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In einen Gießharzkörper eingebettete Hochspannungswicklung für Transformatoren,
Wandler od. dgl. Die Erfindung betrifft eine in einen Gießharzkörper eingebettete
Hochspannungswicklung aus mehreren einander koaxial umgebenden, elektrisch in Reihe
geschalteten Spulen für Transformatoren, Wandler, Drosseln od. dgl. Bei beispielsweise
in Niederdruckharz eingebetteten Hochspannungswicklungen ist es bekannt, diese Wicklungen
koaxial zueinander anzuordnen und die einzelnen Lagen elektrisch in Reihe zu schalten.
Die gesamte, aus mehreren Lagen bestehende Spule ist so aufgebaut, daß ihre Stirnflächen
kegelförmig sind. Derartige Stirnflächen werden erzielt, indem die koaxialen Lagen
nach außen zu immer schmäler werden. Es ist auch bekannt, die einzelnen Lagen selbst
nicht zylindrisch, sondern kegelstumpfförmig zu wickeln. Dadurch wird ein größerer
Abstand zwischen denjenigen Wicklungen zweier aufeinanderfolgender Lagen erreicht,
die einen hohen Spannungsunterschied aufweisen. Weiterhin ist es bekannt, zur Potentialsteuerung
der kegelförmigen Stirnflächen der Spule zwischen den einzelnen Lagen sogenannte
Steuerfolien anzubringen. Diese Steuerfolien müssen, damit sie ihren Zweck einwandfrei
erfüllen, genau distanziert sein. Dies erfolgt durch sogenannte Zwischenisolation,
beispielsweise Papierwicklungen.
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Es ist bekannt, die bei den Spulen angewandte Potentialsteuerung auf
die Hochspannungszuführung auszudehnen und die Steuerfolien oder -drähte der Hochspannungszuführung
mit in der Spannung entsprechenden Wicklungsteilen leitend zu verbinden.
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Bei derartigen Hochspannungswicklungen tritt das Problem auf, daß
eine von Blasen, d. h. von Gas-und Feuchtigkeitseinschlüssen, freie Gießharzisolation
erzielt werden muß, da derartige Einschlüsse beispielsweise infolge der durch sie
verursachten Änderung der Dielektrizitätskonstanten an den betreffenden Stellen
zu Schäden, beispielsweise Glimmerscheinungen, im Gießharzkörper führen können.
Wenn auch derartige Schäden nicht zu einer sofortigen Zerstörung der Hochspannungswicklung
zu führen brauchen, so addieren sie sich jedoch im Gegensatz zu ölisolierten Wicklungen,
bei denen in gewissem Maße eine Selbstheilung auftritt.
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Werden Wicklungen in Gießharz eingebettet, treten durch den Reaktionsschwund
und infolge Temperaturänderungen starke mechanische Kräfte auf, die zur Abtrennung
der Lackisolation und zur Bildung von Hohlräumen führen können. Dieser Effekt tritt
insbesondere bei den kompakten Trapezwicklungen auf und führt zu inneren Lagenschlüssen.
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Die übliche Verwendung von Lagenisolationen, beispielsweise in Form
von Papierzwischenlagen, erschwert den Austritt der beim Vergießen auftretenden
Gasblasen, die besonders an den Stirnflächen der Wicklung zu Glimmentladungen führen
können.
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Zur Entlastung der eingegossenen Wicklung von den starken mechanischen
Spannungen ist es bekannt, als Polster wirkende Bandagen vorzusehen. Die Bandagen
verursachen eine in vielen Fällen unerwünschte Vergrößerung der Abmessungen der
Hochspannungswicklung und verhindern darüber hinaus auch die Bildung von Blasen
an den Stirnflächen der Wicklung nicht.
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Um die aufgezeigten Mängel zu beheben, sind gemäß der Erfindung die
Spulen im Pilgerschritt und ohne Isolierzwischenlagen gewickelt.
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Die infolge der besonderen Wicklungsart ohne Bandagen auskommenden
Spulen sind in sich so elastisch, daß sie den Schrumpfspannungen des Gießharzes
nachgeben können, ohne daß Verformungen der Spulen oder ein Abreißen des Isolationslackes
eintritt.
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Weiterhin wird erreicht, daß die Hochspannungswicklung blasenfrei
vergossen ist; denn weder infolge des Reißens von Papierzwischenlagen und einer
starren Wicklung entstehende Einschlüsse noch solche außerhalb der eigentlichen
Wicklung können sich schädlich auswirken. Auch wird vermieden, daß im Gießharz Luftblasen
vorhanden sind, die bei Verwendung von Papierzwischenlagen dadurch entstehen können,
daß an Papierzwischenlagen grundsätzlich immer Luft und Feuchtigkeit haften, die
das Gießharz infolge seiner größeren Affinität zur Papieroberfläche von dieser löst
und in sich aufnimmt.
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Es ist zwar bereits bekannt, die Hochspannungswicklung so fein in
einzelne in Achsrichtung aufeinanderfolgende Scheibenspulen aufzuteilen, daß innerhalb
dieser
Spulen beim Schrumpfen des Isolierstoffes keine Hohlräume entstehen. Ein solcher
Aufbau bietet aber Schwierigkeiten bezüglich der kapazitiven Durchsteuerung bei
Wandlern.
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In Fig.1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung
gezeigt, die aus mehreren einander koaxial umgebenden, im Pilgerschritt ohne Isolierzwischenlagen
gewickelten und elektrisch in Reihe geschalteten Spulen zusammengesetzt ist. Unter
Pilgerschrittwicklung ist bekanntlich eine solche zu verstehen, wie sie in Fig.
2 dargestellt ist. Man erkennt den auf den Spulenkörper 21 in bestimmter Weise gewickelten
Draht 22. Die Wicklung der Spule ist in zahlreiche in Achsrichtung aufeinanderfolgende
schräge Lagen dadurch unterteilt, daß jeweils vom Boden 23 des Spulenkörpers ausgehend
übereinander mehrere Windungen schräg zum Spulenflansch hin gewickelt werden, an
die sich in Achsrichtung weitere in dieser Weise hergestellte Windungen anschließen.
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Da eine derartige im Pilgerschritt gewickelte Spule einen relativ
lockeren Aufbau besitzt und damit ein für die Gießharzaufnahme poröses Gebilde darstellt
und da ferner Papierzwischenlagen wegen der geringen Spannung zwischen sich überlappenden
Windungen nicht erforderlich sind, kann das Gießharz auch in zwischen den einzelnen
Windungen bestehende Hohlräume eindringen und so die Spule fest im Gießharzkörper
verankern. Infolge der nachgiebigen Anordnung der einzelnen Windungen bei im Pilgerschritt
gewickelten Spulen hat auch der Schrumpfdruck des Gießharzes keine nachteiligen
Folgen.
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Durch Zusammensetzen mehrerer derartiger Spulen ist es in einfacher
Weise möglich, beispielsweise Wandler verschiedener Spannungsreihen praktisch aus
denselben Bauelementen baukastenartig durch Verwendung einer entsprechenden Zahl
von Spulen herzustellen.
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Die verschiedenen Spulen werden so zusammengesetzt, daß sie einander
koaxial umgeben, wobei man vorzugsweise die Spulen als Hohlzylinder ausbilden wird.
Um einen möglichst geringen Durchmesser für den die Hochspannungswicklung aufnehmenden
Gießharzkörper zu erhalten, ist es zweckmäßig, in Weiterbildung der Erfindung die
Spulen konisch, und zwar vorzugsweise als Kegelstümpfe, auszuführen und in der Weise
koaxial anzuordnen, daß zwischen den auf der gleichen Seite liegenden Enden je zweier
benachbarter Spulen im Hinblick auf die Potentialdifferenz zwischen diesen Enden
bemessene Abstände bestehen. Sind nämlich die naheliegenden Enden benachbarter Spulen
miteinander elektrisch verbinden, so liegen diese Enden praktisch auf demselben
Potential, während die entfernten Enden, zwischen denen eine relativ große Potentialdifferenz
besteht, durch einen entsprechend größeren, mit dem als Isolierstoff verwendeten
Gießharz ausgefüllten blasenfreien Raum isoliert sind.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung erfolgt
in der Weise, daß die Lage der Spulen während des Gießens durch einen ebenfalls
aus Gießharz bestehenden Ständer festgelegt wird, der mit Ausnehrnungen zur Aufnahme
der Stirnseiten der Spulen ausgerüstet ist und sich mit dem Gießharzkörper fugenlos
verbindet.
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Die Spulen und/oder die Spannungszuführungen können in an sich bekannter
Weise zur Potentialsteuerung von ineinandergeschachtelten leitenden Umhüllungen
umgeben sein, die vorzugsweise aus einem Drahtgeflecht bestehen. Die Kanten des
Drahtgeflechtes werden zweckmäßig mit leitenden Wulstringen abgeschlossen.
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Ein mit der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung ausgerüsteter
Wandler kann auch im Freien eingesetzt werden, wenn er durch zusätzliche Maßnahmen
gegen Witterungseinflüsse geschützt wird. Diese Maßnahmen können beispielsweise
darin bestehen, daß der Gießharzkörper in an sich bekannter Weise mit einem keramischen
Isolator umgeben und der Zwischenraum zwischen Gießharzkörper und Isolator mit Öl
gefüllt wird. Man kann den Isolator auch durch Abdichten mittels Teer oder mittels
eines feuchtigkeitsdichten Kunststoffüberzuges od. dgl. als wetterfeste Hülle ausbilden.
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Die erfindungsgemäße Hochspannungswicklung sei nun im einzelnen an
Hand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles eines einpoligen Spannungswandlers
erläutert. Hierbei ist die Hochspannungswicklung aus drei im Pilgerschritt gewickelten
Spulen 1, 2 und 3 zusammengesetzt, die die Form von Hohlzylindern haben. Die Spulen
2 und 3 sind als Kegelstümpfe ausgeführt. Die so zusammengesetzte Hochspannungswicklung
ist in den Gießharzkörper 4 eingebettet, der eine gießharzisolierte Durchführung
5 zur Aufnahme der Hochspannungszuführung 6 aufweist. Die Hochspannungswicklung
ist von zwei leitenden Umhüllungen 8 und 9 umgeben, die auch die Hochspannungszuführung
6 umhüllen. Die Umhüllungen sind in bekannter Weise durch einen nicht gezeigten
isolierenden Spalt unterbrochen, damit sie keine Kurzschlußwindungen darstellen.
Diese leitenden, aus Drahtgeflecht bestehenden Umhüllungen besitzen Kanten, die
mit Wulstringen 10, 11 an der hinteren Stirnseite der Hochspannungswicklung, mit
Wulstringen 12, 13 an der vorderen Stirnseite und mit Wulstringen 14, 15 in der
Durchführung 5 versehen sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig.1 nur
eine Spule und eine Umhüllung. nämlich Teil t und Teil 9, räumlich dargestellt.
Im Gießharzkörper 4 ist ferner in an sich bekannter Weise ein Querdurchgang 16 vorgesehen,
der zur Aufnahme des Kerns und gegebenenfalls auch der Unterspannungswicklung des
Spannungswandlers dient.
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Die als Kegelstümpfe ausgeführten Spulen 2 und 3 umgeben sich derart
koaxial, daß sie gegenläufig ineinandergesteckt sind. Zur Reihenschaltung der Spulen
sind die nächstliegenden Stirnseiten benachbarter Spulen durch Verbindungsdrähte
17 und 18 miteinander verbunden, so daß zwischen den nächstliegenden Stirnseiten
benachbarter Spulen nur eine kleine Potentialdifferenz und zwischen den weiter abliegenden
Stirnseiten benachbarter Spulen eine große Potentialdifferenz herrscht. Der Abstand
benachbarter Spulen ist daher, über die Spulenlänge gesehen, in Abhängigkeit von
der Spannung zwischen den Spulen an der jeweiligen Stelle gewählt, so daß ein möglichst
kleiner Durchmesser für die Hochspannungswicklung erhalten wird.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind Länge und Anordnung der
einzelnen im Pilgerschritt gewickelten Spulen in Achsrichtung so gewählt, daß die
Hochspannungswicklung trapezförmigen Querschnitt besitzt. Man erkennt, daß infolge
der nach der Außenseite der Wicklung abnehmenden Längen der einzelnen Spulen 1,
2 und 3 und infolge ihrer entsprechenden
Anordnung in Achsrichtung
die Hochspannungswicklung die für eine Trapezwicklung charakteristischen geneigten
Stirnseiten aufweist.
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Bei Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Hochspannungswicklung beispielsweise
in einem Wandler kann dieser auch im Freien aufgestellt werden, wenn der Gießharzkörper
in an sich bekannter Weise durch eine geeignete Feuchtigkeitsabdichtung gegen Witterungseinflüsse
geschützt ist, so daß ein in jeder Hinsicht vorteilhafter Wandler mit geringster
Störanfälligkeit entsteht.