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Hochspannungstrockentransformatoi, insbesondere Spannungswandler Es
ist bereits vorgeschlagen worden, die Hochspannungswicklung eines, Transformators,
insbesondere eines Spannungswandlers zum Erzielen einer Trockenausführung in einem
garnrollenförmigen Isolierkörper unterzubringen. Bei dieser Ausführung ist zwar
das eine Ende der Hochspannungswicklung in vorzüglicher Weise gegen Erde isoliert.
Das andere Ende der Ilochspannungsw icklung wird zur-Erzielung eines einpolig isolierten
Spannungswandlers mit Erde verbunden. Bei zweipolig isolierten Wandlern muß das
zweite Ende der Hochspannungswicklung ebenfalls gegen Erde hoch isoliert werden,
was bisher nur durch einen entsprechend großen Abstand erreicht werden konnte. Dieser
große Abstand bedingt jedoch einen großen Kern, somit ein großes Gewicht und infolge
der Vergrößerung der Eisenweglänge eine Verminderung der Wandlermeßgenauigkeit.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Hochspannungswicklung
in eine mehrteilige Kapsel aus Isoliermaterial einzuschließen. In diesem Falle mußten
zur Vermeidung der Sprüh- und der Gleitfunkenbildung sämtliche zwischen den einzelnen
Teilen des Isolierstoffes einerseits und zwischen der Wicklung und dem Isolierkörper
andererseits auftretenden Hohlräume vergossen werden. Diese Bauart bedingt jedoch
vor allen Dingen einen erheblichen Aufwand an Vergußmasse. Da außerdem die Wicklung
selbst von Vergußmasse eingeschlossen ist, so hat sie keine Möglichkeit zum Arbeiten.
Die bekannten Isoliermassen haben nämlich die Eigenschaft, daß sie unter dem Einfluß
von Feuchtigkeit und Temperaturänderungen treiben oder eine Rissebildung aufweisen.
Dies hat zur Folge, daß der mit Isoliermasse gefüllte Isolator entweder zersprengt
wird oder daß die in der Isoliermasse auftretenden Risse die gerade zu beseitigenden
Sprüh- und Überschlagserscheinungen begünstigen. Bei Wicklungsschäden, beispielsweise
beim Auftreten der Lichtbögen innerhalb der Wicklung, steht die Isoliermasse unmittelbar
unter dem Einfluß des Lichtbogens und bringt somit Brand-. bzw. Explosionsgefahr
mit sich.
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Bekannt sind ferner Wicklungsanordnungen für Transformatoren, insbesondere
Meßwandler mit z«,ei ineinandergesteckten;
doppelschaligen Isolierkörpern,
bei denen die inneren, konzentrischen Schalenwände der Isolierkörper aufeinanderliegen
und so den gesamten Wickelraum in zwei getrennte Kammern, eine äußere für die Primärwicklung
und eine innere für die Sekundärwicklung, aufteilen. Derartige Wicklungsanordnungen
machen jedoch erheblichen Materialaufwand für das Gehäuse und darüber hinaus die
Anordnung eines besonderen Spulenkörpers für die Hochspannungswicklung erforderlich.
Ein weiterer Nachteil solcher 'Wicklungsanordnungen besteht darin, daß die einander
zugekehrten Flächen der Gehäuseteile keinen in dielektrischer Hinsicht zuverlässigen
Abschluß gewährleisten, da die Berührung zwischen den einander zugekehrten Flächen
der Isolierkörper zugleich an mehreren, mindestens aber zwei konzentrischen Ringflächen
erfolgen soll, was bereits aus Herstellungsgründen nicht möglich ist, so daß entwender
die inneren oder die äußeren einander zugekehrten Teile der Isolierkörper klaffen.
Eine solche Anordnung führt somit insbesondere bei hohen Spannungen zu Glimmerscheinungen,
und Über- oder Durchschlägen.
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Man könnte ferner zwar daran denken, die Wicklung in einem praktisch
allseitig geschlossenen, einteiligen Isolierkörper unterzubringen. In diesem Falle
ist aber die Unterbringung der vielen Windungen, die insbesondere bei Spannungswandlern
erforderlich sind, umständlich und verteuert den Hochspannungsapparat.
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Es sind ferner Hochspannungsapparate bekannt, bei denen die Hochvoltwicklung
aus mehreren Teilwicklungen besteht, die in flaschenhalsförmigen Isolierkörpern
liegen. Diese flaschenhalsförmigen Isolierkörper gewährleisten zwar eine vorzügliche
Isolation der einzelnen Spulen gegeneinander, jedoch nicht eine gute Isolation zwischen
Anfang und Ende jeder einzelnen Spule, so daß eine solche Anordnung für die Spannungswandler,
bei denen zwischen dem Anfang und Ende einer unterteilten Hochspannungswicklung
hohe Potentialdifferenz herrscht, ungeeignet ist.
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Schließlich sind Spannungswandlerausführungen mit zwei Hochvoltisolatoren
bekannt, bei denen jedoch der eine Punkt der Hochvoltwicklung, in erster Linie ihre
Mitte mit dem Eisenkern verbunden sein muß, da die beiden ü bereinandergeschobenen
Spulenkörper an ihren Stoßstellen keine Isolierung in dem Maße ermöglichen, daß
das Ende der Hochv oltwicklung von der äußeren Metallisierung der Spulenkörper hochwertig
isoliert ist. Die Verbindung der Hochvoltwicklung mit dem Eisenkern verursacht jedoch
erhebliche Nachteile bzw. Schwierigkeiten sowohl in elektrischer als auch in konstruktiver
Hinsicht, indem beispielsweise der Eisenkern isoliert aufgestellt werden muß. Ist
dagegen der Eisenkern und beispielsweise die Mitte der Hochvoltwicklung mit Erde
verbunden, so ist ein solcher Transformator doch nicht zum Anschluß an zwei Leiter
eines Drehstromnetzes geeignet, da dies voraussetzen würde, daß nicht der Sternpunkt
des Netzes. sondern der Mittelpunkt der einen verketteten Spannung, die gemessen
werden soll, sich auf Erdpotential befindet, da andernfalls die Wicklungen wegen
der induktiven Verkettung der Wicklungshälften durch den gemeinsamen Eisenkern verbrennen
müßten. Es sind zwar auch Transformatoren bekannt, bei denen kein Punkt der Hochvoltwicklung
mit dein Eisenkern bzw. mit der Erde verbunden ist. Hier bestehen die Isolierkörper,
in denen die Hochvoltwicklung sitzt, aus im Querschnitt U-förmigen Isolierkörpern,
die ineinandergeschoben werden. Auf diese Weise entsteht aber zwischen den beiden
Isolierkörpern ein sehr langer Spalt, der, da sich in ihm Luft befindet, sehr leicht
zum Sprühen neigt. Man könnte daran denken. diesen Luftspalt mit einer Füllmasse
auszufüllen, um dadurch das Glimmen zu vermeiden. Das Ausfüllen dieses tiefen und
schmalen Spaltes mit Füllmasse bereitet jedoch erhebliche fabrikatorische Schwierigkeiten.
Macht man den Spalt sehr eng und versucht man auf diese Weise mit einer geringeij
Menge Füllmasse auszukommen, so wird es sich bei der laufenden Fabrikation nie vermeiden
lassen, dafs in diesem engen Spalt Hohlräume bleiben, die nicht mit Masse .ausgefüllt
sind und infolgedessen zti Glimmerscheinungen führen. Macht man den Spalt breiter,
so verringert man zwar die fabrikatorischen Schwierigkeiten; man muß jedoch hierbei
mit derart eilieblichen Mengen Füllmasse rechnen, daß man diese Konstruktion nicht
mehr als trockenisoliert ansprechen kann.
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Die Erfindung, die sich auf einen Hochspannungstrockentransformator,
insbesondere Spannungswandler bezieht, bei dem die Hochvoltwicklung aus mindestens
zwei in axialer Richtung nebeneinanderliegenden Teilspulen besteht, die lagenweise
auf einen Isolierkörper mit mindestens drei Flanschen aufgewickelt sind, von denen
mindestens ein mittlerer Flansch eine Durchbohrung zur leitenden Verbindung -zweier
benachbarter Spulen enthält und ein die Hochvoltwicklung umhüllender Isolierkörper
vorhanden ist. vermeidet diese Nachteile. Hierbei liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen Hochspannungstransformator, insbesondere Spannungswandler mit Trockenisolation.
zti schaffen,
bei dem kein Punkt der Hochvoltwicklung mit dem Eisenkern
bnv. mit dem Gehäuse leitend verbunden ist, bei dem also die gesamte Hochvoltwicklung
der Prüfspannün-, entsprechend gegen den Eisenkern, die Sekundärwicklung und das
Gehäuse isoliert ist. Durch die gewählte Anordnung ist es bei dem Erfindungsgegenstand
möglich, die Hochvoltwicklung selbst bei höheren Spannungen nur in zwei Abteilungen
aufzuteilen, von denen jede für sich zwischen Anfang und Ende eine erhebliche Spannung
zu führen vermag, so daß der Erfindungsgegenstand insbesondere in seiner Ausführung
als Spannungswandler geeignet ist. Hierbei ist auch die Vorsorge getroffen, daß
sowohl die Verbindung der beiden Teile der Hochvoltspule von dem Eisenkern gut isoliert
ist als auch jedes einzelne Ende der Hochvoltspule von dem Eisenkern.
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Dies wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß auf
den Flanschenstirnflächen des fertig bewickelten Hochvoltspulenkörpers der umhüllende
Isolierkörper durch-Grob- oder Feinschliff aufliegt und daß die die dielektrische
Abdichtung vornehmenden Trennflächen auf einer gemeinsamen Kegelmantelfläche mit
geringer Steigung aufliegen.
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Es ist zwar bereits ein aus für sich fertiggestellten Einzelteilen
zusammengesetzter Isolierkörper insbesondere aus keramischem Material für elektrische
Apparate, dessen Einzelteile an ihren Stoßflächen mit oder ohne Zuhilfenahme eines
Fülldielektrikums derart fein aufeinander abgestimmt sind, daß die elekrische Festigkeit
der Stoßfugen in der Größenordnung derjenigen der Einzelteile selbst liegt (Edelfuge),
insbesondere für Spannungswandler dahingehend vorgeschlagen, daß der Isolierkörper
aus einem spulenförmigen inneren Teil mit-Flanschen besteht, an deren Rändern vorzugsweise
kegelförmig ausgebildete Stoßflächen angeordnet sind, und daß eine Überwurfhülse
mit entsprechend ausgebildeten Stoßflächen vorgesehen ist (Patent 677 718, Anspruch
q.).
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Bei der vorliegenden Erfindung ergibt sich eine ganz andere Aufgabenstellung
als bei dem Gegenstand des älteren Patents, bei dem nur zwei Flansche vorhanden
sind, die an ihren Rändern, d. h. also an ihren Seitenflächen Stoßflächen für den
Edelschliff tragen. Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen Isolierkörper
mit mindestens drei Flanschen, die mit dem Schliff versehen werden müssen. Bei Ausbildung
dieser drei Flansche entsprechend der Abb.4 des älteren Patents müßte der oberste
Flansch einen sehr'großen Durchmesser bekommen, da ja der kleinste Durchmesser der
obersten Schlifffläche des Außenkörpers über den größten Durchmesser der mittleren
Schlifffläche des Innenkörpers herübergeschoben werden muß. Es ergibt sich alsp
ein sehr großer Durchmesser des Außenkörpers und damit ein großes Kernfenster. Außerdem
erscheint es bei Verwendung einer Edelfuge sehr schwierig, wenn nicht gar unmöglich,
derartig verschiedene Kegelflächen so zu schleifen, daß alle diese Kegelflächen
gleichmäßig richtig aneinanderiiegen. Dies ist aber Voraussetzung für das einwandfreie
Herstellen und Halten einer Edelfuge.
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Die vorliegende Erfindung bringt daher einen ganz anderen Lösungsweg,
der nicht nur eine einfachere fabrikmäßige Herstellungsart bringt, sondern auch
eine kleinere Eisenweglänge, also ein kleineres Kernfenster. Im Gegensatz zu der
schrägen Anordnung der Trennflächen nach dem älteren Patent hat sich die Erfindung
die Aufgabe gestellt, bei Spulenkörpern mit mindestens drei Flanschen die Schlifffläche
so zu legen, daß ein möglichst kleines Kernfenster und eine möglichst leichte Herstellung
erreicht wird. Wenn man an die Lösung dieser Aufgabe herangeht, so wäre man zunächst
geneigt, alle Trennflächen in eine gemeinsame Zylinderfläche zu legen, so also,
daß die Überwurfhülse über den eigentlichen Hochv oltspulenkörper theoretischherübergeschoben
werden könnte. Dies wird aber praktisch kaum möglich sein, weil die Passung für
den Sitz der Flächen aufeinander so fein sein muß, daß ein Herüberschieben über
die einzelnen Flächen nacheinander nicht erfolgen könnte. Es scheidet deshalb diese
Lösung aus. Wenn man nun den nächsten Schritt macht und die einzelnen Trennflächen
auf Flächen verschiedenen Durchmessers anordnet, so wird man wohl praktisch am Anfang
ein leichteres Überschieben der Hülse über den Hochvoltspulenkörper erzielen. Wenn
man aber bei diesem Übereinanderschieben in die Lage kommt, in der die zusammengehörigen
Trennflächen einander berühren, so wird es wieder aus dem Passungsgrunde schwer
sein, nun die Isolierhülse weiter herüber zu schieben, weil es sehr schwer fällt,
die einzelnen Trennflächen so genau aufeinander abzustimmen. Nach der Erfindung
sollen nun diese Trennflächen sämtlich auf einer gemeinsamen Kegelmantelfläche mit
geringer Steigung liegen, so daß diese` Schwierigkeit des Herüberschiebens bei nahezu
horizontal liegenden Trennflächen nicht auftreten kann.
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Bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird ferner der Vorteil
erzielt, daß beide Isolierkörper grundsätzlich symmetrisch ausgebildet werden können
und die
Trennflächen auf den Stirnflächen der Flansche des spulenförmigen
Isolierl:örl-iers liegen, was für die Form- und Schleifarbeiten der Isolierkörper
von nicht zu unterschätzender Bedeutung ist.
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Die durch die aufeinanderliegeilden Trennflächen erzielte dielektrische
Abdichtung kann als Edelfuge ausgebildet sein, wenn ein besonders guter Feinschliff
in der Größenordnung von 1/loo min verwendet wird. Wenn ein Grobschliff von etwa
1,1o min verwendet wird, so können die Trennfugen zur Erhöhung des Kriechweges mit
einer oder mehreren Ringnuten versehen sein, die mit Vergußmasse, Paraffin oder
einem anderen im flüssigen Zustand eingießbaren und später erstarrenden Isolierstoff
gefüllt sind.
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In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: A11. 1 einen Spannungswandler zur Hälfte im Längsschnitt, zur Hälfte
in Seitenansicht, A11. 2 einen Spannungswandler in Vorderansicht, Abb. 3 eine Abart
des Gehäuses in einer Vorderansicht.
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Das Gehäuse des Spannungswandlers bestellt aus einem inneren Rotationsisolierkörper
i und aus einem äußeren Isolierkörper =. der über den inneren Isolierkörper i geschoben
ist. Die Auflageflächen zwischen den beiden beispielsweise aus Porzellan oder aus
einem sonstigen geeigneten Werkstoff bestehenden Isolierkörpern 1. 2 «-erden durch
mehrere flanschförmige Teile i i des inneren Isolierkörpers i gebildet, der eine
Hochspannungswicklung 3 trägt: die Teilspulen der unterteilten Hochspannungswicklung
liegen, wie aus Abb. i ersichtlich, zwischen den Flanschen i i. Durch die Bohrung
12 des inneren Isolierkörpers i ist ein Eisenkern mit seinem einen Schenkel hindurchgeführt.
Dieser Schenkel ist unter Zwischenschaltung eines unter Wahrung eines Zwischenraumes
den Schenkel umschließenden Isolationszylinders i-. von einer Niederspannungswicklung
4. umschlungen. Zwischen den flanschförmigen Teilen i i des inneren Isolierkörpers
i und den zugekehrten Flächen des äußeren Isolierkörpers 2 entstehen Trennfugen
5. Die Anordnung ist hierbei erfindungsgemäß so getroffen, daß die Trennfugen 5
von der Hochspannungswicklung 3 und von der Niederspannungswicklung räumlich getrennt
sind. Die Trennfugen 5 sind zur Vergrößerung der Kriechwege mit je einer oder mehreren
Ringnuten 6 versehen. Die Ringnuten 6 sind mit einem im flüssigen Zustand eingießbaren
und später erstarrenden Isolierstoff gefüllt. Als solche Isolierfüllstofte kommen
vor allen Dingen Vergußmasse, Paraffin o. dgl. in Betracht. Um bei Anwendung eines
nur groben Schliffes für die- Trennfugen 5 das Austreten des Isolieistoffes aus
den Ringnuten 6 zu verhindern, können die Wendungen der Trennfugen 5 an leiden Seiten
der Ringnuten 6 mit saugfähigem Papier ausgekleidet werden, das sich mit dein Isolierstoff
vollsaugt und nach dein Erstarren des Isolierstoffes eine gute Isolation bewirkt.
Die dielekrische Abdichtung an den Stoffstellen zwischen den Flanschen i i des Innenkörpers
i und den zugekehrten Flächen des Außenkörpers 2 kann aber unter Fortlassung besonderer
Isolierstoffe bzw. Verkittungen auch dadurch erfolgen, daß man die die Trennfugen
5 bildenden Stof)stellen der leiden Isolierkörper 1, 2 derart fein aufeinander abstimmt,
daß die kittlose Stoßstelle elektrisch annähernd oder ebenso hoch beansprucht «-erden
kann wie der ungeteilte Werkstoff. Zti diesem Zwecke können die Stoßstellen insbesondere
sehr fein aufeinander eingeschliffen werden. Die Zusammenfügung kann alsdann entweder
unmittelbar nach dein Schleifen oder nach dem vorhergehenden Auftragen einer dünnen
Fettschicht erfolgen, wodurch etwaige noch bestehende Unebenheiten der Stoßstellen
ausgeglichen werden.
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Sämtliche Trennfugen zwischen dein äußeren und dem inneren Isolierkörper
liegen erfindungsgemäß auf einer gemeinsamen hegelmantelfläche mit geringer Steigung,
wodurch eine einfache und zuverlässige Herstellung ermöglicht wird.
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Zweckmäßigerweise wird der Isolierlcöiper 2 mit hohlen Ansätzen 8
versehen, die aus dein gleichen Werkstoffstück bestehen und zur Befestigung der
Anschlüsse i6 der Hochspannungswicklung dienen. Zur Vergrö-Merung des Üliersclilagsspannungsweges
und zur Verhinderung der Gleitfunkenbildung kann, wie aus Abb. 2 ersichtlich, sowohl
der äußere als auch der innere Isolierkörper 1>7w. i mit Rippen io, 18 versehen
«-erden. Bei höheren Spannungen ist es, wie aus Abb.3 ersichtlich, z@vecl;mäflig,
mehrere Rippen io, 18 vorzusehen. Die Rippen lasse>> Hohlkehlen 1; entstehen, die
ganz oder zum Teil leitend gemacht werden. Hierbei «-erden diese leitenden Flächen
auf Erdpotential gefiracht. Die leitenden Flächen können beispielsweise durch Aufspritzung
von Zink erzielt werden. Aber auch die Bohrung 12 des inneren Isolierkörpers i und
der ringförmige Kanal des inneren Isolierkörpers, in dein die Hochspannungswicklung
untergebracht ist. werden in allgemein bekannter Weise ganz oder zum Teil metallisiert.
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Die Rippen io des äußeren Isolierkörper -2 und die Rippen 18 des inneren
Isolierkörpers i sind so in bezug aufeinander angeordnet,
daß sie
ineinander übergehen, wobei die Trennfugen der Rippen der beiden Isolierkörper i,
2 dielektrisch abgedichtet sind.
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Als Werkstoff für Isolierkörper i, 2 kommt natürlich vor allen Dingen
Porzellan oder sonstige keramische Stoffe in Frage. Um ein möglichst gleichmäßiges
Schwinden der das Gehäuse bildenden Isolierkörper i, 2 zu erreichen, werden die
beiden Isolierkörper i, 2 zweckmäßig in einer gemeinsamen Kapsel gebrannt.
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Der Zusammenbau des auf diese Weise entstehenden Gehäuses und des
Hochspannungsapparates selbst ist aus der Zeichnung ersichtlich.