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Hochspannungstransformator Es sind, insbesondere als Sicherheitseinrichtung
für den Röntgenbetrieb, Anordnungen bekannt, welche einen im Oberspannungskreis
eines Hochspannungstransformators auftretenden Erdschluß entweder nur anzeigen oder
auch durch Wirksamwerden einer Schaltvorrichtung unschädlich machen sollen. Sie
sind zu diesem Zweck mit außerhalb des Transformators zwischen den Oberspannungspolen
angeordneten, kondensatorartig wirkenden Fühlgliedern versehen, die im Betriebe
ständig auf ein mittleres Potential zwischen Hochspannung und Erde aufgeladen sind
und auf den einseitigen Abfall des Hochspannungspotentials auf Erdpotential ansprechen.
Diesen Artordnungen gegenüber zeichnet sich der Erfindungsgegenstand dadurch aus,
daß das Fühlglied in den Transformator selbst eingebaut ist, und zwar in Gestalt
einer isolierten kurzschlußfreien Sonde von hinreichender Kapazität, welche zwischen
eine das Erdpotential oder ein ihm nahe kommendes Potential führenden Teil des Transformators
- vorzugsweise der Unterspannungswicklung - und der Hochspannungswicklung liegt,
und zwar in einem dem Erdpotential nahen Potentialbereich. Bei Einphasentransformatoren
kann man die erfindungsgemäße Sonde gegenüber der zwischen der. Hochspannungspolen
liegenden der bekannten Anordnungen mit Arbeitsstrom statt mit Ruhestrom wirken
lassen, indem sie der Wicklungsschenkelmitte symmetrisch gegeniibergelegt wird.
Sie führt dann im Ruhezustande keinen Ladestrom und wird vielmehr erst bei Eintritt
des Erdschlusses in der hiernach beschriebenen Weise wirksam. Die erfindungsgemäße
Anordnung ist aber auch für Drehstrorntransformatoren geeignet, wobei allerdings
im Falle der Sternschaltung mit geerdetem Nullpunkt auch im. Ruhezustande ein Ladestrom
fließt.
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In Abb. r .ist a der Kern, b die Unterspannungswicklung,
c das übliche Isolierrohr, d die Oberspannungswirklung. Inmitten der Kernlänge ist
in däs Isolierrohr der aufgeschlitzte Metallringe als Sonde eingebettet. In dem
Diagramm. Abb. za entspricht die Achse -v--v der Nullspannung, d. h. denn Erdpotential.
Die Ordinaten y und y" entsprechen je der halben Hochspannung
gegen Erde. Dann zeigt die ihre Endpunkte verbindende Linie die Verteilung,des Potentials
auf die Windungen längs der Oberspannungswicklung an. Dies ist der normale Betriebszustand.
Tritt nun, z. B. bei Jr, Erdschluß ein, so verschiebt sich. die eben genannte Linie
in der Richtung des gestrichelten Pfeiles p parallel zu sich selbst in die gestrichelte
Lage, und es, drückt nunmehr die Länge des Pfeiles p die Größe eines im Bereiche
der Sonde zwischen den Unterspannungs- und Oberspannungswindungenauftretenden Potentials
aus. Betrachten wir nunmehr das Diagramm Abb. rb, in welchem, das Potential p der
Deutlichkeit halber gegenüber Abb. aa vergrößert dargestellt .ist, so verteilt sich
die auftretende Spannung nach bekanntem Gesetz in der durch die Kurve a-ß ausgedrückten
Weise,
wobei im Punkt a I?rclpotential herrscht, wenn das Isolierrohr innen mit einem geschlitzten
und; geerdeten Metallbelag versehen ist. Diese Kurve schneidet die Zone, in welcher'
die Sonde e liegt, bei y, und folglich wird: von der Sonde der durch den Abstand
des Schnittpunktes von der x-x-Achse bestimmte Teil p" des Potentials p aufgenommen
und zur Betätigung der Anzeige-oder Schaltvorrichtung benutzt. Damit ist zugleich
eine Ausführungsform, der Erfindung für einphasigen Wechselstrom beschrieben.
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Es empfiehlt sich, der Sonde e nach der Seite des Potentials oder
erdnahen Potentials hin eingleichartiges Glied f gegenüberzulegen und dieses zu
erden, wie es Abb. 2 darstellt. Diese Anordnung gewährt den Vorteil, daß die untere
Potentialstufe eindeutig und sicher festgelegt wird, bringt aber auch isolierungstechnische
Vorteile mit sich. Im Übrigen ist Abb. 2 zu einem Schaltungsschema für die Anzeige-
und Schaltvorrichtung ausgestaltet. Im Stromkreis der Sonde liegt der statische
Spannungsmesser z, dessen Zeiger zugleich d .en Relaiskontakt :2 eines aus der Stromquelle
3 gespeisten Hilfsstromkreises schließt. Ein in diesem Kreis liegendes Solenoid
4 öffnet dann den im Unterspannungskreis angeordneten Schalter 5. Diese für den
Röntgenbetrieb geeignete Schaltung ist nur beispielsweise gegeben. In anderen Fällen
wird man den Hochspannungskreis unterbrechen.
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Gemäß Abb.3 verteilt sich die Oberspannungswicklung lagen-weise und:
symmetrisch auf die zwei Windungsgruppen dl und d' und erstreckt sich die Sonde
e annähernd über die gesamte Wicklungslänge. Man erzielt so leicht eine -große Kapazität
der Sonde, weiche sie unter Ersparung eines Hilfsstromkreises befähigt, selbst große
mechanische Kraftleistungen auszuüben. Die sichere Wirkungsweise dieser Anordnung
wird noch gefördert, wenn die -in Abb. 3 mitdargestellte Hilfsvorrichtung angewendet
wird.
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In den Stromkreis der Sonde e, welcher übet- den starken Elektromagneten
6 geerdet ist, ist ein Durchbruchwiderstand eingeschaltet. Er besteht aus einem
Stöpsel 7 nach Art der bekannten Sicherungsstöpsel, bei welchem die durch den Stöpsel
gehende Leitung durch ein Glimmerblättchen. 8 unterbrochen ist, das erst bei Auftreten
einer gewissen Spannring durchgeschlagen wird. So muß sich in der Sonde zuerst eine
Ladung von hinreichender Spannung ansammeln, die dann aber beim Durchbruch des Widerstandes
8 plötzlich entladen wird und unter der Stoßwirkung den Anker des Elektromagneten
6 mit großer Kraft anzieht. Bisher wurde ein einfacher Wechselstr omtransformator
vorausgesetzt. Die Erfindung kann aber ohne weiteres auch bei MehrphasentransformatoTen
in der Weise angewendet werden, daß die erfindungsgemäße Sonde einer der drei Phasenwicklungen
zugeordnet wird. Hinsichtlich der Ausschaltung bei Erdschluß befriedigt eine solche
Anordnung, nicht aber hinsichtlich der Erdschlußanzei.ge, weil man ja nicht weiß,'
in welcher Phase der Erdschluß eingetreten ist. In weiterer Ausbildung der Erfindung
soll deshalb jede Phasenwicklung mit einer Sondenanordnung versehen werden.
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Ein solcher Drehstromtransformator ist in Abb. 4 mit Leitungsschema
dargestellt. Die Darstellung bedarf höchstens insofern der Erläuterung, als es sich
um eine zweckmäßige Schaltung der Anzeige- bzw. Schaltvorrichtungen handelt. Diese
sind', mit 2i, v, w bezeichnet, in Stern mit geerdetem! Sternpunkt geschaltet.
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Wie zum Teil schon aus dem bisher Gesagten hervorgeht, hat die erfindungsgemäße
.Anordnung gegenüber den vorbekannten Anordnungen ihre besonderen Vorteile. Bei
jenen stehen die außerhalb des- Transformators befindlichen Fühlgl.ieder ständig
unter einer ziemlich hohen Spannung, welche entsprechende Isolierung und Leitungsführung
verlangt und eine gewisse Gefahrenquelle bildet. Demgegenüber lieb die erfindungsgemäße
Sonde innerhalb des Transformators, aus welchem: die zugehörigenLeitungen wegen
des in Betracht kommenden geringen Spannungsgefälles ohne Schwierigkeit herausgeführt
werden können, und weder die Sonde selbst noch die äußeren Leitungsteile stehen
beständig unter Spannung, die vielmehr nur im Falke des Erdschlusses und, falls
dieser eine Schaltvorrichtung wirksam werden läßt, nur für den Augenblick des Wirkens
auftritt. Eine erhebliche Kapazität der Sonde ist, wie gezeigt, leicht zu erzielen,
so daß man ohne Hilfsstrom erhebliche Schaltleistungen erhalten kann, zumal bei
Anwendung des beschriebenen Durchbruchswiderstandes. Mit dem ohnedies erforderlichen
Isolierrohr ist die Isolierung der Sonde ohne weiteres gegeben; das Rohr bedarf
bei der Ausführung nach Abb. 2 und 4 nicht einmal eirner Verstärkung, weil hier
die Sonde an einer nicht der Vollbeanspruchung unterworfenen Stelle angeordnet ist;
im anderen Falle genügt eine geringe Verstärkung.