DE971609C

DE971609C - Winding structure for transformers and reactors

Info

Publication number: DE971609C
Application number: DEA8012D
Authority: DE
Inventors: James Murray Weed
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1940-07-11
Filing date: 1941-07-12
Publication date: 1959-02-26

Description

Wicklungsaufbau für Transformatoren und Drosselspulen Um die Hochspannungswicklung von Transformatoren bzw. Drosselspulen gegen Überspannungen zu schützen, ist es erstrebenswert, die Anfangsspannung möglichst gleichmäßig über die ganze Wicklung zu verteilen. Dies kann dadurch geschehen, daß die Wicklung spannungsgesteuerte Abschirmungen erhält. Beispielsweise werden zwischen den einzelnen Wicklungsspulen Metallscheiben oder -zylinder angeordnet und so die Spulenkapazität vergrößert. Auch hat man bereits die Innenfläche und die Außenfläche der Spulen metallisch abgeschirmt. Außerdem sind Schilde vorgeschlagen worden, die längs oder dicht am äußeren Umfang der Wicklung angeordnet und im wesentlichen als induktionsfreie Schleifen aus Wicklungskupfer ausgebildet sind. Diese Schilde können gut und fest isoliert werden; deshalb wird fier Abstand zur Wicklung sehr klein. Je enger aber die Schilde auf der Wicklung sitzen, um so größer werden die Kapazitäten und damit die Wirkungen, die auf die Anfangsverteilung bei Überspannungen erzielt werden.Winding structure for transformers and reactors around the high voltage winding It is to protect transformers or reactors against overvoltages It is desirable to keep the initial voltage as evenly as possible over the entire winding to distribute. This can be done in that the winding is voltage controlled Shields received. For example, between the individual winding coils Metal disks or cylinders arranged, thus increasing the coil capacity. The inner surface and the outer surface of the coils have also already been shielded with metal. Shields have also been proposed that are longitudinal or close to the outer perimeter the winding and arranged essentially as induction-free loops made of winding copper are trained. These shields can be well and firmly insulated; therefore will The distance to the winding is very small. But the tighter the shields on the winding sitting, the greater the capacities and thus the effects on them Initial distribution can be achieved in the event of overvoltages.

Nachteilig ist bei allen diesen Anordnungen, daß die Abschirmungen jeweils an bestimmte Teile der Wicklung angeschlossen werden und die Verbindung zu denselben und die Anschlüsse selbst gut isoliert werden müssen, was bei hochspannungführenden Wicklungen nicht immer ohne Schwierigkeit möglich ist.The disadvantage of all these arrangements is that the shields each connected to certain parts of the winding and the connection to the same and the connections themselves must be well insulated, which is the case with high voltage Windings are not always possible without difficulty.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wurde daher schon eine Wicklungsanordnung für Hochspannungstransformatoren mit in festen Isolierstoffen eingebetteten elektrostatischen Schirmen in Form von sich teleskopartig nur mit einem Teil ihrer Längen überdeckenden Metalleinlagen vorgeschlagen, bei der die Potentialsteuerung vom Wicklungsanfang aus erfolgt. Die Metalleinlagen oder Beläge sind hierbei nur in zwei Ebenen oder nur auf zwei Zylindermantelflächen derart verteilt angeordnet, daß längs der Wicklung auf einen in der einen Ebene liegenden Belag ein in der zweiten Ebene liegender Belag abwechselt. Diese-.Beläge können nun derart galvanisch leitend miteinander verbunden sein, daß je zwei in verschiedenen Ebenen liegende, miteinander verbundene Beläge mit den folgenden zwei untereinander verbundenen Belägen kapazitiv gekoppelt sind. Bei dieser Anordnung ist streng darauf geachtet, daß die so ausgebildete Potentialsteuerung keine Vergrößerung des Wicklungsabstandes erforderlich macht.In order to avoid these difficulties, a winding arrangement has already been developed for high voltage transformers with solid insulating materials embedded electrostatic screens in the form of themselves telescopic with only a part of their Suggested lengths overlapping metal inserts in which the potential control takes place from the beginning of the winding. The metal inserts or coverings are here only Arranged in two planes or only on two cylinder jacket surfaces in such a way that that along the winding on a covering lying in one level in the second Alternating level covering. These coverings can now be galvanically conductive in this way be connected to each other that two lying in different levels, with each other connected pads with the following two interconnected pads capacitive are coupled. In this arrangement, care is taken that the so trained Potential control does not require an increase in the distance between the windings.

Durch diese gleichförmige Ausbildung der Metalleinlagen ergibt sich zwischen den einzelnen Schilden eine gleichmäßige kapazitive Kopplung, die im wesentlichen durch den natürlichen Verlauf der auftreffenden Spannung eine nichtlineare Spannungsverteilung ergibt, während eine ideale Spannungsverteilung einen linearen Spannungsverlauf über .die gesamte Länge der Wicklung aufweist.This uniform design of the metal inserts results between the individual shields a uniform capacitive coupling, which is essentially a non-linear stress distribution due to the natural course of the impinging stress results, while an ideal stress distribution a linear stress curve has over .the entire length of the winding.

Diese Nachteile werden nun dadurch beseitigt, daß bei einem Wicklungsaufbau für Hoch-Spannungstransformatoren und Drosselspulen mit zur Verbesserung der Anfangsverteilung der Spannung über die Wicklung bei auftretenden Stoßspannungen vorgesehenen, am Außenumfang der Wicklung lagenweise angeordneten einzelnen Schildelementen mit vom Wicklungseingang aus erfolgender Potentialsteuerung erfindungsgemäß sämtliche Schildelemente, die vorzugsweise die gleiche Breite wie die Barunterliegenden Wicklungsspulen haben, zu Teilschilden mit zueinander und zu den .Barunterliegenden Spulen unterschiedlichem Abstand galvanisch verbunden sind, wobei sich sowohl die Zahl der Teilschilde in den von ihnen gebildeten Teilschildketten als auch die Anzahl der übereinanderliegenden, kapazitiv gekoppelten Teilschilde bzw. Schildelemente nach dem Ende der Wicklung zu verringert.These disadvantages are now eliminated in that in a winding structure for high-voltage transformers and reactors with to improve the initial distribution the voltage across the winding in the event of surge voltages provided on Outer circumference of the winding arranged in layers individual shield elements with from Winding input from potential control according to the invention, all shield elements, which preferably have the same width as the winding coils underneath the bar, to partial shields with one another and to the .Barunderlying coils Distance are galvanically connected, with both the number of partial shields in the partial shield chains formed by them as well as the number of superimposed ones, capacitively coupled partial shields or shield elements after the end of the winding too decreased.

Sind mehrere Teilschildketten vorhanden, so wird die erste Kette leitend mit dem Wicklungsanfang verbunden, während die restlichen elektrostatisch serienweise dazu gekoppelt sind, so daß der Ladestrom der letzten Kette bzw. des letzten Teilschildes über alle vorhergehenden Ketten fließt. Das erste Teilschild jeder Kette liegt dicht über dem darunter befindlichen Wicklungsteil, so daß eine sehr feste Kopplung beider Teile entsteht. Die restlichen Teilschilde dagegen haben eine weniger feste Kopplung mit den entsprechenden Spulen, was durch Veränderung des Abstandes beider Teile zueinander erreicht wird. Diese Teilschilde sind außen teilweise überlappt durch andere Teilschilde, die mit ersteren verhältnismäßig fest gekoppelt sind. Von diesen außenliegenden Teil-Schilden bzw. Schildelementen gehen leitende Verbindungen zu den vorhergehenden Teilschilden der Kette, die wieder mehr oder minder dicht auf der dazugehörigen Spule liegen. Der Betrag der Überlappung dieser Schilde nimmt vom Anfang zum Ende der Wicklung in dem Maße ab, wie sich der totale Ladestrom, der über die Stellen zu den nachfolgenden Schildgruppen fließt, vermindert.If there are several partial shield chains, the first chain becomes conductive connected to the beginning of the winding, while the remainder are electrostatically connected in series are coupled so that the charging current of the last chain or the last partial shield flows over all previous chains. The first part of each chain is tight over the winding part below, so that a very tight coupling of the two Parts is created. The remaining partial shields, on the other hand, have a less tight coupling with the corresponding coils, which can be achieved by changing the distance between the two parts is achieved to each other. These partial shields are partially overlapped on the outside other partial shields which are relatively tightly coupled to the former. Of these external partial shields or shield elements lead to conductive connections the previous partial shields of the chain, which again more or less densely the associated coil. The amount of overlap of these shields increases from the beginning to the end of the winding as the total charging current, which flows over the places to the following groups of shields is reduced.

Durch diese Anordnung der Teilschilde der einzelnen Ketten sowie dadurch, daß die Teilschilde zueinander und zu den darunterliegenden Spulen verschiedenen Abstand haben, entsteht eine kapazitive Spannungsverteilung, die einem idealen Spannungsverlauf weitgehend angenähert und damit die Spannungsbeanspruchung ausreichend gleichmäßig ist, so daß die Isolation beim Auftreten von Überspannungen nicht über den normalen zulässigen Wert beansprucht wird.Through this arrangement of the partial shields of the individual chains as well as through that the partial shields are different from one another and from the coils below Distance, a capacitive voltage distribution is created, which has an ideal voltage curve largely approximated and thus the stress stress is sufficiently uniform is so that the isolation in the event of overvoltages does not exceed normal permissible value is claimed.

Da die Schildelemente zweckmäßig genau so breit sind wie die darunterliegenden Wicklungsspulen, so tritt keine Behinderung des Ölumlaufes ein, was besonders vorteilhaft ist; jedoch können die Schildelemente auch so ausgebildet sein, daß von ihnen zwei Spulen überdeckt werden. Dann ist zwar gegenüber der ersten Ausführung die Hälfte der Ölkanäle überdeckt, trotzdem ist aber der Ölumlauf noch ausreichend.Since the shield elements are expediently just as wide as the ones below Winding coils, there is no obstruction of the oil circulation, which is particularly advantageous is; however, the shield elements can also be designed so that two of them Coils are covered. Then it is half compared to the first execution which covers the oil channels, but the oil circulation is still sufficient.

Die Schildelemente selbst können z. B. ohne weiteres als induktionsfreie Schleifen ausgebildet sein.The shield elements themselves can, for. B. readily as induction-free Be formed loops.

DieverschiedenenAusführungsarten sollen nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.The different types of execution are shown below with reference to the drawing are explained in more detail.

Fig. i zeigt das kapazitiveErsatzschaltbild einer Wicklung. Die Kapazitäten der einzelnen Spulen i9 gegenüber dem Kern sind mit Cs bezeichnet, die Kapazitäten der einzelnen Spulen zueinander mit C, und die Kapazitäten zwischen der Spule und dem dazugehörigen Schild mit Cl bis C4. Der Strahlungsring 23 ist mit -der Hochspaiinungsklemme 25 leitend verbunden, das Ende der Wicklung ist in diesem Fall geerdet, was aber nicht unbedingt notwendig ist.Fig. I shows the capacitive equivalent circuit diagram of a winding. The capacities of the individual coils i9 opposite the core are labeled Cs, the capacitances of the individual coils to each other with C, and the capacitance between the coil and the corresponding label with Cl to C4. The radiation ring 23 is connected to the high-voltage clamp 25 conductively connected, the end of the winding is grounded in this case, but what is not absolutely necessary.

In Fig.2 sind die Spannungsverteilungen über den ganzen Wicklungsbereich dargestellt. Die ideale Verteilung, die praktisch nicht erreicht zu werden braucht, stellt die Gerade 32 dar, die Kurve 31 zeigt die Spannungsverteilung bei einer Wicklung ohne Abschirmung und die Kurve 35 die Spannungsverteilung' bei einer Wicklung mit Abschirmungen, wie sie der Erfindung zugrunde liegen. Diese Spannungsverteilung ist für alle Fälle ausreichend, da eine volle Kompensation nach der Kurve 32 unnötig und zu kostspielig ist. Ein einfaches Ausführungsbeispiel der kapazitiven Kopplung mit Hilfe von Schildelementen zeigt die Fig. 3. Das aus zwei Schildelementen bestehende Teilschild 43 ist über das Schildelement 42' mit dem aus drei Schildelementen gebildeten Teilschild 42 und damit mit der Eingangsspannung, die über die Klemme 25 eintreten kann, kapazitiv gekoppelt. Weitere Ausführungsformen sind in den Fig.4 bis 7 angegeben. Fig. 8 zeigt eine Anordnung, bei der jeweils zwei Spulen von einem Schildelement überdeckt werden.In Fig.2 are the voltage distributions over the entire winding area shown. The ideal distribution that practically does not need to be achieved, represents the straight line 32, the curve 31 shows the voltage distribution in a winding without shielding and the curve 35 the voltage distribution 'with a winding Shields as they are the basis of the invention. This tension distribution is sufficient for all cases, since full compensation according to curve 32 is unnecessary and is too expensive. A simple embodiment of the capacitive coupling with the help of shield elements, FIG. 3 shows that consisting of two shield elements Partial shield 43 is formed from three shield elements via the shield element 42 ' Partial plate 42 and thus with the input voltage that occurs via terminal 25 can, capacitively coupled. Further embodiments are shown in FIGS. Fig. 8 shows an arrangement at of each two coils of one Shield element are covered.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Winding structure for high-voltage transformers and choke coils with individual shield elements, arranged in layers on the outer circumference of the winding, provided in order to improve the initial distribution of the voltage over the winding in the event of surge voltages, with potential control from the winding input, characterized in that all shield elements, which are preferably the same width as the bar below Winding coils are galvanically connected to partial shields with different spacing to each other and to the coils underneath the bar, whereby both the number of partial shields in the partial shield chains formed by them and the number of superimposed, capacitively coupled partial shields or shield elements increase after the end of the winding decreased. a. Winding structure according to claim z, characterized in that the shield elements are designed essentially in the form of the induction-free loops known per se. Documents considered: German Patent Specifications No. 47 i 184, 90 3 12. Older patents considered: German Patent No. 909 479.