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Hochspannungstransformator mit Ölisolation Bei Transformatoren für
sehr hohe Spannungen, wie sie beispielsweise für Isolationsprüfungen benötigt werden,
macht die Isolation der Wicklungen gegeneinander und gegenüber dein Kern sowie auch
die sonstige bauliche Ausgestaltung erhebliche Schwierigkeiten. Zur Überwindung
derselben sind verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden. So hat man beispielsweise
eine Reihenschaltung von mehreren Transformatoren verwendet, von denen jeder nur
für eine Teilspannung bemessen zu sein braucht. Eine derartige Anordnung benötigt
jedoch einen großen Platzbedarf und stellt sich infolge des großen Materialaufwandes
verhältnismäßig teuer.
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Will man andererseits einen einzigen Transformator verwenden, so ergeben
sich Schwierigkeiten bezüglich der bei Öltransförmätoren unvermeidlichen Durchführungsisolatoren,
da diese bei den in Betracht kommenden Spannungen von der Größenordnung von zo6
Volt außerordentlich lang und schwer werden. Wenn man die Durchführungsisolatoren
in üblicher Weise im Deckel des Transformatorkessels anordnen wollte, so käme man
zu Bauhöhen, die sich im Hinblick auf die Gebäudekosten verbieten. Man hat sich
daher in manchen Fällen so geholfen, daß man den Durchführungsisolator seitlich
aus dem Transformatorkasten waagerecht herausgeführt-hat. Auch diese Anordnung hat
Nachteile, da wegen der Länge des Durchführungsisolators außerordentlich starke
Biegungsbeanspruchungen entstehen, die- die Durchführung stark verteuern.
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Gegenstand der Erfindung ist eine neuartige Bauart eines derartigen
Transformators, bei welcher diese Nachteile vermieden werden, und zwar wird erfindungsgemäß
das Gehäuse des Transformators aus drei übereinanderliegenden Teilen zusammengesetzt,=von
denen der mittlere aus Metall besteht und mit dem Kern sowie der Erregerwicklung
und der Mitte der Hochspannungswicklung leitend verbunden ist und diese Teile umgibt.
Die oberen und unteren Gehäuseteile bestehen aus Isolierstoff, insbesondere Hartpapier,
und enthalten in ihrem Innern außer der Ölfüllung nur je einen Leiter, der von je
einem Ende der Hochspannungswicklung nach unten an Erde führt bzw. nach oben an
die Hochspannungsklemme.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß ein Durchführungsisolator für die
Hochspannungsableitung überhaupt in Fortfall kommt. Die aus Isolierstoff bestehenden
oberen und unteren Gehäuseteile werden nicht nur deswegen viel kürzer als eine Durchführung,
weil sie nur je für den halben Wert der Hochspannung bemessen zu sein brauchen,
sondern auch deswegen, weil sie ihrem Wesen nach nicht Durchführungsisolatoren darstellen,
sondern Stützisolatoren, die bekanntlich an sich schon geringere Isolationsstrecken
besitzen können als
Durchführungsisolatoren. Es ist also durch die
neue Anordnung die Isolierung von dem sog. Durchführungsproblem auf das in elektrischer
Hinsicht günstigere Stützerproblem zurückgeführt. Die Folge ist, daß man bei dieser
Ausbildung eines Höchstspannungstransformators eine wesentlich geringere gesamte
Bauhöhe benötigt als bei einem Transformator mit Hochspannungsdurchführungsisolator,
und ferner ergibt sich auch eine erhebliche Verbilligung, die bei einem Transformator
für z. B. i ooo ooo Volt etwa 50"/, des Gesamtpreises beträgt.
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Besonders zweckmäßig wird die Anordnung, wenn die Hochspannungswicklung
des mit aufrecht. stehenden Schenkeln ausgeführten Transformators aus zwei symmetrischen,
axial nebeneinanderliegenden und in Reihe geschalteten Teilen besteht, von denen
jeder in an sich bekannter Weise konzentrische Wicklungslagen mit abgestuften axialen
Längen besitzt, die in radialer Richtung von der mittleren Wicklungslage aus nach
innen und außen hin in Serie geschaltet sind, so daß die Potentialdifferenz gegenüber
dem Kern von der mittleren Wicklungslage aus nach innen und außen hin abnimmt. Diese
Anordnung hat den Vorteil, daß der Transformator sich hinsichtlich seiner Isolation
so verhält, als wenn er nur für die halbe Hochspannung bemessen wäre, und ferner
wird der Aufwand an aktivem Eisen sehr gering, da nur ein gemeinsamer Kern für beide
Hochspannungswicklungen benötigt wird. Ferner ist der Transformator frei von Potentialverbindungen
und von irgendwelchen Schubwicklungen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Das Gehäuse des Transformators besteht aus drei übereinanderliegenden
Teilen i, 2 und 3, von denen der mittlere Teil 2 aus Blech besteht und erforderlichenfalls
zur Verbesserung der Kühlung mit Kühlrippen oder Wellen versehen sein kann. Dieser
Gehäuseteil enthält den die Wicklungen tragenden Kern q. und ist mit diesem leitend
verbunden. Der untere Gehäuseteil i besteht aus Isolierstoff, insbesondere Hartpapier,
und dient als Träger der oberen Teile sowie des aktiven Transformators. Der Gehäuseteil
i ist so bemessen, daß er den Teil 2 mitsamt dem Kern gegen Erde für die halbe Betriebsspannung
isoliert. Der obere Gehäuseteil 3, der auf dem Blechmantel 2 sitzt, besteht gleichfalls
aus Isolierstoff und ist ebenfalls für die halbe Betriebsspannung bemessen, so daß
an seinem Deckel die Oberspannungsklemme 5 ohne Verwendung eines besonderen Durchführungsisolators
angebracht werden kann. Das ganze Gehäuse ist in üblicher Weise mit Öl gefüllt.
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Der Kern, der im vorliegenden Falle als Mantelkern ausgebildet ist,
trägt zwei getrennte, axial nebeneinanderliegende Hochspannungswicklungen 6 und
7, von denen jede bezüglich der Windungszahl und der Isolation für den halben Wert
der Hochspannung bemessen ist. Die beiden Wicklungen bestehen in bekannter Weise
aus konzentrischen Wicklungslagen mit abgestuften axialen Längen. Die einzelnen
Wicklungslagen sind in radialer Richtung von der mittleren Wicklungslage aus unter
Abnahme der Potentialdifferenz gegenüber dem Kern nach innen und außen hin in Serie
geschaltet. Demgemäß besitzen die beiden Endpunkte 8 und 9 gegenüber den innersten
und äußersten Wicklungslagen die höchste Potentialdifferenz, und zwar beträgt diese
entsprechend der Bemessung der Wicklungen jeweils die Hälfte der Betriebsspannung.
Zwischen den beiden Punkten 8 und 9 herrscht also die volle Spannung. Das Wicklungsende
8 ist durch eine Leitung =o mit Erde verbunden, während das Ende 9 an die Hochvoltklemme
5 angeschlossen ist. Die beiden Wicklungen 6 und 7 sind mit den dem Kern zunächstliegenden
Enden =i und 12 in Reihe geschaltet und mit dem Kern q. leitend verbunden. Die Erregerwicklung,
die sich zwischen den innersten Wicklungslagen der beiden Hochspannungswicklungen
und dem Kern befindet und mit letzterem gleichfalls leitend verbunden ist, besteht,
wie in der Zeichnung dargestellt, aus zwei parallel geschalteten Wicklungsteilen
13 und =q.. Diese Anordnung ist besonders zweckmäßig, weil hierbei die Erregerwicklungen
als Schubwicklungen wirken und eine Verminderung der Streuung herbeiführen. Statt
dessen könnten aber auch die beiden Erregerwicklungen in Reihe geschaltet sein,
oder es könnte eine gemeinsame, über die ganze Schenkellänge durchlaufende Erregerwicklung
verwendet werden. Die Enden der Erregerwicklungen sind zu Klemmen außerhalb des
Gehäuseteiles 2 geführt, und zwar unter Verwendung von Durchführungsisolatoren 15,
die nur entsprechend der Größe der Erregerspannung'bemessen zu sein brauchen, da
der Blechmantel 2 das gleiche Potential besitzt wie der Kern q. und die Erregerwicklung.
Die Speisung der Erregerwicklungen erfolgt von einer in der Zeichnung nicht dargestellten
Stromquelle aus, die gegen Erde für die halbe Betriebsspannung isoliert ist. Man
kann hierzu beispielsweise einen isoliert aufgestellten Generator verwenden, der
über eine Isolierwelle von einem auf Erdpotential befindlichen Antriebsmotor angetrieben
wird.
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Will man noch höhere Spannungen erzeugen, als es mit einem derartigen
Transformator möglich ist, so kann man mehrere Transformatoren in an sich bekannter
Weise hochsparmungsseitig in Reihe schalten. In diesem Falle wird man die bauliche
Anordnung vorzugsweise
so treffen, daß auf dem Gehäuseteil 3 ein
weiteres, dem Gehäuseteil 2 samt Kern q. mit Wicklungen entsprechendes Element sitzt,
an das sich nach oben wieder ein Isoliergehäuse entsprechend dem Teil 3 anschließt,
das die Hochspannungsklemme trägt. In dieser Weise kann man`,beliebig viele Transformatoren
räumlich übereinander anordnen, wobei jeweils aus Isolierstoff bzw. Metall bestehende
Gehäuseteile abwechseln.