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Transformator mit ochspannungsisolation Die Erfindung betrifft einen
Transformator mit Hochspannungsisolation.
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für Einrichtungen, die mit hohen Spannungen arbeiten, ist es vielfach
erforderlich, Elilfs- oder Meßspannungen auf das hohe Sotenti,sl zu übertragen oder
von dem hohen Potential auf ein niedriíJes Potential zu übertragen. Beispielsweise
muß bei Elektronenstrahl-Schweißmaschinen, deren Glilhkathode auf hohem Potential
gegen Erde gehalten wird, die Heizspannung für die Gldhkatlic;d' aus der Üblichen
Netzspannung gewonnen und auf das hohe Kathodenpotential übertragen werden. Ein
anderes Beispiel sind Meßwandler in Hochspannungsanlagen; bei ihnen wird aus einer
auf hohem Potential 1 legenden Betriebsgröße eine entsprechende, jedoch auf niedrigem
Potential liegende Meßgröße gewonnen.
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Für die g,eschilderterl und andere Zwecke werden Transformatoren rnit
Hochspannungsisolation verwendet. Die Herstellung solcher Transformatoren erfolgt
teilweise in konventioneller Technik,
bei der -die Isolation durch
Umwickeln der entsprechenden Spulen mit vielen Lagen Ölpapier hergestellt wird.
Diese Technik erfordert grcßen Aufwand an Arbeitszeit und hohe Sorgfalt während
der Verarbeitung. Zusätzliche Möglichkeiten im Bau und in der Fertigung solcher
Transformatoren brachte die Einführung der Gießharze, beispielsweise die Anwendung
von Gießharzisolationen beim Bau von Stromwandlern.
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Die Verarbeitungstechnik der Gießharze und die Erfordernisse der f1ochspannungstechnik
bringen es jedoch mit sich, daß beim Bau solcher Transformatoren die zu isolierenden
Spulen in Formen eingesetzt werden müssen, über Anschlußstücke die Spulen in der
richtigen Position gehalten werden müssen, aber allseitig wiederum mit Gießharz
zu umgeben sind und der Abguß im Vakuum erfolgen muß. Dazu kommt, daß Gießharze
Eigenschaften haben, die es schwer machen, gewisse Dicken und Einsatzmengen bei
Formteilen zu überschreiten. Trotz der Vorteile der Gießharze ist deshalb ihr Einsatz
bei der Herstellung von Transformatoren mit Hochspannungsisolation oft schwierig.
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Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen mit geringen
Kosten herstellbaren betriebssicheren Transformator mit Hochspannungsisolation zu
schaffen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Erfindung dadurch, daß
die Elochspannungsisolation, die die Wicklungen und Bauteile gegeneinander isoliert,
aus einzelnen geformten Isolierkörpern besteht, die so ausgebildet sind, daß sie
sich schalen- oder schichtartig
um die zu isolierenden Teile fügen
und zusammenstecken lassen und dabei zwischen sich enge Spalte bilden, deren kürzeste
Erstreckung zwischen den zu isolierenden Teilen größer, vorzugsweise mehrfach größer,
als die Gesamtdicke der Isolierkörper ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Transformator it somit die Hochspannungsisolation
in Schalenbauweise aus Isolierkörpern zusammengefügt, so daß es nicht erforderlich
ist, die Wicklungen des Transformators in der eingangs beschriebenen Weise mit Isoliermaterial
zu umgießen. Die Isolierkörper können ohne Schwierigkeiten für sich herges't Ilt,
beispielsweise auch aus Gießharz geformt werden. Der Zusammenbau ist in kürzester
Zeit möglich.
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Die kritischen Radien an Kern und Spulenkörper können so gehalten
werden, daß sie hochspannungstechnisch optimal sind. Der Einfluß des Radius des
Wickeldrahtes auf die Feldstärke kann durch eine auf Potential gelegte leitende
Schicht vermieden werden. Die Trennflächen zwischen den einzelnen Körpern können
so angeordnet werden, daß erstens die Feldrichtung auf den Trennflächen im wesentlichen
senkrecht steht und somit gefährliche Tangentialfeldstärken vermieden werden, und
zweitens in der Trennfläche die Potentialpunkte, die durch den Feldverlauf gegeben
sind, mit denen, die durch den Spannungsabfall im Spalt entstehen, praktisch zusammenfallen.
Die überschlagswege über die Oberfläche auf den Kern oder eine Wicklung oder umgekehrt
können so ausgelegt werden, daß sie bei Einsatz des Transformators unter öl der
Durchschlagfestigkeit der Schalen entsprechen.
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Durch diese Anordnung wird trotz der Aufspaltung des Dielektrikums
in
mehrere Schichten eine optimale Spannungsfestigkeit er reicht.
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Der günstige aufbau der Schalen ergibt sich aus dem Anwendunglszweck
und dem möglichen Aufbau des Kernes. Wird der Transformater einunter gesetzt, kann
die Gesamtlänge der Spalte zwischen den Schalen kürzer gehalten werden als bei Einsatz
an Luft. Bei Einsatz an Luft ist es möglich, die Spalte im Vakuum mit einer Vergußmasse
auszufüllen. Außerdem ergibt sich die Kombinationsmöglichkeit des Einsatzes unter
öl mit einem Durchführungsisolator herkömmlicher Bauart.
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Dadurch, daß bei Anwendung dieser Schalenbauweise die Isolation zwischen
Teilen mit hoher Potentialdifferenz aus festen Körpern mit genauen Maßen erstellt
werden kann, ist es auch leichter möglich, innerhalb oder außerhalb der Isolation
Konstruktionselemente vorzusehen, die imstande sind, größere mechanische Kräfte
aufzunehmen als es das verwendete Isolationsmaterial kann.
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Zug- oder Biegespannungen auf das Isolationsmaterial können in Druckspannungen
umgewandelt werden, die von entsprechenden Elementen oder Stützen außerhalb der
Isolation aufgenommen werden können.
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Weiterhin ist es möglich, zu Zwecken der Feldführung Isolationseinbauten
aus Gießharzen mit Zuschlägen zur Erhöhung der Dielektrizitätskonstante in weiten
Grenzen einzubauen.
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Durch solche Maßnahmen ist es möglich, die mechanische Festigkeit
derartig aufgebauter Transformatoren sehr hoch zu machen,
da die
Betriebssicherheit nicht nur von der Durchschlagsspannungt sondern auch von der
mechanischen Belastbarkeit abhängig ist.
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Diese Belastung tritt auf, wenn ein solcher Transformator von Wanderwellen
beaufschlagt wird, da diese durch mitlaufende Magnetfelder große mechanische Kräfte
in den Transformatoren erzeugen können.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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i Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt im Schnitt einen unter öl zu betreibenden Transformator
zur Übertragung einer Hilfsspannung von Netzpotential auf Hochspannungspotential,
-i'ign. 2 bis 4 erläutern im Schnitt Beispiele möglicher Formen zusammensteckbarer
Isolierkörper.
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Ol,er einen Kern 1,im gezeigten Fall ein' Schnittbandkern, ist zur
Zentrierung der Spulen und zur Abschwächung der Feldstärke ein der Länge nach geschlitztes
Rohr 2 geschoben. Auf diesem Rohr 2 sitzt als erster Teil der 11ochspannungsisolation
ein nach beiden Seiten konisch verlaufendes Rohr 3 aus Gießharz. Auf das Rohr 3
sind von beiden C,;e iten zwei gleiche llalbschalen 4 -aufgeschoben, die in sich
den Spulenkörper 5 mit der Sekundärwicklung 6 tragen. Über den Spulenkörper 5 ist
ein weiteres Rohr 7 geschoben,
das wiederum nach beiden Seiten konisch
ist. Die Enden des Wickelraumes sind mit großen Radien versehen und haben leit fähige
Oberflächen, die auf das Potential der Sekundärwicklung gelegt sind, so daß die
Feldstärke an dieser Stelle eindeutig und minimal gehalten werden kann. Die Drahtenden
der Sekundärwicklung laufen in dem Rohr 7, das durchgehend geschlitzt ist, im Gebiet
geringerer Feldstärke zu den Anschlüssen, die sich in einem Rohr 8 befinden. Diese
lose zusammengesteckten Teile werden zusammengehalten durch einen aufgesteckten
überwurf 9 und zwei Federn lo, die sich auf dem Kern 1 abstützen. Die Spalte zwischen
den einzelnen Teilen sind klein gehalten und mit Öl gefüllt.
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Die Primärspule 11 ist ebenfalls von einem Schutzrohr 12 umgeben und
sitzt, durch das Rohr 2 zentriert, auf dem Kern. Die Kanten des Kernes 1 sind außerhalb
des Rohres 2 mit Abschirmwülsten versehen.
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Im gezeigten Fall ist der Transformator mit einem normalen Freiluft-Isolator
13 ausgerüstet. In dieser-Anordnung ist in den 14 Überwurf 9 ein Rohr/gesteckt,
in dem die Leitungen zum Anschluß des Isolators verlaufen.
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In den Abbildungen 2 und 3 ist gezeigt, wie flächenhafte Isolationskörper
aneinander angeschlossen werden können. Die Abbildung 4 zeigt, wie ein Rohr im Querschnitt
zusammengesetzt ist, das z.H. um Leitungen montiert werden muß, jedoch nicht als
geschlossenes ohr angebaut werden kann.