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Hochspannungstransformator Bei gewöhnlicher Kaskadenschaltung für
Transformatoren ist die Hochspannungswicklung in zwei oder mehrere Teile mit je
einem geschlossenen Eisenkern geteilt, weil die Niederspannungswicklung nur auf
denjenigen Teil verlegt ist, der im Betriebe einseitig an der Erde angeschlossen
ist. Die Schaltung macht das Isolationsproblem einfach, gibt aber eine so geringe
Belastbarkeit, claß sie keine größere Verwendung gefunden hat.
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Durch die Erfindung, die eine teilweise Kaskadenschaltung ist, wird
auch das Isolationsproblem im Vergleich mit der üblichen Ausführung hochgespannter
Transformatoren vereinfacht, aber die Belastbarkeit wird nicht vermindert. Die Anordnung
eignet sich für alle Hochspannungstransformatoren, aber vorzugsweise für Spannungswandler,
insbesondere für Erdungszwecke, Drosselspulen mit Sekundärwicklung und Prüftransformatoren.
Erfindungsgemäß wird die Hochspannungswicklung in zwei oder mehrere reihengeschaltete
Teile geteilt mit je einem geschlossenen Eisenkern, der mit einem Punkt der zugehörigen
Hochspannungswicklung spannungsverbunden ist, und ferner umfassen alle Windungen
der Niederspannungswicklung sämtliche oder beinahe sämtliche Kerne.
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Die Erfindung ist auf der beiliegenden Zeichnung beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt: Abb. r die grundsätzliche Anordnung der Erfindung, Abb.2 eilten
Längsschnitt und Abb. 3 einen Querschnitt eines gemäß der Erfindung ausgeführten
Erdungstransformators.
Die Hochspannungswicklung ist in vier Teile
i geteilt, die reihengeschaltet und auf je einem Eisenkern 2 verlegt sind. Jeder
Kern steht in einem Punkt 3 in leitender Verbindung mit einem Teil der Hochspannungswicklung.
Die Niederspannungswicklung ist als eine langgestreckte Spule q. gezeigt.
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Weil die Niederspannungswicklung tatsächlich Erdpotential hat, muß
sie gegen die Hochspannungswicklung und den Eisenkern genügend isoliert werden.
Diese Isolation ist aber sehr leicht auszuführen, dank der einfachen geometrischen
Form und dem geringen Volumen der Niederspannungswicklung und derAbwesenheit wesentlicher
Spannungsunterschiede innerhalb der Niederspannungswicklung. Wird Papierisolation
verwendet, die ähnlich wie die Isolation eines Kabels angeordnet ist, so fordert
die Isolation nicht viel Raum. Die Anordnung eignet sich auch gut für die Verwendung
von Porzellan als Isolation außerhalb der Niederspannungswicklung für Spannungen,
für welche Porzellan ausreichend ist.
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Gleich wie in gewöhnlichen Kaskadentransformatoren benötigt man zwischen
der Hochspannungswicklung und den Kernen sehr wenig Isolation. Die Anordnung bedient
sich somit des größten Vorteils der Kaskadentransformatoren. Der Nachteil des üblichen
Kaskadentransformators besteht hauptsächlich darin, daß die Belastbarkeit auch bei
Verwendung von Überkopplungswicklungen bemerkenswert klein ist, was auf clen großen
Streufluß zwischen der Hoch- und Niederspannungswicklung beruht. Dieser Nachteil
wird bei dein Transformator nach der Erfindung vermieden, weil sein Streufluß nicht
wesentlich anders ist als in einem gewöhnlichen Transformator, dessen Wicklungen
einander in üblicher Weise decken. Als Spannungswandler verwendet, erhält die Anordnung
daher im wesentlichen dieselbe hohe Meßgenauigkeit und sehr große Belastbarkeit
wie ein üblicher Spannungswandler. Gegenüber einem solchen hat er aber den Vorteil
einer beträchtlich verminderten Isolationsmenge. _ Dank der Kaskadenaufteilung kann
der Transformator als Stapel angeordnet werden, wodurch die Kapazität zwischen den
verschiedenen Teilen einen natürlichen Reihenkondensator bildet. Die Kondensatorwirkung
kann in einfacher Weise durch metallische Beläge zwischen den verschiedenen Teilen
sowie außerhalb und eventuell auch innerhalb der Isolation der Niederspannungswicklung
gegen den Hochspannungsteil verstärkt werden. Diesen Belägen wird zweckmäßigerweise
durch metallischen Kontakt mit der entsprechenden Hochspannungswindungderen Potential
gegen Erde erteilt. Hierdurch werden etwa entstehende Überspannungen auf die Kondensatorenglieder
verteilt, und zwar in demselben Verhältnis, wie die Norinalspannung auf dieWicklungsteile
zwischen den Potentialverbindungen verteilt wird. Bei genügend großer Anzahl der
Beläge mit genügender Kondensatorwirkung wird in dieser Weise das Auftreten von
Spannungskonzentrierungen innerhalb der Hochspannungswicklung bei Überspannungen
infolge atmosphärischer Entladungen u. dgl. verhindert.
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Die Stapelbauart ist besonders günstig, weil der Stapel in den Mantel
eines Stützisolators aus keramischem Material, Kunstharzpapier, Preßkunstharz o.
dgl. eingebaut werden kann, wodurch der Transformator wenig Raum beansprucht.
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Die Isolation zwischen den Gliedern des Hochspannungsstapels erhält
eine einfache Form und kann leicht aus festem Isolationsinaterial, z. B. imprägniertem
Preßspan oder keramischem Material, zusammengesetzt werden, und die leitenden Beläge
können leicht, z. B. durch Metallbespritzung von geeigneten Flächen dieser Isolationszwischenlagen,
hergestellt werden. Weiter können die leitenden Beläge für zwangsläufige Steuerung
des Spannungsabfalles längs der äußeren Seiten des Stapels ausgeführt werden.
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Weil die Isolation gegen Erde in Einzelteile unterteilt ist, die nur
für mäßig hohe Betriebsspannungen zu bemessen sind und daher aus keramischem Material
oder teils keramischem, teils Papiermaterial mit fester Imprägnierung hergestellt
werden können, kann die erfindungsgemäße Bauart als Trokkentransformator für diese
Spannungen ausgeführt wefden. Wenn für die höchsten Spannungen ölimprägniertes Papier
als Isolation außerhalb der Niederspannungswicklung verwendet wird, kann der Transformator
mit besonders geringer Ölmenge ausgeführt werden. Vom Gesichtspunkt der Brandgefahr
sind bekanntlich öllose oder wenigstens ölarme Transformatoren sehr vorteilhaft.
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Eine Ausführungsforen des neuen Transformators als Transformator,
dessen einer Pol geerdet ist, geht aus den Abb.2 und 3 hervor. Die Hochspannungswicklung
ist in vier Teile ii, i2, 13, 1q. geteilt, die auf je einem Eisenkern 2i, 22, 23,
2q. sitzen. Jeder Wicklungsteil ist auf zwei Schenkeln des im wesentlichen rechteckigen
Eisenkernes angeordnet. Die Verteilung der Hochspannungswindungen auf die beiden
Schenkel der Kerne hat aber nichts mit dein Grundsatz der teilweisen Kaskadenschaltung
zu tun, sondern ist von der Größe der Streureaktanz, die der Transformator haben
soll, abhängig. Jeder Kern ist mit einem Punkt der auf ihn verlegten
Hochspannungswicklung
durch die Verbindungsleitung3 verbunden. Die Niederspannungswicklung 4. ist als
eine einzige Spule dargestellt, kann aber auch aus zwei oder mehreren einen oder
je einen Kernschenkel umfassenden Spulen bestehen. Die Streureaktanz des Transformators
ist von der Anzahl der Niederspannungsspulen und der Verlegung derselben in bezug
auf die Hochspannungsspulen beeinflußt. Die Isolation der Niederspannungswicklung
.4i gegen die Hochspannungswicklung besteht z. B. aus Papier, das mit leitenden
Belägen da wie ein Kondensatordurchführungsisolator versehen ist und mit einem festen
Imprägnierwerkstoff getränkt ist. Zwischen den verschiedenen 1-1.ochspannungsspulen
11, 1a, 13, 14 im Transforrnatorenstapel sind auch Beläge oder Eisenteller
5 angeordnet, die eine Reihenkondensatorenkette bilden, die mit den Kondensatorenbelägen
in der Isolierung der Niederspannungswicklung verbunden sind. Sie sollen die Spannung
unter sich in möglichst derselben Weise aufteilen, wie die Spannung in den Windungen
in der Hochspannungswicklung aufgeteilt ist. Die Kondensatorbeläge sind mit den
Verbindungsleitungen zwischen den Hochspannungsspulen verbunden. Wird eine weitere
Spannungsaufteilung mittels Kondensatoren gewünscht, können weitere in entsprechender
Weise angeordnete Kondensatorbeläge eingeführt werden. Die Isolation zwischen den
Kondensatortellern besteht aus Scheiben 6 aus festem Isolationswerkstoff, z. B.
Porzellan oder imprägniertem Preßspan. Die Hochspannungswicklung ist gegen benachbarte,
anderes Potential aufweisende Kondensatorbeläge mittels einer festen Isolationszwischenlage
7 isoliert. Der Stapel ist im übrigen mit Distanzstücken so ausgefüllt, daß er gerade
und fest bleibt. Er ist in einen Porzellanmantel 8 eingesetzt und wird z. B. zwischen
dein geerdeten Gehäuseboden g i und dem spannungführenden Dekkel 92 zusammengepreßt.
Die zusammenpressende Anordnung ist auf der Zeichnung nicht gezeigt.
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Für Transformatoren mit voller Isolation gegen Erde für die ganze
Hochspannungswicklung ist die Bauart grundsätzlich gleich, wie oben beschrieben,
aber der Transformator ist nach unten noch durch einen Porzellaninantel für die
volle Betriebsspannung verlängert, der zwischen den vorgenannten Porzellanmantel
und Gehäuseboden eingesetzt wird und innerhalb dessen die gemäß der gestrichelten
Linien in Abb. i vergrößerte Niederspannungsspule zu den Niederspannungsklemmen
im Gehäuseboden geführt wird. Die Isolation der Niederspannungswicklung muß derart
verdoppelt werden, daß auch die innersten Beläge, welche für geerdete Transformatoren
direkt in Kontakt mit der Niederspannungswicklung stehen, gegen. diese Wicklung
für die volle Betriebsspannung isoliert werden. Dies wird am einfachsten derart
bewirkt, daß die Niederspannungswicklung so ausgezogen und mit solchem Isolationsbelag
versehen wird, daß ein Überschlag von dem obengenannten innersten Belag zur Niederspannungswicklung,
ihre Klemmen oder Gehäuseboden nicht zu befürchten ist. Dieser Isolationsbelag kann
mit einer Kondensatoreinlage zwecks besserer Spannungsverteilung ausgeführt werden.
Die Ableitung der Hochspannungswicklung wird am Boden in geeigneter Weise in der
Fuge zwischen den beiden Porzellanmänteln herausgeführt.