DE2529679C3 - Transformator zur Spannungsprüfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator zur Spannungsprüfung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I. Ein solcher Transformator ist im wesentlichen bekannt aus der DE-PS 9 15 711.

Bei der Verwendung solcher Transformatoren zur Zusammenschaltung einer Kaskadenkette werden die einzelnen Transformatoreinheiten übereinander angeordnet. Solche Kaskadenketten werden vorzugsweise in Hochspannungslaboratorien verwendet. Die Hochspannungsisolation in senkrechter Richtung dieser übereinander angeordneten Einheiten besteht aus großen Zylindern aus Isoliermaterial, in welche die Transformatoreinheiten eingebaut sind. Bei dieser konstruktiven Anordnung ist es wichtig, daß einerseits die Gesamthöhe der Anordnung klein gehalten wird, damit nicht eine zu große Bauhöhe des Hochspannungslaboratoriums erforderlich ist, und andererseits der Durchmesser der Isolierzylinder bei einer bestimmten Belastbarkeit der Transformatorkaskade klein gehalten wird. Die Isolierzylinder sind nämlich sehr kostspielig, und ein großer Durchmesser erfordert entsprechend schwerere Montageflansche und eine größere Menge Isolieröl in den Zylindern.

Bei dem aus der DE-PS 9 15 711 bekannten Transformator besteht das Joch aus zwei kreisförmigen Ringen, von denen jeder von einer Seite her gegen die aus der Spule herausragenden Enden des Schenkels unmittelbar angelegt sind. Um bei einer solchen Konstruktion den erforderlichen Isolationsabstand zwischen der außenliegenden Hochspannungswicklung und dem Jochring einzuhalten, muß selbst bei Verwendung einer nach außen in axialer Richtung kleiner werdenden Wicklung ein Jochring mit relativ großem Durchmesser verwendet werden. Dies bedeutet, daß bei gegebenem Wicklungspaket auch der Schenkel relativ lang wird, da er weit aus den Enden der Spule herausragen muß. Entsprechend oroß werden die oben

erwähnten Isolierzylinder.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator der eingangs genannten Art zu entwickeln, der bei gegebener Belastbarkeit und gegebener Spannung einen möglichst kleinen Umfang in seiner Projektion auf die lochringebene hat, ohne daß seine Höhe nennenswert vergrößert wird. Dabei kann von der Voraussetzung ausgegangen werden, daß für eine bestimmte Belastbarkeit und eine bestimmte Spannung sich für das Wicklungspaket gegebene optimale Abmessungen hinsichtlich Innendurchmesser, Außendurchmesser, axiale Länge usw. ergeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Transformator der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch genannt

Durch die Erfindung erhält man die Möglichkeit, den Abstand des Kernschenkels vom Jochring und den Durchmesser des Jochrings zu variieren und dadurch die Abmessungen des Transformators dem zur Verfugung stehenden Raum anzupassen. Dank der gemäß der Erfindung verwendeten Stützjoche braucht der Innendurchmesser des Jochringes praktisch nicht größer zu sein als die Länge der Wicklung. Das bedeutet, daß auch der Schenkel praktisch nur um das eigentliche zum Anschluß an den Jochring erforderliche Stück aus dem Wicklungspaket herauszuragen braucht. Abgesehen von den dadurch erzielten geringeren Abmessungen, die sich für die Größe des erforderlichen Isolierzylinders günstig auswirken, ist auch weniger Material für den Eisenkern erforderlich. Der Mehraufwand an Material für die Stützjoche ist weit geringer als durch die Verkürzung des Schenkels und des Jochringes an Material erspart wird. Die Höhe des Transformators wird nur unwesentlich durch die Konstruktion nach der Erfindung vergrößert. Der Jochring ist aus bandförmigem Transformatorblech gewickelt. Vorzugsweise ist •Ό dieser Ring der Kreisform des Isolationszylinders angepaßt, welcher den ganzen Transformator umschließt. Der Ring bietet dem magnetischen Fluß zwei parallele Rückwege, so daß er mit der Hälfte des Querschnittes des Kernschenkels ausgeführt werden kann. Die Kreisform des Rückschlußweges hat auch den Vorteil, daß dessen Inneres einen Raum bildet, der sich recht gut an die Außenkontur des Wicklungspaketes anpaßt. Außerdem besteht die Möglichkeit, einen ausreichenden Abstand zwischen der äußeren Zylinderfläche des Wicklungspaketes, wo eine hohe Spannung herrscht, und dem Jochring zu erhalten, in dem man den Abstand zwischen dem Kernschenkei und der Ebene des lochringes erhöht.

An Hand der Figuren sollen sowohl der Stand der Technik als auch die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema eines Wicklungspaketes mit drei Wicklungen,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Wicklungspaket gemäßFig. 1,

F i g. 3 ein Schaltschema für die Wicklungen für einen Transformator mit zwei Wicklungspaketen, die auf einen gemeinsamen Eisenkern sitzen,

Fig. 4 die Seitenansicht eines Transformators mi: den (>■' Wicklungen gemäß Fig. 3,

Fig. 5 das Schaltschema für einen Doppeltransformator mit zwei getrennten Kernen,

F i g. 6 die Seitenansicht eines Transformators gemäß

Fig. 5,

F i g. 7 eine perspektivische Darstellung eines Kerns gemäß der Erfindung mit einem Wicklungspaket,

F i g. 8 die Seitenansicht einer Transforms torstufe, in der ein aktiver Transformatorteil gemäß Fig.7 eingebaut ist,

F i g. 9 zwei in Kaskade zusammengebaute Transfor-.Tiatoreinheiten.

Wicklungen für Spannungstransformatoren für hohe Spannungen sind in der Regel als Lagenwicklungen ausgeführt und zweckmäßigerweise zu den Enden hin abgestuft, wie es Fig.2 zeigt. Ein Wicklungspaket besteht aus drei separaten Wicklungen A, B und C Die Wicklung A liegt innen am Kernschenkel und ist für niedrige Spannungen und hohe Ströme ausgelegt Auf der Wicklung A liegt die Hochspannungswicklung B, deren innerstes Ende auf demselben oder im wesentlichen demselben Potential wie die Wicklung A und der Kern liegt Die äußerste Lage der Hochspan..ungswickiung fliegt im Verhältnis zum Kern und zur Wicklung A auf hohem Potential. Auf der Wicklung B liegt schließlich die Wicklung Q die sogenannte Kaskadenwicklung. Diese Wicklung ist für hohe Ströme und niedrige Spannungen ausgelegt und liegt auf dem Potential des äußersten Endes der Hochspannungswicklung. Die Leistung, die erforderlich ist, um die in der Kaskadenkette am Ende liegenden Einheiten zu betreiben, wird von der Wicklung A zur Wicklung C oder umgekehrt transformiert Die Leistung, die benötigt wird, um in jeder Transformatoreinheit den Strom zu treiben, der an den äußeren Prüfkreis geliefert wird, wird zwischen den Wicklungen A und B oder C und B transformiert. F i g. 1 zeigt das Schaltschema für die drei Wicklungen.

Es sind zwei Arten bekannt, Spulenpakete und Kerne in einer kaskadengeschalteten Transformatorkelte anzuordnen. Die eine Art, die in den Fig.3 und 4 gezeigt ist, besteht darin, daß man auf ein und demselben Transformatorkern K zwei Spulensätze 1 und Il anordnet, so daß die Reihenfolge der Wicklungen vom Erdpotential zur Hochspannung IC IS, I/4-IIA Ilß, //Cist, wie es F i g. 3 zeigt. Diese Anordnung bedeutet in bezug auf den Kern eine Materialersparnis, da der Magnetfluß für beide Kaskadenstufen derselbe ist.

Aus verschiedenen Gründen, wie Transportmöglichkeiten, zu hebende Gewichte, Flexibilität in der Anwendung, Reservehaltung usw., werden in gewissen Fällen Transformitoreinheiten bevorzugt, die nur eine Kaskadenstufe enthalten. Die Fig. 5 und 6 zeigen die Anordnung von zwei solchen selbständigen Transformatoreinheiten, die übereinander angeordnet sind und von denen jede aus dem Eisenkern K\ bzw. K» und dem Wicklungssatz I bzw. II besteht. Mit Rücksicht auf den Platzbedarf in der Höhe ist es unwirtschaftlich, die Kerne in einer Vertikalebene anzuordnen, wie es F i g. 6 zeigt und aus dem Vergleich der Figuren 4 und 6 hervorgeht.

F i g. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung von Kern und Wicklung für eine Transformatorstufe gemäß der Erfindung. Auf dem Kernschenkel 3 ist das Wicklungspaket 1 angeordnet, und ganz außen liegt die Kaskadenwicklung 2, die in F i g. 2 mit C bezeichnet ist. Der Kernschenkel ist, wie üblich, so abgestuft, daß er einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat. An beiden Enden des Kernschenkels sind Bleche eingeschichtet, und diese Rieche bilden die Stützjoche 4, die mit ihren Enden an den aus bandförmigem Transformatorblech hergestellten Ring 6 anliegen. Die Anlageflächen der Stützjoche am Ring sind mit 5 bezeichnet

Dadurch, daß der Rückweg für den magnetischen Fluß des Kernschenkels 3 als Kreisring 6 ausgebildet ist und durch die Ausbildung des Wicklungspaketes gemäß F i g. 2, können der Schenkel und das Wicklungspaket so

ίο nahe am Ring angeordnet werden, daß ein Teil des Wicklungspaketes tiefer als die obere Ebene des Ringes liegt Der Abstand zwischen dem Kernschenkel und der Oberfläche des Ringes wird von der Länge der Stützjoche 4 bestimmt Wie aus Fig.7 hervorgeht.

is liegen die Bleche sowohl im Schenkel 3 wie im Ring 6 vertikal. Der Fluß geht somit über Schnittkanten der Bleche vom Kernschenkel zum Ring über. Dadurch, daß die Richtungen der Blechkanten an der Stoßfuge 5 rechtwinklig zueinander verlaufen, kann sich der Fluß in

M Querrichtung frei über den Querschnitt von Kernschenkel und Ring verteilen. Der Kernschenkel kann somit einen runden Querschnitt haben, während der Ring die einfachere Rechteckform hat. Die Stoßfuge wird in einer Weise ausgeführt die bei Konstruktionen von Drosselspulkernen an sich bekannt ist, und zwar mit einer dünnen isolierenden Zwischenlage, damit ein galvanischer Kontakt zwischen den sich kreuzenden Blechen vermieden wird. Der Kernschenkel wird in bekannter Art am Ring befestigt, beispielsweise mit

κι Hilfe eines über den Enden des Kernschenkels angeordneten Jochs und Zugbolzen zwischen dem Joch und der Unterlage, auf welcher der Ring ruht. Diese an sich bekannte Konstruktion ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Der gesamte Kern, bestehend aus Kern-

j-i schenkel, Stützjoch und Ringjoch, wird zu einer mechanisch steifen Konstruktionseinheit.

F i g. 8 zeigt, wie ein aktiver Teil gemäß F i g. 7 eines Transformators eingebaut wird. In einen im wesentlichen kreiszylindrischen Metallbehälter 7 ist der aktive

■w Teil eingelegt. Der Behälter ist oben mit einem Montageflansch 13 für einen Isolierzylinder 8 versehen, der oben mit einem Deckel 9 aus Metall geschlossen ist. Dieser Deckel ist mit dem Hochspannungsanschluß an der Wicklung B elektrisch verbunden, der gemäß F i g. 1

J' auch an das eine Ende der Kaskadenwicklung C angeschlossen ist. Elektrostatische Schirmringe 10 sind in bekannter Weise sowohl am Behälter 7 wie am Deckel 9 angeordnet Das Wicklungspaket 1 ist auch mittels eines im Behälter 7 vorhandenen Schirms 14

jo abgeschirmt. Ein Hohlkegel 11 erstreckt sich vom Deckel 9 herunter zum Hochspannungsanschluß an der Hochspannungswicklung B. Dieser Kegei schafft einen abgeschirmten Raum 15 auf Hochspannungspotential, in dem man Platz zur Expansion des Öles vorsehen und

V) eventuell auch die Belastungsdrossel 12 zur Kompensation kapazitiver Belastung des Prüftransformators anordnen kann. Diese Drossel wird an die Kaskadenwicklung angeschlossen, die im wesentlichen auf demselben Potential liegt wie das Ende der Hochspan-

M) nungswicklung B. Die Drossel ist somit für relativ niedrige Spannung und hohen Strom ausgelegt.

F i g. 9 zeigt schematisch, wie zwei Transformatorstufen gemäß Fig. 7 mit einem gemeinsamen Isolierzylinder? zu einer Einheil zusammengebaut sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Transformator für hohe Spannungen und niedrige Ströme zur Spannungsprüfung von Hochspannungsgeräten mit mindestens einem aktiven Teil aus einem Eisenkern mit darauf angeordneten Wicklungen, wobei sämtliche Wicklungen auf einem geraden Kernschenkel angeordnet sind und das den magnetischen Kreis schließende joch als kreisförmiger Ring ausgebildet ist, der räumlich so angeordnet ist, daß die Projektion des Schenkels auf die Jochringebene im wesentlichen auf einem Durchmesser durch den Jochringkreis liegt, und die Flächen der Bleche des Kernschenkels und des Jochringes senkrecht zur Jochringebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Jochring (6) über im wesentlichen senkrecht zur Jochebene verlaufende Stützjoche (4) an die Enden des Kernschenkels (3) angeschlossen ist.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lameliierten Stützjoche (4) in die Enden des Kernschenkels (3) eingeschichtet sind, während sie am Jochring (6) eine Stoßfuge (5) mit rechtwinklig zu den Blechkanten des Jochringes (6) verlaufenden Blechkanten zur Überführung des Magnetflusses bilden.