DE2002192A1 - Hochspannungstransformator mit unterteiltem Kern - Google Patents

Description

High Voltage Engineering Corporation, Burlington, Mass. (V.St.A.)

Hochspannungstranst'ormator mit unterteiltem Kern.

Die Erfindung betrifft elektrische Einrichtungen, die mit sich mit der Zeit veränderlichen magnetischen Flüssen arbeiten, und betrifft insbesondere Transformatoren und induktive Widerstände, die einen isolierten Kern haben.

: Die drängenden Forderungen nach mehr und billigerer Elektrizität bringen heute wachsende technische und politische Probleme einschließlich dem Wunsch der Erhaltung der Attraktivität bevölkerter Gebiete mit sich. Um diese ständige Nachfrage nach mehr elektrischer Leistung befriedigen zu können, ohne innerhalb der

ι Städte oder Vorstadtbereiche mehr Elektrizitätswerke und Über- ! tragungsstationen schaffen zu müssen, errichten die Elektrizitätsgesellschaften Ε-Werke in abgelegenen Gebieten dort, wo Wasser- !

kraft und große Kohlenlagerstätten zur Verfügung stehen. Die elektrische Energie kann dann zu den Verbrauchszentren auf wirtschaftliche Weise durch Überlandleitungen übertragen werden. Jedoch ist die Erlaubnis zum Bau solcher Überlandleitungen wegen der zunehmenden Bevölkerungsdichte und aus Gründen des Landschafts Schutzes immer Schwieriger zu erhalten. Die Elektrizitätsgesellschaften sind daher gezwungen, die Übertragungskapazität ihrer bereits bestehenden Leitungen um ein mehrfaches auszunutzen und eine noch weitere Zunahme des Energieverbrauchs für die Zukunft einzuplanen. Aus diesen und anderen Gründen geht die Energie Industrie relativ schnell auf noch größere Hochspannungen für die übertra-

; gung elektrischer Energie über. Bei Spannungen zwischen den ein-

oomsmoo

zelnen Leitern, die größer als 3^5 kV sind, spricht man von einer EHV Übertragung (extra high voltages), man hat unlängst 500 kV Übertragungssysteme gebaut und plant bereits 750 kV Übertragungssysteme. Derartig hohe Spannungen erlauben die Übertragung größerer Energiemengen auch über weit ausgedehnte geographische Flächen. Dieser Zug zu höheren Spannungen ist grundlegend für die Erfordernisse des vorhersehbaren Energiebedarfs für die nächsten zwei Jahrzehnte. EHV-Verbindungen sollen auch dem Ausgleich von Spitzenbeanspruchungen über große Gebiete und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit des Gesamtübertragungssystems dienen.

Obgleich gewichtige technologische und wirtschaftliche Gründe für die Verwendung von EHV Übertragungssystemen sprechen, bestehen doch große Schwierigkeiten bei der Auslegung betriebssicherer Stationen und Leitungen für diese hohe Spannungen. Eine ί einfache Erweiterung der bekannten Prinzipien auf EHV Anlagen ist nicht durchführbar, sondern für EHV-Systeme sind neue Konzepte er-t forderlich. Insbesondere braucht man neuartige Transformatoren ^; und Induktivitäten, die auch bei diesen außerordentlichen hohen j Spannungen zuverlässige Isolationseigenschaften haben und deren Material und Volumen besser ausgenutzt werden muß.

In seiner einfachsten Form besteht ein Transformator aus zwei induktiv eng gekoppelten leitenden Spulen. Der Primärwicklung wird die elektrische Energie zugeführt, während die Sekundärwicklung die durch den Stromfluß in der Primärwicklung in ihr induzierte ; Energie abgibt. Normalerweise sind diese Wicklungen um einen Kern aus magnetischen Material gewickelt. Bei EHV-Transformatoren wirkt sich die notwendige Verstärkung der Isolation zwischen der Hochspannungswicklung und dem geerdeten Kern nachteilig auf das Betriebsverhalten, die Kosten und die Zuverlässigkeit der Isolierung aus.

Außerdem müssen die für EHV-Belastung entwickelten Transformatoren den erheblich größeren Kräften standhalten, die bei Kurz-j Schlüssen, Spannungsimpulsen, Schaltüberspannungen usw. auftreten^

Man hat versucht, diese Probleme unter Verwendung bekannter Transformator-Bauformen dadurch zu lösen, daß man die Isolation ; verstärkt und die Uberschlagsabstände vergrößert hat. Ein solcher¹

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ι Vorschlag geht beispielsweise dahin, einen Transformator- oder einen Spulenkern mit mehreren Abschnitten zu verwenden, wobei sich die einzelnen Abschnitte entsprechend dem sie umgebenden Windungsabschnitt in ihrem Potential unterscheiden und voneinander durch eingefügte Isolierschichten isoliert sind. Dabei hat man an-¹ genommen, daß die gemeinsame Isolierung zwischen den Kernen und ι den Windungen eine genau lineare Spannungsverteilung längs der ' Wicklung ergibt, während die Spannung auf der Isolation von der ι Kante zur Mitte zunimmt und neben dem Kern konstant ist. Auf diese Weise ergibt sich eine gute kapazitive Teilung von Impulsspannun- \ gen und ein gutes Verhalten des Gerätes gegen Überspannungen. ' Außerdem hat man auf beiden Seiten der Isolationsschicht Metallfolien angebracht, um kapazitive Wirkungen zwischen den Windungen herabzusetzen. Ein solches Gerät eignet sich für nicht allzu hohe I Spannungen, bei besonders hohen Spannungen, um welche es sich bei der vorliegenden Erfindung handelt, lassen sich die angestrebten Ergebnisse jedoch nicht erreichen, weil an den Ecken der Kernabschnitte sehr hohe elektrische Belastungen auftreten, welche zu ' einem Durchbruch in der Isolation führen. Selbst wenn man die . Isolation dick genug macht, so daß sie die sehr hohe Spannung ausihält, ändert sich der magnetische Widerstand im magnetischen Kreis'

! so, daß all die durch die Trennung des Kerns in einzelne Abschnit- ; te hauptsächlich erreichten Vorteile zunichte werden. Wenn weiterhin die Metallfolie auf beiden Seiten der Isolationsschicht zu einer Erhöhung von kapazitiven Wirkungen zwischen den Windungen beiträgt, so kann sie insofern zu einer Zerstörung des Gerätes beitragen, als sie nicht in der Lage ist, ein Übermaß an Wirbelstromverlusten zu verhindern und das elektrostatische Potential gleichförmig über die Oberfläche der Isolation zu verteilen. Die dadurch entstehende Erwärmung würde bald zu einer thermischen Zerstörung des Gerätes führen. Die üblichen bekannten Geräte lassen sich schließlich nicht auf die hier in Betracht kommenden hohen Spannungen umkonstruieren, sondern dabei ergeben sich . schwierige ungelöste Probleme hinsichtlich der Steuerung der elektrischen Feldverteilung, der Baugröße unsicherer Isolationsstellen und der Wärme und Geräuschentwicklung.

Über diese Schwierigkeiten ist man bis zur vorliegenden Erfindung nicht hinausgekommen. Die Erfindung löst nicht nur

Probleme, sondern schafft einen neuen EHV-Transformator von hohem j elektrischen und volunetrischen Wirkungsgrad, der sich auch noch : bei höheren Spannungen, als sie vorläufig geplant sind, mit zuverlässigen Eigenschaften bauen läßt.

Bekannte Wechselspannungsgroßtransformatoren mit magnetischem Kern haben einen guten Wirkungsgrad und haben sich für die Wandlerzwecke gut bewährt, sie haben moderne Wechselspannungsenergiesysteme überhaupt erst ermöglicht. Werden sie jedoch nach herkömmlichen Bauformen für den Betrieb bei besonders hohen Spannungen, wie sie für die Erfindung in Betracht kommen, entworfen, so werden die Spannungsisolierungsprobleme, die sich bei niedrigen Spannungen noch gut beherrschen lassen, außerordentlich schwierig, und es können leicht zerstörende Überschläge auftreten.

Zur Lösung dieser Probleme war es nötig, völlig neue Prinzipien für den Bau von Transformatoren zu finden. Diese Prinzipien haben zur vorliegenden Erfindung geführt, welche die Herstellung von Transformatoren und Reaktanzen ermöglicht, welche sich für die Verwendung der in Rede stehenden besonders hohen Spannungen eignen.

Eine Induktivität für elektrische Energiesysteme besteht hauptsächlich in einer Hochspannungs-Hochleistungs-Induktionsspule, mit deren Hilfe sich ein hoher Leistungsfaktor erreichen lassen soll. Meistens sollen diese Induktivitäten eine Spule mit einem magnetischen Kreis enthalten und so ausgelegt sein, daß sie bei niedrigem Ohmschen Widerstand einen hohen induktiven Widerstand bieten. Diese Induktivitäten werden üblicherweise als Parallelreaktanz für lange Leitungen zur Kompensation des Ladestroms dieser Leitungen geschaltet. Gerade bei EHV-Übertragungssystemen sind diese Parallelinduktivitäten von besonders großer Bedeutung. Beispielsweise können hier Stromwellen außerordentlich hohe Spannungen am Ende von schwach belasteten Leitungen erzeugen. Wenn man keine Gegenmaßnahmen trifft, können diese übergroßen Spannungen zu Instabilitäten und Schaden der am LeJtungsende vorgesehenen Einrichtungen führen. Paral]el reaktanzen am Leitungsende eignen sich ^uI: als Maßnahme hiergegen.

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Die bekannten Induktivitäten sind entweder als Mantelspulen oder als Luftspaltdrosseln gebaut. Die erste Bauform besteht aus einer Luftkernspule, die von einem magnetischen Mantel umgeben 1st, während die Luftspaltdrosseln eine Abwandlung darstellen, bei der innerhalb der Spule ein Eisenkern angeordnet ist, der durch Segmente eines steifen nicht magnetischen Materials unterbrochen ist.

Bei den Manteldrosseln haben die Spulen einen großen Durchmesser und große radiale Abmessungen und arbeiten mit einem großen Streufluß, der starke Wirbelstromverluste zur Folge hat. Bei den Luftspaltdrosseln entstehen zwar wegen des niedrigeren magnetischen Widerstandes des magnetischen Kreises im allgemeinen geringere Wicklungsverluste, aber die Spannungsisolation zwischen Wicklung und Kern wird erheblich schwieriger. Eine Sättigung des Kerneisens muß vermieden werden, damit die Verluste gering gehalten werden und im ganzen Betriebsspannungsbereich eine konstante Induktivität gewährleistet 1st.

Bis zur vorliegenden Erfindung stellten sich dem Bau von EHV-Induktivitäten immer größere Schwierigkeiten in den Weg, und die Isolationsfestigkeit, die Zuverlässigkeit, die Freiheit von Koronaerscheinungen und Funkstörungen waren immer schwieriger beherrschbar. Insbesondere für den Bereich der höchsten Spannungen ließ sich keine zufriedenstellende Lösung finden. Die Erfindung schafft dagegen die Voraussetzungen zum Bau einer neuen Induktivität, bei der diese Probleme nicht sehr bestehen oder sich durch eine grundsätzliche Methode beherrschen lassen, die selbst die bei noch höheren Spannungen, wie sie in fernerer Zukunft verwendet werden dürften, auftretenden Probleme meistert.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Grundsätze ermöglicht nicht nur eine ausgezeichnete Verteilung und Beherrschung der üblichen Wechselspannungsbetriebspotentiale, sondern auch eine besonders gute Impulsübertragung. Die Erfindung führt zu relativ kompakten Wicklungen mit weniger Windungen und relativ wenig Streuf'lußverlusten. Weitere Merkmale der Erfindung führen zu einer Verringerung der akustischen und magnetostriktlven Geräusche.

Die Grundsätze der Erfindung verhindern auch eine Sättigung der Elemente des magnetischen Kerns und ermöglichen so eine konstante Reaktanz über den gesamten Spannungsbereich und verhindern das Auftreten von Harrnonischen Lm Strom der Induktivität.

Weiterhin lassen sich die Funkstörungen klein halten, weil die Verteilung der elektrischen Beanspruchung infolge der Erfindung sauber beherrscht wird und sich sämtliche Teile der elektrischen Anlage unterhalb der Koronaspannungen halten lassen. Darüberhinaus läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der magnetische Rückschluß auf Massepotential halten, so daß die Probleme der Isolation und der mechanischen Halterung sich vereinfachen.

Diese und weitere Vorteile ergeben sich durch die Erfindung, während gleichzeitig die Gesamtabmessungen für eine erforderliche Einheit und ihre Kosten sich verringern. All diese Vorteile ergeben sich sowohl bei Transformatoren als auch bei Induktivitäten, j die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind und ein Isollerkernprinzip benutzen, bei dem die aktiven Teile des magnetischen Kreises aus elektrisch isolierenden Abschnitten aufgebaut sind, die jeweils elektrisch mit der sie umgebenden Spule verbunden sind, so daß ein systematischer und gleichmäßiger Anstieg der belastenden Spannung sowohl auf die aktiven Teile des magnetischen Kerns als auch auf die ihm zugeordnete elektrische Schaltung erzielt wird.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Darstellungen von Ausführungsbeispielen. Es zeigt

Flg. 1 einen schematischen Schnitt durch einen üblichen Transformator

Pig. 2 einen schernatischen Schnitt durch einen gemäß der Er- _; findung aufgebauten Transformator

Fig. j$ einen Abschnitt des Isolierten Kerns im Detail Fig. 4 ein Blech des Kernabschnitts nach Fig. j> im Detail

Fig. 5 eine Detailansicht der Transformatorspulen und Kerne zusammen mit Isolierscheiben

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Pig. 6A einen Schnitt durch eine Isolierscheibe, die sich für die Verwendung bei der Erfindung eignet

Pig. 6b einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Isolierscheibe

Fig. 7 einen nach der Erfindung aufgebauten Dreiphasentransformator

Fig. 8 einen Schnitt durch eine herkömmliche Drossel

Fig. 9 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform her- ^: kömmlicher Drosseln

! Fig. 10 eine aufgebrochene Darstellung einer erfindungsgemäß , aufgebauten Drossel

Fig. 11 eine teilweise aufgebrochene Darstellung der eigentlichen Drossel nach Fig. 10

Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie 12-12 von Fig. 10 Fig. 13 einen Schnitt längs der Linie IJ-IJ von Fig. 12 Fig. 14 ein weiteres Detail der Drossel nach Fig. 10

Fig. 15 eine weitere Ansicht der eigentlichen Drossel von Fig. 10

Fig. 16 ein für die Verwendung bei der Erfindung geeignetes Verdrahtungsschema

r. Fig. 17 die Verbindungen des Schemas nach Fig. 16 im Detail Fig. 18 ein weiteres Verdrahtungsschema

Fig. 19 die Verbindungen des Verdrahtungsschemas nach Fig. im Detail

Fig. 20 eine mögliche Abwandlung der bei der.Erfindung verwendeten Bügel gleichen Potentials

Fig. 21 eine noch mögliche weitere Verbesserung zur Verwendung bei der Erfindung

Fig. 22 eine aufgebrochene Ansicht einer anderen Ausführungsform einer nach der Erfindung aufgebauten Spule

Fig. 23a eine Detailansicht von drei Kernelementen der Spule nach Fig. 22 mit den umgebenden Wicklunp;sabnohnitten

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Fig. 23b ein Diagramm des Potentialabfalls durch die jedes Kernelement umgebende Spule und

Fig. 24 eine andere geometrische Form der Isolationsschicht, welche sich günstig bei der Spule nach Fig. 22 verwenden läßt.

Der in Fig. 1 dargestellte Schnitt durch einen herkömmlichen I Transformator läßt einen magnetischen Kreis 20 und ein Paar stromführender Spulen 22 und 23 innerhalb eines Gehäuses 24 erkennen. Bei einem derartigen Transformator besteht der magnetische Kreis ; 20 normalerweise aus einem geschlossenen, aus Blechen bestehenden Kern in Form eines hohlen Rechtecks, bei dem querverlaufende nicht)

magnetische Spalte sorgfältig vermieden sind. ^j

Ein solcher Transformator arbeitet folgendermaßen. Ein zeitlich veränderlicher Magnetisierungsstrom in der Primärspule 22, die mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, erzeugt in i dem magnetischen Kreis einen sich synchron ändernden magnetischen ι Fluß, der seinerseits in der Sekundärspule 22 eine elektromagne- , tische Kraft induziert. Der Laststrom und die durch die Spule 23 gelieferte Energie erzeugt im Eingang zur Primärspule 22 einen entsprechenden Eingangsstrom mit einer entsprechenden Eingangs- ; leistung, zu der noch die Verluste kommen. Zur Verringerung der !

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ohmschen Verluste I .R sollen die Spulen dicht auf den magneti- ; sehen Kreis gewickelt sein. Jedoch erfordert die elektrische Leitfähigkeit und große Masse des Kerns, daß der magnetische Kreis auf Erdpotential liegt, damit wird eine ausreichende Spannungs-Isolierung zwischen dem Kern und den Spulen notwendig. Wenn die Betriebsspannungen und die Schaltüberspannungen bei einem solchen Transformator anwachsen, muß die erforderliche Isolierung ebenfalls aus Zuverlässigkeitsgründen verstärkt werden. Die Spulen ] müssen weiter vom Kern abgerückt werden, so daß die Wicklungsverluste steigen. Zur Steuerung der Feldverteilung und der Wanderung von Raumladungen und elektrisierter Teilchen müssen Isolationstrennwände vorgesehen werden. Die Isolationsabstfinde müssen stärker als die Spannung vergrößert werden. Diese Faktoren bedingen große Abmessungen sowohl der Spulen als auch des Kerns, so daß außer der Baugröße das Gewicht und die Verluste steigen.

Die Erfindung ermöglicht die Wiederherstellung eines ver-

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nünftigen Isolationsverhältnisses zwischen Kern und Spulen, indem \ sie unabhängig von der Höhe der Betriebsspannung ungefähr auf dem ; gleichen Potential erhalten werden. Dies wird dadurch erreicht, i daß der aktive, oder die Windungen tragende Teil des magnetischen j : Kreises in Kernelemente unterteilt wird, die zu einem Stapel oder \ \ einer Säule montiert werden, wobei jedes Kernelement elektrisch j von seinem Nachbarelement durch eine entsprechende, jedoch rela- ! tiv dünne Schicht hochwertigen Dielektrikums isoliert ist. In unmittelbarer Nähe befindet sich um jedes dieser isolierten magnetischen Elemente ein entsprechender Teil der Gesamtwicklung, wobei : der Mittelpunkt oder irgend ein anderer Punkt dieses örtlichen ' Wicklungsteils elektrisch mit dem Kernabschnitt verbunden ist und ' ihm jederzeit sein eigenes Potential fest aufprägt. Auf diese Wei- \ se entspricht die Spannungsverteilung des isolierten Kerns fast ' genau der Spannungsverteilung der zugehörigen gesamten Wicklung, ' und das mangelnde elektrische Zusammenpassen von Windung und Kern, das ein Charakteristikum herkömmlicher Transformator- und Drosselbauformen ist, ist fast vollständig vermieden.

Anhand von Fig. 2 sei nun eine Ausführungsform der Erfindung i beschrieben, die einen abwärts transformierenden Einphasen-Autotransformator darstellt, der einer Phase eines dreiphasig geschalteten Systems entspricht und außerordentlich hohe Spannungen verarbeiten kann. In dieser Figur umfaßt der magnetische Kreis 30 eir Paar magnetische Rückschlüsse 31 und 32, die ein Paar in Abschnitte unterteilter Schenkel 33 und 34 verbinden, welche durch je ei- ¹ nen Stapel mittels Isolierscheiben 36 elektrisch voneinander iso- ! lierter Magnetkernabschnitte 35 und 38 gebildet werden.

Jeder Schenkel ist von einem Paar stromführender Wicklungen umgeben. Der dargestellte Autotransformator besteht aus vier in Reihe geschalteten Wicklungen 41, 42, 43 und 44 und vier gemeinsamen Wicklungen 45, 46, 47 und 48. Die Reihenwicklungen 41 und 42 und die gemeinsamen Wicklungen 45 ynd 46 sind auf dem unterteil ten Schenkel 34 angeordnet, während die übrigen Wicklungen auf den anderen unterteilten Schenkel 33 angeordnet sind. Jede Wicklung besteht aus mehreren stromführenden Spulen 37* die einen Kernabschnitt 35 umgeben und elektrisch mit ihm verbunden sind.

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Zur Trennung der Reihenwicklungen und als Mittel zur Zuführung der Hochspannung zu ihnen ist in jedem unterteilten Schenkel j ein Mittelkern 38 ohne Spule vorgesehen. Die Hochspannung wird den vier parallel angeordneten Serienwicklungen und den Kernen 38 ' mittels eines Hochspannungsleiters Zß zugeführt, der mit einer nicht dargestellten Wechselstromquelle verbunden ist.

Die Ausgangshochspannungsanzapfung 40 ist an den Verbindungspunkt der Reihenwicklungen mit den gemeinsamen Wicklungen ange- j schlossen. Der andere Leiter von jeder der gemeinsamen Wicklungen ist seinerseits mit dem ihm benachbarten magnetischen Rückschluß

51 oder 32 und Erde verbunden.

In den Figuren 3 bis 5 sind Einzelheiten einer bevorzugten ; Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Hierbei besteht jeder j Kernabschnitt aus einer Vielzahl rechteckiger Siliziumstahlbleche 50, die mehrere Löcher 51 enthalten, mit Hilfe deren die den Kernabschnitt bildenden Bleche zusammengehalten werden. Damit an den Ecken der Kernabschnitte eine magnetische Sättigung vermieden wirdj und die elektrische Feldverteilung an ihren schmalen Kanten 52, 53 verbessert wird, kann jedes Blech nach einem Rogowski-Profil geformt sein. Nach dem Zusammenbau der Bleche 50 können die Ecken j jedes Kernabschnittes abgeschrägt werden und die Kanten 55 und 56 , können so geschliffen werden, daß sie ein Profil wie die Enden I

52 und 53 annehmen. In anderer Ausgestaltung können die Kernab- I schnitte J56 auch aus einem einzigen spiralförmig aufgewickelten ! Streifen gebildet werden. Die tatsächlichen Abmessungen jedes j Kernabschnittes hängen von der zu verarbeitenden Leistung ab und lassen sich leicht vom Fachmann bestimmen.

Jede Spule ist, wie Fig. 5 zeigt, um ihren zugehörigen Kernabschnitt gewickelt.

Die Spulen können in zwei Teilen 57 und 58 aus spiralig aufgewickelten isolierten leitenden Streifen gewickelt sein. Bei der dargestellten AusfUhrungsform ist eine Spulenhälfte 57 in eine · Richtung gewickelt, während die andere Spulenhälfte 58 in der entgegengesetzten Richtung gewickeltjist. Die beiden Hälften sind dann elektrisch miteinander und mit dem benachbarten Kernabschnitt durch einen Leiter 59 verbunden. Nebeneinander befindliche Spulen

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\ werden durch eine geeignete Verbindung 60 zur Bildung der Gesamtwicklung miteinander verbunden.

:. Zwischen benachbarten Spulen - Kern - Paaren ist jeweils an

ι ι

eine Isolierscheibe J>6 zur elektrischen Isolierung und zur Isolie-i rung jedes Spulenkernpaares von dem benachbarten Spulenkernpaar j vorgesehen. Zwischen je zwei Spulenhälften befindet sich eine wei-J I tere Isolierscheibe 61, an der ein Träger 62 zur Halterung eines ' Equipotentialrings 63 um die Spulen befestigt ist. Die Scheiben \ und auch der Träger 62 können aus einem geeigneten Isoliermaterial^ ; bestehen. Ein solches Material ist beispielsweise laminiertes, j Harz getränktes Papier, ein anderes ein Polyäthylen mit Kreuzbin- ! 1 düngen (cross-linked). Zur Verhinderung des Auftretens starker | ! elektrischer Beanspruchungen der Scheiben 61 und ihrer Beschädi- ■■ gung infolge von Unregelmäßigkeiten in den Spulen kann vorzugs-1 weise ein halbelastisches Spulenabstandsstück 65 um jedes Spulen- : paar 57» 58 angepaßt werden.

Wie bereits angedeutet, liegen die meisten Schwierigkeiten beim Versuch, nach herkömmlichen Prinzipien zuverlässige EHV- . Transformatoren zu bauen, in der Notwendigkeit der Trennung und Isolierung der Hochspannungswicklung von dem geerdeten Eisenkern, durch welchen der magnetische Arbeitsfluß fließt.

Die Aufteilung und elektrische Isolierung jedes Kernabschnittes von seinen Nachbarabschnitten löst das Spannungsisolierungsproblem, weil jeder Kernabschnitt und die ihn umgebende Spule das !

gleiche Potential hat und zwischen ihnen keine Schwierigkeiten hinsichtlich der Isolationsfestigkeit auftreten. Auf diese Weise wird die Notwendigkeit großer Zwischenräume und starker Isolierungen zwischen Spulen und Kern vermieden. Zusätzliche Isolierung im Spalt vergrößert jedoch den magnetischen Widerstand des magnetischen Kreises, so daß ein höherer Magnetisierungsstrom und höhere Leistung erforderlich wird und gleichzeitig der magnetische Streufluß vergrößert wird. Ein größerer magnetischer Streufluß vergrößert jedoch den induktiven Spannungsabfall unter Last.

Der induktive Spannungsabfall läßt sich verringern, wenn man auf jedem Schenkel zwei vollständige Wicklungen parallel anordnet, so daß bei einer gegebenen Gesamtausgangsleistung pro Schenkel

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der Laststrom pro Wicklung halbiert ist. Mit dieser in Fig. 2 gezeigten Anordnung wird der höchste Spannungspegel am Mittelpunkt jedes Schenkels erreicht, und nur ein sehr kleiner Teil des gesamten magnetischen Kreises liegt auf diesem Potential. Obgleich diese Anordnung das aktive Gewicht jedes Transformatorschenkels etwa verdoppelt, haben Untersuchungen gezeigt, daß die Gesamtausnutzung des Kernes tatsächlich verbessert wird, weil ein größerer Teil des Kernes tatsächlich für die Wicklungen ausgenutzt wird. Weiterhin liegt jeder magnetische Rückschluß nun auf Erd- , potential und kann wirtschaftlicher und zweckmäßiger konstruiert und gehaltert werden. Der erfindungsgemäße Aufbau von isoliertem Kern und Wicklungen hat noch weitere bedeutende Vorteile. Dieses Reihenkapazitätssystem sorgt für eine bessere Verteilung von Überspannungen auf Kern und Wicklungen. Die verbesserte Überspannungsverteilung ergibt sich, weil die isolierte, unterteilte Spulenkernanordnung eine Reihenschaltung großer Kapazitäten fast der gleichen Werte bildet. Es ist zweckmäßig, erstmals dieses Reihen- ■ kapazitätssystem so auszulegen, daß Schaltüberspannungen fast | völlig gleichmäßig über den gesamten Stapel verteilt werden. Bei > Anwendung der Erfindung läßt sich daher erwarten, daß ein höheres BIL und verbesserte Isolationsfestigkeit erreichbar sind.

Durch die Erreichung einer größeren Gleichmäßigkeit der elektrischen Beanspruchung im Normalfall und bei Überspannungen lassen sich die Geräte so auslegen, daß im Betrieb noch keine Koronaerscheinungen auftreten, so daß Funkstörungen verhindert werden. Vorzugsweise hat jede Spule, Kern und Isolator mechanisch und physikalisch die gleiche Form und Funktion wie Jede andere Spule, Kern und Isolator. Die ausschließliche Herstellung von lauter gleichen Untereinheiten verringert die Herstellungskosten und ermöglicht eine bessere Qualität.

Vorzugsweise wird der Isolator j>6 in Form einer Scheibe mit einer Kriechweg verhindernden Ausbildung an ihrem äußeren Umfang gegossen. Zwei derartige Ausbildungen sind im Schnitt in den Figuren 6A und 6B dargestellt. Die Scheibe nach Fig. 6A ist als ebene Scheibe aus Isoliermaterial 70 ausgebildet, die einen sich nach außen erweiternden Rand 71 hat und auf beiden Seiten mit einer dünnen lPiU>ndf>n Schicht 72 eines Materials von mittlerem

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spezifischen Widerstand überzogen ist. Typischerweise beträgt der spezifische Widerstand dieser Schicht 5 bis 50 kohm pro j*·^, so daß keine übermäßigen Wirbelströme in dieser Schicht auftreten. Uberden sich verbreiternden Rand 71 und die Enden der Überzüge 72 ist dann nach Art einer Schmelzperle ein Rand 75 geschmolzen.

Die Ausführungsform nach Fig. 6B besteht ebenfalls aus einer ebenen Scheibe aus Isoliermaterial. Jedoch weist der sich erweiternde Rand 76 um seine Peripherie eine Mehrzahl von Wellungen 78 auf, so daß die Oberfläche des sich erweiternden Randes ein Zickzackmuster zeigt und auf diese Weise die elektrische Weglänge zwischen beiden Seiten der Scheibe vergrößert. Diese Scheibe wird dann mit einem Material 72 hohen spezifischen Widerstands überzogen.

Dieser glatte leitende Überzug 72, der sich in engem Kontakt zu dem festen Dielektrikum befindet, bildet eine Grenze für das elektrische Feld und verhindert auf diese Weise, daß Unregelmäßigkeiten der !.aminierung des Kernes Punkte besonders großer elektrischer Beanspruchung bilden. Der leitende Überzug ist so ausgebildet, daß er das elektrostatische Potential gleichförmig über die gesamte Oberfläche des Isolators 36 verteilt, wobei die elektrische Beanspruchung an den Kanten gesteuert wird.

Unter bestimmten Umständen kann es zweckmäßig sein, daß der Isolator 36 aus zwei Teilen besteht. Ein Teil wäre dann eine zentrale Scheibe, wie sie in den Figuren 6A und 6B dargestellt ist. ~ Die Kernabsehnitte würden an diesen Teil anstoßen. Der andere Teil wäre ein zu dieser Scheibe konzentrische Ring, der die Spulen gegeneinander isolieren würde. Dieser Ring hätte ebenfalls einen Querschnitt, wie ihn die Figuren 6A oder 6B zeigen. Die Aufteilung des Isolators 36 hätte den Vorteil, daß die Kerne und Spulen unabhängig voneinander bewegbar wären, so daß der Aufbau flexibler wäre.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Anordnung sich auch für die Verwendung bei dreiphasigen Spaltungen eignet. Eine I derartige Anwendung ist anhand von Fig. 7 veranschaulicht. Hierbej[ sind drei unterteilte Kernschenkel 80, 81 und 82 vorgesehen. Jeder Schenkel trägt die notwendige Anzahl von Spulen und ist magnetisch mit den beiden anderen dreieckförmigen oberen und unteren

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magnetischen Rückschlüssen 8^ verbunden.

Die Erfindung läßt sich auch mit Vorteil zum Bau einer Drossel oder Induktivität benutzen. Die Notwendigkeit von Parallelinduktivitäten richtet sich nach der Länge der Übertragungsleitung, dem Belastungsfall und dem allgemeinen Problem der Blindleistungskompensation. Die sind ebenso nützlich für die Begrenzung von Schaltübergangsspannungen. Bei vielen EHV-Übertragungssystemerj werden die Erfordernisse für die Reserven der Generatoren und Speicher dadurch bestimmt, daß das Netz während langer Zeiten betriebsbereit sein muß. In solchen Fällen sind Parallelinduktivitäten wichtig für die Überwachung der Netzspannung.

Der tägliche Belastungszyklus beeinflußt ebenso die Anordnung dieser induktiven Kompensation. Selbst bei voller Belastung erfordern manche Leitungen ständig angeschlossene EHV-Induktivitfiten. Bei geringerer Belastung wird eine zusätzliche induktive Kompensation erforderlich, wenn die Netzspannung steigt. I

Die besseren Bauformen bekannter Art benutzen einen sogenann-j ten Mantel- oder Rahmenkern. Die Grundbauteile einer solchen her- I kömralichen Induktivität sind in Fig. 8 dargestellt. Eine Spule in Form eines Hohlzylinders ist von einem laminierten Rahmenjoch

87 umgeben. An einem Ende der Spule befindet sich eine Hochspannungsleitung 84, am anderen Ende eine Niederspannungsleitung 85. Da bei einem guten Aufbau das Joch 87 auf Erdpotential liegen soll, muß das hochspannungsseitige Ende der Spule sowohl gegen das Ende als auch gegen die Seite des Joches isoliert sein. Gleich zeitig muß dieser Abstand klein gehalten werden, wenn die Flußlinien in ihrer bevorzugten Orientierung, also parallel zur Spulenachse, gehalten werden sollen. Diese Forderungen lassen einen i Aufbau für besonders hohe Spannungen nicht zu. Es hat sich ferner ; beim Entwurf von Induktivitäten gezeigt, daß die Scheinleistung E.I proportional dem Produkt B .V ist, wobei B die magnetische Flußdichte in der Spule und V das von der Spule umschlossene Volumen ist.

Da die Soheinleistung mit dem Quadrat der magnetischen Flußdichte aber nur linear mit dem Volumen des magnetischen Feldes steigt, ist ersichtlich, daß bei einem kompakten Aufbau Vorzugs- j

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ι weise eine große magnetische Flußdichte verwendet werden soll.

Die Luftkern-Mante!induktivität nach Fig. 8 schließt jedoch r die Verwendung hoher magnetischer Flußdichte wegen des hohen magnetischen Widerstandes des Luftkernes innerhalb der Windungen aus. Wegen der relativ niedrigen Flußdichte B muß das Volumen V groß

sein. Damit sind die Abmessungen der Spule recht groß, und sie ist in manchen Bereichen praktisch dem vollen Wert des magnetischen j Feldes ausgesetzt. Aus diesen Gründen hat die Spule einen hohen ^! ohmschen Widerstand und große Wirbelstromverluste.

Beim Versuch diese Nachteile zu vermeiden hat man versucht i Mantelspulen mit Luftspalten im Kern und ebensolche Kernspulen zu bauen. Die Variante der Spaltkern-Mantelinduktivität ist in , Fig. 9 dargestellt und besteht darin, daß ein unterbrochener Ei- j j senkern 88 in die Mitte der Spule 86 eingefügt ist. Dieser Kern j 88 ist magnetisch mit dem Joch 87 gekoppelt. In die Unterbrechun- I gen des Kerns sind Stücke eines sehr steifen nicht magnetischen _; ι Füllmaterials 89 eingefügt, welche die Kernabschnitte 79 in gegen-! ! seitigem Abstand halten. Diese Bauform ermöglicht magnetische : Flußdichten, die bis an die Eisensättigung herankommen. Daher ist ' das Volumen V kleiner. Jedoch löst diese Bauform nicht das Isola- , tionsproblem zwischen Spule und Kern bei hohen Spannungen, noch ergibt sich eine gute Verteilung von Schaltübergangsspannungen. Im Ergebnis wird diese Bauform insgesamt außerordentlich lang, wenn sie für EHV-Belastungen gebaut werden soll. Diese vergrößerte! Länge bringt natürlich außer der Baugröße auch zusätzliches Gewicht mit sich.

Durch die Erfindung wird insbesondere das Isolationsproblem gelöst, namentlich wenn ein Gerät für EHV-Belastung gebaut werden soll, während gleichzeitig der Betrieb mit hoher Flußdichte B eine Verringerung von Gewicht und Baugröße erlaubt. Die geringere Baugröße verringert nicht allein die Herstellungskosten, sondern auch die elektrischen Verluste und das unvermeidliche magnetostrikt ive Brummen. Der Wirkungsgrad wird soweit verbessert, daß die elektrischen Verluste nur etwa die Hälfte wie bei bekannten Induktivitäten betragen. Die durch die Erfindung ermöglichte neue Bauform erlaubt weiterhin das Auftreten starker Kompresse! onskriifte

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in Richtung des induzierten Magnetfeldes, so daß die mechanische Stabilität des Aufbaus verbessert und die Betriebsgeräuschentwicklung verringert wird.

ι Weiterhin verringert die Erfindung den magnetischen Streufluß und ergibt eine verbesserte und gleichmäßige Spannungsverteilung unerwünschter Überspannungen oder Impulse, indem sie örtliche Bereiche hoher Spannungsbeanspruchung ausschließt.

Bei der erfindungsgemäßen Induktivität werden diese Vorteile dadurch erreicht, daß sie ein Paar paralleler Wicklungen um einen magnetischen Kreis aufweist, der ein Paar magnetische Rückschlüsse umfaßt, die durch isolierende magnetische Kernschenkel miteinander gekoppelt sind und die Windungen zur Erzielung einer systemati-J sehen und gesteuerten Verteilung aufgeprägter Spannungen längs der Schenkel elektrisch und zunehmend an die isolierten Kernschenkel koppeln.

Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Induktivität ist in teilweise aufgebrochener Darstellung in Fig. 10 gezeigt. Diese Induktivität hat ein zylindrisches Gehäuse 90* das mit Hilfe von Füssen 94 auf ein Fundament 95 montiert ist. Durch die Oberseite des Gehäuses 90 erstreckt sich in sein Inneres eine Hochspannungsdurchführung 91 und eine Niederspannungsdurchführung 92. Diese Durchführungen können die üblichen Kondensatordurchführungen sein und sind mechanisch, thermisch und elektrisch auf die vom Gehäuse 90 eingeschlossene eigentliche Induktivität 97 abgestimmt. An beiden Seiten des Gehäuses 90 ist eine Anzahl radial verlaufender Hohlkernradiatoren 93 angeordnet, die mit dem Gehäuseinneren in Verbindung stehen. Das Gehäuse 90 ist mit einer geeigneten Isolat.ionsflüssigkeit 96 bis über die eigentliche Induktivität 97 gefüllt und zirkuliert infolge Konvektion durch die Radiatoren 93. Diese Konvektjonsströme werden in der Flüssigkeit durch Erwärmung der Induktivität 97 hervorgerufen, wenn in dieser Leistung umgesetzt wird, zur Verstärkung kann eine Umwälzpumpe vorgesehen sein. Zusätzlich ist das Gehäuse mit.den üblichen hier nicht dargestellten Ausrüstungen vergehen, 'He norma]orweise bei Drosseln Verwendung finden, wje Thermometer, Alarmschaltung, Druckminderer, Ein- und Auslaßöffnun/^en, AMa(A mtiIe usw.

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BAD ORIGINAL

Die Erfindung drückt sich bei der neuartigen Drossel hauptsächlich im Aufbau der eigentlichen Drossel 97 aus, die in Einzelheiten in Figuren 11 bis 15 gezeigt ist.

Die Drossel 97 enthält einen magnetischen Kreis, der gemäß den Fig. 11 bis 14 aus einem Paar lamenierter magnetischer Rückschlüsse 11 und 12 besteht, die über ein Paar isolierter Kernschenkel 102 und 105 miteinander verbunden sind. Jeder isolierte Kernschenkel enthält mehrere Kernabschnitte 104, die durch Scheiben 106 und Abstandsstücke 107 elektrisch voneinander isoliert sind. Jeder Kernabschnitt ist, wie im Zusammenhang mit den Fig.

ι 3 und 4 bereits erläutert, aus Streifen aufgebaut. Auch bei dieser Drossel kann jeder Kernabschnitt 104 an sämtlichen Kanten mit einem Rogowski-Profil ausgebildet sein, so daß eine Sättigung de; Kerns vermieden wird und die Drossel mit einer maximalen Flußdichte betrieben werden kann.

Außer dem mittleren Kern 104A jedes Schenkels ist jeder Kern 104 von einer stromführenden Spule 108 umgeben. Diese Spulen sind elektrisch miteinander und mit dem Kernabschnitt, den sie umgeben, verbunden. Jedes Spulen-Kern-Paar 1st elektrisch von den benachbarten Spulen-Kern-Paaren durch Scheiben 106 und Abstandsstücke 107 isoliert. Die Scheiben und Abstandsstücke dienen ferner der Anordnung der Kerne und Spulen in seitlicher Richtung. Die Scheiben und Abstandsstücke können aus einem geeigneten Isoliermaterial beispielsweise laminierten Epoxyharz getränkten Papiererzeugnlssen ; oder Preßpappe bestehen. Jede Scheibe 106 kann ihrerseits von einem EquipotentialbUgel 110 umgeben sein, der bei geeigneter elektrischer Verbindung mit den Spulen und Kernen auf beiden Seiten zu einer Verteilung von Überspannungen oder Spannungsimpulsen über die Drossel 97 beiträgt.

Der ganze Aufbau wird durch eine Mehrzahl von Spannungselemer ten wie Zugbolzen 98 unter Druck zusammengehalten, die durch geeignete KlammerbUgel 99 ragen, welche an jedem magnetischen Rückschluß 100, 101 befestigt sind. Damit die durch diese Bolzen 98 auf den Aufbau ausgeübten Kompressionskräfte ausgeglichen werden, kann eine Ausgleichwicklung 111 aus einem geeigneten Isoliermaterial um den Mittelkern 104A gewickelt sein. Bei den meisten . Ausführungsformen ist der Mittelkern 104A und die Ausglelchswick-

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lung 111 günstigerweise jedoch nicht erforderlich. Ein zusätzlicher Ausgleich kann dadurch geboten werden, daß die Abstandsstücke; 107 aus nachgiebigem Material hergestellt sind, das eine geringfügige seitliche Bewegung zwischen jeder Spule und ihren zugehörigen Kern erlaubt.

Wenn der Aufbau 97 im Gehäuse 90 angeordnet wird, so daß der magnetische Kreis parallel zur Grundfläche des Gehäuses ist, ver- j laufen die Abstandsstücke 107 senkrecht dazu, und zwischen ihnen \ verläuft ein freier senkrechter Weg 118. Dieser Weg erlaubt einen | freien Durchfluß der Isolierflüssigkeit 96. Dabei kühlt die Flüs- j sigkelt die Wege 118 und isoliert Spulen und Kerne. Wegen der unvermeidlichen Verluste erwärmt sich der Aufbau. Diese Wärme überträgt sich auf die Flüssigkeit 96 durch Leitung. Ist die Flüssigkeit in den Wegen II8 genügend warm geworden, so bilden sich Konvektionsströme in der Flüssigkeit aus, so daß sie längs der Wege 118 zur Oberseite der Radiatoren 93 aufsteigt, durch diese absteigt und sich dabei abkühlt und schließlich am Boden des Gehäuses wieder eintritt. Diese Konvektionsströmung kühlt den Aufbau und hält ihn auf einer vorbestimmbaren Temperatur.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß unter dem Einfluß eines sehr starken elektrischen Feldes, das beim Betrieb der Einheit mit sehr hoher Spannung herrscht, in der Flüssigkeit lange leitende Kohlenwasserstoffketten gebildet werden. Das Vorhandensein solcher Ketten ist bei einer solchen Einrichtung schädlich und kann elektrische Durchschläge zwischen Teilen des Aufbaus und ! des Gehäuses 90 zur Folge haben. Damit dies vermieden wird, sind um das Äußere des Aufbaus isolierende Trennwände 125 aus Preß- \ pappe oder einem anderen Material vorgesehen, wie Fig. 15 zeigt, j

Wie bereits erwähnt, ist jede Spule I08 elektrisch nicht nur mit jeder benachbarten Spule, sondern auch mit ihrem zugehörigen Kern IO5 verbunden. Da diese Verbindungen Reihenschaltungen, Reihen-Parallel-Schaltungen oder Parallelschaltungen sein können, sei im folgenden anhand der Fig. l6 bis 20 eine kurze Erläuterung' gegeben. Die Fig. 16 und 17 zeigen die Spulen 108 auf jeder Scheibe in elektrischer Verbindung mit den Nachbarspulen, so daß auf jedem Isolierkern zwei parallele Wicklungen gebildet werden, die ; insgesamt vier parallele Wicklungen ergeben. Die Hochspannung .

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wird im mittleren Punkt dieser Kombination über einen Leiter 109 zugeführt. Durch diese Zuführung zur Mitte des Aufbaus, bei der , jede Spule mit ihrem benachbarten Kern gemäß Fig. 17 verbunden ist, während jeder Kernabschnitt vom benachbarten Abschnitt im ι Stapel isoliert ist, kann das Rahmenjoch fortgelassen werden, da der magnetische Fluß auf die magnetischen Rückschlüsse 100 und und die isolierenden Schenkelkerne 102 und 105 begrenzt ist. Durch¹ Weglassen des Joches und durch Verbindung der Spulen mit den Kernen werden die Isolationsprobleme, die bei bekannten Bauformen zwischen den Wicklungen und dem Joch bestehen, hinfällig. Der niederspannungsseitige Anschluß wird durch den Leiter 103 gebildet. Es hat sich gezeigt, daß eine gemäß der Erfindung aufgebaute Drossel leichter im Gewicht und erheblich kleiner in den Gesamtabmessungen und mit nur dem halben Leistungsverbrauch gebaut werden kann als eine übliche Drossel für die gleiche Spannung. Noch wichtiger ist jedoch, daß die Isolationszuverlässigkeit von der Konstruktion her wesentlich höher ist.

ί Die Fig. 18 und 19 zeigen die Spulen I05 auf jeder Seite der ; Scheibe in Reihenschaltung. Das Verdrahtungsschema stellt jedoch j keine bevorzugte Ausführungsform dar, da es nur zwei parallele Wicklungen für den gesamten Aufbau enthält und bei Impulsüberspannungen nicht die günstigen Eigenschaften zeigt.

In jeden Falle lassen sich aber die beim Betrieb herkömmlichejr Bauformen unter Hochspannungsbelastungen auftretenden Schwie-j rigkeiten vermeiden und eine fortschreitende, systematische und ; vorzugsweise gleichförmige Spannungsverteilung über jeden Isolier-* schenkelkern von seiner Mitte zu jedem magnetischen Rückschluß erreichen. Diese systematische Spannungsverteilung wird wegen der außerordentlich guten Spannungsaufteilung, welche durch die zwischen den Kernabschnitten bestehenden Kapazitäten geboten wird, auch bei Überspannungen erreicht.

Es versteht sich, daß in jedem Falle der Wickelsinn der Spulen auf jeder Scheibe so sein muß, daß das magnetische Feld in einer geschlossenen Schleife, wie es durch die Pfeile 114 angedeutet ist, verläuft.

Fig. PO zeigt eine Abwandlung der Spulen IO8, Ihrer Scha]-

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tung und der Scheibe. Hier ist die jeden Kernabschnitt 104 umgebende Spule 108 in zwei Hälften geteilt. Eine Hälfte. 119 ist in

eine Richtung und die andere Hälfte 120 in der entgegengesetzten ■ Richtung gewickelt. Der Kern 104 ist dann mit dem Mittelpunkt

j zwischen den beiden Spulenhälften verbunden. Natürlich ist es j erforderlich, daß jede Spulenhälfte von der anderen Isoliert wird. Außerdem kann die Scheibe 106 einen laminierten Aufbau haben und aus zwei Lagen eines geeigneten Isoliermaterials lj50 j und 151 bestehen, zwischen denen'sich ein leitendes Gitter II6 befindet. Dieses Gitter Ho ist so ausgebildet, daß Wirbelströme gering gehalten werden. Ein solcher Schichtaufbau läßt sich bei jeder der beschriebenen Ausführungsform einschließlich des Transformators verwenden. Durch das Einfügen des leitenden Gitters 116 wird jeder Kernabschnitt kapazitiv an seinen Nachbarkernabschnitt gekoppelt, so daß die Verhältnisse bei Überspannungen und Impulsen noch weiter verbessert werden. Diese Darstellung veranschaulicht noch eine weitere Abwandlung, die sich bei sämtlichen oben beschriebenen Aufbauten verwenden läßt. Der Equipoteritialbügel 110 ist nämlich von einem Ring aus Isoliermaterial mit einer kugelschalenformigen Außenfläche umgeben, der mit einem leitenden Überzug versehen ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 15 seien noch weitere Merkmale der Trennwände 125 erläutert. Diese Trennwände 125 sind so geformt, daß sie sich etwa der Form der elektrischen Equipotentialflächen angleichen, die zwischen den Equipotentialbügeln gleicher Span-

: nung auf jedem Isolierkernschenkel bestehen. Damit sichergestellt wird, daß sämtliche entstehenden leitenden Kohlenwasserstof !'ketten zerbrochen werden, sind die Trennwände mit einer geeigneten Anzahl zufallsverteilter Blättchen 126 verbunden. Damit eine geeignete Strömung entstehen kann, ist in jeder Trennwand eine Vielzahl von Löchern 127 vorgesehen. DJese Kombination von Löchern, Blättchen und Trennwänden hat eine Turbulenz in der Flüssigkeit zur Folge, welche die Bildung der schädlichen leitenden Ketten verhindert. Nur eine einzige große öffnung 124 ist für die Hochspannungsleitung 109 vorgesehen.

Fig. 15 zeigt ebenfalls eine zweckmäßige Abwandlung. Hier sind zusätzliche Druckfedern 128 am Ende jeder Zugstange 98 vor-

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gesehen, die jederzeit dafür sorgen, daß ein konstanter Zug auf die Isolierkernschenkel ausgeübt wird. Eine weitere nicht dargestellte Abwandlung liegt in einer zusätzlichen zylindrischen Isolation um diese Zugstangen 98.

PUr den Fachmann versteht sich, daß die Erfindung nicht nur die Möglichkeit für den Bau verbesserter Induktivitäten schafft, die sich für EHV-Belastungen eignen, sondern gleichzeitig beachtliche Einsparungen an Gewicht und Kosten ermöglichen. Auch wird die Baugröße für Drosseln erheblich kleiner, da die volle Betriebsspannung so zugeführt wird, daß jeder Wicklungsabschnitt nur einen ihm proportionalen Anteil der Gesamtspannung erhält, und zwar sowohl unter normalen als auch unter Überspannungsbedingungen. Durch das Verbinden jedes Abschnittes des isolierten Kerns mit den Wicklungen entfällt die Notwendigkeit übermäßig starker Isolation zwischen den Spulen und den Kernabschnitten. Die Kopplung der Kernabschnitte mit den sie umgebenden Spulen gibt der Spannung an jedem Schenkel einen gleichmäßigen Verlauf, so daß der Potentialgradient längs jedes Schenkels konstant ist und die Länge des Schenkels auf diese Weise voll für Isolierzwecke| ausgenutzt werden kann. |

Da die Kernabschnitte, der Scheibenaufbau und die Spulen identisch sind, eignen sich die Geräte ausgezeichnet für Massenherstellungsverfahren und wirtschaftliche Herstellung.

Das Scheibenmaterial erfüllt gleichzeitig die Punktion einer elektrischen Isolation und einer mechanischen Halterung und ergibt damit eine große Zwischenscheiben-Kapazität, die zu einer Vergleichmäßigung der Spannungsverteilung längs jedes Schenkels auch bei Impulsbelastungen beiträgt. Dadurch wird eine Beaufschlagung des Gerätes mit Übergangs-Hochspannungsbeanspruchungen verringert.

Die Verwendung eines isolierten Kernes ist ferner vorteilhaft, weil sie eine genaue Einhaltung der Drosselinduktivität ermöglicht. Auch entsteht Infolge der gleichmäßigen Verteilung der magnetisierenden Amperwindungen über die gesamte Länge des Isolierenden Kerns der magnetische Streufluß verringert.

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j Der beschriebene mechanische Aufbau bringt Vorteile, da das ' Gerät bei horizontaler Montage durch sich selbst ausbildende Konj vektionsströme gekühlt wird, während gleichzeitig große Kompressionskräfte auf es ausgeübt werden, so daß sowohl die akustischen als auch die magnetostruktiven Schwingungen verringert werden.

Es versteht sich, daß weitere Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich sind, beispielsweise kann die Drossel zur Anwendung in Dreiphasennetzen mit drei Schenkeln ausgebildet ' sein, deren jeder in der Mitte einen Hochspannungs-Zuführungsleiter hat.

Gemäß Fig. 21 kann der geformte Kern 104 von einem gegossenen festen Dielektrikum 117 umschlossen sein, das in Form einer Spulenhaspel ausgebildet ist. Die Spulen sind dann um die Haspel gewickelt und die Haspeln zur Bildung der isolierenden Kernschenkel der Einheit aufeinander gestapelt. Gegebenenfalls kann auch ein leitendes Gitter 116, wie es Fig. 20 zeigt, zwischen die einzelnen Haspeln eingefügt und mit einem die Haspelzwischenflächen umgebenden Bquipotentialbügel verbunden werden.

Tn den Fig. 22 und 2j$a ist eine bevorzugte Aus führungs form einer Spule mit isoliertem Kern nach der Erfindung dargestellt und mit der Bezugsziffer l80 bezeichnet. Der magnetische Kreis der Spule wird durch die Endjoche 182 und 184 und die Schenkel I83 und I85 gebildet, die jeweils aus mehreren Kernabschnitten oder -Segmenten wie 186 bestehen. Jedes Kernsegment 186 ist von Spulenwicklungen I89 umgeben. Die Kernsegmente sind durch Isolationsschichten 191 voneinander getrennt. Dieser gesamte Aufbau ist in einem Kessel I93 eingeschlossen, welcher die Endjoche l82 und 184 und die Schenkel I83 und I85 unter Druck zusammenhält. Eine Verbindung zur Spule wird durch einen HochspannungsanschluQ 195 hergestellt, der einen Hochspannungsleiter 220 enthält. Zur leichteren Bewegbarkeit ist die Spule I80 auf einer Gleitschiene 197 montiert, welche ebenfalls einen Beitrag za dieser Druckkraft leisten kann.

In Fig. 23a sind drei Kernsegmente 188, 190 und 192 im ein* zelnen dargestellt. Jedes Kernsegment, beispielsweise das Segment 190 1st von einem Satz aus vier Spulen 194, I96, I98 und 200 um-

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geben, die elektrisch so miteinander verbunden sind, daß die Spu- ; len 192 und 196 bzw. I98 und 200 mit Hilfe der Verbindungen 202, 1204, 206 und 208 je einen Satz parallelgeschalteter Spulen bilden.

Die parallelgeschalteten Spulen 194, I96 bzw. I98, 200, sind dann I mit Hilfe eines Leiters 210 in Reihe geschaltet, welcher gleich-

' zeitig eine Verbindung zum Kernsegment I90 darstellt. Infolge I dieser Parallelanordnung besteht kein Potentialunterschied zwi- j ^! sehen entsprechenden Windungen im Raum 212 zwischen den Kernen ' ' 194 und 196 und im Raum 213 zwischen den Kernen I98 und 200, In- \ folgedessen kann Öl oder ein anderes geeignetes Kühlmedium leicht j durch mehrere Zwischenräume wie 212 und 213 zwischen parallelen ; ! Kernsätzen umlaufen, ohne daß eine Gefahr von Schaden infolge von ;

Isolationsschwierigkeiten in diesen Bereichen bestünde. '

i Im Gegensatz zu dem weiter vorn beschriebenen Induktionsge- ₍

rät, wird kein blinder Mittelkern benötigt. Vielmehr ist die An- . zahl der Kernsegmente 186 gerade, wie Pig. 22 zeigt, und so kann ; der Hochspannungsleiter 220 zwischen den beiden mittleren Kernabschnitten 188 und 190 angeschlossen werden. Wie bereits erwähnt, fällt die Spannung dann vom Hochspannungsanschluß in beiden Rich-¹ tungen zu den geerdeten Endjochen 182 und 184 ab. Zu bemerken ist, ! daß die Endjoche 182 und 184 über die Wicklungsspulen hinausragen,, j so daß sie den gesamten magnetischen Fluß führen, der im Spulen- \

I I

ι Wicklungsbereich herrscht. Dadurch wird verhindert, daß das magnetische Feld an den Endspulen gekrümmt verläuft, und auf diese ;

i Weise werden Wirbelstromverluste beträchtlich herabgesetzt, die andernfalls auftreten würden. Außerdem lassen sich dadurch die Endjoche selbst zum Zusammenklemmen der Spuleneinheiten und zur Herabsetzung von Vibrationen verwenden, so daß zusätzliche Klemmvorrichtungen entfallen können.

Zur Erläuterung sei angenommen, daß der Spannungsabfall an jedem Satz von vier Spulen gleich V = Vp - V^ sei, wobei Vp das Potential am Verbindungsleiter 202 und V₁ das Potential am Verbindungsleiter 206 sei, so daß der Spannungsabfall an jedem parallelen Spulensatz gleich 1/2 »*i (V - V) ist.

Fig. 23b zei^t in graphischer Form den Abfall der Spannung für die Spulensätze 194, I96 und I98, 200. Das Absinken der Spannung im parallelen Spulensatz 1⁽)4, I96 erfolgt von einem Maximal-

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wert Vp am äußeren Ende auf einen Wert 1/2

- V₁) am inneren

Ende, .welches gleichzeitig das konstante Potential ist, auf welchem das Kernsegment 190 gehalten wird. Vom inneren Ende des parallelen Spulensatzes 198, 200 zum äußeren Ende fällt die Spannung weiterhin vom Wert 1/2 (V_? - V.) ab auf V . Wie Fig. 2j5a erkennen läßt, ist das äußere Ende des Spulensatzes I98, 200 dann mit dem äußeren Ende des nächsten Spulensatzes 216, 218 über einen Verbindungsleiter 209 verbunden, und das selbe Abfallen der Spannung erfolgt auch in den übrigen Spulenabschnitten und Kernsegmenten, bis das betreffende geerdete Joch 184 erreicht ist. In gleicher Weise ist der Hochspannungsleiter 220 an die das Kern« segment I88 umgebenden Spulen angeschlossen, und die Spannungsverteilung erfolgt in gleicher Weise zu dem geerdeten Endjoch 182 hin.

Da das Abfallen der Spannung durch jeden parallelen Spulensatz gleich 1/2 (Vp - V₁) ist, beträgt die Potentialdifferenz zwischen dem inneren Ende des parallelen Spulensatzes I98, 200 und des parallelen Spulensatzes 216, 218 (V_p - V₁). In gleicher Weise beträgt die Potentialdifferenz zwischen den äuiieren Enden paralleler Spulensätze 194, I96 und paralleler Spulensätze I98, 200 gleich (V_? - V₁), Diese Potentialsprünge werden zwangsläufig durch die trennenden Isolationsschichten aufrechterhalten, welche einen Spannungsdurchbruch verhindern und diese Potentialdifferenz immer sicherstellen. Entsprechend ist zwischen benachbarten Kernsegmenten, die über diejenigen der Spulenenden hinausragen, eine Isolation I9I vorgesehen. In gleicher Weise ist eine Isolation 224 zwischen den Spulensätzen in Form einer Abstandsscheibe angeordnet .

Die Isolation I9I weist zwei Schichten 226, 228 auf, deren jede an dem Teil der überfläche, welcher an das entsprechende Kernsegment angrenzt, mit einer leitenden Schicht 2j>0 versehen, deren Fläche im wesentlichen der Fläche des Oberflächenbereichs des entsprechenden angrenzenden Kernsegmentes entspricht. Diese leitende Schicht 2'ßO hat die Form ejnes leitenden Gitters und ist mit einem Schutzüberzug 2;>2 versehen, der in engem Kontakt mit den beiden leitenden Gittern 2/30 und dem entsprechenden Kernsegment stellt und einen Kurzschluß zwischen den Gittern mit den

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entsprechenden leitenden Kernsegmenten verhindert. Ohne einen solchen Schutzüberzug würden die Schichten eines Kernsegmentes kurzgeschlossen werden und es träten hohe Wirbelstromverluste auf. Das dem Kernsegment I90 am nächsten liegende leitende Gitter 250 ist elektrisch an einen Verbindungsleiter 210 und das Kernsegment 190 angeschlossen, so daß das Potential beider Teile im- : mer gleich ist.

Ein weiteres leitendes Gitter 2^4 ist zwischen den beiden Isolationsschichten 226 und 228 angebracht. Es erstreckt sich

praktisch über den gesamten Oberflächenbereich der Isolationsen

schicht/226 und 228 derart, daß es nicht nur den entsprechenden Bereich zwischen Kernsegmenten bedeckt, sondern sich auch aus und unter den entsprechenden Kernsätzen zu den Isolationskanten erstreckt, wo ein elektrischer Kontakt beispielsweise mit dem Hochspannungsleiter 220 hergestellt werden kann. Dieses leitende Gitter zwischen den Isolationsschichten ist elektrisch mit Hilfe des Leiters 209 mit den äußeren Enden der parallelen Spulensätze auf der anderen Seite der Isolation I9I verbunden und liegt auf einem Potential, welches gleich der halben Potentialdifferenz ; zwischen benachbarten Kernsegmenten ist. So wirkt jede der doppel-¹ ten Isolationsschichten I9I als Reihenkapazität und muß eine Po- j tentialdifferenz von V/2 aushalten. \

; Unter Belastung oder bei Übergangsvorgängen, wenn ein plötz- j

Iieher Spannungsanstieg auf dem Hochspannungsleiter 220 erscheint, dann wird dieser Spannungsanstieg schnell über die leitenden Gitter 2^4 verteilt. Soweit die Kapazität der Spulen bedeutend größer als die zwischen benachbarten Kernabschnitten ist, nimmt das Pote'ntlal den Weg des geringsten Widerstandes und verteilt sich kapazitiv über die Kernabschnitte zu den geerdeten Endjochen, ■ anstatt sich über die umgebenden Spulenwioklungen zu verteilen,

so daß diese nicht beschädigt werden, wie es der Fall wäre, wenn sich die Spannung nicht in einem ausreichenden Zeitintervall gleichmäßig verteilen könnte.

^; Die Isolationsschichten mit den angebrachten Gittern, welche

die verschiedenen Kernsegmente und Kernabschnitte trennen, können auch andere Formen als ein flaches Blatt haben. Fig. 24 zeigt eine Isolationsschicht 221, wi* sie sich mit Vorteil in der Spule nach

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Fig. 22 verwenden läßt. Das Kernsegment 186 paßt in die in der Mitte eingedrückte Fläche 223, und die Spulensätze 198 liegen beinachbart zu den äußeren Enden 225. Die Aufwölbung 227 der Isola- !tionsschicht in der Mitte schließt Bereiche verstärkten elektri-'sehen Feldes aus. Die tatsächliche Form der Kurve läßt sich berechnen und wäre im Idealfall eine Exponentialkurve unendlicher Länge, für praktische Zwecke kann sie jedoch durch einen endlosen Kreisbogen angenähert werden. Diese Ausbildung ist einer parallelen oder flachen Isolationsschicht ganz erheblich überlegen, welche normalerweise an den Kernsegmentecken eine elektrische Felderhöhung haben würde. Diese Art von Felderhöhung ist in den klassischen Arbeiten über elektrostatische Feldverteilungen an Elektrodenkanten und -Ecken gut bekannt. Eine kontinuierliche Felderhöhung hat zur Folge, daß das umgebende isolierende Material ionisiert wird und daß eine Ansammlung von Oberflächenladungen auf der Isolationsschicht in der Nähe von Kanten des Kernsegmentes auftritt, die zu Fehlern oder Schaden der Isolationsschicht führen können. ;

Das an der Oberfläche der Isolationsschicht angebrachte Gittermuster ist nicht auf irgendeine bestimmte geometrische Form beschränkt, sondern jede Art von Muster ergibt das gewünsch- I te Ergebnis. Die vorstehend erläuterte Funktion des leitenden Gitters beruht einfach auf der Bildung einer elektrostatischen Ebene bei Spannungsanstiegen oder Übergangserscheinungen. Es ist wichtig, daß das Gitter die elektrische Beanspruchung gleichmäßig ^l über den Gitteroberflächenbereich verteilt, so daß keine Lücken übrig bleiben, an denen ein Durchbruch beginnen könnte. Demgemäß muß der spezifische Widerstand des Gitters genügend niedrig sein, ! so daß eine Ladungsverteilung fiber die Äquipotentialfläche möglich ist, andererseits muß er genügend hoch sein, so daß keine hohen ; Wirbelströme in den starken magnetischen Wechselfeldern auftretend Der Widerstand des leitenden Gitters soll so gewählt sein, daß ' die Zeitkonstante für die gewünschte Verteilung von Spannungsan- j stiegen günstig ist, während gleichzeitig eine Umgebungstempera- ^:· tür bis 120 ⁰C ausgehalten wird und keine Zerstörung in der um-., i gebenden Ülatmosphäre eintritt. Das leitende Gitter ist vorteil- j hafterweise durch elektrische Ablagerung, durch Aufdrucken, Aufmalen oder andere entsprechende Verfahren auf cjie Isolajbionssahichi gebracht.

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Die einzelnen in der Beschreibung erwähnten Spulen können auch durch eine Mehrzahl kleinerer Spulen, sogenannter Pancake Spulen, ersetzt werden, deren Leiter gegebenenfalls in einer vorbestimmten Folge zur weiteren Verringerung der Verluste, welche durch in den Leitern fließende Wirbelströme verursacht werden, vertauscht sein können.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Γΐ. Π Elektrisches Induktionsgerät zum Anschluß an eine Wechsel-Hochspannung, mit mehreren magnetischen Schenkeln, die jeweils ein erstes und ein zweites Ende haben, mit einem magnetischen RückÄLuß, der mindestens mit einem der Schenkel verbunden ist und von mindestens einer Spulenanordnung umgeben ist, von der mindestens eine Spule zwischen die hohe Wechselspannung und Masse geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil jedes Schenkels (183, 185) mit Hilfe einer Verbindung (210) auf ein Potential gelegt ist, welches zu der Hochspannung in einem bestimmten Verhältnis steht, und daß mindestens einer der RückÄLüsse auf Massepotential liegt, daß ferner mindestens einer der Schenkel aus einer Mehrzahl magnetischer Segmente (186, 190, 192) besteht, die mit Hilfe einer Isolation (191) elektrisch gegeneinander isoliert sind, daß die magnetischen Segmente elektrisch mit der inneren Windung einer zum Segment gehörigen Spule (194, 196, 198, 200) derart verbunden sind, daß die an dieser Wicklung entstehende Spannung verteilt wird, daß ein Teil der Isolation (I9I) sowohl dem elektrischen Feld als auch einem aktiven magnetischen Feld ausgesetzt ist, welches im Gerät entsteht, und daß schließlich eine Verteileranordnung (2^0) zur Verteilung von Spannungsanstiegen zwischen der Isolation (19I) und den magnetischen Segmenten (190j 192) vorgesehen ist, welche eine Fläche bedeckt, die praktisch gleich dem Oberflächenbereich des angrenzenden magnetischen Segmentes ist und elektrisch mit :diesem Segment verbunden ist und geringe Wirbelstromverluste hat sowie ein entstehendes elektrostatisches Potential gleichförmig ^!über die Isolation unter Verringerung von deren elektrischer Belastung verteilt.

   2.) Elektrisches Induktionsgerät zum Anschluß an eine Wechsel-Hochspannung, mit mehreren magnetischen Schenkeln, deren jeder ein erstes und ein zweites Ende hat, mit einem magnetischen RückÄLuß, der nr¹1 mindestens einem der Schenkel verbunden ist, und mit mindestens einer mindestens einen der Schenkel umgebenden Spulenanordnung, von <]er mindestens eine Spule zwischen die Hoch-

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   spannung und Masse geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil jedes Schenkels über eine Verbindung an ein Potential gelegt ist, welches in einem bestimmten Verhältnis zur Hochspannung steht, daß mindestens einer der Rück-

   üdllüsse auf Massepotential liegt, daß mindestens einer der Sehen-* kel aus einer Mehrzahl magnetischer Segmente besteht, die mit Hilfe einer Isolation gegeneinander isoliert sind, daß die mag- | netischen Segmente elektrisch mit der inneren Windung einer entsprechenden Spule verbunden sind, so daß jegliche an der Wicklung j entstehende Spannung verteilt wird, daß ein Teil der Isolation i

   sowohl einem resultierenden elektrischen Feld als auch einem akti-j ven magnetischen Feld ausgesetzt einä ist, die in dem Gerät ent- I stehen, daß ferner auf denjenigen Teilen der Isolation (191)* wel-ί ehe an magnetische Segmente (186, 190* 192) angrenzen eine erste Spannungsanstiegs-Verteileranordnung (2^2) vorgesehen ist und daß eine zweite Spannungsanstiegs-Verteileranordnung (254) innerhalb der Isolation (191) und parallel zu ihr sowie sich durch sie erstreckend vorgesehen ist, die elektrisch mit der äußeren Windung der unmittelbar beiderseitig der Isolation befindlichen Spulen verbunden ist, und daß die Spannungsanstiegs-Verteileranordnungen (232, 234) mit der Isolation (I91) so zusammenwirken, daß zwei in Reihe geschaltete Kapazitäten zwischen jeweils zwei magnetische^ Segmenten entstehen, und daß die beiden Spannungsansteigs-Verteileranordnungen niedrige Wirbelstromverluste haben und jegliches elektrostatisches Potential gleichförmig über die Isolation unter gesteuerter Verringerung der elektrischen Beanspruchung verteilen.

   -j.) Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes magnetische« Segment durch mindestens einen Satz parallelgeschalteter Spulen (194, 196 bzw. I98, 200) umgeben sind, die elektrisch mit ihrer inneren Windung an das entsprechende Magnetsegment angeschlossen sind.

   4.) Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Isolation (I9I) ein blattförmiges Material und stabförmige AbstandsstUcke, zwischen denen offene Zwischenräume bestehen, umfaßt.

   5.) Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Isolation Isolatoren enthält, die in ihrer Form

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   den Magnetsegrnenten (190, I92) angepaßt sind.

   6.) Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation zur Vergrößerung der für einen Überschlag maßgeblichen Kriechwege elektrisch verlängerte Kanten hat.

   7.) Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsanstiegs-V"erteileranordnun££n( 132, 134)
   halbleitende Schichten umfassen.

   8.) Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetsegmente (I90, 192) zur Annäherung an ein
   Rogowski-Profil abgeschrägt sind, so daß an den Kanten eine Erhöhung des magnetischen Gradienten praktisch vermieden wird.

   9. ) Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-+ net, daß auf einem der Schenkel zwei Wicklungen angeordnet
   sind, in deren einer eine elektromotorische Kraft induziert wird,
   während die andere an eine Hochspannung angeschlossen ist.

   10.) Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-» net, daß ein Teil der Wicklung zwischen eine Leitung (220)
   eines Hochspannungsverbrauchernetzes und Masse geschaltet ist.

   11.) Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-» net, daß jeder der magnetischen Rück-Sclllüsse (l82, 184) min- \ destens so groß ist, daß der ebene Bereich der Spulen überdeckt
   ist.

   12.) Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich4 net, daß eine weitere elektrische Isolierung zur Isolation
   der Spulen unabhängig von der Isolierung der Magnetsegmente vorgesehen ist, so daß eine Bewegungsfreiheit in seitlicher Richtung
   zwischen den Magnetsegmenten und den Spulen gegeben ist. j 13.) Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich4 net, daß die Spulen mechanisch unabhängig von den/Magnetsegmente tragenden Isolierungen durch Isoliermittel gehalten werden, i I

   14.) Elektrisches Induktionsgerät zur Verwendung bei besonders j

   hoher Spannung mit einem geschlossenen magnetischen Kreis, der j

   i aus einer Mehrzahl axial paralleler Kerne besteht, d a d ti r c hI

   gekennzeichnet, daß jeder Kern aus einer Mehrzahl I elektrisch-leitender Körper (I90, 192) geringen magnetischen Wide*·-

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   Standes besteht und daß ein Paar elektrisch-leitender magnetischer Rückflüsse (182, 184) aus einem Material niedrigen magnetischen Widerstandes magnetisch mit den Kernen gekoppelt ist und über benachbarten Enden der Kerne angeordnet ist, daß die Körper (190* 192) magnetisch miteinander gekoppelt sind, elektrisch jedoch gegeneinander mit Hilfe einer Reihe von Isolierschichten (I9I), _t welche elektrisch-leitende Teile (2J2, 2j4) tragen, gegeneinander isoliert sind, daß die Schichten mit ihren leitenden Teilen eine Reihe von Hochspannungskapazitäten für etwa gleiche Aufteilung ' sowohl der normalen Wechselspannungen als auch von durch äußere Störungen bedingten Impulsübergangsspannungen bilden, daß Mittel ^! zur Induzierung eines magnetischen Flusses in der Schaltung vorgesehen sind, die aus einer Mehrzahl elektrisch-leitender Windungen auf jedem Kern bestehen, daß die Windungen periodisch angezapft und mit den elektrisch isolierten Körpern (190* 192) verbunden sind, um ein elektrisches Wechselfeld in den Isolierschichten parallel zur Richtung des magnetischen Flusses zu*» erzeugen, wenn die Windungen an eine Spannung gelegt werden, daß der von den elektrischen Feldern erfüllte Raum auch im Weg des aktiven Magnetfeldes des Gerätes liegt, und daß die leitenden Teile die Verteilung von Spannungsanstiegen im Gerät vergleichmäßigen, indem sie Teile des Gerätes miteinander koppeln, die im Weg der Spannungsanstiege liegen, und daß der spezifische Widerstand der leitenden Teile so gewählt ist, daß Wirbelstromverluste niedrig ge- ! halten werden.

   15.) Elektrisches Induktionsgerät zur Verwendung für Hochspannung, mit einem Gehäuse, welches einen ersten Wicklungsschenkel und einen zweiten Wicklungsschenkel von jeweils längsgestreckter Form aufweist, deren jeder ein erstes und ein zweites Ende hat und die einen gegenseitigen Abstand voneinander haben, elektrisch und magnetisch jedoch durch ein leitendes Teil an jedem Ende miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schenkel aus einer Mehrzahl elektrisch-leitender magnetischer Kernabschnitte (I90, I92) besteht, die magnetisch mit den angrenzenden Abschnitten gekoppelt sind, daß mindestens zwei parallelgeschaltete induktive Wicklungen (I98, 200) auf jedem Schenkel (191) angeordnet sind, vjobei jede der Wicklungen

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   I eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Spulen aufweist und jede j Spule einen Kernabsc. .itt umgibt und elektrisch mit ihm verbunden ; ist, daß Mittel zur Verbindung eines Spannungssystems an eine der ! Wicklungen von ihrer Mitte zu den leitenden Teilen an jedem ihrer I Enden vorgesehen sind, wobei jedes leitende Teil auf Massepotential

   liegt und jeder Kernabschnitt auf einem Potential oberhalb Masse liegt, daß die Schenkel und die Abschnitte einen geschlossenen Magnetkreis bilden, daß die Wicklung Mittel zur Induzierung eines magnetischen Wechselflusses in dem Magnetkreis enthalten, wenn I die Wicklung an das Spannungssystem angeschlossen wird, so daß

   ein einen magnetischen Fluß erregender Strom durch sie fließt, daß Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in ausgewählten räumlichen Bereichen des Magnetkreises parallel zur Fluß-I richtung und außer Phase mit ihm vorgesehen sind und daß diese !Mittel eine Isolierung (191) umfassen, welche zwischen den Kernen i
   angeordnet ist, um die Kernabschnitte elektrisch voneinander und von den magnetischen RückjtffcLüssen zu isolieren, daß Mittel zur Erzeugung einer gewünschten Potentialverteilung längs der isolierten Kernabschnitte in einer bestimmten Beziehung zur Verteilung von Spannungsanstiegen im Gerät bei seiner Verwendung in einem Hochspannungssystem vorgesehen sind, welche gleichzeitig niedrige Wirbelstromverluste haben und die Kapazitäten der Schenkel miteinander koppeln, und daß ein Isolations- und Kühlmedium das Gehäuse ausfüllt und die Schenkel, Wicklungen und Kernabschnitte 'umgibt.

   16.) Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch-leitenden Mittel ein Paar jeden Kern umgebende Wicklungen umfassen und daß die Mittel zur Erzeugung der gewünschten Potentialverteilung eine Mehrzahl von Verbindungen zwischen den Wicklungen und den isolierten Kernabschnitten umfassen.

   17.) Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch-leitenden Mittel einen je- I den Kern umfassende Wicklung aufweisen, deren jede eine Mehrzahl von 1n Reihe geschalteten Spulen enthält, und daß jede Spule einen isolierten Kernabschnitt umgibt und elektrisch mit ihm verbunden ist und daß jeder Kernabsf.hnlt t auf einem anderen Potential als

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   die anderen Kernabschnitte und die magnetischen Rückflüsse liegt, wenn der Wicklung ein Potential zugeführt wird.

   18.) Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen zur Lieferung einer transformierten Spannung angezapft sind.

   ; 19.) Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung auf jedem Kern eine Primärwicklung ist und daß die andere Wicklung auf demselben Kern eine ! Sekundärwicklung ist.

   20.) Gerät nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis ferner Mittel zur Erzeugung einer mechanischen Spannung zum Zusammendrücken des Kerns zwischen den magnetischen RÜckÄLüssen aufweist und daß diese Mittel parallel und außerhalb der Kerne angeordnet sind und aus nicht-magnetischem Metall bestehen und auf Massepotential liegen.

   ! 21.) Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennjzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der mechanischen

   Spannung Kräfte auf die Kerne parallel zur Richtung des aktiven magnetischen Feldes ausüben.

   j 22,) Gerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der mechanischen

   _: Spannung auf ihrer gesamten Länge mit einem dielektrischen Material überzogen sind,

   23.) Gerät nach Anspruch 15* dadurch gekennge'l chnet _t daß die Isolation (I9I) Blätter aus Isoliermaterial enthält, die beidseitig mit einem Überzug hohen spezifischen Widerstandes versehen sind, wobei der spezifische Wlder- ! stand so gewählt ist, daß die Zeitkonstante des Überzugs in der Größenordnung von 0,001 Sekunde liegt.

   24.) Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Kern ein Paar Spulen vorgesehen ist, die miteinander verbundene Mittelanzapfungen aufweisen, welche den Netzanschluß des als Induktionsspule ausgebildeten Gerätei darstellen, und daß die gegenüberliegenden Enden elektrisch ntit-

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   einander und mit Masse verbunden sind, derart daß vier elektrisch
   parallelliegende Strompfade durch die Spule bestehen, und daß die
   Spulen periodische Anzapfungen haben, so daß ein systematischer
   Spannungsabfall über jeden der Kerne von den mittleren Abschnitten zu den Enden entsteht.

   25.) Kompensationsspule zur Verwendung bei sehr hohen Spannungen
   mit einer Mehrzahl von axial parallelen Kernen, dadurch
   gekennzeichnet, daß jeder Kern aus einer Mehrzahl
   elektrisch-leitender Körper (I90, I92) aus einem Material niedri- ^l gen magnetischen Widerstandes besteht, daß die Körper durch eine
   elektrische Isolierung (19I) voneinander isoliert sind, so daß ' die normale Wechselspannung ebenso wie Spannungsanstiege verteilt \ werden, daß ein Paar elektrisch-leitender magnetischer RückAüsse
   (I82, 184) aus Material niedrigen magnetischen Widerstandes mit
   den magnetischen Kernen gekoppelt und über ihren benachbarten En- ! den angeordnet ist, daß eine Mehrzahl elektrisch-leitender Spulen
   in Reihe zwischen das Stromnetz und Masse geschaltet ist, wobei \ mindestens eine der Spulen auf jedem Kern angeordnet ist und die j Spulen periodisch angezapft und mit den elektrisch voneinander
   isolierten Kernteilen verbunden sind, so daß ein elektrisches
   Feld in jedem der die Kerne trennenden Isolatoren entsteht, daß j der vom elektrischen Feld eingenommene Raum auch im Weg des akti- ; ven magnetischen Feldes der Kompensationsspule liegt, daß die ; elektrischen Felder systematisch die Verteilung des Potentials
   längs der Kerne steuern, daß Mittel zur Erzeugung einer mechani- ! sehen Spannung parallel zum Kern und den Feldern zum Zusammen- | halten der Kerne unter Druck zwischen den magnetischen RUckÄUlssen vorgesehen sind und daß eine Mehrzahl von Äquipotentialschleifen
   um die Spulen und die Kerne angeordnet sind, deren jede auf einem
   Isolator montiert ist, und daß die Mittel zur Verteilung von
   Spannungsanstiegen einen Körper hohen Widerstandes in engem Kontakt mit der Isolation umfassen, welcher sich über die Kerne und
   die Spulen erstreckt und mit den Schleifen zum Ausgleioh von . j Spannungsanstiegen, welche in den Schleifen, den Spulen und den 1 Kernen entstehen, gekoppelt ist.

   26.) Transformator für Hochspannungsanwendungen mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß und einem magnetischen

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   ; Kreis, dadurch gekennzeichnet", daß der

   magnetische Kreis eine Mehrzahl elektrisch-leitender und magnetisch ι' miteinander gekoppelter Körper (190, I92) aufweist, daß in dem magnetischen Kreis Mittel (I91) zur elektrischen Trennung der Körper (190, 192) und zur systematischen Aufteilung der Spannung ! längs der Abschnitte des magnetischen Kreises vorgesehen sind, j daß mindestens ein Teil des magnetischen Kreises auf Massepoten-• tial gehalten wird, daß Mittel zur Erzeugung und Aufrechterhal- ! tung eines magnetischen Wechselae^lusses in dem Magnetkreis bei < j Anschluß an das Hochspannungssystem vorgesehen sind, welche erste elektrisch-leitende Spulen enthalten, die mit dem Eingangsan- ; schluß verbunden sind und deren entgegengesetzte Enden mit dem ™ Ausgangsanschluß verbunden sind und die vier elektrisch-leitende i Spulen umfassen, die am Eingangsanschluß zusammengeschaltet sind und vier elektrisch-leitende Strompfade darstellen, daß eine , Spannurigsverteilungsanordnung in den Magnetkreis und zwischen den

   ^! Spulen zur Kopplung der Magnetkreiskapazitäten mit den Kapazitäten ' der Kernabschnitte, Spulen und Masse angeordnet sind und daß die- '■■ se Mittel einen hohen spezifischen Widerstand haben, so daß die ι Wirbelstromverluste niedrig gehalten werden, und daß zweite elektrisch-leitende Spulen induktiv mit dem Magnetkreis gekoppelt sind zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft infolge des magnetischen Wechsel*e$lusses.

   27.) Spule zur Verwendung bei sehr hohen Spannungen mit einem ersten iaagRefeieekeR Magnetkern und einem zweiten Magnetkern, die je ein erstes und ein zweites äußeres Ende aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den äußeren Enden ein Hochspannungsanschluß angeordnet ist und daß die magnetischen Kerne eine Reihe magnetischer Kernabschnitte mit axial im Abstand vorgesehenen elektrischen Isolierungen zur Verteilung von normalen Spannungen und von Spannungsanstiegen aufweisen, daß ein erstes geerdetes Joch (I82) mit niedrigem magnetischen Widerstand zwischen dem ersten äußeren Ende des ersten Kernes (I83) und dem ersten äußeren Ende des zweiten Kernes (1-85) vorgesehen ist und daß ein zweites geerdetes magnetisches Joch (I85) mit niedrigem magnetischen Vijderstand zwischen dem zweiten äußeren Ende des ersten Kernes und dem zweiten äußeren Ende des

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   zweiten Kernes vorge^r ^hen ist, daß eine erste elektrisch-leitende Wicklung um den ersten magnetischen Kern angeordnet ist, die elektrisch zwischen den Hochspannungsanschluß (220) des ersten magnetischen Kernes und das erste äußere Ende des ersten magnetischen Kernes geschaltet ist, daß eine zweite elektrisch-leitende Wicklung um den ersten magnetischen Kern angeordnet und elektrisch zwischen den Hochspannungsanschluß des ersten magnetischen Kernes und das zweite äußere Ende des ersten magnetischen Kernes geschaltet ist, daß eine dritte elektrisch-leitende Wicklung um den zweiten magnetischen Kern angeordnet und zwischen den Hochspannungsanschluß des zweiten magnetischen Kernes und das zweite äußere Ende des zweiten magnetischen Kernes geschaltet ist, und daß die vier Wicklungen parallel zueinander geschaltet sind, wobei jede Wicklung periodisch angezapft und mit ihren entsprechenden isolierten Kernabschnitten zur Bildung eines elektrischen Feldes in jeder der die Kernabschnitte trennenden Isolierungen verbunden ist, wenn die Spule an das Hochspannungssystem angeschlossen ist, daß ferner der vom elektrischen Feld eingenommene Raum ebenfalls im Weg des aktiven magnetischen Feldes liegt, daß die elektrischen Felder die Potentialverteilung längs der Kerne systematisch steuern, und daß die Mittel zur Verteilung von Spannungsanstiegen einen Körper (2j52, 2J5^) aufweisen, dessen spezifischer Widerstand ausreichend hoch ist, um Wirbelstromverluste niedrig zu halten, und der sich in engem Kontakt mit der Isolierung (191) befindet und sich über die Kerne und die Wicklungen erstreckt, so daß an diesen entstehende Spannungsanstiege verteilt werden.

   28.) Transformator zur Verwendung bei besonders hoher Spannung mit einem ersten und einem zweiten Magnetkern, die je ein erstes und ein zweites äußeres Ende haben, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den äußeren Enden eine Hochspannungszuführung (22C) angeordnet ist und daß jeder der Kerne aus einer Reihe von Magnetkernabschnitten besteht, die durch in axialem Abstand befindliche elektrische Isolationen voneinander getrennt sind, daß auf den Isolationen (191) Mittel (2j52, 2'}k) zur Verteilung von normalen WechseJ.Spannungen und von Spannungsanstiegen vorgesehen sind, daß zwischen dem ersten äußeren linde

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   des ersten Kernes (I8j5) und dem ersten äußeren Ende des zweiten Kernes (I85) ein erstes, geerdetes Magnetjoch (I82) von niedrigem magnetischen Widerstand angeordnet ist und daß zwischen dem zweiten äußeren Ende des ersten Kernes (l8j5) und dem zweiten äußeren Ende des zweiten Kernes (I85) ein zweites, geerdetes Magnetjoch (184) niedrigen magnetischen Widerstandes angeordnet ist, daß eine erste elektrisch-leitende Wicklung um den ersten Magnetkern herum angeordnet ist und elektrisch zwischen den Hochspannungsanschluß (220) des ersten Magnetkernes und das erste äußere Ende dieses Magnetkernes angeschlossen ist, daß eine zweite elektrischleitende Wicklung um den ersten Magnetkern herum angeordnet und elektrisch zwischen den Hochspannungsanschluß des ersten Magnetkernes und das erste äußere Ende dieses Magnetkernes angeschlossen ist, daß ferner eine weitere elektrische Wicklung um den ersten Magnetkern angeordnet und elektrisch zwischen den Hochspannungsanschluß des ersten Magnetkerns und das zweite äußere Ende des ersten Magnetkerns angeschlossen ist, daß eine dritte elektrischleitende Wicklung um den zweiten Magnetkern herum angeordnet und elektrisch zwischen den Hochspannungsanschluß des zweiten Magnetkern und das erste äußere Ende des zweiten magnetischen Kerns angeschlossen ist, daß eine vierte elektrisch-leitende Wicklung um den zweiten Magnetkern herum angeordnet ist und elektrisch zwischen den Hochspannungsanschluß des zweiten Magnetkerns und das zweite äußere Ende des zweiten Magnetkerns angeschlossen ist, und daß diese vier Wicklungen parallel zueinander geschaltet sind, daß jede der Wicklungen elektrisch mit dem ihr zugeordneten isolierten Kernabschnitt verbunden ist, derart daß ein elektrisches FeIa in jeder der die Kernabschnitte trennenden Isolierungen entsteht, wenn die Wicklungen an das Hochspannungssystem angeschlossen werden, daß der von dem elektrischen Feld erfüllte Raum in jeder der Isolierungen die Kernabschnitte voneinander trennt, wenn die Wicklungen an das Hochspannungssystem angeschlossen sind, und ebenfalls im Weg des aktiven magnetischen Feldes der Magnetkreisanordnung liegt, daß die elektrischen Felder systematisch die Verteilung des Potentials längs der Kerne beeinflussen, daß die Mittel zur Verteilung von Spannungsanstiegen einen Körper umfassen, dessen spezifischer Widerstand genügend hoch 1st, um

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   Wirbelströme klein zu halten und der in enger Berührung mit der Isolation steht, welches sich über die Kerne und Wicklungen erstreckt, um Spannungsanstiege, welche an den Kernen, den Wicklungen und den Mitteln zur Abnahme einer transformierten Spannung von jeder der Wicklungen auftreten, auszugleichen.

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