DE521475C - Transformator, insbesondere Messwandler, fuer hohe Spannungen, bestehend aus in Kaskade geschalteten Einzelsystemen mit in Reihe liegenden Primaerwicklungen und Schub- und UEberkopplungswicklungen - Google Patents

Transformator, insbesondere Messwandler, fuer hohe Spannungen, bestehend aus in Kaskade geschalteten Einzelsystemen mit in Reihe liegenden Primaerwicklungen und Schub- und UEberkopplungswicklungen

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DE521475C
DE521475C DEK114126D DEK0114126D DE521475C DE 521475 C DE521475 C DE 521475C DE K114126 D DEK114126 D DE K114126D DE K0114126 D DEK0114126 D DE K0114126D DE 521475 C DE521475 C DE 521475C
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DEK114126D
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Franz Joseph Fischer
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Koch and Sterzel AG
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Koch and Sterzel AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18Rotary transformers

Description

  • Transformator, insbesondere Meßwandler, für hohe Spannungen, bestehend aus in Kaskade geschalteten Einzelsystemen mit in Reihe liegenden Primärwicklungen und Schub- und Überkopplungswicklungen Es sind bereits Drosselspulen bzw. Wandler für hohe Spannungen bekannt, bei denen Hochspannungswicklung und Eisenkern in mehrere Teile unterteil, die einzelnen Teilwicklungen in Reihe geschaltet und die Teilkerne von Erde isoliert und mit der Mitte der auf die senkrecht verlaufenden Schenkel der viereckigen Kerne verteilten Teilwicklung verbunden sind. Diese Verbindung braucht nicht metallisch leitend zu sein, sondern kann auch über einen Kondensator erfolgen, dessen Beläge durch die Wicklung einerseits und den Eisenkern andererseits gebildet werden. Es bilden also die Eisenkerne gewissermaßen zur Wicklung in Parallelschaltung liegende Kondensatoren, welche im. Verhältnis zur Fortpflanzungszeit der durch die NN'icklung fortschreitenden Überspannungswelle augenblicklich auf Spannung kommen. Die `Felle, welche durch die Hochspannungswicklung läuft und deren Drahtisolation beansprucht, entspricht daher nur der auf die Teilspule entfallenden, ungefährlichen Teilspannung. Durch eine derartige Unterteilung des Spannungsgefälles wird eine bessere Spannungsverteilung erzielt, bei welcher die örtlichen Beanspruchungen der Isolationen geringer werden. Auch ist es bereits bekannt, die Kondensatoren aller Systeme als konzentrisch zueinander liegende Zylinderkondensatoren auszubilden.
  • Weiterhin ist es bekannt, auf die die beiden Wicklungen tragenden Enden bzw. Schenkel eines stabförmigen oder viereckigen Eisenkernes eine in sich kurzgeschlossene Magnetisierungs- oder Schubwicklung aufzubringen und ebenso zum Zwecke der Erzielung gleicher Potentialstufen sämtliche Enden der in Reihe geschalteten Elemente durch Ausgleichs- oder Überkopplungswicklungen elektromagnetisch zu verketten. Diese Schaltungen der sogenannten Kaskadenwandler sind in der Siemens-Zeitschrift 1928, Seite 631 Bild r zusammengestellt.
  • Auch ist eine Einrichtung, um den Potentialunterschied zwischen den beiden Wicklungen eines Hochspannungstransformators zu vermindern, bekannt geworden. bei der die Wicklungen des hlochspannungstransforinators und des Hiltstranstorniators auf einem genfeinsamen, gegen Erde isolierten Eisenkern angeordnet sind und bei der die Sekundärwicklung in zwei oder mehr in Reihe geschaltete. räumlich getrennte Zylinder- oder Lagenwicklungen ausgeführt -ist und die 2vlagnetisierungswicklung (Schubwicklung) derart nahe dein einen Ende des Spulensysteins angeordnet ist. daß die Potentiale nahezu gleich sind. Dabei ist die Primärspule über der Sekundärspule angeordnet, so daß auch beide konzentrisch zu der Schubwicklung lie-g efi. Diese Ausbildung ermöglicht eine sehr breite Ausführung der Primärspule, eine feste Kopplung und eine große Energieübertragung.
  • Weiterhin ist ein als Glied einer Transforinatorkaskade verwendbarer, isoliert aufgestellter Einphasentransformator mit einer Primärwicklung niederer Spannung, einer Sekundärwicklung hoher Spannung und einer dritten Wicklung meist niederer Spannung, welche zum Anschluß bzw. zur Speisung der Primärwicklung eines zweiten gleichartigen Transformators der Kaskade dient. dessen Sekundärwicklung zur Erzielung höherer Spannungsstufen finit der Sekundärwicklung des Vordertransformators in Reihe geschaltet ist und seine dritte Wicklung zur Speisung eines weiteren derartigen Transformators der Kaskade dienen kann. vorgeschlagen wörden, dessen Kennzeichen darin besteht, daß die Wicklungen des Transformators derart angeordnet sind, daß allein durch die kapazitiv e Verkettung der Wicklungen gegeneinander und gegen Eisen eine solche Potentialverteilung auf die Wicklungen erreicht wird, daß sich von selbst eine möglichst geringe Potentialdifferenz zwischen benachbarten Wicklungen einstellt. Hierbei «-erden die Enden benachbarter Wicklungen derart ausgebildet, daß ihre Enden als Beläge von Kapazitäten dienen.
  • Es ist auch bereits eine Schutzeinrichtung für Transformatoren, Drosselspulen u. dgl. gegen die Einwirkung elektrischer N@,-ellen bekannt geworden, die darin besteht, daß parallel zu den Scheibenspulen bzw. zwischen denselben isolierte Metallscheiben angeordnet und mit den Windungen benachbarter Spulen verbunden sind, uni eine gleichmäßige Z% erteilung plötzlich auftretender Wellen auf die benachbarten Windungen zu erzielen.
  • Der Gegenstand der Erfindung betrifft einen Transformator, insbesondere Meßwandler, für hohe Spannungen. bestehend aus in Kaskade geschalteten EinzeIsysteuien mit in Reibe liegenden Primärwicklungen und Schub- und überkopplungswiclciungeu.
  • Die I?rfinclung geht Von der Erkenntnis aus. auftreffende Wandlerwellen finit steiler Stirif oderlloclifre@lueiizscli@N-inäuiigeii, welclic diese -Erscheinungen im Gefolge haben, sei es durch einen kapazitiven Schutz finit Kondensatoren zwischen Hochspannungsspule und Erde, sei es nur durch eine kapazitive Überbrückung vier mittels passender Kondensatoren zwischen den Wickltnigsenden der Spulen oder 51)tilengrulfpeii für die Wicklung selbst unschädlich zu machen. Iss soll also eine Ableitung der hochspannuifgsseitig auftretenden Überspannung durch den Transformator, insbesondere den Meßwandler, für hohe Spannungen hindurch erfolgen. so daß die Wicklungen selbst von. diesen nicht betroffen werden.
  • Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, bei derartigen Transformatoren alle M'icklungen konzentrisch zueinander anzuordnen und sie -durch dazwischenliegende, mit den Enden der lagenweise angeordneten Primärwicklung verbundene, leitende und geschlitzte Zylinder zu trennen, um dadurch eine kapazitiv e Durchkopplung durch den Transformator zu erzielen. Dabei bilden abwechselnd die Lagen der Wicklung und die Zylinder oder Zylinder und Zylinder die Beläge der sämtlich in Reihe liegenden Kondensatoren. Eine auftreffende Überspannungwelle wird also kapazitiv durch das ganze Transformatorsystem nach Erde abgeleitet, ohne auf die Wicklungen einen schädlichen Einfluß ausüben zu können. -Hierdurch wird der Vorteil erzielt, ciaß die unmittelbar zwischen den Wicklungen befindlichen Kapazitäten durch die Wicklungslagen selbst weiter kapazitiv unterteilt sind, so daß ein Durchschlag, wie er bei Ein-Lagenwicklungen zwischen der ersten die volle Spannung besitzenden `Findung und dem Eisenkern auftritt, vermieden ist. Weiterhin wird durch die leitenden Zylinder eine statische Kapslung aller Lagen der Primärwicklung erzielt. Auch können die um die Primärwicklung gelegten Überkopplungswicklungen und die Sekundärwicklung jetzt unmittelbar auf diese Zylinder gelegt werden, so daß sie im Sinne der Erfindung kapazitiv mit der Primärwicklung gekoppelt sind. Bei dem unmittelbar an der Hochspannung liegenden Teil der Primärwicklung wird überhaupt die erste Lage in an sich bekannter Weise als Eingangswindung mit verstärktem Leiterquerschnitt ausgebildet. indem sie von den übrigen Lagen durch einen mit dein Eingangslagenende und dein Anfang der dartinterliegenden Lage der Wicklung verbundenen, sich über die ganze Lagenlünge erstreckenden leitenden Zylinder getrennt ist. Dabei bildet die erste Lage den einen Belag; und der Zylinder ileii ;i;;@le#reii Belag eines Eingangskondensators. der parallel zu der als Eingangsdrossel wirkenden ersten Lage der Primärwicklung liegt.
  • Die leitenden geschlitzten Zylinder können nicht nur als Belegungen von Kondensatoren benutzt werden, sondern auch gleichzeitig als Windung, wie dies bei Abschlußkörpern der Wicklungssäulen von Transformatoren gegen Überspannung an sich bekannt ist, dienen, nämlich durch Anschluß der darüberliegenden Wicklungslage an sein eines und Anschluß der darunterl=egenden Wicklungslage an sein anderes Ende. Dabei kann die Wicklungslage unmittelbar an dem Zylinder anliegen oder räumlich von diesem getrennt sein. Die leitenden Zylinder können als volle oder gitterförmige, geschlitzte Metallzylinder oder auch als angeordnete leitende Ringe, Stäbe o. dgl. ausgebildet sein.
  • In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt.
  • Die Abb. i und 3 geben die an sich bekannten Schaltschemata von Kaskadenspannungswandlern an, während die Abb. 2 und 4 die erfindungsgemäße praktische Durchbildung der einzelnen Transformatorsysteme und ihren Einbau in Isoliergehäuse gemäß den Abb. 5 und 6 zeigen.
  • Nach Abb. i ist das obere Ende der Priinärwicklung ii an die Leitung 12 gelegt, die die zu messende Hochspannung besitzt. Mit ihrem unteren Ende liegt sie an dem Eisenkern 13, an dein ebenfalls das obere Ende der nächsten Primärwicklung 14 angeschlossen ist. Diesen beiden Wicklungen ii und 14 liegen die auf dem Eisenkern 13 angeordneten Schubwicklungen 15 und 16 gegenüber. Das zweite darunterl=egende Transformatorsystem wird durch Überkopplungswicklungen 17, 18 mit dem oberen System verbunden, und zwar über zwei Leitungen i9, 2o. Die Leitung i9 dient dabei gleichzeitig zur Verbindung der Primärwicklung 14 mit der ersten Primärwicklung 21 des anderen Svstem's sowie der einen Enden der Überkopplungswicklungen i7 und 18. Auf dem Eisenkern 22 dieses zweiten Systems liegen neben den Schubwicklungen 23, 24 noch die zweite, mit ihrem unteren Ende mit Erde verbundene Primärwicklung 25 und die Sekundärwicklung 26, an die das Meßinstrument 27 angeschlossen wird.
  • Das Schaltschema nach Abb. 3 unterscheidet sich von diesem Schaltschema nur dadurch, daß für die Verbindung der beiden Primärwicklungen 14, 21 und der beiden Überkopplungswicklungen 17, 18 je eine besondere Leitung i9 und 28 vorgesehen ist.
  • Diese aus den Schaltschemata ersichtlichen Wicklungen werden gemäß den Abb. -2 und 4 angeordnet. Zunächst werden auf die horizontal liegenden Schenkel des Eisenkernes 13 die Schubwicklungen i .# und 16 aufgebracht und ihre linken Enden an den Stellen 29 mit dem Kern, ihre rechten Enden durch eine Leitung 30 miteinander verbunden. Darüber lagern sich zwei geschlitzte Metallzylinder 31, 32, an die das eine Ende der Primärwicklungen i i und 14 angeschlossen wird und die ebenfalls an den Stellen 29 mit dem Eisenkern verbunden sind. Die Primärwicklungen i i und 14 sind lagenweise gewickelt und liegen gleichachsig zu den Schubwicklungen 15 und 16. Die oberste Lage 33 der . Primärwicklung i i wird durch den geschlitzten Metallzylinder 34 von den übrigen Lagen getrennt und mit dem Lagenende bzw. -anfang elektrisch verbunden und stellt, gleichzeitig eine Eingangsdrosselspule dar. Sie liegt auf dem Metallzylinder 34 auf und wird von dessen umgebogenen Rändern umfaßt. Auf die oberste Lage der Primärwicklung 14 ist ein geschlitzter Metallzylinder 35 mit umgebogenen Rändern aufgebracht, an den das andere Ende der Primärwicklung 14 angeschlossen wird. Um diesen Metallzylinder 35 legt sich die Überkopplungswicklung 17 herum.
  • Die gleiche Anordnung ist bei dein zweiten System getroffen. Auch hier werden wieder die horizontal liegenden Schenkel des Eisenkernes 22 von den Schubwicklungen 23 und 24 umgeben, die durch geschlitzte Metallzylinder 36, 37 umschlossen werden. Auf diesen sitzen die Primärwicklungen 21, 25. Auf die Endenlagen dieser Wicklungen sind wieder geschlitzte Metallzylinder 38, 39 gebracht. Zwischen die Metallzylinder 36, 38 und 37. 39 sind die Primärwicklungen 21, 25 geschaltet. Auf dem Metallzylinder 38 liegt die Überkopplungswicklung 18 und auf dem Metallzylinder 39 die Sekundärwicklung 26, an die das Meßinstrument 27 angeschlossen ist. Das Ende der Hochspannungswicklung 25 ist mit dem Metallzylinder 39 und über diesen mit Erde verbunden.
  • Die rechts von den Abb. 2 und 4 gezeichneten symbolischen Schaltungsschemata lassen die zwischen Wicklungen und Zylindern und zwischen Zylindern und Zylindern bestehenden Kapazitäten 4o bis 47, die parallel zu den entsprechenden Wicklungen liegen, erkennen. Dabei sind die K=apazitäten 41. 42, 45 und 4( noch entsprechend der Anzahl der vorhandenen Lagen unterteilt. Die zwischen Zylindern und `'Wicklungen liegenden Kapazitäten sind dabei die größten.
  • Die Abb. ; und 6 lassen den bei der Anordnung der@M7iclclungen nach der 1?rfindung sich ergebenden einfachen konstruktiven Aufbau eines derart ausgebildeten Transformators bzw. lle!iwandler@ in Kaskadenschaltung erkennen. Hiernach sind die beiden Einzelsvsteme 48, 49 von einem einteiligen, zvlindrischen Isoliergehäuses 5o umgeben.

Claims (3)

  1. PATF-NTANSPRÜCHR: i. Transformator. insbesondere lleßwandler, für hohe Spannungen, bestehend aus in Kaskade geschalteten Einzelsystemen mit in Reihe liegenden Primärwicklungen und Schub- und Überkopplungswicklungen, gekennzeichnet durch die kapazitive Durchkopplung aller Wicklungen untereinander, infolge konzentrischer Anordnung aller Wicklungen und ihrer Trennung durch dazwischenliegende, mit den Enden der lagenweise angeordneten Primärwicklung verbundene, leitende und geschlitzte Zylinder.
  2. 2. Transformator, insbesondere Meßwandler, nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die unmittelbar an Hochspannung ängeschlossene, in an sich bekannter Weise als Eingangswicklung mit verstärktem Leiterquerschnitt ausgebildete Eingangslage und den übrigen Teil der Primärwicklung ein mit dem Ende der Eingangs-. und dem Anfang der darunterliegenden Lage verbundener, sich über die ganze Lagenlänge erstreckender leitender, geschlitzter Zylinder angeordnet ist.
  3. 3. Transformator, insbesondere Meßwandler, nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Lagen bzw. Wicklungen befindliche leitende, geschlitzte ' Zylinder durch Anschluß der darüberliegenden Wicklungslage an sein eines und Anschluß der. darunterliegenden Lage an sein anderes Ende gleichzeitig in anderweit bekannter Weise als Windung dient.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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