CH146034A

CH146034A - Hochspannungstransformator, insbesondere Spannungsmesswandler.

Info

Publication number: CH146034A
Authority: CH
Inventors: Aktiengesellschaft Koc Sterzel
Original assignee: Koch & Sterzel Ag
Priority date: 1929-04-30
Filing date: 1930-03-19
Publication date: 1931-03-31

Description

Hochspannungstransformator, insbesondere Spannungsmesswandler. Es ist bereits eine Isolierung von Spulen für Hochspannungstransformatoren bekannt. die im wesentlichen in der einteiligen Aus führung des Spulerikörpers der Oberspan nungswicklung besteht. Bei diesen Hoch- spannungstransformatoren hat man die Ober- spannungswicklung derart ausgebildet, dass Rippen des einteiligen Spulenkastens die Oberspannungswicklung in mehrere Abteilun gen unterteilen.

Die Potentialverteilung an einer derartigen Wicklung erfolgt derart, dass das Potential in der Wicklungsachse von unten nach oben oder umgekehrt ansteigt und jeweils am Ende die doppelte Abteilungs spannung vorhanden ist.

Man; hat auch bereits lagenweise Wick lungen verwandt und diese derart geschaltet, dass das Potential von dem durch die Wick lungsachse umfassten Kern nach aussen hin ansteigt. Hierbei muss der Isolationsabstand je nach dem als Füllmasse verwendeten Di- elektrikum entsprechend gross sein.

Dadurch ergeben sich aber auch grössere Ausmasse des
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aktiven <SEP> und <SEP> inaktiven <SEP> Teils <SEP> des <SEP> Transfor mators <SEP> und <SEP> somit <SEP> grosse <SEP> Raumabmessungen
<tb> zur <SEP> Aufstellung <SEP> desselben.
<tb> Die <SEP> Erfindung <SEP> geht <SEP> von <SEP> der <SEP> Erkenntnis
<tb> dieses <SEP> Nachteils <SEP> aus <SEP> und <SEP> vermeidet <SEP> ihn <SEP> er findungsgemäss <SEP> dadurch, <SEP> dass <SEP> die <SEP> in <SEP> einem
<tb> einteiligen <SEP> Spulenkasten <SEP> aus <SEP> Isolierwerkstoff
<tb> untergebrachte <SEP> Oberspannungswicl-ilung <SEP> des
<tb> Transformators <SEP> derart <SEP> über <SEP> die <SEP> ganze <SEP> achsiale
<tb> Länge <SEP> lagenweise <SEP> gewickelt <SEP> und <SEP> angeschlos sen <SEP> ist,

<SEP> dass <SEP> ihr <SEP> Potential <SEP> von <SEP> dem <SEP> aussen liegenden <SEP> Anfangspotential <SEP> nach <SEP> dein <SEP> von <SEP> ihr
<tb> umfassten <SEP> Kern <SEP> hin <SEP> zunimmt. <SEP> Es <SEP> liegt <SEP> also
<tb> aussen <SEP> Erd- <SEP> oder <SEP> beinahe <SEP> Erdpotential, <SEP> da gegen <SEP> innen <SEP> auf <SEP> dem <SEP> Aussentimfanbe <SEP> dcs
<tb> Spulenkastenrohres <SEP> das <SEP> höchste <SEP> Potential, <SEP> so
<tb> dass <SEP> die <SEP> höchste <SEP> Spannungsdifferenz <SEP> ge@@ca@
<tb> den <SEP> Eisenkern <SEP> und <SEP> die <SEP> gegebenenfalls <SEP> um schlossene <SEP> Sekundärwicklung <SEP> durch <SEP> den <SEP> Iso lierwerkstoff <SEP> des <SEP> einteiligen <SEP> Spulenkasteiis
<tb> aufgenommen <SEP> wird.

<SEP> Das <SEP> höchste <SEP> Potential
<tb> der <SEP> Oberspannungswicklung <SEP> wird <SEP> durch <SEP> den
<tb> Spulenkastenllansch <SEP> herausgeführt. <SEP> Das Höchstpotential der innersten Wicklungslage ist zum aussenliegenden Anfangs- bezw. Erd potential stufenweise durch die Spannungen der jeweiligen Wicklungslagen herabgestaf- felt. Gleichentladungen auf dem Flansch des Spulenkörpers sind ausgeschlossen, da jeder Stelle durch die benachbarte Windung ein zwangläufiges Potential aufgedrückt wird.

Es ist also nur noch dafür zu sorgen, dass die Endwindungen jeder Lage dicht an den Flansch herangewick elt werden, damit zwi schen .den Endwindungen der Lagen und dem Spulenkastenflansch keine oder nur sehr ge ringe Lufteinschlüsse vorhanden sind, die zu Ionisationserscheinungen Veranlassung geben könnten. Da.. die Drähte mit Baumvolle, Pa pier, Seide oder Emaille umgeben sind, so bleibt zwischen dem metallischen Leiter und dem Flansch nur ein .der Isolationsstärke des Drahtes entsprechender Spalt übrig.

Beim Wickeln entstehen weiterhin beim Überstei gen von einer Lage zur andern etwas grö ssere Hohlräume, die an der Übersteigstelle ungefähr dem Drahtdurchmesser entsprechen. Alle diese Spalte bezw. Hohlräume können in an sich bekannter Weise durch. Impräg niermittel, wie Lacke, Bakelit oder derglei chen ausgefüllt werden, indem man jede ge wickelte Lage anstreicht und die in den Spu- lenkasten eingebrachte Wicklung noch unter Vakuum und Wärmeeinwirkung impräg niert.

Die äussere Lage der Oberspannungs- w icklung führt annähernd Erdpotential und besitzt daher so gut wie keine Spannung gegen die benachbarten geerdeten Teile. Zum Schutz der Oberspannungswicklung kann diese mit einem Mantel umgeben werden, der aus Isolierstoff oder Metall sein und sich der Wicklung dicht anschmiegen kann. An dieser Stelle ist aber auch ein etwa vorhan dener Luftraum unschädlich.

Aus fa.brikatorischen Gründen muss zwi schen. Spulenkasten und Kern bezw. innen angeordneter Niederspaunungsspulo ein ge wisser Abstand bleiben. Um an dieser Stelle eine Ionisation des Luftzwischenraumes durch die Verschiedenheit der Dielektri- zitätskonstanten des Isolierwerkstoffes des Spulenkastens gegenüber der Luft zu vermei den, wird zweckmässigerweise die Innenseite des Rohres leitend gemacht, was in an sich bekannter Weise durch Metallisieren,

Graphi- tieren oder durch Füllen mit Metallstückchen. oder graphitiertem Sand geschehen kann.

Der äussere Umfang des Isolierrohres kann ebenfalls metallisiert und mit dem Potential der innersten Lage der Oberspannungswicli- lung elektrisch verbunden werden. Dieser Belag bildet mit der Metallisierung der In nenseite des Rohres und der äussern Flan.sch- seiten,

sowie dem Metallmantel einen Kon densator als kapazitive Überbrückung der Oberspannungswicklung. Eintreffende Über- spannungswellen werden also verflacht und Spannungssprünge innerhalb der Wicklung auf ein Minimum herabgedrückt, so dass diese Transformatorausbildung dem Idealzustand nahe kommt.

Das durch den metallisierten. Flansch des Spulenkastens hindurchgeführte Ende der Oberspannungswicklung muss gegen die ge erdeten Teile einen entsprechenden Abstand haben. Dies erfolgt beispielsweise mit einem einer Durchführung ähnlichen Isolator, der mit dem Spulenkörper ein Stiich bildet. Durch das Joch des Eisenkernes wird aber die freie Isolatorhöhe beeinträchtigt.

Um nun dadurch die Abmessungen des Durchführungsisolators nicht zu vergrössern, kann der Spulenka.sten- flansch mit einem Fortsatz versehen sein, der mit der Durchführung sozusagen. einen Durch gang bezw. eine isolierende Abdeckung für das Joch bildet. Die Durchführung liegt.

dabei in der Verlängerung des Durchstiches des Oberspannungswieklungsendes durch den Spulenkastenflansch und sitzt demzufolge ex zentrisch zur Tra.nsformatorachse. Soll die Durchführung in der Achse des Transfor mators sitzen, so muss noch ein Kanal, von der Durchstichstelle des Flansches zur Durch führung hingeführt werden.

In den Abbildungen sind Ausführungs beispiele gemäss der Erfindung dargestellt. Abb. 1 lässt einen Schnitt durch den Spulenkasten 11 und die lagenweise Wick lung 12 erkennen; Abb. 2 lässt eine Ansicht des Transfor mators von oben erkennen, und Abb. 3 einen Schnitt in der Linie A-A nach Abb. 1.

Auf den mittleren Schenkel des Mantel kernes 13 ist die Unterspannungswicklung 14 aufgebracht, die von dem rohrförmigen Teil 15 des Spulenkastens konzentrisch. umgeben wird. Die Flansche 16 des Spulenkastens verjüngen .sich nach aussen zu, was der Span nungsabstufung der in dem Spulenkasten be findlichen Wicklung entspricht.

Exzentrisch zu der Mittelachse des Spulenkastens ist die Durchführung 17 angeordnet, von deren An schlussklemme ein (gestrichelt gezeichneter) Leiter 18 zu dem Anfang der Oberspannungs- wicklung führt, während ihr sich auf Erd- potential einstellendes Ende unmittelbar mit dem Kern I3 und dem sie-umgebenden Me tallmantel 19 verbunden ist.

Der äussere Um fang des Spulenkastenrohres 15 ist metalli siert (20) und mit dem Anfang der Ober spannungswicklung leitend verbunden, wäh rend die metallisierten Flächen der Innen seite des Rohres 15 und der Aussenseite der Flansche 16 mit dem Eisenkern und dem ge schlitzten Metallmantel 19, sowie mit Erde elektrisch verbunden sind.

Aus Abb. 4 ist das kapazitive Ersatz schema erkennbar. Die Metallisierung der Aussenflächen des Spulenkastens bildet mit dem Metallmantel 19 den einen, geerdeten, während die innere, mit der Hochspannung verbundene Metallisierung 20 den andern Kondensatorbelag darstellt. Zwischen Bele gung 20 und äussern Metallmantel 19 ist die Wicklung 12 geschaltet.

Die Abb. 5 lä-sst einen sogenannten Fünf schenkelwan,dler .erkennen, der aus drei Transformatoreinzelsystemen nach den Abb. 1, bis .4 zusammengesetzt ist. Da der äussere Umfang der Oberspannungswicklung Erd- potential führt, können die drei Transfor- matorgruppen dicht nebeneinander gesetzt werden.

Die einzelnen Transformatoren ge mäss der Erfindung werden im Durchmesser derart klein, dass die Phasenabstände 21 zwi- sehen .den Durchführungen bei symmetri schem Einbau nicht mehr den vorgeschrie benen Massen entsprechen, weshalb die An schlussdurchführungen der Einzelsysteme ge geneinander versetzt bezw. schräg zu der Senkrechten angeordnet werden.

Abb. 7 lässt einen Schnitt durch ein Ein zelsystem nach der Linie B-B der Abb. 5 erkennen mit dem Unterschied, .dass hierbei die Anschlussdurchführung ?2 nicht mit dem Spulenkasten 11 ein Stück bildet, sondern be sonders für sich am Deckel des Transfor- matorgefässes 23 angeordnet ist. Dabei wird der Anschlussbolzen 18 durch ein flüssiges oder zähes Dielektrikum gegen die geerdeten Teile isoliert.

Die Abb. 8 und 9 geben zwei um 90 gegeneinander versetzte Schnitte durch einen stehenden Einphasentransformator mit einem Mantelkern wieder, bei dem das Kernjoch 24 in einem Durchgang 2:5' liegt, der von dem Fortsatz 26 des Spulenkastenflansches 16 gebildet wird. Die Durchführung 17 ent hält eine Hochspannungsabschmelzsicherung 27. Der Beschlag 28 der Durchführung ist.

so ausgebildet, dass der Ansehluss 29 an die Hochspannungsleitung exzentrisch zu der Mittelachse der Durchführung erfolgt, um ein bequemes Auswechseln der Abschmelz- sicherung zu ermöglichen. Der die Oberspan nungswicklung umgebende Mantel 19 ist an seinem obern Ende um den Flansch 16 des Spulenkastens berumgebörd-elt und an dem Fuss 30 des Transformators mit Hilfe von Befestigungsmitteln gehalten.

Auch ist es möglich, an dem äussern Umfang des Flan sches des Spulenkastens eine Glimmrille vor zusehen, die ausmetallisiert ist. und die in das obere Eiide des Mantels hineinragt. und dort befestigt wird.

In Abb. 10 und 11 ist gegenüber Abb. 8 und 9 die Durchführung 1 7 in die Achse des Transformators gelegt. Der das Kernjoch 24 umschliessende Fortsatz 26 besitzt einen Ka nal 31, in dem der Anschlussleiter von der Durchführung 17 zu dem Anfang der Ober spannungswicklung geführt wird. Hier ist statt des Mantelkernes ein gewöhnlicher Kern dargestellt, so dass der Durchgang 25 nur auf einer Seite vorhanden zu sein braucht. Gleichzeitig zeigen diese Abbildungen den versenkten Einbau des Hochspannungstrans formators in eine Wand, Erdboden oder Decke, was mit Hilfe eines an dem Mantel 19 befestigten Flansches 32 erfolgt.

Schliesslich zeigt die Abb. 12 einen Schnitt in der Linie C-C nach Abb. 10 und 11 mit dem geschlitzten Mantel 19. In diesem Fall wird die elektrische Trennung durch einen Falz 33 mit eingelegtem Isolierwerkstoff er zielt, so dass der Mantel auch mechanisch fest sich um die Oberspannungswicklung herumlegt.

Die Abb. 13 lässt die horizontale Einbau weise derartiger Spannungswandler in eine Wand erkennen. Damit wird ein durchgehen der Leitungszug erreicht und die Sicherungen können ohne Entfernen der Hochspannungs leitungen ausgewechselt werden. Die Durch führungen 17 können gleichzeitig als Stütz isolatoren für die Leitungen dienen.

Die Abb. 14 und 15 zeigen wiederum zwei um<B>90,</B> gegeneinander versetzte Schnitte durch einen Transformator, bei dem nicht der Anfang der Wicklung, sondern deren Mitte Erdpotential besitzt. Durch Zusammenfassen zweier Spulenkästen zu einem Stück ist die Oberspannungswicklung in zwei Hälften ge teilt und die an .der Mittelrippe 34 liegenden Enden führen an deren untern innern Ende die volle Spannung, während der übrige Teil des Spulenkastens höchstens mit der halben Span nung beansprucht wird. Im übrigen ist die Ausbildung analog den früher beschriebenen Ausführungen.

Die Abb. 16 bis 19 geben die Ausbildung des bereits beschriebenen Hochspannungs transformators in hängender Anordnung wie der, wobei der untere Flansch 16 des Spulen- ka.stens in der, Abb. 16 als Freiluftisolator mit Rillen 35 ausgebildet ist, während die Abb. 17 und 18 einen hängenden Kaskaden- wandler mit horizontal angeordneten Kernen darstellen. In, diesem Falle sind zu beiden Seiten des Spulenkastens Durchführungen 17 vorhanden, die zum Tragen des nächsten Sy- stemes dienen.

Die Tragmittel 36 dienen gleichzeitig als elektrische Verbindungen. Zur Erhöhung der Überschlagspannung kön nen die Durchführungen Metall- oder Por zellanschirme erhalten. Der Kern des zwei ten Systemes ist gegenüber seinem metalli schen Träger noch für die Spannungsdif ferenz der- Erregerwicklung an der Stelle 3 7 isoliert.

Abb. 19 lässt schliesslich gegenüber Abb. 1 7 und 18 eine andere Aufhängungsart erkennen, indem bei diesem Ausführungsbei spiel ein um den Mantel 19 herumgelegtes Band 3$ das System selbst, sowie über ein Hängeisolatorglied 39 das nächste System trägt, so dass die Durchführungen 17 mecha nisch entlastet sind und nur für die Isolie rung der mit der Hochspannungswicklung verbundenen Erregerleitung zum nächsten Transformator dienen.

Abb. 20 und 21 stellen einen stehenden Kaskadenwandler dar, bei dem zwei der be schriebenen Einzeltransformatorsysteme auf je einen Schenkeleines zweischenkligen Eisen- kernes40 gesetzt sind. Dies Anfänge der beiden äussernWicklungsla.gen sind mit den geschlitz ten Metallmänteln 19 und dem gemeinsamen Eisenkern 40 verbunden, wobei die geschlitz ten Mäntiel selbst derart miteinander verbun den sind, da.ss sie selbst :

die an sich bekannte Überkopplungswicklung bilden. Bei dem un tern System liegt die Unterspannungswick- lung 41 auf der Aussenseite des Isolierrohres des Spulenkastens und ihre Enden sind durch eine der beiden als Stützisolatoren ausgebil deten Durchführungen 17 herausgeführt.

Die Unterspannungsleitung 14 ist in den Abb. 1 bis 19 auf dem Kern angeordnet. Sie lässt sich aber auch konzentrisch um die Ober- spa.nnungswicklung 12 herumlegen. In letz terem Falle wird der Spulenkasten 11 ver kleinert, wodurch die Oberspannungswiek- lung näher an den Eisenkern kommt. Der Spulenkasten kann entsprechend der Form der Wickhing rund oder eckig sein.

Ebenso ist es für die Erfindung unerheb lich, ob die Hohlräume zwischen Spulen kasten und geerdeten. Teilen luft-, öl- oder sandgefüllt sind.

Claims

PATENTANSPRUCH: Hochspannungstransformator, insbeson dere Spannungsmesswandler, dessen Ober spannungswicklung in einem einteiligen Spu- lenka,sten aus Isolierwerkstoff untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wick lung derart über die ganze achsiale Länge des Spulenkastens lagenweise gewickelt und angeschlossen ist,

dass ihr Potential von dem aussenliegenden Anfangspotential nach dem von ihr umfassten Kern hin zunimmt und das Ende der innersten Wicklungslage durch den Flansch des Spulenkastens hindurch geführt ist. UNTERANSPRüCHE 1.

Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die von der innersten Wicklungslage umfassten und die den Kern umfassenden Flächen des Spulenkastens für sich me- talliseh leitend gemacht und mit dem Höchstpotential der Oberspannungswick- lung bezw. mit dem Anfangs- bezw. Erd- potential elektrisch verbunden sind. 2.

Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch und dem Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der innersten Wicklungslage durch einen Anschlussisolator geführt ist, der mit dein. Spulenkasten ein Stück bildet. 3. Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlraum des Anschlussisolators eine Abschmelzsicherung auswechselbar ein gesetzt ist. 4.

Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch -gekennzeichnet, dass seine Anschlussklemme an dem Isolator derart seitlich herausgezogen ist, dass die Abschmelzsicherung in Achsrichtung des Isolators ausgewechselt werden kann. 5.

Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Anschlussisolators das Kern- joch in einem durch einen Fortsatz des Isolierspulenkastens gebildeten Durch- gange liegt. 6.

Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch und den L@ntcran@prücliei@ 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass hei Anordnung des Anschlussisolators in dc@r Transformator-Mittelache der Anfand- bezw. das Ende der Oberspaniiungswich- lung in einem an dem Fortsatz befind lichen Kanal zu dem Anschltissisolatoi- geführt ist.

7: Hochspannungstransformator nach dein Patentanspruch und den Unteranspriiehen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Spulenkasten und Oberspannungswiek- lung von einem dicht anschliessenden Mantel umgeben sind. B. Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkasten durch den ihn umgebenden geschlitzten Metallmantel auf einer Grundplatte befestigt ist. 9.

Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet. dass der elektrisch unterbrochene Metallmantel durch einen Falz mit isolierender Zwi- schenlage mechanisch zusammengehalten ist. 10. Hochspannungstransformator nach dein Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 9, -dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Metallmantels als Einbau bezw. Befestigungsflansch ausgebildet ist. 11.

Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch, gekennzeichnet durch die Zusammenfassung zweier Spulen kästen zu einem Stück, wobei die an der Mittelrippe liegenden Anfänge der bei den äussern Wicklungslagen der in zwei Hälften geteilten Oberspannungswicklung miteinandr verbunden sind. 12. Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch, gekennzeichnet durch die dichte Nebeneinanderanordnung meh rerer Einphasensysteme auf einem mehr- schenkligen gern zu einem magnetisch verketteten Mehrphasensystem. 13.

Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch und Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die lioch- spannungsanschlussisolatoren der Einpha- sensysteme gegeneinander versetzt sind. 14. Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mehreren in Kaskade ge schalteten Teiltransformatoren gebildet ist. 15.

Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Teil transformatoren auf je einen Schenkel eines zweisehenkligen Eisenkernes ge setzt sind, wobei die Anfänge der beiden äussern Wicklungslagen mit den ge schlitzten Metallmänteln und die Metall mäntel selbst derart miteinander verbun den sind, dass die Metallmäntel die Über kopplungswicklung für die beiden Ober spannungswicklungen bilden. 1.6. Hochspannungstransformator nach dem Patentanspruch und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisen kern jedes Teiltransformators mit An fängen der beiden äussern Wicklungs lagen verbunden ist und isoliert gehalten wird.