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Isolationsanordnung für Großtransformatoren, Drosselspulen od. dgl.
Bei Großtransformatoren, Drosselspulen od. dgl., die im zusammengebauten Zustand
auf der Bahn transportfähig sein sollen, ist die Breite des Transformatorkastens
festgelegt durch die Breite des Eisenbahnlademaßes. In denn Kasten läßt sich ein
Transformator bei einer gegebenen Hochspannung mit einer um so größeren Leistung
unterbringen, je kleiner der Abstand zwischen der bei bestimmten Bauarten außenliegenden
Hochspannungswicklung und der Kastenwand gehalten werden kann. Um diesen Abstand
zu verkürzen, wurden schon zwischen Kastenwand und Hochspannungswicklung feste Isolationstrennwände
eingebaut, die die freie Ölstrecke unterteilen.
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Bei kleineren Transformatoren ist es bekannt, den Abstand zwischen
Kastenwand und Wicklung dadurch zu verringern, daß über die Wicklung ein Isolierzylinder
aus festem Isolierstoff geschoben wird, in den teleskopartig Steuerbeläge aus Folie
eingebettet sind. Da dieser Isolierkörper im Durchmesser größer als der Außendurchmesseir
der Hochspannungswicklung sein muß und außerdem der Außendurchmesser der Wicklung
bei Großtransform@atoren in der Größenordnung bis zu z in liegt, ist die elektrisch
einwandfreie Herstellung solch großer Isolierkörper, die bei hoher Spannung eine
große Wandstärice erhalten müßten, auf wirtschaftliche Weise nahezu unmöglich. Hinzu
kommt noch, daß die heute benutzten Hochspannungen so hoch sind, daß die aus Folien
bestehenden Kondensatorbeläge an den Rändern zu glimmen anfangen können, was mit
der Zeit zur Zerstörung des festen Isolierstoffes an diesen Stellen führen würde.
Die
Verwendung von Isoliermänteln für Graßtransformatoren wird erfindungsgemäß dadurch
ermöglicht, daß die Isolationsschichten aus WeichpapieT bestehen und die Ränder
der Steuerbeläge durch umgeschlagenes und gegebenenfalls festgeklebtes Papier noch
besonders eingehüllt sind. Die größte elektrische Beanspruchung, die ja unmittelbar
an den Rändern der Beläge auftritt, wird hierdurch aus dem 01 in das diese
Ränder einhüllende Papier hineinverlegt und so der Öldurchschlag an diesen Stallen
unterbunden. Das in der Hochspannungstechnik heute zu Isolationszwecken verwendete
Papier hält nämlich im ölgetränkten Zustand eine vielfach größere elektrische Beanspruchung
aus als das Öl, so daß die nötige Isolationsfestigkeit wieder erreicht wird. Die
Herstellung dieses Isolationsmantels ist ohne weiteres möglich, da der Mantel nicht
wie bei allgemein gebräuchlichen Kondensatorwickeln zu einem- festen Körper zusammengebacken
wird, sondern die Papierbahnen mit den Belägen einfach aufennandergewickelt werden.
Im eingebauten Zustand liegt der Isoliermantel dann in dem 01 des Transformators,
so daß die Papierbahnen mit 01 durchtränkt sind und einen Isolierkörper bilden,
in dem Papier- und Ölschichten miteinander abwechseln, wodurch hervorragende Isolationseigenschaften
erzielt werden..
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Ausgehend von der Erkenntnis, daß in dem mittleren Raum zwischen Wicklung
und Kastenwand das elektrische Feld ziemlich homogen sein wird, wird weiterhin vorgeschlagen,
die Steuerbeläge in dem mittleren Teil des Isolationsmantels wegzulassen und die
Steuerung des elektrischen Feldes nur an den oberen und unteren Enden der Wicklung
durch eingelegte, in ihrer Breite zweckmäßig gewählte Ringe vorzunehmen. Die Ringe
werden hierbei aus leicht abgerundetem Kupferband hergestellt und mit Papier fest
einbandagiert, so daß sich ein dicker Isolationsauftrag ergibt, der die höchste
elektrische Beanspruchung aufnimmt.
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Die Ringe werden zweckmäßig spiegelbildlich zu den Rändern der Oberspannungswicklung
angeordnet, so daß die Hochspannung in gleicher Weise wie bei der Wicklung von der
Stelle höchsten Potentials bis zur Kastenwand stufenweise abgebaut wird. Außerdem
sind zwischen den Steuerringen genau wie bei der Wicklung Wickelringe aus Weichpapier
eingezogen, die durch Umreißen der durchgehenden Weichpapierschichben gebildet werden.
Elektrische Feldstärkeinessungen bei einem Modellversuch haben ergeben, daß durch
die gesteuerten Ringe tatsächlich die Äquipotentiallinien an den Stellen höchster
Beanspruchung auseinanderggezogen worden und sie angenähert in Richtung der Weichpapierschichten
verlaufen, wo` durch sich die senkrecht hierzu verlaufende Sparinungsbeanspruchung
immer auf bestimmte da, zwischenliegende Papierschichten verteilt. Außerdem konnte
hierdurch bestätigt werden, daß das Herauslassen der Steuerbeläge im mittleren Teil
des Isolationskörpers ohne weiteres zulässig ist, da auch hier die Linien verschiedenen
Potentials im wesentlichen in Richtung der Papierschichten verlaufen und sie sogar
in ziemlich gleichen Abständen zueinander liegen.
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Um zu besonders. schmalen Steuerringen zu kommen, kann auf ihre eigene
kapazitive Steuerung verzichtet werden. Die Ringe sind dann mit den Enden der entsprechenden
Wicklungslagen elektrisch zu verbinden.
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Man kann gegebenenfalls das Feldbild in gewissen Grenzen verändern
und gefährdete Stellen entlasten, indem man die Steuerringe nicht mit den spiegelbildlich
gegenüberliegenden Enden der Logenwicklung verbindet, sondern je nachdem den Anschluß
in einer höheren oder niedrigeren Lage vornimmt. Die Anzahl der Ringe wird vorteilhaft
nur auf einen Bruchteil, z. B. die Hälfte der Anzahl der Lagen der Wicklung, beschränkt,
da hierdurch der Aufbau des Isolationsmantels erleichtert wird und die bauliche
Ausbildung sich einfacher gestaltet. Der Zusammenbau mit Kern und Wicklung wird
so vorgenommen, daß zuerst die Wicklung auf die Schenkel gesetzt und dann der Isolationsmantel
über die Wicklung geschoben wird; jetzt müßte oben sowie unten die Verbindung der
einzelnen Logenenden mit den entsprechenden Steuerringen erfolgen. Oben ist diese
Verbindung, da das obere Joch zum Aufbau der Wicklung ja abgehoben ist, ohne weiteres
möglich; unten ist die Verbindungsstelle jedoch kaum zugänglich, so daß am besten
die Steuerung der unterenRinge von den oberen Ringen durch eine leitende Verbindung,
die zwischen die Weichpapierschichten eingelegt ist, erfolgen wird. Die untere Verbindungsstelle
mit der Wicklung fällt also weg. Die Herstellung, der Transport und der Zusammenbau
des Isoliermantels mit der Wicklung wird dadurch erleichtert, daß die Isolierschichten
auf einen Tragzylinder aus festem Isolierstoff, z. B. Hartpapier, aufgewickelt werden
und die Tragzylinder und die Steuerringe durch Klötze aus festem Isolierstoff, die
zwischen den Flanschen des Winkelringes des Isoliermantels liegen, nach außen und
im zusammengebauten Zustand gegen das Joch des Transformatorkernes abgestützt werden.
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Da bei Großtransformatoren die spezifische Ausnutzung des Wickelraumes
sehr hoch ist, wird häufig zur hinreichenden Abführung der Verlusträume durch das
Öl dieses mittels- einer Pumpe durch die Kühlkanäle der Wicklung-gepreßt. Das
01 wird der Wicklung gewöhnlich vom unteren Joch des Kernes aus über eine
Ringleitung und einen daran anschließenden Druckraum, der vor den unteren Wickelringen
der Wicklung. angebracht ist, zugeführt. Bei der erfindungsgemäßen Isolationsanordnung
kann ein besonderer Druckraum dadurch wegfallen, daß der Raum zwischen den unteren
Winkelringen der Wicklung und den die Steuerringe enthaltenden Teil des Isoliermantels
hierzu benutzt wird. In radialer Richtung schließt der Isoliermantel-ja sowieso
die Wicklung gegen den freien Ölraum des. Transformatorkessels ab, und in axialer
Richtung werden der Isoliermantel und die Wicklung auf einen gemeinsamen Abstützring
aufgesetzt, so daß auch hier kein Öl hindurchtreten
kann. Zwischen
den einzelnen Weichpapierlagen des Isoliermantels sind zwar auch Ölkanäle vorgesehen,
um die Trocknung des Isoliermantels zu erleichtern. Da diese Kanäle aber wesentlich
kleiner sind als diejenigen der Wicklung, ist der Strömungswiderstand so groß, daß
nur ein Bruchteil des Kühlöles seinen Weg durch diese Kanäle nimmt. Die Winkelringe
der Wicklung und des Isoliermantels werden vorteilhaft im Druckraum miteinander
verlappt, so daß auch die freie Ölstrecke zwischen Hochspannung und Joch durch feste
Isolationsbarrieren unterteilt ist.
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Bei Großtransformatoren, die im betriebsfertigen Zustand bahntransportfähig
sein sollen, werden die Hochspannungsdurchführungen gewöhnlich an den Schmalseiten
in horizontalen Lagen angebracht und bei bestimmten Transformatoren mit Lagenwicklung
im Kasten in geraden Linien mit dem etwa in Wicklungsmitte außenliegenden Hochspannungspol
der Oberspannungswicklung verbunden. Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung der
Isoliermantel zwischen Wicklung und Schmalseite des Kastens liegt, wird der Isoliermantel
in diesen Fällen an diesen Stellen ringförmig aufgeschnitten, so daß eine gerade
Verbindung zwischen Hochspannungswicklung und Durchführung möglich ist. Um die Isolationswirkung
der in radialer Richtung hintereinanderliegenden Papiereinlagen des Isoliermantels
an dieser Stelle nicht zu verschlechtern, werden die verschiedenen Papierschichten
auch hier winkelförmig, und zwar in ringförmigen Treppen, umgerissen, so daß sich
rohrförmige Ansätze ergeben, die gegebenenfalls mitdenIsolationsrohren derHochspannungsdurchführung
verlappt werden können.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels an einem Transformator
mit Lagenwicklung nachfolgend noch näher beschrieben.
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In der Zeichnung ist -ein Teilschnitt durch das untere Ende der Hochspannungswicklung
eines Großtransformators dargestellt. DieHochspannungswicklung 1o besteht aus sechs
Lagen 1 bis 6, die in bekannter Weise durch Weichpapierzylinder 7 und Ölkanäle 8
voneinander isoliert ist. Die Weichpapierzylinder sind an den Lagenenden in bekannter
Weise zu Winkelringen g umgerissen, so daß zwischen den einzelnen Lagen große Kriechwege
entstehen und das Öl gut an die Wicklungsoberflächen der einzelnen Lagen geführt
wird. Über der Wicklung 1o ist der Isoliermantel 11 angeordnet, der die Isolation
zwischen der Wicklung und der dicht daran liegenden Kastenwand 12 darstellt. An
dem unteren und oberen Ende (nicht gezeichnet) des Isoliermantels liegen spiegelbildlich
zu den Lagenenden der Wicklung die Steuerringe 13, 14 und 15, die mit einer dicken
Papierbandage 16 versehen sind. In ähnlicher Weise wie bei der Wicklung sind auch
an den Steuerringen die Weichpapierschichten 17 zu Winkelringen 18 umgerissen. Nach
der Mitte zu besteht der Isoliermantel nur aus Weichpapierlagen 17 und Preßspannlagen
1g, die an mehreren Stellen durch Ölkanäle 2o unterteilt sind. Diese Ölkanäle erleichtern
bei der Trocknung und beim Evakuieren des Transformators das Heraustreten der Luft
und der Feuchtigkeit aus dem Papier. Der ganze Isoliermantel erhält eine bestimmte
Steifigkeit dadurch, daß die Papierlagen auf einen Tragzylinder 21 aufgewickelt
werden, der im zusammengebautem Zustand durch Distanzklötze 22, die zwischen den
Winkelringen 18 eingeschoben sind, in seiner Lage gehalten wird.
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Der Ölraum der Wicklung wird in radialer Richtung außen durch den
umgerissenen Papierzylinder 23 und nach innen durch den Papierzylinder 2q. abgeschlossen.
In axialer Richtung wird ein Abschluß durch Isolierscheiben 25 erreicht. Das Öl
wird von der Verteilerleitung 26 aus dem Druckraum 29 zwischen Isoliermantel und
Wicklung zugeführt. Die Bewegungsrichtung des Öles ist durch eingezeichnete Pfeile
kenntlich gemacht. Die Verbindungen zwischen den Steuerringen und der Wicklung sind
gestrichelt durch die Linien 27 angedeutet. Die Verbindungsleitungen liegen natürlich
nicht in einer Ebene, sondern sind gegeneinander versetzt, so daß an diesen Stellen
keine Überschläge auftreten können. Gegebenenfalls werden zwischen ihnen noch Papierschichten
eingelegt, so daß die Isolationsstrecken unterteilt sind. Der untereDruckraum 29,
in den das Öl eintritt, kann durch Verlängerung der Isolierflansche g und 18 der
Wicklung, wie gestrichelt angedeutet ist, noch unterteilt werden, so daß der freie
Weg von der Lage 6, die die höchste Spannung hat, zur Erde bzw. Joch 28 durch Barrieren
unterbrochen ist.
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Bei den in Frage stehenden Transformatoren höchster Leistung und Spannung
wird meistens ein Drehstromtransformator aus drei getrennten Einphasentransformatoren
aufgebaut. Ist die Hochvoltwicklung so aufgebracht, daß die entsprechenden Steuerringe
auf beiden Schenkeln im wesentlichen das gleiche Potential erhalten würden, dann
können sie so zusammengefaßt werden, daß sie entweder gar nicht oder nur vereinzelt
durch das Fenster des Transformators geführt werden und im wesentlichen die Form
einer in der Mitte nicht geschlossenen Acht aufweisen. Zur Entlastung der Steuerringe
von Ausgleichströmen werden diese Doppelringe, selbstverständlich auch jeder Einzelring,
geschlitzt ausgeführt. Die eben erwähnte besondere Ausbildung der Steuerringe kommt
selbstverständlich auch für jeden anderen Hochspannungsapparat in Frage, dessen
Isolationsaufbau in ähnlicher Weise steuerbar ist, z. B. bei Einphasendrosselspulen.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht die Hochspannungswicklung
aus einzelnen Lagenspulen. Selbstverständlich läßt sich aber der erfindungsgemäße
Isolationsaufbau auch bei anderen Wicklungen, z. B. verstürzten Wicklungen, Scheibenwicklungen
usw., anwenden. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt z. B. eine Hochspannungswicklung
31, bestehend aus einzelnen Scheibenspulen 32.