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Bezeichnung : AUs Scheibenspulen aufgebaute Zylinderwicklung für Hochspannungstransformatoren
Die Erfindung betrifft eine aus Scneibenspulen aufgebaute Zylinderwicklung für Hochspannungstransformatoren,
die zumindest im Bereich einer de beiden Stirnseiten stirn-, innen- und außenseitig
von Kühlkanälen umschlossen ist und deren Leiter angenähert rechteckigen Querschnitt
aufweisen.
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Derartige Zylinderwicklungen sind bekannt. Um bei derartigen Wicklungen
einerseits die Feldstärke an den Ecken der Wicklung im allgemeinen also an dem inneren
und äußeren Leiter der- endseitigen Scheiben spule herabzusetzen und um bei Belastung
durch Stoßspannungen zusätzliche Koppelkapazitäten zumindest über die äußerste Scheibenspule
zu schaffen, wird nach dem Stand der Technik endseitig auf die Stirnseite der Wicklung
ein die äuäußerste Scheibe,nspule im wesentlichen abdeckender Schirmring aufgelegt1
der zumindest außenseitig metallisch leitend und mit einer Isolierung umgeben ist.
Der Querschnitt dieses Schirniringes ist auf der der Wicklung abgelegenen Seite
zumindest an dem Innen- und Außenrand mit einem moglichst großen Radius abgerundet.
Aufgrund dieser Abrundungen werden hohe Kantenfeldstärken vermieden.
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Weiterhin schafft der Schirmung infolge seiner Kapazitäten zu den
einzelnen
Windungen der endseitigen Scheibenspule Koppelkapazitäten,
die im lau von Stoßspannungen die Gefahr von Durcilschlägen mildern. Nachteilig
an der bekannten Ausführung ist, daß ein solche Schirmring eine erhebliche Bauhöhe
in axialer Richtung voraussetzt, um überhaupt die gewünschten Rundungen vorsehen
zu können. Darüber hinaus deckt ein solcher, vorzugsweise als Isolierstoffring mit
metallischer Ummantelung ausgebildeter Schirmring die anliegende Fläche der endseitigen
Scheiben spule ab, so daß dieses Scheibenspule schlecht gekühlt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile
zu vermeiden, gleichwohl aber eine Feldstärkenverteilung ohne gefährliche Überhöhungen
und eine hinsichtlich einer Belastung der Stoßsparnungen geeigneten Kapazitätsverteilung
zu erhalten.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die innerste
und die äußerste Windung der bzw. beider an der von Kühlkanälen umschlossenen Stirnseite(n)
endseitig gelegenen Scheibenspule verstärkt isoliert sind und einen von dem~der
übrigen Windungen abweichenden Sonderleiter-Querschnitt haben, so daß deren die
Ecke des Wicklungsquerschnitts bildende Kante mit einem großen Radius abgerundet
ist und daß zumindest ein mit dem Wicklungseingang elektrisch leitend verbundener
Sapazitätsring in der endseitig oder nächst gelegenen Scheibenspule zwischen Windungen
auf der dem Wicklungseingang abgelegenen Innen- bzw. Außenseite vorgesehen ist.
Vorgenannte Anordnung
ersetzt den Schirmring, ohne dessen Vorteile
preiszugeben. Indem die innere und die äußere Windung der endseitigen Scheibenspule
an der aus der gesalilten Wicklung herausweisenden Ecke stark abgerundet ist, wird
eine überhöhte Kantenfeldstärke vermi eden. Indem nun weiterhin zumindest ein Kapazitätsring
zwischen den Windungen eine der beiden ersten Scheibenspulen eingelegt wird, entstehen
zu den benachbarten Windungen Kopplekapazitäten,die bei Beanspruchung durch eine
Stoß spannung das Potential der benachbarten Windungen an das Potential des Wicklungseinganges
angleichen und somit eine gleichmäßige Potentialverteilung auf der Eingangsseite
der Wicklung schaffen. Diese Vorteile werden mit einem sehr geringen Aufwand erzielt,
insbesondere wird vermieden, daß die Bauhöhe um die Stärke des Schirmrings vcrgröRert
wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann ein Winkelring aus Isoliermaterial
vorgesehen werden, dessen einer Schenkel auf der Stirnseite der Wicklung gegen die
äußere Scheibenspule anliegt und dessen anderer Schenkel die Innenseite der äußeren
Scheiben spule und zumindest einen Teil der Innenseite der danebenliegenden Sclieibenspule
überdeckt, Dieser Isolierring erhöht die Durchschlagsfestigkeit in einem besonders
kritischen Bereich auf doppelter Weise. Zunächst stellt der Wickeiring sclbst aufgrund
seiner Durchschlagsfestigkeit ein die Wicklung schützendes Element dar. Weiterhin
unterteilt er die Strecken im Kühlmittel zwischen der Außenseite der jeweiligen
Windungsisolation einerseits und den übrigen Kühlkanälen sowie den dahinterliegenden
Isolationsschichten andererseite
und erhöht die Festigkeit der
insbesondere im Bereich von Zwickeln durchschlagsgefährdeten Strecken.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus den Ansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird.Es
zeigen: Fig. 1 das stirnseitige, Ende einer Zylinderwicklung samt den anliegenden
Kühlkanälen und der Isolation als Längsschnitt.
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Fig.2 die Darstellung des stirnseitigen Endes einer Zylinderspule
gemäß Fig. 1 mit einer Ansicht der Stirnseite der obersten Scheibenwicklung und
der zugehörigen Isolation in teilweise schnittbildlicher Darstellung, in axialer
Richtung gesehen.
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Der in Fig. 1 dargestellt Teil einer Zylinderwicklung gemäß der Erfindung
weist zwei Scheibenspulen s 10 und 11 auf, die stirn-, innen- und außenseitig von
Kühlkanälen 12,13,14 umschlossen sind. Die Kühlkanäle werden durch einliegende Distanzstücke
15,16,17 aus Isoliermaterial festgelegt. Die endseitige Scheibenspule 10 besitzt
eine als Sonderleiter 20 ausgebildete äußere Windung und eine als Sonderleiter 21
ausgebildete innere Windung. Der Sonderleiter 20 ist über eine nicht dargestellte
Ausführung mit dem Wicklungseingang verbunden. Die Sonderleiter 20 und 21 sind an
ihrer aus demWicklungsquerschnitt herausweisenden Kante mit einer Rundung 22 bzw.
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von großem Radius versehen, um hier überhöhte Kantenfeldstärken
zu vermeiden. Zusätzlich weisen die Sonderleiter eine verstärkte Isolationsschicht
24 bzw. 25 auf, die der Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit dient. Die Länge des
Sonderleiterquerschnitts in axialer Richtung ist gegenüber der der übrigen Windungen
soweit vrringert, daß der isolierte Sonderleiter in axialer Richtung die gleiche
Abmessung wie die übrigen-Windungen aufweist.
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Zwischen derninneren Sonderleiter 21 und der benachbarten alctiven
Windung ist ein Kapazitätsring 30 eingefügt, der mitsamt seiner Isolation die gleiche
Querschnittsabmessung in axialer Richtung wie jede der übrigen Windungen auSweist.
Der Kapazitätsring 30 ist elektrisch leitend mit dem die Eingangwindung bildenden
Sonderleiter 20 verbunden, wie die strichpunktierte Linie 31 darstellt. Infolge
seiner engen Anlage gegen den Sonderleiter 21 einerseits und die vorangehende alctive
Windung andererseits bildet der Kapazitätsring in diesem Bereich der Scheibenspule
- große Koppelkapazitäten aus, die im Falle einer Belastung durch Stoßspannungen
das Potential dieses Teils der Scheibenspule - an das des Wicklungseingangs annähern.
Es ist hierzu nicht notwendig, daß der Kapazität ring direkt am Sonderleiter anliegt,
vielmehr kann er auch weiter in die Scheibenwicklung hinein verlegt werden, beispielsweise
um ein oder zwei Windungen. So wird insbesondere dann eine vorteilhafte Spannungsverteilung
bei St oB spairnungsbelastung erzielt, wenn etwa zwei Drittel der Scheibenwicklung
zwischen
Wicklungseingang und Kapazitätsring und ein-lDrittel außerhalb dieser beiden miteinander
verbundenen Leiter liegt.
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Im letztgenannten F'all wird dann das Potential des vom Wicklungseingang
abgelegenen Sonderleiters 21 etwa die höhe erreichen, die in der Mitte zwischen
dem Wicklungseingang in Form des Sonderlciters 20 und dem Kapazitätsring 30 anzusetzen
ist. Nit Vorteil kann der Kapazitätsring 30 auch in die nachfolgende Scheiben spule
11 Verlegt werden, wodurch sich die Koppelkapazitäten nicht nur zu den benachbarten
Windungen, sondern auch zu den nächst liegenden Windungen der Scheibenspule 10 und
schließlich zu den auf der anderen Seite liegenden Windungen der nicht mehr dargestellten
dritten Scheiben spule ergeben. Zu beachten ist hierbei jeweils, daß der Kapazitätsring
mehr zur Innenseite der Spule hin liegen soll, wenn der Eingang außen ist und umgekehrt.
Für eine gleichmäßigere Potentialsverteilung für den Stoßspannungsfall können auch
zusätzliche Kapazitätsringe oder mehrere der vorgenannten Art vorgesehen werden.
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Etwa in der Mitte der Scheibenwicklung 10 ist der Querschnitt eines
Distanzrings 32 aus Isolierstoff zu erkennen. Dieser ist dazu bestimmt, Ungleichmäßigkeiten
des Platzbedarfs längs des Umfangs auszugleichen, wie anhand der Fig. 2 nälier dargestellt
werden wird. Der Distanzring ist in der Mitte angeordnet, um einerseits den Wärmeabfluß
aus den Windungen zu den IP5hlkanälen hin nicht zu stören und andererseits, um die
Kette der Kopplungskapazitäten zwischen den Windungen nur dort zu
schwächen,
wo die Koppelkapazität infolge des gleichen Abstands zum Kapazitätsring 30 einerseits
und Sonderleiter 20 andererseits nicht benötigt wird.
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Weiterhin ist in Fig. 1 der Querschnitt eines Winkelringes 33 zu erkennen,
der die Stirnseite der endseitigen Scheiben spule 10 und die Innenseiten der Scheibenspulen
10 und 11 abdeckt.
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Dieser 'Winkelrxng bewirkt zunächst unmittelbat infolge seiner Durchschlagsfestigkeit
einen Schutz der innenliegenden Windungen.
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Weiterhin ist zu beachten, daß an der Außenseite der Windungen einschließlich
der Soncrlciter wie auch des Kapazitätsrings 30 zwickelförmige Räume entstehen,
die zu Durchschlägen führen könnten. Derartige Durchschlagsstrecken im gefährdeten
Bereich werden durch den Winkelring 33 unterbrochen, so daß einmal aufgetretene
Teildurchschläge nicht in den benachbarten Kühlmittelkanal 13 bzw. 12 durchbrechen
können. Außenseitig ist die Zylinderwicklung außerdem in bekannter Weise etwa durch
eine Papierisolierung 35 bzw. 36 geschützt.
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Zwischen der Scheiben spule 10 und der Scheibenspule 11 sind Kiihlkanäle
37 ausgebildet, die sich nach außen ausweiten. Die Ausweitung gleicht die Feldstärkeverteilung
zwischen den Spulen aus, da die beiden gezeigten Spulen innenseitig nur die Spannungsdifferenz
einer Windungsspannung, außenseitig dagegen der Summe der Windungspannungen aufweisen.
Wie in der Zeichnung dargestellt, wird der Anordnung der Sturzwicklung entsprechend
diese Aufweitung.zur nachfolgenden Spule hin ausgeglichen. Der Kühlkanal 37 dient
im vorliegenden Fall nicht nur der Isolation der Scheibenspulen
und
deren Kühlung, sondern auch der Ausleitung 31 des Kapazitätsrings 30. Die elektrisch
leitende Verbindung mit dem Wicklungseingang braucht dabei nicht direkt mit dem
Sonderleiter 20 zu erfolgen, vielmehr ist es mit Rücksicht auf die Isolierung der
Leiter einfacher, den Wicklungseingang und die Ausleitung 31 herauszuführen und
außenseitig miteinander zu verbinden.
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In Fig. 2 sind zunächst außenseitig die ringförmigen Isolations-und
Stützteile 35 und 36 zu erkennen, an die sich die Kühlkanäle 13 und 14 anschließen.
Weiter innenliegend folgen die Sonderleiter 20 und 21, daran anschließend auf der
Außenseite die Windungen des im übrigen verwandten Quer schnitts, auf der Innenseite
der Kapazitätsring 30 und dann die übrigen Windungen. In einem mittleren Bereich
ist der Distanzring 32 zu erkennen. Der dargestellte Bereich zeigt den vom übrigen
Umfang abweichenden Teil mit den Ein- und Oberleitungen, der übrige Umfangsbereich
ist leicht vorstellbar, wenn man sich die am oberen und unteren Zeichnungsrand abgebrochenen
Linien weitergeführt und zu einem geschlossenen Ring ergänzt denkt.
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Auf der Innenseite der Wicklung fällt zunächst auf, daß in einem Bereich
40 Anfang und Ende des Sonderleiters 21 nebeneinanderliegen. In einer Lötstelle
41 ist der Sonderleiter 21 an die vorangehende Windung 42 angeschlossen und liegt
nach einem vollen Windung suml auf im Bereich 40 neben seinem Anfang, um dort in
einem
Etagenbogen in die erste Windung der Scheibenspule 11 überzugehen. Diese Ausleitung
des breiten Sonderleiters 21 erfordert besonderen Raum. Abhilfe schafft hier der
Kapazitätsring 30, der als nicht geschlossener Ring ausgebildet ist und mit seinem
freien Endc 43 in einem Abstand von dem mit der Ausleitung 31 verbundenen Ende 44
endet, so daß an dem zwischen liegenden Umfangsbereich ein Raum mit der radialen
Abmessung des Kapazitätsrings gewonnen wird. In Fig. 2 ist weiterhin zu erkennen,
wie der Kapazitätsring in radialer Richtung unter den übrigen Windungen hindurch
ausgeleitet wird und wie weiterhin die Ausleitung 31 des Kapazitätsrings 30 neben
der Ausleitung 45 des Sonderleiters 20 liegt. Dabei kann die Ausleitung 31 des Kapazitätsrings
30 weitgehend unter den Übergangsbogen eingeschmiegt werden, der sich am Ubergang
von der ersten in die zweite Windung ergibt. Dieser Uebergang wird noch von dem
Sonderleiter ausgeführt, um am ganzen Umfang einen abgerundeten Eckleiter zu erhalten.
Erst nachdem der Sonderleiter 20 an der Ausleitung 45 zum Wicklungseingang vorbeigeführt
ist, wird er in einer Lötstelle an einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt
mit leicht abgerundeten Ecken in einer Lötstelle 46 angeschlossen. Auch hier entsteht
durch die nebeneinanderliegenden Sonderleiterquerschnitte ein besonderer Raumbedarf.
Diesem wird dadurch entsprochen, daß der Distanzring 32 zwischen zwei etwa in der
Mitte der Scheibenwicklung gelegene Windungen eingelegt wird, wobei er jedoch an
den Enden sich in radialer Richtung verjüngend ausläuft und überdies. einen gewissen
Umgangs
bereich freigibt.
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In Fig. 2 ist auch der Winkel ring 33 als Doppellinie zu erkennen.
Dessen Funlction im dargestellten Bereich wird besonders deutlich, wenn man bedenkt,
daß in dem Bereich 40 Anfang und Ende des Sonderleiters 21 in der Draufsicht zwar
parallel verlaufen, dennoch aber durch den axialen Versatz zur benachbarten Scheiben
spule hin in axialer Richtung auseinanderlaufen. Es entsteht also gerade in dem
Bereich 40 ein abgesetzter Kantenquerschnitt der Gesamtçicklung. Indem der Winkelring
33 diesen Bereich abdeckt und mögliche Durchschlagsstrecken im Kühlmittel unterteilt,
erhöht sich die Durchschlagsfestigkeit der beschriebenen Zylinderwicklung.