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Isoliertransformator für hohe Spannungen Isoliertransformatoren benutzt
man bekanntlich zum Trennen eines Niederspannungsnetzes von einem auf Hochspannungspotential
liegenden Netz. Eine derartige Trennung ist beispielsweise erforderlich bei der
Zuführung der Heizspannung zu einem auf Hochspannungspotential liegenden Glühfaden
einer Röhre. Da derartige Isoliertransformatoren gegenüber Spannungswandlern meist
nur für ein geringes Übersetzungsverhältnis ausgelegt werden und weil sie eine größere
Leistungsumsetzung und demzufolge auch größere Verluste haben, unterscheiden sie
sich ganz wesentlich von den Spannungswandlern, bei denen die Verluste vielfach
vernachlässigbar klein sind. Daraus folgt, daß die Isoliertransformatoren einen
gegenüber Spannungswandlern besonderen Aufbauverlangen. Bekannt ist es, Isoliertransformatoren
gleich wie die Meßwandler in das Innere von Hochspannungsdurchführungen einzubauen
und dabei den Eisenkern auf ein Zwischenpotential zwischen Hoch-und Niederspannung
zu legen, um dadurch die Potentialdifferenz zwischen den blanken, meist scharfkantigen
Eisenkernteilen und der Hochspannungsspule möglichst klein zu halten. Gegenüber
dem Spannungswandler, bei dem zur Potentialsteuerung zumeist einfach die Mitte der
Hochvoltwicklung angezapft wird, ist beim Isoliertransformator eine solchePotentialsteuerung
nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu vermeiden und
einen Isoliertransformator zu schaffen, der räumlich klein ausfällt und der vor
allein gut kühlbare Wicklungen hat, die
derart gleich sind, daß
sie bei Spannungsgleichheit auf beiden Seiten, also Übersetzungsverhältnis i : i,
sogar vertauscht werden können.
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Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, zwischen Hoch- und Niederspannungswicklung
möglichst homogene Feldverhältnisse in schaffen und das Potential des Eisenkerns
so zu steuern, daß man mit dem kleinsten Aufwand an Isolierstoff auskommen kann.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß sowohl die auf Erdpotential
liegende Niederspannungswicklung als auch die auf Hochspannungspotential liegende
Hochspannungswicklung als gleichartige Scheibenwicklungen ausgeführt sind, die insbesondere
hinsichtlich ihrer Isolationsanordnung einander weitgehend bzw. ganz gleichen, und
ferner dadurch, daß die Wicklungen nebeneinanderliegend auf einem Kernschenkel,
insbesondere auf dem oberen Schenkel eines quer in eine Hochspannungsklemme eingebauten
Magnetkerns der Kerntype angebracht und je von einem metallischen Schirm eingeschirmt
,werden, der sowohl völlig homogene Feldverhältnisse als auch .durch eine angebrachte
galvanisch leitende Verbindung zum Eisenkern für diesen eine gewünschte Potentialsteuerung
schafft.
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An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eines
gemäß der Erfindung ausgeführten Isoliertransformators soll die Erfindung näher
erläutert werden.
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Mit i ist der Eisenkern des Isoliertransformators bezeichnet. Dieser
ist in liegender Anordnung im Innern einer Hochspannungsklemme .2 angeordnet, wie
dies für Meßwandler bereits bekannt ist. 3 sind Stützer aus Hartpapier oder Porzellan
od. dgl., die Kern und Wicklung tragen. Mit q. ist die Hochspannungswicklung und
mit 5 die Niederspannungswicklung angedeutet. Beide Wicklungen sind als gleichartige
Scheibenspulen ausgeführt und sitzen auf dem oberen Kernschenkel 6 des Magnetkerns
i. Die Isolation der beiden Spulen ist weitgehend gleichartig ausgebildet. Sie besteht
je aus einem die Wicklung unmittelbar und allseitig umhüllenden Isolationsauftrag
7 und einer im Querschnitt U-förmigen, die Wicklung also nur von drei Seiten, nämlich
den beiden Außenmantelseiten und der der anderen Wicklung gegenüberliegenden Stirnfläche
umfassenden Isolation 8, die mit ihren freien Schenkeln 9 und io die Isolation 7
überragt. i i sind leitende, z. B. metallische Käfige oder Schirme von U-förmigem
Querschnitt, die als elektrostatische Schirme wirken und die je unmittelbar dicht
aufliegend über dem Isolierteil 8 angebracht sind. ,Diese Schirme sind in üblicher
Weise geschlitzt und durch eine an dem dem Kern benachbarten freien Schenkelende
angebrachte galvanisch leitende Verbindung 12 an dem Eisenkern i angeschlossen.
Das andere freie Schenkelende der Schirme ist zur Verbesserung der Feldverteilung
an seinem Ende 13 eingerollt. Durch die Schirme werden nicht nur an den Wicklungen
möglichst homogene Feldverhältnisse geschaffen, sondern es wird auch eine günstige
Potentialsteuerung des Eisenkerns erreicht, indem dieser auf das Potential der Schirme
gehoben wird. Gleichzeitig werden :die scharfen Kernkanten abgeschirmt. Da beim
Ausführungsbeispiel die Hochspannungs- und Niederspannungswicklung ganz gleiche
Isolationen aufweisen, liegen infolge dieser symmetrischen Anordnung die Schirme
i i genau in der Mitte zwischen den beiden Wicklungen. Damit stellen sie sich zwangsläufig
auf Mittelpotential ein. Die galvanische Verbindung 12, die die Schirme mit dem
Eisenkern verbindet, sorgt dafür, daß auch der Eisenkern auf das Schirmpotential
gehoben wird. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Isoliertransformators wird
also erreicht, daß zwischen Niederspannungs- und Hochspannungsspule einerseits und
dem gesamten Eisenkern andererseits jeweils nur die halbe Spannung liegt. Die einzige
Stelle, an der die volle zu isolierende Spannung auftritt, ist in dem Raum zwischen
Hochvolt- und Niedervoltspule. Dort ergibt aber die erfindungsgemäßeAnordnung zwangsläufig
die doppelte Isolationsstärke, weil in diesem Raum die beiden Isolieraufträge 7,
8 der beiden Wicklungen nebeneinander zu liegen kommen. Die Schirme ii erfüllen
in vorbildlicher Weise zwei Aufgaben, nämlich die Schaffung von einwandfreien, klaren,
möglichst homogenen Feldverhältnissen an den Stellen, wo die volle Spannüiig 'auftritt,
also zwischen Hoch- und Niederspannungswicklung, und damit die Vermeidung störender,
nicht gesteuerter Zwickel und außerdem die Steuerung des Kernpotentials. Die Wicklungsanordnung
nach der Erfindung ist auch kühltechnisch von besonderem Vorteil, weil bei ihr die
größeren Flächen der nicht vom Isolierauftrag 8 eingeschlossenen Stirnfläche der
Wicklung vom Isolier- und Kühlmedium, z. B. Öl, umspült werden kann. Gerade
eine Kühlung ist für Isoliertransformatoren besonders wichtig, weil diese mit im
Vergleich zu Spannungswandlern größeren Verlusten arbeiten, die unbedingt abgeführt
werden müssen. Die angegebene Isolationsanordnung wirkt sich auch insofern günstig
aus, als der gleiche Isolierauftrag der beiden Wicklungen erlaubt, daß in beiden
Wicklungen gleiche Stromdichten zugelassen werden können, was eine günstige Ausnutzung
des aktiven Werkstoffes ergibt. Erwähnt soll ferner werden, daß bei einem Übersetzungsverhältnis
von i : i, wie dies bei Isoliertransformatoren meist gebräuchlich ist, die beiden
Spulen völlig gleich gemacht werden können. Dies bedeutet eine wesentliche Vereinfachung
und Verbilligung in der Herstellung. Außerdem bringt eine gleiche Wicklungsausbildung
den Vorteil der Austauschbarkeit der Wicklungen gegeneinander. Auch hinsichtlich
der Wicklungsanschlüsse erweist sich die neue Anordnung als günstig. Die beiden
Anschlüsse 15 für die Hochvoltwicklung lassen sich in bequemer Weise durch einen
sogenannten Isolierkamin 16, ivie dies an sich bekannt ist, aus dem Wicklungsverband
herausführen, um dann bei 17 aus der Hochspannungsklemme 2 herausgeführt zu werden.
Gegeneinander sind die beiden Hochvoltanschlüsse nur für ihre Eigenspannung, also
z. B. die Heizspannung,
zu isolieren. Die Herausführung der N iederspannungswicklungsanschlüsse
18 kann in gleicher Weise. aber nach unten, geschehen, wie bei der Ilochspannungswicklung.
Diese Wicklungsanschlüsse sind bei icg durch den Klemmenbefestigungsfuß 2o abgeführt.
Die Herausführung der Wicklungsanschlüsse nach oben und unten erfordert keinen,
zusätzlichen Raum für die Herausführung. Selbstverständlich kann auch der Kamin
16 mit einer elektrostatischen Abschirmung versehen sein. An den Füßen der für die
halbe Spannung bemessenen Stützer 3 können sogenannte v or-"eschobene Elektroden
21 angebracht sein, um dadurch auch an diesen Stellen die Feldverhältnisse zu verbessern.
Die Klemme selbst, die zweckmäßig aus einem Stück besteht, kann vollkommen, mindestens
aber so weit mit Öl gefüllt sein, daß die Abführungen der Hochvoltwicklungen noch
unter Öl liegen. Der darüberliegende freie Raum kann in diesem Fall als Ausdehnungsgefäß
dienen. Weiiii ein solcher nicht vorhanden ist, muß ein besonderes ülausdehnungsgefäß
an die Klemme angeschlossen «-erden.
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Uni eine besonders wirksame Kühlung des Kleinmenöls zu erreichen,
kann der gesamte aktive Teil des Isoliertransformators in an sich bekannter Weise
von einem Isolierrohr 22 umgeben sein. Diese Anordnung leitet das am aktiven Teil
erwärmte und hochgestiegene Isolieröl in der Pfeilrichtung 23 um, so daß es in dem
Ringkanal 24 zwischen Isolierrohr 22 und Klemme 2 infolge der hier eintretenden
Abkühlung nach unten gelangen kann, von wo es dann in der vorbeschriebenen Weise
wieder hochsteigt.
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Da Kern und Wicklung des Isoliertransformators infolge seines verhältnismäßig
großen Abstandes von Erde ilur eine verhältnismäßig kleine Kapazität gegen Erde
haben, kann diese meist vollständig vernachlässigt werden. Wenn es notwendig werden
sollte. den Einfluß dieser geringen Erdkapazität auf die Potentialsteuerung auszugleichen,
dann kann dies in einfacher Weise dadurch geschehen, daß man die Kapazität der Hochvoltspule
zum Schirm gegenüber der der Niedervoltspule zum Schirm so vergrößert, daß wieder
symmetrische Verhältnisse entstehen. Am besten macht man dies dadurch, dala man
eine Teilschicht 25 der Hochvoltwicklungsisolation aus einem Werkstoff höherer Dielektrizitätskonstante
als den übrigen Isolierstoff ausführt. Um die gleiche Wirkung zu erzielen, könnte
selbstverständlich auch eine Teilschicht der Isolation der Niederspannungswicklung
aus einem Werkstoff niedrigerer Dielektrizitätskonstante bestehen, als der übrige
Isolierstoff. Die Gleichartigkeit der Spulenausführung hinsichtlich des Raumbedarfes
wird dadurch nicht gestört, weil die Gesamtstärke des Isolationsauftrages hierdurch
keine Veränderung erfährt.