DE904312C

DE904312C - Winding for transformers protected by electrostatic screens

Info

Publication number: DE904312C
Application number: DES13415D
Authority: DE
Inventors: Dr Joseph Rebhan
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1939-08-30
Filing date: 1939-08-30
Publication date: 1954-02-18

Description

Durch elektrostatische Schirme geschützte Wicklung für Transformatoren Die Erfindung betrifft eine Wicklung für Transformatoren, Drosselspulen, Strom- oder Spannungswandler oder für elektrische Maschinen, wie Generatoren oder Motoren. Bekanntlich kann man die Wicklung eines Transformators oder einer Maschine als kapazitiven Kettenleiter auffassen. Datei haben benachbarte Wicklungsteile i, wie Fig. i erkennen läßt, gegeneinander die Kapazitäten C. Gegen Erde 2 haben diese Wicklungsteile die Kapazitäten K. Infolgedessen verteilt sich die Spannung einer ankommenden, auf die Wicklung treffenden Stoßwelle auf das aus den Kapazitäten C und K bestehende Kettenleitergebilde nach bekannten Gesetzen. Es entsteht die in Fig. 2 mit A bezeichnete Anfangsverteilung. In Fig. 2 ist E der Verlauf der sogenannten Endverteilung, wenn die Stoßwelle in die Wicklung eingedrungen ist. In Fig. z ist als Ordinate die Spannungshöhe und als Abszisse die Wickellänge aufgetragen. Die schraffierte Differenzfläche ist bekanntlich ein Maß für die Spannungen, um die einzelne Wicklungsteile schwingen können, bis sie in die Endverteilung E eingeschwungen sind. Je kleiner die Differenzfläche ist, desto kleiner sind die Amplituden der Ausgleichsschwingungen zwischen den benachbarten Windungen bzw. zwischen benachbarten Spulen der Wicklung. Je größer man nun die gegenseitige Kapazität benachbarter Spulen untereinander macht, desto weniger hängt die Kurve A in Fig. 2 durch. Die Kurve A gilt für ein bestimmtes Verhältnis C : K. Macht man nun C wesentlich größer, dann entsteht z. B. die gestrichelte Kurve A1 mit wesentlich kleinerer Differenzfläche gegen E. Es ist nun Aufgabe der Erfindung, C wesentlich größer zu machen als K.Winding for transformers protected by electrostatic shields The invention relates to a winding for transformers, choke coils, current or voltage converters or for electrical machines such as generators or motors. It is well known that the winding of a transformer or a machine can be seen as a capacitive chain conductor. As shown in FIG Chain ladder structure according to known laws. The initial distribution designated by A in FIG. 2 results. In Fig. 2, E is the course of the so-called final distribution when the shock wave has penetrated the winding. In FIG. Z, the voltage level is plotted as the ordinate and the winding length as the abscissa. The hatched difference area is known to be a measure of the tensions around which the individual winding parts can oscillate until they have settled into the final distribution E. The smaller the difference area, the smaller the amplitudes of the compensation oscillations between the adjacent turns or between adjacent coils of the winding. The greater the mutual capacitance between adjacent coils, the less the curve A in FIG. 2 sags. The curve A applies to a certain ratio C: K. If you now make C much larger, then z. B. the dashed curve A1 with a much smaller difference area against E. It is now the object of the invention to make C much larger than K.

Es ist bereits bekanntgeworden, die Stoßspannungsverteilung längs der Wicklung zu steuern, indem man in dem Raum zwischen Hoch-und Niederspannungswicklung metallische Schirme anordnete, die sich in axialer Richtung überdecken und zwischen den Bahnen des Isolierstoffes eingeschichtet sind. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß zwar die Erdkapazitäten der Hochspannungswicklung gegen die Unterspannungswicklunb bzw. den Eisenkern durch die Belegungen abgeschirmt werden, daß aber die Belegungen ihrerseits jetzt gleich große Erdkapazitäten besitzen, die von vornherein die Spannungsverteilung längs der steuernden Schirmanordnung verschlechtern. Infolgedessen kann mit einer solchen Anordnung der Steuerbelegungen auch keine optimale Verbesserung der Anfangsspannungsv erteilung innerhalb der Hochspannungswicklung erreicht werden.It is already known that the surge voltage distribution is longitudinal Control the winding by standing in the space between the high and low voltage winding arranged metallic screens that overlap in the axial direction and between the strips of insulating material are layered. Has such an arrangement the disadvantage that although the earth capacitance of the high voltage winding against the Unterspannungswicklunb or the iron core are shielded by the assignments, but that the assignments for their part now have equally large earth capacities, which from the start distribute the voltage deteriorate along the controlling screen arrangement. As a result, with a Such an arrangement of the control assignments also does not provide an optimal improvement in the initial voltage within the high-voltage winding.

Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil der bekannten Schirmanordnung dadurch vermieden, daß die Belegungen innerhalb der Hochspannungswicklung so angeordnet werden, daß sie beiderseits von Teilen der zu steuernden Wicklung eingeschirmt sind. Dadurch werden die Erdkapazitäten der Schirmbeläge vollständig unterdrückt und die die Anfangsspannungsverteilung maßgebend beeinflussenden Kapazitäten zwischen den Belegungen voll wirksam.According to the invention, this disadvantage of the known screen arrangement becomes avoided in that the assignments are arranged within the high-voltage winding that they are shielded on both sides by parts of the winding to be controlled. As a result, the earth capacities of the shield coverings are completely suppressed and the the initial voltage distribution significantly influencing capacitances between the Allocations fully effective.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Hochspannungswicklung besteht hier aus einigen parallel geschalteten Röhren zo und 21. Innerhalb der Wicklung, d. h. zwischen den Röhren 2o und 21, liegen ,die Steuerbeläge 22. Diese können in einen besonderen Zylinder, z. B. aus Hartpapier, eingebettet werden. Der die Beläge enthaltende Isolierzylinder 23 kann mit den Wicklungen zwischen Druckringen 2!q: und 25 eingespannt sein. Um Raum zu sparen, sind die sich überlappenden Steuerbeläge zickzackförmig angeordnet. Die Niederspannungswicklung ist mit 26 angedeutet. In der Fig. 3 sind ferner mit K die Kapazitäten der einzelnen Leiter der Hochspannungsröhre gegen die Unterspannungswicklung bzw. gegen den Kessel, mit C2 die gegenseitigen Kapazitäten zwischen den Leitern der Hochspannungsröhren und mit C1 die gegenseitigen Kapazitäten der Beläge bezeichnet. In der Figur ist die Hochspannungswicklung aus parallel geschalteten Röhren bestehend gezeichnet. Tatsächlich ist die Ausbildung dieser Wicklung aber beliebig. Sie kann auch aus einzelnen Scheibenspulen aufgebaut sein. Auch bei Ausbildung mit mehreren parallelen Röhren ist die gegenseitige Kapazität C2 in radialer Richtung zu den einzelnen Lagen oder Röhren stets wesentlich größer als die Erdkapazität K einer Windung der innersten bzw. äußersten Röhre. Infolgedessen ist die Kupplung zwischen den einzelnen Röhren der Hochspannungswicklung immer so eng, daß die durch die innenliegenden Beläge erzielte Steuerung der Anfangsverteilung sich auch den äußersten Röhren praktisch unverändert mitteilt.3 shows an embodiment of the invention. The high voltage winding consists of several tubes zo and 21 connected in parallel. d. H. between the tubes 2o and 21 are, the control pads 22. These can in a special cylinder, e.g. B. made of hard paper, are embedded. The toppings containing insulating cylinder 23 can with the windings between pressure rings 2! q: and 25 be clamped. To save space, the tax levers are overlapping arranged zigzag. The low-voltage winding is indicated at 26. In 3 in FIG. 3, the capacitances of the individual conductors of the high-voltage tube are also denoted by K against the low voltage winding or against the boiler, with C2 the mutual Capacities between the conductors of the high-voltage tubes and with C1 the mutual ones Designated capacities of the coverings. In the figure, the high voltage winding is off drawn consisting of tubes connected in parallel. Indeed the training this winding however arbitrary. It can also be made up of individual disc coils be. Even when training with several parallel tubes, the mutual capacitance is C2 is always much larger in the radial direction to the individual layers or tubes as the earth capacitance K of a turn of the innermost or outermost tube. Consequently the coupling between the individual tubes of the high-voltage winding is always like this tight that the control of the initial distribution achieved by the internal linings is communicated practically unchanged even to the outermost tubes.

Die einzelnen Kapazitäten C1 der einander benachbarten Beläge können in ihrer Größe gestaffelt werden, indem man ihre axiale Länge verschieden wählt. Man kann auch den Abstand der Beläge ändern oder dort, wo größere Kapazitätswerte verlangt werden, Isolierstoffe mit einer größeren Dielektrizitätskonstante zwischen die Beläge einbetten. Die beste Wirkung wird bei einseitig geerdeter Wicklung dann erzielt, wenn Ci am Wicklungsanfang, der an die die Stoßspannung führende Leitung angeschlossen ist, groß gemacht wird, während gegen das geerdete Wicklungsende hin die Kapazitäten C1 abnehmen.The individual capacitances C1 of the adjacent pads can can be staggered in size by choosing their axial length differently. You can also change the distance between the pads or where there is a larger capacity insulation materials with a larger dielectric constant are required between embed the coverings. The best effect is then with one-sided earthed winding achieved when Ci is at the beginning of the winding, the line leading to the surge voltage is connected, is made large, while towards the grounded winding end the capacities C1 decrease.

Ist das Wicklungsende nicht geerdet und können von beiden Seiten Stoßwellen in die Wicklung einziehen, dann ergibt sich die beste Wirkung, wenn C1 sowohl am Wicklungsende als auch am Wicklungsanfang größer ist als vor der Wicklungsmitte. Im allgemeinen reicht es für die Steuerung der Anfangsspannungsverteilung immer aus, wenn lediglich die erste und letzte Belegung 27 bzw. 28 mit dem Eingang bzw. dem Ende der Wicklung galvanisch verbunden werden. Ist der Abstand zwischen den in der Fig. 3 mit a9 bezeichneten Belegungen und der benachbarten Wicklung nicht sehr groß, so empfiehlt es sich, :darüber hinaus auch diese Belegungen, wie in der Figur gestrichelt angedeutet, galvanisch mit den benachbarten Wicklungspunkten zu verbinden. Die erforderlichen Spulenverbindungen durchbohren an diesen Stellen dann die Schicht des tragenden Isolierzylinders. Die übrigen Beläge steuern sich vermöge ihrer eigenen Teilkapazitäten so, daß keine gefährlichen Potentialsprünge zwischen ihnen auftreten.If the end of the winding is not earthed, shock waves can come from both sides move into the winding, the best effect is obtained when C1 is both on The end of the winding as well as the beginning of the winding is larger than before the middle of the winding. In general, it is always sufficient to control the initial voltage distribution off, if only the first and last assignment 27 or 28 with the input or galvanically connected to the end of the winding. Is the distance between the in Fig. 3 with a9 designated assignments and the adjacent winding not very large, so it is recommended: in addition, these assignments, as in the Figure indicated by dashed lines, galvanically to the adjacent winding points associate. The required coil connections are then pierced at these points the layer of the load-bearing insulating cylinder. The other rubbers control each other by wealth their own partial capacities so that no dangerous potential jumps between occur to them.

Wenn die gegenseitigen Kapazitäten C1 zwischen den Belägen untereinander übereinstimmen, so kann man zur Berechnung der verbesserten Anfangsspannungsverteilung A1 mit praktisch genügender Genauigkeit die Kapazitäten C1 zu den gegenseitigen Kapazitäten C der zugehörigen Wicklungsabschnitte addieren. Bestehen infolge ungleicher Überdeckung oder verschiedener Dielektrizitätskonstanten zwischen den einzelnen Belegungen große Unterschiede in den Werten C1 der einzelnen Beläge, so ist jedoch zur genauen Berechnung der Steuerwirkung der Anordnung die schrittweise Ausrechnung der Potentiale der einzelnen Beläge sowie der Spulen an Hand des die wirklichen Teilkapazitäten enthaltenden Kapazitätsschemas notwendig.If the mutual capacitances C1 between the pads with each other coincide, then one can calculate the improved initial stress distribution A1 with practically sufficient accuracy the capacitances C1 to the mutual Add the capacities C of the associated winding sections. Exist as a result of unequal Coverage or different dielectric constants between each Allocations large differences in the values C1 of the individual linings, however, is the step-by-step calculation for the exact calculation of the tax effect of the arrangement the potentials of the individual coverings as well as the coils on the basis of the real ones Capacity schemes containing partial capacities are necessary.

Der Hauptvorteil der Erfindung beruht demnach auf einer wesentlichen Verbesserung der Anfangsspannungsverteilung längs der Wicklung gegenüber den bekannten Schirmanordnungen, indem die Erdkapazität der steuernden Schirme durch die Wicklung selbst weitgehend abgeschirmt wird.The main advantage of the invention is therefore based on an essential one Improvement of the initial voltage distribution along the winding compared to the known Shield arrangements by dividing the earth capacitance of the controlling shields through the winding itself is largely shielded.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Tubular winding consisting of disc or cylinder coils, protected by electrostatic screens, for electrical mash machines or devices, in which there are cylindrical, partially overlapping metallic capacitance layers extending in the direction of the winding axis, characterized in that the capacitance layers acting as screens are present on both sides are shielded from parts of the winding to be controlled.

2. winding according to claim i, characterized characterized in that the capacity of neighboring screens against each other in the catchment area for surge voltages, e.g. B. at the beginning of the winding or at an isolated zero point connected winding end., is greater than, at further away from these points Make the winding.

3. winding according to claim i, and .a (, characterized in, that the pads are arranged in a zigzag shape.