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Einphasen-Hochspannungswandler Bei Hochspannungswandlern werden die
einphasigen Bauarten bevorzugt, weil sie mehr Freiheit in der Aufstellung und insbesondere
in der Bemessung des Phasenabstandes gewähren. Um bei diesen Hochspannungswandlern
die sehr teuren Durchführungsisolatoren zu vermeiden, stattet man die Wandler mit
einem Isoliermantel aus, der keine besonderen Durchführungsisolatoren erfordert
und zugleich als Behälter für den aktiven Teil und das Öl dient. Dieser Isoliermantel
ist bei den so aufgebauten Wandlern der teuerste Teil. Seine Höhe wird durch die
unveränderlich gegebene elektrische Festigkeit der Luft bestimmt. Denn zum Schutz
gegen überschlagsgefahr wird verlangt, daß bei einer bestimmten Überschlagsfestigkeit
ein bestimmter Abstand zwischen dem Erdpotential und den Hochspannungspotential
führenden Bauteilen eingehalten wird, woraus sich die Höhe des Isoliermantels ergibt.
Dieser Abstand ist unter dem Begriff Schlagweite auf bestimmte Werte genormt worden.
Aus der Bedingung, daß der aktive Teil des Wandlers im Isoliermantel Raum finden
muß, bestimmt sich der lichte Durchmesser des Isoliermantels.
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Entscheidend für den Raumbedarf des aktiven Teiles sind die Abmessungen
des Eisenkerns, der Wicklungen und der Isolation. Man hat oft versucht, diesen Raumbedarf
durch Verwendung offener Eisenkerne zu verringern, welche unter Umständen durch
den Wegfall eines Rückschlußjoches die Isolierung erleichtern. Diese bedingen jedoch
einen großen Leerlaufstrom, der Me$fehler
von "solch unzulässiger
(zrößenordnung erzeugt; daß sie durch zusätzliche Elemente kompensiert werden müssen.
Aber auch bei Kompensierung dieser Fehler bleibt der Nachteil bestehen, daß die
Meßeigenschaften solcher Wandler vom Aufstellungsort desselben abhängig sind. Werden
nämlich solche Wandler im Bereich eiserner Konstruktionsteile aufgestellt, so wird
dadurch das Magnetfeld und damit werden ihre Meßeigenschaften beeinflußt. Nachteilig
ist auch die Reihenschaltung mehrerer Wandler (Kaskadenschaltung). weil hierbei
ein großer Spannungsabfall entsteht.
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Um daher einen guten Wandleraufbau zu erzielen, muß man einen einzigen,
vollständig eisengeschlossenen NZagnetkreis im Isoliermantel unterbringen. Bei der
Auslegung eines solchen -Eisenkreises mit der zugehörigen Wicklung hat man sich
bisher durch die aus den Lehrbüchern bekannten Baugesetze leiten lassen, die die
günstigste Beinessung des Wandlers von dem Gesichtspunkt des Verhältnisses zwischen
Eisen- und Wicklungsgewicht oder zwischen Eisen- und Wicklungspreis ausgehen. Andere
Autoren verweisen den Spannungswandler schlechtweg zu den Transformatoren mit schwacher
Kupferausrüstung.
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Erfindungsgemäß werden diese Grundsätze verlassen und die Wandler
derart ausgelegt, daß nicht der aktive Teil, sondern der Isoliermantel für das Preisminimum
maßgebend gemacht wird. Da die Höhe des Isoliermantels, wie erwähnt, durch die Schlagweite
gegeben ist, wird dieser um so billiger, je geringer sein Durchmesser ist. Dieser
bestimmt sich wieder aus den Teilen, die der Mantel zu umgeben hat. Ein kleiner
Durchmesser des im wesentlichen zylindrischen Mantels wird zunächst dadurch erreicht,
daß man den aktiven Teil des Wandlers in die Länge streckt. Eine solche Streckung
geht mit einer Verringerung des Eisenquerschnitts Hand in Hand. Doch führt bekanntlich
ein dünner Eisenkern zu einem verhältnismäßig großen Wicklungsvolumen, ergibt also
weder ohne weiteres den kleinsten Außendurchmesser der Wicklung noch den kleinsten
Innendurchmesser des Isoliermantels.
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Ein weiterer Gesichtspunkt, der eine wesentliche Rolle spielt, ist
durch die Beanspruchung der Isolation zwischen Ober- und Unterspannungswicklung
durch dass elektrische Feld gegeben. Dort, wo Konzentrationen dieses Feldes vorhanden
sind, vorzugsweise am oberspannungsseitigen Rand der Wicklung, treten an jener Zwischenisolation
einerseits örtliche Überbeanspruchungen, andererseits Gleitfunken auf. Dies kann
dadurch verhindert werden, daß man die Isolierhülle wenigstens an den .gefährdeten
Stellen ,wesentlich dicker macht, als die sonstige Beanspruchung auf Durchschlagsfestigkeit
verlangt. Dies hat aber eine entsprechende Vergrößerung des "Durchmessers auch des
äußeren Isoliermantels zur Folge. Daher gehören zur Erreichung des kleinstmöglichen
Manteldurchmessers Schutzeinrichtungen gegen die Randwirkungen des elektrischen
Feldes, die ge statten, die Dicke der Isolierhülle zwischen Ober-und Unterspannungswicklung
lediglich auf Durchschlag zu bemessen.
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Die Erfindung bezieht sich daher mir auf solche Wandler, die mit Schutzeinrichtungen
gegen Randwirkungen ausgerüstet sind, und besteht aus einer neuartigen Bemessungsregel
für den Eisenkernquerschnitt, die auf rechnerischem Wege als die günstigste ermittelt
wurde und durch Versuche sich als solche bestätigt hat. Danach ist der Eisenquerschnitt
in Quadratzentimeter bei einer verketteten Spannung F_ in kV, wobei E größer als
6o kV sein muß, zwischen den Grenzwerten
und
zu bemessen.
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Liegt also der Eisenquerschnitt des mit Randschutz versehenen Wandlers
innerhalb dieser Grenzen, dann wird der Preis des Isoliermantels am kleinsten. Obwohl
diese Bemessungsregel für die verschiedensten Wandlertypen mit geschlossenem, geerdetem
Eisenkern und Randschutz allgemein gültig ist, ergibt doch diejenige Bauart bei
gegebener Bauhöhe die größte Meßleistung, bei der der -Innenraum des Mantels
auch in der Höhenrichtung voll ausgenutzt ist; das ist die bereits vorgeschlagene
Bauart, bei der das obere Joch des geerdeten Eisenkerns gegen die Hochspannung isoliert
ist und die Randwirkungen durch einen mit der Hochspannungsklemme verbundenen leitenden
Überzug auf der Außenfläche des das Joch umgebenden Teiles der Isolierhülle zwischen
Eisenkern und Oberspannungswicklung vermieden sind Dann kann man nämlich das so
isolierte oberspannungsseitige Eisenjoch ungefährdet bis dicht an die Oberspannungsklemme
heranführen und benötigt praktisch keinen Abstand zwischen oberem Teil des Eisenjochs
und oberer Anschlußkuppel des Isoliermantels.
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Der Isoliermantel wird bei Verwendung der erfindungsgemäßen Regel
auch dann am kleinsten, wenn jede Kernsäule einen besonderen Isoliermantel aufweist.
Auch bei solchen Wandlern ergibt die erfindungsgemäße Regel eine Ersparnis am Isoliermantel,
deren leitender Kopf den vollen Isolierabstand vom geerdeten oberen Eisenjoch haben
muß. Dagegen ist sie im allgemeinen ohne Vorteil bei Wandlern für geringere Spannung
als 6o kV, bei Kaskadenw-andlern, bei Stromwandlern sowie bei Mehrphasenwandlern.
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Der Isoliermantel kann aus keramischem Material oder aus Kunststoff
bestehen. Er braucht nicht rund zu sein, sondern kann auch ovalen, länglichen oder
eckigen Querschnitt haben. Der Randschutz kann aus leitendem Überzug bestehen; er
kann durch anderweitige Metalleinlagen, durch die Form der Isolierhülle, durch metallische
Endringe oder durch andere Mittel hervorgebracht sein.
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Weil gemäß der Erfindung der zur Verfügung stehende Raum im Isoliermantel
vollständig ausgenutzt werden kann, weil sich ferner eine sehr gute Kopplung zwischen.
Primär- und Sekundärwicklung und ein kleiner Leerlaufstrom ergibt, lassen sich sehr
hochwertige und genau arbeitende
Spannungswandler großer Meßleistung
bauen, nämlich solche, die innerhalb der Beglaubigungsfehlergrenzen eine Leistung
von 5 E abgeben können.