsner; Dr Josef Rebhan
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1939-02-05
Filing date: 1939-02-05
Publication date: 1943-05-13

Description

Wicklungsanordnung für Hochspannungstransformatoretl Das Patent 702 603 bezieht sich auf eine Wicklungsanordnung für Hochspannungstransformatoren, Prüftransformatoren, Meßwandler, Meßinstrumente usw. mit in feste Isolierstoffe eingebetteten elektrostatischen Schirmen. Die festen Isolierstoffe liegen auf mindestens einer Seitenfläche der Wicklung dicht auf. Die mit der wellenführenden Leitung galvanisch verbundene Metalleinlage steuert sämtliche übrigen Metalleinlagen der festen Isolierstoffe. Die Metalleinlagen liegen teleskopartig ineinander und sind in Achsrichtung gegeneinander versetzt, so daß sie sämtlich kapazitiv miteinander gekoppelt sind. Bekanntlich ist die Stoßspannungsverteilung längs einer normalcn Röhrenwicklung nicht linear. Wenn man, wie in Fig. z dargestellt ist, die Stoßspannung L' über die Wickellänge L aufträgt, ergibt sich die bekannte Kurve z für die Anfangsverteilung. Bei gecr detem Wicklungsende erhält man die durch den Linienzug 2 gegebene Endverteilung längs der Wicklung. Wenn das Wicklungsende an den isolierten Nullpunkt eines Drehstromsystems angeschlossen ist und ein einphasiger Stoß anläuft, nimmt das Wicklungsende im Endzustand das Potential U an; die End-3 verteilung für diesen Fall ergibt dei' Linienzug 3. Bekanntlich wird die Endverteilung erst nach dein Einschwingen der einzelnen Wicklungsteile erreicht. Die einzelnen Wick-

lungsteile können mit den Differeiiz«-erten

cler Spannung zwischeil Anfangstor teiltitig

und Endverteilung Eigenschwingungen aub-

führen. je näher di;. Kurte i sich dein

Linienzug -, anpallt, d. h. je näher Anfangs-

und Endverteilung ztzsannnei?fall_eii, cle:to ye-

riiiger werden bekanntlich auch die Eigrn-

:,cliwingungeil der einzelnen Wicklungsteile.

Damit wird aber auch die Isolationsbealispru-

chung der \t icl@lungsteile untereinander, d. h.

der Einzelspulen derselben Wicklung gegen-

einander, herabgesetzt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Anfangs-

verteilung der Endverteilung möglichst weit-

gehend anzupassen.

Ertin(Iungsgene<il@ wird diese Aufgabe da-

durch gelöst, dafl die Werte der einzelnen

Scliirinlca p2izit.iten tc.ul Eingang der

iung zum Ende der Wicklung liiii altnellinend

gestatielt werden.

Im Gegensatz zu einer bekannten Wick-

lungsanordnung, bei der abnehmend gestaffelte

Schirene mit der Wicklung galvanisch verbun-

den sind, fehlen beim Gegenstand der Erfiii-

(lung derartige Verbindungen gänzlich. ldicr

ist lediglich eine kapazitite Durchkopplutig

angewendet. Die praktische Ausführung der

bekannten Schirmanordnungen mit galvatii-

scllcr Verbindung ist <itillerst schwierig send

daher kauen ter«vndbar. Auch aeidcre he _

kannte Schirmanordnungcu, deren Sciiirine in

feste Isolierstoffe eingebettet sind, haben eine

:ranz andere Wirkung, denn bei ihnen ist ent-

weder (las eine Schirincilde nicht wie beirr

Erfindungsgegenstand an eine

ang(-schlosscel, ochr die Schirme haben uein-

gegciiübr eine völlig andere Staffelur;' tutd

Bc ilie sstllh.

Bei der in Fig. .2 dargestellten Anoidnang

bestellt die Hochspannungswicklung aus ein-

zeinen Scheibenspulen 4. Diese. hal;ni gegtn-

e-inander die Sptilenlcal)az it<iteii Cs. Außerdem

haben die einzelnen Spulen lErdkapazit<iwn CA

z. B. gegen clie hcssel@tand 12. Zu cüesen hapazit@iten legen die Kapazi-

täten cicr gcni<iß dem Patent 7026n3 te;rgu-

selicntn einzelnen lItthlcihagml ;, 8 und o

in Parallelschaltung. Fig-.3 zeit das kapa-

zitite Er.atzscbenla der Anordnung. hie

lticii @l)tileiil@apazitäwn Ch sind vom Wick-

lungsumfang ic ausgebend bis zum Wick-

lungstnde ? i in Reihe geschaltet. Das Wick-

lungscnde ist beispicls@teis;. mit Erde 12 gt-

#-anisch verbunden. Die einzelnen Ihrdkapa-r_i-

i<lten (Itr Scheibenspulen senil mit Ce 1.#ezeich-

ilct. In 1.'arallelscllaitunz zu 4eei Serienk al)a-

zit<itcil (-.,j licgcii die gegenscidgen Schirtn-

kawazitähn CA IM S; rinne haben außenleni

,.ugcil (lie (inzclmll Scheil;ensl)ulen Teillcal)a-

zit<itcn C@ sc,wie<°gcn die Niedertoltwick-

hing (i l;zw. 1,-iseili>cril 3 die "frilkal)azit<it Gr.

`Vie Fig. 3 auferdem zeigt, sind die Schirm-

kapazit@tt#-ii C b vom Anfang bis zum Ende ab-

nehmend gestaiielt. Dort, wo der Spannunäs-

gradietit der urgesteuerten Wicklung, also die

1. angeute an die hurte i ihren lla.@imalwert

hat, liegt die grölte Kapazität Cb mit den be-

«eispruchten Spulen in Parallelschaltung. An

Stellen, an denen der ursprüngliche Span-

i)tingsgradient geringer ist, sind zur Wicklung

auch #;trin gcre Scliirilll:apazit<itcn parallel

geschaltet. Ani besten sind die Werte der

Schirmkapazitäten Cb etwa entsprechend den

Ordinaten der Kurve i (Feg. i ) gegen <las

Wicklungsende hin aitneliiliencl zu staffeln, so

da],') für die so gesteuerte Wicklung die Kur-

den i und 2 möglichst weitgehend MitChl-

ander zur Deckung kommen. Die ganze

Schirmanordnung ähnelt also einer Konden-

satorkettc; je größer die Zahl der Schirene

ist, desto feiner ist die Abstufung und desto

stetiger wird die Spannungsverteiluilg Janr

der Wicklung. je stärker sich die Kurs o i der

Anfangsverteilung dein Linienzug 2 nähert,

desto mehr nähert sich die Wicklung in ihrem

@ crlialten einem Transformator, der nur mit

der Grundschwin-ung schwingt. In bezug auf

Obentellcii, die gerade in einzelnen Wick-

lungsteilen höhere Spannungen und E#igun-

s s chwingungen hervorrufen könucn, wird als,>

dadurch der Transformator scli@tiiibtnigsfi-ei.

Ist das eine @Vicklangsende oder in Drth-

stromsvsicmen Gier Sternpu.ilct zusannnen mit

den drei Wicklungsenden geerdet, dann ver-

schwindet auch die Grundschwingung und (ii,-#

ganzC Anordnung ist völlig

Fei isoliertem -Nullpunkt kommt ts darauf

a il, (1a1.; die Schirmkapazitäten CO unterein-

ander derart abgestillnut werden, daß bei auf-

trcifencicr Stof'spannung L' der isolierte Null-

punkt bei einphasigem Stoß möglichst sehuil

kapazitit auf das Potential 11- gehoben wird.

3

Ein solcher Transformator nähert sich (l@ieiti

wonigstens in seinem Verhalten bei elnp oaSi-

g'ein Stoß dellijeiligen eines völlig schw-ill-

"tuigsfreicii. Dabei empfiehlt es

Fig. 2 UrhelillCil I<il@t, auch das \ullpunktsende

der Wicklung durch den Scbirin (, c;iizu-

chirm@n.

Die Einsteilung der erforderlichen Kal)a-

z it<its@1-er tc erfolgt durch die Wahl der 11b-

stände 1) der einzelnen Schirme 7, N, ei gegen-

einander. Ferner müssen die Längen Ir, mit

denen :ich die benachbarten Scllirnle über-

greifen. .:o abgestimnlt werden, daß die er_

b)rdcrliche kapazitive Kopplung vorhanden

ist. Die richtige Wahl der Schirmkapaz;tätei

CI ist_ für die Wirkung der Anordnung ent-

sl)r; clicii(l. Diese Kapazität C'1) der Scher in e

z#cgeiicin .tn(ler niul3, ttrglichen mit Alen

11111 Kalaatzit<itcn C@.c und Cc der Wicklung

sowie Ca der Schirme gegen Erde, möglichst groß sein; auf alle Fälle muß C b wesentlich größer sein als Cs oder G e, und zwar auch größer als die Summe aller Kapazitäten Cs und Ce.

Durch Einlegen von Isolierstoffen reit höheren Dielektrizitätskonstantenkönnen auch die erforderlichen Kapazitätswerte eingestellt werden. Hierbei muß man es sich zum Grundsatz machen, daß die Kapazität der Schirme 8 gegen die Wicklung .I stets groß sein muß. Als Stoffe mit höherer Dielektrizitätskonstarrte können Hartpapier oder mit Flüssigkeiten von hoher Dielektrizitätskonstante getränkte Papiere oder Faserstoffe dienen, z. B. mit chlorierten Kohlenwasserstoffee oder Ülen getränkte Papiere.
Bei dem in Fig. z enthaltenen Ausführungsbeispiel ist lediglich der Anfangsschirm 7 mit dein Wicklungseingang, d. h. mit der wellenführenden Zuleitung und der ersten Scheibenspule. galvanisch verbunden. Die übrigen Schirme 8 und g sind lediglich mit dem Schirm 7 und reit den Wicklungsteilen und untereinander kapazitiv gekoppelt. Auch der Schirm g kann gegebenenfalls mit dein Wicklungsende i i galvanisch verbunden «-erden. Wenn die Schirme 7 und 9 ähnlich wie Winkelringe die Wicklungsstirnen umgreifen (vgl. Fig. ?), können besondere auf die Wick-Iungsstirnen aufgelegte Schirmringe oder Strahlungsschutzringe 14 und 15 entb,-hrt werden. Bei besonders hohen Spännungen empfiehlt es sich, die Ränder der Schirme einzurollen oder in Strahlungsschutzringe 16 auslaufen zu lassen. Auch kann sich an die Schirmkanten halbleitender Werkstoff anschließen. Ein besonderer Vorteil der Schirme gemäß der Erfindung besteht auch in der gleichmäßigen Potentialverteilung des elektrischen Feldes der Betriebsfrequenz zwischen Hochspannungswicklung :I und Niederspannungswicklung 6. Die Spulen der HochspannungSwrcklung, z. B. ringförmige Scheibenspulen sowie Scheibenspulen oder die Lagenspulen der N iedervoltwicklung 6 sind vorteilhaft auf die festen Isolierstoffe 17 unmittelbar dicht aufgelegt. Falls es erforderlich sein sollte, können auch auf der anderen Seite der 1-lochspannungswicklung 4, ähnliche Schirm-@'norctnungen angebracht werden, die in feste Isoli-,rstoffe eingebettet sind. Ist die Wicklung voll beiden Seiten mit festen Isolierstoffen 17 vollständig verschalt, so liegen natürlich die. Schirme 8 zu beiden Seiten der Wicklung 4 in festen- Isolierstoffen. Die Kühlung der Wicklung wird durch besondere Zuleitungen an diese Isoliergehäuse und durch Längskanäle und Radialkanäle in den Schei-Lenspulcrl oder zwischen den Lagen 4. sichergestellt. Der aus einzelnen Prel,lsl>tobahnen bestehende Isolierkörper 17 kann unter Umständen auch von Kühlkanälen durchsetzt sein, wobei Gruppen von Schirmen gemeinsam in den festen Isolierstoff eingebetet sind und durch Kühlkanäle getrennt werden.
Die Herstellung der Isolierverschalung 17 kann in folgender Weise vor sich gehen: Auf die aus einzelnen Scheibenspulen d. bestehende Hochspannungswicklung werden Isolierstoffbahnen aufgewickelt oder Preßspanbalrnen aufgelegt, in die stellenweise Metallbänder, z. B. Aluminium- .oder Staniolbänder oder Folie, eingewickelt werden. Auf die Isolierschichten 17 wird dann die \ iedervoltwiclclung 6 aufgewickelt. 'Man kann natürlich auch in umgekehrter Reilrenfölge vorgehen und die Isolierstoffbahnen 17 auf die \ iedervoltwicklung aufbringen und nach Herstellung der erforderlichen Schichtstärke Sie Hochvoltwicklung 4. auflegen. Die Isolierstoffbalinen könren in abgewinkelte Teile i5 und ig auslaufen oder es werden in die zylindrischen Isolierstoffbalinen Winkelringe an den Enden eingesetzt.
Die Schirmanordnung gernäl) der Erfindung vergleichrnälligt nicht nur die Feldverteilung an den Kanten der einzelnen Scheibenspulen -I; sie gestattet auch den Abstand zwischen Hochvolt- und \iedervoltwicklung infolge der Steuerung der Spannungsv erteilung innerhalb der Hauptisolation auf ein Mindestmalj herabzusetzen. Dadurch wird an Gewicht, an Raum und an Ü1 für den Transformator gespart, insbesondere, da auch bei Bemessung der Abstände zwischen den einzelnen Scheibenspulen keine Rücksicht auf Stoßspannungsbeanspruchung zu rielirnen ist.
`Penn die Spannungsverteilung längs der Wicklung mit Hilfe der Schirme ;, 8 und @@ noch nicht vollkommen linear gemacht ist, kann man durch Staffelung der Spulenkapazitäten Cs nachhelfen. Die Schirmanordnung gemäß der Erfindung gestattet, die Abstände der Spulen untereinander heral,,zusetzen. Hierdurch werden ohnehin die Spulcnlcapazit:iten größer, «-as sich hinsichtlich der Stoflspannungsverteilung günstig auswirkt. Wenn rnari null zwischen den ersten Scheibenspulen Stoffe höherer Dielektrizitä tskonstante, gegebenenfalls voll verschiedener St;irl<e einsetzt, kann man auch die Spulenkapazitäten Cs. vom Eingangsgebiet ausgehend, nach dein Wicklungsende hin abnehmend staif,#lri.

Bei isoliertem -Nullpunkt, bei dem Nullpunktüberschläge zu erwarten sind, ist bekanntlich auch das an den 1 ullpunl:t angeschlossene \Vicklungsende Eingangsgebiet für Stoßspannungen, Es empfiehlt sich daher, die Spulenkapazitäten in diesem Gebiet der Wicklung wieder zunehmen zu lassen, #;o daß die Spulenlmpazitäten dann von beiden @Vich-

lungsenden ausgehend in Richtung auf die

Wicklungsmitte abnehmend gestaffelt sind.

Die Innendurchmesser der Scheibenspulen

können ini Eingangsgebiet der Stofäspannun-

gen gestaffelt sein. Die ersten Scheibenspulen

werden, wie Fig..I erkennen liit.lt, zurück-

gesetzt; damit erhält man auch ein gleich-

mäßiges Feld in der Nähe des Wicklungs-

eingangs.

Die durch die Erfindung erzielte Wirkung

gellt aus den vergleichenden Fig. 5 und 6 lwr-

vor. In Fig. 5 ist die Hochvoltwicklung _#o

zusammen finit der -Niedervoltwiclching aux

dem Eisenkern 22 angeordnet. Ohne die er-

finderisclita Maßnahmen, d. h. ohne Steue-

rung, ergibt sich die: ungleichmäßige Zer-

teilung der äquipotentialflächen 23, insbeson-

dere in der Nähe des Wicl@lungsein"ariges 2.1.

Diese kann inan leicht einzeichnen, indem nian

die einzelnen Punkte 25 der Kurve 26 der An-

fangsverteiluilg auf die einzelnen Wicklungs-

teile überträgt.

Wenn man durch die Schirme 2; geln;il.l

Ei-. 6 dieÄquipotzntialflächen 2,9 gleichmäßig

verteilt, ergibt sich die lineare Spannungs-

verteilung gemäß Linienzug 29 der Fig. 6.

Claims

PATBNTANSPIZUCHH:

i. Wicklungsanordnung für Hochspannungstransforniatoren, bei der das eine Wicklungsende an eine Phasenzuleitung angeschlossen, das andere fest geerdet oder an einen isolierten Nullpunkt oder an eine andere abgehende Phasenleitung anz# g bclilosscii ist und zur Erzielun- einer e b linearer: Spannungsverteilung Schirme in die feste Isolati m eingebettet sind, nach Patent ;02 6o3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmkapazitäten vorn Eialtan zum Ende hin abnehmend gestaffelt sind.
2. Wicklung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochvoltwicklung und die N iectervoltwicklung zu beiden Seiten der Schirme enthaltenden, festen Isolierstoffe angeordnet und vorzugsweise <licht auf die Isolierstofie aufgelegt sind. 3. Wicklung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der eine mit dein Wicklungsende galva- nisch verbundene Endschirm (-lie Wick- lungsstirne umgreift und gegebenenfalls als Strahlungsschutzring ausgebildet ist. 4. Wicklung nach Anspruch i bis 3, da- durch gekennzeichnet, daß d:r Abstand der Spulen im Eingangsgebiet von Teilen abweichenden Potentials, z. ß. von der ierlervoltwicklung, vergrößert ist. 5. Wicklung nach Anspruch i bis 3, da- durch gekennzeichnet, daß die die Wick- lungsstirn umgreifenden Steuerschirme beiderseits zwischen @@'inlcelringeii ein- gebettet sind. 6. Wicklung nach Anspruch i bis 3, da- durch gekennzeichnet, dala Gruppen vcai Schirmen gemeinsam in feste Isolierstoffe eingebettet sind und #lalzwischen der. ein- zelnen Gruppen Kanäle für den Durchtritt von 01 oder sonstigen :solierenclen K%ihl- initteln vorhanden sind. ;, Wicklung nach Anspruch i bis 6, da- durch gekennzeichnet, dali die Schirme in Forin von Metallbändern oder -folien während der Herstellung der 1solier- zvlinder in den Isolierstoff miteingewickelt sind. B. Wicklung nach Anspruch z bis ;, da- durch gekennzeichnet, daß außer z,%vi- sclicn den Steuerschirmen auch zwischen den Spulen der Hochspannurgs-,vicklung zwecks Vergröl;erung der gegenseitigen Kapazität der Spulen die Dielcktrizitäts- konstante vorn Eingang zur Mitte der Wicklung hin abnehmend -estatielt ist. en. @1 iclaun g nach Anspruch i bis 8, da- durch gaerinzeichnet, daß die Staffelung der Diclektrizitätskonstante durch Ein- bringcnverschiedener Isolierstoffe cri-eiclit wird. in. Wicklung nach Anspruch i bis <@. dadurch gekennzeichnet, dall die Schirm- ränder aus halbleitendem Werkstoff 11#i- stehen. .