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Isolieranordnung an flüssigkeitsisolierten Hochspannungsapparaten mit Wicklungen Bei flüssigkeitsisolierten Transformatoren für hohe Spannungen und hohe Leistungen sind die Probleme der Isolierung und der Kühlung der aktiven Wicklungen, insbesondere bei sehr hohen Spannungen, so gelagert, dass beide sich gegenseitig behindern. So verlangt eine gute Isolation, insbesondere bei sehr hohen Spannungen, dass die aktiven Wicklungen möglichst dick mit festem Isoliermaterial, meist ölgetränktem Weichpapier, eingehüllt werden, während die zu fordernde gute Kühlung vorschreibt, dass die zu kühlenden Wicklungen mit möglichst wenig festem Isoliermaterial umgeben werden sollen,
damit der die Kühlung besorgende Strom des Isoliermittels diese Wicklung möglichst unmittelbar treffen und von ihr die entstehende Verlustwärme abführen kann.
Die praktischen Lösungen, die sich aus diesem Widerstreit der Probleme ergeben, sind daher stets mehr oder weniger geglückte konstruktive Kompromisse.
In Fig. 1 ist im Prinzip nun der in Lagen gewickelte Teil einer Transformatorwicklung dargestellt, wie er im Prinzip bei Transformatoren höchster Spannung und Leistung etwa angewendet wird. Mit 1 bis 6 sind dabei die einzelnen Lagen der Hochspannungswicklung dargestellt, die auf die Weichpapierzylinder 7, 8, 9, 10, 11 und 12 aufgewickelt sind. Die Achse dieser Wicklungen ist rechts der Lage 7 zu denken. Diese Weichpapierzylinder 7 bis 12 werden etwa so erhalten, dass nach Aufwicklung des Weichpapierzylinders 7 auf einen Wickeldorn und Anfertigung der Drahtlage 1 auf diese Lage 1 Isolierleisten gelegt und dann darauf der nächste Weichpapierzylinder usw. gewickelt wird.
Die Drahtlagen 1 bis 6 werden dann in bekannter Weise in Serie geschaltet, so dass zwi- schen Anfang der Lage 1 und Ende der Lage 6 die vorgesehene hohe Transformatorspannung erzeugt wird.
Zwischen den Weichpapierzylindern und den einzelnen Drahtlagen entstehen so die durch Isolierleisten distanzierten Kühlkanäle 13 bis 17. Die Weichpapierzylinder 7 bis 12 werden, etwa nach einer bewährten Methode, durch das sogenannte Umreissen in rechtwinkelig zur Wicklungsachse liegende Isolierkragen 18 bis 23 umgeformt, wobei entsprechende Distanzklötze (wohl dargestellt, aber nicht näher bezeichnet) für einen mechanischen festen Aufbau der gesamten Hochspannungsspule sorgen. Das Spulengewicht und die axialen Spulenkräfte werden in Fig. 1 durch einen ebenfalls isolierten Spulendruckflansch 24 aufgenommen.
Die Wand des Kessels, in den die Wicklung eingebaut gedacht ist, ist mit 25 bezeichnet und ebenso wie der Spulenflansch 24 auf Erdpotential zu denken.
Durch den oben erwähnten Aufbau wird erreicht, dass durch die abgewinkelten Isolierkragen 18 bis 23 Kanäle gebildet werden, durch die das Kühlmittel, z. B. Öl, in die Kühlkanäle 13 bis 17, die als Kühlkanäle der Wicklungslagen 1 bis 6 dienen, geleitet wird. Der Eintritt des kühlenden Ölstroms in den Kühlkanal 13 ist mit 26 bezeichnet.
Wird auf diese Weise eine recht gute Abführung der Verlustwärme aus den Wicklungslagen 1 bis 6 erreicht, so ergeben sich isolationsmässig bei diesem Aufbau beachtliche Schwierigkeiten dadurch, dass, etwa bei der sogenannten Wicklungsprüfung der hier dargestellten Hochspannungswicklung, eine sehr hohe elektrische Beanspruchung auftritt.
Diese Wicklungsprüfung wird nach den einschlägigen Bestimmungen etwa so durchgeführt, dass die Hochspannungswicklung als Ganzes an den einen Pol einer Hochspan- nungsquelle, die Gesamtheit der übrigen Wicklungen,
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verbunden mit dem Kern und den damit verbundenen Konstruktionsteilen sowie mit dem Ölkessel des Transformators aber an Erde gelegt wird. Zwischen der Hochspannungswicklung und den geerdeten Teilen wird dann eine bestimmte Zeit eine vorgeschriebene Prüfspannung angelegt, der die Isolation gewachsen sein muss.
Für den in Fig. 1 dargestellten Wicklungsaufbau ergibt sich bei einer solchen Prüfung am Ende der Wicklungslage 1 eine sehr unangenehme elektrische Beanspruchung dadurch, dass, wie aus dem skizzenhaft angegebenen Verlauf der Äquipotentiallinien 27 bis 29 des elektrischen Feldes zu ersehen ist, auf dem, von dem Kühlölstrom 26 benetzten Teil des Kragens 18 innerhalb eines kurzen Wegs hohe Spannungsunterschiede auftreten.
Diese Beanspruchung ist insofern besonders unangenehm, als bekannt ist, dass die zulässige elektrische Beanspruchung über freien, das heisst nicht durch Barrieren unterteilten Ölstrecken, wesentlich kleiner ist als bei mehrfach unterteilten Ölstrecken, das heisst bei kurzen Beanspruchungslängen. Das heisst aber, dass Wicklungen nach der in Fig. 1 dargestellten Art bei wirtschaftlich vertretbarem Aufwand in der Höhe der Prüfspannung begrenzt sind.
Wollte man den freien Flüssigkeitsweg in dem Kühlmittelzuführungskanal, der durch die Ringflächen 18 und 19 begrenzt ist, durch Barrieren unterteilen, dann würde sich eine ausserordentliche Behinderung des Kühlmittelstromes ergeben.
Erfindungsgemäss kann diesem übelstand dadurch abgeholfen werden, dass die Isolieranordnung für die hier in Frage stehenden flüssigkeitsisolierten, mit Wicklungen versehenen Hochspannungsapparate, insbesondere Hochspannungstransformatoren mit Lagenwicklung, so ausgebildet werden, dass zur elektrischen Entlastung der durch eine oder mehrer Isolierwände begrenzten Flüssigkeitskanäle, die das Kühlmittel den Hochspannungswicklungen zu- oder von denselben abführen, ringförmige Elektroden vorgesehen sind, die mit Isolation versehen,
unmittelbar am Strome des Wicklungskühlmittels liegen und mindestens angenähert das gleiche Potential besitzen wie der vom Kühlmittel zuerst getroffene oder gerade verlassene Wicklungsteil.
Ein Beispiel einer nach dem Erfindungsgedanken abgeänderten Transformatorwicklung der Fig. 1 ist in Fig.2 dargestellt. Die Teile 1 bis 25 haben dabei die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Zur elektrischen Entlastung des früher durch die Isolierflansche 18 und 19 begrenzten ölzuführungskanals 26 dient eine mit Isolation versehene Ringelektrode 30, die zur Vermeidung einer Kurzschlusswindung, natürlich entsprechend aufgeteilt, konzentrisch zur Wicklung vorgesehen ist und im vorliegenden Fall galvanisch mit dem unteren Ende der Wicklungslage 1 verbunden zu denken ist.
Den Isolierflansch 18, Fig. 1, wird man dann zweckmässigerweise in Form von mehreren Winkelringen um den Steuerring 30 herum anordnen, wobei im gezeigten Beispiel von der weiteren. Anwendung entsprechender Barrieren Gebrauch gemacht wurde. Den ersten Isolierwinkel 31 wird man direkt an den Steuerring anlegen, die beiden folgenden Iso- lierwinkel 32 und 33 in einem solchen Abstand dagegen vorsehen, dass man die Isolierbarrieren 34, 35 und 36 einschieben kann. Die Barrieren 34, 35 und 36 brauchen dabei nicht unbedingt den ganzen Wicklungszylinder einzuhüllen, es genügt unter Umständen, sie nur als Zylinderausschnitte etwa gegenüber den Kesselwänden anzuordnen.
Der Ölzu.führungs- kanal, in Fig. 1 mit 26 bezeichnet, wird so zum Öl- kanal 37, der im Vergleich mit dem relativ schmalen an ihn anschliessenden Kühlkanal 13 ohne Mühe noch mit genügend grossem Eintrittsquerschnitt ausgeführt werden kann. Der Zwischenraum zwischen dem Steuerring 30 und der Wicklungslage 1 kann mit Ringen aus Isoliermaterial 38 ausgefüllt werden. Eine entsprechende Anordnung besteht am oberen Ende der Wicklung.
Der Erfolg dieser Massnahme ist deutlich aus dem wieder einskizzierten Verlauf der Niveaulinien 39, 40 und 41 zu ersehen, die den Niveaulinien 27, 28 und 29 der Fig. 1 entsprechen. Aus diesem Verlauf ersieht man nun, dass die Beanspruchung in dem neu gebildeten Ölkanal 37 erheblich zurückgegangen ist gegen jene in Fig. 1, ausserdem haben die Niveaulinien des elektrischen Feldes bzw. die damit charakterisierten Äquipotentialflächen eine derartige Form angenommen, dass sie mit tragbarem Aufwand durch Barrieren aus Isoliermaterial ungefähr nachgebildet werden können.
Das letztere heisst aber, dass die neue elektrische Beanspruchung durch eine relativ feine Unterteilung durch Isolierbarrieren sich leichter beherrschen lässt als die hohe Beanspruchung in dem Ölkanal 26 von Fig. 1.
Es sei hier ausdrücklich betont, dass es Ziel der Erfindung ist, die durch eine oder mehrere Isolier- wände begrenzten Kühlkanäle, die das Kühlmittel den Hochspannungswicklungen zuführen, durch Feldumbildung elektrisch zu entlasten. Das umgebildete Feld lässt sich, wie schon erwähnt, ausserhalb der Kühlkanäle durch Barrieren relativ leicht beherrschen.
Um in der durch den Pfeil 37 in Fig. 2 dargestellten Strömungsrichtung des Öles eine Barrierenwirkung der Isolierwände 34, 35 und 36 zu erzielen, ist es zweckmässig, die öleintrittsschlitze in diesen Isolier- wänden so gegenseitig zu versetzen, dass der Ölstrom jeweils rechtwinklig umgeleitet wird und die Kraftlinien des elektrischen Feldes keine zu langen freien Ölwege durchlaufen können.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die in Fig. 2 mit 38 bezeichneten Ringe aus Isoliermaterial zwischen der Steuerelektrode 30 und der Wicklungslage 1 fallengelassen und der mit Isolation umkleidete Steuerring 30 in radialer Richtung bis nach der Wicklungslage 1 ausgedehnt worden. Man erhält dann einen auf der einen Seite völlig vom elektrischen Feld entlasteten Kühlkanal 37.
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