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Von Giessharz umhüllte Wicklung für Hochspannungsapparate Die Erfindung betrifft eine von Giessharz umhüllte Wicklung für Hochspannungsapparate, z. B. Spannungswandler, die aus mehreren Teilspulen besteht, die jeweils in lagenweiser Wicklung mit kontinuierlich abgestufter Lagenlänge ausgeführt sind.
Die Fertigung von Wicklungen mit relativ starker Isolation aus Giessharz, wie sie z. B. für Span- nungswandler höherer Spannung (z. B. 110 kV) nötig sind, stösst bei Anwendung der herkömmlichen Konstruktion und Fertigungsverfahren auf grosse Schwierigkeiten. Diese sind vor allem durch die bei der Härtung des Harzes auftretende Volumenkontraktion bedingt, die sich auch durch Zugabe von Füllstoffen nicht auf beliebig niedrige Werte reduzieren lässt.
Als Folge dieser Volumenkontraktion treten insbesondere an den Rändern der Wicklungen feine, kaum wahrnehmbare Risse in der Isolation auf, die aber die Festigkeit derselben, insbesondere aber die Hochfrequenzeinsatzspannung, wesentlich beeinflussen. Zur Verminderung der infolge der Volumenkontraktion eintretenden Schrumpfspannungen ist es bekannt, die Wicklungen solcher Hochspannungsapparate, z. B. die Primärwicklung für Spannungswandler, in mehrere Teilspulen aufzuteilen.
Damit werden die räumlichen Abmessungen der zu umgiessenden Spulen verkleinert, was wiederum zu einer Verringerung der Rissbildung vor allem an den Rändern der Wicklung führt. Die Aufteilung in mehrere Teilspulen bringt aber auch gleichzeitig eine Verkürzung der Lagenlänge mit sich, so dass die oft eingetretenen Schwierigkeiten, die eine vollkommene Imprägnierung der Wicklung verhinderten, überwunden wurden. In jüngster Zeit hat sich aber gezeigt, dass bei Verwendung von Reinharz mit hoher Viskosität und bei Anwendung von die Lagenisolation auflockern- den Mitteln eine sichere Imprägnierung durchaus erreichbar ist.
Aus diesem Grunde bedarf es also der Aufteilung der Wicklung in schmale Häufchen zum Zwecke der Verringerung ihrer baulichen Abmessungen nicht mehr.
Durch die Aufteilung der Wicklung in Teilspulen wird aber die Grösse des Giessharzkörpers nicht vermindert. Vielmehr tritt, wenn die Teilspulen im Abstand voneinander angeordnet werden sollen, eine Vergrösserung der baulichen. Abmessungen ein. Dies gilt vor allem dann, wenn die Teilspulen mit wachsendem Durchmesser ausgeführt werden müssen, um die Spannung zwischen den Teilspulen der Wicklung, die höheres Potential führen, und dem Kern sicher zu beherrschen.
Mit steigenden Abmessungen des Giessharzkörpers steigt aber wiederum auch die Neigung zur Rissbildung. Dies gilt auch dann, wenn der Giessling in zwei Stufen gegossen wird, aber diese Unterteilung nur eine Beeinflussung der Abmessungen in einer Ebene bringt. Es ist auch bekannt, die Teilspulen einer Hochspannungswicklung eines Transformators, welche gleichen Durchmesser besitzen, einzeln zu umgiessen und nebeneinander anzuordnen.
Bei einer solchen Anordnung muss aber der Giesskörper jeder einzelnen Spule so ausgelegt sein, dass er die volle Prüfspannung gegen Erde übernehmen kann. Der Bedarf an Isolierstoffen ist hier zwangläufig noch grösser als bei Ausführungen, bei denen die nebeneinander angeordneten Teilspulen mit wachsendem Durchmesser hergestellt werden. Aber auch die Verbindung der Teilspulen macht bei einer solchen Ausführung erhebliche Aufwendungen notwendig. Sie erfordern nicht nur einen erheblichen Einsatz an Isolationsmaterial, sondern bringen auch ein Anwachsen der Abmessungen des Transformators mit sich.
Da die verwendeten Giessharze verhältnismässig teuer sind, ist eine solche
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Konstruktion auch aus ökonomischen Gründen nicht zu vertreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer möglichst einfachen Konstruktion für eine Hochspannungswicklung mit Giessharzisola- tion, bei der höchste Spannungssicherheit und hohe HF-Einsatzspannung bei Anwendung von verhältnismässig wenig Isolationsmaterial erreicht wird. Die baulichen Abmessungen sollen möglichst klein, der Fertigungsprozess dagegen trotzdem möglichst einfach gehalten sein. Er soll auch weitestgehend auf den bekannten Verfahren aufbauen.
Dies wird bei einer Wicklung, die aus mehreren Teilspulen besteht, welche in lagenweiser Ausführung mit kontinuierlich abgestufter Lagenlänge ausge- führt sind erreicht, indem erfindungsgemäss die Durchmesser sowie die grössten und kleinsten Lagenlängen der Teilspulen so gewählt sind, dass sich bei koaxialer Anordnung derselben eine im ganzen im Querschnitt angenähert trapezförmige Wicklung ergibt und dass die der Wicklung zugeordnete Isolation so aufgebracht ist, dass eine innerste Giessharzschicht die Teilspule mit dem grössten Durchmesser,
eine zweite Giessharzschicht die Spule mit dem grössten und mit dem nächst kleineren Durchmesser usw. schalenförmig umgibt.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der- Erfindung veranschaulicht und wird nachfolgend beschrieben.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen Teilspulen 7, 8 und 9 einer einzigen Primärwicklung für einen Spannungs- wandler. Sie sind so dimensioniert, dass der kleinste Durchmesser der Spule 8 etwas grösser als der grösste der Spule 7 ist. Der kleinste Durchmesser der Spule 9 wiederum ist etwas grösser als der grösste der Spule B. Die grösste Lagenlänge der Spule 8 entspricht der kleinsten Lagenlänge der Spule 7; die kleinste Lagenlänge der Spule 8 dagegen entspricht der grössten der Spule 9.
Die so dimensionierten Teilspulen lassen sich koaxial anordnen, so dass jetzt eine einzige Wicklung entsteht, deren Wicklungsquerschnitt tra- pezförmig ist.
In Fig. 4 ist die Teilspule 9 gezeigt, die dort mit einer Schicht Giessharz 10 umgossen ist. Selbstverständlich wurde die Spule vorher noch nach einem der üblichen und bekannten Verfahren imprägniert. Nach dem Aufgiessen der Schicht 10 wurde eine halbleitende oder leitende dünne Schicht 11 aufgebracht, die am Punkt a mit der Spule 9 zwecks Zwangssteuerung ihres elektrischen Potentials verbunden ist.
Die Fig. 5 zeigt die Wicklung, nachdem in die umgossene Teilspule 9 die Teilspule 8 eingesteckt wurde und mit einer zweiten Giessharzschicht sowohl die Teilspule 7 als auch die Teilspule 8 versehen ist. Die im zweiten Giessharzprozess hergestellte Schicht trägt hier die Bezeichnung 12, der auf ihm aufgebrachte leitende oder halbleitende Belag, der am Punkt b mit der Wicklung verbunden ist, trägt die Bezeichnung 13. Wie Fig. 6 zeigt, wurde noch die Teilspule 7 eingesetzt und diese zusammen mit den anderen Teilspulen 8 und 9 umgossen. Die im dritten Giessprozess entstandene Schicht ist mit 14 bezeichnet.
Wie die Fig. 4 bis 6 zeigen, wird die Hochspannungszuleitung 15 gleichzeitig mit umgossen. Durch Aufbringen des leitenden Belages auf Teile der Giessharzisolation entsteht eine Herausführung nach Art der bekannten Kondensatordurchführung.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die Wicklung nur in zwei oder mehr als drei Teilspulen aufzugliedern oder die jeder einzelnen Teilspule zugeordnete Isolationsschicht in zwei oder mehreren Giessprozessen aufzubringen. Auch ist es denkbar, nur den ersten, den letzten oder abwechselnd jeden zweiten oder dritten Belag zwangszusteuern.
Auch wenn die Beläge an keinem festen Potential angelegt sind, erscheint die Anordnung derselben doch vorteilhaft. Ihr Potential wird sich dann auf Grund der Kapazität zu den nebenliegenden Schichten bzw. zur Wicklung selbst einstellen. Es wird dann allerdings notwendig sein, die Stärke der Isolationsbeläge besonders zu bemessen, um so eine möglichst gleichmässige Verteilung der Spannung zu erreichen.