[0001] Die Erfindung betrifft ineinandergewickelte Spulen mit verstärkt isolierter Mantelfläche
im Eingangsbereich, bei denen zusätzlich mindestens je zwei Windungen am Innen- und
Außenrand gegeneinander zusätzlich so isoliert sind, daß eine Kante durch diese Zusatzisolierung
winkelförmig umfaßt ist und daß die Windungskapazität zwischen Windungen mit Normalisolierung
höher ist als zwischen Windungen mit Zusatzisolierung.
[0002] Durch diese Anordnung ist die Feldstärke in den am höchsten beanspruchten Ölzwickeln
zwischen Rand- und Nachbarwindungen durch Verkleidung mit fester Isolierung vom Leiter
weg verschoben und erreicht dabei die Größenordnung der Feldstärke an den verstärkt
isolierten Kanten an der Mantelfläche. Die hierbei eingesetzten Formringe, beispielsweise
mit U- oder L-förmigem Querschnitt, stellen einen verhältnismäßig hohen Aufwand dar,
der nur für sehr hohe Spannungen gerechtfertigt ist. Dies gilt auch dann, wenn die
Formringe durch zusätzliche Ummantelung der Wickelleiter mit Isolierpapier hergestellt
sind und die Randleiter allseitig umgeben.
[0003] .Bei nicht so extrem hohen Spannungen kann schon in Hochspannungswicklungen ohne
verstärkt isolierte Mantelflächen die Belastung der Kantenisolierung an der Mantelfläche
der Wicklung niedriger sein als die Belastung durch die Spannung zwischen benachbarten
Windungen. Auch hierbei ist durch die Zusatzisolierung eine große Sicherheit_gegen
Längsüberschläge wie gegen die im wesentlichen durch die Normalisolierung der Leiter
erreichte Sicherheit gegen Durchschläge zwischen benachbarten Windungen einstellbar.
Der Aufbau der Zusatzisolierung aus Formringen ist hierbei jedoch im Verhältnis noch
aufwendiger als bei Wicklungen mit verstärkt isolierten Mantelflächen.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Hochspannungswicklungen aus Scheibenspulen
in Transformatoren mit und ohne verstärkte Isolierung der Wicklungsmantelflächen eine
Anordnung und Gestaltung von Scheibenspulen anzugeben, in denen die Sicherheit der
Isolierung gegen Längsüberschläge über mehrere Scheibenspulen etwa gleich der Sicherheit
der Windungs- und der Spulenisolierung gegen Durchschläge ist, ohne dabei einen nennenswerten
Mehraufwand zu erfordern.
[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für eine Scheibenspulenwicklung gemäß der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß die Zusatzisolierung auf ein im Querschnitt etwa
rechteckiges Abstandsstück reduziert ist, das radial zwischen den zusätzlich zu isolierenden
Windungen liegt und dessen Breite in Achsrichtung gleich der entsprechenden Breite
des mit Normalisolierung belegten Wickelleiters ist.
[0006] Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung ist die Summe der radialen Abmessungen
der Zusatzisolierungen je Scheibenspule gleich der radialen Stärke des normal isolierten
Wickelleiters oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon. Dabei nimmt zur Gewährleistung
der Wirtschaftlichkeit der durch die Zusatzisolierung erzeugte Metallabstand der radial
benachbarten Windungen in den vom Hochspannungseingang der Wicklung entfernten Scheibenspulen
entsprechend der abnehmenden Stoßbeanspruchungen ab.
[0007] Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung besteht die Zusatzisolierung aus
Isolierstreifen oder aus Kühlkanalleisten oder aus einer Kombination dieser Formen,
wobei eine abgestufte Isolierung entsteht, an der bei Stoßspannungsbeanspruchungen
die Feldstärken im Öl an den Spulenrändern und zwischen den Windungen annähernd gleich
sind.
[0008] Die erfindungsgemäße Ausbildung der Wicklung ist sehr vorteilhaft, weil sie durch
Vereinfachung eine wirtschaftliche Gestaltung und Anwendung der in Sonderfällen erforderlichen
Zusatzisolierung gewährleistet.
[0009] Sieben Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand prinzipieller Darstellungen
in einer Zeichnung näher erläutert. Dabei sind von Scheibenspulenwicklungen jeweils
dem Hochspannungswicklungseingang benachbarte Scheibenspulen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Zusatzisolierung gleicher Gesamtstärke in jeder von drei Scheibenspulen;
Fig. 2 eine Zusatzisolierung mit abnehmender Stärke, jedoch gleicher Anzahl von zusätzlich
isolierten Windungen in jeder von zwei Scheibenspulen;
Fig. 3 eine Zusatzisolierung an allen Windungen in zwei Scheibenspulen;
Fig. 4 eine nach Stärke und Stückzahl abgestufte Zusatzisolierung in drei Scheibenspulen,
die zusätzlich auch in axialer Richtung Zusatzisolierungen aufweisen und
Fig. 5, 6 und 7 eine Zusatzisolierung gleicher Stärke für gleiche Anzahlen von Windungen
in je zwei Scheibenspulen.
[0010] Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
[0011] 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 werden.
[0012] Zwischen einander benachbarten Windungen liegt 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 Spannungsdifferenz bei Stoßspannung beträgt ein Mehrfaches
dieses linearen Anteils. Bei der Differenzbildung ist lediglich zu berücksichtigen,
daß an den eingezeichneten Verbindungen, welche die Leiter mit um eins unterschiedlichen
Ziffern verbinden, diese Differenz Null ist. Daher ist bei der Differenzbildung zwischen
Nachbarleitern die Anzahl der dazwischenliegenden Verbindungen abzuziehen. Für den
so errechneten linearen Anteil der Spannungsdifferenz ist die auf die Wickelleiter
aufgebrachte durchgehende Isolierung 70 so ausgelegt, daß sie nicht durchschlagen
werden kann. Ausschließlich unter diesem Gesichtspunkt dimensionierte Isolierungen
70 schließen Vorentladungen in den einzelnen Ölzwickeln zwischen den Isolierungen
benachbarter Windungen nicht aus.
[0013] Zur Vermeidung der kritischen dieser Vorentladungen und zur Verbesserung der Spannungsfestigkeit
der aus Scheibenspulen aufgebauten Hochspannungswicklung dienen Zusatzisolierungen
71 bis 73, deren radiale Stärke mit steigenden Bezugszeichen abnimmt. Durch die Anordnung
dieser Zusatzisolierungen werden die Sicherheit der Isolierungen zwischen einander
benachbarten Windungen, zwischen einander benachbarten Scheibenspulen, sowie die Spannungsfestigkeit
zwischen weiter auseinanderliegenden Scheibenspulen harmonisiert und optimiert.
[0014] - Kritische Vorentladungen, die radial bis zur Mantelfläche vorlaufen können und
dann weiter axial längs der Mantelfläche und somit Längsüberschläge einleiten können,
sind nur zwischen Rand- und Nachbarleitern möglich. Bei den Ausführungsbeispielen
gemäß der Figuren 2, 5, 6 und 7 sind daher nur dort Zusatzisolierungen 71 bis 73 vorgesehen.
Damit aber nicht die zwischen den übrigen Leitern auftretenden nicht kritischen Vorentladungen
wegen hoher axialer Feldkomponenten den Kühlkanal überbrücken und dadurch kritisch
werden, muß die Kanalisolation entsprechend reichlich dimensioniert werden. Dies erfolgt
beispielsweise durch Vergrößerung der radialen Kühlkanäle oder durch eine Anordnung
gemäß Figur 4, in der axial zwischen einander benachbarten Scheibenspulen scheibenförmige
Zusatzisolierungen 74 vorgesehen sind, die eine weitere Harmonisierung und Optimierung
der vorgenannten Spannungsbelastungen ermöglichen.
[0015] In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit scheibenförmigen Zusatzisolierungen
74 dargestellt, bei dem außerdem die den Mantelflächen der Scheibenspulen zugekehrten
Ecken durch Winkel 75 verstärkt isoliert sind und in denen die Scheibenförmigen Zusatzisolierungen
74 gleichzeitig die Funktion von Ausgleichsscheiben haben.
[0016] Die radial zwischen einander benachbarten Windungen angeordneten Zusatzisolierungen
71 bis 74 verringern insbesondere die Feldstärke des elektrischen Feldes in von einander
benachbarten Wickelleiterkanten gebildeten Ölzwickeln und gewährleisten dadurch, daß
in diesen Ölzwickeln mögliche Vorentladungen erst bei wesentlich höheren Spannungsbelastungen
einsetzen und ermöglichen infolge der unveränderten Normalisolierung der Wickelleiter
trotzdem eine praktisch unverändert gleich gute Kühlung derselben.
[0017] Vorteilhafterweise ist in Scheibenspulen,die infolge ihres Abstands vom Hochspannungseingang
weniger Zusatzisolierungen 71 bis 73 erfordern und deren radiale Abmessungen dadurch
kleiner sind als bei Scheibenspulen mit sehr starken Zusatzisolierungen 71 bis 73,
die Anzahl der Windungen erhöht.
[0018] Die üblicherweise gleichzeitig gewickelten zwei . Wickelleiter in den Scheibenspulen
geben dann nicht an allen Umfangsstellen eine geradzahlige Windungszahl wenn die Verbindungen
von Scheibenspule zu Scheibenspule am Umfang entsprechend versetzt sind. Deshalb sind
einmal die Windungszahlen in den einzelnen Scheibenspulen nicht alle geradzahlig.
Zum anderen ist in den AusfUhrungsbeispielen gemäß Figur 1 bis 5 ohne Beachtung der
räumlichen Lage der von Scheibenspule zu Scheibenspule führenden Verbindungsleiter
nicht klar die Voraussetzung erkennbar, an welchen Stellen kritische Vorentladungen
zum Ausbreiten längs der Wicklungsmantelfläche und zum Längsüberschlag zu erwarten
sind. Diese Voraussetzungen sind aber in der Darstellung gemäß Figur 6 längs einer
punktierten Linie erfüllt, längs der dann auch ein Längsüberschlag einsetzen wird.
[0019] Die Wirkung der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß entsprechende Stellen,bei
denen Längsüberschlagsvoraussetzungen vorliegen, bei allen ineinandergewickelten Spulen,
insbesondere in Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 5, an irgend einer nicht
gezeichneten Stelle vorkommen. So ist z.B. der in Figur 6 dargestellte Wicklungsquerschnitt
eine nicht gezeichnete Umfangsstelle der Anordnung gemäß der Figur 5, sonst aber identisch
mit dem in Figur 5 dargestellten Wicklungsquerschnitt.
1. Scheibenspulenwicklung aus ineinandergewickelten Einzel-oder Doppelspulen, in denen
die Isolierung mindestens in den am Wicklungseingang liegenden Spulen ausgehend von
der inneren und der äußeren Mantelfläche zwischen mindestens je zwei Windungen durch
Zusatzisolierungen verstärkt ist, die mindestens eine Kante dieser Windungen schützen,
so daß die Windungskapazität zwischen von Zusatzisolierungen freien Windungen höher
ist als die Windungskapazität zwischen den mit Zusatzisolierung ausgerüsteten Windungen,
- dadurch gekennzeichnet , daß die Zusatzisolierung (71 bis 73) auf ein im Querschnitt
etwa rechteckiges Abstandsstück reduziert ist, das radial zwischen den zusätzlich
zu isolierenden Windungen (1 bis n) liegt und dessen Breite in Achsrichtung gleich
der entsprechenden Breite des mit Normalisolierung belegten Wickelleiters ist.
2. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Summe
der radialen Abmessungen der Zusatzisolierungen (71 bis 73) je Scheibenspule gleich
der radialen Stärke des normal isolierten Wickelleiters oder einem ganzzahligen Vielfachen
hiervon ist.
3. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der
durch die Zusatzisolierung (71 bis 73) erzeugte Metallabstand zwischen radial benachbarten
Windungen mit zunehmendem Abstand der zugehörigen Scheibenspulen vom Hochspannungseingang
der Wicklung abnimmt.
4. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die
Zusatzisolierung (71 bis 73) aus massiven Isolierstreifen oder Kühlkanalleisten oder
einer Kombination dieser beiden Formen bestehen.
5. Scheibenspulenwicklung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß scheibenförmige
Zusatzisolierungen (74) oder Ausgleichsscheiben aus Isolierstoff in axialer Richtung
zwischen benachbarten Scheibenspulen so angeordnet sind, daß ein radialer ölkanal
zwischen zwei benachbarten Scheibenspulen mit unterschiedlicher radialer Ausdehnung
die gleiche axiale Höhe hat wie zwischen Scheibenspulen mit einander gleicher radialer
Ausdehnung (Fig. 4 und 7).