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Transformator mit kapazitiver Stoßspannungssteuerung, insbesondere
Spannungswandler Beim Einziehen von Wanderwellen, z. B. von atmosphärischen Überspannungen
in Transformatoren bzw. Spannungswandlern, ergibt sich auf Grund der induktiven
und kapazitiven Kenngrößen der Wicklung und deren Umgebung innerhalb der Wicklung
eine andere Spannungsverteilung als bei der Betriebsfrequenz.
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Um auch bei sehr steilen Stoßspannungen den Spannungsabbau zu vergleichmäßigen,
werden besondere Wicklungsanordnungen gewählt oder die Spannungsaufteilung wird
kapazitiv gesteuert. Diese kapazitive Steuerung erfolgt in bekannter Weise z. B.
durch in die Wicklungslagen eingelegte leitende Beläge, die teilweise mit als selbständige
Bauelemente vorgesehenen Kondensatoren in Verbindung stehen.
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Es ist auch bereits bekannt, bei einem Transformator mit als gamrollenartigem
Spulenkörper ausgebildeten Isolierkörper die mit der innersten Lage der Oberspannungswicklung
bedeckte Außenfläche des hülsenartigen Teiles des Spulenkörpers und die dem Eisenkern
zugewendete Innenfläche mit einem leitenden Belag zu versehen, wobei der auf der
Innenfläche des Spulenkörpers aufgebrachte Belag auch die Außenfläche beider Spulenkörperflansche
bedeckt.
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Mittels dieses bekannten Spulenkörpers läßt sich ein Kaskadenspannungswandler
gewinnen, indem beispielsweise drei Spulenkörper übereinander angeordnet werden.
Das innere Wicklungsende der obersten Teilwicklung ist mit dem unter ihm auf dem
Spulenkörper aufgebrachten Belag verbunden, und das äußere, die relativ niedrigere
Spannung führende Wicklungsende dieser Teilwicklung ist an einen Metallmantel angeschlossen,
der nicht nur den obersten, sondern auch den mittleren Spulenkörper umhüllt. Mit
diesem Metallmantel ist auch das äußere, die relativ höhere Spannung führende Wicklungsende
der mittleren Teilwicklung leitend verbunden, deren inneres, an der relativ niedrigen
Spannung liegendes Wicklungsende an den unter ihm liegenden Belag angeschlossen
ist.
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Die beiden oberen Spulenkörper können nicht unmittelbar auf den die
untere Teilwicklung tragenden Spulenkörper aufgesetzt werden, da der den unteren
Spulenkörper umgebende Metallmantel auf Erdpotential liegt, während der die oberen
Spulenkörper einhüllende Metallmantel auf Hochspannung angeordnet ist. Zwischen
den beiden oberen Spulenkörpern und dem unteren Spulenkörper müssen deshalb Isoliermittel
vorgesehen werden, die eine Durchführung für den Spannungsleiter und Lüftungsöffnungen
aufweisen müssen. Durch diese Isoliermittel wird nicht nur die Höhe des Transformators
vergrößert, sondern es wird auch seine Herstellung verteuert. Im übrigen ist die
Konstruktion des bekannten Transformators auch insofern unvorteilhaft, als die inneren
Wicklungsenden der mittleren und der unteren Teilwicklung durch öffnungen in den
Flanschen der Spulenkörper geführt werden müssen.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Transformator mit in Teilspulen
unterteilter Hochspannungswicklung, deren als gamrollenartige Spulenkörper gleicher
Form ausgebildete und in Achsrichtung übereinandergesetzte Isolierkörper auf der
Innen-und der Außenfläche ihres hülsenartigen Teiles und auf der Außenseite ihres
Flanschteiles mit metallischen Belägen versehen sind.
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Dieser Transformator bzw. Spannungswandler ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbelag des hülsenartigen Teiles jedes Spulenkörpers
sich bis zu dem einen Flanschbelag und der Außenbelag des hülsenartigen Teiles des
Spulenkörpers sich bis zum anderen Flanschbelag des gleichen Spulenkörpers fortsetzt,
so daß nach dem Aufeinandersetzen der Spulenkörper eine Reihenschaltung der von
den metallischen Belägen gebildeten Kapazitäten erreicht wird.
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Es ist zwar bereits ein Hochspannungsmeßwandler mit zur Potentialsteuerung
dienenden Kondensatorbelägen bekannt, die in die den Stabkern und die Sekundärwicklung
umgebende Isolierhülle eingebettet und mit entsprechenden Teilspulen der Primärwicklung
elektrisch verbunden sind, jedoch handelt es sich nicht um garnrollenartige Spulenkörper,
die zur Potentialsteuerung mittels aufgebrachter Beläge herangezogen werden.
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Auch bei einem weiteren bekannten kombinierten Wandler, bei dem beispielsweise
die beiden Leitbeläge der Isolation zwischen Primär- und Sekundärwicklung
als
Hochspannungsmeßkondensator für den kapazitiven Teiler des kombinierten Wandlers
dienen, werden keine garnrollenartige Spulenkörper gleicher Form mit auf der Innen-
und der Außenfläche ihres hülsenartigen Teiles und auf der Außenseite ihres Flanschteiles
angeordneten metallischen Belägen verwendet.
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Bei einem anderen bekannten Hochspannungstransformator dienen zwar
metallisierte Isolierkörper der unterteilten Hochspannungswicklung zur Stoßspannungssteuerung,
bei diesen Isolierkörpern handelt es sich aber um zwecks übereinanderstülpens besonders
geformte, komplizierte Stützisolatorteile; sie weisen einen zylindrischen Hohlraum
auf, in den die mit anderen Wicklungsträgern (Spulenkörper) als Scheibenspulen vorgefertigten
Spulen eingesetzt sind, wobei die dann noch vorhandenen Zwischenräume zwischen den
Scheibenspulen und dem Isolierkörper mit Niederdruckharz ausgegossen sind.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der F i g. 1 als Ausführungsbeispiel
der konstruktive Aufbau eines Hochspannungswandlers in dem hier interessierenden
Umfang schematisch dargestellt. Der bei diesem Ausführungsbeispiel als Stabkern
ausgebildete Kern 1 trägt die Niederspannungswicklung 2. Der Kern 1 mit seiner Niederspannungswicklung
2 ist unter Einhaltung eines isolierenden Abstandes von beispielsweise drei aufeinandergesetzten
Spulenkörpern 3 umgeben, auf denen unter Zwischenfügung von Isolierschichten 4 dementsprechend
drei Teilspulen 5 angeordnet sind. Jeder Spulenkörper ist mit zwei als Elektroden
wirkenden metallischen Belägen 6 versehen. Der eine Belag ist dem mit der Niederspannungswicklung
2 versehenen Kern 1 und der andere Belag der jeweiligen Teilspule 5 zugewandt.
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Jeder Spulenkörper besteht aus festem Isolierstoff hoher elektrischer
Festigkeit, z. B. aus keramischem Isolierstoff oder einem geeigneten Kunstharz.
Seine Abmessungen und seine Dielektrizitätskonstante bestimmen die zwischen seinen
Belägen wirksame Kapazität, so daß sich durch Wahl der Abmessungen und der Dielektrika
die gewünschte Kapazität erzielen läßt. Die Flächen der Spulenkörper 3 sind derart
mit metallischen Belägen versehen und die Spulenkörper so übereinandergesetzt, daß
sich eine Reihenschaltung ihrer Kapazitäten ergibt. Auf diese Weise wird die am
Wandlerkopf anliegende stationäre oder flüchtige Hochspannung gegen Erde stufenweise,
hier in drei Stufen, abgebaut.
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Da jede Teilspule dem ihr zugewandten metallischen Belag großflächig
ausgesetzt ist, ergibt sich eine gute kapazitive Kopplung, so daß die durch die
Reihenschaltung der Spulenkörper 3 erzwungene Spannungsverteilung auch den Teilspulen
5 mitgeteilt wird. Auf diese Weise und durch galvanische Verbindung von Spulenanfang
bzw. Spulenende mit dem dazugehörigen metallischen Belag wird vermieden, daß sich
im Spuleninnem unzulässig hohe Potentialunterschiede bei steilen Wanderwellenvorgängen
ausbilden können.
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Die Zahl der Spulenkörper und damit die Zahl der Teilspulen bestimmt
die Feinheit der Spannungsverteilung, wie das in der F i g. 2 dargestellte Schaltbild
des in der F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispieles erkennen läßt. In dieses Schaltbild
sind die Nebenkapazitäten zwischen dem einen Belag und der Teilspule bzw. zwischen
der Teilspule und Erde der übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
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In der F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel für den Spulenkörper 3
gezeigt, bei dem die beiden metallischen Beläge 6 so aufgebracht sind, daß sich
durch Aufeinandersetzen eine Reihenschaltung der Kapazitäten von selbst ergibt.
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Die Erfindung ist nicht nur bei Transformatoren bzw. Spannungswandlern
mit Stabkern anwendbar, sondern auch dort, wo andere Kernformen, z. B. Schenkelkerne,
verwendet werden.
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Durch die Erfindung werden insbesondere folgende Vorteile erzielt:
Raumersparnis durch Verwendung der Spulenkörper als Steuerkondensatoren; Erzielung
erwünschter Kapazitätswerte durch Wahl geeigneter Abmessungen und Dielektrika; einfache
Möglichkeit der Reihenschaltung der Teilkapazitäten durch übereinandersetzen der
Spulenkörper; Stufung des Spannungsabbaues durch Wahl der Zahl der Unterteilungen,
wobei sich mit einer entsprechend großen Zahl von Unterteilungen auch höchste Spannungen
beherrschen lassen. Die Steuerkapazität ist unabhängig vom Imprägniermittel (z.
B. öl, Clophen, Gas); gute kapazitive Steuerung der Hochspannungswicklung infolge
großflächiger Kopplung zwischen Wicklung und dem als kapazitiven Spannungsteiler
wirkenden Aufbau und damit einfache Lösung des Stoßspannungsproblems.