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Luftti'ansformator fiber hohe Spannungen.
Bisher hat man Transformatoren für Spannungen über ungefähr 30.000 Volt in der Regel mit Ölisolation gebaut, in der an und für sich richtigen Voraussetzung, dass die hohe Isolierfestigkeit eines guten Spezialöls gestattet, die Dimensionierung der Isolierteile knapp zu bemessen. Anderseits macht die Ölisolation insofern Schwierigkeiten, als sich die Glimmerscheinungen an den festen Isoliermaterialien, welche mit der Zeit zum Durchschlag des Transformators führen, nur sehr schwer und unter Aufwendung erheblicher Kosten vermeiden lassen. Einen weiteren Nachteil bei Öltransformatoren biedet die Unmöglich- keit, den Beginn derartiger Glimmerscheinungen rechtzeitig zu beobachten und beheben zu können.
Speziell bei Prüftransformatoren mit sehr hohen Spannungen ist infolge des in der Regel kurzzeitigen
Betriebs die Erwärmung der oberen Ölschiehten zu gering, um eine natürliche Ölzirkulation zu gewähr- leisten ; die Folge davon ist, dass, wenn sich an einer stark beanspruchten Stelle eine Glimmstelle aus- gebildet hat, dieselbe wegen der fehlenden Zufuhr frischen Öls weiterfressen und schliesslich zum Durch- bruch führen kann.
Die Erfindung benutzt den neuen Gedanken, einen Lufttransformator zu bauen, welcher die unter Öl schädlichen Glimmerscheinungen in der Luft zur Gewinnung sanfter Feldübergänge verwendet, von der Erwägung ausgehend, dass das der Ionisierung ausgesetzte Isoliermittel (Luft) stets erneuert wird, während die festen Isoliermittel bei richtiger Bemessung der Stromdichte in der Streifenentladung nicht angegriffen werden.
Diese Wirkung wird beim Lufttransformator mit koaxialer Hoch-und Nieder- spannungswicklung gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass ein die Niederspannungswicklung um- hüllender Isolierhohlkörper und ein zweiter, von der Hochspannungswicklung umgebener Isolierhohl- körper grösserer Lichtweite voneinander durch einen in seiner Beanspruchung unterhalb der elektrischen
Festigkeit der Luft bleibenden Luftmantel getrennt sind, welcher dabei so bemessen ist. dass an der Isolationsoberfläche im Hochspannungsfelde sieh Gleitbüschel oder-funken nicht bilden können, sondern nur Streifenentladungen, die ein linear abfallendes Spannungsgefälle zwischen Hochspannungswicklung und Eisen zustande kommen lassen. (Siehe W.
Petersen, Hoehspannungsteelmik, Auflage 1911, S. 36. µ 36).
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist durch Fig. 1 teilweise in senkrechtem
Schnitt, teilweise in Seitenansicht und durch Fig. 2 teilweise in wagreehtem Schnitt, teilweise in Drauf- sicht zur Darstellung gebracht. Fig, 3,4, 5,6, 7,8, 9,10, 11 und 12 stellen verschiedene besondere Formen für einen Sprühring zum Schutz der Hochspannungswicklung dar.
Die Niederspannungswieklung a (Fig. 1 und 2) ist in gewohnter Weise über die Schenkel des
Eisenkerns b geschoben. Über erstere kommt ein Isolierhohlzylinder c aus einem Material von hoher
Dielektrizitätskonstante, welcher für einen gleichmässigen Austritt der elektrischen Kraftlinien in den nachher erwähnten Luftmantel sorgt. Durch Anordnung einer Metalleinlage d in dem Isolierhohlzylinder c, welche geerdet ist, kann diese Wirkung noch verbessert werden. Um den Isolierhohlzylinder c erstreckt sich der Luftmantel f, welcher nach aussen durch den äusseren Isolierhohlzylinder g abgeschlossen ist.
Dieser Isolierhohlzylinder, welcher ebenfalls aus Material von hoher Dielektrizitätskonstante besteht und eine erheblich grössere Lichtweite als der Innenzylinder c aufweist. vermittelt einen gleichmässigen
Eintritt des von der unregelmässig gestalteten Hochspannungswicklung 11. ausgehenden elektrischen
Feldes in den Luftmantel f. Die obersten Spulen oder Spulen höchster Spannung der Hochspannung- wicklung h werden durch einen gutleitenden Schirmring k mit innerer Isolierung m abgeschirmt.
Die Beanspruchung der Luft an den Punkten höchster Spannung der Hochspannungswicklung ; wird so gewählt, dass schon weit unterhalb der Höehstspannung des Transformators Streifenentladungen am Aussenzylinder g auftreten, deren Gleichmässigkeit durch Anordnung eines am Aussenzylinder oder
Isolierhohlkörper gaufliegenden gutleitenden Sprührings i, welcher gleichzeitig die oberste Spule oder
Spule höchster Spannung der Hochspannungswicklung gegen Entladungen schützt und durch einen gutleitenden Schlussring p am oberen Ende des äusseren Isolierzylinders g sichergestellt wird.
Diese
Streifenentladungen, welche sich auf die physikalische Entdeckung stützen, dass sie über einem Luft- mantel nicht in Büschel-oder Gleitfunkenentladung umschlagen, sorgen für gleichmässiges Spannung- gefälle in axialer Richtung des Aussenzylinders und gestatten daher sehr kurze, freie Weglängen zwischen der Hochspannungswicklung und den Kernjochstücken. Von grossem Vorteil ist dabei der Schlussring p, welcher mit dem Joch des Eisenkerns verbunden ist, indem er für eine gleichmässige Verteilung der Kriechströme auf der Oberfläche des Aussenzylinders g sorgt.
Um die Glimmspannungen zwischen der Hochspannungswicklung 7 ; und dem Aussenzylinder g gänzlich zu beseitigen, können ferner noch die einzelnen Spulen der HochspannungswickJung mit gleich- gelegenen, auf dem Aussenzylinder g dielektrisch verlöteten Metallringen i-verbunden werden. Durch diese Metallringe r erzwingt man auf der Aussenfläche des Isolierzylinders eine willkürlich festlegbare
Spannungsverteilung in Richtung längs seiner Erzeugenden (axial).
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Dadurch, dass im Luftmantel/'ein oder mehrere Isolierzylinder mit leitender Belegung, die mit passenden Punkten der Hochspannungswicklung verbunden ist, angeordnet werden, liesse sich die Spannungsverteilung im Luftmantel in radialer Richtung willkürlich beeinflussen.
Es ist vorhin erwähnt worden, dass das Hochspannungsende der Hochspannungswicklung h durch einen den Isolierzylinder g umgebenden Sprühring i abgeschirmt werden kann. Ein solcher Schirmring kann die mannigfaltigsten Formen erhalten. Während er in Fig. 1 und 2 an der Berührungsstelle im wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt hat,, liegt der Sprühring bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4 innen mit scharfer Anschlusskante in rechtwinkeligem Stoss direkt am Isolierhohlkörper g an ; nach Fig. 5 und 6 ist er innen aufwärts bzw. abwärts gebogen und mit scharfer Anschlusskante bei il in die Aussenfläche des Isolierhohlkörpers übergeführt.
Bei den Varianten nach Fig. 7,8, 9 und 10 dient ein scharfkantiger Anschlussreifen i2 zur Herstellung des scharfen Anschlusses des Sprühringes t"an den
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Sprühkante i4 versehen, welche die ausgleichende Wirkung des Sprühringes unterstützt. Bei der Variante nach Fig. 12 schliesslich ist der Sprühring {o derart vom Isolierhohlkörper g abgesetzt, dass die Sprühentladungen ausschliesslich von der scharfen Sprühkante i4 ausgehen. Aber es sind natürlich auch noch andere Ausführungen denkbar. Immerhin ist jeweilen darauf Bedacht zu nehmen, dass der Sprühring mit scharfer Kante (Sprühkante) der Aussenfläche des äusseren Isolierhohlkörpers g benachbart ist.
Bei allen gezeichneten Beispielen hängt der Sprühring in mit einem um das Hochspannungsende der Hochspannungswicklung/t herum gelegten Schutzmantel n zusammen.
Ausserhalb dieses Schutzmantels kann der Sprühring in verschiedenen Formen, wie in Fig. 3, 4,5, 6,11 und 12 angegeben, im Bogen nach abwärts gewölbt sein, um eine günstige Verteilung des elektrischen Feldes im Raume zu erzielen ; er kann aber auch flach abstehend ausgeführt sein, wie dies in Fig. 7-10 der Fall ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Lufttransformator für hohe Spannungen, mit gleichachsiger Hoch-und Niederspannungswicklung, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhohlkörper (c, g) für die Niederspannungs-und die Hoehspannungswicklung voneinander durch einen geräumigen, die Isolierkörper an Stärke um ein Vielfaches übertreffenden Luftmantel (f) mit solchen Abmessungen getrennt sind, dass bei Beanspruchung der Luft im Mantel unterhalb ihrer elektrischen Festigkeit sich an der Isolieroberfläche nur gewollte, für das Potentialgefälle günstige Streifenentladungen, jedoch keine richtungslosen, überschlagenden Gleitentladungen vorangehende, Gleitbüschel im Hochspannungsfelde bilden können.