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Geerdeter Abschirmkasten aus leitendem Material für die Hochspannungswicklung
von Meßwandlern Neuzeitliche Meßwandler, und zwar sowohl Strom- als auch Spannungswandler,
sollen möglichst bis zur Höhe der Prüfspannung ionisationsfrei sein. Ihre Ölisolation
soll von der Außenluft abgeschlossen sein. Beide Forderungen verbürgen eine hohe
Qualität. Ihre Erfüllung ist jedoch oft mit sehr großen Kosten verbunden, so daß
man bestrebt ist, neue Wege zu gehen, um die Wandlerfertigung mit den bisherigen
Preisen, jedoch unter Einhaltung obiger Forderungen, durchführen zu können.
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Es ist bekannt, bei Stromwandlern die gesamte Hochspannungsisolation
zwischen außen und innen anliegenden leitenden Elektroden vorzusehen, um freie Ölstrecken
zu vermeiden. Die Elektroden werden vornehmlich durch eine Bandagierung mit leitendem
Band oder durch kompliziert aufgebaute Formstücke, die aus Metall bestehen oder
eine leitende Schicht besitzen, dargestellt. Das Umwickeln mit leitenden Bandagen
ist kostspielig und unzuverlässig. Sie können sich bei der Schrumpfung während des
Trockenvorgangs von der Isolation abheben. Diese Gefahr besteht auch besonders bei
den aus festen Formstücken gebildeten Außenelektroden, die überdies sehr teuer sind.
Andererseits sind bereits geerdete Abschirmkästen bekannt, die als verlorene Form
dienen, indem nach Einlegen der Wicklung die Zwischenräume mit Kunstharz ausgegossen
werden. Diese sind jedoch nicht geeignet für schrumpfende Isolationen, insbesondere
für die für Höchstspannungswandler ausschließlich verwendete Weichpapierisolation.
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Die ständig ansteigenden Kurzschlußleistungen der Netze erfordern
außerdem eine kurzschlußfeste Wandlerausführung und dazu besondere Maßnahmen wie
z. B. eine Festlegung der Wandlerwicklung, insbesondere bei Stromwandlern gegenüber
dem Kern. Bei Hochspannungswandlern treten dabei besondere Schwierigkeiten auf,
da die dicke Weichpapierisolation nach Erde eine Befestigung erschwert.
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Die Vermeidung aller Ölspalte im Gebiet hoher elektrischer Feldstärken
und eine zuverlässige Festlegung der Wicklung im Kernfenster wird durch einen geerdeten
Abschirmkasten aus leitendem Material für die Hochspannungswicklung von Meßwandlern
mit vorzugsweise umgerissener, weicher Schichtisolation erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß der Abschirmkasten aus einem inneren und einem äußeren die Wicklungsisolation
straff pressenden Mantelteil sowie aus zwei seitlich anlegbaren, der Außenkontur
der isolierten Wicklung angepaßten Scheiben besteht, die die Isolationsschichten
durch einen von außen aufzubringenden Preßdruck verdichten und die Außenkontur der
isolierten Wicklung in einen annähernd rechteckigen Querschnitt pressen.
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Diese erfindungsgemäße Maßnahme gewährleistet zugleich einen hohen
Ionisationseinsatz bei Verwendung einfachster Formen und kleinster Abstände, so
daß die Wandlerabmessungen sogar reduziert und dadurch der Fertigungsaufwand verringert
werden kann.
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Bei der Meßwandlerisolation nach der Erfindung ist die Hochspannungswicklung
von vier getrennten Elektroden umgeben, die aus zwei zylindrischen und zwei ringförmigen
Metallflächen bestehen, wobei die Enden dieser Metallflächen stets im Potentialschatten
liegen, der durch zwei solche Elektroden, die im rechten Winkel gegeneinanderstoßen,
gebildet wird. Dabei sollen gleichzeitig die ringförmigen Elektroden zur Pressung
und mechanischen Festlegung der Wicklung und ihrer Isolation dienen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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F i g. 1 zeigt einen Stromwandler mit Kern 1, Hochspannungswicklung
2, innerem zylindrischem Mantel 3, der wie im gezeigten Beispiel mit der Niederspannungswicklung
zusammengebaut sein kann, äußerem zylindrischem Erdmantel 4 und zwei geerdeten Ringelektroden
5. Die Teile 6 sind die entsprechend ausgebildeten Weichpapierisolationen, ebenfalls
der Zylinder 7, der gleichzeitig als Tragzylinder dienen kann. Die Hochspannungsisolation
2a aus Weichpapier wird durch Zusammenpressen der Ringelektroden 5 in eine eckige
Form gebracht, derart, daß die Ölzwickel 8 und überhaupt die freien spannungsbeanspruchten
Ölstrecken in der festen Isolation 2a möglichst klein werden, d. h. gewissermaßen
»herausgepreßt« werden. Im Beispiel
der F i g. 1 wird die Pressung
durch Anziehen der Muttern 8a, die über einen Bolzen 10 gegen die Ringelektroden
5 pressen, bewirkt. Als Widerlager dient dabei das Kernpreßeisen oder Preßholz 9.
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Die beschriebene Anordnung besteht aus einfachen Elementen, verlangt
einen sehr kleinen Isolationsabstand a und garantiert, daß alle beanspruchten Elektroden
gut verkleidet sind, die Wicklung mechanisch fest fixiert und dadurch weitgehend
kurzschlußfest ist.
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Die geerdeten Teile 3, 4 und 5 stellen eine vollständige Abschirmung
der Hochspannungswicklung nach außen dar, so daß weder Kern noch Transformatorkessel
besonders abgeschirmt zu werden brauchen, was im allgemeinen sehr kompliziert und
technisch schwer ausführbar ist. Die Teile 3, 4 und 5 bestehen aus ganz einfachen
Elektrodenformen; 3 und 4 sind Zylinder und die Teile 5 zwei Kreisringfiächen. Der
Innendurchmesser der Teile 5 ist immer kreisförmig; die äußeren Abmessungen der
Teile 5 können jedoch auch wie F i g. 3 zeigt, quadratisch ausgebildet sein. Damit
an diesen geerdeten Elektroden 3, 4 und 5 keine Ionisation, d. h. keine vorzeitigen
Entladungen einsetzen, ist eine dichte Isolationsverkleidung aus festem Isolierstoff,
etwa Weichpapier, zumindest an den Stellen hoher Feldstärke erforderlich. Eine solche
Isolationsverkleidung ist bei allen Formen, die von einer ebenen oder zylinderförmigen
Grundfläche abweichen, bekanntlich äußerst schwierig und kostspielig herzustellen.
Man muß z. B. bei Verwendung von Papierisolation die Papiere einreißen und kleben.
Im vorliegenden Fall ist dies nicht erforderlich, da die Papierisolation 6 und 7
sich von selbst dicht an die Elektroden 3, 4
und 5 anlegt. Lediglich an den
Ecken, die innerhalb der Elektroden entstehen, ist ein exaktes Anliegen nicht möglich,
aber auch nicht nötig, da dort ausgesprochene Potentialschattengebiete vorhanden
sind.
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Potentialschattengetriebe sind die Gebiete, wo immer zwei Elektroden
senkrecht aufeinanderstoßen. Wie F i g. 2, in der das Potentiallinienbild der Anordnung
nach F i g. 1 dargestellt ist, zeigt, liegen im Eckgebiet 8 die Potentiallinien
bei weitem nicht so dicht zusammen wie in der Nähe der Leiter 2, d. h. die Feldstärke
an der Stelle 8 ist erheblich niedriger als bei den Leitern 2, so daß auch
die Isolation an der Stelle 8 eine niedrigere spezifische Festigkeit haben
kann.
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F i g. 1 a zeigt eine nach den Lehren von F i g. 1 aufgebaute Spannungswandlerisolation.
Auch hier gelten grundsätzlich dieselben Überlegungen. Die Isolation 2 a
stellt in F i g. 1 a die umgerissene Papierisolation dar, die zwischen den einzelnen
Lagen der Wicklung 2 vorgesehen und in bekannter Weise um die Lagenenden herumgeschlagen
ist. Man wird mit Rücksicht auf die Trapezform der Wicklung 2 den Winkel* so wählen,
daß beim Zusammenpressen der Teile 5 gegeneinander im Winkelgebiet a der Isolation
2a möglichst keine freien Ölwege in Feldrichtung, insbesondere in der Nähe der Lagenenden,
vorkommen können. Der Abstand a1 wird dann im allgemeinen nicht ausreichen, um die
Spannung zwischen dem Lagenende der äußersten kürzesten Lage und Erde aufzunehmen.
Man sieht daher eine so dicke zusätzliche Stirnisolation 13 in Gestalt von Ringscheiben
vor, daß der jetzt vergrößerte Metallabstand a ausreicht, um die Isolationsfestigkeit
auf die geforderte Höhe zu bringen. Die Dicke a" der zusätzlichen Stirnisolation
13 gestattet es, die Feldstärken an den Lagenenden zu variieren. Da die Isolation
13 aus Ringscheiben wesentlicher billiger hergestellt werden kann als nach
dem sonst üblichen Isolationsverfahren mit Weichpapierisolation und Winkelringen,
das für eine Trapezseite in F i g. 2 a angedeutet ist und da die Ringscheiben zugleich
mechanisch fester als die entsprechende Isolation in F i g. 2 a gemacht werden können,
sind mit der Verwendung der Ringscheiben als Stirnisolation 13 sowohl die Ionisationsforderung
als auch die Forderungen bezüglich Verbilligung und höherer Kurzschlußfestigkeit
in gleicher Weise erfüllt.
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F i g. 3 zeigt die räumliche Darstellung eines erfindungsgemäß isolierten
Stromwandlers. Hierbei sind jedoch im Gegensatz zu F i g. 1 zum Pressen der beiden
Endelektroden 5 mit Erdpotential gegen die Wicklung Spannbolzen 10 vorgesehen, durch
die mittels der Muttern 8 a die beiden Teile 5 gegeneinandergepreßt werden. Bei
dieser Darstellung sieht man außerdem sehr deutlich wie der äußere zylindrische
Erdbelag 4 zwischen den Elektroden 5 eingelegt werden kann. Ein Verrutschen
des Belags 4 wird durch die flanschartig vorstehenden Teile 5 verhindert. Mit einer
Bandage kann der Belag 4 fest gegen die Unterlage gedrückt werden. Der geerdete
Belag 4 ist kein geschlossener Zylinder, sondern an einer Umfangsstelle unterbrochen,
um eine geschlossene Windung zu vermeiden. In F i g. 3 ist angedeutet, daß diese
Unterbrechungsstelle zweckmäßig im Gebiet der Ausleitung 7 liegt, so daß der Belag
4 die in F i g. 4 dargestellte abgewickelte Form bekommen kann mit Aussparungen
11, die sich an die Zylinderisolation der Ausleitung 12 anlegen.
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Weitere Ausführungsmöglichkeiten sind in F i g. 5 und 6 dargestellt.
Durch die zylinderförmige Isolation 14 und die scheibenringförmige Stirnisolation
13, welche in einfacher Weise aus Preßspan oder aus anderem Isolationsmaterial hergestellt
werden kann, wird es möglich, den geforderten Abstand a von der Wicklung 2 zum Erdbelag
in billiger Weise zu schaffen, ohne den Isolationsauftrag a1 mit der teuer herzustellenden
Isolation 2a unnötig groß zu machen. Diese kastenförmig aus Zylindern und Scheiben
zusammengesetzte Isolierung eröffnet eine weitere vorteilhafte Möglichkeit. Man
kann an festem Isoliermaterial sparen, wenn man Schichten festen Isoliermaterials
mit relativ dünnen Ölkanälen abwechselt. In den F i g. 5 und 6 ist diese Möglichkeit
dargestellt. Die Schichten festen Isoliermaterials 13 und 14 sind
längs schraffiert gezeichnet, während die möglichen Ölkanäle 13 a und
14a weiß geblieben sind. Die Breite b dieser Ölkanäle muß so niedrig gehalten
werden, daß die Isolationsfestigkeit längs der Strecke b ausreichend hoch ist, um
den Spannungsforderungen zu entsprechen. Diese Breite b wird in üblicher Weise durch
eingeleitete Leisten festgelegt. Neben der hier angestrebten Einsparung an festem
Isoliermaterial wird außerdem eine bessere Kühlung der Wicklung durch die Ölkanäle
erzielt. Auf diese Weise kann sogar der Kupferquerschnitt reduziert und damit eine
weitere Verbilligung erreicht werden. Die vergrößerten Verluste sind bei Meßwandlern
unerheblich.