DE1911682A1 - Isolationsanordnung fuer Wicklungen statischer Hochspannungs-Induktionsgeraete - Google Patents

Description

• "Isolationsanordnung für Wicklungen statischer Hochspannungs- Induktionsgeräte" Französische Priorität vom 12. März 1968 aus der französischen Patentanmeldung Nr.2805 (Belfort) Die Erfindung betrifft eine Isolationsanordnung für Wicklungen statischer Hochspannungs-Induktionsgeräte mit um die Windungen konzentrischen Schichten. Eine solche Isolationsanordnung muß zwischen den Wicklungen derartiger Geräte und den umgebenden Metallmassen vorgesehen werden.
• Es ist bekannt, daß zwischen den Wicklungen und den metallischen Massen ein ausreichender Zwischenraum gelassen werden muß, damit der Potentialgradient des elektrischen Feldes vereinbar mit den Kräften bleibt, die die in diesem Zwischenraum angeordneten Isolationsstäbe ertragen können, und damit das magnetische Streufeld nicht in diesen metallischen Massen zusätzliche unzulässige Verluste hervorruft.
• Im Fall einer aus konzentrischen Windungslagen gebildeten Wicklung verlaufen die Äquipotentiallinien an den axialen Enden nicht senkrecht zur Achse, d.h. sie sind weder zu dem am Ende der Achse befindlichen metallischen Massen noch demzufolge den zwischen diesen Massen und der Wicklung eingeschobenen Isolationsstäben parallel.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Isolationsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die notwendigen elektrischen Abstände zwischen einer Hochspannungswicklung und den umgebenden Massen verringert werden können, ohne gleichzeitig auf magnetischen Streufluß zurückzuführende zusätzliche Verluste in den die Wicklungen umgebenden Teilen, insbesondere in der senkrechten Wand des das Gerät enthaltenden Behältern zu erhöhen. Diese Aufgabe ist bei der hier vorgeschlagenen Isolationsvorrichtung vor allem dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß um die Wicklung konzentrisch zu ihr metallische Armaturen gegenüber einem imaginären Zylinder mit gleicher Achse wie die Wicklung und etwas größerem Durchmesser als der Außendurchmesser der Wicklung derart angeordnet sind, daß sich auf Grund der Kapazität der Armaturen untereinander in dem um die Wicklung herum befindlichen Zwischenraum; eine Spannungsverteilung einstellt, die symmetrisch zur Spannungsverteilung zwischen den Wicklungslagen ist.
• Eine vorteilhafte Ausführungorm der erfindungsgemäßen Isolationsanordnung besteht darin, daß die metallischen Armaturen aus einem magnetischen Werkstoff hoher Permeabilität bestehen und einen ausreichenden Querschnitt besitzen, um nicht magnetisch gesättigt zu sein.
• Weitere Merkmale und durch sie erzielte Vorteile gehen aus der Beschreibung der Zeichnung hervor, in der die Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch das obere Ende einer in bekannter Weise isolierten Wicklung eines statischen elektrischen Gerätes und Fig. 2 eine beispielsweise gewählte Ausführungsform der er findungsgemäßen Isolatioasanordnung in einer der in Fig. 1 dargestellten-ähalichen Wicklung.
• Die in Fig. 1 in einer radialen Ebene im Schnitt dargestellte Wicklung besteht aus einer gewissen Anzahl konzentrischer Windungslagen C1, C 2, ... C 5. Eine Äquipotentialarmatur A befindet sich auf dem Potential der äußersten Windung der Lage C 5 und ist durch eine Krümmung passenden Durchmessers abgeschlossen.
• Die umgebenden metallischen Massen sind folgende: Der Kern M 1 des magnetischen Kreises, das obere Joch M 2 und eine Masse M 3, die die benachbarte Spalte, von der angenommen wird, daß sie an Masse liegt, oder die senkrechte Wand des das Gerät enthaltenden Behälters sein kann.
• Die Bahn der Äquipotentiallinien (gestrichelte Linien) des elektrischen Feldes, das beim Betrieb oder während einer Untersuchung durch die in der Wicklung induzierte Spannung hervorgerufen wird, zeigt insbesondere, daß diese Äquipotential linien nicht parallel zur Masse M 2 verlaufen, sondern stark geneigt sind. Daraus leitet man ab, daß die zwischen der Wicklung und der Masse M 2 parallel zu dieser angeordneten Isolationsstäbe von einem elektrischen Gradienten elektrisch belastet werden, dessen Horizontalkomponente nicht vernachlässigbar ist. Diese Isolationsstäbe sind daher nicht in der günstigsten Form elektrisch belastet, da ein solcher Isolationsstab besser dem Durchschlag widersteht, wenn er einer senkrecht zu seiner Oberfläche stehenden elektrischen Kraft unterworfen ist, als wenn diese im Nebenschluß verläuft, d.h. wenn der Isolationsstab einer zu seiner Oberfläche parallelen elektrischen Kraft unterworfen ist.
• In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Isolationsanordnung für den Fall einer in Fig. 1 dargestellten Wicklung veranschaulicht. Eine Anordnung von äquipotentialen metallischen Armaturen A 1, A 2 ... A 5 umgibt die Wicklung C 1, C 2 ... C 5 und spielt die Rolle dessen elektrischen Abbildung gegenüber einem Zylinder, der die gleiche Achse haben Wurde, die in der in der Zeichnung dargestellten radialen Ebene durch die Gerade E dargestellt ist.
• Zur Vereinfachung der Zeichnung wurden nicht die Isolationen dargestellt, die in die Wicklung eingefügt wurden und sich außerhalb dieser befinden.
• Die radialen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Armaturen A 1, A 2 ... A 5 und die axialen Längen dieser Armaturen sind derart berechnet, daß die Konfiguration des magnetischen Feldes so nahe wie möglich an der idealen Konfiguration liegt, die die Isolationsstäbe nahezu einheitlich Durchschlagkräften aussetzt. Dieses Ergebnis wird erhalten, wemjdie Äquipotentiallinien in-der Ebene der Fig. 2 möglichst parallel zum Verlauf jeweils der Masse M 2 und der Masse M 3 verlaufen. Dafür sind die radialen Abstände zwischen den Armaturen A 1 , A 2 ... A 5 derart berechnet, daß durch die kapazitive Spannungsverteilung sich jede Armatur auf dem mittleren Potential der entsprechenden Wicklungslage C 1, C 2 ... C 5 befindet. Die Längen der Armaturen A 1, A 2 ... A 5 sind jeweils gleich der Länge der entsprechenden Wicklungslage -C 1, C 2 ... C 5.
• Um ebenfalls eine gute Regelung des magnetischen Streuflusses zu gewährleisten, sind die Armaturen A 1, A 2 ... A 5 vorteilhafterweise aus einem magnetischen Werkstoff mit großer Permeabilität gebildet und besitzen einen ausreichenden Querschnitt, damit die magnetische Sättigung dieses Werkstoffs nicht erreicht werden kann. Diese Regelung des magnetischen Streuflusses ist sehr bedeutend bei Transformatoren für sehr hohe Spannungen und sehr große Leistungen.
• Binde weitere Vervollständigung der Regelung des elektrischen Feldes kann noch erreicht werden durch die Kombination der in der im vorhergehenden beschriebenen Art angeordneten -Armaturen mit Armaturen B 1, B 2 ... B 5, die in an sich bekannter Weise axial zwischen den oberen Enden der Wicklungslagen C 1, C 2 ... C 5 und der Maste M 2 angeordnet sind.
• Diese Armaturen B 1, B 2 ... B 5 liegen jeweils auf dem Potential der äußersten Windung der benachbarten Widdungslage C1, C 2 ... C 5 durch nicht dargestellte Verbindungen.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   Di. Isolationsanordnung für Wicklungen statischer Induktionsgeräte mit um die Windungen konzentrischen Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß um die Wicklung (C 1, C 2, ..) konzentrisch zu ihr metallische Armaturen CA 1, A 2, ...) gegenüber einem imaginären Zylinder mit gleicher Achse (E) wie die Wicklung und etwas größerem Durchmesser als der Außendurchmesser der Wicklung derart angeordnet sind, daß sich auf Grund der Kapazität der Armaturen untereinander in dem um die Wicklung herum befindlichen Zwischenraum eine Spannungsverteilung einstellt, die symmetrisch zur Spannungsverteilung zwischen den Wicklungslagen ist.
2. 2. Isolationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Armaturen (A 1, A 2, ...) aus einem magnetischen Werkstoff hoher Permeabilität bestehen und einen ausreichenden Querschnitt besitzen, um nicht magnetisch gesättigt zu sein.