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Transformator ohne Kessel Die Erfindung betrifft einen Transformator
ohne Kessel,. bei dem die mit einer lagenweise aufgebrachten Isolierhülle umbandelten
Wicklungen von einer auf Erdpotential oder einem anderen geeigneten Potential befindlichen.
metallischen Belegung umgeben sind.
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Erfindungsgemäß erhalten die unter Überdruck stehenden Wicklungen
einen öl- oder gasdichten Abschluß durch eine Hülle aus ölbeständigem Kautschuk,
welche in eine druckfeste Bewehrung, z. B. Eisenband, eingehüllt ist. Die Kautschukhülle
ermöglicht nicht nur einen dichten Abschluß der vorzugsweise ölgetränkten; nach
Art eines Kabels hergestellten Schichtisolation, sondern gestattet dieser auch eine
gewisse Ausdehnung bei wachsender Temperatur. Zugleich bildet sie einen Schutz gegen
Feuchtigkeit, so daß eine Aufstellung des Transformators in feuchten Räumen oder
gar im Freien möglich ist. Die Elastizität der Käutschukhülle sorgt ferner dafür,
daß beim Abkühlen keine Hohlräume in der Schichtisolation entstehen. Die Bewehrung
gibt andererseits der Anordnung eine mechanische Versteifung sowie einen mechanischen
Schutz und schließt zugleich die Kautschukhülle gegenüber einer unmittelbaren, daher
schädlichen Einwirkung von Licht und Luft ab. Sie gestattet außerdem infolge ihrer
Druckfestigkeit, das 01
bzw. Gas unter einen geeigneten hohen Druck zu setzen,
so daß sich kleinere Isolationsstärken anwenden lassen. Zweckmäßigerweise werden
Ober- und Unterspannungswicklung von einer gemeinsamen Kautschukhülle und Bewehrung
umgeben.
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Um die Anschlußenden der Wicklungen durch die Bewehrung unter Ausbildung
genügend langer Kriechwege hindurchzuführen, wird nach einem weiteren Merkmal der
Erfindung das Ende der Wicklung an einen isolierten Metallring angeschlossen, der
zwischen den Isolationslagen der Wicklungen an der Stirnseite der Spule angeordnet
und an einer von der Anschlußstelle möglichst weit entfernten Stelle des Spulenanfangs
durch die Isolation der Wicklung hindurchgeführt ist. Die öl- oder Gaszu-
und -abführung kann zugleich durch die Ableitungen erfolgen, so daß für jene keine
besondere Durchbrechung der Hüllen erforderlich ist.
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Es sei bemerkt, daß es bereits bekannt ist, dieHochspannungswicklungmittelsK
autschuk zu isolieren. Bei der bekannten Anordnung
ist aber eine
gleichzeitige Anwendung einer Schichtisolation nach Art eines Kabels nicht vorhanden.
Vielmehr -sind die Leiter unmittelbar in Kautschuk eingebettet, das bedeutend größere
dielektrische Verluste und geringere elektrische Festigkeit bei Dauerbeanspruchung
besitzt als eigne Kabelisolation.
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Die Durchführung des Erfindungsgedankens setzt die Lösung einer Reihe
von Problemen voraus, die im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert
werden.
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Fig. i zeigt die gemeinsam eingehüllte Ober- und Unterspannungswicklung
eines Transformatorenkernes in Ansicht, und zwar für ölkühlung.
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Fig. a zeigt die Wicklung in Aufsicht.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Wicklung in vergrößertemMaßstabe,
Fig..I einen Schnitt durch die Ableitungen in einem anderen Maßstabe.
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Die dargestellte Wicklung entspricht ungefähr der Wicklung eines-
Kernes eines Transformators mit einem übersetzungsverhältnis von iio%3o kV. Der
Abstand zwischen der Oberspannungs- und Unterspannungswicklung liegt infolge der
Einhüllung in Kabelpapier und der Anwendung von Überdruck nur noch in der Größenordnung
von etwa 2o min. Der Transformator ist auch bei großer Leistung einfach konzentrisch
ausführbar, weil eine Beschränkung in der Bauhöhe des Kernes nicht mehr besteht,
da der Transformator in einzelnen Teilen transportfähig ist.
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In Fig. g ist die Oberspannungswieklung mit i, die Unterspannungswicklung
mit 2 bezeichnet; die Wicklungen bestehen aus einzelnen Scheibenspulen, die in bekannter
Weise in einem Wicklungszuge gewickelt werden können. Auf den Endspulen befinden
sich Metallringe 3 bzw. 4., die in der glitte geteilt sind und Ölkanäle 5 bzw. 6
offen lassen..
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Die Isolation der Oberspannungswicklung setzt sich aus drei Lagen
Kabelpapier 7, S, <9 zusammen, deren Stärke insgesamt ungefähr 2o mm beträgt,
die Isolation der \'iedervoltwicklung aus den Lagen io, ii und wobei die Lagen io
und i i zusammen so- dick wie die Lage g sind, so daß die Isolation zwischen Hochvolt
und 'Niedercolt ebenfalls etwa 2o mm beträgt.
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Die Lage g hüllt beide Wicklungen ein, ebenso ist eine gemeinsame
öldichte Hülle vorgesehen. Es ist natürlich auch möglich, jede Wicklung für sich
oller auch nur eine in eine öldichte Hülle einzuhüllen. Entscheidend für die Art
der Einhiillung ist die Leistung des Transformatörs, die Höhe (per Spannung und
die Größe (per einzuhaltenden Kurzschlußspannung. I?s ün(lern sich jedoch bei anderer
Einhüllung die :in die Hülle zu stellenden Forderungen. Die Hülle soll allgemein
öldicht und druckfest sein, sie darf andererseits keine kurzgeschlossene Windung
bilden, es dürfen darin keine beträchtlichen Wirbelströme auftreten, auch darf die
Hülle das Streufeld der Wicklungen nicht vergrößern. Diese Bedingungen können am
besten mit einem elektrisch und magnetisch nicht leitenden Material erfüllt werden,
doch nehmen solche 'Materialien verhältnismäßig viel Platz in Anspruch, wenn sie
öldicht und druckfest sein sollen. Die Ausführung nach Fig. 3 zeigt eine andere
Lösung, die zudem die -Möglichkeit bietet, einen ständigen Preßdruck auf die Wicklung
auszuüben.
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Die Hülle besteht aus zwei schlauchartigen Hüllen 12 und 13
aus ölbeständigem Kautschuk. die an den Stirnflächen ühereinandergelegt sein sollen.
Die werden durch den an diesen Stellen wirkenden, auf die Wicklung -ausgeübten Preßdruck
öldicht zusammengehalten. Selbstverständlich kann die Hülle auch durch Vülkanisierung
völlig geschlossen werden.
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Um die Hülle druckfest zu machen, ist sie ähnlich wie ein Kabel von
einer Eisenbandarmierung 14 umgeben, die überlappt gewickelt ist. Um das Entstehen
einer kurzgeschlossenen Windung zu vermeiden, ist das Eisenband in Lack getaucht
oder mit Papier beklebt, Die Eisenbänder werden nach innen durch den Kern bzw. durch
Leisten abgestützt, außen werden durch isolierte Bolzen 16 (Fig. i) zusammengehaltene
Ringe 15 (Fig. i und 2) aufgesetzt, die den Öldruck aufnehmen. Bei Aufstellung
des Transformators iin Freien wird auf die Armierung noch -eine getränkte Juteschicht
o. dgl. aufgebracht, die das Verrosten der Bleche verhindert.
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Die Eisenbandarmierung wird bei der getroffenen Anordnung einen magnetischen
Fluß führen, dessen Stärke sich nach der Größe des Eisenquerschnittes richten wird.
Es kann bei einfach konzentrischer Ausführung in Hinsicht auf die Führung des Streufeldes
durchaus erwünscht sein, den Eisenquerschnitt groß zu halten. Das gleiche gilt für
die magnetischen Flüsse der höheren Harmonischen des Leerlaufstronies. Eine Vergrößerung
des Streufeldes tritt jedenfalls durch die Armierung nicht ein.
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Die einzelnen Schichten der Isolationshülle bestehen aus Kabelpapier,
(las durch Maschinen oder von Hand aufgebracht wird. Die Notwendigkeit, die Ableitungen
durch die Isolationshülle hindurchzuführen, macht eine Durchbrechung (per Isolation
erforderlich, (legen nachteilige Fol-en nur durch Ausbildung genügen(- langer Kriechwege
verhindert
werden können. Die Fig. 4 zeigt eine Lösung dieses Problems
für den besonders schwierigen Fall, daß die Ableitungen an der Stirnseite herausgebracht
werden müssen. An dieser Stelle ruht der gesamte Preßdruck der Wicklung auf der
Ableitung, falls die Ausführung nicht innerhalb zweier Abstützungen erfolgen. kann,
was aber nur bei kleinen Spannungen möglich ist.
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Die bereits erwähnte und in Fig.3 dargestellte Dreiteilung der Isolationshülle
jeder Wicklung ist nur darum - vorgenommen worden, uni die Ausbildung von Kriechwegen
bei der Durchführung der Ableitungen zu ermöglichen. Zwischen der ersten und der
zweiten Hülle jeder Wicklung befinden sich die Ableitungen 17 und IS (Fig. 2 und
3), die aus :Metallrohren von solcher Wandstärke bestehen, daß sie den Preßdruck
der Wicklung aufnehmen können. Die Ableitungen bilden offene Windungen und sind
mit Papierisolationen icg und 2o für die volle Prüfspannung versehen. Die Ableitungen,
die zugleich die Zuführung des Öls besorgen, werden an einer von dem Durchtrittspunkt
der Ableitung möglichst weit entfernten Stelle durch die erste Hülle hindurch mit
dem Metallring 3 oder 4 verbunden. Wie Fig. 4 zeigt, entsteht so ein Kriechweg gleich
dem halben Spulenumfang. Es empfiehlt sich, die durchbohrten Kautschukhüllen 13
und 14 unter die Metallhülle der Ableitung zu ziehen, die mit der Armierung verschweißt
wird. Auch die Ableitungen können mit einer Kautschukisolierung versehen und diese
mit der Hülle durch Vulkanisieren vereinigt werden. Zweckmäßig sieht man dabei Schichten,
insbesondere Endschichten, aus leitend gemachtem Kautschuk zur Steuerung und Begrenzung
des elektrischen Feldes vor. Eine unzulässige Erwärmung des Kautschuks läßt sich
dadurch vermeiden, daß man unterhalb desselben eine Wärmelsolierschicht, beispielsweise
Asbest, vorsieht.
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Die Anordnung nach Fig.3 kostet verhältnismäßig noch viel Platz, der
gespart werden kann, wenn die Ableitungen am Umfall- herausgebracht werden können.
Eine solche Ausführung entspricht im Prinzip der nach Fig. 3, die Ableitung braucht
dann jedoch nicht den Preßdruck der Wicklungsabstützungen aufzunehmen, sie kann
also schwächer gehalten werden. Die gleiche Ausführung kommt für die Anzapfungen
in Frage, die in der Mitte der Wicklung herausgebracht werden müssen. Bei Anordnung
von Kühlkanälen muß man darauf achten, daß diese nicht zwischen der Umhüllung und
der Wicklung verlaufen; denn sonst würden die elektrischen Kraftlinien ein festes
und ein flüssiges Dielektrikum hintereinander durchsetzen, was zu einer ungünstigen
Spannungsverteilung -führen kann. Daher sieht man besser axiale Kühlkanäle nur im
Innern der Wicklung vor.
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Der Wicklungsaufbau gemäß der Erfindung macht eine besondere Kühlung
des Eisenkerns erforderlich, deren Ausbildung sich je nach der Größe des Transformators
richten wird. Bei kleinen Leistungen genügt Luftkühlung für den Eisenkern, ebenso
auch für die Niederspannungswicklung, deren Spannung in der Regel nur einige hundert
Volt betragen wird. Es wird dann nur die Oberspannung gemäß der Erfindung mit einer
Hülle ausgeführt, und erst mit steigender Leistung werden auch der Eisenkern und
die Niederspannungswicklung mit einer Hülle und besonderen Kühlung versehen. Dabei
können in bekannter Weise im Innern des Kerns Kühlkanäle vorgesehen werden.