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Hochspannungsseitig mit .Anzapfungen versehener Hochspannungstransformator
Zur Erzeugung oder zur Messung hoher Wechselspannungen sind sogenannte Isoliermantel-Transformatoren
bzw. Isoliermantel-Spannungswandler bekanntgeworden. Es sind dies Transformatoren
bzw. Spannungswandler, bei welchen der Kern und die Wicklungen in einem mit Isolierflüssigkeit
gefüllten Gefäß untergebracht sind, welches außer einem Fundament und einem Deckel
aus leitendem Werkstoff einen Isoliermantel aufweist.
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Diese Transformatoren Isoliermantel Wandler zeichnen sich durch ihre
raumsparende Bauweise aus, da das Isoliermantelgefäß gleichzeitig die Rolle eines
Stützers, eines Gefäßes und einer Durchführung übernimmt. Bisher ist diese Konstruktion
bei Transformatoren und Spannungswandlern mit keinen oder nur wenigen Anzapfungen
auf der Hochspannungsseite angewendet worden. In der Regel wird dabei das Hochspannungspotential
am Deckel des Gefäßes angeschlossen, das halbe Potential am Kern (sofern sich dieser
auf halbem Hochspannungspotential befindet) und das Erdpotential an dem geerdeten
Fundament des Gefäßes. Es ist aber auch schon bekanntgeworden, bei derartigen Isoliermantel-Transformatoren
Anzapfungen der Hochspannungswicklung herauszuführen und an Durchführungen anzuschließen,
welche am Isoliermantel oder auch auf dem Deckel des Gefäßes angebracht sind. Die
Anordnung der Durchführungen auf dem Gefäßdeckel,
der ja auf dem
Hochspannungspotential liegt, °ist insbesondere bei einer größeren Zahl von Anzapfungen
wegen Platzmangels und im Hinblick auf die an die Durchführungen anzuschließenden
verschiedenen Schaltverbindungen mit ausreichenden Abständen gegenüber dem Deckel
schwierig. Außerdem verteuert die große Zahl der notwendigen Hochspannungsdurchführungen
den ganzen Transformator. Diese Nachteile werden vermieden, wenn die Anzapfungen
durch den Isoliermantel des Transformatorgefäßes herausgeführt werden. Der Eisenkern
des Transformators steht mit seinem einen unbewickelten Schenkel auf dem Fundament
und trägt auf dem gegenüberliegenden, dem Deckel zugewandten Schenkel die Niederspannungswicklung
und darüber die mit den Anzapfungen versehene Hochspannungswicklung. Es ist ohne
weiteres einzusehen, daß die Durchführungen für die Anzapfleiter entsprechend der
Höhenlage der betreffenden Anzapfungen und ihrer Spannungsdifferenz gegenüber dem
auf dem höchsten Potential befindlichen Deckel verhältnismäßig tief unterhalb des
Deckels am Isoliermantel angeordnet werden müssen. Dadurch wird aber die Montage,
d. h. die Herstellung der Verbindungen zwischen den einzelnen Anzapfungen und den
zugehörigen Durchführungen des Isoliermantels außerordentlich schwierig, weil sie
ja von oben her durch die Isoliermantelöffnung (Deckel noch nicht aufgesetzt) erfolgen
muß und im Innern des Isoliermantels wegen der gedrängten Bauweise nicht viel Platz
für die von oben hineinlangenden Arme und Hände des Monteurs sowie seine Werkzeuge
zur Verfügung steht. Noch ungünstiger liegen die Verhältnisse, wenn die Hochspannungswicklung
nicht lagenweise aufgebaut ist und nicht -horizontal in deni Isoliermantel liegt,
sondern wie häufig gewünscht, aus Scheibenspulen oder Abteilungswicklungen besteht,
die auf den beiden senkrecht stehenden Schenkeln des Eisenkernes übereinander angeordnet
sind. Hier ist es praktisch unmöglich, die Anzapfungen der untersten Spulen. mit
ihren Durchführungen zu verbinden.
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Die Erfindung vermeidet alle diese geschilderten Schwierigkeiten und
Nachteile bei einem hochspannungsseitig mit Anzapfungen versehenen Hochspannungstransformator,
insbesondere Präzisionsspannungswandler, dessen aktive Teile in einem mit Isolierflüssigkeit
gefüllten Gefäß aus einem Isoliermantel mit metallenem Boden und Deckel untergebracht
sind; und zwar erfindungsgemäß dadurch, daß die einzelnen Anzapfungen der Hochspannungswicklung
bzw. die Enden der einzelnen Spulen der Hochspannungswicklung an in einem Isolierstoffring
vorgesehene Durchführungsleiter (z. B. Bolzen) geführt sind und daß der Isolierstoffring
als Verbindungsglied zwischen zwei den Isoliermantel bildenden Isolierzylindern
dient. Die Herstellung der Verbfndungen zwischen den Anzapfungen und den Durchführungsbolzen
ist hier denkbar einfach, weil sie erfolgen kann, bevor der obere Isolierzylinder
auf den Isolierstoffring aufgesetzt wird, und daher die Durchführungsbolzen und
Anzapfungen frei liegen bzw. bequem zugänglich sind.
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Es ist schon seit langem bekannt, den die aktiven Teile eines Hochspannungstransformators
enthaltenden Isoliermantel mehrteilig auszubilden und die einzelnen Teilisoliermäntel
durch ringförmige Metallarmaturen zusammenzuhalten, die gegebenenfalls mit Zwischenpotentialen
'leitend verbunden werden. Hier erfolgt aber die Unterteilung des Isoliermantels
mit Rücksicht auf die schwierige Herstellung großer, langer einteiliger Isoliermäntel.
Auch ist schon ein Hochspannungstransformator bekannt, bei dem die beiden Teile
des Isoliermantels durch einen Zwischenring oder -flansch miteinander verbunden
.sind, in welchem ein von außen zu betätigender Kurbelmechanismus zur Einstellung
von im Innern liegenden elektrostatischen Schirmen angeordnet ist. Abgesehen davon,
daß es sich hier um eine ganz ändere Aufgabe als bei der Erfindung handelt, besteht
der Zwischenflansch oder -ring nicht aus Isolierstoff, sondern aus leitendem Material-,
da er mit dem Eisenkern des Transformators leitend verbunden ist und mit diesem
durch entsprechende Einstellung der elektrostatischen Schirme auf ein Zwischenpotential
gebracht werden soll.
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Ein Ausführungsbeispiel für einen Hochspannungstransformator. gemäß
der Erfindung ist in Abb. i im Schnitt schematisch dargestellt; Mit r i ist ein
metallisches, geerdetes Fundament (Boden) bezeichnet, auf dem der rahmenförmige
Eisenkern 12 steht. Auf den beiden vertikal verlaufenden Schenkeln des Eisenkernes
sind zunächst die die Niederspannungswicklung bildenden Spulen 13 und darüber,
entsprechend isoliert, die, aus einer Mehrzahl von Abteilungs- oder Scheibenspulen
14 bestehenden Hochspannungswicklungen aufgebracht. Diese 'aktiven Teile des Transformators
sind von einem Isoliermantel umgeben, der aus zwei Isolierzylindern 15 und 16 besteht,
zwischen denen sich als Verbindungsglied ein Isolierstoffring 17 befindet. Dieser
ist im Querschnitt im wesentlichen H-förmig ausgebildet und derart bemessen, daß
die einander .zugewandten Ränder der beiden Isolierzylinder 15, 16 in die beiden
Ringnuten des Isolierstof'fringes unter Zwischenlage von elektrisch nichtleitenden,
ölfesten Dichtungsringen 18, ig hineinpassen. Der Isolierstoffring 17 weist eine
Mehrzahl von Durchführungsbolzen 2o auf, die vorzugsweise gleichmäßig auf den Ringumfang
verteilt in einer Ebene (bei einer größeren Zahl auch in zwei oder mehr Ebenen)
angeordnet und mit den einzelnen Anzapfungen bzw. Anfängen und Enden der Spulen
14 durch entsprechende Leitungen verbunden sind. An den außerhalb des Transformatorgefäßes
liegenden Köpfen der Durchführungsbolzen 2o kann man also die einzelnen Hochspannungsspulen
14 wahlweise in beliebigen Schaltungen miteinander verbinden. Ein metallener Deckel
21 schließt den Isoliermantel oben. ab. Darüber befindet sich noch eine entsprechend
abgerundete Abschirmhaube 22. Die Dichtungsringe 23 und 2q. sorgen für eine öldichte
Verbindung der Isolierzylinder 16 bzw. 15 mit dem Deckel 21 bzw. Boden ii. Im Geeensatz
zu
den eingangs erwähnten bekannten Transformatoren bzw. Meßwandlern in Isoliermantelbauweise
sind der Deckel 2i und die Abschirmhaube 22 geerdet, so daß der obere horizontale
Schenkel des auf Erdpotential befindlichen Kernes 12 dicht unterhalb des Deckels
21 liegen kann. Zur mechanischen, öldichten Verbindung sowohl des Deckels 2r und
des Bodens i i, als auch des' Isolierstoffringes 17 mit den beiden Isolierzylindern
15, 16 dienen die mit 25 bezeichneten Spannmittel. Da der Eisenkern 12, am Fundament
ii befestigt ist, braucht man lediglich die zwischen dem oberen Schenkel des Eisenkernes
und dem Deckel 21 vorgesehenen Spannmittel 25 anzuziehen, um sämtliche Teile des
Transformators formschlüssig miteinander zu verbinden und gleichzeitig das Transformatorgefäß
durch den dabei hervorgerufenen Dichtungsdruck öldicht zu machen. Der Eisenkern
i2 dient bei dieser Anordnung gleichzeitig als Formschluß. Man kann aber auch die
Spannmittel ohne Benutzung des Eisenkernes in Gestalt von entsprechenden innerhalb
des Isoliermantels verlaufenden Isolierleisten oder Isolierbolzen ausbilden, .die
einerseits am Deckel 2i, anderseits am Boden ii angreifen und entweder vom Deckel
aus oder vom Fundament aus gespannt werden. Jedenfalls ist es zweckmäßig, den Dichtungsdruck
für alle in Reihe liegenden Dichtungen 23, 18, i9 und 24 gleichzeitig. durch ein
gemeinsames Verspannen zu bewirken.
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Die Herstellung der Verbindungen von den Durchführungsbolzen 2o zu
den einzelnen Spulen 14 der Hochspannungswicklung (in der Abb. i sind nur zwei Bolzen
und zwei Verbindungsleitungen dargestellt) ist außerordentlich einfach, da bei der
Montage des Transformators zunächst nur der untere Isolierzylinder 15 mit dem Isolierstoffring
17
auf das den Eisenkern und die Wicklungen tragende Fundament i i unter Zwischenlage
der Dichtung 24 aufgesetzt wird. Nunmehr werden die einzelnen Durchführungsbolzen
mit den verschiedenen Spulenanfängen und -enden verbunden, was sehr einfach und
bequem ist, weil die oberen Spulen 14 vollkommen frei liegen und die weiter unten
liegenden Spulen 14 noch leicht erreichbar sind. Erst wenn die Verbindungen zwischen
den Durchführungsbolzen 2o und den einzelnen Spulen 14 hergestellt sind, wird der
obere Isolierzylinder 16 aufgesetzt und der Deckel usw. hinzugefügt, worauf die
oben erläuterte Verspannung der einzelnen Teile und anschließend die Füllung des
Transformators mit der Isolierflüssigkeit (Öl) erfolgt.
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Wie schon erwähnt, igtes zweckmäßig, die Durchführungsbolzen 20 in
einer Ebene des Isolierringes 17 anzuordnen. Wenn jedoch in einer Ebene nicht
genügend Platz ist, wird man einen in axialer Richtung des Isoliermantelgefäßes
breiteren Isolierstoffring vorsehen, so daß die Durchführungsbolzen in mehreren
Ebenen dieses Ringes angeordnet werden. können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn.
der Isolierstoffring 17 aus Preßstoff hergestellt oder aus einem härtbaren Kunstharz
gegossen wird, wobei die Durchführungsbolzen 2o gleich miteingepreßt bzw. eingegossen
werden. Beispielsweise sind die heute gebräuchlichen Kunstharze auf Äthoxylinbasis
dafür geeignet, die sich nicht nur durch gute Isolationseigenschaften, sondern auch
durch Ölbeständigkeit auszeichnen. Die Durchführungsbolzen 2o sind auf der Innenseite,
d. h. also an ihren der Hochspannungswicklung zugekehrten Enden mit Lötösen versehen,
an welche die von den einzelnen Spulen 14 kommenden Verbindungsleitungen angelötet
werden. Die an den Enden der Bolzen liegenden Köpfe weisen entweder Schrauben auf,
an welche die Schaltstücke zum Anschließen bzw. zur Herstellung der verschiedenen
Spulenschaltungen, z. B. Serien-, Parallel- oder/und Serienparallelschaltung, angeschraubt
werden.
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Man kann die Köpfe der Durchführungsbolzen aber auch so, wie aus der
Abb. 2 ersichtlich ist, als kugelartige oder abgerundete Elektroden 3o ausbilden.
Zum wahlweisen Verbinden der einzelnen Spulen der Hochspannungswicklung und zu ihrem
Anschluß dient dann ein Isolierring 26, der auf seiner Innenfläche entsprechend
miteinander elektrisch verbundene Kontaktstücke 27 trägt, die mit einer Blattfeder
28 versehen sind. Der Isolierring 26 wird, den Isolierstoffring 17 konzentrisch
umgebend, so aufgesetzt, daß die Schaltstücke 27 die Bolzenenden 30 umfassen
und in der Endstellung gleichzeitig die Anschläge für den aus dem Isolierring 26
und den Schaltstücken 27 bestehenden Schaltkranz bilden. Zur Herstellung unterschiedlicher
Schaltungen wird man zweckmäßig mehrere solcher Schaltkränze 26, 27 mit unterschiedlichen
Verbindungen der einzelnen Schaltstücke 27 vorsehen. Die am inneren Bolzenende vorgesehene
Lötöse ist in der Abb. 2 mit 29 bezeichnet.