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KaskadenspannungsmegwandIer Zur Messung höherer Spannungen bedient
man sich vielfach eines Spannungsteilers, der aus einer Reihe hintereinandergeschalteter
Drosselspulen besteht. Die für eine derartige-Drosselkaskade übliche Schaltung und
Potentialsteuerung der einzelnen Drosseln ist in der Fig. r der Zeichnung zum besseren
Verständnis des Erfindungsgedankens schematisch dargestellt. Mit H ist die Hochspannungsleitung
bezeichnet; E ist die Erdung. I bis III sind drei Glieder einer Drosselkette. Auf
die Kerne der einzelnen Glieder sind zunächst einmal die eigentlichen Drosselwicklungen
Dl, D2 und D3. aufgebracht, und diese Wicklungen sind hintereinander zwischen die
Hochspannungsleitung und die Erde geschaltet. Bei gleicher Dimensionierung aller
drei Stufen I bis III wird sich der gesamte Spannungsabfall gleichmäßig auf alle
Drosseln verteilen. Um nun diesen gesamten Spannungsabfall messen zu können, muß
eines der Drosselglieder eine Sekundärwicklung erhalten, aus welcher ein Meßinstrument
gespeist wird. Zweckmäßig wählt man dazu das dem Erdpotential am nächsten gelegene
Glied III, das mit einer Sekundärwicklung S versehen ist, an die das Meßinstrument
11Z angeschlossen ist. Durch die Energieentnahme für das Meßinstrument wird nun
aber diese Drossel III belastet. Dadurch geht die zunächst vorhandene Gleichmäßigkeit
der Verteilung des Gesamtspannungsabfalles auf die drei Drosseln verloren, und man
ist auch nicht in der Lage, die durch die Belastung des Gliedes III entstandene
Ungleichmäßigkeit einzueichen, da sich die Verteilung des Spannungsabfalles auf
die drei Glieder mit der Belastung ändert und da an eine solche Drosselkette Meßgeräte
sehr verschiedenen Energieverbrauches angehängt werden können.
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Umdiesemübelstand zu begegnen, hat man nach Mitteln gesucht, durch
die die ursprünglich gleichmäßige Verteilung des Spannungsabfalles auf die verschiedenen
Drosseln wiederhergestellt wird. Zu diesem Zweck hat man sogenannte Überkopplungswicklungen
zwischen den einzelnen Kernen angeordnet, die in der Zeichnung mit U bezeichnet
sind. Durch diese Überkopplungswicklungen wird gewissermaßen die durch die Sekundärwicklung
verursachte Belastung des Endgliedes III zum Teil auf die davorgeschalteten Glieder
II und I übertragen, so daß die gleichmäßige Verteilung des Spannungsabfalles auf
die Gliederkette auch bei wechselnder Sekundärbelastung sichergestellt ist. Drosselketten
der beschriebenen Art verdanken ihre Entstehung
im wesentlichen
den Isolationsschwierigkeiten, die durch die in letzter Zeit üblich gewordenen hohen
Spannungen, bedingt sind. Diese Isolationsschwierigkeiten werden durch die Verwendung
mehrerer Glieder insofern verringert, als auf jedes Glied nunmehr nur noch ein Teil
der gesamten Spannung entfällt, so daß die Isolation im Einzelgliede wesentlich
leichter zu beherrschen ist, wenn man die Einzelglieder isoliert gegeneinander aufstellt.
Nun stehen aber die Einzelglieder nicht nur durch die eigentlichen Drosselwicklungen,
sondern auch durch die Überkopplungswicklungen miteinander in Verbindung. Um unter
diesen Verhältnissen mit einem möglichst geringenIsolationsaufwandauszukommen, pflegt
man in den einzelnen Drosselstufen die Eisenkerne mit der Mitte der auf ihnen befindlichen
Drosselwicklung und die Überkopplungswicklungen mit der Verbindungsleitung zweier
benachbarter Drosselwicklungen zu verbinden. Dadurch ergibt sich eine Potentialverteilung,
die für eine beispielsweise angenommene Spannung der Leitung H. von go kV gegen
Erde zahlenmäßig in die Fig. i eingetragen ist. Die Enden der Drosselwicklungen
führen demnach Spannungen von 9o, 60, 30 und o kV gegen Erde. Die Eisenkerne
haben Spannungen von 75, 45 und 15 kV gegen Erde, die beiden Überkopplungswicklüngen
haben Spannungen von 6o und 3o-kV gegen Erde entsprechend den Spannungen der Verbindungsleitungen
derjenigen Eisenkerne, welche von ihnen miteinander gekoppelt werden. Auf diese
Weise ist das Isolationsproblemwesentlicb'vereinfacht worden,. ihsofern,#läls bei
der beispielsweise angenommenen Gesamtspannung von .go kV die höchste vorkommende
Spannung zwischen jedem Eisenkern und seiner Drosselwicklung nur noch 15 kV beträgt
und .auch die Überkopplungswicklungen lediglich gegen i 5 kV isoliert zu werden
brauchen. Um nun an Isolation möglichst zu sparen, hat -man bisher als besonders
zweckmäßig angesehen und>deshalb ausschließlich verwendet eine Spulenanordnung,
wie sie in der Fig. 2 dargestellt ist. In dieser Figur ist das Glied II aus Fig.
i dargestellt und mit D die Drosselwicklung bezeichnet. U1 bzw. U3 sind die tTberkopplungswicklungen,
die zu dem Gliede I bzw. III führen. Die Drosselwicklung D ist -in der üblichen
Weise als Scheibenwicklung ausgebildet, so daß ihre mittleren Teile das Potential
des Kerns.' führen, während ihre Stirnflächen unter Beibehaltung der für die Fig.
i angenommenen Zahlenwerte einen Spannungsunterschied von 15 kV gegen den Kern haben.
Die Spule wird demnach zweckmäßig auf ihrer gesamten Länge gegen den Kern gegen
15 kV isoliert. Da nun die Überkopplungs-Wicklungen Ui und U, ebenfalls 15 kV gegen
den Kern führen, und zwar dieselbe Spannung wie die ihnen zunächst liegenden Stirnflächen
der Spule -D haben, so kann man die Isolation der Spulen D und
U gegeneinander auf ein sehr geringes Maß beschränken und braucht lediglich
auch die Spulen U gegen den Kern zu isolieren. Der Isolationsaufwand der bekannten
Anordnung ist somit auf das denkbar niedrigste Maß eingeschränkt.
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Diese von der Fachwelt als besonders vorteilhaft angesehene Spulenanordnung
wird erfindungsgemäß verlassen und dafür eine Anordnung gewählt,. die isolationstechnisch
schwieriger zu beherrschen ist, dafür aber sehr erhebliche andere Vorteile bietet,
die den erhöhten Isolationsaufwand überwiegen.
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Erfindungsgemäß werden nämlich, wie sich aus der Fig:3--ergibt; die
überkopplungs-Wicklungen Ui und U, innerhalb der Drosselwicklung D angeordnet. Dadurch
steigert sich der Isolationsaufwand erheblich. Während man nämlich vorher alle drei
Spulen unmittelbar nebeneinander anordnete und lediglich mit einer für i5 kV bemessenen
gemeinsamen Isolierhülle zu umgeben brauchte, müssen nunmehr drei gesonderte Isolierhüllen
vorgesehen werden. Zunächst müssen die Überkopplungswicklungen gegen den Kern mit
i5 kV isoliert sein. - Weiterhin muß aber auch zwischen den überkopplungswicklungen
und der Drosselwicklung eine gleich starke Isolation vorgesehen werden, da die inneren
Enden der überkopplungswicklungen dem mittleren Teil der Drosselwicklung gegenüberstehen
und somit auch gegen diesen einen Potentialunterschied von etwa :15 kV aufweisen.
Weiterhin stoßen nunmehr die beiden überkopplungswicklungen mit ihren Stirnseiten
unmittelbar aneinander. Diese Überkopplungswicklungen haben aber einen Potentiatunterschied
von 3o kV, Somit müssen die Spulen Ui und U3 an ihren Stirnseiten gegen 3o kV voneinander
isoliert sein, was- zweckmäßig durch besonders zwischen ihnen vorgesehenes Isolationsmaterial
I geschieht. Diese scheinbar sehr unzweckmäßige Spulenanordnung bringt den Vorteil
mit sich, daß durch sie die Kopplung zwisehen den Überkopplungswicklungen desselben
Eisenkernes gegegüber der früher üblichen Anordnung sehr erheblich verbessert wird.
Dadurch wird aber in weit höherem Maße als bei -der bisher üblichen Anordnung eine
gleichmäßige Verteilung der Sekundärlast auf alle Drosselglieder erreicht, und man
kann demnach entweder bei gleicher Kerngröße und gleicher Genauigkeit die Sekundärbelastung
der Drosselkette auf ein Mehrfaches steigern; oder man kann bei gleicher Genauigkeit
und gleicher Sekundärbelastung die einzelnen
Drosseln wesentlich
kleiner bauen: Somit hat die zunächst scheinbar unzweckmäßige Anordnung einen erheblichen
wirtschaftlichen Fortschritt zur Folge.