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Hochspannungsgerät, insbesondere Transformator, mit aus Scheibenspulen aufgebauten Wicklungen verschiedener Spannung Bekanntlich stellt insbesondere bei sehr hohen Spannungen zwischen der Ober- und Unterspannungswicklung zum Beispiel von Transformatoren die Isolation des Zwischenraumes zwischen diesen beiden Wicklungen ein schwieriges Problem dar, für dessen Lösung bereits. verschiedene Wege beschritten worden sind. Diese beruhen meist auf einer möglichst weitgehenden Ausnützung der verschiedenen verwendeten Isoliermaterialien.
Auch das Zwischenschalten von Barrieren aus festem Isolierstoff zur Aufteilung der Ölstrecken ist eine immer wieder angewandte Massnahme, welche die höhere spezifische Isolationsfestigkeit schmaler beanspruchter Ölstrecken weitgehend ausnutzt. Da die Isolationsfestigkeit von den Gradienten des elektrischen Feldes bekanntlich stark abhängt, ist man bestrebt, besonders am Wicklungsende, wo hohe Feldgradienten auftreten, durch Auflegen von abgerundeten Schirm- ringen ass Endelektroden und durch starke Isolation dieser Elektroden sowohl die Gradienten klein zu halten als auch die Ölstrecken zu entlasten.
Dieses Prinzip der Rundung und Verkleidung am Wicklungsende durch Schirmelektroden wird bei den bekannten Lösungen allgemein verwirklicht, führt aber immer noch dazu, dass die Entladungen zuerst- im Endgebiet erfolgen. Um die Transformatoren noch besser auszunützen, muss man die Wicklungsabstände weiter verkleinern. Das erfordert aber eine Verringerung der Feldstärken an den Wicklungsenden. Dies kann nun dadurch erreicht werden, dass man die Wicklungsenden divergierend ausbildet, so dass nach dem Rand der Wicklung zu der Wicklungsabstand immer mehr zunimmt.
Dies geschieht bei einer bekannten Anordnung beispielsweise in der Art, dass die Endelektroden, die auf die Wicklungsenden aufgesetzt werden, divergierend und den Wicklungs- abstand konisch vergrössernd zurückweichen. An diesen Elektroden und der Wicklung unmittelbar benachbart liegt hier aber feste Isolation an, welche die geforderte hohe Isolation ergibt und ohne die man bei Elektroden schwer auskommt. Solche Elektroden und die Forderung, feste Isolation dicht an den Elektroden anliegen zu lassen, sind in der Praxis nur mit Schwierigkeiten zu verwirklichen, da sich die feste Isolation leicht überwirft.
Ausserdem hat die genannte Anordnung den Nachteil, dass das Kühlöl nicht in axialer Richtung ausserhalb der Wicklung diese kühlen kann, weil sowohl unmittelbar an der Wücklung als auch an der divergierenden Endelektrode die dicke, feste Isolation dies verhindert. Hinzu kommt, dass die Befestigung der Distanzstücke für die zwischen den Spulen liegenden Radialkühlkanäle Schwierigkeiten bereitet.
Diese Distanzstücke können ausserdem nicht radial über die Wicklung überstehen, weil dieser Platz von der festen Isolation eingenommen wird, so dass bei Kurzschlüssen die Gefahr besteht, dass die Endwindungen der Spule sich axial verschieben können.
Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung vermieden. Diese besteht darin, dass bei einem Hochspannungsgerät, insbesondere bei einem Transformator, mit aus Scheibenspulen aufgebauten Wicklungen verschiedener Spannung, wobei der Abstand zwischen gegenüberliegenden metallischen Konturen zweier Wicklungen oder einer Wicklung und einer dazu benachbarten Elektrode in deren End- bereichen sich gegen das Wicklungsende zu vergrössert, indem Spulenbreite und Windungszahl je Spule gegen die Wicklungsenden hin in steigendem Masse abnehmen, zwischen den Wicklungen bzw.
einer Wicklung und einer benachbarten Elektrode unmittelbar an diese angrenzende Kühlkanäle vor-
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gesehen sind, die ebenfalls divergieren, so dass einerseits mit dem steigenden Abstand von einer Wicklung zur anderen Wicklung , bzw. zu einer dazu benachbarten Elektrode die nach den Wicklungsenden hin abnehmende Feldstärke in den Ölkanälen vorwiegend senkrecht zu diesen gerichtet ist.
Auf diese Weise wird einmal der Ölkanal auf seiner ganzen Länge gleichmässig ausgenutzt, zum anderen wegen der Staffelung der Windungszahl die Stossspannungsbeanspruchung innerhalb der Wicklung und insbesondere zwischen den Spulen und wegen der Staffelung der Wicklungsabstände zwischen den Wicklungen bzw. zwischen Wicklung und einer benachbarten Elektrode, z. B. Erde, erheblich reduziert.
Wicklungen mit unmittelbar benachbarten axialen Kühlkanälen haben bisher stets etwa den in Fig. 1 skizzierten, überall gleich breiten Wicklungsabstand. In Fig. 1 sind auf den mit 1 bezeichneten Kern die Wicklungen 3 und 4 verschiedener Spannungen aufgebracht. Die Joche oder Spulendruckplatten sind mit 2 bezeichnet. 3 ist die Unter- und 4 die Oberspannungswicklung. Im gezeigten -Beispiel sind nur die äusseren metallischen Wicklungskonturen und ihre äusseren Isolationsverkleidungen 5 und 6 eingezeichnet.
Die Wicklüngsstirnflächen 7 und 8 sind: in der Regel durch nicht dargestellte Schirmringe abgerundet. Zwischen den Wicklungen sind Isolierzylinder eingeschaltet, von denen im Beispiel ,nur einer eingezeichnet und, mit 9 beziffert ist. Zwischen den Wicklungen und den benachbarten Isolierzylindern verlaufen ölkühlkanäle 13, in denen im allgemeinen die -Isolationsbeanspruchung am höchsten ist.
Fig.2 zeigt ein erstes: Beispiel des Isolationsaufbaus, wie ihn die Erfindung vorsieht. Hierbei sind die einzelnen Teile mixt denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Die Ölkanäle 13 haben dadurch, dass sie mit der Wicklung im Bereich 14 gleichzeitig divergieren, im Randgebiet der Wicklung Ölbeanspru- chungen auszuhalten, die kleiner sind. als im Mittenbereich der Wicklung.
Die Ölkanäle 14 sind im Endbereich begrenzt durch geeignet ausgebildete Isolier- körper 15 und 16, deren Form entsprechend den jeweils vorliegenden Verhältnissen gewählt werden kann. Die metallischen Konturen bzw. Ränder der beiden Wicklungen 3 und 4 sind mit 10 bezeichnet.
Weitere Ausführungsbeispiele _des Erfnd'ungs- gegenstandes zeigen die Fig. 3-7. In den Fig. 3, 5-7, ist links neben der divergierenden-Wicklung jeweils die angrenzende Isolation .gezeichnet, weiter links nicht gezeichnet befindet sich die Nachbarwicklung, die nach den gleichen Prinzipien divergierend ausgebildet werden, aber auch zylindrisch bleiben kann,
wenn es sich um die weniger beanspruchte Unter- spannungswicklung handelt: Es gibt aber auch Fälle, bei denen sich links keine Wicklung, sondern der Kernschirmzylinder oder der Kessel befindet. In diesem Falle handelt es sich bei diesen Teilen um eine der divergierenden Wicklung gegenüberliegende Gegenelektrode, wobei die Erfindung genau so angewendet werden kann.
Wie der Fig.3 zu entnehmen ist, besitzen die einzelnen Spulen 11 der Wicklung im oberen Bereich, also gegen den Wicklungsrand zu, einen entsprechend der gestrichelt eingezeichneten Linie 10, welche wieder die Wicklungskonturen veranschaulicht, gegen- über der Nachbarwicklung wachsenden Abstand. Der Ausgleich, der gleichzeitig die mechanische Festigkeit gibt, wird hierbei durch eine besonders zweckmässige Isolieranordnung erreicht.
Diese besteht aus einem in üblicher Weise ausgebildeten Tragzylinder 9, auf den die Kühlkanäle 13 begrenzende Leisten aufgesetzt sind, die den Anteil der mit 4 bezeichneten Wicklung aufnehmen, der die Spulen enthält. Im Randgebiet der Wicklung sind dabei weitere Leisten vorgesehen, auf die jeweils die möglichst aus Papier bestehenden Teilzylinder 15 aufgesetzt sind.
Diese nehmen in bekannter Weise die Endspulen 11a auf, zwischen denen in Ebenen senkrecht zur Wicklungsachse angeordnete Distanzleisten vorgesehen und mit den parallel zur Wicklungsachse verlaufenden Leisten verschachtelt sind. Links der inneren divergierenden Kontur 10 der Endspulen lla verläuft der ebenfalls divergierende Kühlkanal 14. Zwischen den Zylindern 15 sind die Winkelringe 16 eingeschoben, so dass bei Pressung der gesamten Wicklung ein Gleiten aller Teile unbehindert erfolgen kann.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der unmittelbar an. den Wicklungen 3 und 4 anliegende divergierende Axialkanal 14 .im Randgebiet der Wicklungen wird hier mit Hilfe winket= bzw. L-förmig um die Spulen 11 und, 12 gebogener Distanzstücke 20 gebildet, die gleichzeitig die erforderliche Spulendistanz für die radial zwischen den Spuken verlaufenden Kühlkanäle darstellen.
In der Figur ist gerade ein Schnitt durch die nur einen geringen Bruchteil des Umfanges einnehmenden Abstandstücke 20 abgebildet. Der übrige Teil des Umfanges ist frei und wird von den axialen Kühlkanälen 14 und den entsprechenden, zwischen den Spulen liegenden radialen Kühlkanälen eingenommen.. Die Fortsetzung der axialen Kanäle 14 im nicht divergierenden Teil wird durch die Kanäle 13 hergestellt, die durch einfache Leisten 20 fixiert werden können. Die axialen Kühlkanäle 13, 14 werden durch die Wicklungen 3 und 4 einerseits und durch Isolier- zylinder 9 anderseits, begrenzt.
Im Endbereich der Wicklungen 3 und 4 verbreitern sich diese Isolier- zylinder 9 durch die konischen Isolierteile 15, die auf 9 gleiten können, wenn die Wicklungen 3 und 4 gepre'sst werden, so dass diese Teile 15 immer, insbesondere nach der Pressung der Wicklungen, die durch die Breite von 20 bedingte Maximalbreite der Ölkühlkanäfe 14 garantieren. Werden die Kühlkanalbreiten nämlich grösser als beabsichtigt, so nimmt ihre spezifische dielektrische Festigkeit ab.
Lässt man die Divergenz an den Wicklungsenden sehr gross werden, so kann man gegebenenfalls auf die üblichen Winkelringe 16, die über den Schirmringen 18 und
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ihrer Isolation 19 liegen, und sogar auf die Schirmringe 18 selbst verzichten.
Fig. 3 zeigt z. B. eine solche Wicklung; bei der die Winkelringe 16 vorhanden sind, bei der aber kein besonderer Schirmring vorgesehen. ist.
Eine etwas abgeänderte Ausführungsform zeigt die Fig. 5, in der nur die Endspulen der einen Wicklung herausgezeichnet sind. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, liegen hierbei die Zylinder 15 dicht aufeinander und bilden einen abgesetzten Zylinder, der natürlich auch konische Form besitzen kann.
Zwischen diesem, aus den einzelnen Teilzylindern gebildeten Zylinder und den stufenweise verkürzten Endspulen der Wicklung befinden sich die ebenfalls abgesetzten, parallel zur Wicklungsachse verlaufenden Leisten, durch die der bzw. die ölkanälle 14 fixiert sind.
Damit auch hier die Winkelringe 16 frei gleiten können, sind zwischen den Stirnkanten der Zylinder 15 und den gegenüberliegenden Stirnkanten der besagten Winkelringe Zwischenräume 17 belassen, deren Ausdehnung in Richtung der Wicklungsachs., dem Schrumpfungsmass der Wicklung beim Pressen entspricht.
Auf die Eingangsspule ist in an sich bekannter Weise der Schirmring 18 aufgesetzt, dessen Isolation 19 dicht an den, benachbarten Zylinder 15 anschliesst, so dass im Randgebiet des Schirmringes die sonst kritische Stelle des Ölkanals 14 vollständig verschwindet. Das im Kanal 14 strömende Öl wird durch diese Anordnung also in den Kanal 20 umgeleitet.
Dadurch wird eine hohe dielektrische Festigkeit am hochbeanspruchten Rand erreicht. Das Schliessen des Ölkanals 14 ist jedoch nicht nötig,
wenn die Divergenz der Wicklungsränder gross genug ist. Die gestrichelt gezeichnete beanspruchte Strecke zwischen der Isolation 19 des Schirmringes und dem Zylinder 15 wird in ihrer Länge und damit in ihrer spezifischen dielektrischen Festigkeit durch den abschliessenden Winkelring 16 begrenzt.
Der im vorstehenden beschriebenen Figur ist ferner zu entnehmen, dass sich die Windungszahlen der drei Eingangsdoppelspulen etwa verhalten wie 5:6 :7.
Damit wird die erwünschte gleichmässigere Verteilung einer Stossspannung, die bekanntlich die Anfangsspulen einer Wicklung besonders hoch beansprucht, auf die Spulen erreicht und die End- bzw. Anfangsspulen, entlastet. Entsprechend nimmt die Papierisolation der Spulen um so mehr zu, je näher diese nach dem Wicklungsende zu liegen, was gleichbedeutend ist mit einer verstärkten Isolation im Randgebiet.
Dadurch wird. die nach dem Wicklungsende hin zunehmende Spulenbeanspruchung bei Stoss zusätzlich, berücksichtigt.
Bei dem .in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel kann der an den Spulen 11 mit abnehmender Win- dungszahl und Wickelhöhe unmittelbar anliegende divergierende Ölkanal 14 etwa durch biegsame Leisten hergestellt werden, die sich an den Zylihder 9 anlegen, der im Endgebiet entsprechend der Kontur 10 konisch verläuft.
In der Stirnfläche der Zylinder- - isolation 9 sind: so tiefe Schlitze 17 vorgesehen, dass die darin .einzusetzenden Winkelringe 16 beim Pres- sei der Wicklung frei und ausreichend weit gleiten können. Die mit 20 bezeichneten, zwischen den ein- zelnen Spulen verlaufenden Distanzstücke sind im. Gegensatz zu den Distanzstücken 21 zwischen den Normalspulen mit winkelförmig zugespitzten, an den Leisten 14 anliegenden Flanschteilen ausgeführt.
Eine ähnliche Ausführung lässt Fig. 7 erkennen. Hierbei sihd die Distanzleisten 20 zwischen den End- spulen 11 ebenfalls winkelförmig ausgeführt, jedoch bilden ähnlich wie in Fig. 4 die winkelförmigen Enden 22 der Flanschteile selbst die Begrenzung für die Ölkanäle 14, die an- die Wicklung angrenzen und :
eine Fortsetzung der Ölkanäle 13 in Höhe der Normalspulen darstellen. Zwischen den Normalspulen sind gewöhnlich Distanzleisten 21 vorgesehen, die in die Begrenzungsleisten der Ölkanäle 13 eingreifen.
Diese Begrenzungsleisten reichen im Beispiel nur bis zum Ende der Normalspulen. Die weitere Ausführung der Randisolation, die beispielsweise etwa auch nach der in der vorstehend beschriebenen Fig. 6 angegebe- nen Art ausgeführt werden könnte, ist so;
getroffen, d.ass die unmittelbar an den Schirmring 18 angrenzenden Winkelringe 16 auf einem konisch verlaufenden Isolierzylinder 23 gleiten, wobei die an diesen Zylinder angrenzenden Enden der Winkelringe ebenfalls entsprechend konisch ausgebildet sind. Der Zwischenraum 17 zwischen dem konischen Teil 23 und dem zylihdrischen Teil 9 der Isolation;
die die Wicklung begrenzt und fest ausgeführt ist, besitzt eine solche Ausdehnung, dass auch hier beim Pressen ein Gleiten aller Teile ohne Einreissen möglich ist.
Alle erwähnten Beispiele lassen die folgenden Merkmale erkennen: Einen unmittelbar an den Wicklungen anliegenden, durch Leisten fixierten Ölkühl- kanal 14, der mit der Wicklung divergiert und in den die radialen D.is.tanzstüeke 20 für die zwischen den .einzelnen Spulen liegenden .radialen .Ölkühlkanäle eingreifen,
so da'ss durch die Distanzstücke ein Abkippen der Endwindungen jeder Spule zur Nachbarspule hin verhindert wird. Die Divergenz der Endspulen wird mit einer abgestuften Reduktion der Windungszahl erreicht, die sich vorteilhafterweise ungefähr umgekehrt proportional zur Spannungs- verteilung einer eintreffenden Stossspannung bei nicht divergierenden Spulen verhält,
so dass eine gleichmässigere Vearteilung d'e;r Spannung von Spule zu Spule auf die einzelnen Spulen und damit eine allgemeine :erwünschte Entlastung der am meisten gefährdeten Isolation im Endbereich der Wicklungen erreicht wird. Durch diese Divergenz wird der kritische-, an den Spulen divergierend, anliegende Öl- kühlkänal 14 im Endgebiet spannungsmässig auf das .gewünschte Mass entlastet,
so dass die Isolationsfestigkeit der Kühlkanäle 13 und 14 nun sehr hoch ist und damit die Isolationsfestigkeit der gesamten Wicklungen gegeneinander verbessert wird. Mit einer solchen Anordnung nach der Erfindung erreicht man eine Reduktion der bisher üblichen Wicklungs- abstände, die zur Folge hat, da!ss man z. B. Transformatoren erheblich besser ausnützen kann.
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