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Transformator, bei welchem die Klemmen hohen Potentials an eine in
der Mitte eines Schenkels gelegene Windung angeschlossen sind Die Erfindung betrifft
Transformatoren, bei denen mehrere Schenkel bewickelt sind. Bei solchen Transformatoren
ist es bekannt, die Klemmen der Hochspannungswicklung an die in der Mitte des Schenkels
befindlichen Windungen anzuschließen und die an den Enden der benachbarten Schenkel
liegenden Windungen miteinander zu verbinden. Handelt es sich jedoch um eine Anordnung,
bei der eine Klemme der Hochspannungswicklung geerdet werden soll, so ergeben sich
mit dieser Anordnung keine günstigen Verhältnisse. Es ist deshalb gemäß der Erfindung
bei einem solchen Transformator nur die eine Klemme hohen Potentials an eine in
der Mitte eines Schenkels gelegene Windung angeschlossen und die an den Enden dieses
Schenkels gelegenen Windungen mit den in der Mitte des anderen Schenkels gelegenen
Windungen unmittelbar verbunden. Die an den Enden des anderen Schenkels gelegenen
Windungen sind an Erde angeschlossen. Diese Anordnung ist noch weiter dadurch verbessert,
daß die Hochspannungswicklung noch mit einer besonderen elektrostatischen Schirmkonstruktion
versehen ist, um bei plötzlichen Spannungsstößen eine gleichmäßige Spannungsverteilung
zu erhalten.
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In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es handelt sich dabei um einen Einphasenhochspannungstransformator. Abb. i ist die
Vorderansicht, Abb. 2 die Rückansicht und Abb. 6 ein Vertikalschnitt des Transformators;
Abb. 7 ist -ein Schnitt in der Ebene 7-7 der Abb. 6; Abb. 8 ist ein Schaltbild der
Hochspannungswicklung, in das die elektrostatische Abschirmung mit eingezeichnet
ist; Abb.3, 4 und 5 stellen einzelne Teile der Schirmkonstruktion dar. Für gleiche
Teile sind in den verschiedenen Abbildungen die gleichen Hinweisziffern verwendet.
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Der Transformator besitzt einen lamellierten Kern mit den beiden Schenkeln
io und i i (vgl. Abb. 6), die durch die beiden Joche 12 miteinander verbunden sind.
Auf den beiden Schenkeln ist je eine zylindrische Niederspannungswicklung 13 und
14 aufgebracht. 15 und 16 sind die entsprechenden Hochspannungswicklungen der beiden
Schenkel. Die Klemme 17 der Hochspannungswicklung ist an die Mitte der Wicklung
16 angeschlossen (Abb. i und 8). Beide Enden der Wicklung 16 sind durch den Leiter
18 an die Mitte der Wicklung 15 angeschlossen (Abb. 2 und 8). Die beiden Enden der
Wicklung 15 sind miteinander verbunden und zu der geerdeten Klemme i9 geführt (Abb.8).
Auf diese Weise sind auf jedem Schenkel zwei Teile der Hochspannungswicklung parallel
geschaltet,
und der Strom fließt jeweils von der Mitte des Schenkels
nach dem Joch hin. Da die Klemme ig geerdet ist, besitzen auf jedem Schenkel diejenigen
Windungen, die am nächsten bei dem Joch 12 liegen, eine niedrigere Spannung als
die in der Schenkelmitte liegenden Windungen, und es ist infolgedessen nur eine
relativ geringe Isolation zwischen Joch und Wicklung erforderlich.
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Es ist häufig zweckmäßig, die Reaktanz des Transformators klein zu
halten. Man erreicht dies dadurch, daß man den Abstand zwischen Hoch- und Niederspannung
möglichst klein macht. Auf diese Weise braucht man weniger Kupfer und weniger Isolationsmaterial,
und der Widerstand der Hochspannungswicklung wird ebenfalls geringer. Da die beiden
Enden der Wicklung 15 geerdet sind, kann dort der Abstand zwischen Hoch-und
Niederspannungswicklung sehr klein gemacht werden. Mit dem steigenden Potential
der Hochspannungswicklung gegen die Schenkelseite hin muß auch der Abstand nvischen
Niederspannungswicklung 13 und Hochspannungswicklung 16 anwachsen (Abb. 6). Die
Enden der Wicklung 16 besitzen dasselbe Potential wie die Mitte der Wicklung 15.
Sie
benötigen deshalb auch den gleichen Abstand von der Niederspannungswicklung wie
die Mitte des Schenkels io. Der Abstand zwischen der Wicklung 16 und i q.
muß von den nach dem Joch hin liegenden Enden weiterhin anwachsen, bis er in der
Schenkelmitte seinen größten Wert erreicht.
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Der durchschnittliche Abstand zwischen den Wicklungen 14 und 16 ist
größer als der durchschnittliche Abstand zwischen den Wicklungen 15 und 13.
Infolgedessen würde auch die Streureaktanz des Schenkels i i größer sein als diejenige
des Schenkels io, sofern die Wicklungen 15 und 16 gleiche Windungszahl
besäßen. Diese Ungleichheit in den Reaktanzen ist dadurch beseitigt, daß die Wicklung
15 eine ,größere Zahl von Windungen erhält als die Wicklung 16. Die Zahl
der Windungen @ ist so gewählt, daß beide Schenkel wieder gleiche Reaktanz besitzen.
Dadurch, daß die Wicklung 16 weniger Windungen als die Wicklung 15 erhält,
wird Platz geschaffen für die stärkere Isolation, die an den Enden der Wicklung
16 gegen das Joch notwendig ist (Abb. 6).
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Die Spulen der Wicklungen 15 und 16
haben sämtlich gleiche
Querschnitte. Ihr Durchmesser nimmt jedoch von beiden Schenkelenden nach der Schenkelmitte
hin zu. Durch diese symmetrische Anordnung sind zusätzliche magnetische Kräfte zwischen
Hoch-und Niederspannungswicklung vermieden.
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Um auch gegen plötzliche Spannungsstöße geschützt zu .sein, die eine
sehr hohe elektrische Beanspruchung zwischen den Windungen hervorrufen, ist der
Transformator mit einer besonderen Abschirmkonstruktion versehen. Diese Abschirmung
besteht aus leitenden Teilen 20, 22, 2q., 25, 26, die den Hochspannungswicklungen
i 5 und 16 gegenüberstehen (Abb.8) und mit der Hochspannungsklemme i7 verbunden
sind. Die einzelnen Teile sind entlang der Hochspannungswicklung so verteilt, daß
durch jede Windung und die gegenüberstehende Abschirmung eine bestimmte Kapazität
gebildet wird. Kommt nun eine Spannungswelle über die Hochspannungsklemme 17 an,
so erhalten sämtliche Abschirmteile sofort die gleiche Spannung wie die ankommende
Welle, und ein Ladestrom geht durch die jeweiligen Kapazitäten auf die einzelnen
Hochspannungswindungen über. Auf diese Weise erhält jede Windung sofort ein Potential,
das durch die Kapazität, durch die der Ladestrom fließt, bestimmt wird. Überspannungen
zwischen den einzelnen Windungen werden dadurch vermieden. Die Abschirmkonstruktion
ist in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß die Kapazität in der Nähe der
Hochspannungsklemme 17 am größten ist und gegen die geerdete Klemme i 9 am
anderen Ende der Wicklung hin abnimmt. Auf diese Weise wird zu allen Zeiten eine
gleichmäßige Spannungsverteilung über die gesamte Hochspannungswicklung erhalten.
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Die Kapazität zwischen einer Windung und der Abschirmung hängt von
der Größe der sich gegenüberstehenden Flächen und von ihrer Entfernung ab. Bei dem
Ausführungsbeispiel ist der Abstand der Abschirmung von der Hochspannungswicklung
nach dem geerdeten Ende der Wicklung hin vergrößert. Auf diese Weise erhält man
gleichzeitig die richtige Isolation für die Abschirmung; denn, da die schirmenden
Teile sämtlich die gleiche hohe Spannung besitzen, ist die Spannungsdifferenz gegenüber
dem entsprechenden Wicklungsteil gegen das geerdete Wicklungsende hin am größten.
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Bei der Ausbildung der Abschirmung ist auf die Spulenanordnung der
Hochspannungswicklung Rücksicht genommen. Die Wicklungen 15 und 16
sind aus Scheibenspulen mit einem gewissen Abstand voneinander aufgebaut (Abb. 6).
Der Abstand ist deshalb vorgesehen, damit Kanäle geschaffen werden für die zur Kühlung
der Spulen nötige ölzirkulation. Damit diese ölzirkulation nicht durch eine große
Abschirmfläche unterbunden wird, sind bei den an die Mitte grenzenden Wicklungsteilen
des Schenkels i i die Abschirmteile als einzelne Leiter 2o dicht um die Scheibenspulen
herumgelegt. Die beiden Enden jedes Leiters 2o liegen auf entgegengesetzten Seiten
des Transformators (Abb. 7).
Von den Spulen sind sie durch Isolierstreifen
21 getrennt, deren Dicke bei der in der Nähe der Schenkelmitte liegenden Abschirmung
geringer ist als bei den weiter außen liegenden. Die beiden Enden eines jeden Leiters
2o sind von der ihnen gegenüberliegenden Spule weggebogen, um Zerstörungen an der
Wicklungsoberfläche zu vermeiden. Das eine Ende jedes Leiters 2o ist mit der Hochspannungsklemme
17 über die Verbindung 22 angeschlossen. Das andere Ende von 2o ist in einen
Isolierkanal23 eingebettet. An den beiden nach den beiden Jochen zu liegenden Enden
der Wicklung 16 sind die Abstände zwischen den Hochspannungswicklungen und der Abschirmung
größer, da die Kapazität geringer sein muß. Dieser Abstand ist groß genug, um dem
Öl eine genügende Zirkulation zu ermöglichen. Die den einzelnen Spulen gegenüberliegenden
Leiter brauchen deshalb nicht voneinander getrennt zu werden, sondern sie können
als Abschirmmantel2¢ ausgebildet sein. Jeder Mantel 24 besitzt einen im wesentlichen
zylindrischen Innenträger aus festem Isoliermaterial, z. B. Preßspan. Dieser Innenträger
ist mit schmalen Streifen aus leitendem Material, z. B. Neusilber, bewickelt, und
das Ganze ist isoliert. Die leitenden Streifen sind durch den Leiter 25 mit der
Hochspannungsklemme 17 verbunden (Abb. i).
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Die Wicklung 15 ist von einem ähnlichen Schirmring 26 umgeben,
dessen Einzelheiten, mit Ausnahme der äußeren Isolierschicht, in Abb.3 gesondert
dargestellt sind. 27 ist der Träger aus Isoliermaterial, der zylindrisch oder leicht
konisch ist, um dadurch den Abstand gegen die Wicklung 15 nach der geerdeten
Klemme i9 stetig zu vergrößern. Der Träger 27 ist querlaufend mit flachem, schmalem
Streifen 28 aus hochohmschem leitendem Material bewickelt. Auf diese Weise ist eine
leitende Schicht auf dem Träger 27 gebildet, die wegen ihres hohen Widerstandes
und ihrer Einteilung in schmale Streifen niedrigere Wirbelstromverluste besitzt.
Der Träger 27 dieses Schirmringes und sein leitender Belag, der durch die Streifen
28 gebildet wird, ist, wie aus der Abb. 6 zu ersehen ist, mit einer Isolierschicht
umgeben. Die leitenden Streifen 28 sind mit der Hochspannungsklemme 17 durch
den Leiter 29 verbunden (Abb. i).
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Die Windungen, die durch den Streifen 28 gebildet werden, sind durch
den Draht 3o, der mit ihnen entlang einer Kante des Trägers 27 verlötet ist, miteinander
verbunden. Aus Abb. ¢, die einen Querschnitt durch die Ebene q.-¢ der Abb. 3 darstellt,
ist dies deutlich zu ersehen. Eine solche Verbindung zwischen den Windungen ist
unbedingt nötig, wenn jede Windung für sich getrennt gewickelt ist. Wenn die Windungen
durch Aufwickeln eines einzigen fortlaufenden Streifens gebildet sind, stellt der
Draht 3o einen induktionsfreien Weg für den Ladestrom dar, der von der Hochspannungsklemme
17 nach den Windungen fließt. Durch die -\Vicklungsanordnung der Windungsstreifen
quer über den Träger 27 erhalten diese Windungen eine im wesentlichen parallele
Lage zur Schenkelachse, so daß wenig oder gar keine Spannung durch den Streufluß
der Hochspannungswicklung in ihnen erzeugt werden kann.
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Jeder isolierende Träger 27 erstreckt sich rund um die Hochspannungswicklung,
so daß er sicher und leicht befestigt werden kann. Der leitende Belag, der durch
die Streifen 28 gebildet ist, erstreckt sich nicht in den Raum zwischen den beiden
Schenkeln, so daß in dem beschränkten Raum zwischen den Wicklungen 15 und
16 auf eine stärkere Isolation verzichtet werden kann. Die Enden des leitenden
Belages sind an der Kante des Trägers 27, die der Schenkelmitte am nächsten liegt,
weiter nach dem Raum zwischen den beiden Schenkeln hingeführt., als an der anderen
Kante (s. Abb. 3). Auf .diese Weise wird in der Schenkelmitte eine größere
Kapazität als nach den Schenkelenden hin erhalten. An jedem Ende des leitenden Belages
liegt eine Drahtschleife 3 i schräg um den Träger 27. An dieser Drahtschleife sind
die Enden der Streifen verlötet, die nicht um die beiden Kanten des Trägers ,gewickelt
sind. Abb. 5 stellt einen Schnitt durch die Ebene 5-5 in Abb.3 dar. Es ist daraus
zu ersehen, daß derjenige Teil der Drahtschleife 3 i, der an der äußeren Oberfläche
des Trägers 27 liegt, etwas weiter von der Schenkelmitte entfernt ist als der andere,
auf der inneren Oberfläche des Trägers liegende Teil der Drahtschleife. Durch diese
Anordnung wird die elektrische Beanspruchung im Innenteil der Drahtschleife, die
am nächsten bei der gegenüberliegenden Hochspannungswicklung liegt, herabgesetzt.