CH346944A - Verfahren zur Herstellung von Hochspannungsspulen für Hochspannungstransformatoren - Google Patents

Description

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 Verfahren zur Herstellung von    Hochspannungsspulen   für    Hochspannungstransformatoren   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Hochspannungsspulen für Hochspannungstransformatoren, insbesondere solcher kleinerer Leistung von 0,5 bis 50    kVA.   



  Bei Transformatoren    grösserer   Leistung mit Spannungen in der Grössenordnung 100    kV   bis 150    kV   gegen Erde wird die Abmessung des Transformators vorwiegend durch das erforderliche Eisen- und Wicklungsvolumen und die notwendigen Anordnungen zur Kühlung von Eisen und Wicklungen bestimmt, während die Massnahmen zur Beherrschung der Spannung innerhalb des Transformators wegen der an sich grossen Abmessungen vergleichsweise konstruktiv besser zu bewältigen sind als bei kleinen Transformatoren des obengenannten Leistungsbereiches. 



  Transformatoren für die genannten hohen Spannungen bei kleinen Leistungen kommen vorwiegend in der Röntgentechnik vor, ausserdem als Prüf- und    Messtransformatoren.   Bei ihnen bestimmen die Massnahmen zur Beherrschung der Spannung vorwiegend die Abmessungen des Transformators und des    Isolier-      flüssigkeitsbehälters   und damit das Gewicht und die Kosten. 



  Die Hochspannungswicklungen von Transformatoren dieser Art werden in der Regel als    Lagenwick-      lungen   ausgeführt. Die    Fig.   1 der beiliegenden Zeichnung zeigt beispielsweise in vereinfachter Darstellung im Schnitt den Aufbau eines Teiles eines derartigen Transformators. Es sind dabei alle für die nachfolgende Erklärung nicht erforderlichen Einzelteile fortgelassen, und es ist angenommen, dass es sich um eine einpolig geerdete Hochspannungswicklung handelt. 



  In    Fig.   1 ist 1 die geerdete Begrenzung des Wicklungsfensters, die durch den Eisenkern oder die Wandungen des    Flüssigkeitsbehälters   gegeben sein kann, während 2 die    Unterspannungswicklung   darstellt. Die Fläche 3 ist durch die Hochspannungswicklung ausgefüllt, und    zwar   ist die Wicklung aus dünnen Lackdrähten, mit    ihrem   geerdeten Ende auf dem Isolierzylinder 4 beginnend, in    Lagenwicklungen   aufgebracht, während die zur    Lagenisolation   erforderlichen    Papierzwischenlagen   die Fläche 5 ausfüllen. Die    Lagenzahl   kann sehr hoch sein und 100 Ibis 200 betragen. 



  Die äussere Begrenzung der Wicklung 3 wird in der Regel entsprechend der Darstellung in    Fig.   1 gewählt, um die Feldstärke an der Spule klein zu behalten. 



  Macht man sich, z. B. durch Untersuchungen an Modellen im elektrolytischen Trog, ein Bild über die Potentialverteilung des Feldes in dem Raum zwischen Wicklung 3 und geerdeter Begrenzung 1, so erhält man    Äquipotentialflächen   6 der gezeichneten Form. 



  Während innerhalb der Spule 3 die Beanspruchung der    Isolierpapierbahnen   senkrecht zur Papierebene und damit in günstiger Weise    erfolgt,   tritt an den Stirnflächen der Spule, wie aus dem Potentialbild erkennbar ist, eine erhebliche    Tangentialbeanspru-      chung   der Papierbahnen auf. Nun ist die    überschlags-      festigkeit   in Richtung der Papierbahn auf der Trennfläche    Papier-Isolierflüssigkeit   wesentlich geringer als die Durchschlagsfestigkeit senkrecht zur Papierebene. Beispielsweise treten auf der Oberfläche von Papieren unter öl schon bei 3    kV/mm      Gleitfunken   auf, während die Durchschlagsspannung senkrecht zur Papierebene 40 bis 70    kV/mm   beträgt.

   Es .ist also leicht einzusehen, dass die zulässige Längsbeanspruchung an den    Stirnflächen,   insbesondere am äusseren    Teil   der Hochspannungswicklung 3, leicht überschritten werden kann, wenn man nicht durch konstruktive Massnahmen, wie zum Beispiel grössere Abmessungen oder grösseres Bauvolumen und Kosten erfordernde 

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    Abschirmelektroden,   die Potentialverteilung günstiger gestaltet und damit die Längsbeanspruchung    in      erträb      lichen   Grenzen hält. 



  Man könnte anstreben, die Papierbahnen an den Stirnseiten der Spulen in Richtung der    Äquipotential-      flächen   6 weiterlaufen zu lassen, um somit die Feldstärke senkrecht oder angenähert senkrecht zur Papierbahn zu erhalten, so dass die Längsbeanspruchung null oder sehr klein ist. 



  Ein Weg hierzu besteht darin, die über die Wicklung überstehenden Papierbahnen, am äusseren Durchmesser der Spule beginnend,    streifenförmig   einzuschneiden und nach aussen nacheinander umzuklappen. Dieser Vorgang ist aber sehr zeitraubend und kostspielig und ausserdem in der Praxis nicht befriedigend,    weil   man die Einschnitte in das Papier bis an die sehr dünndrahtige    Lackdrahtwicklung   durchführen muss, so dass Beschädigungen    der   Wicklung möglich sind, oder dass die zwischen zwei Lagen bestehende Spannungsdifferenz zu einem Durchschlag durch den Einschnitt in die Papierbahn    führt.   



  Diese Schwierigkeiten werden durch die Anwendung des Verfahrens nach der    Erfindung   behoben, indem zur    Lagenisolation   über die Wicklung hinausragende Zwischenlagen aus Papier verwendet werden, deren Orientierung derart ist, dass ihre Hauptdehnungsrichtung in der Wickelrichtung liegt und dass nach Fertigstellung des Wicklungsvorganges nach Befeuchtung der    Stirnflächen   die    Papierzwischenlagen   radial nach aussen    umgekrempt   werden, so dass sie sich mindestens annähernd den    Äquipotentialflächen   des elektrischen Feldes anpassen.

   Auf diese Weise kann eine vom Standpunkt der Hochspannungstechnik aus betrachtet optimale Gestaltung erreicht werden. Über diesen Fortschritt    hinaus      ,erhält   die Hochspannungswicklung eine grosse    mechanische      Festib      keit,   die die    Kurzschlusssicherheit   erhöht.

   Während man bei einer Anordnung nach    Fig.   1 während des Wickelvorganges eine    Verklebung   des Drahtes mit dem Wickelpapier vornehmen muss, um die mechanische Festigkeit zu erreichen - ein Vorgang, der zeitraubend ist    undder   zu unterschiedlichen Spulenhöhen führt wegen eines    unterschiedlichen      Auftragens   der Klebemittel - kann man auf :diese    Klebung   beim Verfahren nach der Erfindung    verzichten,   so dass auch herstellungstechnische    Vorteile   erwachsen. 



  Die    Erfindung      benützt   folgende Kenntnisse: Bekanntlich ist die Dehnung von Isolierpapieren abhängig von der Herstellungsrichtung des Papiers. In der Herstellungsrichtung der Papierbahnen ist die noch nicht zum Zerreissen führende Dehnung bei höherem Feuchtigkeitsgehalt sehr    klein,   senkrecht dazu ist sie wesentlich grösser und kann bei    speziellen   Papiersorten noch wesentlich gesteigert werden, und    zwar   - wie Versuche ergeben haben - bis 20    (1/o   Verlängerung.

   Während man bisher die Wickelpapierbahnen von Rollen abschnitt, bei denen in Richtung der Papierbahn die Dehnung klein ist, weil sie der Herstellungsrichtung entspricht, wird man zweckmässigerweise beim Verfahren nach der Erfindung die    Wickelpapierbahnen   in    ihrer   Längsrichtung senkrecht zur Herstellungsrichtung des Papiers schneiden. Das spätere    Auskrempen   der    Stirnfläche,   das    einer   Verlängerung des Umfanges entspricht, erfolgt dann in Richtung der grösseren Dehnung. 



  Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beschreibung der Hochspannungsspule nach    F.ig.2;   die nach einem beispielsweisen Verfahren nach der Erfindung    hergestellt   ist, erläutert werden. 



  Die    Spulenwicklung   füllt die Fläche 3, während die entsprechend der Erläuterung im Zusammenhang mit    Fig.l   hergestellten    Papierzwischenlagen   nach dem Wickelvorgang das Volumen ausfüllen würden, das durch die gestrichelte Linie 7 begrenzt wird. 



  Befeuchtet man die Stirnseiten der Spulen beispielsweise durch Eintauchen in warmes Wasser, so kann nach dem Entfernen des überschüssigen Wassers nach kurzer Zeit das über die Wicklung hinausragende Wickelpapier    umgekrempt   werden. Zweckmässig legt man die Spule auf einen Drehtisch und    krempt   jeweils eine Papierdicke von 1 bis 2 mm, vom äusseren Durchmesser der Spule beginnend, bei gleichzeitigem Drehen der Spule nacheinander um, so dass im Endzustand die    Spulenenden   eine Form annehmen, die in    Fig.   2 bei 8 angedeutet ist. 



  Durch beiderseitig angebrachte und mechanisch miteinander verbundene tellerförmige Formstücke kann man die    Spulenköpfe   bei eng    aneinanderliegen-      den,      umgekrempten   Papierlagen, gegebenenfalls im Vakuum bei höheren Temperaturen, trocknen lassen. Auch bei sehr dünnen Drähten in der Stärke von 0,1 mm ist bei dieser Behandlung die mechanische Belastung klein und man erhält Hochspannungsspulen von ausgezeichneten mechanischen und elektrischen Eigenschaften. 



  Man erkennt durch -den Vergleich mit dem    Potentialbild   der    Fig.   1, dass die    Übereinstimmung   des Verlaufs der Papierbahnen mit den Potentialflächen sehr befriedigend ist. 



  Es ist auch möglich, die Deformation der Papierlagen durch Zentrifugalkräfte zu erreichen, indem man die Spule nach dem Befeuchten um ihre Mittelachse schnell rotieren lässt. Die auftretenden    Zentri-      fugalkräfte   sorgen für eine gleichförmige, gleichzeitige Dehnung und Aufrichtung der stirnseitigen Papierbahnen, und durch Einbringen in die vorgenannte    Pressform   kann die    endgültige   Form der    Stirnseiten   erreicht werden. Es ist selbstverständlich, dass die so hergestellte Spule, je nach den hochspannungstechnischen Erfordernissen durch weitere Papierbandagen verstärkt werden kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Hochspannungsspulen für Hochspannungstransformatoren, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagenisolation über die Wicklung hinausragende Zwischenlagen aus Papier verwendet werden, deren Orientierung derart ist, dass ihre Hauptdehnungsrichtung in der Wickelrichtung liegt und dass nach Fertigstellung des Wicklungs- <Desc/Clms Page number 3> vorganges nach Befeuchtung der Stirnflächen die Papierzwischenlagen radial nach aussen umgekrempt werden, so dass sie sich mindestens annähernd den Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes anpassen.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkrempen durch Zentri- fugalkräfte infolge schneller Rotation der Spule um ihre Achse bewirkt wird. 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen an ihren Stirnflächen mit tellerförmigen Formen versehen werden, in denen sie getrocknet werden. 3. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Papiere derart verwendet werden, d'ass die Wickelrichtung der Spule und der Papierbandagen senkrecht zur Herstellungsrichtung in der Papierfertigung liegen.