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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.
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High-voltage transformer with single-pole at core potential or at least approximately at core potential, double-concentric, layer-wise winding. The present invention relates to a high-voltage transformer, in particular a test transformer, voltage converter or the like.
Winding structures for high-voltage purposes, in particular for high-voltage test transformers, have already become known which use a double-concentric, layered winding. Such high-voltage test transformers are usually single-pole with a winding at core potential. In this embodiment, cascades with several transformers have already been put together.
It is also known to continuously graduate the length of the concentric windings in layers, so that a correspondingly uniform field is created in the radial direction with respect to the core or the housing. In this embodiment, the layers have already been alternately connected to one another, whereby a continuous increase in potential arises within the core window from the inside to the outside, provided that the high-voltage pole is inside, whereby a radial potential control is given over the cross-section of the core window.
This embodiment has the particular advantage that the insulating distances between the individual layers can be kept smaller and thereby more favorable field conditions are given by the even voltage distribution between the beginning and the end of each opposing insulating cylinder provided with the winding. However, the radial potential control over the cross section of the core window does not produce the necessary uniform field distribution, since there is not yet sufficient potential control axially to the core.
It is also known to provide shield rings on the end faces of windings provided with metal shields on the inside and outside in order to avoid the disruptive influence of the earth capacitance of the winding which is enclosed on all sides. These shield rings also control the field in the axial direction.
According to the invention it is now proposed that the inner and outer layers be connected by means of ring-shaped slotted disks, which have spacings associated with the increase in voltage according to the layer length and thus effect a potential control within the core window in the axial direction. The slots are made so that a short-circuit turn is avoided. In the axial direction, the spacing between the disks can be kept so that a uniform field distribution is given.
The arrangement according to the invention offers significant advantages in that, on the one hand, the short-circuit voltage is reduced by the known, double-concentric winding arrangement, and on the other hand, the distances in the transformer can be substantially reduced by the potential control in the axial direction. The transformer becomes smaller and more voltage-resistant and is therefore also cheaper to manufacture.
The invention can be applied to single-leg, but also to double-leg transformers.
Two transformers are shown schematically as exemplary embodiments of the subject matter of the invention in the accompanying drawing. Show it:
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1 shows a side view of a single-pole earthed transformer with jacket core, FIG. 2 shows the transformer according to FIG. 1 in a plan view, and FIG. 3 shows a two-legged transformer. Immediately on the middle leg 1 of the core 9, one half of the low-voltage winding 2 is arranged as a cylinder coil.
Above this, the high-voltage winding layers 3, 4, 5, 6, 7 are applied to a number of concentrically arranged insulating material cylinders, the axial length of which decreases with increasing diameter approximately to the center of the window, but then increases again up to the maximum value 3. The high-voltage winding is applied in individual layers. The other half of the low-voltage winding 8 is arranged as a solenoid over the outermost layer of the high-voltage winding. The two N-spring tension winding parts 2 and 8 are connected in series.
The lower winding end of the layer of the high-voltage winding layer 3 closest to the core 9 is connected to the earthed core 9 at point 10. The further connection of the individual layers of the high-voltage winding takes place in a manner known per se so that the upper end of the innermost layer with the upper end of the outermost layer, the lower end of the outermost layer with the lower end of the second layer from the core, the upper The end of this layer is in turn connected to the upper end of the second layer from the outside, etc.
The voltage increase thus takes place from both coil cylinder surfaces towards the inside of the coil in steps which correspond to double the bearing tension in each case, so that the highest tension prevails at the end of the innermost coil layer 7 and is to be led out from there.
Between every point of two concentrically superimposed layers there is practically twice the bearing stress. The potential control therefore takes place from both sides after the inside of the coil in the radial direction from the earthed core. Since the bearing length increases too symmetrically from the inside towards the core parts, the distance between the end faces of the insulating cylinder provided with the winding from the yokes of the iron core increases in accordance with the increase in voltage.
The connecting lines 11, 12 and 13 are designed as slotted ring-shaped disks and are arranged at their distances from one another according to the voltages applied to them and used for potential control. This means that there is axial control in the core window to radial control, which means a substantial improvement in the construction of high voltage windings. On the left-hand side of the core window, circular openings are indicated, through which: The highest potential is led out at terminal 14.
The disks are provided with openings for the high-voltage connection, which are adapted to the shape and diameter of the high-voltage lead-through. The gradation of the size of the openings depends on the potential position, with the openings becoming larger from the inside to the outside. The disks can also be perforated so that the oil circulation is maintained. The edges of the panes are expediently rounded. It is also advisable to adapt the disks to the shape of the winding and the boiler.
In terms of their structure, the disks can consist of metal or metallized insulating material, or they can be provided with semiconductor layers, the electrical connection of the coil ends being made by an attached conductor. It is also possible to use cast resin bodies with appropriate inserts or pads, as well as conductive plastic parts, e.g. B. of awnings.
In FIG. 3, for example, a single-phase two-legged transformer with a grounded center point is shown schematically. The transformer could also be multi-phase. The low-voltage winding of both legs can be connected in series or in parallel.
FIG. 3 does not differ significantly from FIGS. 1 and 2 with the exception of the doubling of the upper tension.