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Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochspannungsinduktionsgerät mit einer Anzahl von Magnetkernschenkeln, von denen wenigstens einer einen magnetischen Rückschluss aufweist und von wenigstens einer Wicklung umgeben ist, die sowohl mit diesem Rückschluss als auch mit Erde elektrisch verbunden ist, wobei ein Abschnitt eines jeden Schenkels an ein vom Hochspannungssystem abhängiges Potential gelegt ist, wenigstens ein magnetischer Rückschluss auf Erdpotential gehalten ist und wenigstens ein Schenkel aus einer Anzahl mittels Isolierscheiben elektrisch isolierter Magnetkernsegmente aufgebaut ist, deren jedes mit der innersten Windung einer zugehörigen Wicklung elektrisch verbunden ist, wobei ein Teil der Isolierscheiben sowohl einem gegebenenfalls auftretenden elektrischen Feld, als auch einem wirksamen magnetischen Feld ausgesetzt ist.
Aufgabe der Erfindung ist das Isolationsproblem für Höchstspannungen im Bereich von 345 bis 750 kV zu lösen. Dies ist insbesondere für Höchstspannungstransformatoren und Drosseln von Bedeutung.
Wenn bei Hochspannungsinduktionsgeräten die Wicklungen nicht dicht am Magnetkreis anliegen, steigen die Streuverluste. Um trotz dieser Streuverluste die verlangte Leistung zu erbringen, ist eine grössere Stromstärke notwendig. Damit steigen aber die Stromverluste (R 12). Daher sollen die Wicklungen dicht am Magnetkreis gewickelt sein.
Die elektrische Leitfähigkeit und die grosse Masse des Kernes erfordern jedoch, dass der Magnetkreis an Erdpotential liegt ; folglich ist zwischen dem Kern und den Wicklungen eine entsprechende Spannungsisolation notwendig. Da die Betriebsspannungen und die vorübergehenden Überspannungen bei diesen Geräten grösser sind, ist auch eine zuverlässige, stärkere Isolation notwendig. Je grösser der Abstand der Wicklungen voneinander ist, desto grösser sind die Streuverluste.
Isolierstege werden eingesetzt, um die Feldverteilung und die Bewegung von Raumladungen und Ionen zu steuern. Die Vergrösserung der Isolationsabstände muss die der Nennspannungen übertreffen. Diese Faktoren bestimmen die geometrischen Abmessungen sowohl der Wicklungen als auch des Kernes und tragen ausserdem zur Vergrösserung des Gewichtes und der Verluste der Einheit bei.
Durch die Schweizer Patentschrift Nr. 199897 ist eine Einrichtung mit Spulen und unterteiltem Eisenkern bekanntgeworden, dessen Abschnitte mit den sie umgebenden Wicklungsteilen leitend verbunden sind, wobei zwischen den einzelnen Spulen samt den zugehörigen Abschnitten des Eisenkernes quer zur Säulenachse durchgehende Isolationsschichten angeordnet sind. Auf diese Isolationsschichten sind beidseitig Metallfolien gelegt, die mit den benachbarten Kern- und Wicklungsteilen verbunden sind.
Diese bekannte Einrichtung ist im Hinblick auf Isolationsfestigkeit, Zuverlässigkeit, Koronafreiheit und Störschutz nicht zufriedenstellend. Es kann bei dieser Einrichtung auch keine einwandfreie Spannungsstossverteilung und keine günstige Verteilung der normalen Wechselstrombetriebspotentiale erreicht werden.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes bei dem diese Nachteile vermieden sind und eine Verringerung der Gesamtausmasse und eine Herabsetzung der Herstellungskosten erreicht wird.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Isolierscheiben an ihren Aussenseiten mit hochohmigen stromleitenden Belägen und an ihren Innenseiten mit leitenden Netzen versehen sind.
Erfindungsgemäss werden nicht nur die normalen Wechselstrombetriebspotentiale vorzüglich verteilt, sondern es wird auch mit der Erfindung eine hervorragende Spannungsstossverteilung erzielt. Die Erfindung sieht eine relativ kompakte Wicklung mit wenigen Windungen und verhältnismässig niedrigen, auf den verminderten Streufluss zurückzuführenden Verlusten vor. Ferner führt die Erfindung zu einer Verringerung sowohl der akustischen als auch der magnetostriktiven Geräusche.
Die Erfindung trägt auch dazu bei, dass eine Sättigung der Magnetkernsegmente vermieden, dadurch eine im ganzen Spannungsbereich gleichbleibende Induktivität ermöglicht und ein Auftreten von harmonischen Oberschwingungen verhindert wird.
Ausserdem kann ein niedriger HF-Störpegel erreicht werden, da die Verteilung der elektrischen Beanspruchung erfindungsgemäss richtig gesteuert ist und alle Teile der Vorrichtung unter dem Pegel gehalten werden können, bei dem die Koronaerscheinungen eintreten. Die Erfindung bietet auch die Möglichkeit, den Rückschlussabschnitt des Magnetkreises auf Erdpotential zu halten und so das Problem der Isolierung und der mechanischen Abstützung zu vereinfachen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung folgen aus der nachstehenden erläuternden Beschreibung von in den Zeichnungen beispielsweise dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt Fig. l eine Teilansicht eines erfindungsgemässen Hochspannungsgerätes teilweise im Schnitt, Fig. 2 eine Ausführungsform einer Isolierscheibe mit einer Äquipotentialfläche gemäss der Erfindung und Fig. 3 eine andere Ausführungsform von Isolierscheiben des Gerätes nach Fig. l im Schnitt.
Gemäss Fig. l ist ein jeder Schenkel des Kernes eines Hochspannungsinduktionsgerätes, z. B. eines
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angeordnet, wobei die Aussenseiten dieser Scheiben --5-- mit hochohmigen stromleitenden Belägen-6- und die Innenseiten der Scheiben--5--mit einem leitenden Netz --7-- versehen sind. Jede Wicklung --l-- ist mit ihrem zugehörigen Kernteil --2-- elektrisch leitend verbunden, dagegen ist jeder Kernteil von dem nächstfolgenden Teil isoliert. Die Isolierscheiben --5-- können aus einem beliebigen Isoliermaterial gefertigt sein, so z. B. aus mit Epoxyharz imprägniertem Hartpapier oder aus Pressspan.
Jede Isolierscheibe --5-- ist an ihrem Umfang mit einem leitenden Ring--8--umgeben, der als Äquipotentialfläche wirkt und
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Unregelmässigkeiten in den Lamellen der Kernteile, die von Stellen hoher elektrischer Beanspruchung herrühren können. Die Beläge dienen zur gleichmässigen Verteilung des elektrischen Potentials über die gesamte Oberfläche der Isolierscheibe-5--, wobei die elektrische Beanspruchung an den Rändern verringert und die Gefahr der Ausbildung von Wirbelströmen herabgesetzt ist. Das Entstehen von Bereich hoher elektrischer Spannung wird dabei verhindert.
Gemäss Fig. 2 ist jede Wicklung--l--in zwei gegensinnig zueinander gewickelte Wicklungen--9 und 10-unterteilt. Die zwischen den Wicklungen und den Kernteilen --2-- angeordnete Isolierscheibe --5-- besteht aus den zwei Scheiben-11 und 12--, an deren Aussenseiten die hochohmigen stromleitenden Beläge - und an deren Innenseiten das leitende Netz--7--zur Herabsetzung der Wirbelstromverluste angeordnet ist. Die Äquipotentialfläche an dem Umfang des von den Isolierscheiben-11 und 12--, den
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Weise die Empfindlichkeit des Gerätes auf überspannungen und Spannungsstösse erhöht ist.
Aus zahlreichen Versuchen hat sich für die Zeitkonstante des aus den hochohmigen leitenden Belägen der Isolierscheiben und dem dazwischenliegenden Isoliermaterial bestehenden RC-Gliedes, ein Wert von etwa 0, 001 s als besonders vorteilhaft ergeben.
Gemäss Fig. 3 sind die einzelnen Kernteile --2-- von einem geformten, festen Dielektrikum--M-umgeben, das die Form eines Spulenkörpers aufweist. Die Wicklungen-l--werden auf diesen Körper aufgewickelt und die ganzen Spulenkörper gestapelt, so dass isolierende Kernschenkel entstehen. Zwischen die Spulenkörper ist das leitende Netz --7-- eingelegt und kann mit einer nicht gezeigten Äquipotentialfläche am Umfang des Schichtkörpers verbunden sein.
Da alle Kernteile, Isolierscheiben und Wicklungen untereinander vollkommen gleich sind, ist ein erfindungsgemäss aufgebautes Gerät für die Serienfertigung gut geeignet und in der Herstellung besonders wirtschaftlich.
Die Erfindung weist den wichtigen Vorteil auf, dass sie ein in Reihe geschaltetes Kapazitätssystem schafft, das eine bessere Verteilung der Überspannungen über die Kern- und Wicklungssäulen sichert. Diese Überspannungen werden deswegen besser verteilt, weil die isolierte, in Segmente geteilte Spulen-Kern-Anordnung eine in Reihe geschaltete Kette von grossen, untereinander fast gleichwertigen Kapazitäten bildet. Demzufolge werden Wanderwellen fast vollkommen gleichmässig über die ganze Säule verteilt. Es wurden daher bessere Isolierkennwerte erzielt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochspannungsinduktionsgerät mit einer Anzahl von Magnetkernschenkeln, von denen wenigstens einer einen magnetischen Rückschluss aufweist und von wenigstens einer Wicklung umgeben ist, die sowohl mit diesem Rückschluss als auch mit Erde elektrisch verbunden ist, wobei ein Abschnitt eines jeden Schenkels an ein vom Hochspannungssystem abhängiges Potential gelegt ist, wenigstens ein magnetischer Rückschluss auf Erdpotential gehalten ist und wenigstens ein Schenkel aus einer Anzahl mittels Isolierscheiben elektrisch isolierter Magnetkernsegmente aufgebaut ist, deren jedes mit der innersten Windung einer zugehörigen Wicklung elektrisch verbunden ist, wobei ein Teil der Isolierscheiben sowohl einem gegebenenfalls auftretenden elektrischen Feld, als
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Isolierscheiben (5) an ihren Aussenseiten mit hochohmigen stromleitenden Belägen (6)
und an ihren Innenseiten mit leitenden Netzen (7) versehen sind.
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