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Hochspannungstransformator mit einpolig auf Kernpotential oder mindestens annähernd auf Kernpotential liegender, doppeltkonzentrischer, lagenweiser Wicklung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator, insbesondere Prüftransformator, Spannungswandler oder dergleichen.
Es sind bereits Wicklungsaufbauten für Hochspannungszwecke, insbesondere für Hochspannungs- Prüftransformatoren, bekanntgeworden, die sich einer doppeltkonzentrischen, lagenweisen Wicklung bedienen. Solche Hochspannungs-Prüftransformatoren sind meist einpolig mit auf Kernpotential liegender Wicklung ausgebildet. Es sind in dieser Ausführungsform auch bereits Kaskaden mit mehreren Transformatoren zusammengestellt worden.
Des weiteren ist bekannt, die lagenweisen, konzentrischen Wicklungen in ihrer Länge kontinuierlich abzustufen, so däss gegenüber dem Kern bzw. dem Gehäuse in radialer Richtung ein entsprechend gleichmässiges Feld entsteht. Bei dieser Ausführungsform sind auch die Lagen bereits wechselweise miteinander verbunden worden, wodurch innerhalb des Kernfensters von innen nach aussen, vorausgesetzt, dass der Hochspannungspol im Innern liegt, ein kontinuierlicher Potentialzuwachs entsteht, womit eine radiale Potentialsteuerung über den Querschnitt des Kernfensters gegeben ist.
Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, dass die Isolierstrecken zwischen den einzelnen Lagen kleiner gehalten werden können und dadurch günstigere Feldverhältnisse durch die gleichmässige Spannungsverteilung zwischen Anfang und Ende jedes gegenüberstehenden, mit der Wicklung versehenen Isolierzylinders gegeben sind. Die radiale Potentialsteuerung über den Querschnitt des Kernfensters bringt jedoch nicht die notwendige gleichmässige Feldverteilung, da axial zum Kern eine noch nicht genügende Potentialsteuerung vorhanden ist.
Ausserdem ist es bekannt, bei innen und aussen mit Metallschilden versehenen Wicklungen an den Stirnseiten Schirmringe vorzusehen, um den störenden Einfluss der Erdkapazität der allseitig umschlossenen Wicklung zu vermeiden. Diese Schirmringe steuern zugleich das Feld in axialer Richtung.
Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, dass die Verbindungen der innen und aussen angeordneten Lagen mittels ringförmiger geschlitzter Scheiben erfolgt, die entsprechend der Lagenlänge dem Spannungszuwachs zugeordnete Abstände haben und so eine Potentialsteuerung innerhalb des Kernfensters in axialer Richtung bewirken. Die Schlitzung ist durchgeführt, damit eine Kurzschlusswindung vermieden ist. In axialer Richtung können die Abstände der Scheiben so gehalten werden, dass eine gleichmässige Feldverteilung gegeben ist.
Die Anordnung nach der Erfindung bietet wesentliche Vorteile insofern, als einmal durch die bekannte, doppeltkonzentrische Wicklungsanordnung eine Erniedrigung der Kurzschlussspannung eintritt, zum andern durch die Potentialsteuerung in axialer Richtung die Abstände im Transformator wesentlich verringert werden können. Der Transformator wird kleiner und spannungsfester und ist somit auch preiswerter herzustellen.
Die Erfindung iässt sich an einschenkligen, aber auch an doppelschenkligen Transformatoren anwenden.
Zwei Transformatoren sind als Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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Fig.l einen einpolig geerdeten Transformator mit Mantelkern in Seitenansicht, F!-.2 den Transformator nach Fig. 1 in Draufsicht und Fig. 3 einen zweischenkligen Transformator. Unmittelbar auf dem mittleren Schenkel 1 des Kernes 9 ist eine Hälfte der Niederspannungswicklung 2 als Zylinderspule angeordnet.
Darüber sind auf einer Anzahl konzentrisch angeordneter Isolierstoffzylinder die Oberspannungswicklungslagen 3, 4, 5, 6, 7, deren axiale Länge mit wachsendem Durchmesser etwa bis zur Fenstermitte abnimmt, dann aber bis zum Grösstwert 3 wieder zunimmt, aufgebracht. Die Oberspannungswicklung ist in einzelnen Lagen aufgebracht. Über der äussersten Lage der Oberspannungswicldung ist isoliert die andere Hälfte der Niederspannungswicklung 8 als Zylinderspule angeordnet. Die beiden NRederspannungs- wicklungsteile 2 und 8 sind in Serie geschaltet.
Das untere Wicklungsende der dem Kern 9 am nächsten liegenden Lage der Hochspannungswicklungslage 3 ist mit dem geerdeten Kern 9 im Punkt 10 verbunden. Die weitere Verbindung der einzelnen Lagen der Hochspannungswicklung erfolgt in an sich bekannter Weise so, dass das obere Ende der innersten Lage mit dem obern Ende der äussersten Lage, das untere Ende der äussersten Lage mit dem untern Ende der zweiten Lage vom Kern aus, das obere Ende dieser Lage wiederum mit dem obern Ende der zweiten Lage von aussen usw. verbunden wird.
Der Spannungsanstieg erfolgt so von beiden Spulenzylinderflächen her nach dem Spuleninnern zu in Stufen, die der jeweils doppelten Lagerspannung entsprechen, so dass die höchste Spannung am Ende der innersten Spulenlage 7 herrscht und von da aus herauszuführen ist.
Zwischen jedem Punkt zweier konzentrisch übereinanderliegender Lagen herrscht praktisch somit die doppelte Lagerspannung. Die Potentialsteuerung erfolgt also von beiden Seiten aus nach dem Spuleninnern in radialer Richtung vom geerdeten Kern her. Da die Lagerlänge von innen nach den Kernteilen zu symmetrisch zunimmt, wächst auch der Abstand der Stirnseiten der mit der Wicklung versehenen Isolierzylinder von den Jochen des Eisenkernes her entsprechend der Spannungszunahme an.
Die Verbindungsleitungen 11, 12 und 13 sind als geschlitzte ringförmige Scheiben ausgebildet und in ihren Abständen voneinander entsprechend den an ihnen liegenden Spannungen angeordnet und zur Potentialsteuerung herangezogen. Das bedeutet, dass eine axiale Steuerung im Kernfenster zu der radialen tritt, was eine wesentliche Verbesserung im Aufbau von Hochspannungswicklungen bedeutet. Auf der linken Seite des Kernfensters sind kreisförmige Durchbrüche angedeutet, durch die :die Herausführung des höchsten Potentials an der Klemme 14 erfolgt.
Die Scheiben sind zur Durchführung des Hochspannungsanschlusses mit Durchbrechungen versehen, die der Form und dem Durchmesser nach der Hochspannungsdurchführung angepasst sind. Die Abstufung der Grösse .der Durchbrechungen richtet sich nach der Potentiallage, wobei die Öffnungen von innen nach aussen grösser werden. Die Scheiben können auch durchbrochen sein, damit die Ölzirkula- tion erhalten bleibt. Die Kanten der Scheiben werden zweckmässigerweise abgerundet. Ausserdem ist es zweckmässig, .die Scheiben der Form der Wicklung und des Kessels anzupassen.
In ihrem Aufbau können die Scheiben aus Metall bzw, metallisiertem Isolierstoff bestehen, oder aber mit Halbleiterschichten versehen sein, wobei die elektrische Verbindung der Spulenenden durch einen aufgebrachten Leiter erfolgt. Es ist auch die Verwendung von Giessharzkörpern mit entsprechenden Ein- oder Auflagen möglich, des weiteren auch von leitenden Kunststoffteilen, z. B. von Markiten.
In der Fig.3 ist beispielsweise ein einphasiger zweischenkliger Transformator mit geerdetem Mittelpunkt schematisch dargestellt. Der Transformator könnte aber auch mehrphasig sein. Die Niederspannungswicklung beider Schenkel kann dabei in Serie oder aber auch parallel geschaltet sein.
Die Fig.3 unterscheidet sich im übrigen gegen- über den Fig.1 und 2 mit Ausnahme der Verdoppelung der Oberspannung nicht wesentlich.