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Einrichtung, um den Potentialunterschied zwischen den beiden Wicklungen
eines Hochspannungstransformators zu vermindern. Die elektrische Inanspruchnahme
und damit die Gefahr der Schädigung oder des Durchschlagenwerdens dei Isolierschichten
an Hochspannungstransformatoren ist bei gegebenenAbmessungen durch den Potentialunterschied
bestimmt, dem die Isolierschichten beim Betriebe unterworfen werden. Das Maximum
dieses Potentialunterschiedes läßt sich bei den bekannten Transformatoren nicht
unter einen bestimmten Betrag, nämlich nicht unter die Hälfte der Klemmenspannung
der Sekundär- (Hochspannungs-) Wicklung herabmindern, und auch dies nur dann, wenn
die Mitte der Sekundärspule, Erdpotential hat. Bei Transformatoren mit einpolig
geerdeter Hochspannungswicklung aber läßt sich der Potentialunterschied überhaupt
nicht verkleinern.
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Einige Beispiele mögen dies veranschaulichen. Trägt man (vgl. die
Zeichnung Fig. i rechts) in einem orthogonalen Koordinatensystem als Abszissen die
Windungszahlen der Sekundärwicklung des HochspannungstransformatorsT, von derMitte
d.er Sekundärwicklung als Ursprung aus gerechnet, als Ordinaten die Spannungen gegenüber
der Erde auf, so wird die Beziehung zwischen der Lage irgend zweier Punkte der Sekundärwicklung'und
der zwischen ihnen herrschenden Spannung praktisch genügend genau durch die Gerade
a-b, oder a-b, dargestellt, j e nachdem, ob die Mitte oder ein Ende (b) der Sekundärwicklung
mit der Erde verbunden ist. Bei der dem Beispiel zugrunde liegenden Sekundärspannung
von ioo Kilovolt besteht also im ersten, dem günstigsten Falle eine Spannung von.
5o Kilovolt zwischen der Erde oder, was bei genügend hohem Übersetzungsverhältnis
praktisch gleichbedeutend ist, der Primärwicklung wx, ebenso wie dem Eisenkern und
den beiden Sekundärklemmen a und b, im zweiten Falle sogar eine Spannung von ioo
Kilovolt zwischen der Erde oder Primärwicklung bzw. dem Eisenkern und der einen
Sekundärklemme (a).
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Nicht anders ist es, wenn gemäß der Zeichnung Fig. z der Transformator
in zwei hintereinander geschaltete Transformatoren T, und T2 zerlegt wird. Ist die
Verbindungsstelle c der beiden Sekundärwicklungen mit der Erde verbunden, so weisen
-wieder bei einer gesamten Sekundärspannung von ioo Kilovolt - die Sekundärklemmen
a und b wieder eine Spannung von 5o Kilovolt gegenüber der Primärwicklung und den
Eisenkernen auf. In jedem anderen Falle ist die Sachlage noch ungünstiger; am ungünstigsten
ist sie, wenn ein Ende der Sekundärwicklung, etwa b, 'geerdet ist, weil dann zwischen
der Klemme a und der Primärwicklung sowie dem Eisenkern von T1 die volle Spannung
von ioo Kilovolt besteht.
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Verwendet man zweifache Transformation, legt man also, wie dies in
Fig. 3 schematisch dargestellt ist, die Primärwicklung des Hochspannungstransformators
T in den Stromkreis der Sekundärwicklung eines weiteren TransformatorsH und wählt
dasUmsetzungsverhältnis von H von der Größenordnung i : i, so unterscheiden sich,
wie ersichtlich
ist, die Spannungsverhältnisse und damit die Beanspruchung
der Isolierschichten in nichts von den bei der Anordnung nach Fig. z vorliegenden.
Ist H selbst ein Aufwärtstransformator, so steht es noch schlimmer. Der Eisenkern
von T befindet sich dann auf niedrigem, praktisch auf dem Erdpotential und spielt
so in der Spannungsverteilung weiter die Rolle, welche in den früheren Fällen außer
ihm auch noch die Primärwicklung von T innegehabt hat; hinzu kommt das Vorhandensein
einer Spannung zwischen dem Eisenkern und der Primärwicklung von T. Immer aber -
gleichgültig; auf welchem Potential der Eisenkern von T sich befindet - muß z-,vischen
ihm ebenso wie der Primärwicklung und mindestens einer der Sekundärklemmen von T
mindestens die Hälfte der Sekundärspannung herrschen.
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Bei Anwendung der bekannten Mittel ist man also durch die Größe der
zu liefernden Sekundärspannung an eine bestimmte, zwischen den am meisten gefährdeten
Teilen der Transformationsanordnung herrschende Mindestspannung im Betrage der Hälfte
der Sekundärspannung gebunden und muß die Isolation der Anordnung dieser gegebenen
Spannung entsprechend bemessen. Dies ist um so mißlicher, als auf verschiedenen
Anwendungsgebieten, so auf demjenigen. der Hochspannungsprüfanlagen und der gegenwärtig
im Vordergrunde des Interesses stehenden Erzeugung zur Krankenbehandlung bestimmter
Röntgenstrahlen, die bereits jetzt üblichen hohen Spannungen die Isolierstoffe aufs
äußerste in Anspruch nehmen und als die Entwicklung auf diesen Gebieten sowie diejenige
der Hochspannungstechnik überhaupt sich in der Richtung nach immer höheren Spannungen
hin vollzieht. Die hohen Spannungen von mehr als zoo Kilovolt führen zu außerordentlich
umfangreichen und schweren Konstruktionen, die sehr kostspielig sind, wennDurchschlagssicherheit
dauernd gewährleistet werden soll.
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Ein Fortschritt wird hier durch die Erfindung herbeigeführt, deren
Wesen es ist, die bisher starre Beziehung zwischen der zu liefernden. Sekundärspannung
und der Inanspruchnahme der Isolierschichten zu lösen. Der größte Potentialunterschied
zwischen der Sekundärwicklung und den anderen Teilen eines und desselben Transformators
ist nicht mehr auf die Hälfte der Sekundärspannung als Mindestbetrag begrenzt, sondern
kann beliebig kleiner gemacht werden. Zugleich werden in -entsprechendem Maße auch
die an, dem Transformator sonst noch an seinen weniger gefährdeten Stellen auftretenden
Potentialunterschiede vermindert.
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Gemäß der Erfindung ist bei Anwendung von zwei oder mehreren Hochspannungstransformatoren
in dem System diejenigevon zwei zusammengehörigen Hochspannungstransformatorwicklungen,
deren Enden im Betriebe die geringere Spannung aufweisen, mit dem von dem Hochspannungstransformator
weg oder zu ihm hin führenden Teil des Energieübertragungsweges, d. i., wie im folgenden
der kürzeren Ausdrucksweise halber gesagt werden soll, mit dem stromliefernden Netz
bzw. dem Generator durch Geräte (Hilfsapparate) verknüpft, die, wie Transformatoren,
Wechselstromenergie übertragen und zugleich den Unterschied zwischen den elektrischen
Potentialniveaus der durch die Hilfsapparate verknüpften Stromwegteile aufrechterhalten.
Die an ihren Enden die geringere Spannung aufweisende Hochspannungstransformatorwicklung
ist somit durch den Hilfsapparat, der sie auf ihrem Potentialniveau erhält, im Hinblick
auf das Potential von dem Netz isoliert.
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Die für die Inanspruchnahme der Isolierschichten maßgebenden Potentialunterschiede
zwischen den Transformatorwicklungen können nun, etwa durch geeignete Wahl der zwischen
den Transformatorwicklungen wirksamen Kapazität, gesteuert, nämlich durch ihre Größe
nach geleignet bemessene und in passender Weise mit den Wicklungen verbundene Kondensatoren
nach Wunsch eingestellt werden.
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Da es für die Wirkungsweise der Erfindung, ebenso wie bei der durch
sie gelösten Aufgabe, wie ersichtlich ist, lediglich auf Potentialbeziehungen ankommt,
spielt die Richtung der Energiebewegung im Hochspannungstransformator keine Rolle.
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Eine Ausführungsform der neuen Einrichtung ist ihrer Schaltungsanordnung
nach in der Zeichnung Fig. q. schematisch dargestellt. An die Stromquelle
d des Netzes sind die etwa das Umsetzungsverhältnis r : i aufweisenden Hilfstransformatoren
e und f mit ihren Primärwicklungen g bzw. la angeschlossen:. Dadurch
sind die mit den Sekundärwicklungen i bzw. h der Hilfstransformatoren
verbundenen Primärwicklungen 1 bzw. -irz der Hochspannungstransformatoren n bzw.
o von dem Netz isoliert. Zwischen den ihrem Potentialniveau nach am weitesten auseinander
liegenden Wicklungen, nämlich den Sekundärwicklungen p bzw. q der Hochspannungstransformatoren
n bzw. o einerseits und den bei einem Übersetzungsverhältnis von z. B. 12o
: roo ooo Volt praktisch das Erdpotential aufweisenden Primärwicklungen g
bzw. h der Hilfstransformatoren e und f, andererseits ist j
e eine Reihe von Kondensatoren r, s bzw. t, u geschaltet und von einer passenden
Stelle jeder der Kond'ensatorenreihen ist eine lei-
Lende Verbindung
v bzw. w zur zugehörigen, die geringere Spannung von i2o Volt aufweisenden
Primärwicklung l bzw. m - etwa, wie in der Zeichnung, zu dem die Primärwick-
' lun:g l bzw. m enthaltenden, aus ihr und der Sekundärwicklung 2: bzw. k
bestehenden Leitergebilde. - geführt. Jede dieser Primärwicklungen l bzw.
m der Hochspannungstransformatoren erhält auf diese Weise ein je nach der
Größenbemessung der Kondensatoren r, s bzw. t, u einstellbares und
mit dieser Größenbemessung regelbares Potential dauernd von außen aufgedrückt.
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Die beiden, Sekundärwicklungen p bzw. q der Hochspannungstransformatoren
sind zweckmäßig in ihrer Verbindungsleitung mit der Erde.verhunden. Dann weisen,
wenn beispielsweise die gesamte Sekundärspannung zwischen den Klemmen x und y der
Hochspannungswicklungen p bzw. q ioo Kilovolt beträgt, die Klemmen x und
y einander entgegengesetzt gleiche Spannurngen gegenüber Erde von je 5o Kilovolt
auf. An die Mittelpunkte i und 2 .der beiden Hochspannungswicklungen p bzw. q, deren
Spannungen gegenüber Erde demnach entsprechend je 25 Kilovolt betragen, ist nun
in der abgebildeten Ausführungsform der Einrichtung (Fig. d.) je eine der beiden
Kondensatorenreihen r, s bzw. t, ic angeschlossen, deren anderes Ende mit
der praktisch auf dem Erdpotential befindlichen Primärwicklung g bzw. h je eines
der beiden Hilfstransformatoren e und f verbunden und somit einer Gesamtspannung
von 25 ooo Volt unterworfen ist. Wird daher dieser gesamte Potentialunterschied
von 25 000 Volt, der sich längs jeder der beiden -Kondensatorenreihen
r, s bzw. t, zz verteilt, durch die Abzweigung v bzw. w beispielsweise
gerade halbiert, so werden die Primärwicklungen l bzw. nz auf diese Weise
dauernd auf einem Potentialniveau von der Hälfte dieses Betrages von 25 ooo Volt,
also auf 12 Soo Volt, und damit auf einem Potentialunterschied gegenüber der zugehörigen
Hoch- . spannungswicklung p bzw. q von So 000 - 12 Soo - 37 Söo Volt erhalten.
Es ist also der maximale Spannungsunterschied zwischen irgend zwei benachbarten
Leitergruppen der Anordnung auf erheblich: weniger als die Hälfte der Gesamtspannung
von ioo Kilovolt und dementsprechend auch die elektrische Inanspruchnahme auf -weniger
als die Hälfte der sonst auftretenden beschränkt. Die Hilfstransformatoren
e und f haben zwar so ebenfalls eine Spannung von 37 500 Volt
zwischen ihrer Primär- und' Sekundärwicklung auszuhalten, doch ist dies eine bei
der geringen, für beideWicklungen gleich großen Windungszahl leicht zu erfüllende
Bedingung. Die beiden Sekundärwicklungen p und q der Hochspannungstransformatoren
n bzw. o würden, wie ersichtlich, da sie unmittelbar hintereinander geschaltet sind,
auch durch eine einzige Sekundärwicklung ersetzt werden können. Wesentlich für diese
Ausführungsform der Erfindung ist also nur, daß mindestens drei Hochspannungstransformatorwicklungen
- hier außer der gegebenenfalls einzigen Sekundärwicklung p, q die beiden Primärwicklungen
l bzw. in der Hochspannungstransformatoren n und o - vorhanden sind, und
daß mindestens zwei von ihnen - hier die Primärwicklungen l und m - je in
einem Zweige - o" n bzw. f, o - des durch sie hindurch verzweigten Weges
der Energieübertragung liegen, wobei jederZweig einen oder mehrere der isolierenden
Hilfsapparate - e bzw. f - enthält.
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Durch Anwendung der Erfindung lassen sich, wie ersichtlich ist, bereits
vorhandene Anlagen, indem man ihnen die Hilfstransformatoren e, f hinzufügt,
in einfacher Weise für höhere Spannungen geeignet machen. Dabei lassen sich für
die Hilfstransformatoren -besonders leicht, wenn es i : i-Transformatoren sind -
einheitliche Typen verwenden, die serienweise hergestellt werden können.