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Leistungstransformator, Spannungswandler oder Prüftransformator für
hohe und höchste Spannungen Für die Messung hoher und höchster Wechselspannungen
werden meist Kaskadentransformatoren benutzt. Diese Transformatoren, die bei entsprechender
Bemessung auch als Leistungstransformatoren verwendbar sind,, haben aber einen verhältni.smäßig
großen Raumbedarf und sind ziemlich kostspielig in ihrer Herstellung. Für Hochspannungsprüfzwecke
und auch zur Messung hoher Wechselspannungen sind auch Transformatoren bekannt,
bei denen zwecks leichterer Beherrschung der Hochspannung auf einen eiisenge!schlossenen
Magnetkreis verzichtet worden ist. Der Nachteil dieser Transformatoren besteht darin,
daß sie wegen der auftretenden großen Streufelder nur in sehr beschränktem Umfange,
in vielen Fällen gar nicht, verwendbar sind. Bei einem anderen bekannten Hochspannungstransformator
hat man den stabfärmig ausgebildeten Eisenkern in mehrere voneinander isolierte
Teile zerlegt und die Hochspannungswicklung in voneinander isolierte Scheibenspulen
unterteilt, welche die einzelnen Kernteile potentialsteuern. Zur Verringerung der
Streufelder hat man an den Enden des Stabkernes Polschuhe angeordnet. Auch dieser
Trans.forma:
tor leidet an dem Fehlen des Eisenrückschlusses. Schließlich
ist noch ein Spannungswandler mit in axialer Richtung zwischen den Spannungspolen
abgestufter Lagenwicklung bekannt, bei dem das Isolationsproblem durch Unterteilung
sowohl des von der Wicklung umschlossenen Eisenkernschenkels als auch des Rückschlußjoches
gelöst ist. Die hierdurch bedingte besondere Art der Wicklungsgestaltung (pa.rallelogrammförmiger
Rotationskörper) benötigt aber viel Raum im Kernfenster.
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Die Erfindung betrifft einen Leistungstransfo,rmator, Spannungswandler
oder Prüftransformator für hohe und höchste Spannungen mit einer lagenweise auf
mehrere konzentrisch angeordnete Isolierzylinder verteilten Hochspanungswicklung
und einem stabförmig ausgebildeten. Eisenkern innerhalb des innersten Isolierzylinders.
Die geschilderten Schwierigkeiten und Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden,
da,ß der auf dem Anfangspotential der innersten Lage der Hochspannungswicklung befindliche
Stabkern an seinen beiden Enden. mit aus mehreren gegeneinander isolierten Teilen
bestehenden Polschuhen versehen ist, die durch ein oder mehrere auf dem Erdpotential
der äußersten Lage der Hochspanungswicklung befindliche Rückschlußjoche miteinander
verbunden sind. Das Kernfenster ist hier mit aktiver Wicklung voll ausgenutzt. Der
Raumbedarf eines Transformators gemäß der Erfindung ist denkbar gering, bemerkenswerte
Streufelder treten nicht auf.
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In den Abh. i und ia ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen
Transformator gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt und einem Querschnitt dargestellt.
Mit i i ist ein stabförmiger Eisenkern bezeichnet, der von einer Anzahl, z. B. sieben
konzentrisch. angeordneten Isolierzylindern 12 bis 18, umgeben ist. Auf den Isolierzylindern
13 bis 17 ist die aus fünf Teilen, bestehende Hochspannungswicklung logenweise aufgewickelt.
Auf den Isolierzylinder 18 ist die ebenfalls lagenweise gewickelte: Niederspannungswicklung
aufgebracht. Die beiden Wicklungen sind in dem Abb. i und ia der besseren Übersicht
wegen nicht eingezeichnet, ihre Schaltung ist aus der Abb. 2 ersichtlich., in der
die auf den Isolierzylindern 13 bis 17 befindlichen Hochspa:nnungswicklungsteile
mit 19 bis 23 und die auf dem Isolierzylinder i8 aufgewickelte Niederspannungswicklung
mit 24 bezeichnet sind. Der Stabkern i i besitzt an seinen beiden Enden Polschuhe,
der untere Polschuh besteht aus drei Ringkernen 25, 26 und 27, die zur Vermeidung
von Kurzschlußwindungen je einen Schlitz aufweisen und durch die entsprechend nach
unten verlängerten Isolierzylindeir 13, 15 und 17 gegenüber dem Stabkern ii bzw.
gegeneinander isoliert sind. Der obere Polschuh besteht ebenfalls aus drei geschlitzten
Ringkernen 28, 29 und 3o, die gegenüber dem Stabkern ii bzw. gegeneinander durch
die nach ob-en verlängerten Isolierzylinder 12, 1,4 und 16 isoliert sind. Wie die
Abb. 2 erkennen läßt, sind die eiinzelnen Teile der -beiden Polschuhe mit den: ihnen
benachbarten Anfängen bzw. Enden der einzelnen Hoehspannungsw icklungsteile leitend
verbunden und auf diese Weise in ihren Potentialen gesteuert. Der Stabkern i i selbst
ist mit dem Anfang der innersten Wicklungslage ig leitend verbunden und weist somit
das höchste Potential gegenüber Erde auf, wenn man das Ende der äußersten Wicklungslabe
23, wie in Abb. 2 angenommen, an: Erde legt. Die beiden Polschuhe sind durch beispielsweise
vier Rückschlußjoche 31 bis 34 miteinander verbunden, die von dem Ende der äußersten
Hochspannungswicklungslage 23 aus potentialge@steuert werden, also in Abb. 2 auf
Erdpotential liegen. Mit 35 ist das den Transformator enthaltende Gefäl,i bezeichnet,
dessen Deckel einen DurchführungsisolatOr 36 trägt, durch den die Zuleitung zum
Anfang der innersten Wicklungslage ig geführt ist. Die Isolierzylinder 12, 14 und
16 ragen in den Durchführungsisolator 36 hinein, sind, soweit sie in den Isolator
hineinragen, mit leitenden Belägen 37, 38 und 39 versehen, und tragen an ihren Enden
Metallringe 4o, 41 und 42, die, wie die Abb. 2 zeigt, über die leitenden Beläge
mit den oberen Anfängen bzw. Enden der Hochspannungswicklungsteile verbunden sind.
Die Isolierzylinder 12, rd. und 16 ragen entsprechend dem Spannungsanstieg verschieden
hoch in den Durchführungsisolator hinein. Die lUetallringe 4.1 und 4.2 sind mit
zwei außen auf dem Durchführungsisolator angeordneten Potentialringen 43 und ,44.
verbunden. Auf diese Weise ist eine zwangläufige Potentialsteuerung der Durchführung
von der Hochspannungswicklung aus geschaffen. Der Durchführungsisolator 36 kann
auch aus mehreren aufeinandergesetzten Teilen bestehen; in diesem Falle wird man
zweckmäßig die die einzelnen Teile, zusammenhalten.denPreßringe al:sPotentialringe
mitbenutzem. Der q.0 ist mit dem metallenen, gegebenenfalls kugelförmig auszubildenden
Decke145 verbunden, der als' dient und, wenn das Transformatorgefäß mit einer Isolierflüssigkeit,
z. B. Öl, gefüllt wird, gleichzeitig das Ölausdehnungsgefäß bilden kann. Der Stabkern
i i und die Ringkerne 25 und 26 des unteren Polschuhes sind gegenüber dem Boden
des Transformatorgefäßes 35 durch Isolierplatten oder -schalen q.6 bis 49 isoliert,
die zwecks Patentialsteuerung mit leitenden Belägen. 50 bis 52 versehen werden,
welche mit den Ringkernen 25 bis 27 leitend verbunden sind.
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Die Polschuhe können statt aus Ringkernen auch aus entsprechend unterteilten
Stegen, welche die einander gegenüberliegenden Rücksch:lußjoche 31 und 33 bzw. 32
und 34. miteinander verbinden, bestehen. Die Verwendung von Ringkernen ist aber
vorteilhafter bezüglich der Herabsetzung des Leerlaufstromes, weil durch sie der
Querschnitt der Luftspalte innerhalb der Polschuhe besonders groß gemacht werden
kann. Da das zum Aufbau der Ringkerne benutzte Transformatoren.blech eine größere
magnetische Leitfähigkeit als die Luft in den Luftspalten hat, empfiehlt es sich,
im Interesse der Materialersparnis zwischen den. einzelnen aufeinandergeschichtetem
Eisenblechringen Ringe aus nicht magnetischem Material; z. B. Isolierringe
gleicher
Größe, anzuordnen, so daß jeder der in den Abb. i und 2 mit 25 bis 30 bezeichneten
Ringkerne teils aus Blechringen, teils Isolierringen besteht.
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Um die Austrittsfläche der Kraftlinien aus dem Stabkern i i in die
beiden Polschubfe möglichst groß zu machen, kann jedes der beiden Enden des Sta:bkernes,
soweit diese von den Polschuhen umgeben sind, aus zwei oder drei Blechpaketen mit
je um go° gegeneinander versetzterSchichtrichtung bestehen. In den Abb. i und 2
sind die drei so ausgebildeten Blechpakete an den Enden des Stabkernes mit 53, 54,
55 bzw. 56, 57, 58 bezeichnet. An Stelle der Rückschlußjoche3i bis 34 kann gegie.be-nenfalls
auch der Mantel des Transformatorgefäßes 35 als Rückschlußjach dienen.
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Bei dem in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen,
daß der Stabkern i i auf dem Hochspannungspotential liegt und das Transformatorgefäß
35 geerdet ist. Der Transformator kann also entweder auf dem Boden oder versenkt
in dein Boden des ihn aufnehmenden Rautnes aufgestellt werden. Im letzterem Falle
braucht die Höhe dieses Raumes lediglich entsprechend den Abmessungen der aus dem
Boden. emporragenden Durchführung bemessen zu werden. Man kann den-Transformator
aber auch umgekehrt aufstellen, so daß die Durchführung auf dem Boden steht und
als Stutzer das Transformatorgeifäß mitsamt den aktiven Transformatorteilen trägt.
In der Abb. 3 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für diese Aufstellungsart
gezeichnet. Es empfiehlt sich in diesem Falle, das Transfoirmatorgefäß 35 kugelförmig
auszubilden. Der Stabkern i i hat hier Erdpotential, während sich das Transformatorgefäß
35 auf Hochspannungspotential befindet und gleichzeitig als Hochspannungsanschlußklemme
dient. Die Niederspannungswicklung wird hier nicht auf dem äußerste:n Isolierzylinder,
sondern auf dem innersten, den Stabkern i i umhüllenden Isolierzylinder i2 angeordnet;
ihre Anschlußleitungen werden durch die Durchführung 36 herausgeführt.
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Die Abb. 4 zeigt einen aus zwei Einzeltransformatoren gemäß der Erfindung
zusammengesetzten Kaskadentra.nsformator. Der eine Transformator ist gemäß Abb.
i aufgebaut und mit seinem Gefäß 59 im. Boden versenkt aufgestellt. Auf seine Durchführung
6o ist der andere gemäß Abb. 3 ausgebildete Transformator gesetzt, dessen Gefäß
mit 61 und dessen Durchführung mit 62 bezeichnet ist. Die Schaltung des Kaskadentransformators
ist aus Abb. 5 ersichtlich. Mit 63 ist die Niederspannungswicklung bezeichnet, die
auf dem äußersten Isolierzylinder des unteren Transformators sitzt. Die Hochspannungswicklung
64 dieses Transformators ist lagenweise auf fünf Isolierzylinder aufgebracht. Auf
dem innersten Isolierzylinder befindet sich eine Wicklung 65, die mit einer entsprechend
angeordneton Wicklung 66 auf dem innerstem Isolierzylinder des oberen Transformators
zusammengeschaltet ist und die bei Kaskadenschaltungen übliche Kopplungswicklung
bildet. Die Hochspannungswicklung 67 des oberen Transformators besteht wieder aus
fünf lagen-weise gewickelten Teilen. Die Anfänge der innersten Wicklungslagen der
beiden Transformatoren sind miteinander und mit dem mittleren Potentialring 68 verbunden,
der an der Stehle sitzt, an welcher sich die beiden Durchführungen 6o und 62 berühren.
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen kann man an den Potentialringen der
Durchführung bzw. Durchführungen die etwa benötigten. entsprechenden Zwischenspannungen
abgreifen.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen (s. Abb. i und 3) kann
man die Schichthöhe der die Polschuhe bildenden einzelnen Ringkerne abstufen, und
zwar von innen nach außen abnehmend, wenn die Querschnitte der Luftspalte zwischen
den einzelnen Ringkernen bzw. dem innersten Ringkern und dem Stabkern sämtlich gleich
groß sein sollen.
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Um den Austritt von Streukraftlinien aus. dem Stabkern. i i gänzlich
zu verhindern, kann, man außer den in Abb. i auf den Isolierplatten oder -schalen
47 bis 49 vorgesehenen leitenden Belägen 5o bis 52 noch eine galvanisch hochleitfähige
Platte (z. B. aus Kupfer oder Aluminium) innerhalb des Gefäßes 35 an dessen Boden
anordnen. Diese Platte kann auch von Arma:turteilen, welche die aktiven Teile des
Transformators tragen, z. B. einer auf dem Boden des Transformatorgefäßes 35 aufliegen,-den
Aluminiumgrundplatte, gebildet werden.