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Spannungstransformator für hohe Spannungen Die Erfindung bezieht sich
auf elektrische Spannungstransformatoren für hohe Spannungen, insbesondere Spannungsmeßwandler.
Sie hat den Zweckeine .einfache und billige Konstruktion eines solchen Transformators
zu gewährleisten und ihn nach Art eines Durchführungsisolators verwendbar zu machen.
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Erfindungsgemäß wird bei ,einem Spannungstransformator, dessen Spannungswandlerkern
sich auf Hochspannungspotential befindet und von einem Isolierkörper umgeben ist,
die Anordnung so getroffen, daß in dem Isoliermaterial die Hochspannungswicklung
mit von innen nach außen abnehmendem Potential, insbesondere lagenweise, eingebettet
ist, wobei der Spannungswandlerkern von der Fassung der Durchführung sowie der Niederspannungswicklung
umfaßt wird.
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Auf diese Weise gelingt es, einen durchführungsartigen Aufbau für
Spannungstransformatoren, zu schaffen und dabei die Schwierigkeiten zu- überwinden,
die sich bei Spannungstransformatoren daraus ergeben, daß die Hochspannungswicklung
die ganze Potentialdifferenz zwischen der Netzspannung und der Anfangsspannung aufnehmen
muß, im Gegensatz zu Stromwandlern, bei denen die Hochspannungswicklung nur das
Potential der Netzspannung besitzt und als Ganzes gegen die Niederspannung isoliert
werden kann. Die neue Anordnung bietet noch weitere Vorteile, und zwar wird durch
die in das Isoliermaterial eingebettete Hochspannungswicklung nicht nur das Potential
innerhalb des Isolierkörpers von der Fassung bis zu den Enden zwangsläufig gesteuert,
sondern die Wicklung wirkt auch beim Auftreten von Überspannungen wie eine Kapazität,
so daß die überspannung über die gesamte Wicklung verteilt wird, ohne daß eine der
Windungen eine größere Spannung erhält als irgendeine andere Windung.
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Der den Bolzen des Durchführungsisolators bildende Eisenkern, ,der
mit der innersten Lage der Wicklung verbunden ist, wirkt selbst als Belegung, die
die Spannung über die verschiedenen Windungen gleichmäßig verteilt.
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Der Erfolg der neuen Bauart ist also höchste Isolationsfestigkeit
des Transformators bei geringstem Raum- und Materialbedarf.
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Es ist zwar eine Wicklungsanordnung bekannt, bei welcher durch isolierende
Schichten getrennte Windungslagen mit abgestuften Längen ausgeführt sind. Diese
Anordnung ist jedoch für die Verwendung nach Art eines Durchführungsisolators weder
bestimmt noch geeignet, zumal da der Eisenkern Erdpotential besitzt und das höchste
Potential in -der äußersten Windungslage auftritt und ferner
die
Niederspannungswicklung sich innen am Eisenkern befindet.
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Eine weitere Verbesserung der Arbeitsweise des Transformators kann
dadurch erreicht werden, daß man die axiale Länge des Isolierkörpers und damit auch
der eingebetteten Wicklung allmählich verkleinert, in dem Umfange, wie der Abstand
von der Wicklungsachse zunimmt, und zwar soll dabei die Länge der :einzelnen Lagen
so bemessen werden, daß die Kapazität jeder Lage :die gleiche wird.
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Man kann auch das Ende der äußersten Lage der Oberspannungswicklung
reit einer den Isolierkörper umgebenden Metallbelegung leitend verbinden. Dies hat
den Vorteil, daß die Sprungwellenbeanspxuchung -der Wicklung noch weiter herabgesetzt
wird: Um .eine besonders billige Konstruktion zu erhalten, wird der Durchführungsisolierkörper,
in den die Oberspannungswicklung -eingebettet ist, zweckmäßig als Wickelkörper ausgebildet.
Hierbei wird nämlich bei der Herstellung kein Preßdruck auf die dünndrähtige Hochspannungswicklung
ausgeübt im Gegensatz zu einer Herstellung des Isolierkörpers aus Preßmaterial.
Der Wickelkörper kann z. B. in der Weise hergestellt werden, daß die erforderliche
Abstufung der Isolation dadurch erhalten wird, daß auf die einzelnen Windungslagen
Papierhüllen gewickelt -werden, bis -die erforderliche Isolationsstärke :erreicht
ist. Die vollständige Wicklung kann man dann finit Öl oder einer anderen isolierenden
Flüssigkeit tränken. -Dier als- gerader Schenkel ausgebildete Eisenkern wird zweckmäßig
an den außerhalb des Durchführungskörpers liegenden Enden mit Ringen aus magnetischem,
Material versehen, die gleichzeitig zur Steuerung des elektrischen Feldes und des
magnetischen Kreislaufes dienen.
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Die beschriebene Ausführung des Spannungswandlers eignet sich besonders
für die konstruktive Vereinigung mit einem Stromwandler, und zwar derart, -daß die
in den- durchführungsartigen Isolierkörper eingebettete Oberspannungswicklung des
Spannungswandlers zugleich auch zur Potentialsteuerung zwischen der Primärwicklung
=des Stromwandlers und dessen Niederspannungsteilen -(Kern und Sekundärwicklung)
dient. Dabei können zwei nebeneinanderliegende Durchführungen. angeordnet sein,
die die primäre und sekundäre Spannungswandlerwicklung und-eine' Stromwandliersekundärwicklung
(erhalten. Der Magnetkern kann dabei durch eine größere Anzahl von nebeneinander
-oder konzentrisch Leit-ern -gebildet sein, die innerhalb jeder Durchführung liegen.
und .in Form einer Schlei%enwicklung geschaltet sind.- Diese Wicklung führt dann.
den Strom der Hochspannungsleitung und dient als Träger des magnetischen Kraftflusses
für den Spannungswandler.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt den Aufbau eines Spannungswandlers, der im Innern seines
Durchführungsisolators 9 angeordnet ist. Mit io ist der in axialer Richtung liegende
Magnetkern bezeichnet, der an seinen Enden die Ringe i i aus magnetischem Material.
trägt. Die primäre Hochspannungswicklung 3 besteht aus einer Anzahl konzentrischer
Lagen 6 aus dünnen Drähten, dis in der Art wie bei Hochspannungskondensatoren angeordnet
sind. Die Isolation, welche vorzugsweise aus Papierhüllen, die mit ö1 getränkt sind,
besteht, ist zwischen den Wicklungen so abgestuft, daß die Stärke der Isolation
zwischen radial benachbarten Windungen proportional der Zahl der Windungen längs
der Wicklungen zwischen ihnen ist. Die Länge der Lagen axial zum Eisenkern ist so
bemessen, daß die Kapazität aller Lagen konstant ist. Die Hochspannungsleitung ist
bei 12 mit dem Ende der innersten Wicklungslage verbunden. An diesem Punkt ist auch
eine Verbindung zwischen der -Primärwicklung 3 und dem Kern i o hergestellt. Außerhalb
der Primärwicklung ist die Sekundärwicklung 2, die an die Klemmen 22 und 23 angeschlossen
ist, in einer !einzigen Lage konzentrisch angeordnet. Diese Anordnung hat die Wirkung,
daß eine Überspannung, die am Punkt 12 auftritt, durch den Eisenkern io über die
gesamte innerste Wicklungslage verteilt wird. Die Wicklung stellt infolgedessen
in bezug auf die Überspannung seinen Kondensator dar, in welchem - die Überspannung
durch die verschledenen Lagen gleichmäßig verteilt wird. Beim Auftreten von Überspannungen
ist infolgedessen :die Möglichkeit eines Durchschlages in irgendeinem Punkte des
Transformators wesentlich herabgesetzt, und die Primaxwicklung ist in all ihren
Punkten elektrisch gleichmäßig beansprucht. Bei geeigneter Bemessung ist infolgedessen
der Transformator in starkem Maße überspannungssicher, und es ist nicht erforderlich,
irgendwelche zusätzlichen Schutzeinrichtungen, wie Funkenstrecken u. dgl., anzuordnen.
Der Kern i,o dient gleichzeitig dazu, um Überspannungen über die gesamte Länge der
innersten f@'icklungslage der Primärwicklung 3 zu verteilen. Die Endringe i i dienen
als Ausgangspunkt für die Rückleitung des Flusses, der sich duich die Luft oder
ein anderes den Isolator 9 umgebendes Medium schließt.
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In Abb..2 ist .gezeigt, in wie ,einfacher Weise sich der Spannungswandler
nach
Abb. i mit einem Stromwandler baulich ver-,einigen läßt. Mit
13 sind zwei nebeneinanderliegende Durchführungsisolatoren bekannter Konstruktion
bezeichnet, von denen jeder einen Kern aus magnetischem Material enthält. Der Kern
ist aus einer Mehrzahl von Leitern i q. aus magnetischem Material gebildet, die
miteinander in Reihe geschaltet sind und einen fortlaufenden Stromkreis bilden.
Die Leiter i¢ können entweder nebeneinander oder, wie in Abb.2 dargestellt, konzentrisch
angeordnet sein, wobei die Querverbindungen entsprechend ausgeführt sind, um die
Leiter miteinander in Reihe zu schalten. Anschlußklemmen 15 und 15'
dienen
zum Anschluß an die Hochspannungsleitung. m einem oder beiden Isolatoren ist eine
primäre Spannungswicklung 3 angeordnet. Entsprechend der Abb. i ist eine sekundäre
Spannungswicklung 2 und ferner eine sekundäre Stromwandlerwicklung 16 angeordnet.
Die Spannungswicklung 3 ist mit ihrem inneren Ende mit dem an die Klemme 15 ang@eschlo.ssenen
Leiter i ¢ verbunden, welcher zur Verteilung der Überspannungen über die Innenfläche
der Primärwicklung des Spannungswandlers dient. Der Primärstrom des Stromwandlers
fließt von der Klemme 15 über die in Reihe geschalteten Leiter 14 zu der Klemme
i 5' und erregt dabei die Sekundärwicklung des Stromwandlers 16. Die Leiter
i q. dienen gleichzeitig zur Führung des von der primären Spannungswicklung 3 erzeugten
Flusses, .obwohl sie keinen vollständig in sich geschlossenen Magnetkreis darstellen.
Die Durchführungen 13 sind in dem Deckel 17 eines Olgefäßes 18 angeordnet, so da.ß
die gesamte Anordnung besonders für sehr hohe Spannungen verwendbar ist.