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Als Glied einer Transformatorkaskade verwendbarer, isoliert aufgestellter Einphasentransformator.
Zur Erzielung ausserordentlich hoher Spannungen hat man bisher zwei oder mehrere isoliert aufgestellte Einphasentransformatoren zu einer sogenannten Transformatorkaskade kom- biniert, indem man jedem Transformator ausser der Niederspannungs-Primärwicklung und der Hochspannungs-Sekundärwicklung noch eine dritte Wicklung meist niederer Spannung gab, welche zum Anschluss bzw. zur Speisung der Primärwicklung eines zweiten gleieliartigen
Transformators der Kaskade diente, dessen Sekundärwicklung zur Erzeugung höherer Spannungs- stufen mit der Sekundärwicklung des Vordertransformators in Reihe geschaltet war und dessen dritte Wicklung gegebenenfalls zur Speisung eines weiteren derartigen Transformators der Kaskade diente.
Die Schwierigkeit dieser Kombination der Transformatoren lag in der Isolation der
Wicklungen gegeneinander und gegen Eisen, weil sich bei der üblichen Bauart der Transfor- matoren sehr grosse Spannungsdifferenzen zwischen den benachbarten Teilen der verschiedenen
Wicklungen bzw. zwischen Wicklung und Eisen einstellen konnten. Man war daher bestrebt, die Potentialeinstellung zwangsweise derart zu gestalten, dass sieh eine möglichst geringe
Potentialdifferenz zwischen den benachbarten Teilen des Transformators ergab. Diese erzwungene
Potentialverteilung auf die betreffenden Teile wurde durch leitende Verbindungen erreicht, welche die in ihrer Potentiallage steuerbaren Teile des Transformators mit geeigneten Punkten der einpolig geerdeten Hochspannungswicklung verbanden.
Das Potential der so gesteuerten Teile wurde dabei so gewählt, dass es angenähert dem Mittelwert der Potentiale benachbarter Teile entsprach. Diese Steuerung der Potentialverteilung hat aber grosse Nachteile. Die leitende Verbindung nur je eines Punktes zweier getrennt und somit voneinander gut isolierter Stromkreise wäre an sich zwar nicht schädlich, weil sie keine Erhöhung der Strombeanspruchung der
Transformatorwicklungen zur Folge hat und daher ohne Einfluss auf den Belastungszustand der
Transformatoren ist. Anders liegt aber der Fall, wenn aus irgendeinem Grunde die Isolation zwischen diesen Stromkreisen auch an anderer Stelle durchbricht. Dann stellt die genannte Massnahme einen direkten Kurzschluss des Transformators dar, welcher ihn zerstört und die ganze Anlage gefährdet.
Die Potentialsteuerung durch leitende Verbindung getrennter Stromkreise der Transformatoren ist also möglichst zu vermeiden und stellt nur eine ungünstige Lösung der gestellten Aufgabe dar.
Aufgabe der Erfindung ist nun, eine günstige Potentialverteilung mit Mitteln zu erreichen, welche die angegebenen Nachteile nicht besitzen. Es wird zu diesem Zweck von einer Er- scheinung Gebrauch gemacht, die auf der kapazitiven Beziehung jedes isolierten Körpers zu seiner Umgebung beruht. Befindet sich ein isolierter Körper in der Nähe anderer Körper ver- schiedenen Potentials, dann nimmt er selbst ein Potential an, welches etwa dem Mittelwert derjenigen Potentiale entspricht, die er annehmen würde, wenn die vorhandenen Körper einzeln sein Potential bestimmen würden. Es findet in ihm gewissermassen ein Ausgleich verschiedener gleichzeitig in ihm erzeugter Potentiale zu einem Mittelwert statt.
Die Höhe dieses Ausgleichs- wertes ist aber verschieden, je nach der Stellung des Körpers zu den andern, und es lässt sich in jedem Falle eine Lage finden, in welcher der Ausgleichswert ein solcher ist, dass die jeweils maximale Potentialdifferenz zwischen diesem Körper und den ändern ein Minimum
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wird. Diese Erkenntnis lässt sich auf die Anordnung der verschiedenen Transformatorwicklungen anwenden, indem man ihnen eine solche Lage gegeneinander und gegen Eisen gibt, dass die
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durch die Potentialsteuerung der Wicklungen erreicht wurde.
Die Erfindung bezieht sich somit auf einen als Glied einer Transformatorkaskade verwendbaren, isolierL aufgestelltenEinphasentransformalor mit mehreren (mindestens drei) Wicklungen. nämlich einer Primärwicklung niederer Spannung, einer Sekundärwicklung hoher Spannung und einer dritten Wicklung meist niederer Spannung, welche zum Anschluss bzw. zur Speisung der Primärwicklung eines zweiten gleichartigen Transformators der Kaskade dient, dessen Sekundärwicklung zur Erzielung höherer Spannungsstufen mit der Sekundärwicklung des Vordertransformators in Reihe geschaltet ist und dessen dritte Wicklung gegebenenfalls zur Speisung eines weiteren derartigen Transformators der Kaskade dienen kann.
Erfindungsgemäss sollen die Wicklungen des Transformators derart angeordnet sein, dass allein durch die kapazitive Verkettung der Wicklungen gegeneinander und gegen Eisen eine solche Potentialverteilung auf die Wicklungen erreicht wird, dass sich von selbst eine möglichst geringe Potentialdifferenz zwischen benachbarten Wicklungen sowie jeweils zwischen Wicklung und Eisen einstellt. Die Beanspruchung der Isolation der Transformatoren wird bei dieser Ausführung auf den minimal überhaupt erreichbaren Wert gebracht.
Die Erfindung sei an Hand der Ausführungsbeispiele der Fig. 1 und 2 näher erläutert. In der Zeichnung ist eine Kaskade von zwei zweischenkligen Einpllasentransformatoren Tl und 12 dargestellt. Die Transformatoren seien isoliert aufgestellt, so dass auch das Potential des Eisenkörpers steuerbar ist.
In Fig. 1 bedeuten T, den ersten (Vorder-) Transformator der Kaskade, T2 den zweiten (Hinter-) Transformator der Kaskade, P1 bzw. P2 sind die Primärwicklungen niederer Spannung, Q1', Q1", Q2', Q2" die Sekundärwicklungen hoher Spannung, Zl bzw. Z2 die dritten Wicklungen
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P2 des Transformators T2 und die Wicklung P2 überträgt die aufgenommene Energie auf die Wicklungen Q2' Q2" und gegebenenfalls bei weiteren Kaskadentransformatoren auf den nächsten Transformator der Kaskade. Die beiden Wicklungen Q1' und Q1" bzw. Q2', Q2" sind parallel
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bindungsleitung Lg in Reihe geschaltet. Der Anfang A der Sekundärwicklung Q1 ist geerdet.
Das Ende E der Sekundärwicklung Q2 besitzt somit gegen Erde eine Spannung gleich dem
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mitte von Q2 besitzt. Durch die dargestellte symmetrische Anordnung aller drei Wicklungen in bezug auf die gezeichneten Symmetrieachsen S1 bzw. S2 wird nun folgende Potentialeinstellung der Wicklungen erreicht :
1. Die Wicklung P1 ist kapazitiv eng gekoppelt mit den benachbarten Windungen der Wicklungen Q/, Q1", welche infolge der Erdung des Punktes A Erdpotential besitzen. Das Potential der Wicklung P1 wird aber vorwiegend bestimmt durch das speisende Primärnetz, welches selbst auch annähernd Erdpotential besitzt. Es ist somit zweifellos, dass sich das Potential von P1 nicht wesentlich anders einstellen wird, als das Potential der benachbarten Windungen der Wicklungen ss/, Qlll.
2. Der Stromkreis der Wicklungen (Z1-P2) ist mit den Endwindungen der Wicklungen Q/ Q und den Anfangswindungen der Wicklungen Q2', Q2'I eng gekoppelt. Alle diese Windungen haben das der Sekundärspannung des Transformators T1 entsprechende Potential.
Sie wurden also dem Stromkreis annähernd dieses Potential aufdrücken. Anderseits ist die
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Da nun Fi das Potential der Wicklungsmitte der Sekundärwicklung von Tl, F2 das Potential der Wicklungsmitte der Sekundärwicklung von T2 besitzt, und da das erstgenannte Potential dem halben, das zweite dem eineinhalbfachcn Wert der Sekundärspannung eines Transformators entspricht, so stellt sich das Potential des Stromkreises (Zl -P2) anf den Mittelwert dieser Potentiale ein, welcher ebenfalls dem einfachen Wert der Sekundärspannung eines Transformators entspricht.
Also sowohl die kapazitive Verkettung mit den Wicklungen Ql, Q2 wie auch mit dem Eisen fi, F2 bewirkt, dass sich das Potential des Stromkreises (Z-.P2) auf den Wert der Sekundärspannung eines Transformators einstellt. Die sich hiebei ergebende Potentialdifferenz gegen benachbarte Wicklungsteile ist 0, gegen Eisen dagegen gleich dem halben Wert der Sekundärspannung, wie es annähernd auch bei der Wicklung-Pi der Fall war.
3. Die Wicklung Z2 ist mit den Endwindungen der Sekundärwicklungen Q2', 92" und mit dem Eisen F2 kapazitiv verkettet, sie wird also ein zwischen den entsprechenden Potentialen liegendes Potential gegen Erde annehmen, welches also grösser als die eineinhalbfache,
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hier kleiner als die halbe Sekundärspannung eines Transformators. Für den Fall, dass die Wicklung Z2 zum Anschluss einer weiteren Primärwicklung P3 dient, stellt sich das Potential des Stromkreises Z-JPg in analoger Weise auf das Endpotential der Sekundärwicklung des Transformators T2 ein, wie sich das Potential von ZZi- auf das Endpotential der Sekundär- Wicklung des Transformators T1 eingestellt hat.
Man erkennt hieraus, dass allein durch Anordnung der Wicklungen unter Einfluss ihrer kapazitiven Verkettung die Potentiale der Wicklungen sich von selbst so einstellen, dass sich keine den halben Wert der Sekundärspannung eines Transformators übersteigende Potentialdifferenz zwischen benachbarten Teilen des Transformators ergibt, ein Resultat, das bisher nur durch leitende Verbindungen der steuerbaren Stromkreise mit Punkten der geerdeten Hoch- spannungssekundärwicklung erreicht wurde.
Eine Verbesserung der beschriebenen und dargestellten Einrichtung erhält man durch Einführung einer vierten Wicklung gemäss Fig. 2. In Fig. 2 ist die Bedeutung der Buchstaben
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Wicklung in der Mitte der Schenkel, u. zw. liegt jede Wicklung symmetrisch zu den Symmetrieachsen 81 und 82. Ferner wird jede dieser Wicklungen von den parallel geschalteten Teilen der zugehörigen Sekundärwicklung flankiert, welche demnach jeweils zu beiden Seiten neben den Niederspannungswicklungen angeordnet sind. Den bisher genannten Wicklungen jedes Schenkels gegenüber und auf dem ganzen Schenkel gleichmässig verteilt liegt je eine Hälfte einer (vierten) Wicklung (Z)/, D1" bzw.
D2', D2"), wobei die Hälften dieser vierten Wicklung derart miteinander verbunden sind, dass sie die Streufelder der drei anderen Wicklungen kompensieren. Diese vierte Wicklung hat ausser dem Zweck der Kompensation der Streufelder noch die Aufgabe, die Sekundärwicklung von der Übertragung der : der Primärwicklung zugeführten Energie auf die dritte Wicklung zu entlasten. Das Potential dieser vierten Wicklung stellt sich wegen ihrer symmetrischen Anordnung von selbst derart ein, dass es dem Potential des zugehörigen Eisenkörpers gleich ist.
Dies ist aus der engen kapazitiven Verkettung dieser Wicklung, hauptsächlich mit der Sekundärwicklung, leicht zu erkennen, denn die kapazitive Verkettung besteht in jedem Transformator in gleicher Weise mit Sekundärwindungen niedrigen, mittleren und hohen Potentials, so dass sich als Ausgleichs-bzw. Mittelwert des Potentials der vierten Wicklung jeweils ein Potential ergibt, welches dem Potential der Wicklungsmitte der
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Transformators.
Die angegebenen Ausführungsbeispiele erschöpfen die Möglichkeit einer der Erfindung entsprechenden Wicklungsanordnung nicht. So können an Stelle konzentrierter auch untermischte Wicklungen verwendet werden und es ist die Zahl der Wicklungen pro Transformator durchaus nicht auf drei oder vier beschränkt. In jedem Falle lässt sich schon durch die Anordnung und symmetrische Lage der Wicklungen zu einer durch die Schenkelmitte gelegten Symmetrieachse erreichen, dass sich unter Einfluss der kapazitiven Verkettung der Transformatorteile gegeneinander von selbst eine möglichst geringe Potentialdifferenz zwischen benachbarten Wicklungen ergibt.
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