HIGH VOLTAGE WINDING OF AN INDUCTIVE VOLTAGE TRANSFORMER

Abstract: 1. A high voltage winding (1) of an inductive voltage transformer comprising at least two sub-windings (2, 3) one of which coaxially surrounds another and an intermediate electrode (9) which lies between the sub-windings and whose edge zones, which are located on both sides of a central zone (10) inside the high voltage winding, project laterally from the high voltage winding (1), characterised in that the intermediate electrode (9) consists of two metallic, half-ring shaped shell components (12, 13) which contain holes (14) in their central zone ; that, leaving two gaps (18), the shell components (12, 13) externally surround the first (inner) sub-winding (2) and are pressed by the other (outer) sub-winding (3) which is wound thereon against the first sub-winding (2) ; and that one of the two gaps (18) is bridged by means of a contact element (30).

Description: Hochspannungswicklung eines induktiven Spannungswandlers Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungswicklung eines induktiven Spannungswandlers mit mindestens zwei einander koaxial umfassenden Teilwicklungen und einer zwischen den Teiluicklungen liegenden Zwischenelektrode, die mit beiderseits eines innerhalb der Hochspannungswicklung liegenden Zentralbereichs vorhandenen Randbereichen seitlich aus der Hochspannungswicklung hervorsteht. Bei einer bekannten Hochspannungswicklung dieser Art (DE-AS 24 52 056) besteht die Zwischenelektrode aus einer eingewickelten Metallbahn, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Die Zwischenelektrode dient dabei als Wickelkörper für die die eine (innere) Teilwicklung umfassende äussere Teilwicklung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungswicklung zu schaffen, die sich durch einen besonders stabilen und besonders erschütterungsfesten Wicklungsaufbau auszeichnet. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer-Hochspannungswicklung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäss die Zwischenelektrode aus zwei metallenen, halbringförmigen Schalenteilen, die im Zentralbereich Löcher aufweisen; die Schalenteile umfassen unter Freilassung zweier Spalte die eine (innere) Teilwicklung aussen und sind von der aufgewickelten weiteren (äusseren) Teilwicklung gegen die eine Teilwicklung gepresst, und einer der beiden Spalte ist mittels eines Kontaktelementes überbrückt. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung besteht darin, dass aufgrund der Verwendung einer Zwischenelektrode mit Löchern in ihrem Zentralbereich ein stabiler und erschütterungsfester Wicklungsaufbau erreicht ist, weil die Schalenteile sich unter dem Druck der aufgewickelten äusseren Teilwicklung mit ihren Löchern in der äusse- ren Isolation der inneren Teilwicklung gewissermassen verhaken, so dass die Zwischenelektrode mit der auf ihr aufgewickelten äusseren Teilwicklung weder seitlich noch in Umfangsrichtung in Bezug auf die innere Teiluicklung verschiebbar ist. Dieses Verhaken der Zwischenelektrode ist dadurch ermöglicht, dass diese aus zwei halbringförmigen Schalenteilen mit einer derartigen Bemessung besteht, dass sie die innere Teilwicklung unter Freilassung zweier Spalte umfasst und somit durch die äussere Teilwicklung ungehindert an die innere Teilwicklung anpressbar ist. Das Kontaktelement, das einen der Spalte überbrückt, sorgt dafür, dass die gesamte Zwischenelektrode auf ein und demselben Zwischenpotential liegt, wobei mittels des zweiten, nicht überbrückten Spaltes in bekannter Weise eine Kurzschlusswindung verhindert ist. Die Erfindung ist nicht nur bei einer Hochspannungswicklung mit zwei einander koaxial umfassenden Teilwicklungen anwendbar, sondern auch bei Hochspannungswicklungen, die aus mehr als zwei Teilwicklungen bestehen; die Zwischenelektrode zwischen den jeweils benachbarten Teilwicklungen ist dann jeweils in der Weise auszubilden, wie es oben angegeben worden ist, wobei auch ihre Bemessung zur Erzielung der Spalte und die Verwendung eines Kontaktelementes in übereinstimmender Weise vorzunehmen ist. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemässe Hochspannungswicklung mit mindestens zwei als Lagenwicklungen ausgeführten Teilwicklungen, wenn die Schalenteile im Zentralbereich eine ringförmige, sickenartige Einziehung mit einer der Breite der Wicklungslagen der als Rechteckwicklungen ausgeführten Teilwicklungen entsprechenden Breite aufweisen und wenn jede Teilwicklung zwischen ihren Wicklungslagen thermoplastischen Lack tragende Folien aufweist, deren Breite grösser als die Breite der Wicklungslagen ist und die an ihren aus den Wicklungslagen hervorstehenden Seiten gefiedert sind, wobei die hervorstehenden Seiten einander überlappend nach aussen umgelegt sind und die Folien aufgrund von Hitzeeinwirkung auf die Lackschicht mit den Wicklungslagen und miteinander verklebt sind. Eine solchermassen ausgebildete Hochspannungswicklung hat den Vorteil, dass sie besonders stabil und erschütterungsfest ist, da sie nicht nur hinsichtlich jeder Teilwicklung aufgrund der Verwendung von thermoplastischen Lack tragenden Folien und der Hitzeeinwirkung einen festen Wicklungsaufbau aufweist, sondern infolge der Verwendung von Schalenteilen mit einer sickenartigen Einziehung im Zentralbereich eine feste Halterung der Zwischenelektrode und damit der auf ihr aufgebrachten äusseren Teilwicklung auf der inneren Teilwicklung sicherstellt. Selbst hohe Beanspruchungen der Wicklung in achsparalleler Richtung führen daher nicht zu einer Zerstörung des Wicklungsaufbaus. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei Teilwicklungen mit dem angegebenen Wicklungsaufbau die seitlichen Ränder nach der Hitzeeinwirkung nach aussen gezogen sind, so dass sich die Schalenteile mit ihrer sickenartigen Einziehung zwischen den nach aussen gezogenen Rändern verankern. Zusätzlich ergibt sich bei der Hochspannungswicklung der Vorteil, dass die Schalenteile mit ihren Löchern besonders gut mit der Isolation der Teilwicklungen verhaftet sind. Eine Lagenwicklung mit thermoplastischen Lack tragenden Folien, die aufgrund von Hitzeeinwirkung auf die Lackschichten mit den Wicklungslagen und miteinander verklebt sind, ist an sich aus dem DE-GM 81 27 860 bekannt. Bei der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung kann das Kontaktelement in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Kontaktelement einen innen an den Schalenteilen anliegenden ersten Kontaktstreifen enthält, der mit dem äusseren Ende der inneren Teilwicklung verbunden ist, und einen aussen an den Schalenteilen anliegenden zweiten Kontaktstreifen aufweist, der mit dem inneren Ende der äusseren Teilwicklung verbunden ist, und wenn die Kontaktstreifen im Bereich des überbrückten Spaltes miteinander verbunden sind. Handelt es sich bei dem Kontaktelement um ein solches, bei dem zwei zunächst separate Kontaktstreifen Verwendung finden, dann sind diese im Bereich des überbrückten Spaltes vorteil hafterueise durch Schweissen miteinander verbunden. Um eine besonders sichere Kontaktgabe zwischen den beiden Schalenteilen durch das Kpntaktelement zu erreichen, bestehen vorteilhafterweise die Kontaktstreifen aus einem einzigen Kontaktband, das durch den Spalt geführt ist; der erste Kontaktstreifen ist im Bereich des jeweils einen Schalenteiles mäanderförmig umgebogen und der zweite Kontaktstreifen ist im Bereich des jeweils anderen Schalenteiles mäanderförmig umgebogen. Dadurch ist nämlich erreicht, dass auch bei einem kleinen Abstand von den Zwischenelektroden zu den Teilwicklungen an ihrem äusseren bzw. inneren Rande eine Kontaktgabe mit den Kontaktstreifen bewirkt ist,- weil sich diese dann in ihrem mäanderförmig umgebogenen Bereich aufgrund einer Federwirkung aufbiegen. Damit ist mit Sicherheit erreicht, dass beide Schalenteile der Zwischenelektrode galvanisch miteinander verbunden sind und damit auf demselben Potential liegen. Insbesondere zur Erleichterung der Herstellung der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kontaktstreifen im Bereich ihrer Verbindungs stellen mit den Enden der Teilwicklungen sich quer erstreckende Befestigungslaschen aufweisen, die mit ihrem jeweils einen Teil mittels der Folien jeweils im Randbereich der Teilwicklungen festgelegt sind und mit ihrem jeweils anderen um die Folien umschlagbar sind. Zur Erläuterung der Erfindung ist in Figur 1 ein Schnitt durch einen induktiven Spannungswandler mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung, in Figur 2 eine Aufsicht auf einen abgewickelten Teil der Zwischenelektrode der Hochspannungsuicklung nach Figur 1, in Figur 3 ein Schnitt nur durch die Hochspannungswicklung nach Figur 1 im Bereich des überbrückten Spaltes der Zwischenelektrode und in Figur 4 eine Aufsicht auf die Zwischenelektrode im Bereich des überbrückten Spaltes bei fortgelassener äusserer Teilwick- lung wiedergegeben. Wie Figur 1 erkennen lässt, besteht eine Hochspannungswicklung 1 aus einer inneren Teilwicklung 2 und einer äusseren Teilwicklung 3; beide Teilwicklungen 2 und 3 sind als Lagenwicklung, und zwar als Rechteckwicklung, ausgeführt. Jede Teilwicklung 2 bzw. 3 ist dabei so hergestellt, wie es in dem DE-EM 81 27 860 im einzelnen beschrieben ist. Dies bedeutet, dass als Isolierstoffbahn zwischen den Wicklungslagen 4 mit gleicher Breite eine Kunststoffolie 5 mit einer thermoplastischen Lackschicht verwendet ist, die an ihren Rändern gefiedert ist. Diese Kunststoffolien 5 befinden sich zwischen den einzelnen Wicklungslagen 4. Die Teilwicklung 2 ist auf einem geradzylindrischen Spulenkörper 7 aufgebracht. Die innere Teilwicklung 2 ist von einer Zwischenelektrode 9 umgeben, die in ihrem Zentralbereich 10 eine ringförmige, sickenartige Einziehung 11 aufweist, wodurch die Zwischen elektrode 9 nach Fertigstellung der gesamten Hochspannungswicklung (wie unten noch erläutert wird) formschlüssig in der inneren Teilwicklung 2 liegt. Wie Figur 2 erkennen lässt, weist jedes metallene, halbringförmige Schalenteil 12 bzw. 13 der Zwischenelektrode 9 Löcher 14 in ihrem -Zentralbereich 10 auf. Ausserdem ist jede Zwischenelektrode 9 mit Randbereichen 16 und 17 versehen, die an ihren äusseren Enden zur Vermeidung von Feldkonzentrationen trompetenförmig aufgeweitet sind. Die halbringförmigen Schalenteile 12 und 13 der Zwischenelektrode 9 sind so bemessen, dass sie nach ihrer Aufbringung auf die innere Teilwicklung 2 unter Erzeugung zweier Spalte liegen, von denen in der Figur 2 ein Spalt 18 erkennbar ist Nachdem - wie später noch erläutert wird - mittels eines Kontaktelementes der Spalt zwischen den halbringförmigen Schalenteilen 12 und 13 überbrückt ist, wird auf den Zentralbereich 10 der Zwischenelektrode 9 die äussere Teilwicklung 3 aufgebracht. Die äussere Teilwicklung ist in derselben Weise aufgebaut, wie dies im Zusammenhang mit der Erläuterung des Aufbaus der inneren Teilwicklung 2 bereits ausführlich beschrieben worden ist. Nach der Herstellung der gesamten Hochspannungswicklung 1 mit Zuischenelektrode 9 wird diese einer Wärmebehandlung ausgesetzt, wobei die gefiederten Ränder der Kunststoffolien 5 aufgrund des unter Hitzeeinwirkung thermoplastisch veränderten Lacks vor allem mit den äusseren Windungen der Wicklungslagen 4 und mit den jeweils benachbarten Rändern der Kunststoffolien 5 verkleben, wodurch ein fester Aufbau der Lagenwicklung auch ohne ein seitliches Begrenzungsteil des Spulenkörpers selbst bei-grösseren Belastungen der Lagenwicklung gewährleistet ist. Dabei verbacken die einzelnen Teilwicklungen 2 bzw. 3 fest untereinander, und es entsteht gleichzeitig eine innige Verbindung des Zentralbereichs 10 der Zwischenelektrode 9 mit den beiden Teilwicklungen 2 und 3 aufgrund der sickenartigen Einziehung 11 und der Löcher 14, so dass die Hochspannungswicklung 1 sehr stabil und sehr erschütterungsfest ist. Diese Eigenschaft ergibt sich u. a. deshalb, weil die Teilwicklungen 2 und 3 bei Hitzeeinwirkung sich im mittleren Bereich mehr zusammenziehen als aussen, so dass hervorstehende Ränder 19 und 20 entstehen, die die Zwischenelektrode 9 halten. Die Hochspannungswicklung 1 umfasst bei einem induktiven Spannungsuandler in der Regel eine Sekundärwicklung 21, die ihrerseits auf einem Eisenkern 22 angeordnet ist, bei dem es sich um einen Rahmenkern handeln kann. Die Hochspannungswicklung 1 kann in nicht dargestellter Weise von einer Hochspannungselektrode umgeben sein. Zur Erläuterung des Kontaktelementes der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung dienen die Figuren 3 und 4. Sie zeigen ein Kontaktelement 30, das einen ersten Kontaktstreifen 31 aufweist. Dieser erste Kontaktstreifen 31 ist innerhalb der Schalenteile 12 und 13 der Zwischenelektrode 9 angeordnet und mit seinem einen Ende 32 mit dem äusseren Ende 33 der inneren Teilwicklung 2 verbunden. Im Bereich des Schalenteiles 12 ist der Kontaktstreifen 21 an seinem anderen Ende 35 mäanderförmig umgebogen. Der Kontaktstreifen 31 ist Teil eines Kontaktbandes 36, aus dem äuch ein zweiter Kontaktstreifen 37 gebildet ist. Das Kontaktband 36 ist daher durch den Spalt 18 zwischen den Schalenteilen 12 und 13 nach aussen geführt. Der zweite Kontaktstreifen 37 ist an seinem einen Ende 38 mit dem inneren Ende 39 der weiter nicht gezeigten äusseren Teilwicklung verbunden und an seinem anderen Ende 40 mäanderförmig umgebogen. Dabei liegt der mäanderförmig umgebogene Bereich des zweiten Kontaktstreifens 37 ausserhalb des Schalenteiles 13. Auf diese Weise ist erreicht, dass - falls sich bei Hitze einwirkung ein Spalt zwischen den Schalenteilen und den Teilwicklungen ergeben sollte - auf jeden Fall eine Kontaktgabe zwischen dem Kontaktband 26 und den beiden Schalenteilen 12 und 13 ergibt, so dass diese auf demselben Potential liegen. Im Falle eines Spaltes zwischen den Teilwicklungen und den Schalenteilen öffnet sich nämlich das Kontaktband im jeweils mäanderförmig umgebogenen Bereich und stellt damit die Kontaktgabe sicher. Wie insbesondere Figur 4 erkennen lässt, ist jeder Kontaktstreifen 31 bzw. 37 im Bereich seiner Verbindungsstelle 41 bzw. 42 mit den Enden 33 bzw. 39 der Teilwicklungen 2 und 3 mit einer sich quer erstreckenden Befestigungslasche 43 bzw. 44 versehen. Diese Befestigungslaschen 43 bzw. 44 weisen einen umschlagbaren Teil 45 bzw. 46 auf, so dass eine mechanische Festlegung des gesamten Kontaktelementes mit der Isolation der Teilwicklungen bzw. der Kunststoffolie möglich ist. Dies geschieht dadurch, dass nach Fertigstellung der inneren Teilwicklung 2 der in Figur 4 untere Teil 47 der Befestigungslasche 43 nach Herstellung der Verbindungsstelle 41 mit Kunststoffolie umwickelt wird, wobei der gesamte übrige Teil des Kontaktelementes seitlich (nach rechts) weggeklappt ist. Danach wird der gesamte übrige Teil des Kontaktelementes zurückgsklappt, und es werden die Schalenteile 12 und 13 aufgebracht, wobei das Kontaktband in der in der Figur 3 dargestellten Weise nach aussen durch den Spalt 18 geführt ist. Vor Beginn der Herstellung der äusseren Teilwicklung wird der Teil 46 der Befestigungslasche 44 nach aussen (nach links) geklappt und die Kunststoffolie der Wicklungsisolation der äusseren Teilwicklung 3 auf den anderen Teil 48 der Befestigungslasche 44 so aufgebracht, dass das Kontaktelement im Bereich ausserhalb der Schalenteile 12 und 13 mechanisch festgelegt ist. Danach wird das Teil 46 zurückgeklappt,- die Verbindung mit dem inneren Ende 39 der äusseren Teilwicklung 3 hergestellt und dann die gesamte äussere Teilwicklung 3 in der bereits beschriebenen Weise hergestellt. Damit ist dann eine Hochspannungswicklung 1 gewonnen, deren Schalenteile 12 und 13 für einen festen mechanischen Zusammenhalt der Teilwicklungen 2 und 3 sorgen, auf demselben Potential liegen und aufgrund eines nicht überbrückten Spaltes eine Kurzschlusswindung verhindern. 4 Figuren 5 Ansprüche

Claims: Patentansprüche 1. Hochspannungswicklung eines induktiven Spannungswandlers mit mindestens zwei einander koaxial umfassenden Teiluicklungen und einer zwischen den Teilwicklungen liegenden Zwischenelektrode, die mit beiderseits eines innerhalb der Hochspannungswicklung liegenden Zentralbereichs vorhandenen Randbereichen seitlich aus der Hochspannungswicklung hervorsteht, d a d u r c h 9 e k e n n z e i c h n e t , dass die Zwischenelektrode (9) aus zwei metallenen, halbringförmigen Schalenteilen (12, 13) besteht, die in ihrem Zentralbereich (10) Löcher (14) aufweisen, dass die Schalenteile (12, 13) unter Freilassung zweier Spalte (18) die eine (innere) Teilwicklung (2) aussen umfassen und von der aufgewickelten weiteren (äusseren) Teilwicklung (3) gegen die eine Teilwicklung (2) gepresst sind und dass einer der beiden Spalte (18) mittels eines Kontaktelementes (30) überbrückt ist. 2. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 mit zwei als Lagenwicklungen ausgeführten Teilwicklungen , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schalenteile (12, 13) im Zentralbereich (10) eine ringförmige, sickenartige Einziehung (11) mit einer der Breite der Wicklungslagen (4) der als Rechteckwicklungen ausgeführten Teilwicklungen (2, 3) entsprechenden Breite aufweisen und dass jede Teilwicklung (2, 3) zwischen ihren Wicklungslagen (4) thermoplastischen Lack tragende Folien (5) aufweist, deren-Breite grösser als die Breite der Wicklungslagen (4) ist und die an ihren aus den Wicklungslagen (4) hervorstehenden Seiten gefiedert sind, wobei die hervorstehenden Seiten einander überlappend nach aussen umgelegt sind und die Folien (5) aufgrund von Hitzeeinwirkung auf die Lackschichten mit den Wicklungslagen (4) und miteinander verklebt sind. 3. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 oder 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktelement (30) einen innen an den Schalenteilen (12, 13) anliegenden ersten Kontaktstreifen (31) enthält, der mit dem äusseren Ende (33) der inneren Teilwicklung (2) verbunden ist, und einen aussen an den Schalenteilen (12, 13) anliegenden zweiten Kontaktstreifen (37) aufweist, der mit dem inneren Ende (39) der äusseren Teilwicklung (3) verbunden ist, und dass die Kontaktstreifen (31, 37) im Bereich des überbrückten Spaltes (18) miteinander verbunden sind. 4. Hochspannungswicklung nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontaktstreifen (31, 37) aus einem einzigen Kontaktband (36) bestehen, das durch den Spalt (18) geführt ist, und dass der erste Kontaktstreifen (31) im Bereich des jeweils einen Schalenteiles (12) mäanderförmig umgebogen und der zweite Kontaktstreifen (37) im Bereich des jeweils anderen Schalenteiles (13) mäanderförmig umgebogen ist. 5. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontaktstreifen (31, 37) im Bereich ihrer Verbindungsstellen (41, 42) mit den Enden (33, 39) der Teilwicklungen (2, 3) sich quer erstreckende Befestigungslaschen (43, 44) aufweisen, die mit ihrem jeweils einen Teil (47, 48) mittels der Folien jeweils im Randbereich der Teilwicklungen (2, 3) festgelegt sind und mit ihrem jeweils anderen Teil (45, 46) um die Folien (5) umschlagbar sind.

Inventors: KEIL, WERNER, KERSTEN, KLAUS-DIETER, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: H01F27
IPC codes: H01F27