DE2025384C3 - Spannungssteuerung im stirnseitigen Endbereich von Lagenwicklungen von Transformatoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft die Spannungssteuerung im stirnseitigen Endbereich von Lagenwicklungen von Transformatoren, bei welcher ein die Wicklung gegenüber dem Joch stirnseitig völlig abdeckender, gegenüber den Windungen der Wicklung verstärkt isolierter und an die Wicklung selbst nicht angeschlossener Leiter vorgesehen ist.

Zur Potentialsteuerung im stirnseitigen Endbereich von Wicklungen für Transformatoren und Drosselspulen werden vorzugsweise Schirmringe verwendet, das sind im allgemeinen Ringe aus Isolierstoff mit einem leitenden oder halbleitenden Belag auf ihrer zwecks Erzielung einer möglichst niedrigen elektrischen Feldstärke wohlgerundeten Oberfläche. Dieser zur Verhinderung einer Kurzschlußwindung an einer Umfangsstelle unterbrochene Belag ist an das Potential des benachbarten ersten Leiters der Wicklung angelenkt und vergleichmäßigt das elektrische Feld zu den gegenüberliegenden anderes elektrisches Potential aufweisenden Teilen, insbesondere den geerdeten Jochen (OE-PS 243914).

Es ist auch schon bekannt, an Stelle der galvanischen Anlenkung des Schirmrings an die benachbarte Windung eine kapazitive Ankopplung vorzusehen, die zur Erzielung einer kleinen Potentialdifferenz natürlieh möglichst eng sein soll, was durch kleinen Abstand und große einander benachbarte Flächen erreicht wird (OE-PS 243914). Da jedoch diese einander benachbarten Flächen von letzter Windung und Schirmring relativ klein sind und nicht beliebig vergrößert werden können, läßt der kapazitive Ankopplungsgrad doch sehr zu wünschen übrig. Zudem bereitet bei der Wicklungsstirnseite vorgesetzten besonderen Schirmringen die Vorbeiführung der Wicklungsausleitung erhebliche Schwierigkeiten. Sieht man an Stelle von Schirmringen stromdurchflossene Endwindungen vor, so müssen diese zum Rande hin stärkere Isolierungen aufweisen und um den dadurch verursachten höheren Temperatursprung auch entsprechend vergrößerte Leiterquerschnitte, was eine sehr sorgfältige, an jedem Lagenende gegebenenfalls mehrfache Anbringung einer Lötstelle und schwierige Nachisolierungsarbeit verursacht. Wegen dieser vielen und komplizierten Handarbeit steigt naturgemäß auch das Sicherheitsrisiko (DT-OS 1413549).

Um die kapazitive Durchdringung von Scheibenspulen beim Auftreffen von Stoßspannungen zu verbessern und damit die Spannungsbeanspruchung der Isolierung zu vergleichmäßigen und Spitzenbeanspruchungen im Eingangsbereich zu vermeiden, ist es weiter bekannt, Potentialsteuereinlagen eine oder mehrere Windungen parallel mit den Leiterwindungen einzuwickeln, die vom Betriebsstrom nicht durchflossen sind und an den Eingang galvanisch angelenkt oder auch nur kapazitiv an die Eingangswindung angekoppelt sein können (OE-PS 199262, DT-GM 1784304). Diese eingewickelten Potentialsteuereinlagen haben also die spezielle Aufgabe, die Längskapazitat der Wicklung zu vergrößern.

Dieselbe Maßnahme zur Lösung der gleichen Aufgabe ist auch schon bei Lagenwicklungen bekannt, wobei eine oder mehrere nicht stromdurchflossene, an den Wicklungseingang angelenkte Potentialsteuereinlagen mehrere Windungen am Anfang innerhalb der ersten Windung oder auch in einem weiter innen liegenden Bereich parallel an den Windungen mit eingewickelt sind und ebenfalls die auftreffenden Stoßspannungsweüen auf kapazitivem Wege auf größere Wicklungsbereiche verteilen (US-PS 3466584).

Während nun die Anwendung von stromdurchflossenen offenen Windungen eine aufwendige Lötarbeit auf der Wickelbank erfordert, ist es andererseits bei der Verwendung von nicht stromdurchflossenen, geschlossenen angelenkten Ringen nicht ohne weiteres möglich, die Potentialdifferenz AU zwischen dem Ring und der stromdurchflossenen Wicklung genügend zu verkleinern.

Die Kapazitäts- und Spannungsverhältnisse im Endbereich einer Wicklung, die mit einer einzelnen, nicht angelenkten, verstärkt isolierten freien Endwindung bzw. einem entsprechenden Schirmring versehen ist,sind in Fig. 1 erläutert. Die Potentialdifferenz AU zwischen der freien Endwindung 2 und der stromdurchflossenen Endwindung 1 ist dabei proportional den Kapazitäten CA und CS und umgekehrt proportional der Kapazität C3. Die entsprechenden Abstände sind mit 3, 4 und 5 bezeichnet. Der Abstand 3 kann wegen der verstärkten Isolierung der freien Endwindung 2 nicht beliebig verkleinert werden, so daß die Kapazität C3 oft viel zu klein ist, um eine ausreichend geringe Spannungsdifferenz A U zu erreichen. Eine Verringerung von A U wäre denkbar durch eine Vergrößerung des Streukanalabstandes 4, bzw. des Jochabstandes 5, jedoch sind diese Maßnahmen mit baulicher Vergrößerung und daher mit sehr großem Aufwand verbunden.

Diese Schwierigkeit wird bei einem zur Spannungssteuerung im stirnseitigen Endbereich von Lagenwicklungen von Transformatoren dienenden, die Wicklung gegenüber dem Joch stirnseitig völlig abdeckenden, gegenüber den Windungen der Wicklung

verstärkt isolierten und an die Wicklung selbst nicht angeschlossenen Leiter erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Leiter auf die Länge L — I + {n — 1) Π D parallel zu den Windungen in die Wicklung verläuft und beiderseits von stromdurchflossenen Windungen benachbart ist.

Hierbei ist / die Länge der Überlappung des Endes der stromdurchflossenen Windung und des Anfangs des nicht -»iromdurchflossenen, nicht angelenkten Beilaufleiters, π die Anzahl der eingewickelten Windungen des Leiters und D ihr mittlerer Durchmesser.

Die Länge L v/ird dabei um so größer gewählt, je kleiner die gewünschte Potentialdifferenz zwischen dem nicht angelenkten Leiter und der Wicklung ist, ferner je größer der Metallabstand zwischen den beiden an der Stirnseite und je schmaler die radiale Abmessung des nicht angelenkten Leiters ist. Demnach wird der Leiter so weit zwischen die stromdurchflossenen Windungen hineingeführt, bis die Kapazität Ci die gewünschte Größe erreicht hat, so daß A U kleiner als die Anfangsspannung zwischen dem Leiter und der stromdurchflossenen Nachbarwindung ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 2, wobei der Schnitt 11-12 der in Fig. 1 dargestellten Anordnung entspricht. In diesem Falle ist die Länge L gleich der Länge der Überlappung /gewählt, was bei sehr breiten Leitern oder aber bei einer geringen Isolationsverstärkung, wie sie bei Unterspannungswicklungen möglich ist, häufig ausreicht. Bei Oberspannungswicklungen, die eine geringe radiale Höhe aufweisen und daher nur eine geringe Höhe des nicht angelenkten Leiters zulassen, führt man die Endwindung vorteilhafterweise gemäß dem Grundgedanken der Erfindung über mehrere Windungen in die Wicklung hinein, so daß insgesamt η Endwindungen gemeinsam mit dem Wicklungsdraht gewickelt sind. In den Fig. 3 und 4 ist ein Beispiel für η gleich 3 wiedergegeben, wobei der Schnitt 11-12 der Anordnung nach Fig. 4 in Fig. 3 dargestellt ist. In den Fig. 1 bis 4 sind die stromdurchflossenen Windungen der Wicklung mit 1, der nicht stromdurchflossene Leiter mit 2, der Metallabstand zwischen dem Leiter und der stromdurchflossenen Windung mit 3, die radialen Streukanalabstände mit 4 und die Jochabstände mit 5 bezeichnet. Bsi Spulenwicklungen ist die Oberspannungswicklung mit 1 und die Unterspannungswicklung mit 7 bezeichnet (Fig. 1). Bei Lagenwicklungen sind unter 1 und 7 lediglich die dem Streukanal benachbarten Lagen, unter 8 das Joch, bzw. das jochnächste Metall zu verstehen.

Die Ausbildung des aus der Wicklung herausgeführten freien Endes 2' des nicht angeschlossenen Leiters ist in den Figuren nicht dargestellt. Diese kann entsprechend den jeweils gegebenen Verhältnissen von Fall zu Fall gewählt werden. So kann das freie

Ende 2' außerhalb der Wicklung isoliert oder aber auch an geeigneter Stelle eingerollt und blank gelassen werden. Dagegen muß das innerhalb der Wicklung befindliche Ende 2" des Leiters 2 in geeigneter Weise isoliert sein. Zum Ausgleich der radialen Abmessung

»5 des Leiters 2 ist eine IsolierstoffauffüHung 2'" erforderlich, die zweckmäßigerweise aus Preßspanstreifen hergestellt ist und wie die üblichen Sieigungsausgleichsstücke beim Wickeln eingelegt wird. Der gemäß der Erfindung vorgesehene, nicht angeschlossene Leiter wird zweckmäßigerweise beim Wickeln mit dem normalen Wicklungsdraht eingeschlauft.

Wie bereits erwähnt, kann bei einer entsprechenden radialen Höhe des nicht angeschlossenen Leiters dessen in die Wicklung eingeführte Länge relativ gering gehalten werden, wobei sich trotzdem die erforderliche Kapazität C3erreichen läßt. Diese zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung läßt sich vorteilhafterweise dort anwenden, wenn der axial zur Verfugung stehende Raum begrenzt ist und sich auf diese Weise

>° die Länge des in die Wicklung eingeführten, nicht angeschlossenen Leiters in Grenzen halten läßt, so daß die Anzahl der Windungen η gering bleibt und die axiale Länge der Wicklung nur unwesentlich vergrößert wird. Dieser Effekt kann noch dadurch verstärkt werden, daß man die Isolierung des nicht angeschlossenen Leiters so gering als möglich wählt. Bei den in den Fig. 5 und 6 angegebenen Beispielen sind die Kapazitäten CS und CS gleich groß. Durch eine kleinere axiale Länge des Leiters 21 in Fig. 6 gegenüber dem Leiter 20 in Fig. 5 und durch eine gleichzeitige Verringerung der Isolationsdicke kann z. B. die axiale Länge des Leiters 21 in Fig. 6 auf weniger als ²/₅ der axialen Länge des Leiters 20 in Fig. 5 beschränkt werden.

+5 Auf diese Weise läßt sich bei gleicher Wirkung eine erhebliche Platz- und Materialersparnis erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zur Spannungssteuerung im stirnseitigen Endbereich von Lagenwicklungen von Transfermatoren dienender, die Wicklung gegenüber dem Joch stirnseitig völlig abdeckender, gegenüber den Windungen der Wicklung verstärkt isolierter und an die Wicklung selbst nicht angeschlossener Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter auf die Länge L = / + (n - 1) Π D parallel zu den Windungen in die Wicklung verläuft und beiderseits von stromdurchflossenen Windungen benachbart ist (/ = Überlappungslänge, η = Anzahl der Endwindungen an einer Stirnseite, D = ¹S mittlerer Durchmesser der Endwindungen).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht an die Wicklung angeschlossene isolierte Leiterteil auf die in die Wicklung eingeführte Länge L aus einem anderen Drahtprofil mit größerer metallischer Radialhöhe aber geringerer Isolierung besteht als der die Wicklung stirnseitig gegenüber dem Joch abdekkende Leiterteil.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- '5 kennzeichnet, daß die axiale Länge des in die Wicklung eingeführten Teiles von der Länge L gegenüber dem die Wicklung stirnseitig gegenüber dem Jocn abdeckenden Leiterteil verringert ist.