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Hochspannungstransformator, insbesondere Trockenspannungsmeßwandler,
für sehr hohe Spannungen Es sind bereits Hochspannungstransformatoren, insbesondere
Trockenspannungswandler, bekanntgeworden, bei denen die Oberspannungswicklung in
einem einteiligen, nach Art einer Garnrolle ausgebildeten Spulenkasten aus Isolierwerkstoff
derart lagenweise gewickelt ist, daß die Endwindungen jeder Lage sich dicht an die
Flansche des Spulenkastens anlegen und derart angeschlossen ist, daß ihr Potential
von dem außenliegenden Anfangspotential nach dem von ihr umfaßten Kern hin zunimmt
und das Ende der innersten Wicklungslage durch den Flansch des Spulenkastens hindurchgeführt
ist. Bei einem solchen Trockenspannungsmeßwandler ist es schon bekanntgeworden,
eine Porzellanbrücke anzuordnen, die mit dem Spulenkasteil zusammen einen Kanal
bildet, durch den das Joch des Eisenkernes hindurchgeht; auf diese Weise wird der
mit dem Spulenkasten zusammenhängende Durchführungsisolator kürzer. Zum Anschluß
eines solchen Transforinators an höhere Spannungen ist es auch schon bekannt, die
in der angegebenen Weise angeordnete Oberspannungswicklung auf zwei übereinandergesetzte
Spulenkästen zu verteilen und den Eisenkern auf ein mittleres Potential, nämlich
das der Verbindungsleitung der beiden Oberspannungswicklungsteile, zu legen. Die
beiden Spulenkästen können statt übereinander auch konzentrisch zueinander angeordnet
werden. In. beiden Fällen hat die jeweils außenliegende Wicklungslage der beiden
Spulenkästen das gleiche Potential wie der rahmenförmig oder mantelförmig ausgebildete
Eisenkern.
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Erfindungsgemäß kann der Raumbedarf, insbesondere die Bauhöhe solcher
Hoclispannungstransformatoren,
insbesondere Trockenspannungsmeßwandler,
mit einer Oberspannungswicklung, die auf zwei Spulenkästen verteilt ist, die in
axialer Richtung übereinandergesetzt sind oder konzentrisch zueinander liegen (ineinandergesetzt
sind), da:-durch wesentlich verringert werden, daß beide Spulenkästen auf ihrer
einen Seite geschlossen sind und derart übereinander- bzw. ineinandergesetzt sind,
daß .der stabförmig ausgebildete Eisenkern vollständig -von den beiden Spulenkästen
umgeben ist. Da bei einem Transformator gemäß der Erfindung die Jochteile in Fortfall
kommen, können nämlich die an den beiden Spulenkästen notwendigen Durchführungen
für die beiden Enden der Oberspannungswicklung entsprechend kürzer bemessen und
dadurch die Abmessungen des ganzen Transformators wesentlich verkleinert werden.
Um den magnetischen Widerstand des Luftrückschlusses des stabförmigen Eisenkernes
und dementsprechend die Leerlaufsverluste des Transformators zu verringern, erhält
der Eisenkern zweckmäßig Polschuhe, die in dem auf der abgeschlossenen entsprechend
erweiterten Hohlraum der beiden Spulenkörper untergebracht werden können. Ein besonderer
Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zwei oder mehrere derartige aus je zwei
-einen stabförmigen Eisenkern einschließenden Spulenkästen bestehende Glieder in
Kaskadenschaltung übereinandergesetzt werden können, ohne daß zwischen den einzelnen
Glie Bern besondere Stützisolatoren, wie sie bei den bekannten Anordnungen zur Isolierung
der einzelnen Eisenkerne voneinander benötigt würden, erforderlich wären. Die Bauhöhe
und auch die Kosten eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Kaskadentransformators
werden demzufolge ganz beträchtlich erniedrigt.
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Es ist zwar schon ein Hochspannungstransformator, insbesondere Trockenspannungswandler,
mit auf mehreren Spulenkästen verteilter Hochspannungswicklung bekanntgeworden,
bei dem die Spulenkästen auf der einen Seite geschlossen sind und ein stabförmi.ger
Eisenkern verwendet wird. Jedoch sind hier die Spulenkästen durch mehrrohrartig
ineinandergeschobene Isoliertöpfe gebildet, so daß der entweder auf Erdpotential
oder auf dem Hochspannungspotential befindliche Eisenkern an seinem einen Ende freiliegt.
Es lassen sich aber solche mehrrohrartig ausgebildete, ineinanderzuschiebende Isoliertöpfe
wesentlich schwerer herstellen als die Spulenkästen gemäß der Erfindung.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele für Hochspannungstransformatoren
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Die Abb. i zeigt zur Hälfte im Schnitt,
zur Hälfte in Ansicht einen aus zwei Gliedern bestehenden Kaskadentransformator.
Die Oberspannungswicklung ist in Teile i i, 12, 13 und 1¢ unterteilt und auf vier
Spulenkästen 15, 16, 17 und 18 lagenweise aufgewickelt. Die beiden Spulenkästen
15 und 16 bilden das eine Glied, die beiden Spulenkästen 17 und 18 das zweite Glied
des Kaskadentransformators. Die Spulenkästen 15 und 17 sind oben durch die mit ihnen
vorzugsweise aus einem Stück hergestellten Isolierdeckel ig bzw. 2o, die Spulenkästen
16 und 18 unten durch die mit ihnen ebenfalls vorzugsweise aus einem Stück hergestellten
Isolierböden 2 i bzw. 22 abgeschlossen. Die beiden Spulenkästen i5 und 16 umschließen
einen stabförmigen Eisenkern 23 mit Polschuhen 2q. und 25; entsprechend befindet
sich in dem von den beiden Spulenkästen 17 und 18 umschlossenen Raum ein stabförmiger
Eisenkern 26 mit Polschuhen 27 und 28. Auf jedem der beiden Stabkerne
23,:26 ist eine aus zwei Wicklungsteilen bestehende Schublvicklung 29 bzw.
30 zur besseren Kopplung der Wicklungen jedes Gliedes aufgewickelt. Zur magnetischen
Kopplung der beiden Eisenkerne dienen die beiden miteinander verbundenen überkopplungswicklungen
31 und 32, die auf die Spulenkästen 16 bzw. 17 aufgewickelt sind. Der oberste Spulenkasten
15 trägt eine mit ihm aus einem Stück bestehende oder an ihn angarnierte Durchführung
33, durch welche das an den Hochspannungspol anzuschließende Ende der Oberspannungswicklung
herausgeführt wird. Zur Herausführung des anderen zu erdenden Endes der Oberspannungswicklung
dient eine als Stützer und Träger des ganzen Transformators ausgebildete Durchführung
34 des untersten Spulenkastens 18, die ungefähr den gleichen oder einen größeren
Außendurchmesser wie der Spulenkasten selbst besitzen kann. Die zur Aufnahme der
Polschuhe 25 und 27 dienenden Teile der Spulenkästen 16 und 17 sind außen mit Isolierschirmen
35, 36 versehen, um den erforderlichen überschlagweg zwischen den äußersten Lagen
der beiden Spulenkästen 16 und 17 zu schaffen. Die Sekundärwicklung des Transformators
ist mit 37 bezeichnet und ist auf den untersten Spulenkasten 18 aufgewickelt. Die
Enden der äußersten Windungslagen der Teile 13 und 14. der Oberspannungswicklung
sind miteinander und mit dem Eisenkern 26 leitend verbunden. Entsprechend sind die
Enden der äußersten Windungslagen der Oberspannungswicklungsteile i i und 12 miteinander
und mit dem Eisenkern 23 .leitend verbunden. Ferner sind die Enden der innersten
Wicklungslagen der Oberspannungswicklungsteile 12 und 13 miteinander
verbunden;
zweckmäßig dient als Verbindungsleitung eine der beiden die Überkopplungswicklungen
31 und 3z miteinander verbindenden Leitungen 38, 39. -Das in Nbb. ,2 gezeichnete
schematische Schaltbild läßt die einzelnen Verbindungen leicht erkennen.
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Zwischen den beiden Gliedern, d: h.- also zwischen dem Isolierboden
2i und dein Isolierdeckel 2o, ist eine leitende oder halbleitende Schicht, z. B.
eine Graphitschicht, angeordnet, die. auf dem Potential der Verbindungsleitung der
beiden. Wicklungsteile 12 und 13 liegt. Um das Entstehen von Wirbelströmen in dieser
leitenden Schicht zu verhindern, wird die Schicht zweckmäßig sternförmig ausgebildet.
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Um die einzelnen Spulenkästen wird in. bekannter Weise je ein geschlitzter
.Metallmantel herumgelegt. Die beiden Mäntel eines Gliedes können aber auch zu einem
einzigen Mantel vereinigt sein, der dann gleichzeitig die Verbindung der- beiden
Oberspannungswicklungsteile dieses Gliedes darstellt. Dieser Mantel setzt sich auf
den Isolierkörpern der Spulenkästen bis zu dem nächsten .Isolierschirm als Metallisierung
fort, wie- in-.der Abb. i gestrichelt angedeutet ist. Das Innere der Spulenkästen
ist, wie üblich, metallisiert. Dieser leitende Belag befindet sich auf demselben
Potential wie der Eisenkern und der Außenmantel des betreffenden Gliedes. Durch
den herumgelegten Metallmantel entsteht zusammen mit der als Eingangswindungen dienenden
Aufspritzung auf den Spülenkästen eine kapazitiv e Durchkopplung und damit in bekannter
Weise ein schwingungsfreier Transformator.
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Soll der Transformator nur aus einem Glied bestehen, so kommen die
in Abb. i mit 16 und 17 bezeichneten Spulenkästen in Fortfall, und der Spulenkasten
15 wird unmittelbar auf den Spulenkasten 18 gesetzt. Der '.Transformator besitzt
dann nur einen einzigen Stabkern mit Polschuhen und Schubwicklung. Die überkopplungswicklungen
fallen dann natürlich auch fort.
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Die Polschuhe der Eisenkerne können eine kreisförmige Gestalt haben
mit einem Ausschnitt, wie aus der Abb. 3 ersichtlich ist, die einen Schnitt A-B
durch den Spulenkasten 15 nach Abb. i zeigt. Mit 4o ist die zum Herausführen des
Oberspannungswicklungsanfangs aus dem Spulenkasten dienende Durchbohrung bezeichnet.
Der Polschuh besteht aus einer Mehrzahl von Eisenbändern 41 unterschiedlicher Länge,
die nacheinander in den zur Aufnahme des Polschuhes dienenden Hohlraum des Spulenkastens
eingebracht werden, und einem inneren, aus einem einzigen Band gewickelten Spiralkern
42, der nach Einbringen der Eisenbänder 41 in denverbleibenden kreisförmigen Raum
eingewickelt wird.
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Die Polschuhe können aber auch eine rechteckige Form erhalten, wie
in der Abb. 4 dargestellt ist. Hier besteht der Polschuh aus einer Mehrzahl geschichteter
Eisenblechstreifen 43. Der Eisenkern 23 wird zweckmäßig in der gestrichelt angedeuteten
Weise der Kreisform des inneren Spulenkastenhohlraumes angepaßt.
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Die Abb.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen aus einem Glied
bestehenden Transformator gemäß der Erfindung, bei dem die beiden Spulenkästen 45
und 46 konzentrisch ineinanderliegen. Die Oberspannungswicklung besteht aus den
beiden auf diese Spulenkästen lagenweise aufgebrachten Wicklungsteilen 47 und 48.
Wie bei dein in Abb. i dargestellten Beispiel liegen der Eisenkern 49 und die jeweils
äußerste Lage der beiden Wicklungsteile bzw. die sie umgebenden geschlitzten Metallmäntel
5o und 5 i auf dem gleichen Potential. Der Eisenkern besitzt zwei .Polschuhe 52
und 53, die in der an Hand der Abb. 3 oder 4 erläuterten Art und Weise ausgebildet
sein können. Die die Polschuhe aufnehmenden Teile der Spulenkästen sind außen wieder
mit Isolierschirmen 54 bzw. 55 versehen, um die erforderlichen Überschlagswege zu
schaffen. Die Sekundärwicklung ist mit 56 bezeichnet und auf dem äußeren Spulenkasten
45 angeordnet. Ihre beiden Enden werden zusammen mit dem innenliegenden Ende des
Oberspa!nnungswicklungsteiles 47 nach unten herausgeführt, während der innenliegende
Anfang des Oberspannungswicklungsteiles 48 nach oben durch den Flansch des Spulenkastens
46 geführt- ist. Falls erforderlich, kann der Spulenkasten 46 ebenso wie der .Spulenkasten
15 der Abb. i mit einer Durchführung, der Spulenkasten 45 unten mit einem Stutzer
ausgerüstet werden. Ähnlich wie in Abb. i können auch mehrere der in Abb. 5 dargestellten
Transformatoren zu einem Kaskadentransformator für entsprechend höhere Spannung
aufeinandergesetzt werden. Die Anordnung der Wicklungen kann dabei die -gleiche
sein wie bei dem in Abb. i gezeichneten Kaskadentransformator (s. Abb, 2). Die Bauhöhe
eines solchen Transformators. ist infolge der konzentrischen Anordnung der beiden
Spulenkästeii jedes -Gliedes wesentlich geringer als die Bauhöhe eines gemäß Abb.
i aufgebauten Kaskadentransformators. Die Metallisierung der Oberflächen der Spulenkästen
ist in der Abb. 5 wieder durch gestrichelte Linien angedeutet.
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Zur Verringerung des magnetischen Widerstandes, der durch den Luftrückschluß
des stabförmigen Eisenkernes bei den Transformatoren
gemäß der
Erfindung bedingt ist, kann man außer der schon erwähnten Anordnung von Polschuhen
den die Oberspannungswicklung umgebenden geschlitzten - leitenden Mantel, z. B.
in Abb. 5 den Mantel 50, aus mehreren unmittelbar aufeinanderliegen -den Eisenblechen
herstellen, die dann zusammen mit den Polschuhen einen gewissen Eisenrückschluß
bilden, -den Luftrückschluß verkleinern und die magnetische Streuung und Fremdfeldbeeinflussung
verringern.
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Bei einem Kaskadentransformator gemäß der Erfindung kann man, besonders
wenn es sich um eine Innenraumaüsführung handelt, den obersten Spulenkasten des
obersten Gliedes offen lassen, d. h. also bei dem in Abb. i gezeichneten Beispiel
den Isolierdeckel ig fortlassen oder ihn durch einen Metalldeckel ersetzen. Dann
muß aber die Durchführung 33 entsprechend länger gemacht werden.