EP0058232A1 - Scheibenspulenwicklung aus ineinandergewickelten Einzel- oder Doppelspulen - Google Patents

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EP0058232A1
EP0058232A1 EP81108637A EP81108637A EP0058232A1 EP 0058232 A1 EP0058232 A1 EP 0058232A1 EP 81108637 A EP81108637 A EP 81108637A EP 81108637 A EP81108637 A EP 81108637A EP 0058232 A1 EP0058232 A1 EP 0058232A1
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EP
European Patent Office
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winding
turns
coils
additional insulation
disc
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EP81108637A
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Gottfried Dipl.-Math. Broszat
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Transformatoren Union AG
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Transformatoren Union AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/323—Insulation between winding turns, between winding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/346—Preventing or reducing leakage fields

Definitions

  • the invention relates to disc coil windings made of single or double coils, in which the insulation of the outer windings is reinforced with respect to the inner or outer surface of the winding compared to the normal insulation of the winding conductor.
  • Simple disk coil windings have a non-linear surge voltage distribution in the axial direction along the individual coils, so that breakdowns can occur between two adjacent coils when subjected to voltage surges.
  • FIG. 2 show cross-sectional exemplary embodiments of interwoven disc coils. 1 is an example of two inter-wound single coils and FIG. 2 is an example of a pair of inter-wound double coils. The windings of these disc coils are traversed by the load current in the order of the digits entered in them.
  • the disc coils are wound from two winding conductors fed simultaneously and spatially parallel to each other during the winding process. Then the winding conductor sections lying within the individual disk coils are elec- trically soldered together trisch connected in series so that the turns are removed according to the order of their digits from the high-voltage connection and thus also from the point of introduction of the surge voltage pulses. Correspondingly, the voltage against earth potential decreases with an increasing number of turns.
  • the winding indices can therefore also be viewed as a multiple of the winding voltage compared to the winding input.
  • the voltage drop in a single pass through a disc coil is called the branch voltage that occurs along the conductor. Accordingly, the single branch voltage is present in the case of a single coil winding between adjacent turns and twice the branch voltage in the case of a double coil winding between the turns.
  • the single-coil circuit is therefore preferred for higher surge voltage stresses.
  • the known interwoven disc coil windings also have their disadvantages. These are due to the increased winding stress, since instead of the single winding voltage that occurs in double coils that are not wound into one another, the single or multiple branch voltage occurs between adjacent turns, which is a multiple of the linearly calculated value during collision processes. As a result, pre-discharges in or between the disc coils are not excluded.
  • the winding insulation is therefore reinforced in interwoven coils compared to simple coils so that no winding breakdown occurs, but pre-discharges at the winding edges are accepted. As a result, part of the longitudinal capacity gained by wrapping one another is lost again.
  • the invention is based on the object of selecting the reinforcement of the conductor insulation while taking into account the economic viability and while maintaining the high noise capacity s ' o achieved by the interweaving, that pre-discharges between adjacent turns as well as between different disc coils are excluded in the test voltages provided .
  • the solution to this problem according to the invention is based on the assumption that the high field strength between adjacent windings contributes to the cause of the longitudinal rollover if the voltage between the two radially most inner or outer windings of a disk coil is rectified with the axially extending voltage along several disk coils overlaid. This is particularly the case at the edge areas on the inside and outside of the disc coils. In contrast, in the radially central region of the individual disk coils, the tension does not increase monotonically from turn to turn, but alternately increases and decreases, so that there are no crossovers. It is therefore possible to make the conductor insulation weaker in this area.
  • the above-mentioned object is accordingly achieved according to the invention in that at least in the coils lying at the winding input, starting from the inner and the outer jacket surface, at least two turns each are equipped with additional insulation, the at least one highly stressed edge of these turns being angular comprise and that the winding capacity between windings free of additional insulation is increased compared to the winding capacity of windings equipped with additional insulation.
  • more than two, in particular all, windings of the coils located at the winding input can be made with additional insulation, the thickness of which decreases to zero on the coils which are further away from the input.
  • an axial cooling channel is arranged in each case between the turn lying on the inner or outer lateral surface and the respective adjacent turn.
  • the additional insulation can consist of a paper casing surrounding the windings on all sides, of U ⁇ or of angular pressboard covers.
  • the additional insulation decreases one after the other at the locations outside, bottom inside and top inside, and in the case of the neighboring turn, the bottom inside and top inside decreases.
  • the insulation reinforcement decreases in order at the locations inside, top outside, bottom inside, and in the neighboring turn in turn upwards outside and bottom outside, again in the downward direction Earth potential and above means towards the high voltage input.
  • the turns on the inner surface of the winding on the lower outer edge and their respective adjacent turns on the lower inner edge are covered with an additional insulation angle and, accordingly, the turns on the outer surface of the winding on the upper inner edge and their disguised respective next one on the upper outer edge with an additional Isolierwinkel and the 'turns in the rest are equal to the turns in the central part of the disc coil isolated.
  • The. middle turns in the individual disc coils advantageously a common paper wrap. This paper wrapping avoids pre-discharges in the oil channel between two coils if pre-discharges in the edge conductor gussets are avoided,
  • the additional insulation and / or additional axial cooling channels are provided at least in the disk coils located near the high-voltage input of the winding and the thickness of the additional insulation is reduced with increasing distance from the high-voltage input of the winding.
  • the disc coil arrangement according to the invention can be used very advantageously in interwoven disc coils because it significantly improves their dielectric strength in the winding assembly without significantly reducing the high longitudinal capacitance obtained by the interweaving.
  • the impulse voltage of the coil winding is increased by increasing its longitudinal strength due to the winding design according to the invention.
  • the arrangement of additional axial cooling channels also partially compensates for the higher temperature rise in the more insulated edge turns. A complete compensation of the higher heating in the edge turns of the arrangement according to the invention is, if necessary, possible by a slight reinforcement of their cross sections, the I 2 R losses then decreasing with R more than the eddy current losses increase.
  • interwoven disc coils are wound from two simultaneously and spatially parallel winding conductors, the windings 1 through n of which the load current flows through in the order of the digits entered. There is a multiple between adjacent turns: the turn voltage.
  • the difference between the numbers in the windings under consideration must be multiplied by the simple winding voltage, from which the voltage difference between neighboring conductors, which occurs in the case of linear distribution, for example with alternating voltage, is obtained, which is increased by a multiple of the linear component in the case of surge voltage.
  • the continuous insulation of the winding conductors is designed for this voltage difference.
  • angle rings 30 have so far been provided on the innermost and outermost turns of each individual disk coil.
  • arcing is often observed with increasing voltage along the lines 31 indicated by dashed lines (see “ FIGS. 1 to 3).
  • the inner lines 31 often run from the uppermost input coil shown to the innermost neighboring conductor gap (gusset) of a four or more coils
  • the outer lines 31 run from the outer winding (not shown) of the uppermost input coil to the outermost adjacent conductor gap (gusset) of the lower coil drawn in, which is four or more coils away from the input coil.
  • the high field strength at the point of separation between the two adjacent edge conductors of the input coils is considered to be the cause of the first preliminary discharges.
  • the invention is based on the idea that these pre-discharges only occur along the line 31, i.e. from these "critical oil gussets" that arise at the edge of the neighboring conductor gap. run in the radial direction to the coil surface and then in the axial direction along this surface or vice versa, because only starting from these critical gussets in both directions the voltage applied to 31 increases or decreases monotonously and there are always lengths of 31 at which the permissible Slip resistance is exceeded, so that there is a longitudinal rollover along 31.
  • the lengths and tensions can, however, be changed less effectively and thus less increase their assigned sliding strength than eliminating the pre-discharges in the critical gussets as the cause of the sliding by reducing the oil field strengths there. The latter happens through the measures according to the invention.
  • the permissible slip resistance of 31 is to be understood as the experimentally determined surge voltage applied to a length 31, which just barely leads to a breakdown along 31 if pre-discharges occur at one end of .31 due to high oil field strengths.
  • additional insulation 32 is provided for strengthening the disk coil arrangement at least on the two innermost and outermost turns in each Disc coil located close to the input is provided, with the thickness of the additional insulation 32 being allowed to decrease to zero in the case of the standard coils for all windings of these input coils with decreasing voltage to earth.
  • This additional insulation 32 is supported in its effect in the exemplary embodiments according to FIGS. 13 to 17 by an axial cooling channel in each case at the above-mentioned separation points, as a result of which the critical conductor gusset is avoided entirely.
  • the additional insulation 32 is shown by simple edge angles and in the embodiment according to FIG. 14, the innermost and outermost turns of the disc coil are surrounded by a plurality of edge protection angles which are staggered in accordance with the decreasing field strength.
  • isolating agent parts projecting from the disc coils in the axial direction are dispensed with, for example by giving the edge turns a modified cross section such that the axial height including the additional insulation 32 is equal to the normal height of a normal turn.
  • Aus exemplary embodiments according to Figures 4 and 5 represented by a common turn of the middle turns of the disc coil.
  • FIGS. 4 to 17 are drawn for the example of inter-wound single coils according to FIG. 1, but also apply according to the invention for inter-wound double coils according to FIG. 2.
  • FIGS. 4 to 17 with the exception of FIG. 9, only the two inner and outer edge turns additional insulation 32, of course, are also feasible embodiments of the invention, when all turns of the coils lying on the winding input are provided with this additional insulation so that these Fig.1,2, when using all sides reinforced insulation turn insulation 32 as and - look 9, and that only the coils farther from the input are designed with turns without additional insulation.

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Abstract

Derartige Scheibenspulenwicklungen werden als Oberspannungswicklungen für Transformatoren eingesetzt, wobei die Isolierung der außenliegenden Windungen gegenüber der inneren bzw. der äußeren Mantelfläche der Wicklung im Vergleich zur Normalisolierung des Wickelleiters häufig verstärkt ist. Erfindungsgemäß sind ausgehend von der inneren und der äußeren Mantelfläche mindestens je zwei Windungen mit Zusatzisolierungen (32) ausgerüstet und ist die Windungskapazität zwischen von Zusatzisolierungen freien Windungen gegenüber der Windungskapazität der Windungen mit Zusatzisolierungen erhöht. Erfindungsgemäß gestaltete Scheibenspulenwicklungen sind insbesondere zum Einsatz für sehr hohe Nennspannungen geeignet, da sie ohne Verringerung ihrer Längskapazität eine insgesamt sehr hohe Spannungsfestigkeit aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft Scheibenspulenwicklungen aus ineinandergewickelten Einzel- oder Doppelspulen, in denen die Isolierung der außenliegenden Windungen gegenüber der inneren bzw. der äußeren Mantelfläche der Wicklung im Vergleich zur Normalisolierung des Wickelleiters verstärkt ist.
  • Einfache Scheibenspulenwicklungen weisen eine nicht lineare Stoßspannungsverteilung in axialer Richtung längs der einzelnen Spulen auf, so daß bei Belastung mit Spannungsstößen zwischen zwei benachbarten Spulen Durchschläge auftreten können.
  • Durch die DE-PS 975 856 ist es bekannt, daß durch Ineinanderwickeln der Spulen eine viel gleichmäßigere Stoßspannungsverteilung erzwungen wird, durch die Durchschläge weitgehend verhindert werden. Ausführungsbeispiele für ineinandergewickelte Scheibenspulen zeigen die Fig. 1 und die Fig. 2 im Querschnitt. Dabei ist Fig. 1 ein Beispiel für zwei ineinandergewickelte Einzelspulen und Fig. 2 ein Beispiel für ein Paar von ineinandergewickelten Doppelspulen. Die Windungen dieser Scheibenspulen werden in der Reihenfolge der in sie eingetragenen Ziffern vom Laststrom durchflossen.
  • Die Scheibenspulen werden aus jeweils zwei beim Wickelvorgang gleichzeitig und räumlich parallel zueinander zugeführten Wickelleitern gewickelt. Anschließend werden die innerhalb der einzelnen Scheibenspulen liegenden Wickelleiterabschnitte durch Zusammenlötungen elektrisch so hintereinandergeschaltet, daß die Windungen entsprechend der Reihenfolge ihrer Ziffern vom Hochspannungsanschluß und damit auch von der Einleitstelle der Stoßspannungsimpulse entfernt sind. Entsprechend sinkt mit steigender Windungskennziffer die Spannung gegen Erdpotential. Die Windungskennziffern können also auch als Mehrfaches der Windungsspannung gegenüber dem Wicklungseingang angesehen werden. Der Spannungsabfall bei einmaligem Durchgang durch eine Scheibenspule wird als Zweigspannung bezeichnet, die längs des Leiters auftritt. Dementsprechend liegt bei einer Einzelspulenwicklung zwischen einander benachbarten Windungen die einfache und bei einer Doppelspulenwicklung zwischen den Windungen die zweifache Zweigspannung an. Die Einzelspulenschaltung wird daher bei höheren Stoßspannungsbeanspruchungen bevorzugt.
  • Leider haben jedoch auch die bekannten ineinandergewickelten Scheibenspulenwicklungen ihre Nachteile. Diese liegen in der erhöhten Windungsbeanspruchung, da statt der bei nicht ineinandergewickelten Doppelspulen auftretenden einfachen Windungsspannung die ein- oder mehrfache Zweigspannung zwischen einander benachbarten Windungen auftritt, die bei Stoßvorgängen ein Mehrfaches vom linear errechneten Wert beträgt. Dadurch sind Vorentladungen in oder zwischen den Scheibenspulen nicht ausgeschlossen. Die Windungsisolierung wird daher bei ineinandergewickelten Spulen gegenüber einfachen Spulen zwar so verstärkt, daß kein Windungsdurchschlag eintritt, Vorentladungen an den Windungskanten werden jedoch in Kauf genommen. Ein Teil der durch das Ineinanderwickeln gewonnenen Längskapazität geht dadurch wieder verloren.
  • Analog zu den Eingangswindungen der Anordnung gemäß der DE-PS 22 46 398, die sich auf eine Lagenwicklung bezieht, sind nun in bisher ausgeführten Scheibenspulenwicklungen zum Schutz gegen die Vorentladungen durch das Auftreten der Randfelder die an der inneren und/oder der äußeren Mantelfläche der Wicklung liegenden Windungen verstärkt isoliert worden. Nachteilig ist bei der Auslegung der verstärkten Isolierung unter diesem Gesichtspunkt jedoch, daß entweder wiederum die Längskapazität verringert wird oder daß eine Schwachstelle in der Isolierung durch eine kumulierende Wirkung der Zweigspannung zwischen den beiden ganz innen oder ganz außen in einer Scheibenspule benachbarten Windungen mit der Zweigspannung gegenüber anderen Scheibenspulen entsteht. So werden Vorentladungen zwar am Spulenrand, nicht aber zwischen den Windungen vermieden.
  • Dies ergibt sich aus der Problematik der Längsfestigkeit von ineinandergewickelten Spulenwicklungen. Durch das Ineinanderwickeln wird die Stoßspannungsdifferenz zwischen zwei Nachbarspulen soweit reduziert, daß zwischen ihnen, bei gegenüber nicht ineinandergewickelten Spulen insgesamt verstärkten Leiterisolierungen, kein Durchschlag stattfindet. Steigert man die Spannung aber weiter, so erfolgt ein Längsüberschlag über mehrere Spulen hinweg vor dem Durchschlag zwischen zwei benachbarten Windungen oder Spulen.
  • Die Ursache derartiger Längsüberschläge ist bisher umstritten. Gemäß einer vorherrschenden Meinung wird die Ölfeldstärke an den Außenkanten der beiden Randwindungen einer Scheibenspule gegenüber weiteren Spulen als Ursache derartiger Entladungen vermutet. Aus diesem Grund wurden diese Windungen analog zu der Anordnung gemäß der DE-PS 22 46 398 verstärkt isoliert oder die Wickelleiterisolierung durch Kantenschutzwinkel verstärkt. Trotz.dieser Maßnahmen erfolgten aber bei Steigerungen der Prüfspannung über die Nennspannung hinaus Längsüberschläge zunächst längs der äußeren Mantelfläche zu einer weiter vom Eingang entfernt liegenden Spule. Dies wird auch durch die Kantenschutzwinkel nicht verhindert.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Verstärkung der Leiterisolierung unter Beachtung der Wirtschaftlichkeit und unter Bewahrung der durch das Ineinanderwickeln erreichten hohen Lärigskapazität s'o zu wählen, daß Vorentladungen sowohl zwischen einander benachbarten Windungen als auch zwischen verschiedenen Scheibenspulen bei der vorgesehenen Prüfspannungen ausgeschlossen sind.
  • Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe beruht auf der Annahme, daß die hohe Feldstärke zwischen Nachbarwindungen einen Beitrag zur Ursache des Längsüberschlages gibt, wenn die Spannung zwischen den beiden radial am weitesten innen oder außen liegenden Windungen einer Scheibenspule sich mit der axial verlaufenden Spannung längs mehrerer Scheibenspulen gleichgerichtet überlagert. Dies ist insbesondere an den Randbereichen innen und außen an den Scheibenspulen der Fall. Dagegen nimmt im radial mittleren Bereich der einzelnen Scheibenspulen die Spannung von Windung zu Windung nicht monoton zu, sondern abwechselnd zu und ab, so daß es hier nicht zu Querüberschlägen kommt. Daher ist es möglich, in diesem Bereich die Leiterisolierung schwächer zu gestalten.
  • Die obengenannte Aufgabe wird demzufolge erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens in den am Wicklungseingang liegenden Spulen ausgehend von der inneren und der äußeren Mantelfläche mindestens je zwei Windungen mit Zusatzisolierungen ausgerüstet sind, die mindestens eine hochbeanspruchte Kante dieser Windungen winkelförmig umfassen und daß die Windungskapazität zwischen von Zusatzisolierungen freien Windungen gegenüber der Windungskapazität von mit Zusatzisolierung ausgerüsteten Windungen erhöht ist. Aus Gründen einfacher Fertigung können dabei mehr als zwei, insbesondere alle, Windungen der am Wicklungseingang liegenden Spulen mit Zusatzisolierungen ausgeführt werden, deren Dicke bis Null an den vom Eingang entfernteren Spulen abnimmt.
  • Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist zwischen den jeweils an der inneren bzw. äußeren Mantelfläche liegenden Windung und der jeweiligen Nachbarwindung zusätzlich zur Zusatzisolierung je ein axialer Kühlkanal angeordnet. Die Zusatzisolierung kann aus einer allseitig, die Windungen umgebenden Papierumbandelung, aus U~ oder aus winkelförmigen Preßspanabdeckungen bestehen.
  • Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung nimmt bei an der inneren Mantelfläche der Wicklung liegenden Windungen die Zusatzisolierung der Reihe nach an den Stellen unten außen, unten innen und oben innen ab und bei der Nachbarwindung der Reihe nach unten innen und oben innen ab. Dabei bedeutet unten in Richtung auf Erdpotential und oben in Richtung auf den Hochspannungseingang. Entsprechend nimmt vorteilhafter Weise bei an der äußeren Mantelfläche der Wicklung liegenden Windungen die Isolationsverstärkung der Reihe nach an den Stellen oben innen, oben außen, unten innen ab und bei der Nachbarwindung der Reihe nach oben außen und unten außen ab, wobei wiederum unten in Richtung auf Erdpotential und oben in Richtung auf den Hochspannungseingang bedeutet.
  • Nach weiteren Ausgestaltungsmerkmalen der Erfindung sind die an der inneren Mantelfläche der Wicklung liegenden Windungen an der unteren Außenkante und ihre jeweilige Nachbarwindung an der unteren Innenkante mit einem zusätzlichen Isolierwinkel verkleidet und sind entsprechend die an der äußeren Mantelfläche der Wicklung liegenden Windungen an der oberen Innenkante und ihre jeweilige Nachbarwindung an der oberen Außenkante mit einem zusätzlichen Isolierwinkel verkleidet und sind die' Windungen im übrigen gleich den Windungen im mittleren Teil der Scheibenspulen isoliert. Dabei weisen die . mittleren Windungen in den einzelnen Scheibenspulen vorteilhafter Weise einen gemeinsamen Papiereinschlag auf. Dieser Papiereinschlag vermeidet Vorentladungen im Ölkanal zwischen zwei Spulen, wenn Vorentladungen in den Randleiterzwickeln vermieden sind,
  • Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die Zusatzisolierung und/oder zusätzliche axiale Kühlkanäle mindestens in den nahe dem Hochspannungseingang der Wicklung liegenden Scheibenspulen vorgesehen und ist die Stärke der Zusatzisolierung mit zunehmendem Abstand vom Hochspannungseingang der Wicklung verringert.
  • Die erfindungsgemäße Scheibenspulenanordnung ist sehr vorteilhaft bei ineinandergewickelten Scheibenspulen einsetzbar, weil sie deren Spannungsfestigkeit im Wicklungsverband wesentlich verbessert, ohne die durch das Ineinanderwickeln gewonnene hohe Längskapazität nennenswert zu vermindern. Dabei wird trotz besserem Füllfaktor durch die erfindungsgemäße Wicklungsgestaltung die Stehstoßspannung der Spulenwicklung durch Erhöhung ihrer Längsfestigkeit erhöht. Dadurch ist der Aufbau einer kostengünstigeren Wicklung für höhere Spannungen im Vergleich zur konventionellen Bauweise möglich. Durch die Anordnung von zusätzlichen axialen Kühlkanälen wird darüber hinaus die höhere Erwärmung in den stärker isolierten Randwindungen teilweise wieder kompensiert. Eine vollständige Kompensation der höheren Erwärmung in den Randwindungen der erfindungsgemäßen Anordnung ist erforderlichenfalls durch eine geringfügige Verstärkung von deren Querschnitten möglich, wobei dann die I2R-Verluste mit R stärker abnehmen, als die Wirbelstromverluste zunehmen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • In der Zeichnung sind Querschnitte von ineinandergewickelten Spulen im Prinzip dargestellt, und zwar in
    • Fig. 1 durch zwei Einzelspulen,
    • Fig. 2 durch ein Doppelspulenpaar,
    • Fig. 3 durch zwei Einzelspulen gemäß Fig. 1 mit bekannter Isolierung durch Winkelringe,
    • Fig. 4 bis 12 durch jeweils eine Einzelspule mit Variationen von erfindungsgemäßen Zusatzisolierungen, wobei in Fig. 9 angedeutet ist, daß nicht nur die mindest erforderlichen je zwei Randwindungen, sondern alle Windungen der Eingangsspulen eine Zusatzisolierung 32 erhalten, und nur die vom Eingang entfernten Normalspulen ohne 32 ausgeführt sind. Die Zusatzisolierungen 32 können dabei bei den Eingangsspulen in Richtung abnehmender Spannung bis Null, bei den Normalspulen abnehmen, was eine wirtschaftliche Auslegung ermöglicht.
    • Fig. 13 bis 17 stellt jeweils eine Einzelspule mit erfindungsgemäßer Zusatzisolierung und zusätzlichen axialen Kühlkanälen dar.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Übliche, sogenannte ineinandergewickelte Scheibenspulen sind aus zwei gleichzeitig und räumlich parallel zugeführten Wickelleitern gewickelt, deren Windungen 1 bis n in der Reihenfolge der eingetragenen Ziffern vom Laststrom durchflossen sind. Dabei liegt zwischen einander benachbarten Windungen jeweils ein Vielfaches:der Windungsspannung. Zur Bestimmung dieser Spannung ist jeweils die Differenz der Ziffern in den betrachteten Windungen mit der einfachen Windungsspannung zu multiplizieren, woraus man die bei linearer Verteilung etwa bei Wechselspannung auftretende Spannungsdifferenz zwischen Nachbarleitern erhält, die bei Stoßspannung um ein mehrfaches des linearen Anteils erhöht ist. Für diese Spannungsdifferenz ist die durchgehende Isolierung der Wickelleiter ausgelegt.
  • Zur Verbesserung der Spannungsfestigkeit und zum gleichzeitigen mechanischen Schutz der Wicklung werden bisher, wie in Fig. 3 dargestellt, Winkelringe 30 jeweils an der innersten und äußersten Windung jeder einzelnen Scheibenspule vorgesehen. Auch bei dieser Anordnung werden bei steigender Spannung Überschläge vielfach entlang der gestrichelt angedeuteten Linien 31 beobachtet (siehe "Fig. 1 bis 3). Dabei verlaufen vielfach die inneren Linien 31 von der gezeichneten obersten Eingangsspule zum innersten Nachbarleiterspalt (Zwickel) einer vier und mehr Spulen entfernten Spule. Die äußeren Linien 31 verlaufen jedoch ausgehend von der nicht gezeichneten Außenwindung der obersten Eingangsspule zum äußersten Nachbarleiterspalt (Zwickel) der unteren eingezeichneten Spule, die vier oder mehr Spulen von der Eingangsspule entfernt ist.
  • Die hohe Feldstärke an der Trennstelle zwischen den zwei Rand-Nachbarleitern der Eingangsspulen wird dabei als Ursache für erste Vorentladungen angesehen.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß diese Vorentladungen nur dann von diesen "kritischen Ölzwickeln", die am Rande des Nachbarleiterspaltes entstehen, längs der Linie 31, d.h. in radialer Richtung zur Spulenmantelfläche und dann in axialer Richtung längs dieser Mantelfläche entlang laufen oder umgekehrt, weil nur ausgehend von diesen kritischen Zwickeln in beiden Richtungen die an 31 anliegende Spannung monoton ab- oder zunimmt und dabei stets Längen von 31 vorkommen, bei denen die zulässige Gleitfestigkeit überschritten ist, so daß es zum Längsüberschlag längs 31 kommt.
  • Die Längen und Spannungen kann man aber-weniger wirkungsvoll ändern und damit weniger ihre zugeordnete Gleitfestigkeit erhöhen als die Vorentladungen in den kritischen Zwickeln als Ursache des Gleitens zu beseitigen, indem man dort die Ölfeldstärken herabsetzt. Letzteres geschieht durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen.
  • Unter zulässiger Gleitfestigkeit von 31 ist die an einer Länge 31 anliegende experimentell ermittelte Stoßspannung zu verstehen, die gerade noch nicht längs 31 zum Überschlag führt, wenn an einem Ende von .31 infolge hoher Ölfeldstärken Vorentladungen einsetzen.
  • Zur Ertüchtigung der Scheibenspulenanordnung ist erfindungsgemäß eine Zusatzisolierung 32 mindestens an den beiden innersten und äußersten Windungen in jeder nahe am Eingang liegenden Scheibenspule vorgesehen, wobei zur einfacheren Herstellung bei allen Windungen dieser Eingangsspulen die Dicke der Zusatzisolierung 32 mit abnehmender Spannung gegen Erde bis auf Null bei den Normalspulen abnehmen darf. Diese Zusatzisolierung 32 ist in ihrer Wirkung bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 13 bis 17 durch je einen axialen Kühlkanal an den obengenannten Trennstellen unterstützt, wodurch die kritischen Leiterzwickel ganz vermieden werdeq.
  • Im Hinblick auf die tatsächlich auftretende Spannungsbelastung genügt es an sich bei allen Eingangsspulen die beiden äußersten bzw. innersten Windungen jeder Scheibenspule nur außen oben und innen unten verstärkt zu isolieren. Ausführungsbeispiele hierzu zeigen die Figuren 14, 16 und 17. Im Gegensatz dazu sind bei der Ausführung gemäß Fig. 15 diese Windungen allseitig gleich verstärkt isoliert. Diese Lösungen sind jedoch verhältnismäßig aufwendig und unübersichtlich, nutzen jedoch den zur Verfügung stehenden Wickelraum optimal.
  • In den Anordnungen gemäß Fig. 6, 16 und 17 sind die Zusatzisolierungen 32 von einfachen Kantenwinkeln dargestellt und bei der Ausführung gemäß Fig. 14 sind die innerste und die äußerste Windung der Scheibenspule von mehreren entsprechend der abnehmenden Feldstärke gestaffelten Kantenschutzwinkeln umgeben.
  • Zur Vermeidung von Verengungen der radialen Kühlkanäle ist bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 4, 5, 7, 9, 10, 11, 12 und 17 auf in Achsrichtung von den Scheibenspulen abstehende Isoliermittelteile verzichtet, indem z.B. die Randwindungen einen so veränderten Windungsquerschnitt erhalten, daß die axiale Höhe einschließlich der Zusatzisolierung 32 gleich der Normalhöhe einer Normalwindung ist. Diese ist bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 4 und 5 durch einen gemeinsamen Einschlag der mittleren Windungen der Scheibenspule dargestellt.
  • Die Erfindungsbeispiele Fig. 4 bis 17 sind für das Beispiel von ineinandergewickelten Einzelspulen nach Fig.1 gezeichnet, gelten aber auch erfindungsgemäß für ineinandergewickelte Doppelspulen nach Fig. 2. In Fig. 4 bis 17 mit Ausnahme von Fig. 9 weisen nur die beiden inneren und äußeren Randwindungen Zusatzisolierungen 32 auf, natürlich sind auch erfindungsgemäße Ausführungen denkbar, wenn alle Windungen der am Wicklungseingang liegenden Spulen mit diesen Zusatzisolierungen versehen sind, so daß diese bei Verwendung von allseitig verstärkt isolierter Windungsisolierung 32 wie Fig.1,2 und-9 aussehen, und daß nur die vom Eingang entfernteren Spulen mit Windungen ohne Zusatzisolierung ausgeführt sind.

Claims (9)

1. Scheibenspulenwicklung aus ineinandergewickelten Einzel- oder Doppelspulen, in denen die Isolierung der außen liegenden Windungen gegenüber der inneren bzw. der äußeren Mantelfläche der Wicklung im Vergleich zur Normalisolierung des Wickelleiters verstärkt ist, d a - durch gekennzeichnet ,
- daß mindestens in den am Wicklungseingang liegenden Spulen ausgehend von der inneren und der äußeren Mantelfläche mindestens je zwei Windungen mit Zusatzisolierungen (32) ausgerüstet sind, die mindestens eine Kante dieser Windungen winkelförmig umfassen und
- daß die Windungskapazität zwischen von Zusatzisolierungen freien Windungen erhöht ist gegenüber der Windungskapazität an den mit Zusatzisolierung ausgerüsteten Windungen.
2. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der jeweils an der inneren bzw. äußeren Mantelfläche liegenden Windung und der jeweiligen Nachbarwindung zusätzlich zur Zusatzisolierung je ein axialer Kühlkanal angeordnet ist (Fig. 13 bis 17).
3. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzisolierung (32) aus einer allseitig die Windungen umgebenden Papierumbandelung, aus U- oder aus winkelförmigen Preßspanabdeckungen besteht.
4. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß bei an der inneren Mantelfläche der Wicklung liegenden Windungen die Zusatzisolierungen (32) der Reihe nach an den Stellen unten außen, unten innen und oben innen abnimmt und bei der Nachbarwindung der Reihe nach unten innen und oben innen abnimmt, wobei unten in Richtung auf Erdpotential und oben in Richtung auf den Hochspannungseingang darstellt.
5. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei an der äußeren Mantelfläche der Wicklung anliegenden Zusatzisolierungen (32) der Reihe nach an den Stellen oben innen, oben außen, unten innen abnimmt und bei der Nachbarwindung der Reihe nach oben außen und unten außen abnimmt, wobei wiederum unten in Richtung auf Erdpotential und oben in Richtung auf den Hochspannungseingang bedeutet.
6. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die an der inneren Mantelfläche der Wicklung liegenden Windungen an der unteren Außenkante und ihre jeweilige Nachbarwindung an der unteren Innenkante mit einem zusätzlichen Isolierwinkel verkleidet sind und im übrigen gleich den Windungen im mittleren Teil der Scheibenspulen isoliert sind.
7. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an der äußeren Mantelfläche der Wicklung liegenden Windungen an der oberen Innenkante und ihre jeweilige Nachbarwindung an der oberen Außenkante mit einem zusätzlichen Isolierwinkel verkleidet sind und im übrigen gleich den Windungen im mittleren Teil der Scheibenspulen isoliert sind.
8. Scheibenspulenwicklung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusatzisolierung und/oder zusätzliche axiale Kühlkanäle mindestens in den nahe dem Hochspannungseingang der Wicklungen liegenden Scheibenspulen vorgesehen sind und daß die Stärke der Zusatzisolierung mit zunehmendem Abstand vom Hochspannungseingang der Wicklung verringert ist.
9. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Windungen in den einzelnen Scheibenspulen einen gemeinsamen Papiereinschlag aufweisen.
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