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Spulenhalterung für Transformatoren oder Wandler in Kaskadenschaltung
Die Erfindung betrifft eine Spulenhalterung für Transformatoren oder Wandler in
Kaskadenschaltung, vorzugsweise für höhere Leistungen, bei welcher die z. B. mit
wachsendem Durchmesser kegelig zurückgesetzte Hochspannungswicklung auf zwei waagerechten
Schenkeln eines senkrechten Kernes angeordnet ist und von der Niederspannungswicklung
bzw. der Überkopplungswicklung umfaßt wird.
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Bei einer bekannten Spulenhalterung für einen Transformator in Kaskadenschaltung
sind bei einem senkrecht angeordneten kahmenkern und auf den senkrechten Schenkeln
dieses Kernes angeordneten Hochspannungswicklungen die diese Wicklungen umfassenden
Niederspannungs- bzw. L berkopplungswicklungen senkrecht für sich unmittelbar am
Fundament des Transformators abgestützt, um die hohen Gewichte der Niederspannungswicklung
nicht auf die von ihr umfaßte Hochspannungswicklung einwirken zu lassen. Hierbei
besteht aber der Nachteil, daß die die Niederspannungs- oder Überkopplungswicklung
abstützenden Säulen hochspannungstechnisch ungünstig angebracht sind, weil der Kriechweg,
der längs der z. B. konischen Hochspannungswicklung in einer entsprechend konischen
Treppenlinie verläuft, durch die Abstützsäulen sehr stark verkürzt wird; die Säulen
verbinden unmittelbar in gerader Linie, d. h. kürzester Strecke, den Punkt des höchsten
Potentials des Transformatorensystems
mit dem Punkt des niedrigsten
Potentials, z. B. dem Fundament.
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Bei der eingangs erwähnten Spulenhalterung wird dieser Nachteil erfindungsgemäß
dadurch vermieden, daß die Niederspannungswicklung vom Fundament her von radial
zu ihren Wicklungslagen verlaufenden metallischen Stützen und die Überkopplungswicklung
vom Deckel des Gehäuses her gleichfalls mittels radial zu ihren Wicklungslagen verlaufenden
metallischen Haltern getragen werden und daß die metallischen Stützen bzw. Halter
als Ansätze von die Niederspannungswicklung bzw. die Überkopplungswicklung seitlich
abdeckenden metallischen Flanschen an den diese Wicklungen tragenden Isolierkörpern
ausgebildet sind.
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Auf der Wicklung des unteren Schenkels steigt dabei die Spannung von
außen nach innen mit abnehmendem Wicklungsdurchmesser vom Erdpotential bis zum halben
Hochspannungspotential an, während sie auf der Wicklung des oberen Schenkels von
innen nach außen mit zunehmendem Wicklungsdurchmesser vom halben bis zum zwischen
Fundament und Deckel liegenden vollen Hochspannungspotential ansteigt. Der untere
Schenkel trägt außen die Niederspannungswicklung, während der obere außen eine Überkopplungswicklung
trägt, die auf einen darüber angeordneten gleichartigen Transformator übergreifen
kann, so daß dann schließlich am höchsten Punkt dieses zweiten Transformators da's
doppelte Hochspannungspotential gegen Erde liegt, wenn das Potential zwischen Fundament
und Deckel des unteren Transformators als das »einfache« bezeichnet würde.
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Ein großer Vorteil dieser Anordnung ist, daß sowohl die Niederspannungsspule
als auch die Überkopplungsspule eine Abstützung aufweisen, so daß die beiden Hochspannungswicklungen
die genannten Spulen nicht mehr tragen müssen, wozu sie, da sie aus vielen Windungen
dünnen Drahtes bestehen, bei Transformatoren größerer Leistung ohne Gefährdung ihrer
mechanischen Sicherheit nicht mehr in der Lage sind.
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Ohne diese Abstützungen nach der Erfindung können bei Kurzschlüssen
durch etwaige vorhandene und nicht zu vermeidende Unsymmetrien im Aufbau der Wicklungen
starke dynamische Kräfte frei werden, die sich über die Hochspannungswicklung nicht
aufnehmen lassen, ohne auf die Dauer zerstörende Wirkungen hervorzurufen.
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Da die Abstützungen radial zu den entsprechenden Wicklungslagen angeordnet
sind, können sie aus Metall hergestellt werden, was aus Gründen der mechanischen
Festigkeit besonders vorteilhaft ist. Bei der eingangs erwähnten bekannten Spulenhalterung
für einen Kaskadentransformator ist diese vorteilhafte Anordnung metallischer Abstützungen
nicht möglich. Die verhältnismäßig geringen Potentialunterschiede innerhalb der
zwischen den metallischen Flanschen liegenden Niederspannungswicklung bzw. Überkopplungswicklung
sowie zwischen der Niederspannungswicklung bzw. der Überkopplungswicklung und den
äußeren Windungen der unteren bzw. oberen Hochspannungswicklung können mittels üblicher
Maßnahmen, z. B. durch Anordnung entsprechender Preßspanisolationen, beherrscht
werden. Daß die Abstützungen in Richtung der Schwerkraft verlaufen, hat noch den
Vorteil, daß praktisch keine durch das Gewicht der abgestützten Teile bedingten
Biegekräfte in den Stützen auftreten.
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Wohl ist bereits ein Transformator bekanntgeworden, bei dem die äußere
Wicklung unabhängig von der inneren Wicklung durch radial zu den Wicklungslagen
verlaufende metallische Tragmittel gehalten wird. Ferner ist es bei einem anderen
Hochspannungstransformator bekannt, radial zu den Wicklungslagen verlaufende Stützmittel
als Ansätze von die Wicklungen seitlich abdeckenden metallischen Flanschen auszubilden.
Bei diesen bekannten Transformatoren handelt es sich aber nicht wie bei der Erfindung
um Transformatoren oder Wandler in Kaskadenschaltung ; außerdem weisen sie nicht
die für die Erfindung charakteristische Kombination der angegebenen Maßnahmen auf,
durch die erst die geschilderten Vorteile erzielt werden.
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Bei der neuen Spulenhalterung wird in an sich bekannter Weise zweckmäßig
dafür gesorgt, daß zwischen den Hochspannungswicklungen und den die Niederspannungswicklung
bzw. die Überkopplungswicklung tragenden Isolierkörpern Kanäle für einen Kühlmittelstrom
(Luft oder Öl) verbleiben. Die Isolierkörper, die z. B. aus zylindrischen Isolierrohren
gebildet werden, bestehen vorteilhafterweise aus hartem Isolierstoff, wie Hartpapier,
Porzellan, Kunstmasse od. dgl. Der die Hochspannungswicklungen tragende Eisenkern,
der in an sich bekannter Weise auf halbem Hochspannungspotential liegt, wird für
sich allein, z. B. mittels an seinen vertikalen Schenkeln angebrachter, lösbarer,
mit dem Fundament des Transformators oder Wandlers verbundener Säulen od. dgl. abgestützt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine Spulenhalterung
gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. r den Aufriß eines Kaskadenwandlers
und Fig.2 die Seitenansicht eines Stützflansches. Der z. B. aus einzelnen Blechen
geschichtete und in die Spulen eingeschobene Kern r wird zweckmäßig von einer Isolation
2 umfangen, die von der Hochspannungswicklung 3 umschlossen ist; nach ihrem äußeren
Umfang hin ist letztere in an sich bekannter Weise kegelig zurückgesetzt. Die Hochspannungswicklung
3 wird in an sich bekannter Weise von einem Ringkanal q. für isolierendes Ö1 umfangen,
der von dem mit seitlichen Flanschen 6 und 7 ausgestatteten Isolierrohr 5 umschlossen
wird; die Hülse 5, 6, 7 trägt die Niederspannungswicklung ä und deckt sie seitlich
ab. Die Flansche 6, 7 setzen sich nach unten in Ansätzen 9, io fort, die auf dem
Fundament zz des Transformators oder Wandlers abgestützt und mittels
Konsolen
r2, 13 sowie Schrauben 14, 15 gesichert werden.
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Der Kern i setzt sich aus zwei waagerechten Schenkeln sowie zwei senkrechten
Jochen zusammen und wird zweckmäßig auf halbem Hochspannungspotential gehalten.
Er ist mit Hilfe von Isoliersäulen 16, 17, die mit Hilfe von Nieten oder
Schrauben 18 an den Jochen lösbar fest angebracht sind, ebenfalls am Fundament i
i abgestützt. Die Säulen sind dabei in Lagern i9 gefaßt und mittels Schrauben 2o
od. dgl. lösbar, aber fest mit dem Fundament verbunden.
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Die beschriebene Anordnung von Kern, Spule und Isolation wird von
einem z. B. zylindrischen Gehäuse 21 mit Deckel 22 umschlossen, der mittels Schrauben
am Gehäuse befestigt sein kann. An der Unterseite des Deckels sind konsolenartige
Halter 23, 24 vorgesehen, welche den Konsolen 12, 13 auf dem Fundament entsprechen.
An den Konsolen 23, 24 sind Flansche oder Ansätze solcher Flansche 25, 26 des oberen
Isolierrohres für die Überkopplungswicklung 27 mit Hilfe von Schrauben 28, 29 lösbar
angehängt. Die metallischen Flansche werden, wie aus Fig.2 ersichtlich ist, zweckmäßigerweise
mit einem oberen Einschnitt 3o ausgestattet, so daß sich thermische Spannungen ebenso
wie Kurzschlußströme in ihnen nicht auswirken können..
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Die Spulenhalterung nach der Erfindung eignet sich besonders gut für
kaskadengeschaltete Transformatoren oder Wandler höherer und hoher z. B. Grenzleistungen.