DE748819C - Hochspannungstransformator mit Scheibenspulenwicklung - Google Patents

Description

• Hochspannungstransformator mit Scheibenspulenwicklung Die Erfindung betrifft eine Isolationsanordnung für Scheibenspulenwicldungen von Hochspannungstransformatoren. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits eine möglichst günstige Anfangsspannungsverteilung beim Auftreffen von Überspannungen auf die aus Scheibenspulen aufgebaute Hochspannungswicklung zu erzielen und andererseits möglichst günstige Feldverhältnisse an den Kanten der einzelnen Scheibenspulen zu schaffen.
• eiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, im hochspannungsseitigen Erdschlußfalle und im Falle des Auftreffens von Stoß- und Übers s pannungswellen die von der Hochspannungsseite kapazitiv auf die Niederspannungsseite übertragenen Überspannungen, insbesondere bei gedrängter Bauart, abzusenken.
• Gemäß der Erfindung ist die Wicklungsisolation aus Stoffen mit gestaffelter Dielektrizitätskonstante ausgeführt. Dabei hat sowohl der Spulen- bzw. Windungsisolierstüff als auch der am Streukanal zwischen Hochspannungs- und Niederspannungswicklung unmittelbar auf den Spulenkanten anliegende, gegebenenfalls in Forin einer zusätzlichen Auflage die Spulenkante umgebende Isolierstoff eine hohe Dielektrizitätskonstante. Dies; Stoffe können selbst eine hohe Dielektrizitätskonstante haben. Sie können aber auch aus Werkstoffen niedriger Dielektrizitätskonstante, z. B. Papier, Preßspan o. dgl., bestehen, deren Dielektrizitätskonstante durch geeignete Behandlung, wie Tränkung mit einem eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisenden Öl, chlorierten Kohlenwasserstoffeh u. dgl., erhöht «-orden ist. Zwischen -; iederspannungs@vic.Izlunä und Eisenkern bzw. Joch kann gleichfalls Isolierstoff hoher Dielektrizitätskonstante angeordnet sein. Der gesamte übrige Isolierstoff, z. B. der Hauptteil des Isolierstoffs im -Streukanal zwischen-Hochspannungs- und Niederspannungswicklung, sowie Hochspannungswicklung* und Joch u. d-l., ist aus Werkstoff niedriger Dielektrizitätskonstante ausgeführt. Weiterhin hat das die Wicklungen umgebende und gegebenenfalls auch durch den Streukanal fließende Öl normale niedrige Dielektrizitätskonstante.
• Es ist bereits eine Isolationsanordnung hei I-Iochspannun gswaticllern bekanntgeworden, bei denen die Wicklungsisolation aus Isolierstoffen mit gestaffelter Dielektrizitätskonstante aufgebaut ist. Bei dieser Anorrlnutrg muss aber der der Wicklung zunächst liegende Isolierstoff elastisch, gas- und luftdurchlässig sein, uin die Wärni-eausdelintuigen der U'icklung aufnehmen zti können, damit das clarüberliegende äußere Isolationsgebilde aus unnachgiebigem Werkstoff nicht gesprengt werden l;aun. In welcher Weis 2 bei aus Scheibenspulen aufgebauten Hochspannungstransformatoren die Staffelung der Dielektrizitä tskc@ustante des. Isolierstoffs sowie die Anordnung dieser Stoffe an der Wicklung vorzunehmen ist, u111 die hier gestellte Aufgabe zu lösen, ist der bekannten Anordnung nicht zu entnehmen.
• Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Diese zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eins Wicklungsanordnung, die geniäll der Erf7ndung ausgeführt ist. Mit i ist dabei der Eisenkern bezeichnet. mit .2 die N iederspatinurigswicl;lutig und mit 3 die Hochspannungswicklung, die beide aus einzelnen Scheibenspulenelenienten unter Belassunb von radialen Kanälen -. aufgebaut sind. Mit j ist die Isolation der einzelnen Spuleneleinente angedeutet. Für den Kühlmitteldurchfluß sind Durchtrittsöffnungen bz«-. Kanäle vorgesehen und in beliebiger Anordnung, beispielsweise gegeneinander gestaffelt, in den einzelnen Spulenelementen angJiracht. Der Isolierstoff der Spulenisolation 5 hat eine holte Dielektrizitä tskonstante. Vorzugs«-eise. verwendet man hierzu Papier, Preßspau o. däl., das mit Isolierölen hoher Dielektrizitätshonstante behandelt, insbesondere getränkt ist. Zweckmäßig wird der Spulenauf-1>au zusammen in 01 Kolier Dielel;tri7itiitskonstante vorbehandelt und getränkt. Als Tränl:niittel kommen Öle, chlorierte Kohlenwasserstoffe u. dgl. Kolier Dielel;tri7itätskonstante in Frage. Die Tränkung kann unter Hitze und gleichzeitiger Anwendung von Vakuum vorgenommen sein. Die Isolierung der einzelnen Spulerieleinente kann aus Windungsisolation oder aus Windungsisolation und zusätzlichem Isolationseinschlag der ganzen Spule bestehen. Die DieIel;trizitätskonstante des Spulenisolationsstoffs ist der des die Spulenkante einschlagenden Isolationsstoffs möglichst angeblichen.

  Durch die angegebene Isolation wird die

  Querkapazität der Spulen vergrößert. Diese

  bann zusätzlich noch «-eiter erhöht «-erden,

  wenn man gemäß der Erfindung auch in den

  radialen Kanälen d. wenigstens im Bereich

  der Spulenkanten Isolierstoffe hoher Dielek-

  trifitätskonstante anbringt. Zweckmäßig

  werden hierzu Ringe i benutzt, die selbst-

  verständlich auf beiden Seiten der Wicklung

  angebracht sein können und gleichzeitig zum

  Abschluß des innerhalb der Wicklung fließen-

  den Kühlöls vorn Außenrauni dienen. Diese

  Ringe; aus Isolierstoff hoher D ie@el;trizit<its-

  konstante erfüllen noch einen «-eitoren zweck.

  Das sich zwischen Hochspannungs- und

  1 iederspannungswicklung ausbildende elek-

  trische Feld ist besonders an den Kanten der

  Scheibenspulen sowohl der Hochspantiungs-

  als auch der Niederspannungswicklung stark

  zusammengezogen, während in einiger Ent-

  fernung von den Kanten rin Streukanal das

  Feld schon einigermaßen homogen verläuft.

  Diese Feldkonzentration führt insl)esonclei-e

  hei bedrängter Bauart leicht zu Entladungen

  an den Spulenkanten. Uni diese nachteilige

  Wirkung der erhöhten Feldstärke an (lrn

  Kanten zu vermeiden, ist. insbesondere an

  den am Streukanal 8 zwischen @ochsl,an-

  nungs- und liederlpannttrlgsivicklunä an-

  liegenden Spulenseiten sowohl auf die Spti-

  leueleinente der Hochspannunbs- als auch

  der Niederspannungswicklung ein (licht auf-

  liegender Isolationsatzftrag9 aus einem stc@ii

  Kolier Dielektrizitä tskonstante atigel,)i-:iciit.

  Dieser schliefst zusammen mit den in den

  r adialen S1)uleiil;anälen 4 eingebrachten be-

  nachbarten Ringen 7 ebenfalls aus eitir:ni

  Stoff hoher Dielektrizitä tskonstante die Shu-

  lenkanten völlig ein. Iin übrigen Teil des

  I#elcles, und zwar in (lein pral;tiseli homo--

  -enen Teil, Befindet sich Isolierstoff niedri"vr

  Dielektrizitätskanstante. Durch diese Maß-

  nahme ist erreicht, daß dieel;Ist:irke im

  stark inhoniogenen Feld, also an den Spulen-

  kanten, herabgesetzt wird. Dcnige-eiiiilier

  steht nur ein geringer Anstieg der hel:l-

  stärke in dein homogenen Teil des I@el@les.

  Dort aber ist der geringe Anstieg der Fel(1-

  stärke ungefährlich. Zwecl;iniil)ig verwendet

  inan zum Abdecken der Spulenkanten auf

  der- Streukanalseite ISOllerzvIlnder, !sie sich

  über die ganze Wicklun-sliinge erstreckoii.

  Selbstverständlich können die "feile ; und (j

  zwec1;inälii" ebenfalls finit Öl kolier Dielek-

  tiizitiitsl;cmstatite getränkt sein. hi de°ii Ka-

  nälen d. können auch noch _1b:tütz:tücl;c ein-

  gebracht sein. Sie füllen zweckmäßig cicn

  Raum zwischen den beiden Ringen ; cler

  Wicklung aus und unterbrechen dadurch cIeii

  Kanal d. u11. -zwingen bei entsprechender :\n-

  ordnung das etwa durch die Spule über die

  üftnungen 6 strömende Öl auf einem vorbestimmten Weg zu fließen. Auch diese Teile werden aus einem Werkstoff hoher Dielektrizitätskonstante gefertigt.
• Der übrige, im größten Teil des Streukanals 8 untergebrachte Isolierstoff hat eine niedrigere Dielektrizitätskonstante, um die Erdkapazität der Hochspannungswicklung möglichst klein zu halten und damit eine weniger steile Anfangsspannungsverteilung beim Auftreffen von überspannu,ngswellen zu erhalten. - Wenn im Streukanal 8 Kanäle für den Durchtritt von Kühlöl freigelassen sind, dann wird auch das durchströmende Kühlöl zweckmäßig eine niedrige Dielektrizitätskonstante haben.
• Es empfiehlt sich, weiterhin die im Raum zwischen \ iederspa.nnungswicklung a und Eisenkern i und zwischen Niederspannungswicklung und Joch io angebrachte Isolation aus einem Stoff hoher _Dielektrizitätskonstante herzustellen; dies aus folgendem Grund Im Falle eines hochspannungsseitigen Erdschlusses und im Falle des Auftreffens von Stoß- und überspannungswellen auf die Hochspannungswicklung werden Überspannungen rein kapazitiv auf die Niederspannungsseite übertragen. Die von der Hochspannungs- auf die Niederspannungswicklung kapazitiv übertragene Spannung ist abhängig von dem Verhältnis der Kapazität HV -> N V zur Kapazität N V --> Erde. Da eine möglichst geringe Spannung NV ---> Erde im Übertragungsfalle anzustreben ist, muß ,die Kapazität NV -->Erde möglichst groß gemacht werden. Deshalb wird erfindungsgemäß iiu gesamten Raum zwischen Niederspannungswicklung und Erde, d. h. also zwischen Niederspannungswicklung und Kern und Joch usw., Isolierstoff hoher Dielektrizitätskonstante angeordnet.
• Die Isolationsanordnung gemäß der Erfindung ist also in :verschiedener Hinsicht vorteilhaft. Durch die Erhöhung der Querkapazität und eine möglichst niedrige Erdkapazität der Hochspannungswicklung wird eine günstigere Anfan:gsspannungsverteilung erreicht. Durch die vorgenommene Feldentlastung an den Spulenkanten vermittels der dort angebrachten Isolierstoffe hoher Dielektrizitätskonstaute ergibt sich eine beträchtliche Sicherheit gegen Durchschläge und Erhöhung der elektrischen Gesamtfestigkeit. Die Folge ist, daß .die Isolationsabstände hei Wicklungen mit der Isolation gemäß .der Erfindung stark verringert werden können. Dies bedeutet aber, daß an Raum, an Isolierstoff, an Kupfer und Eisen gespart werden kann, weil dadurch der ganze Transformator kleiner wird. Die erreichte Gewichtsverringerung ermöglicht einen leichteren Transport, die erzielte Raumverkleinerung aber gestattet, größere Leistungen als bisher bei gleichen Raumverhältnissen unterzubringen.
• Als weiterer Vorteil kommt hinzu die Absenkung der im hochspannungsseitigen Erdschlußfalle und iin Falle des Auftreffens von Stoßwellen von der Hochspannungsseite kapazitiv auf die Niederspannungsseite übertragenen Überspannungen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Hochspannungstransformator mit Scheibenspulenwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Spulenkanten für den Isolationsaufbau Werkstoffe mit gestaffelter Dielektrizitätskonstante verwendet werden, so daß eine günstige Anfaiigsspannungsverteilung erreicht und die Randfeldstärke an den Spulenkanten herabgesetzt wird. z. Transformator nach Anspruch i, daduich gekennzeichnet, daß die Spulenkanten von einer Auflage aus Isolierstoff hoher Dielektrizitätskonstante unmittelbar umschlossen sind.. 3. Transformator nach Anspruch i und 2, dadurch gelennzeiclinet, daß die Spulenkanten wenigstens auf der Streukanalseite durch einen .auf den Spulen aufliegenden, sieh zweckmäßig auf die ganze Wickellänge erstreckenden Isolierzylinder und durch in die zwischen den einzelnen Spulen befindlichen Kanälen eingebrachte Ringe aus Isolierstoff hoher Dielektrizitätskonstante abgedeckt sind. Transformator nach Anspruch i bis 3, dadurch gelzennzeichnet, daß die Spulen- und Wicklungsisolation aus Isolierstoff hoher Dielektrizitätskonstante oder aus Isolierstoff niedriger Dielektrizitätskönstante, z. B. Papier, besteht, dessen Dielektrizitätskonstante durch Behandlung, insbesondere Tränkung mit Öl hoher Dielektrizitätskonstante, vergrößert ist, und daß die Dielektrizitätskonstante der Spulen- und Windungsisolation der Dielektrizitätskonstante des die Spulenkanten umgebenden Isolierstoffs möglichst angeglichen ist. j. Transformator nach Anspruch i bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß im Streukanal zwischen Hoch- ünd Niederspannungswicklung nur der an den Wicklungen anliegende Isolierzylinder aus Isolierstoff hoher Dielektr izitä tskonstante besteht, während der übrige, im Streukanal vorhandene Isolierstoff eine niedrige Dielektrizitäts:konstante hat. 6. Transformator nach Anspruch i bis .I, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Kanäle der Wicklungen auch auf der vom Streukanal abliegenden Seite mit eingelegten Isolierringen hoher Dielektrizitätskonstante verschlossen sind. ;. Transformator nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, dafi in den radialen Wicklungskanälen Abstützstücke oder Zwischenscheiben angebracht sind. die gleichzeitig zur Ölführung für das t-on der einen Spule zur anderen durch S1>ulenschlitze überströmende C)1 dienen. B. Transformator nach Anspruch i bis 7, daurch gekennzeichnet, daß die in den radialen Wicklungskanälen eingebrachten festen Isolierteile (Abstandstücke oder Zwischenscheiben) aus einem Werkstoff hoher Dielektrizitätskonstante bestehen oder doch wenigstens mit Öl hoher Dielektrizitätskonstante behandelt, insbesondere getränkt sind. 9. Transformator nach Anspruch r bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Niederspannungswicklung und Erde, ri.li. zwischen Niederspannungswicklung und Eisenkern bzw. -Niederspannungswicklung und Toch. angeordnete Isolierstoff eine hohe Dielektrizitätskonstante hat. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschrift ..... N r. 652 6.1d..