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Prüftransformator mit Überspannungssehutz Die Erfindung bezieht sich
auf einen Prüftransformator mit Überspannungsschutz, bei dem der Kessel von Erde
isoliert und mit der Mitte der Hochspannungswicklung leitend verbunden ist. Der
Transformator kann in Sparschaltung und in Kaskadenschaltung genau so betrieben
werden wie in einfacher Transformatorschaltung mit zwei elektrisch voneinander getrennten
Wicklungen.
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Gemäß der Erfindung sind die Erregerwicklung oder Teile der Erregerwicklung
oder die Endwindungen der Hochspannungswicklung selbst als konische Spulen ausgebildet.
Diese konischen Spulen umgeben die Anfangs- und/oder Endwindungen der Hochspannungswicklung
als elektrostatischen Schirm und sind mit Potentialpunkten der Hochspannungswicklung
galvanisch verbunden. Dadurch wird erreicht, daß sich die beim Überschlag des Prüflings
in den Prüftransformator einziehenden Entladewellen praktisch gleichmäßig über die
Wicklung verteilen, so daß alle Teile der Wicklung gleichmäßig beansprucht werden.
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Bei einer bekannten, in Fig. i dargestellten Anordnung ist die Erregerwicklung
i in axialer Richtung in der Verlängerung der Hochspannungswicklung a angeordnet.
Man muß infolgedessen zwischen der Wicklungsstirn der Hochspannungswicklung z und
dem Joch 3 des Eisenkerns den nötigen Raum für die Unterbringung der Erregerwicklung
frei lassen. Außerdem sind zur Verminderung der Streuung längs des Eisenkernschenkels
6 Schubwicklungen ¢ und 5 in bekannter Weise verteilt anzuordnen. Hierbei wird meistens
die Mitte 7 der Hochspannungswicklung mit dem Eisenkern 6 und dem Kessel 8 leitend
verbunden, so daß Kern und Kessel ein mittleres Potential führen. Die Erregerwicklung
selbst kann von einem leitenden Belag eingeschlossen ,sein.
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Die Spannungsverteilung längs der Hochspannungswicklung eines derartigen
Prüftransformators vor und nach dem Überschlag eines mit dem Hochspannungspol verbundenen
Prüflings ist dem Diagramm der Fig. z zu entnehmen. Als Ordinate ist hier die Betriebsspannung
U des Transformators, als Abszisse die Wickellänge der Hochspannungswicklung aufgetragen.
Der mit ¢o bezeichnete Linienzug stellt die stationäre lineare Verteilung der Betriebsspannung
längs der Wicklung vor dem Überschlag des Prüflings dar. Wenn nun beim Überschlag
des Prüflings die Betriebsspannung U plötzlich zusammenbricht und bei Vernachlässigung
des Lichtbogenwiderstandes die Spannung an der Hochspannungsklemme dadurch den Wert
Null annimmt, so zieht vom Wicklungsende (Hochspannungspol) her in die Wicklung
eine Entla dewelle mit dem Höchstwert - U ein. Diese
Entladewelle
schafft infolge der alleinigen Wirkung der Wicklungskapazitäten im ersten Augenblick
eine Spannungsverteilung läzig@y der Wicklung, wie sie durch den Linien?3rgä 41
verdeutlicht ist. Die Spannung ver.l.-, sich also von beiden Wicklungsenden nach
einem hyperbolischen Gesetz sehr ungleichmäßig über die Wicklung. Infolge der Wirkung
der Erdkapazität des mit der Wicklungsmitte verbundenen Kessels, die sich zu der
wirksamen Kapazität der unteren Wicklungshälfte parallel schaltet, entfällt außerdem
auf die zunächst dem Hochspannungspol liegende obere Wicklungshälfte ein wesentlich
größerer Anteil der Überspannung - (U -uk), während die untere Wicklungshälfte
im ersten Augenblick nur den Anteil- uk des- Kessels an- der Entladewelle
aufzunehmen braucht. Dieser Spannungsanteil ist im Diagramm der Fig.2 durch die
Ordinate 42 dargestellt.
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Zieht man nun die Ordinaten des Kurvenzuges 4 t von denen des geraden
Linienzuges 4o ab, so erhält man den Kurvenzug 43, welcher die wahre Verteilung
der Spannung über der Wicklung im Augenblick des überschlages und damit auch die
wirklichen Isolationsbeanspruchungen der einzelnen Wicklungsteile im ersten Augenblick
angibt. Infolge der steilen Spannungsanstiege am Eingang und auch am Ende der Wicklung
und mit Rücksicht auf die dann einsetzende Ausgleichsschwingung der ganzen Wicklung
muß die Spulenisolation von beiden Wicklungsenden her bis tief hinein in die Wickhulg
wesentlich verstärkt werden. Dadurch wird der erforderliche Wickelraum wesentlich
vergrößert.
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Durch die erfindungsgemäßen Mittel werden diese Nachteile vermieden,
indem durch die Anordnung der Erregerwicklung bzw. der Endwindungen der Hochspannungswicklung
als konische Schirme eine sehr viel gleichmäßigere Verteilung der Entladewelle über
der Wicklung entsprechend dem Kurvenzug 44 der Fig. 2 erreicht wird. Da hierbei
durch die Schirme auch die Kapazität der beiden Wicklungshälften gegen den Kessel
bedeutend vergrößert wird,- so verteilt sich außerdem in diesem Falle die überspannung
mit großer Annäherung etwa hälftig auf beide Wicklungsteile.
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Ausgleichsschwingungen der Wicklung und Überbeanspruchungen einzelner
Teile der Hochspannungswicklung sind weitgehendst vermieden. Es kann also wesentlich
an Wicklungshöhe infolge des geringen Isolationsaufwandes gespart werden. Außerdem
wird der für die Unterbringung der Erregerwicklung erforderliche Raum in Richtung
der Längsachse der Wicklung gespart und damit die Schenkellänge des Kernes verkürzt.
Ferner können auch die Schubwicklungen selbst kürzer ausfallen, da die Erregerwicklung
minbestens vor einem Teil der Hochspannungsunmittelbar angeordnet ist.
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". Fig.3 zeigt eine erfindungsgemäße Anord-.nung. Die Hochspannungswicklung
20 ist eine bekannte Röhren- oder Scheibenwicklung. Die Erregerwicklung 2 i ist
als konische Spule ausgebildet und umgibt den Wicklungsanfang bzw. das Wicklungsende
der Hochspannungswicklung 2o. Sie kann selbst durch einen metallischen Schirm 22
elektrostatisch abgeschirmt sein. Ist eine zweite Hochspannungswicklung oder sind-noch
weitere Hochspannungswicklungen mit der Wicklung 2o in Kaskade geschaltet, kann
die zum Erregen der- folgenden Kaskade verwendete Koppelwicklung 23 ebenfalls als
konische Spule das andere Ende der Wicklung 2o abschirmen. An sie ist die Erregung
24 der zweiten Hochspannungswicklung z5 angeschlossen.
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Die konisch ausgebildeten Koppel- und Erregerwicklungen werden vorteilhaft
außerhalb der Hochspannungswicklung angeordnet und schließen die Wicklungsenden
ein. Sie können aber auch ganz innerhalb der Hochspannungswicklung liegen, wie in
Fig.3 durch die gestrichelt gezeichnete Spule 26 angedeutet ist. Auch ist es möglich,
die konischen. Spulen zu beiden Seiten der Wicklungsenden verteilt vorzusehen.
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Vordem an den Hochspannungspo127 angeschlossenen Wicklungsende sind
ebenfalls konische Spulen vorhanden. Sie bestehen aus dem letzten Wicklungsabschnitt
der Hochspannungswicklung 25 oder aus einem bekannten elektrostatischen Schirm 30.
Wenn der Prüfling r3 i überschlagen oder durchschlagen wird, ergibt sich mit der
in Fig.3 dargestellten Kaskadenschaltung die in Fig. 4 angedeutete Aufteilung der
Spannung der in die Wicklung einziehenden Entladewelle - 2 U auf die vier Wicklungsabschnitte.
Die Potentialpunkte des Hochspannüngspoles 27, des mittleren Potentials 28 der Hochspannungswicklung
25, an das der Kessel des zweiten Transformators angeschlossen ist, ferner des Wicklungsendes
23, der Wicklungsmitte 29 und des Wicklungsanfanges 2 t der ersten Hochspannungswicklung
20 sind im Diagramm (Fig.4) mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen. Der Verlauf
des Kurvenzuges 32 ist praktisch linear. Es sind überbeanspruchungen einzelner Wicklungsteile
völlig vermieden.
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Die geringe - Durchbiegung des Kurvenzuges 32, die sich darin zeigt,
daß die Punkte 28, 23 und 29 nicht genau auf der Verbindungsgeraden der Punkte 27
und 21 liegen,
rührt von der Wirkung der Erdkapazitäten der mit
den Punkten 28 bzw.. 29 verbundenen isolierten Kessel her. Die Wirkung dieser
Kesselkapazitäten läßt sich durch geeignete Bemessung der konischen Schirme, z.B.
durch Vergrößerung des mit dem jeweiligen Hochspannungspol verbundenen Schirmes
jeder Kaskadenstufe gegenüber dem mit dem Niederspannungspol bzw. der Koppelwicklung
verbundenen Schirm noch weitgehend kompensieren.