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Höchstspannungstransformator, insbesondere Spannungswandler In Anlagen
mit den höchsten zur Zeit gebräuchlichen Spannungen werden neuerdings Spannungswandler
bevorzugt, die einphasig zwischen Phase und Erde geschaltet werden. Hierfür sind
günstige Anordnungen bekannt, bei denen sich die Spannung der Hochspannungswicklung,
von Null ausgehend, gleichmäßig bis zum Oberspannungspotential erhöht. Bringt man
den aktiven Teil eines solchen Wandlers in ein zur Aufnahme eines flüssigen oder
gasförmigen Isoliermittels bestimmtes Isoliergefäß, so ergibt sich für dessen Oberfläche
eine durch die Wicklung gesteuerte Potentialverteilung.
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Weiterhin ist es bekannt, im Innern eines solchen Wandlers das Potentialgefälle
zwischen den Wicklungen durch eine zusammenhängende, das hochspannungsseitige Eisenjoch
umfassende, nur erdseitig offene, also etwa U-förmige Isolierhülle aufzunehmen,
-wobei das Potential von den offenen Enden der Isolierhülle an bis zum Hochspannungsende
der Oberspannungswicklung hin stetig steigt. Dabei wurde schon angegeben, daß die
Isolierhülle auf einem leitenden Träger, z. B. auf dem ebenfalls U-förmig gebogenen
Eisenkern, aufgebracht werden kann. Bei solchen Transformatoren ist auch bekannt,
daß es vorteilhaft ist, Wicklungen unmittelbar an das Isoliermaterial dicht anschließen
zu lassen. Schließlich ist es bekannt, die unterspannungsseitige Innenseite der
Isolierhülle, insbesondere auf ihrem wicklungsfreien, das gekrümmte Eisenjoch umgebenden
Abschnitt, mit einem Metallbelag zu bekleiden.
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Mit den bekannten Arten des Aufbaus ist es bei Höchstspannungswandlern
jedoch noch nicht möglich, die feste Isolation zwischen Unter- und Oberspannung
entsprechend ihrem hohen Durchschlagswert auszunutzen. Denn wenn sich zwischen den
beiden
Wicklungen oder mindestens zwischen einer Wicklung und der Isolierhülle Ölspalte
befinden, so ist deren Isolierfestigkeit zwar weit geringer als diejenige der Papierisolation;
trotzdem werden diese Ölspalte durch die elektrische Feldstärke mehr belastet als
die Papierisolation. Ferner bedeutet die durch den Wicklungsrand am Hochspannungsende
des Oberspannungswicklungszylinders verursachte Unstetigkeit des elektrischen Feldes
eine erhebliche Erschwerung des Isolierproblems. Denn selbst bei Vermeidung der
Ölspalte durch sattes Anliegen der Wicklungen an der Isolierhülle treten an jenem
Rand Glimm- und Gleitfunkenerscheinungen auf, die äußerst schwer zu beherrschen
sind und auch durch Innenmetallisierung der Isolierhülle nicht verhindert werden.
Die übliche Anordnung von abgerundeten Schutzringen an den Wicklungsrändern kann
wohl die Anfangsspannung, bei der Glimmerscheinungen auftreten, etwas erhöhen, verhindert
aber nicht die schädliche Gleitfunkenbildung. Der Abstand und die Isolationsstärke
zwischen den beiden spannungsführenden Teilen konnte somit bisher nicht mit Rücksicht
auf die zulässige Durchschlagsspannung, sondern mußte mit Rücksicht auf die Gleitfunkeneinsatzspannung
bemessen werden, was eine wesentlich kräftigere Isolation erfordert.
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Erfindungsgemäß werden die geschilderten Schwierigkeiten bei der angegebenen
Anordnung mit eisengeschlossenem, U-förmigem Kern und mit U-förmiger, an der Oberspannungs-
und Unterspannungswicklung dicht anliegender kabelähnlicher Isolierhülle nun dadurch
behoben, daß durch gesteuerte Potentialverteilung jede Art von Randwirkungen vermieden
wird, wobei die Isolierhülle an den hochspannungsseitigen, wicklungsfreien Jochteilen
außen mit leitenden Belegen versehen ist, die mit den benachbarten Wicklungsenden
leitend verbunden sind. Dadurch wird es möglich, die Isolation ausschließlich auf
Durchschlag -zu bemessen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung dargestellt.
Der U-förmige Eisenkern a ist durch das Joch b geschlossen. Auf den beiden
Kernsäulen sitzt die zylindrische Unterspannungswicklung c. Unmittelbar auf diese
ist die Isolationshülle d gewickelt, die sich unterbrechungslos auch über den oberen
Jochbogen des Eisenkerns a fortsetzt und nur an den beiden, an das untere Joch b
anstoßenden Enden offen ist. Der Eisenkern besitzt Erdpotential, ebenso der untenliegende
Anfang der Oberspannungswicklung e. Diese , ist - eine aus Scheibenspulen aufgebaute
Zylinderwicklung, deren Potential von unten nach oben anwächst bis zum höchsten
Potential, das an die Oberspannungsklemme f angeschlossen ist. Zur Steuerung des
Potentials an dem wicklungsfreien Isolierrohrbogen und zur Vermeidung von Randwirkungen
ist das Isolierrohr d an diesem Bogen nicht nur, wie an sich bekannt, innen, sondern
auch außen mit stromleitenden Überzügen g, h versehen, deren äußerer, g, durch leitende
Verbindung auf Oberspannungspotential und deren innerer, lt, auf Erdpotential gebracht
ist. Der Wandler ruht auf einer Grundplatte k und ist mit einem - keramischen Isoliermantel
i umgeben. Sein Hohlraum kann mit Isolierflüssigkeit oder -gas gefüllt sein.
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Der stromleitende Belag h kann selbstverständlich auch die ganze Innenfläche
der Isolationshülle d bedecken. Die Beläge g, h können aus Metall oder aus leitendem,
z. B. mit Metallstaub oder Ruß versetztem Lack bestehen. Sie können z. B. in der
Weise hergestellt werden, daß man, wenigstens für den gekrümmten Teil der Hülse
d, als innerste und äußerste Lage ein leitendes Band nimmt, sei es Metallband, sei
es metallisiertes oder leitend imprägniertes oder angestrichenes Band. Oder die
Beläge können auf die fertige Isolierhülle d auf-bzw. eingewickelt, aufgepreßt,
aufgespritzt oder aufgestrichen werden. Ferner kann man die Beläge g, h flüssigkeits-
und gasdurchlässig gestalten, z. B. als Drahtnetze od. dgl. Man kann sie aber auch,
wie an sich bekannt, wenigstens oberspannungsseitig, also außen, als blanke oder
isolierte Drahtwicklung ausführen, die im letzteren Fall 'die Anfangswindungen der
Oberspannungswicklung bildet. Die Isolierhülle kann in bekannter Weise vom niedrigsten
bis zum höchsten Potential zunehmenden Querschnitt haben, auch kann sie auf dem
gekrümmten, wicklungsfreien Höchstspannungsabschnitt verdickt sein.
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Infolge der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Isolierhülle in all
ihren Teilen senkrecht zur Wand und ausschließlich auf Durchschlag beansprucht.
Die an sich bekannte U-förmige Formgebung des Eisenkerns und der ihn umgebenden
kabelähnlichen Isolierhülle d gestattet es, den Potentialverlauf an ihrer Oberfläche
so zu gestalten, daß die Spannung vom Nullwert an den unteren offenen Enden der
Isolierhülle auf den Höchstwert am geschlossenen oberen Ende der Hülle zunimmt.
Da die äußere Oberfläche g der Isolierhülle d an ihrem oberen Ende das Hochspannungspotential
führt, ist der an Erdpotential liegende Kern a gegen die qbere, den Isoliermantel
i abschließende Metallkappe mit der Oberspannungsklemme f elektrisch vollständig
abgeschirmt.
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Als weiterer Vorteil der beschriebenen randwirkungslosen Anordnung
ergibt sich, daß durch den kleinen Abstand zwischen den Wicklungen die Kurzschlußspannung
so gering wird, daß selbst bei einem Eisenkern mit verhältnismäßig geringem Querschnitt
eine sehr große Meßleistung erreicht wird. Gleichzeitig werden die radialen Abmessungen
trotz großer Spannungssicherheit verringert.