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Hoehspajmungstransformator, insbesondere Spannungsmesswandler.
Es ist bereits eine Isolierung von Spulen für Hochspannungstransformatoren bekannt, die im wesentlichen in der einteiligen Ausführung des Spulenkörpers der Oberspannungswieklung besteht.
Bei diesen Hochspannungstransformatoren hat man die Oberspannungswicklung derart ausgebildet, dass Rippen des einteiligen Spulenkastens die Oberspannungswieklung in mehrere Abteilungen unterteilen. Die Potentialverteilung an einer derartigen Wicklung erfolgt derart, dass das Potential in der
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teilungsspannung vorhanden ist.
Man hat auch bereits lagenweise Wicklungen verwendet und diese derart geschaltet, dass das Potential von dem durch die Wicklung umfassten Kern nach aussen hin ansteigt. Hiebei muss der Isolationsabstand je nach dem als Füllmasse verwendeten Dielektrikum entsprechend gross sein. Dadurch ergeben sich aber auch grössere Ausmasse des aktiven und inaktiven Teiles des Transformators und somit grosse Raumabmessungen zur Aufstellung desselben.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis dieses Nachteiles aus und vermeidet ihn erfindungsgemäss dadurch, dass die in einem einteiligen Spulenkasten aus Isolierwerkstoff untergebrachte Oberspannungswicklung des Transformators bzw. Spannungsmesswandlers derart über die ganze axiale Länge lagenweise gewickelt und angeschlossen ist, dass ihr Potential von dem aussenliegenden Anfangspotential nach dem von ihr umfassten Kern hin zunimmt. Es liegt also aussen Erd-oder beinahe Erdpotential, dagegen innen auf dem Aussenumfange des Spulenkastenrohres das höchste Potential, so dass die höchste Spannung- differenz gegen den Eisenkern und die gegebenenfalls umschlossene Sekundärwicklung durch den Isolierwerkstoff des einteiligen Spulenkastens aufgenommen wird.
Das höchste Potential der Ober- spannungswicklung wird durch den Spulenkastenflansch herausgeführt. Das Höchstpotential der innersten Wic1. lungslage ist zum aussenliegenden Anfangs-bzw. Erdpotential stufenweise durch die Spannungen der jeweiligen Wieklungslagen herabgestaffelt. Gleitentladungen auf dem Flansch des Spulenkörpers sind ausgeschlossen, da jeder Stelle durch die benachbarte Windung ein zwangläufiges Potential aufgedrückt wird.
Es ist also nur noch dafür zu sorgen, dass die Endwindungen jeder Lage
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Spulenkastenflansch keine oder nur sehr geringe Lufteinschlüsse vorhanden sind, die-u lonisatioiis- erscheinungen Veranlassung geb n könnten. Da die Drähte mit Baumwolle, Papier, Seide oder Emaille umgeben sind, so bleibt zwischen dem metallischen Leiter und dem Flansch nur ein der Isolationsstärke des Drahtes entsprechender Spalt übrig. Beim Wickeln entstehen weiterhin beim Übersteigen von einer Lage zur andern etwas grössere Hohlräume, die an der Übersteigstelle ungefähr dem Drahtdurchmesser entsprechen. Alle diese Spalte bzw.
Hohlräume können in an sich bekannter Weise durch Imprägnier- mittel, wie Lacke, Bakelit od. dgl., ausgefüllt werden, indem man jede gewickelte Lage anstreicht und die in den Spulenkasten eingebrachte Wicklung nceh unter Vakuum und Wärmeeinwirkung imprägniert.
Die äussere Lage der Oberspannungswicklung führt annähernd Erdpotential und besitzt daher so gut wie keine Spannung gegen die benachbarten geerdeten Teile. Zum Schutz der Oberspannungswicklung wird diese mit einem Mantel umgeben, der aus Isolierstoff oder Metall sein und sich der Wicklung dicht anschmiegen'kann. An dieser Stelle ist aber auch ein etwa vorhandener Luftraum unschädlich.
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Aus fabrikatorischen Gründen muss zwischen Spulenkasten und Kern bzw. innen angeordneter Niederspannungspule ein gewisser Abstand bleiben. Um an dieser Stelle eine Ionisation des Luftzwischenraumes durch die Verschiedenheit der Dielektrizitätskonstanten des Isolierwerkstoffes des Spulenkastens gegenüber der Luft zu vermeiden, wird die Innenseite des Rohres leitend gemacht, was in an sich bekannter Weise durch Metallisieren, Graphitieren oder durch Füllen mit Metallstückchen oder graphitiertem Sand gesehehen kann.
Der äussere Umfang des Isolierrohres kann ebenfalls metallisiert und mit dem Potential der innersten Lage der Oberspannungswicklung elektrisch verbunden werden. Dieser Belag bildet mit der Metallisierung der Innenseite des Rohres und der äusseren Flanschseiten sowie dem Metallmantel einen Kondensator als kapazitive Überbrückung der Oberspannungswicklung. Eintreffende Überspannungswellen werden also verflacht und Spannungssprünge innerhalb der Wicklung auf ein Minimum herab- gedruckt, so dass diese Transformatorausbildung dem Idealzustand nahekommt.
Das durch den metallisierten Flansch des Spulenkastens hindurchgeführte Ende der Oberspannungswicklung muss gegen die geerdeten Teile einen entsprechenden Abstand haben. Dies erfolgt
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messungen des Durchführungsisolators nicht zu vergrössern, ist der Spulenkastenflansch mit einem Fortsatz versehen, der mit der Durchführung sozusagen einen Durchgang bzw. eine isolierende Abdeckung für das Joch bildet. Die Durchführung liegt dabei in der Verlängerung des Durchstiches des Oberspannungswicklungsendes durch den Spulenkastenflanseh und sitzt demzufolge exzentrisch zur Transformatorachse. Soll die Durchführung in der Achse des Transformators sitzen, so muss noch ein Kanal von der Durchstichstelle des Flansches zur Durchführung hingeführt werden.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung dargestellt.
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Flansche 16 mit dem Eisenkern und dem geschlitzten Metallmantel 79 sowie mit Erde elektrisch verbunden sind.
Fig. 2 lässt eine Ansicht des Transformators von oben erkennen und Fig. 3 einen Schnitt in der
Linie l-A nach Fig. 1.
Aus Fig. 4 ist das kapazitive Ersatzschema erkennbar. Die Metallisierung der Aussenflächen des Spulenkastens bildet mit dem Metallmantel 19 den einen, geerdeten, während die innere mit der
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legung 20 und äusseren Metallmantel 19 ist die Wicklung 12 geschaltet.
Die Fig. 5 lässt einen sogenannten Fünfschenkelwandler erkennen, der aus drei Transformator-
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In Fig. 10 und 11 ist gegenüber Fig. 8 und 9 die Durchführung 17 in die Achse des Transformators gelegt. Der das Kernjoch 24 umschliessende Fortsatz 26 besitzt einen Kanal 31, in dem der Anschlussleiter von der Durchführung 17 zu dem Anfang der Oberspannungswicklung geführt wird.
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befestigten Flansches 32 erfolgt.
Schliesslich zeigt die Fig. 12 einen Schnitt in der Linie C-C nach Fig. 10 und 11 mit dem ge- schlitzen Mantel 19. In diesem Fall wird die elektrische Trennung durch einen Falz 33 mit eingelegtem Isolierwe, rkstoff erzielt, so dass der Mantel auch mechanisch fest sich um die Oberspannungswicklung herumlegt.
Die Fig. 13 lässt die horizontale Einbauweise derartiger Spannungsmesswandler in eine Wand erkennen. Damit wird ein durchgehender Leitungszug erreicht, und die Sicherungen können ohne Ent- fernen der Hochspannungsleitungen ausgewechselt werden. Die Durchführungen 17 können gleichzeitig als Stützisolatoren für die Leitungen dienen.
Die Fig. 14 und 15 zeigen wiederum zwei um 90'gegeneinander versetzte Schnitte durch einen
Transformator, bei dem nicht der Anfang der Wicklung, sondern deren Mitte Erdpotential besitzt. Durch
Zusammenfassen zweier Spulenkasten zu einem Stück ist die Oberspannungswieklung in zwei Hälften geteilt, und die an der Mittelrippe 34 liegenden Enden führen an deren unteren inneren Ende die volle Spannung, während der übrige Teil des Spulenkastens höchstens mit der halben Spannung beansprucht wird. Im übrigen ist die Ausbildung analog den früher beschriebenen Ausführungen.
Die Fig. 16-19 geben die Ausbildung des bereits beschriebenen Hochspannungstransformators in hängender Anordnung wieder, wobei der untere Flansch 16 des Spulenkastens in der Fig. 16 als Frei- luftisolator mit Rillen 36 ausgebildet ist, während die Fig. 17 und 18 einen hängenden Kaskadenwandler mit horizontal angeordneten Kernen darstellen. In diesem Falle sind zu beiden Seiten des Spulenkastens Durchführungen 17 vorhanden, die zum Tragen des nächsten Systems dienen. Die Tragmittel 36 dienen gleichzeitig als elektrische Verbindungen. Zur Erhöhung der Übersehlagspannung können die Durch- führungen Metall-oder Porzellansehirme erhalten. Der Kern des zweiten Systems ist gegenüber seinem einen metallischen Träger noch für die Spannungsdifferenz der Erregerwicklung an der Stelle 37 isoliert.
Fig. 19 lässt schliesslich gegenüber Fig. 17 und 18 eine andere Aufhängungsart erkennen, indem bei diesem
Ausführungsbeispiel ein um den Mantel 19 herumgelegtes Band 38 das System selbst sowie über ein Hängeisolatorglied 39 das nächste System trägt, so dass die Durchführungen 17 mechanisch entlastet sind und nur für die Isolierung der mit der Hochspannungswieklung verbundenen Erregerleitung zum nächsten Transformator dienen.
Fig. 20 und 21 stellen einen stehenden Kaskadenwandler dar, bei dem zwei der beschriebenen
Einzeltransformatorsysteme auf je einen Schenkel eines zweischenkligen Eisenkernes 40 gesetzt sind.
Die Anfänge der beiden äusseren Wicklungslagen sind mit den geschlitzten Metallmänteln 19 und dem gemeinsamen Eisenkern 40 verbunden, wobei die geschlitzten Mäntel selbst derart miteinander verbunden sind, dass sie selbst die an sich bekannte Überkopplungswicklung bilden. Bei dem unteren System liegt die Unterspannungswicklung 41 auf der Aussenseite des Isolierrohres des Spulenkastens, und ihre Enden sind durch eine der beiden als Stützisolatoren ausgebildeten Durchführungen 17 herausgeführt.
Die Unterspannungsleitung 14 ist in den Fig. 1-19 auf dem Kern angeordnet. Sie lässt sich aber auch konzentrisch um die Oberspannungswicklung 12 herumlegen. In letzterem Falle wird der
Spulenkasten 11 verkleinert, wodurch die Oberspannungswicklung näher an den Eisenkern kommt. Der Spulenkasten kann entsprechend der Form der Wicklung rund oder eckig sein.
Ebenso ist es für die Erfindung unerheblich, ob die Hohlräume zwischen Spulenkasten und geerdeten Teilen luft-, öl oder sandgeffillt sind.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Hochspannungstransformator, insbesondere Spannungsmesswandler, dessen Oberspannungswicklung in einem einteiligen Spulenkasten aus Isolierwerkstoff untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung derart über die ganze axiale Länge des Spulenkastens lagenweise gewickelt und angeschlossen ist, dass ihr Potential von dem aussenliegenden Anfangspotential nach dem von ihr umfassten Kern hin zunimmt und das Ende der innersten Wieklungslage durch den Flansch des Spulenkastens hindurchgeführt ist.
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High voltage transformer, especially voltage transducer.
An insulation of coils for high-voltage transformers is already known, which consists essentially in the one-piece design of the coil body of the high-voltage voltage.
In these high-voltage transformers, the high-voltage winding has been designed in such a way that ribs of the one-piece coil box subdivide the high-voltage waveform into several sections. The potential distribution on such a winding takes place in such a way that the potential in the
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division voltage is present.
Windings have also already been used in layers and switched in such a way that the potential of the core enclosed by the winding rises towards the outside. The insulation distance must be correspondingly large depending on the dielectric used as the filler. This also results in larger dimensions of the active and inactive part of the transformer and thus large space dimensions for the installation of the same.
The invention is based on the recognition of this disadvantage and avoids it according to the invention in that the high-voltage winding of the transformer or voltage transducer, which is housed in a one-piece coil box made of insulating material, is wound and connected in layers over the entire axial length in such a way that its potential depends on the external starting potential increases towards the core encompassed by it. So there is earth or almost earth potential on the outside, while the highest potential is on the inside on the outer circumference of the coil box tube, so that the highest voltage difference to the iron core and the possibly enclosed secondary winding is absorbed by the insulating material of the one-piece coil box.
The highest potential of the high voltage winding is brought out through the coil box flange. The highest potential of the innermost Wic1. management situation is to the external start or. Earth potential gradual downgraded by the voltages of the respective weighing positions. Sliding discharges on the flange of the coil body are excluded, since an inevitable potential is imposed on each point by the adjacent winding.
So it just remains to make sure that the end turns of each layer
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Coil box flange no or only very little air inclusions are present which could give rise to ionization phenomena. Since the wires are surrounded by cotton, paper, silk or enamel, there is only a gap between the metallic conductor and the flange that corresponds to the insulation thickness of the wire. When winding, somewhat larger cavities continue to arise when crossing from one layer to the other, which roughly correspond to the wire diameter at the crossing point. All these columns or
Cavities can be filled in a manner known per se with impregnating agents such as lacquer, bakelite or the like by painting each wound layer and then impregnating the winding introduced into the coil box under the action of vacuum and heat.
The outer position of the high-voltage winding carries almost earth potential and therefore has almost no voltage against the neighboring earthed parts. To protect the high-voltage winding, it is surrounded by a jacket that is made of insulating material or metal and that can fit tightly to the winding. At this point, however, any existing air space is also harmless.
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For manufacturing reasons, a certain distance must remain between the coil box and core or the low-voltage coil arranged inside. In order to avoid an ionization of the air gap at this point due to the difference in the dielectric constant of the insulation material of the coil box compared to the air, the inside of the tube is made conductive, which is seen in a known manner by metallizing, graphitizing or by filling with bits of metal or graphitized sand can.
The outer circumference of the insulating tube can also be metallized and electrically connected to the potential of the innermost layer of the high-voltage winding. With the metallization of the inside of the pipe and the outer flange sides as well as the metal jacket, this coating forms a capacitor as a capacitive bridge over the high-voltage winding. Incoming surge waves are flattened and voltage jumps within the winding are reduced to a minimum, so that this transformer design comes close to the ideal state.
The end of the high-voltage winding that passes through the metalized flange of the coil box must have a corresponding clearance from the earthed parts. this happens
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Measurements of the bushing insulator not to enlarge, the coil box flange is provided with an extension that forms a passage or an insulating cover for the yoke with the bushing, so to speak. The implementation lies in the extension of the piercing of the high-voltage winding end through the coil box flange and is therefore eccentric to the transformer axis. If the bushing is to sit in the axis of the transformer, a channel must be led from the puncture point of the flange to the bushing.
In the figures, embodiments according to the invention are shown.
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Flanges 16 are electrically connected to the iron core and the slotted metal jacket 79 and to earth.
FIG. 2 shows a view of the transformer from above and FIG. 3 shows a section in FIG
Line I-A of Fig. 1.
The capacitive replacement scheme can be seen from FIG. The metallization of the outer surfaces of the coil box forms with the metal jacket 19 the one, grounded, while the inner one with the
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Laying 20 and outer metal jacket 19, the winding 12 is connected.
Fig. 5 shows a so-called five-limb converter, which consists of three transformer
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In Fig. 10 and 11, compared to Fig. 8 and 9, the bushing 17 is placed in the axis of the transformer. The extension 26 surrounding the core yoke 24 has a channel 31 in which the connection conductor is led from the bushing 17 to the beginning of the high-voltage winding.
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attached flange 32 takes place.
Finally, FIG. 12 shows a section in the line CC according to FIGS. 10 and 11 with the slit jacket 19. In this case, the electrical separation is achieved by a fold 33 with an inserted insulating material, so that the jacket is also mechanical wraps itself firmly around the high-voltage winding.
FIG. 13 shows the horizontal installation of such voltage transducers in a wall. This ensures a continuous cable run and the fuses can be replaced without removing the high-voltage cables. The bushings 17 can also serve as post insulators for the lines.
14 and 15 again show two sections, offset by 90 'from one another, through one
Transformer in which not the beginning of the winding, but its center has earth potential. By
Combining two coil boxes into one piece, the high tension weight is divided into two halves, and the ends lying on the central rib 34 carry full tension at their lower inner end, while the remaining part of the coil box is stressed at most with half the tension. Otherwise, the training is analogous to the designs described earlier.
16-19 show the design of the high-voltage transformer already described in a hanging arrangement, the lower flange 16 of the coil box in FIG. 16 being designed as an open air insulator with grooves 36, while FIGS. 17 and 18 show a hanging cascade converter with horizontally arranged cores. In this case, bushings 17 are provided on both sides of the coil case, which are used to carry the next system. The support means 36 also serve as electrical connections. To increase the surge voltage, the bushings can be provided with metal or porcelain screens. The core of the second system is insulated from its one metallic carrier for the voltage difference of the excitation winding at point 37.
Finally, FIG. 19 shows a different type of suspension compared to FIGS. 17 and 18 in that in this case
Embodiment a band 38 wrapped around the jacket 19 carries the system itself as well as the next system via a suspension insulator member 39, so that the bushings 17 are mechanically relieved and only serve to isolate the excitation line connected to the high voltage vibration to the next transformer.
Figures 20 and 21 illustrate a standing cascade converter utilizing two of those described
Individual transformer systems are each set on one leg of a two-legged iron core 40.
The beginnings of the two outer winding layers are connected to the slotted metal sheaths 19 and the common iron core 40, the slotted sheaths themselves being connected to one another in such a way that they themselves form the known overcoupling winding. In the lower system, the low voltage winding 41 is located on the outside of the insulating tube of the coil box, and its ends are led out through one of the two bushings 17 designed as post insulators.
The low voltage line 14 is arranged on the core in FIGS. 1-19. However, it can also be placed concentrically around the high-voltage winding 12. In the latter case, the
Coil box 11 reduced in size, whereby the high-voltage winding comes closer to the iron core. The coil box can be round or square according to the shape of the winding.
It is also irrelevant for the invention whether the cavities between the coil box and earthed parts are filled with air, oil or sand.
PATENT CLAIMS: l. High-voltage transformer, in particular voltage transducer, the high-voltage winding of which is housed in a one-piece coil box made of insulating material, characterized in that the winding is wound and connected in layers over the entire axial length of the coil box such that its potential extends from the external starting potential to the core it encompasses increases and the end of the innermost Wieklungslage is passed through the flange of the bobbin case.