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Hochspannungstransformator, insbesondere Trockenspannungsmeßwandler,
für sehr hohe Spannungen Das Patent 688 166 betrifft einen Hochspannungstransformator,
insbesondere Spannungswandler, für sehr hohe Spannungen, dessen - lagenweise angeordnete
Oberspannungswicklung auf zwei in axialer Richtung übereinandergesetzte oder konzentrisch
ineinandergesetzte einteilige, nach Art einer Garnrolle ausgebildete Spulenkästen
aus Isolierstoff verteilt ist und dessen Eisenkern sich auf dein Potential der Verbindungsleitung
der beiden Oberspannungswicklungsteile befindet; die beiden Spulenkä sten sind auf
ihrer einen Seite geschlossen und derart übereinander-bzw. ineinandergesetzt, daß
der stabtorinin ausgebildete Eisenkern vollständig von deü beiden Spulenkästen umgeben
ist. Es ergibt sich dadurch der Vorteil, daß der Raumbedarf, insbesondere die Bauhöhe,
wesentlich geringer wird. Auch kann man zwei oder 'mehrere derartige, :aus
je zwei einen stabförinigen Eisenkern einschließenden Spulenkästen bestehende
Glieder in Kaskadenschaltung übereinandersetzen, ohne daß zwischen den einzelnen
Gliedern besondere Stützisolatoren zur Isolierung der einzelnen Eissnkerlne voneinander
erforderlich wären.
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Die Erfindung xvill - derartige Hochspannungstransformatoren, insbesondere
Trockenspannungswandler, mit zwei oder mehreren aus je zwei auf einer Seite geschlossenen,
einen
stabförinigen Eisenkern einschließenden Spulenkiisten bestehenden, in Kaskadenschaltung
in axialer lZichtung übereinandergeset-r_-teil Gliedern noch weiter verbessern.
Ertin-(Iungsgeniäß wird dies dadurch erreicht, da13 die beiden finit ihren Abschlußwänden
alleinanderstol3en(len Spulenkästen zweier benachbarter Glieder aus einem Stück
bestellen. so dali die beiden die Holilrä unie der -Spulenkästen auf einer Seite
abschließenden Wände zu einem gemeinsamen Zwischeliboden verschmelzen. Gegenüber
dem in dein Hauptpatent beschriebenen Aufbau hat die Erfindung den Vorteil, daß
die Herstellung der Spulenkörper einfacher und billiger ist: inali kann nämlich
bei der Erhndting die beiden aus eiilein Stück bestehenden Spulenkästen iuit Zwischenboden
in der Weise herstellen. (lati zwei normale Einzelspulenkästen unt..r Zwischenfügung
einer entsprechendenScheibe zusaninlengarniert und auf diese Weise ein einteiliger
Doppelspulenkasten finit Zwischenboden hergestellt wird. Das oberste sowie das unterste
Glied der Kaskade weist zweckinäßig nur einen Spulenkasten auf, nämlich nur denjenigen,
der finit dein ihnl benachbarteil Spulelikasten des folgenden Gliedes aus einem
Stück bestellt; der in seinem Hohlraum befindliche. auf .einer einen Seite offen
liegende stabfürnii@e Eisenkernteil liegt dabei auf dein Potential der äußersten
1\'in@ituigsla,Te dieses Spulenkastens, d.li. also auf dein höchst vorkoninienden
Potential bzw. auf Erdpotential. Der Zwischenboden ragt vorüber die Flaschen der
beiden aus e:ilein Stuck bestehenden @pulenküsten 'linaus. zu dein Zweck, einen
ausreichenden L`bersclilagsweg zwischen den äußersten Windungslagen der beiden Spulenkäsien
zu schaffen.
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Ein Ausfiihrunlsbeispiel für einen Hochspannungstransformator gemäß
der Erfindung ist in der _1b1>. i dargestellt. Die Abb. 2 und 3 zeigen zwei Schnitte
durch einen der in der Abb. i benutzten einteiligen Doppelspulenkästeil finit Zwischenboden,
während in der Abb.4 die Schaltung Gier verschiedenen Wicklungen des in Abb. i dargestellten
Transformators gezeichnet ist. Dieser bestellt beispielsweise aus vier Gliedern
11, 12, 13 und 1.4, die in Kaskadenschaltung iibereinan(iergesetzt sind. Während
das oberste Glied i i ebenso wie (las unterste Glied i-. nur je einen Spulenkasten
aufweist, bestellen die beiden mittleren Glieder aus je zwei Spulenkästen. Diese
insgesamt sechs Spuletikästen. auf welche die Obercpannungswickltni- entsprechend
verteilt und in bekannter Weise la;renweise aufgewickelt ist, sind mit 1; bis 2o
beZeiclliiet. Der Spulenkasten 15 des obersteil Gliedes bildet finit (lein ilelei
benachbarten Spulenkasten 16 des folgenden Gliedes einen aus. einem Stück bestehenden
Doppelspulenkasten mit Zwischenboden 21, der die Hohlräume der beiden Spulenkästen
voneinander trennt. Desgleichen bestellen die Spulenkästen 17 und IS der Kaskadenglieder
12 und 13 mit dein Zwischenboden 22 bzw. die Spulenkästen i9 und 20 der einander
benachbarten Glieder 13 und 1.4 finit dein Zwischenboden 23 aus einem Stück. Der
Kaskadentralisformator der Abb. i weist also drei vorzugsweise aus Porzellan leergestellte
Doppelspulenkästen mit Zwischenboden auf. Falls die Betriebsspannung genügend niedrig
ist, kann man :nit nur zwei gegebenenfalls mit nur einem Doppelspulenkasten auskommen.
Bei höheren Betriebsspannungen wird man den Transformator aus vier oder noch mehr
Doppelspulenkästen mit Zwischenboden aufbauen.
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Die Abb. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen solchen Doppelspulenkasten,
beispielsweise den des obersten Gliedes ii des Kaskadentransformators der Abb.-i,
während in Abb. 3 der Schnitt längs der Linie A-B der Abb. 2 gezeichnet ist. Er
bestellt aus den beiden normal ausgebildeten l-inzelspulenkästen i @ und 16, deren
jeder in übliche: Weise finit einer Flareschendurchbohrung 24 bzw. =5 zuni Herausführen
des Endes der innersten Lage des betreffenden HochspannungswickluAgsteiles versehen
ist, sowie aus dein finit den beiden Spulenkä steh zusammengarnierten Zwischenboden
21. Dieser ragt' ringsherum über die beiden an ihin anliegen- . den L- lanschen
heraus. Auf der Unterseite des vorstehenden ringförmigen Teiles sind Rillen
26 zur Verlängerung des Kriechweges vorgesehen. An der Stelle, all der die
beiden Flanschendurchbohrungen 2.1, 25 liegen, ist der Zwischenboden
finit einer erweiterten Bohrung 27 versehen, durch «-elche die Verbindungsleitung
der beiden Spulenkastenwicklungen hindurchgeführt ist. Damit die in den Spulenkastenhohlrä
unten 28, 29 unterzubringenden Teile des Transformatoreisenkernes nicht zu waren
werden, sind in dein Zwischenboden eine Anzahl radial verlaufende Lüftungsöffnungen
30 vorgesehen. Diese sind dadurch entstanden, daß die Flanschen der Spulenkästen
nicht unmittelbar an (lein Zwischenboden 21 anliegen, sondern auf beiden Seiten
des Zwischenbodens kleine Stege 3i angeordnet sind, wie die Abb. 3 erkennen läßt.
Falls eine Belüftung des Hohlraumes der Spulenkästen nicht erforderlich ist, kommen
die Stege 31 in Fortfall.
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Der Eisenkern des Transformators besteht, "vie aus Abb. i ersichtlich
ist, entsprechend der Zahl der Kaskadenglieder aus vier Stabkernen .32, 33, 3-1
und 35. Die Stabkerne 32 und 35 sind halb so lang wie die beiden
anderen
Kerne, setzen sich aber zur Verringerung des durch den Luftrückschluß des stabföri1iigenGesamteisenlceriles
bedingten @niagte::-tischen Widerstandes in je einen 1'olscltull 36 bzw.
37 fort. jeder der beiden Polschuhe bestellt zweckmäßig aus zwei Blechpaketen, von
denen das eine, wie auch aus der i ersichtlich ist. eine tim )o" gegeiliilier dein
anderen versetzte Schichtrichtung aufweist. Die Stabkerne werden zweckmäßig in an
sich bekannter «'eise abwechselnd aus Eiseliblech-und Preßspantafeln geschichtet,
urn die Kraftliiliendichte in den Luftspalten zwecks Verminderung des.Leerlailfstronies
iliediig zti halten, dabei aber (las Eisen selbst so hoch wie üblich zu belasten
und dementsprechend 'an Eisen sparen zu können, Die Oherspannungswicklung bestellt
aus sechs auf die einzelnen Spurenkästen verteilten Wicklungen 38 his 43.
In (lein Wickelrauin des Spurenkastens 15 des obersten Gliedes ii befindet sich,
wie aus der Schaltungsskizze den- Abb.4 ersichtlich ist, außer demObcrspannungswicklungsteil
38
noch eine Kopplungswicklung 4.1, die mit der entsprechend angeordneten
Iiopplungswiclclllllg 45 auf (lein Spurenkasten 16 verbunden ist und finit ihr für
die magnetische Kopplung der beiden Stabkerne 3 2 und 33 sorgt. Die eine der beiden
durch den Zwischenboden 21 hindurchgeführtell@Terhindungsleitungen dielet gleichzeitig
zur Verbindung der Obt:rspannuiigstviclallngsteile 3 R und 39. ALlf delle SPtilenkasten
16 befindet sich außer der Kopplungswicklung-15 45 und (lern Oberspai-,iittilgs.-wiclclungsteil
39 noch eine Schehwiclaeng 46. die finit der Schubwicklung 47 auf dein Spulerikasten
17 verbunden ist. Die Schubwickhingen 46 und .47 auf den Spurenkästen 16 und 1;
sorgen zusaillilleil mit den tiiiniittelbar auf den Eisenkern 33 aufgebrachten Schubwicklungen
48 und 49 für eine gute Kopplung der M-icklungen des Kaskadengliedes 12. Sie befinden
sich auf dein Potential der äußersten Wicklungslage der Oberspannungswicklungsteile
39 und 40, die auch durch eine ihrer Verbindungsleitungen miteinander verbunden
sind. Dieses Potential wird auch den Schubwicklungen 4.8 ulld 49 und (lern Eisenkern
33 aufgedrückt. Der Spulerikasten i; enthält auch eine Kopplungswicklung 5o, die
rillt der @oliplungs@@-iclclung 51 des Spurenkastens iS verbunden ist. -Mit 5 2
ulld 53 sind die auf den Spurenkästen 18 tuld i9, illit j., und 55 die auf
dein Eisenkern 54 attfgebrachteil Schubwicklungen des Gliedes 13 bezeicleriet. Ihre
Schaltteig entspricht derjenigen de. Schubwicklungen (res Gliedes 12. Die KopplungswickItitigen
56 und ;; auf den Spulenkästell 19 und 20 sorgen für die magnetische Kopplung der
beiden Eisenkerne 3.4 Und 35. Die \ iederspallilungs- oder St:kundärwicklung des
Transformators bestellt aus den beiden in Reibe geschaltetenWicklungsteilen
58 und 59, von denen der eine unmittelbar auf deinEisenkern 35 des untersten
Gliedes 14 liegt, wällreild der andere auf denn Spulenlcasten ao über die äußerste
Wendungslage des letzten Oberspannungswicklungsteiles gewickelt ist. Das Ende der
äußersten Wendungslage des Oberspannungswicklungsteiles 43 ist ebenso wie der Eisenkern
35 und der eine Pol der Sekundärwicklung geerdet.
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Zur weiteren Verringerung des magnetischen Widerstandes werden zweckmäßig
uiii die einzelnen Glieder des Kaskadentränsforinators Mäntel aus magnetischem Werkstoff
lieruingelegt, die bis zu den Zwischenböden bzw. den PoWliuhen reichen und in der
Abb. i finit 6o, 61., 62 und 63 bezeichnet sind. Diese Mäntel werden vorzugsweise
aus Eisenblech gewickelt und über die fertig bewickelten Spulenkiisten herübergeschoben.
Sie liegen auf demselben Potential wie die koimentrisch in ihnen befindlichen Stabkerne,
d.11. also auf dein Potential der äußersten Wendungslagen der von ihnen umschlossenen
Oberspannungswicklungsteile. Zuin Schutz gegeit Witterungseinflüsse und mechanische
Beschädigungen sind um die Mäntel noch längs geschlitzte Altiminitlinzvlinder 64
bis 67 herumgelegt. Ein Fußgestell 68 trägt dein ganzen Transformator
und ist mit den iNiederspannungsarischlußkleininen versehen, während ein Metalldeckel
69 dein Transformator oben abschließt und die HochspannungskleInnle 70 tr;igt.
.Ute Spurenkästen sind, wie üblich, innen und auf der Außenfläche der , Flanschen
sowie auf der die innerste Wicklungslage aufnehmenden Fläche des Wickelraumes mit
Metallbelägen versehen, die ; zweckmäßig aufgespritzt werden und zurVerineidung
von Kurzschlußwinduligen entsprechend geschlitzt sein müssen. Die Metallisierung
auf den beiden Seiten der Zwischenböden erhält zweckmäßig die Gestalt eines Sternes,
wie schon in dem Hauptpatent vorgeschlagen ist.
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Zur Verringerung des Aufwandes an Eisen und zur weiteren Verbesserung
der Kühlung der Transformatorwicklungen kann man jeden der aus magnetischen Werkstoffen
bestellenden Mäntel 6o, 61, 62 und 63 durch zwei aus aufgewickeltem Eisenband eiergestellte
Ringe, die an den betreffenden Zwischenböden anliegen und durch zwei aus Eisenbleclistreifen
leergestellte Stäbe magnetisch miteinander verbunden sind, ersetzen. Außerdem kann
nian die Polschuhe 36 und 3;, die in der .Abb. i kreisförmig ausgebildet sind, zu
je eirein stabförinigen Polschuh zusanirnenschrumpfen lassen. Zweckmäßig wird dann
die Anordnung so getroffen, daß die
stabförmigen Polschuhe und die
die einzelnen an den Zwischenböden anliegenden Eisenblechringe verbindenden Eisenblechstäbe
sämtlich in einer gemeinsamen, durch die Mittelachse der Spulenkötper hindurchgehenden
Ebene liegen.
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Es ist zwar schon ein Hochspannungstransformator bekanntgeworden,
dessen Hochspannungswicklung auf verschiedene Kernteile verteilt ist, die im Wege
des magnetischen Kraftflusses hintereinanderliegen und durch Zwischenböden voneinander
elektrisch isoliert sind; bei diesem Transformator ist auch de: die Hochspannungsspule
umgebende Mantel aus magnetischem Werkstoff in mehrere Teile unterteilt, die ebenfalls
voneinander elektrisch isoliert sind. Die Spalte zwischen clen Teilen des Mantels
und den Kernteilen sind gegeneinander versetzt. Dabei ragen auch die die Teile des
Mantels voneinander isolierenden Zwischenböden über die Mantelteile etwas hinaus.
Polschuhe besitzt der bekannte Transformator ebenfalls, jedoch fehlt ihm der für
die Erfindung charakteristische Spulen-Z> Infolgedessen weist er auch nicht die
einleitend geschilderten Vorteile auf.