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Elektrischer Transformator
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angeordnet, die überdies mit einer Hochspannungsklemme verbunden ist, so dass nicht ersehen werden kann, wie durch die Steuereinlage ein rein kapazitiver Ableitungsweg für eine an der Hochspannung klemme auftretende Stossspannung geschaffen werden könnte.
Gemäss der Erfindung ist es nun möglich, bei einem elektrischen Transformator mit einer Hochspannungswicklung der Scheibentype, bei der die Wicklung in der weiter oben erläuterten Art ausgebildet ist, zur Ableitung von Stossspannungen, für die z. B. im Falle eines Blitzschlages eine Erhöhung der Spannung um mehrere Kilovolt innerhalb von 10-6 sec im Bereich der Möglichkeit liegt, einen rein kapazitiven Ableitungsweg zu schaffen, wobei jene Punkte, welche die Klemmen jedes Teilkondensators bilden, möglichst nahe benachbart sind.
Dies wird gemäss der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, dass bei einem Transformator der angegebenen Art jeder der blinden Leiter mehrere in Form einer kontinuierlichen Spirale gewickelte Windungen aufweist. Durch diese Ausbildung ergibt sich jedoch nicht eine blosse Vergrösserung der Kapazität, sondern es kommt insbesondere ausserdem für Impulsspannungen ein im wesentlichen ausschliesslich kapazitiver Weg zustande, so dass die Impulse nicht induktive Teilwege durchlaufen müssen.
Die Bezeichnung"Wicklungsabschnitt"hat im Transformatorbau eine besondere Bedeutung, die aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung klar hervorgeht.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer erläutert werden, in denen die Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele eines Transformators gemäss der Erfindung darstellen, Fig. 3 eine Einzelheit des Transformators nach Fig. 2 wiedergibt, die Fig. 4 und 5 Abwandlungen der Einzelheit des Transformators nach Fig. 3 zeigen und die Fig. 6 - 10 je ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.
Gemäss Fig. 1 umfasst die Hochspannungswicklung des Transformators eine Vielzahl von Spulen ; die erste Spule besteht aus zwei scheibenförmigen Wicklungsabschnitten A, B, die zweite Spule aus zwei
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nes D umgibt.
Die aufeinanderfolgenden Windungen des spiralförmig nach innen verlaufenden Leiters des Wicklungsabschnittes Al sind mit 1, 2, 3.... 10 bezeichnet, wobei die äusserste Windung direkt mit der Hochspannungsklemme E des Transformators verbunden ist. Der zweite Wicklungsabschnitt B ist ähnlich dem Abschnitt A, doch verläuft der Leiter hier spiralförmig nach aussen ; seine aufeinanderfolgenden Windungen sind mit 11,12, 13..... 20 bezeichnet. Die innerste Windung 10 des Abschnittes A ist mit der innersten Windung 11 des Abschnittes B durch einen Leiter F verbunden, während die äusserste Windung 20 des Abschnittes B mit der äussersten Windung 21 des benachbarten Wicklungsabschnittes A durch einen Leiter G verbunden ist.
Es versteht sich, dass die Verbindungsleiter Fund G im allgemeinen durch den durchgehend ausgebildeten stromführenden Leiter selbst gebildet werden.
Auf die beschriebene Weise bilden die miteinander verbundenen Wicklungsabschnitte A, B eine Spule einer üblichen Scheibenwicklung.
Beim Transformator nach Fig. 1 isterfindungsgemässnoch ein "blinder", d. h. ein am normalen Transformationsvorgang nicht beteiligter Leiter H verschachtelt zwischen aufeinanderfolgenden Windungen des stromführenden Leiters der Hochspannungswicklung gewickelt ; dieser blinde Leiter verläuft beim dar-
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Punkt zwischen den innersten zwei Windungen 11,12 des Abschnittes B zu einem Punkt zwischen den äussersten zwei Windungen 19,20 dieses Abschnittes, wo er endet. D'e beiden blinden Leiter H, I sind an ihren äusseren Enden durch einen Leiter J miteinander verbunden. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein solcher blinder Leiter in beiden zu einer Spule gehörenden Wicklungsabschnitten vorgesehen ; es ist erkennbar, dass zu den blinden Leitern keine äusseren Anschlüsse vorgesehen sind.
Die praktische Ausführung der blinden Leiter wird unter Bezugnahme au''die Fig. 3-5 noch genauer beschrieben.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der allgemeine Aufbau ähnlich wie in Fig. 1, nur dass sich die blinden Leiter H, I von einem Punkt zwischen den äussersten zwei Windungen 1, 2 bzw. 19,20 des betreffenden Windungsabschnittes nicht bis zu einem Punkt zwischen den innersten zwei Windungen
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desselben erstrecken, sondern beispielsweise nur bis zu einem Punkt zwischen den Windungen 5 und 6 im Abschnitt A und einem Punkt zwischen den Windungen 15 und 16 im Abschnitt B bzw. zu entsprechenden Punkten in allen übrigen Abschnitten der Hochspannungswicklung.
Die Wicklungsabschnitte A, B nach Fig. 2 sind deutlicher in Fig. 3 herausgezeichnet, die eine praktische Ausführungsform der blinden Leiter H, 1 erläutert. In diesem Falle werden die blinden Leiter durch eine Metallfolie gebildet, wobei die aufeinanderfolgenden Windungen dieser Metallfolie mit a,
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verwendeten Isolierhülle ist. Die Breite der isolierten Folie (d. h. die Abmessung zwischen Ober- und Unterkante im dargestellten Querschnitt) ist gleich der Breite des isolierten stromführenden Leiters im betreffenden Wicklungsabschnitt, so dass der letztere dicht und fest gewickelt werden kann. Es kann auch eine nicht isolierte Metallfolie verwendet werden, in welchem Falle die Breite der Folie vorzugsweise etwas kleiner als die Breite des isolierten stromführenden Leiters gewählt wird.
Bevorzugt wird jedoch eine isolierte Folie, weil bei dieser die Isolation gegen Überschläge und Kriechströme zwischen den Windungen der Folie besser ist. Die Folie kann statt aus Kupfer auch aus Aluminium bestehen oder auchdurch Aufsprü- hen eines leitenden Metalls auf einen isolierenden Träger gebildet werden.
Eine andere Möglichkeit für die praktische Ausbildung der blinden Leiter ist in Fig. 4 dargestellt, in der die aufeinanderfolgenden Windungen 1, 2,3 des stromführenden Leiters von einer Isolierhülle W umgeben sind, die ihrerseits koaxial von einer Folie umschlossen sind, deren Windungen mit X, X, X3 bezeichnet sind. Diese Folie ist von einer weiteren Isolierhülle Y umgeben.
Es ist erkennbar, dass der Teil der Folienwindung X, der sich rechts von der Windung 1 des stromführenden Leiters befindet, gleichwertig dem Folienteil a in Fig. 3 ist, während der Teil der Folienwindung X, der sich links von der Windung 1 befindet, zusammen mit jenem Teil der Folienwindung X2, der sich rechts von der Windung 2 befindet, gleichwertig dem Folienteil b in Fig. 3 ist und schliesslich jener Teil der Folienwindung X2, der sich links von der Windung 2 befindet, zusammen mit dem rechts von der Windung 3 befindlichen Teil der Folienwindung X gleichwertig dem Folienteil c in Fig. 3 ist usw.
Die Ausführungsformnach Fig. 5 ist ähnlich der nach Fig. 3, nur dass die Isolierschicht W nicht von
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usw. liegen. Es ist erkennbar, dass in diesem Falle die Folienlage Zl gleichwertig dem Folienteil a in Fig. 3 ist, die Folienlagen Z2 und Z zusammen gleichwertig dem Folienteil b undschliesslichdie Folienlagen Z und Z zusammen gleichwertig dem Folienteil c in Fig. 3 sind.
Die an Hand der Fig. 3,4 und 5 erläuterten Ausführungsformen der blinden Leiter können bei den in allen übrigen Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung alternativ angewendet werden.
Der Zweck der blinden Leiter besteht darin, die Serienkapazität der Wicklung zu erhöhen und auf diese Weise die Tendenz der Ausbildung hoher Spannungen zwischen den Windungen und zwischen den Wicklungsabschnitten zu vermindern, wenn auf die Hochspannungsklemme E der Wicklung ein Spannungsstoss wirkt. Dies lässt sich in der Weise erklären, dass der blinde Leiter H in Verbindung mit benachbarten Windungen des stromführenden Leiters des Abschnittes Al einen induktionsfrei gewickelten Kondensator bildet, als dessen Klemmen der Verbindungsleiter J und die Verbindung mit der Hochspannungsklemme E fungieren, die beide ausserhalb des spiralförmigen Wicklungsabschnittes liegen ; analog bilden die andern blinden Leiter mit den zugeordneten Teilen des stromführenden Leiters ähnliche Kondensatoren.
Der übliche stromführende Verbindungsleiter G zwischen der Windung 20 an der Aussenseite des Abschnittes B und der ersten Windung 21 an der Aussenseite des Abschnittes A2 dient auch zur Serienschaltung der induktionsfrei gewickelten Kondensatoren dieser Abschnitte.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein blinder Leiter H eingeschachtelt zwischen aufeinanderfolgenden Windungen des stromführenden Leiters im Abschnitt Al der Hochspannungswicklung gewickelt ; dieser blinde Leiter verläuft von einem Punkt zwischen den äussersten zwei Windungen 1, 2 dieses Abschnittes spiralförmig nach innen, wobei sein freies Ende zwischen den Windungen 5 und 6 liegt. Der äusserste Teil des blinden Leiters H ist über einen Verbindungsleiter J mit dem äussersten Teil des blinden Leiters I verbunden, der zwischen aufeinanderfolgenden Windungen des stromführenden Leiters im Abschnitt B 2 gewickelt ist und von einem Punkt zwischen den Windungen 5 und 6 bis zu einem Punkt zwischen den äussersten zwei Windungen dieses Abschnittes B verläuft.
Auch zwischen den aufeinanderfolgenden Windungen des stromführenden Leiters im Abschnitt A3 der
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Wicklung ist ein blinder Leiter H gewickelt, dessen äusserster Teil über einen Verbindungsleiter J mit dem äussersten Teil eines spiralförmigen nach aussen zwischen den Windungen im Wicklungsabschnitt B4 verlaufenden blinden Leiter 1 verbunden ist.
Die untereinander verbundenen induktionsfrei gewickelten Kondensatoren können statt in den Abschnitten Al und B beispielsweise auch in den Abschnitten Al und B der Wicklung gebildet werden.
Wenn auf der Hochspannungsklemme E ein Spannungsstoss wirkt, so werden bei einer Wicklung der beschriebenen Art die auftretenden Potentialdifferenzen zwischen benachbarten Windungen und zwischen benachbarten Wicklungsabschnitten bei den äusseren Windungen und bei den oberen Wicklungsabschnitten höher sein, weil diese Wicklungsteile der Hochspannungsklemme am nächsten liegen. Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist deshalb die Wicklung des eingeschachtelten blinden Leiters abgestuft und aucndie Windungszahldes stromführenden Leiters ist in den einzelnen Wicklungsabschnitten verschieden gross gewählt.
Inder obersten Spule, die von den beiden Wicklungsabschnitten A4 und B41 gebildet wird, ist der blinde Leiter wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. l gewickelt, d. h., er verläuft von einem Punkt zwischen den äussersten zwei Windungen bis zu einem Punkt zwischen den innersten zwei Windungen dieses Wicklungsabschnittes. In der nächsten, von den Abschnitten A4 und 842 gebildeten Spule reicht hingegen der blinde Leiter nur bis zum vorletzten Windungspaar 22,23 bzw. 26,27.
In der dritten Spule bildet der blinde Leiter fünf Windungen, in der vierten Spule hingegen nur vier, in den fünften und sechsten Spulen nur drei, in den siebenten und achten Spulen nur zwei Windungen, in den neunten und zehnten Spulennur eine Windung, während schliesslich in den verbleibenden Spulen überhaupt keine Windungen des blinden Leiters vorgesehen sind.
Die Verminderung der Windungszahl des blinden Leiters ermöglicht es, falls erwünscht, die Windungszahl des stromführenden Leiters bei im wesentlichen konstantem Scheibendurchmesser zu erhöhen. Aus Fig. 7 ist erkennbar, dass die ersten beiden Spulen acht Windungen des stromführenden Leiters aufweisen, die dritte und vierte Spule neun Windungen, die nächsten vier Spulen zehn Windungen, während von der neunten Spule aufwärts je elf Windungen des stromführenden Leiters vorgesehen sind.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen enthält jeder Wicklungsabschnitt einen einzigen spiralförmig verlaufenden stromführenden Leiter, doch kann die Erfindung in gleicher Weise auch angewendet werden, wenn die Wicklung durch mehrere parallel gewickelte stromführende Leiter gebildet wird.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 sind die Windungen des einen stromführenden Leiters im Wicklungsabschnitt A5 mit 1, 2... 5 bezeichnet und die entsprechenden Windungen eines parallelen strom- führenden Leiters mit 1', 2'..... 5'. Analog sind im Wicklungsabschnitt B5l parallele stromfüh- rende Leiter durch die Windungen 6,7, 8.. 10 bzw. 6', 7', 8'..... 10'angedeutet. Die Windun- gen 1, 1' sind mit der Hochspannungsklemme E verbunden, während die Windungen 5 und 5'mit Hilfe von Verbindungsleitern F', F"mit den Windungen 6 bzw. 6'verbunden sind und die Windungen 10, 10'über Verbindungsleiter G', G"mit den zugeordneten äussersten Windungen des benachbarten Wicklungsabschnittes A52 in Verbindung stehen.
Die blinden Leiter H, 1 sind in diesem Falle zwischen den Windungen des von den gepaart gewickelten stromführenden Leitern gebildeten Wickels angeordnet.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung bei paarweise und parallel gewickelten stromführenden
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3', 4') des parallelen stromführenden Leiters trennt, während die Wicklung H"des zweiten blinden Leiters ein Windungspaar (z. B. 1, l') von parallelen stromführenden Leitern vom jeweils benachbarten Windungspaar (z. B. 2,2') trennt. Die Relativlage der Wicklungen der blinden Leiter und der Wicklungen der stromführenden Leiter kann, wie dargestellt, im Abschnitt B6 vertauscht werden, wobei dann die Wicklungen der blinden Leiter vorzugsweise so zusammengeschaltet werden, wie dies in der Zeichnung durch die Verbindungsleiter J'und J"angegeben ist.
Eine andere Möglichkeit für die Wicklungsanordnung des blinden Leiters bei Verwendung paralleler stromführender Leiter ist in Fig. 10 dargestellt. In diesem Falle sind die blinden Leiter H, 1 zwischen den beiden zu einem Paar zusammengefassten parallelen stromführenden Leitern der Wicklung angeordnet, wogegen zwischen den Windungen des von den gepaarten stromführenden Leitern gebildeten Wickels kein blinder Leiter vorgesehen ist.
Es versteht sich, dass Transformatoren mit parallel gewickelten stromführenden Leitern in allen übrigen
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Belangen ähnlich den früher beschriebenen Transformatoren mit einem einzigen stromführenden Leiter ausgebildet sein können. So sind beispielsweise vorstehend im Zusammenhang mit der Anwendung der Erfindung auf parallele stromführende Leiter blinde Leiter angenommen worden, die sich vom Bereich der äusseren Windungen des stromführenden Leiters bis zum Bereich der inneren Windungen desselben erstrecken, doch versteht sich, dass auch in diesem Falle die blinden Leiter nur über einen Teil der Wicklungsabschnitte nach innen reichen können, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben worden ist, oder in den verschiedenen Wicklungsabschnitten abgestufte Längen haben können, wie dies in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben worden ist.
Die Erfindung ist analog auch anwendbar, wenn parallele stromführende Leiter zu Gruppen von mehr als zwei Leitern zusammengefasst werden.
Auch weitere Modifikationen sind im Rahmen der Erfindung möglich, wobei nur in jedem Falle darauf zu achten ist, dass die vom blinden Leiter gebildete Wicklung zumindest einige Windungen jener Wicklungs- abschnitte umfassen muss, die (nicht unbedingt nacheinander) im Stromweg der Wicklung nahe der Hochspannungsklemme in Serie liegen.
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sonders günstig erwiesen haben, weil die Metallfolie nur kapazitive Ladeströme führen muss und nicht im HauptstromwegderWicklungliegt, sondern beispielsweise auch Elemente mit dickerem Querschnitt sowie Elemente, die durch Aufbringen einer leitenden Metallschicht auf einem isolierenden Träger gebildet werden.
Beieiner Modifikation der Erfindung, die im Rahmen einer beliebigen der beschriebenen Wicklungsanordnungen angewendet werden kann, sind die blinden Leiter H, 1 benachbarter Wicklungsabschnitte über aussenliegende Kondensatoren oder andere elektrische Impedanzen miteinander verbunden. Diese Impedanzen werden also in die in den Zeichnungen mit J bezeichneten Verbindungsleiter eingeschaltet.
Die Metallfolien können ferner mit dem stromführenden Leiter auch in einem von der Leitungsklemme fernliegendenPunkt verbunden werden, in dem das Potential somit niedriger ist als das Leitungspotential.
Bei allen beschriebenen Ausführungsformen ist der durch die Wicklung des blinden Leiters gebildete induktionsfreie Kondensator zwischen zwei Wicklungsabschnitten über einen weiteren derartigen Kondensator eingeschaltet, so dass er vom Stromweg vollständig getrennt ist. Es versteht sich aber, dass er auch direkt mit dem stromführenden Leiter in einem von der Leitungsklemme fernliegenden Punkt in solcher Weise verbunden werden kann, dass dadurch die Serienkapazität der Wicklung erhöht wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Transformator mit einer Hochspannungswicklung der Scheibentype, die mehrere Spulen aufweist, welche aus je einem Paar von benachbarten Scheibenwicklungsabschnitten bestehen, die ihrerseits durch je einen spiralig um den Transformatorkern gewickelten stromführenden Leiter gebildet und an ihren Endwindungen paarweise in Reihe geschaltet sind, wobei in jedem von wenigstens zwei Scheibenwicklungsabschnitten zwischen den Windungen des stromführenden Leiters ein stromlose blinder Leiter gewickelt ist, der einen induktionsfrei gewickelten Kondensator bildet, und wobei die blinden Leiter miteinander verbunden sind, um die Serienkapazität der Wicklungzuerhöhen, dadurch gekenn- zeichnet, dass jeder der blinden Leiter mehrere in Form einer kontinuierlichen Spirale gewickelte Windungen aufweist.