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Transformator Die Erfindung betrifft einen Transformator mit Lagen-Hochspannungswicklung, welche aus mindestens zwei parallel geschalteten verdri'l'lten Wicklungszweigen besteht und an der mindestens ein Schirm zur Verbesserung der Stossspannungsverteilung vorgesehen ist.
Elektrische Hochspannungsgeräte unterliegen oft im Betrieb einer plötzlichen Spannungsbeanspruchung, die als Folge von Blitzeinschlägen in oder in. der Nähe der Leitung oder anderen elektrostatischen Entladungen auftreten. Diese plötzlichen Stossbeanspruchungen beanspruchen die elektrischen Hochspannungsgeräte, insbesondere die Transformatoren, sehr hoch.
Transformatoren werden meist in lagenweiser oder gestützter Wicklungsart ausgeführt. Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator mit lagenweiser Wicklung. Diese Wicklungsart setzt sich in neuerer Zeit bei Transformatoren höherer Spannung immer mehr durch, weil sich gezeigt hat, dass sie schwingungsärmer ist und dass sie gegenüber anderen Wicklungsarten eine günstigere Spannungsverteilung mit sich bringt.
Trotzdem ist die Spannungsverteilung auch bei solchen Transformatoren entlang der Wicklungslänge bei Beanspruchung mittels Stossspannungen nicht etwa linear, sondern weicht, abhängig von der konstruktiven Ausführung der Transformatoren, mehr oder weniger stark von derselben ab. Es hat sich nun gezeigt, dass die Spannungsverteilung einer solchen Lagenwicklung günstiger wird, wenn man die Längskapazitäten der Wicklungen im Verhältnis zu den Erdkapazitäten vergrössert. Es sind schon eine Reihe von Massnahmen bekanntgeworden, die dieser Aufgabe dienen.
Sie beruhen im Prinzip alle darauf, dass man parallel zu einem Wicklungsteil einen elektrostatischen Schirm anordnet, der mit dem Wicklungsanfang galvanisch verbunden ist. Somit er- reicht man, dass beim Einlaufen einer Stossspannungs- welle der elektrostatische Schirm, da er nur eine sehr geringe Induktivität besitzt, den Wicklungs- teil, dem er parallel zugeordnet ist, kapazitiv be- einflusst. Natürlich ist es auch möglich, solche Schirme galvanisch mit solchen Stellen der Wicklungen zu verbinden,
wo mit einer Reflexion der Spannungs- wellt gerechnet werden muss, z. B. dem isolierten Sternpunkt eines Transformators oder der Verbindungsleitung mehrerer in Reihe geschalteter Lagenspulen. So ist es auch bereits bekanntgeworden, eine in zwei Gruppen aufgeteilte parallel geschaltete Wicklung so mit Schirmen zu versehen, dass diese die Wicklung umgeben, wobei die Schirme an das Hochspannungspotential angeschlossen sind.
Auch ist es bekannt, zwischen einzelne in Reihe geschaltete Wicklungen elektrostatische Schirme anzuordnen, ohne diese auf ein festes Potential zu Olegen. Auch so kann eine kapazitive Kopplung der Wicklung erreicht werden. Weiter bekannt wurde, einer Röhrenwicklung beiderseitig Schirme zuzuordnen, die nur einen Teil der Wicklungslänge umkleiden, wobei ein Schirm an das Hochspannungspotential und der andere Schirm, der sich mit dem ersteren überlappt, an ein anderes vom Hochspannungspotential abweichendes Potential der gleichen Wicklung gelegt wird.
Auch bei doppeltkonzentrischen Wicklungen wurden schon Schirme zur Verbesserung der Stossspannungsfestigkeit angewendet. Sie wurden dabei an den. äusseren Umfang der Spulen, in der Mitte der Spulen und im Inneren der Spulen angebracht, wobei sie zum Teil an die Zuleitung und zum Teil an die Verbindungsleitungen der einzelnen Lagen angeschlossen wurden.
Auch bei in Reihe geschalteten Spulen ist es bekannt, aussen und innen der in Reihe geschalteten Spulen sowie zwischen ihnen Schirme anzuordnen. Dabei wurde der mittlere Schirm an das Potential
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des isolierten Mittelpunktes gelegt. Weiter bekannt wurde auch, einen Teil) der Hochspannungswicklung als :elektrostatische Schirme dadurch auszubilden, da:ss -ein Teil der Wicklung mit verändertem Querschnitt und verringerter Windungszahl ausgeführt wurde.
Es ist auch schon bekanntgeworden, die Schirmkapazitäten vom Anfang bis zum Ende der Wicklung so zu staffeln, dass ,sie kontinuierlich abnehmen. Auch wurde bekannt, zwischen Grob- und Feinstufenteil Schirme in Gestalt weniger Windungen einzubringen.
Es ist auch bekanntgeworden, mehrere elektrostatische Schirme über die gleiche Spule anzuordnen, wobei der erstere galvanisch an die Spule angekoppelt ist und dieser nunmehr die anderen kapazitiv beeinflusst.
Ferner wurde bekannt, in die Hochspannungswicklung potentialsteuernde Beläge gleichzeitig mit der Anfertigung der Wicklung einzuwickeln, wobei diese Beläge einen Wicklungsschritt grösser 1 haben sollen.
Die bekannten Ausführungen betreffen alle Sagenwicklungen mit in Reihe geschalteten Spulenteilen. Sie haben den Nachteil, dass die Schirme in Bereichen hoher Feldstärken anzuordnen sind und so die Isolationsfestigkeit des Transformators bei Beanspruchung mit Betriebsfrequenz ungünstig beeinflussen.
Bei Transformatoren hoher Leistungen ist es auch oft nötig, mehrere Spulengruppen parallel zu schalten. Dies ergibt sich in erster Linie aus technologischen wie auch aus wärmetechnischen Gründen. Würde man bei solchen Spulen die bekannten Schirmanordnungen verwenden., so ergäbe sich eine unterschiedliche Ankopplung der einzelnen Spulengrup- pen an den Schirm und somit eine unterschiedliche Beeinflussung bei Stossspannungsbeanspruchung.
Aufgabe der Erfindung ist es, parallel geschaltete Spulengruppen gleichmässig von .elektrostatischen Schirmen zu beeinflussen, wobei durch die Anordnung der Schirme eine Verminderung der Isolations- festigkeit bei Betriebsfrequenz vermieden werden soll.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass mindestens ein Schirm zwischen den parallel geschalteten Lagen angeordnet ist.
An Hand der Zeichnung wird der Gegenstand der Erfindung beispielsweise näher beschrieben.
Die Hochspannungswicklung besteht aus den parallel geschalteten Lagen 1 und 2. Diese Lagen sind nach bekannter Weise verdrillt, damit der Ohmsche wie auch der Blindwiderstand der parallel geschalteten Lagen gleich wird. Diese Bedingung muss erfüllt werden, sofern man eine gleichmässige Stromverteilung über die einzelnen Lagen erreichen will. Die Parallelschaltung dieser einzelnen. Lagen ist mittels der Endringe 3 und 4 geschehen, die gleichzeitig einer Homogenisierung des Feldes in axialer Richtung dienen.
Erfindungsgemäss ist nun der elektrostatische Schirm 5 zwischen den einzelnen Lagen der Wicklung angeordnet. Somit erfolgt beim Einlaufen einer Stossspannungswelle eine nahezu gleichmässige Beeinflussung der einzelnen Wicklungsteile, gleichgültig, ob sie einen kleineren oder einen grösseren Durchmesser als der elektrostatische Schirm haben. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt, wie bereits beschrieben, darin begründet, dass zwischen den einzelnen Lagen kein von der Wicklung ausgehendes elektrisches Feld besteht. Somit braucht die Isolation zwischen Schirm und Wicklung höchstens für eine Lagenspannung ausgelegt zu werden.
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Transformer The invention relates to a transformer with a layer high-voltage winding, which consists of at least two parallel-connected twisted winding branches and on which at least one screen is provided to improve the surge voltage distribution.
Electrical high-voltage devices are often subject to sudden voltage stress during operation, which occurs as a result of lightning strikes in or near the line or other electrostatic discharges. These sudden shock loads place high demands on electrical high-voltage devices, especially transformers.
Transformers are usually designed with a layered or supported winding type. The invention relates to a transformer with layered winding. This type of winding has recently become more and more popular in transformers with higher voltages, because it has been shown that it has lower vibrations and that it has a more favorable voltage distribution than other types of winding.
In spite of this, even with such transformers, the voltage distribution along the winding length is not approximately linear when stressed by surge voltages, but deviates more or less from the same, depending on the design of the transformers. It has now been shown that the voltage distribution of such a layer winding becomes more favorable if the longitudinal capacitance of the windings is increased in relation to the earth capacitance. A number of measures have already become known that serve this purpose.
In principle, they are all based on the fact that an electrostatic screen is arranged parallel to a winding part and is galvanically connected to the beginning of the winding. This means that when a surge voltage wave hits the electrostatic screen, since it has only a very low inductance, capacitively influences the winding part to which it is assigned in parallel. Of course it is also possible to galvanically connect such shields to such points of the windings,
where a reflection of the voltage wave must be expected, e.g. B. the isolated neutral point of a transformer or the connecting line of several layer coils connected in series. It has already become known to provide a parallel-connected winding divided into two groups with shields so that these surround the winding, the shields being connected to the high-voltage potential.
It is also known to arrange electrostatic screens between individual windings connected in series without applying them to a fixed potential. A capacitive coupling of the winding can also be achieved in this way. It was also known to assign shields on both sides of a tube winding, which cover only part of the winding length, with one shield being connected to the high-voltage potential and the other shield, which overlaps the former, to another potential of the same winding that differs from the high-voltage potential.
Shields have also been used in double-concentric windings to improve the surge voltage resistance. They were doing this to the. attached to the outer circumference of the coils, in the middle of the coils and inside the coils, whereby they were partly connected to the supply line and partly to the connecting lines of the individual layers.
In the case of coils connected in series, it is also known to arrange screens outside and inside of the coils connected in series and between them. The middle screen was connected to the potential
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of the isolated center point. It was also known to design part of the high-voltage winding as: electrostatic shields in that: ss -a part of the winding was designed with a modified cross-section and a reduced number of turns.
It has also become known to stagger the shield capacities from the beginning to the end of the winding in such a way that they decrease continuously. It was also known to introduce screens in the form of a few turns between the coarse and fine-stepped part.
It has also become known to arrange several electrostatic screens over the same coil, the former being galvanically coupled to the coil and this now having a capacitive effect on the others.
It was also known to wrap potential-controlling coatings in the high-voltage winding at the same time as the winding is being made, with these coatings having a winding pitch greater than 1.
The known designs relate to all legend windings with coil parts connected in series. They have the disadvantage that the screens have to be arranged in areas with high field strengths and thus have an unfavorable effect on the insulation strength of the transformer when it is exposed to operating frequency.
In the case of high-power transformers, it is often necessary to connect several coil groups in parallel. This is primarily due to technological and thermal reasons. If one were to use the known shield arrangements with such coils, then there would be a different coupling of the individual coil groups to the shield and thus a different influence in the event of surge voltage loading.
The object of the invention is to uniformly influence groups of coils connected in parallel by electrostatic screens, the arrangement of the screens being intended to avoid a reduction in the insulation strength at the operating frequency.
This is achieved according to the invention in that at least one screen is arranged between the layers connected in parallel.
The subject matter of the invention is described in more detail, for example, with reference to the drawing.
The high-voltage winding consists of layers 1 and 2 connected in parallel. These layers are twisted in a known manner so that the ohmic and reactance of the layers connected in parallel are the same. This condition must be met if you want to achieve an even distribution of current over the individual layers. The parallel connection of these individual. Laying is done by means of the end rings 3 and 4, which also serve to homogenize the field in the axial direction.
According to the invention, the electrostatic screen 5 is now arranged between the individual layers of the winding. When an impulse voltage wave arrives, the individual winding parts are influenced almost uniformly, regardless of whether they have a smaller or larger diameter than the electrostatic screen. As already described, another advantage of this arrangement is that there is no electrical field emanating from the winding between the individual layers. The insulation between the shield and the winding therefore needs to be designed for at most one layer voltage.