CH300693A - Isolier-Eisenkern für Hochspannungen. - Google Patents

Description

      Isolier-Eisenkern    für     Hochspannungen.       Die Erzeugung sehr hoher Wechselspan  nungen von zum     Beispiel    von über     100,000    V  mit Hilfe von Transformatoren     erfordert    zwi  schen:

   Eisenkern bzw.     Niederspannungswick-          lung    einerseits     und:        Hochspannungswicklung     anderseits die     Verwendung    von     Isolierzylin-          dern,        die    je nach 'Spannung ausserordentlich  grosse     Dimensionen        annehmen:    und unter Um  ständen ausserordentlich hohen     dielektrischen     Beanspruchungen ausgesetzt sind.

   Es. ist. be  kannt, dass bei     hohen;        'Spannungen    die Dimen  sionen der Isolierzylinder sowohl in axialer  als auch in radialer     Richtung    mehr als linear  mit der     Spannung    ansteigen. Die Schwierig  keiten der Beherrschung der     dielekt.rischen     Verluste im Material, der Korona- und     Gleit-          erscheinungen    wachsen so stank an, dass oft  eine übermässige     Dimensionierung    der Isolie  rung notwendig wird. Dies bedeutet einen  grossen     Platzbedarf    und wegen dem Aufwand  an hochwertigem, teurem Isoliermaterial eine  teure Konstruktion.  



  Der     erfindungsgemässe        Isolier-Eisenkern     mit hoher     Spannungsfestigkeit    vermeidet diese  Nachteile. Er gestattet, jede der     verschiedenen     Hochspannungsspulen mit dem     anliegenden          Eisenkernteil    so zu verbinden, dass     zwischen     Spule     und    ihm keine oder keine grossen     Pö-          tentialdifferenzen        herrschen    und, der Isolier  zylinder weggelassen oder sehr     dünnwandig     gehalten werden kann.

   Daher bildet     für    sehr    hohe     Spannungen    der     Isolier-Eisenkern    einen  wesentlichen Fortschritt in technischer, kon  struktiver     und    wirtschaftlicher Hinsicht.  



       In,    der beiliegenden Zeichnung ist der Er  findungsgegenstand     beispielsweise    dargestellt;  es zeigen:       Fig.    1 einen Teil des     Isolier-Eisenkerns    in  Seitenansicht,       F'ig.    2 eine Draufsicht     zu        Fig.    1 -und       Fg.    3 einen     bewickelten    offenen Isolier  Eisenkern in Ansicht.  



  Der     Isolier-Eisenkern    gemäss den     Fig.1     und 2     ist    folgendermassen aufgebaut  Er besteht im-     wesentlichen    aus,     ferro-          ma@gnetisch    leitenden     Elementen:

      E, zum Bei  spiel aus     silizierten        Eisenblechstreifen.    Diese  Elemente     heäen        zwischen    einer- oder mehre  ren Schichten eines     Dielektrikums    D, zum  Beispiel dünnen     Schichten    aus     Hartpapier-          Ieoliermaterial    oder aus Pressen,     ölgetränk-          tem    Papier,     Micaprodukte,    Giessharz usw.

         Dank    der     ,geringen    Dicke der isolierenden  Schichten D und der grossen     ZPberlappungs-          fläche        F'u    der     Elemente    ist der     magnetische          Widerstand    für den     magnetischen        graftfluss     (in     Fig.    1 mit Pfeilen bezeichnet)     relativ    ge  ring.

   Während in der Elementmitte die     Kraft-          liniendichte    sehr hoch ist (10 000     bis        20,    000  Gauss),     beträgt    sie im     Dielektrikum    nur einige  100 Gauss. Das Einzelelement E kann natür  lich in mehrere Bleche unterteilt sein.

   Je ge-           ringer    die Zahl der Bleche und je     dünner    die  selben sind., je geringer die Dicke des     Dielek-          trikums    und je grösser die     Überlappungsfläche     der Elemente     I',    ist, desto     kleiner    wird die       Magnetisierungsleistung    für die      Isolierspalte .     Bei den     praktisch    ausgeführten     Isolierkernen     zeigte     sich,

          dass        die        Magnetisierungsleistung     für .die     Isolierspalte    selbst kleiner ist als die       Magnet-isierungsleistung    für die Eisenbleche E.  Daher     ist    die totale     Magnetisierungsleistung     nur unwesentlich grösser als bei     normalen          Eisenkernen    von Transformatoren von glei  chem Eisenquerschnitt und! gleicher     Eisen-          kernsättigung.     



  Um die gegenseitige Lage \der Elemente zu       fixieren:    und     iun    dem     ganzem    Kern einen  mechanischen Halt -zu geben, sind Kontakt  bolzen     KB        und;        Isolierbolzen        JB    vorgesehen.       Dieselben,    sind     in        Löcher,der    Elemente E ein  gesetzt.

   Die Kontaktbolzen     KB        bewirken    eine  elektrische Verbindung der Bleche     gleicher     Ordnungszahlen     1@a,        lb,        lc    usw. bzw.     2a,    2b,  2c usw., das heisst der Bleche gleichen     elek-          trisehen    und     magnetischen    Potentials.

   Die  Bleche =einer Etage 1, 3, 5, bis     ('2m;-1)    Ele  mente sind in gleichmässigen     Abständen-über     die gesamte Länge des     Eisenkerns    verteilt,  desgleichen .die Elemente '2, 4, 6 bis     (2m,)    :der  nächsten Etage. Die magnetischen Kraftflüsse  in den     verschiedenen    Etagen sind parallel ge  schaltet. Die     resultierende    aller Kraftflüsse  bildet -den gesamten.     Kraftfluss    des Isolier  kernes, der im     wesentlichen    in     Richtung    der       Kernachse    läuft.  



       'Zwischen        Anfanig        lax,   <I>1b,</I>     lc    usw. und Ende       (2m,),        a,        (!2n,),    b,     (2n),    c     11Sw.    kann eine elek  trische Gleich- oder     Wechselspannung        U,-2n          angelegt    werden.     Diese    Spannung     setzt.    sich       zusammen    aus den einzelnen Teilspannungen  .

       U1-2        -}-        U2-3        -I-        u3.4...        -f-    Ute n_ 1) -2 n welche  normalerweise gleiche Grösse und Phase haben.

         Zwischen    einem     geradzahligen    und einem     un-          geradzahligen    Element, zum Beispiel! zwischen  la und     2a,        wird,    ein Kondensator     C1-2    gebil  det, dessen Kapazität C     in;    bekannter Weise  von der Dicke des     Dielektrikums    D, der Fläche       Fü    und der     Dielektrizitätskonstanten    abhängt.

      Alle Kapazitäten     C1_2,        C2-3        usw.    bis     C(2n_1)-2n     sind     seriegeschaltet.        Die    gesamte     Kapazität    des       Isolierkernes-kann    somit     in:    üblicher Weise be  rechnet werden. Bei gleicher Ausführung aller  Elemente und der     Dielektrika    ist die     Span-          nungsverteilung    längs des Isolierkernes gleich  mässig und damit auch die .Spannungsbean  spruchung der     Dielektrika    zwischen den ein  zelnen Elementen.

   Versuche ergaben,     dass        Iso-          lierkerne    .gebaut werden können, die     unter    Öl  effektive     Wechselspannungen    von über 200     kV     pro m     Isolierkerulänge    und Gleichspannun  gen     von.    weit über 500     kV    pro m     Isolierkern-          länge    aushalten.  



  Der     Eigenfüllfaktor,    das heisst der effek  tive nützliche     Eisenquerschnitt,    im Verhält  nis zum totalen     Isolierkernquerschnitt    liegt in  der Grössenordnung von 0,3 bis 0,45. Er ist  demnach kleiner als derjenige von normalen       Eisenkernen.    Dies spielt jedoch keine so grosse  Rolle bei Eisenkernen offener Bauart, bei  denen der     magnetische        Kraftfluss    sich durch  die Luft     schliesst.    Bei solchen offenen Kernen  ist es im Gegenteil im Interesse     geringer          Magnetiszerungsleistung    notwendig,

   den     Füll-          faldor    des     Eisenkernes        künstlich    zu verrin  gern.  



  Der relativ geringe:     Eisenfüll@faktor    des       Isolierkernes    hat zwar eine grosse Wendungs  länge der Spulen zur Folge. Da aber die Hoch  spannungswicklungen bei vorliegender Kon  struktion an jeder Stelle fast     dasselbe    Poten  tial haben wie die anliegenden     Teile    des  Kernes (Potentialsteuerung),     wird    die Wand  stärke des     Isolierzylinders    sehr klein, und  daher     wird    die     Wind'ungslänge    der Spulen  trotzdem nicht oder nicht:     wesentlich    grösser  als bei normalen     Konstruldionen    mit dick  wandigen Isolierzylindern.  



  In einem offenen     Isolierkern    gemäss       Fig.    3     ist    am     obern    und am untern Ende dies       Isolierkernes    je ein Querjoch, zum Beispiel  aus Eisenblechen     'bestehend,    angebracht, wel  che Joche den besseren Rückschluss     des     Kraftflusses durch die Luft     ermöglichen    und  die aufzuwendende     Magnetisierungsblindlei-          stung        stark    vermindern.

   Die Primärwiek-      Jung P ist am untern Ende des Isolierkernes       angeordnet.    Die     Sekundär(Hochspannungs-)-          wicklungen    S sind in     einzelnen    Gruppen auf  der gesamten Länge des     Isolierkernes    ver  teilt. Dieselben können in Serie geschaltet  werden, wobei die unterste     Sekundärspule     Erdpotential und die oberste Hochspannungs  potential hat. Gemäss dem früher     Gesagten          können    'die     Kontaktbolzen   <I>KB</I> mit den Wick  lungen S verbunden werden zwecks Poten  tialsteuerung.

   In vielen     Fällen    ist eine solche       Verbindung    jedoch nicht nötig, weil sich  durch die Kapazitäten und     Ableitwiderstände     wie auch durch- eventuell     parallel    geschaltete       Glimmstrecken    von selbst     ein        gleichmässiges          Spannungsgefälle    über die gesamte     Isolier-          kernlänge    einstellt.     Bei    Anordnung der Pri  märwicklung an einem Ende des     Isolier-          kernes    gemäss Fis.

   2     würde    besonders bei  schlanken,     das    heisst     langen        Isolierkernen    ge  ringen     Querschnittes,    die     Plussdichte    in       Kernrichtung    rasch abfallen, so dass die  Spannungserzeugung nicht in allen     Sekun-          därspulen        S.    die gleiche wäre.

   Theorie und       Messungen    zeigen, dass     eine        kapazitive        Be-          lastang    der     Sekuüdlärwicklungen        mitmägneti-          sierend        wirkt,    wodurch sich eine     Verminde"          rung    der     primär    aufzubringenden     Magneti-          sierungsleistung    und eine bessere     Kraftfluss-          konstanz    über den gesamten     Eisenkern    hin  weg ergibt.

   Für die     kapazitive    Belastung der       Sekund:ärwicklun:g    genügt unter Umständen  schon die vorstehend erwähnte Kapazität des  Isolierkernes.     Eventuell;    können     Kondensato-          ren    C, wie in     Fig.    3     angedeutet,    an geeignet       dimensionierte        ertiärwicklungen    T für die  Zwecke der     Phasenkompensation    bzw. der       MitmagmetisierLUig        und.    .der     Flusskonstanz    an  geschlossen sein.  



  Um auch grössere Wirkleistungen ohne  grossen (Streu-) Spannungsabfall auf der       Hochspannungsseite    abnehmen zu können und  um eine     Verzerrung    der Kurvenform der       Wechselspannung        durch        die        kapazitive    Be  lastung zu vermeiden,     können,    wie in     Fig.    3       gezeigt>,        Schüb-Erregerwicklungen        TI    und T2  vorgesehen sein,

   welche bei geeigneten     Win-          dungszahlen    und     Dimensionierungen    einen         räumlich    weitgehend konstanten     Kraft.fluss     auf der gesamten aktiven     Isolierkernlänge          erzwingen.     



  An .Stelle :des Aufbaues     des        Isolierkernes     aus die     Einzelelemente    bildenden Blechen  gemäss den     Fig.    1 und 2 können: auch Eisen  drähte, welche     allseitig        mit    einer Isolier  schicht umgeben     sind,        in    ähnlicher Weise  aufgebaut und zu einem Isolierkern vereinigt  sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Isolier-Eisenkern für Hochspannungen, zu sammengesetzt aus ferromagnetis:chleitenden Elementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente einander überlappend versetzt an geordnet und voneinander elektrisch isoliert sind, so dass die,

   magnetischen Kraftflüsse im Eisenkern von einem Element zum andern in senkrechter Mehtung zur Achse cles Eisen kernes durch das Dielektrikumzwischen den Elementen hindurchtreten. UNTERANSPRÜCHE: 1. Eisenkern nach Patentanspruch, da- durch :

   gekennzeichnet, dass die ferromagne- tisch leitenden Elemente aus Blechstreifen be stehen, welche in mindestens zwei Lagen ein ander überlappend versetzt zueinander ange ordnet sind, wobei die genannten Lagen durch das Dielektrikum voneinander getrennt sind.

   2. Eisenkern nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass olle ferromagne- tisch. leitenden Elemente isolierte Drahtstücke sind, welche einander überlappend und: ver setzt zueinander angeordnet sind-.

   3. Eisenkern nach und Unteranspruch 1, diadurch gekennzeichnet, dass die in einer Ebene senkrecht zur Achs richtung des Eisenkernes liegenden Blech= streifendurch einen Kontaktbolzen miteinan- dIer verbunden und durch mindestens einen zusätzlich angeordneten,

   elektrisch isolierten Bolzen in ihrer Lage im Eisenkern fixiert sind. 4. Eisenkern nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und ,3, dadurch gekenn- zeichnet, @dass das Dielektrikum zwischen den Elementen zweier Lagen aus mindestens einer Lage Hartpapier besteht, welche Hartpapier lage mindestens die Breite des Eisenkernes und dessen Länge aufweist. . 5.

   Eisenkern. nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 3, dadurch gekenn zeichnet, drass das Dielektrikum zwischen zwei Lagen aus mindestens einer Schicht ölgetränk- ten Papiers besteht, welche mindestens die Breite des Eisenkernes urid dessen Länge aufweist. 6. Eisenkern nach Patentanspruch und Unteransprüehen 1 und 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dielektrikum mindestens teilweise aus Giessharz besteht. 7.

   Eisenkern nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass derselbe als Kondensator für Gleich- und Wechselspannungen ausgebildet ist, welcher mehrere seriegeschaltete Kon- densatorelemente aufweist, wobei die erwähn- ten, Kontaktbolzen als Klemmen für den Kon densator untd als Potentialteiler dienen.

   B. Eisenkern nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 3 und 7, dadurch ge kennzeichnet, dass derselbe stabförmig und offen ist, wobei für den besseren Kraftfluss- schluss durch die Luft je am obern und, am untern Ende des offenen Eisenkernes Joch teile angeordnet sind.