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Hochsannungsruftrans formator großer Leistung Die Erfindung betrifft
einen Ho chspannungsprüftransformator großer Leistung, dessen aktive Teile in einem
Isolierzylinder mit metallischem Boden und metallischem Deckel untergebracht sind.
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Die meisten der bisher bekannt gewordenen HochspannungsprUftransformatoren
besitzen einen rahmenförmigen Eisenkern, der auf einander gegenfiberliegenden Schenkeln
die aus zwei in Reihe geschalteten Spulen bestehende Hochspannungswicklung trägt.
Die Erregerwicklung ist auf dem einen der beiden die Hochspannungsspulen tragenden
gernschenkel aufgebracht. Auf Jedem dieser beiden Kernschenkel befindet sich noch
eine weitere Spule; diese beiden Spulen werden unmittelbar iteinander verbunden
und bilden die sogenannte Schubwicklung.
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Zur Erzielung günstiger Isolationsverhältnisse wird der Eisenkern
mit der Verbindungsleitung der beiden Hochspannungsspulen verbunden, so daß er sich
auf dem halben Hochspannungspotential befindet. Unmittelbar auf den beiden gernschenkeln
liegen die Schubwicklungsspulen, darUber die beiden lagenweise gewickelten Hochspannungsspulen.
Dann folgt als äußerste Spule auf dem einen Kernschenkel die Erregerwicklung. Fur
die Erzeugung sehr hoher PrUfspannungen werden PrAftransformatorkaskaden verwendet,
die aus mehreren, meist drei Ubereinandergesetsten und in Kaskade geschalteten Einzeltransformatoren
der vorerwähnten Art bestehen, welche zusätzlich noch eine als äußerste Spule auf
dem keine Erregerwicklung tragenden Kernschenkel aufgebrachte gopplungswicklung
erhalten, die zur Speisung der
Erregerwicklung des nächsthöheren
Gliedes der Prtlftransformatorkaskade dient.
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Sollen einem Hochspannungspruftransformator höhere Leistungen entnommen
werden, so bereitet die Wärmeabfuhr Schwierigkeiten.
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Wohl sind Maßnahmen, durch die man für eine bessere Kühlung sorgen
kann, bekannt; sie sind aber kostspielig und bedingen insbesondere eine wesentliche
Vergrößerung des Prüftransformatorgefäßes und damit seines Raumbedarfes. Die gleichen
Schwierigkeiten hinsichtlich der Wärmeabfuhr treten auch bei Prüftransformatorkaskaden
auf, denen größere Leistungen entnommen werden sollen, und zwar insbesondere in
den unteren Kaskadengliedern. Der unterste Einzeltransformator der beispielsweise
aus drei Gliedern bestehenden Kaskade muß nämlich nicht nur die für die Erregung
seiner Hochspannungswicklung notwendige Leistung, sondern auch die zur Erregung
der Hochspannungswicklung der beiden oberen Transformatorglieder benötigte Leistung,
also 3/3 und der mittlere 2/3 der Gesamtleistung, liefern. Es ist bereits bekannt,
sur Beseitigung dieser Schwierigkeit gesondert neben dem untersten Einzeltransformator
einen weiteren gleich ausgebildeten, vierten Einzeltransformator ansuordnen, der
gemeinsam mit dem untersten Einzeltranstoreator der Kaskade unter Parallelschaltung
ihrer Erreger-, Hochspannungs- und Kopplungswicklungen zur Speisung der beiden oberen
Transfornatorenglieder dient. Damit ist wohl das Problem einer ausreichenden Wärmeabfuhr
für das unterste Kaskadenglied gelöst, weil sich die von ihm su liefernden 3/3 der
GesamtleistungÆauf die zwei parallelgeschalteten Einzeltransformatoren Je zur Hälfte
verteilen. Jedoch ist nun der mittlere Einzeltransforaator der am stärksten belastete,
weil er 2/3 der Gesamtleistung liefern muß, nämlich die für die Erregung seiner
Hochspannungswicklung und der Hochspannungswicklung des obersten Transformatorgliedes
erforderliche
Leistung. Bei entsprechend hoher Leistung der PrUfkaskade
bereitet die Warmeabfuhr auch bei diesem Einzeltransformator Schwierigkeiten, wenn
er ohne wesentliche Vergrößerung seines Raumbedarfes oder andere kostspielige Xaßnahmen
auch dauernd die auf ihn entfallende hohe Leistung liefern können soll.
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Die Erfindung schlägt einen anderen vorteilhafteren Weg zur Lösung
des geschilderten Problemes vor. Er besteht erfindungsgemäß darin, daß der HochspannungsprUftransformator
swei rahmenförmige Eisenkerne erhält, von denen jeder auf einander gegenüberliegenden
Schenkeln je eine Hochspannungsspule und mindestens auf einem von diesen Schenkeln
eine Erregerspule trägt, wobei die Erregerspulen beider Eisenkerne einander parallel
geschaltet und die beiden Hochspannungsspulen des einen Eisenkernes su den beiden
Hochspannungsspulen des anderen Eisenkernes parallelgeschaltet sind, und daß die
die Spulen tragenden Schenkel der mit ihren Kernebenen parallel zueinander angeordneten
Eisenkerne symietrisch zu der Sittelachse des Isoliertylinders angeordnet sind.
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Dadurch, daß bei dem PrUftransforsator gemäß der Erfindung sozusagen
die Erreger- und Hochspannungsspulen auf zwei Eisenkerne verteilt und einander parallel
geschaltet werden, ergeben sich schlanke Spulen mit sehr guten Kühlungseigen.chaften;
der Platz in dem Isolierzylinder wird optimal, also wesentlich besser ausgenutzt
als bei den vorbekannten PrUftransformatoren, so daß der Raumbedarf nicht oder nur
unwesentlich erhöht wird; schließlich ergibt sich durch den sy-etrischen Aufbau
der beiden Eisenkerne mit ihren Spulen in dem Isolierzylinder eine günstigere Feldverteilung.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Hochspannungsprüftransformators
nach der Erfindung besteht darin, daß die die Spulen tragenden Schenkel der beiden
auf dem Potential des metallischen Bodens befindlichen Eisenkerne im Isolierzylinder
senkrecht stehend angeordnet sind, daß ferner jeder Eisenkern zwei in Reihe oder
parallel geschaltete Erregerspulen aufweist, daß alle vier Hochspannungsspulen einander
parallel geschaltet sind und ihre gemeinsame Hochspannungsausleitung in der Mittelachse
des Isolierzylinders zum metallischen Deckel verläuft. Die Anordnung kann auch so
getroffen werden, daß die die Spulen tragenden Schenkel der beiden auf dem Potential
des metallischen Bodens befindlichen Eisenkerne im Isolierzylinder senkrecht stehend
angeordnet sind, daß ferner jeder Eisenkern zwei in Reihe oder parallel geschaltete
Erregerspulen aufweist, daß die beiden Hochspannungsspulen jedes der beiden Eisenkerne
in Reihe geschaltet und die in Reihe geschalteten Spulengruppen einander parallel
geschaltet sind und ihre gemeinsame Hochspannungsausleitung in der Mittelachse des
Isolierzylinders zum metallischen Deckel verläuft. Durch die Verwendung stehender
Spulen ergibt sich eine besonders günstige Kühiwirkung und durch die symmetrische
Anordnung auch der Hochspannungsausleitung wird die Feldverteilung am Umfang des
Isolierzylinders vergleichmäßigt und somit die Stoßspannungsfestigkeit verbessert.
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Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die die
Spulen tragenden Schenkel der beiden Eisenkerne im Isolierzylinder senkrecht stehend
angeordnet sind, daß ferner die beiden Hochspannungsspulen jedes der beiden mit
Schubwicklungen versehenen Eisenkerne in Reihe geschaltet sind, daß jeder von den
beiden Eisenkernen sich auf dem Potential des Verbindungspunktes seiner Hochspannungsspulen
befindet und
daß die gemeinsame Hochspannungsausleitung parallel
zu der Mittelachse des Isolierzylinders in einem der beiden Zwickel zwischen den
beiden Hochspannungsspulen, an denen das höchste Potential auftritt, zum metallischen
Deckel geführt ist. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß die keine Spulen
tragenden Schenkel der beiden Eisenkerne im Isoliersylinder senkrecht stehend angeordnet
sind, daß ferner die beiden Hochspannungsspulen jedes der beiden mit Schubwicklungen
versehenen Eisenkerne in Reihe geschaltet sind, daß jeder von den beiden Eisenkernen
sich auf dem Potential des Verbindungspunktes seiner Hochspannungsspulen befindet
und daß die gemeinsame Hochspannungsausleitung von den beiden oben horisontal liegenden
Hochspannungsspulen aus in der Mittelachse des Isolierzylinders zum metallischen
Deckel geführt ist. Die Wärmeabfuhr ist hier zwar nicht so gut wie bei den vorerwähnten
zwei Ausführungsformen, aber wesentlich besser als bei den bekanten Prüftransformatoren
mit horizontal liegenden Spulen. Die übrigen oben erwähnten Vorteile treten aber
auch hier auf.
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Der Prüftransformator gemäß der Erfindung kann mit Vorteil auch als
Glied einer Prüftransformatorkaskade verwendet werden; dann wird jeder von den beiden
Eisenkernen in an sich bekannter Weise mit einer Eopplungswicklung versehen, wobei
diese Kopplungswicklungen mit den Erregerspulen des nächsthöheren Kaskadengliedes
zu verbinden sind.
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In den Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4 bzw. 5 und 6 sind drei verschiedene
Ausführungsbeispiele für einen Prüftransformator gemäß der Erfindung schematisch
dargestellt. In allen drei Beispielen sind die aktiven Teile des Prüftransformators
in einem mit einem Isoliermittel, z.B. O1 gefüllten Isoliersylinder tl mit metallischem
Boden 12 und metallischem Deckel 13 untergebracht, der in den Fig. 1, 3 und 5 aufgeschnitten
dargestellt
ist, so daß man die aktiven Teile in Seitenansicht
sieht. Die Fig. 2, 4 und 6 zeigen einen Querschnitt nach der Linie A - B durch den
Isolierzylinder 11 mit einer Aufsicht auf die aktiven Teile. Diese bestehen aus
zwei rahmenförmigen Eisenkernen 14, 15, die mit ihren Ebenen senkrecht stehend im
Isolierzylinder symmetrisch zu dessen Mittelachse angeordnet sind. In allen drei
Beispielen sind die auf einander gegenüberliegenden Schenkeln jedes der beiden Eisenkerne
vorgesehenen Hochspannungsspulen mit 16, 17, 18 und 19 bezeichnet.
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Sie sind als Lagenwicklung mit etwa trapezförmigem Querschnitt ausgeführt
und weisen zwischen den einzelnen Lagenwicklungsabschnitten Kühlkanäle auf, die
bei den Beispielen der Fig. 1, 2 und 3, 4 senkrecht, in dem dritten Beispiel gemäß
Fig. 5, 6 horizontal verlaufen.
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Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
jeder von den beiden Eisenkernen mit zwei Erregerspulen 20, 21 bzw. 22, 23 versehen.
Diese Erregerspulen sind sämtlich einander parallel geschaltet. Es ist aber auch
möglich, die Erregerspulen jedes Eisenkernes hintereinander zu schalten und die
in Reihe liegenden Erregerspulen des einen Eisenkernes mit den in Reihe liegenden
Erregerspulen des anderen Eisenkernes parallel zu schalten. Die Erregerspulen liegen
unmittelbar auf den betreffenden Schenkeln der beiden Eisenkerne, die sich auf dem
Potential des Bodens 12 (Erdpotential) befinden. Die die Erregerspulen umhüllenden
Hochspannungsspulen 16 bis 19 sind sämtlich einander parallel geschaltet. Die das
höchste Potential aufweisenden Enden der vier Hochspannungsspulen sind an die gemeinsame
Hochspannungsausleitung 24 angeschlossen, die in der Mittelachse des Isoliereylinders
11 zum Deckel 13 geführt ist. Die Eisenkerne 14, 15 mit ihren Spulen sind, wie aus
Fig0 2 ersichtlich ist, vollkommen symmetrisch zur Mittelachse des Isolierzylinders
11 angeordnet, so daß der Raum innerhalb des Isolierzylinders optimal sur Uhterbringung
der aktiven Teile ausgenutzt ist.
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Erforderlichenfalls können die beiden oberen horizontal liegenden
unbewickelten Schenkel der Eisenkerne zur Vergrößerung ihrer Abstände von der in
der Mittelachse des Isoliereylinders verlaufenden Ausleitung 24 bogenförmig, wie
durch die gestrichelt eingezeichneten Linien 14a, 15a angedeutet ist, ausgebildet
sein. Die unteren unbewickelten Schenkel können ebenso bogenförmig gestaltet werden.
Die Kerne 14, 15 können zur Feldsteuerung mit Abschirmelektroden 25, 26 versehen
sein.
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Die Hochspannungsspulen 16 - 19 können auch so geschaltet sein, daß
die beiden Hochspannungsspulen 16, 17 bzw. 18, 19 eines jeden Kernes 14 bzw. 15
in Reihe geschaltet und die in Reihe geschalteten Spulengruppen 16, 17 bzw. 18,
19 einander parallel geschaltet sind.
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Bei einer solchen Schaltungsanordnung ist es vorteilhaft, wenn die
Hochspannungsspulen 16 - 19 als sogenannte umgeleitete Lagenwicklung ausgeführt
sind. Eine derartige Schaltungsanordnung für einen Hochspannungstransformator mit
nur einem Eisenkern ist beispielsweise aus der österreichischen Patentschrift 259
680, Fig. 2 und entsprechender Beschreibungsteil, bekannt.
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Bei einer solchen Spulenanordnung erhält man eine völlig gleichmäßige
Beanspruchung der einzelnen Lagen der die Hochspannungsspulen 16 - 19 bildenden,
konzentrisch zueinander angeordneten Teilspulen.
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Bei dem in den Fig. 3 und 4dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Hochspannungsspulen 16 und 17 des Eisenkernes 14 in Reihe geschaltet und so
zu den ebenfalls in Reihe geschalteten Hochspannungsspulen 18, 19 des anderen Eisenkernes
15 parallelgeschaltet. Die Eisenkerne stehen auf Isolierstützen 27, 28 und sind
elektrisch leitend mit den Verbindungspunkten ihrer Hochspannungsspulen
verbunden,
befinden sich also auf mittlerem Potential. Unmittelbar auf den die Spulen tragenden
Schenkeln jedes der beiden Eisenkerne sind Schubwicklungen vorgesehen, die mit 29,
30 bzw. 31, 32 bezeichnet sind. Jeder von den beiden Eisenkernen hat nur eine Erregerspule
33 bzw. 34, welche die Hochspannungsspule 16 bzw. 18 umhüllt. Es handelt sich hier
also um einen Praftransformator mit einstufiger taskadenschaltung. Die Enden der
beiden Hochspannungsspulen 17 und 19, die das höchste Potential aufweisen, sind
an die gemeinsame Hochspannungsausleitung 35 angeschlossen, die parallel zur Mittelachse
des Isolierzylinders 11 in dem äußeren Zwickel zwischen den beiden Spulen 17, 19
eum Deckel 13 geführt ist.
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Die Ausleitung 35 kann aber auch, wie in Fig. 4 gestrichelt angedeutet,
in dem inneren Zwickel angeordnet werden. Die Eisenkerne mit ihren Spulen sind wie
beim ersten Ausführungsbeispiel vollkommen symmetrisch zur Mittelachse des Isolierzylinders
11 angeordnet.
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Das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht
hinsichtlich der Zahl und Schaltung der Spulen dem Beispiel gemäß Fig. 3 und 4,
unterscheidet sich aber von ihm dadurch, daß die Spulen auf den horizontal liegenden
Schenkeln der beiden Eisenkerne 14, 15 angeordnet sind. Man sieht daher nur die
Schubwicklungen 29, 30 und die Erregerwicklung 33 des Eisenkernes 14. Die Hochspannungsausleitung
35 ist hier, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2, in der Mittelachse
des Isolierzylinders 11 zum Deckel 13 geführt. Die Eisenkerne 14 und 15 mit ihren
Spulen sind wieder vollkommen symmetrisch zur Mittelachse des Isolierzylinders in
diesem untergebracht.
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Will man den beschriebenen Prüftransformator als Glied einer Prüftransformatorkaskade
verwenden, so wird bei dem Beispiel
gemäß Fig. 1 und 2 außen auf
jeder von den vier Hochspannungsspulen eine Kopplungswicklung vorgesehen; diese
Kopplungswicklungen werden einander parallel geschaltet und dienen zur Speisung
der Erregerspulen des nächsthöheren Gliedes der gaskade. Bei den in den Fig. 3,
4 bzw. 5, 6 dargestellten Ausführungsbeispielen werden außen auf die Hochspannungsspulen
17 und 19 Je eine Kopplungswicklung aufgebracht. Diese beiden Kopplungswicklungen
werden parallelgeschaltet und dienen zur Speisung der beiden parallelgeschalteten
Erregerwicklungen des nächsthöheren Kaskadengliedes. Die in den Aus-führungsbeispielen
gemäß-den Fig. 3 - 6 dargestellten Kerne 14, 15 können ebenso wie die in den Fig.
1 und 2 dargestellten Kerne mit Abschirmelektroden versehen sein.