DEP0032280DA

DEP0032280DA - Arrangement to improve the surge voltage distribution in transformer windings

Info

Publication number: DEP0032280DA
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Hartmann
Original assignee: AG Brown, Boveri & Cie, Baden
Publication date: 1951-02-08

Description

Beim Auftreffen stossartiger Spannungen auf die Wicklungen von Transformatoren tritt eine durch die Wicklungskapazitäten allein bedingte Anfangs-Spannungsverteilung auf, was eine sehr grosse Beanspruchung der am Wicklungsanfang gelegenen Spulen bedeutet. Es sind bereits viele Vorschläge gemacht worden, um die Spannungsverteilung über die Wicklung beim Auftreffen einer Stosspannung günstiger zu gestalten. Um eine günstige Anfangsverteilung der Stosspannung zu erreichen, ist bei Zylinderwicklungen beispielsweise vorgeschlagen worden, die zu schützende Wicklung zwischen platten- oder zylinderförmigen Elektroden einzubauen. Dabei ergeben sich aber unförmige Konstruktionen und ausserdem noch der Nachteil, dass die Wicklung treppenförmig gestaltet werden muss. Die häufig vorgeschlagenen kapazitiv wirkenden Schirme, welche an den Wicklungsanfang angeschlossen werden, beanspruchen ebenfalls viel Raum und können in derWhen sudden voltages hit the windings of transformers, an initial voltage distribution occurs solely due to the winding capacities, which means that the coils located at the beginning of the winding are very stressed. Many proposals have already been made to make the voltage distribution over the winding more favorable when a surge voltage occurs. In order to achieve a favorable initial distribution of the surge voltage, it has been proposed in the case of cylinder windings, for example, to install the winding to be protected between plate-shaped or cylindrical electrodes. However, this results in misshapen constructions and also the disadvantage that the winding has to be designed in the shape of a staircase. The frequently proposed capacitive screens, which are connected to the beginning of the winding, also take up a lot of space and can be used in the

Regel nur bei einfachkonzentrischen Anordnungen ausserhalb der Oberspannungswicklung angebracht werden. Die Ränder dieser Schirme müssen nämlich, da sie das Potential des Wicklungseinganges führen, an der dem Wicklungseingang abgewendeten Seite gegenüber der Wicklung hochwertig isoliert bzw. von ihr weit abstehend angebracht sein. Wird dies nicht genügend berücksichtigt, so erleidet die Spannungsfestigkeit bei Betriebsfrequenz wegen des grossen Potentialunterschiedes gegebenenfalls eine erhebliche Einbusse. Ineinander geschobene zylindrische Steuerorgane weisen wegen den bei Betriebsfrequenz auftretenden Spannungsgradienten und scharfen Belagrändern ebenfalls Nachteile auf. Bei andern Ausführungen mit kapazitiv wirkenden Schirmen bilden die Anschlusstellen der Schirme an den Wicklungen und die Verbindungsleitungen von den Wicklungen zu den Schirmen schwer vermeidbare, elektrisch schwache Punkte. Das gleiche gilt von dem Vorschlag die Stosspannungsverteilung durch Verlagerung von Windungen der Wicklung zu beeinflussen, weil dabei elektrisch nachteilige Auskreuzungen der Windungen entstehen.Can only be attached outside of the high-voltage winding for single-concentric arrangements. This is because the edges of these shields, since they carry the potential of the winding input, must be insulated to a high quality from the winding on the side facing away from the winding input, or attached far away from it. If this is not sufficiently taken into account, the dielectric strength at operating frequency may suffer a considerable loss due to the large potential difference. Cylindrical control elements pushed into one another also have disadvantages because of the stress gradients and sharp edges of the covering that occur at the operating frequency. In other designs with capacitive screens, the connection points of the screens to the windings and the connecting lines from the windings to the screens form electrically weak points that are difficult to avoid. The same applies to the proposal to influence the surge voltage distribution by shifting the turns of the winding, because electrically disadvantageous crossovers of the turns arise.

Gegenstand der Erfindung ist nur eine Anordnung zur Verbesserung der Stosspannungsverteilung bei Transformatorwicklungen mit mindestens im Einzugsgebiet der Stosspannung in zwei koaxialen Lagen ohne Zwischenraum voneinander angeordneten, isolierten, metallischen Ringen, von welchen die Ringe einer Lage an der Oberspannungswicklung des Transformators unmittelbar anliegen. Das Kennzeichen der Erfindung besteht da- rin, dass lediglich der dem Einzugsgebiet der Stosspannung am nächsten gelegene Ring galvanisch mit der Oberspannungswicklung verbunden ist und dass ferner die Ringe beider Lagen in der Achsenrichtung sich mit ihren Rändern überdecken.The subject of the invention is only an arrangement to improve the surge voltage distribution in transformer windings with at least in the catchment area of the surge voltage in two coaxial layers arranged, insulated, metallic rings without a gap from each other, of which the rings of one layer are in direct contact with the high voltage winding of the transformer. The characteristic of the invention is that rin that only the ring closest to the catchment area of the surge voltage is galvanically connected to the high-voltage winding and that the rings of both layers in the axial direction also overlap with their edges.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch im Teilschnitt durch ein Wicklungsende eines einfachkonzentrierten Transformator dargestellt.In the drawing, an exemplary embodiment of the invention is shown schematically in partial section through a winding end of a single-concentrated transformer.

Mit a ist die zunächst der Kernsäule b des Magnetgestells angeordnete zylindrische Unterspannungswicklung bezeichnet, c ist die aussen gelegene Oberspannungswicklung, die aus Scheibenspulen aufgebaut und ebenfalls zylindrisch ist. Zwischen den Wicklungen a, c befindet sich die aus Lagenpapier gewickelte Isolation, die über die Stirnenden der Oberspannungswicklung verlängert ist. e(sub)1 ist ein Endschutzring. Zwischen der Oberspannungswicklung c und dem Isolierwickel d sind zwei koaxiale Lagen von isolierten, metallischen Ringen g(sub)1, g(sub)2 ohne Zwischenraum voneinander angeordnete, von welchen die eine Lage mit den Ringen g(sub)2 an der Oberspannungswicklung c und die andere Lage mit den Ringen g(sub)1 an dem Isolierwickel d anliegt. Nur der dem Einzugsgebiet der Stosspannungen am nächsten gelegene Ring g(sub)1 ist mit der Oberspannungswicklung galvanisch durch den Leiter h verbunden. Alle übrigen Ringe g(sub)1, g(sub)2 der beiden koaxialen Lagen überdecken sich mit ihren Rändern in der Axenrichtung, sodass die Ringe beider Lagen abwechselnd ohne metallische Verbindung so gekoppelt sind, dass die angestrebte Anfangsverteilung der Stosspannung erreicht ist. Dabei speist die der Oberspannungswicklung abgewendete Ringlage die innerhalb derselben liegenden, ein fremdes Potential führenden Teile, sodass die Wicklung selbst diesen Kapazitätsstrom nicht führen muss und deswegen zwischen den Wicklungsteilen keine hohen Spannungsgradienten auftreten können. Darüber hinaus wird zufolge der selbsttätigen Einstellung der Potentiale das Auftreten ungünstiger Spannungsunterschiede auch bei Betriebsfrequenz vermieden.The cylindrical low-voltage winding initially arranged on the core column b of the magnet frame is denoted by a, c is the high-voltage winding located on the outside, which is made up of disc coils and is also cylindrical. Between the windings a, c there is the insulation wound from layer paper, which is extended over the front ends of the high-voltage winding. e (sub) 1 is an end guard ring. Between the high-voltage winding c and the insulating winding d, two coaxial layers of insulated, metallic rings g (sub) 1, g (sub) 2 are arranged without a gap from one another, one of which is with the rings g (sub) 2 on the high-voltage winding c and the other layer with the rings g (sub) 1 rests against the insulating coil d. Only the ring g (sub) 1 closest to the catchment area of the surge voltages is galvanically connected to the high-voltage winding through the conductor h. All other rings g (sub) 1, g (sub) 2 of the two coaxial layers overlap with their edges in the axial direction, so that the rings of both layers are alternately coupled without a metallic connection in such a way that the desired initial distribution of the surge voltage is achieved. In this case, the ring layer facing away from the high-voltage winding feeds the parts that lie within it and carry an external potential, so that the winding itself does not have to carry this capacitance current and therefore no high voltage gradients can occur between the winding parts. In addition, as a result of the automatic setting of the potentials, the occurrence of unfavorable voltage differences is avoided even at the operating frequency.

Durch teilweises Ineinanderschieben der Ringe der beiden Lagen kann die Kapazität zwischen den Lagen in gewünschter Weise verändert werden. Dem gleichen Zweck dient eine Aenderung der axialen Länge der Ringe oder eine Aenderung der Dicke der Ringisolation. Durch den Wegfall der inneren galvanischen Verbindungen zwischen den Ringen untereinander und der Ringe mit den Spulen werden schwache Punkte weitgehend beseitigt.By partially sliding the rings of the two layers into one another, the capacitance between the layers can be changed as desired. A change in the axial length of the rings or a change in the thickness of the ring insulation serves the same purpose. By eliminating the internal galvanic connections between the rings and the rings with the coils, weak points are largely eliminated.

Die erfindungsgemässe Anordnung ist auch bei Transformatoren mit doppelkonzentrischer Wicklung anwendbar. In diesem Falle werden auf jeder Seite der zylindrischen Oberspannungswicklung zwei koaxiale Lagen isolierter leitender Ringe in der oben beschriebenen Weise so angeordnet, dass die Ringe der einen Lage an der Wicklung anliegen und die Ringe der andern Lage den Teilen mit einem ihr fremden Potential zugewandt sind.The arrangement according to the invention can also be used in transformers with double concentric windings. In this case, two coaxial layers of insulated conductive rings are arranged on each side of the cylindrical high-voltage winding in the manner described above so that the rings of one layer bear against the winding and the rings of the facing the parts with a potential alien to them.

Anstatt der Ringe g(sub)1, g(sub)2 aus z.B. antimagnetischem Stahl herzustellen, kann man sie auch aus metallisiertem Hartpapier herstellen. Die Ringe werden zweckmässig geschlitzt.Instead of making the rings g (sub) 1, g (sub) 2 from e.g. antimagnetic steel, they can also be made from metallized hard paper. The rings are conveniently slotted.

Das Einzugsgebiet der Stosspannung kann sowohl am Ende der zu schützenden Wicklung als auch in der Mitte derselben liegen.The catchment area of the surge voltage can be either at the end of the winding to be protected or in the middle of it.

Claims

1.) Arrangement to improve the surge voltage distribution in transformer windings with at least in the catchment area of the surge voltage in two coaxial layers without a gap from each other arranged isolated, metallic rings, of which the rings of one layer are in direct contact with the winding to be protected, characterized in that only the The catchment area of the surge voltage closest to the ring is galvanically connected to the winding to be protected and that the rings of both layers in the axial direction overlap with their edges.

2.) Arrangement according to claim 1, characterized in that the rings grouped in two coaxial layers are provided on both sides of the winding.

3.) Arrangement according to claim 1, characterized in that the rings have different axial lengths.

4.) Arrangement according to claim 1, characterized in that the rings associated with the coaxial layers are provided with insulation that differs from one another.