Als Glied einer Transformatorhaskade verwendbarer, isoliert aufgestellter Einphasentr ansfor mator e Zur Erzielung ausserordentlich hoher Spannungen hat man bisher zwei oder meh rere isoliert aufgestellte Einpha sentransfor- matoren zu einer sogenannten Transfor- matorkaskade kombiniert, indem man jedem Transformator ausser der Niederspannungs primärwicklung und der Hochspannungs- Sekundärwicklung noch eine dritte Wick lung meist niederer Spannung gab, welche zum Anschluss bezw.
zur Speisung der Pri märwicklung eines zweiten gleichartigen Transformators der Kaskade diente, dessen Sekundärwicklung zur Erzeugung höherer Spannungsstufen mit der Sekundärwicklung des Vordertransformators in Reihe ge schaltet war und dessen dritte Wick lung gegebenenfalls zur Speisung eines weiteren derartigen Transformators der Kaskade diente.
Die Schwierigkeit die ser Kombination der Transformatoren lag in der Isolation der Wicklungen gegeneinander und gegen Eisen, weil sich bei der üblichen Bauart der Transformatoren sehr grosse Spannungsdifferenzen zwischen den benach barten Teilen der verschiedenen Wicklungen bezw. zwischen Wicklung und Eisen einstel len konnten. 2VIan war daher bestrebt, die Potentialeinstellung zwangsweise derart zu gestalten, dass sich eine möglichst ge ringe Potentialdifferenz zwischen den be nachbarten Teilen des Transformators er gab.
Diese erzwungene Potentialverteilung auf -die betreffenden Teile wurde durch lei tende Verbindungen erreicht, welche die in ihrer Potentiallage steuerbaren Teile des Transformators mit geeigneten Punkten der einpolig geerdeten Hochspannungswicklung verbanden. Das Potential der so gesteuerten Teile wurde dabei so gewählt, dass es ange nähert dem Mittelwert der Potentiale be nachbarter Teile entsprach. Diese Steuerung der Potentialverteilung hat aber grosse Nach teile.
Die leitende Verbindung nur je eines Punktes zweier getrennt und somit vonein ander gut isolierter Stromkreise wäre an sich zwar nicht schädlich, weil sie keine Erhö hung der Strombeanspruchung der Trans- formatorwicklungen zur Folge hat und da her ohne Einfluss auf den Belastungszustand -der Transformatoren ist. Anders liegt aber der Fall, wenn aus irgend einem Grunde die Isolation zwischen diesen Stromkreisen auch an anderer Stelle durchbricht. Dann stellt die genannte Massnahme einen direkten Kurzschluss des Transformators dar, welcher ihn zerstört und die ganze Anlage gefähr det.
Die Potentialsteuerung durch leitende Verbindung getrennter Stromkreise der Transformatoren ist also möglichst zu ver meiden und stellt nur eine ungünstige Lö sung der gestellten Aufgabe dar.
Aufgabe der Erfindung ist nun, eine günstige Potentialverteilung mit Mitteln zu erreichen, welche die angegebenen Nachteile nicht besitzen. Es wird zu diesem Zweck von einer Erscheinung Gebrauch gemacht, die auf der kapazitiven Beeinflussung jedes isolierten Körpers zu seiner Umgebung be ruht. Befindet sieh ein isolierter Körper in der Nähe anderer Körper verschiedenen Po tentiale, dann nimmt er selbst ein mittleres Potential an, welches sich aus den Teilkapa zitäten der Körper gegeneinander und gegen Erde berechnen lässt. Es findet in ihm ge wissermassen ein Ausgleich verschiedener gleichzeitig in ihm erzeugter Potentiale zu einem Mittelwert statt.
Die Höhe dieses Aus gleichswertes ist aber verschieden, je nach der Stellung des Körpers zu den andern, da von dieser Stellung die Teilkapazitäten ab hängig sind.
Auf dieser Erkenntnis beruht die vorlie gende Erfindung, deren Gegenstand ein als Glied einer Transformatorkaskade verwend barer, isoliert aufgestellter Einphasentrans formator ist mit einer Primärwicklung nie derer Spannung, einer Sekundärwicklung hoher Spannung und einer dritten Wicklung meist niederer Spannung, welche zum An schluss, bezw. zur Speisung der Primärwick lung eines zweiten gleichartigen Transfor mators der Kaskade dient, dessen Sekundär wicklung zur Erzielung höherer Spannungs stufen mit der Sekundärwicklung des Vor dertransformators in Reihe geschaltet ist und dessen dritte Wicklung zur Speisung eines weiteren derartigen Transformators der Kaskade dienen kann.
Erfindungsgemäss sol- len die Wicklungen des Transformators der art angeordnet sein, dass allein durch die ka- pazitive Verkettung der Wicklungen gegen einander und gegen Eisen eine solche Poten tialverteilung auf die Wicklungen erreieht wird, dass sich von selbst eine möglichst ge ringe Potentialdifferenz zwischen benach barten Wicklungen, sowie jeweils zwischen Wicklung und Eisen einstellt. Die Bean spruchung der Isolation der Transformatoren wird bei dieser Ausführung auf den mini mal überhaupt erreichbaren Wert gebracht.
Die Erfindung sei anhand der Ausfüh rungsbeispiele der Fig. 1 und 2 näher erläu tert. In der Zeichnung ist eine Kaskade von zwei zweischenkligen Einphasentransforma toren T1 und T2 dargestellt. Die Transfor matoren seien isoliert aufgestellt, so dass auch das Potential des Eisenkörpers steuer bar ist. In Fig. 1 bedeutet: T1 den ersten (V order-) Transformator der Kaskade, T2 den zweiten (Hinter-) Transformator der Kaskade, P1 bezw. P2 sind die Primärwicklungen niederer Spannung, die Sekundärwicklun- gen hoher Spannung, Z1 bezw. Z2 die dritten 'Wicklungen meist niederer Spannung. Hier sei angenommen, dass sie die gleiche Windungszahl wie die Primärwicklungen haben, Cl, B1 bezw.
C2, B2 die beiden Schenkel des Transformatoreisens F1 bezw. F2, m1 n1 bezw. m2, n2 die Schenkelmitten der beiden Transformatoren, 0l bezw. o2 Anschlusspunkte des Eisens an die Wicklungsmitten der Sekundärwick lungen Q1 bezw. Q2; S1 bezw. S2 sind die durch die Schenkel mitten 777,, ii., bezw. 7r7-', 112 gelegten SYmme- trieaxen der beiden in allen Punkten gleich ausgeführten Transformatoren.
Die Primärenergie wird der Wicklung P, zugeführt, von dieser teils auf die Wick lungen Q,', Q,", teils auf die Wicklung Z, übertragen. Die Wicklung Z, speist die Primärwicklung P-, des Transformators T2 und die Wichlung P2 überträgt die aufge nommene Energie auf die Wicklungen Q2', Q2" und gegebenenfalls bei weiteren Kas kadentransformatoren auf den nächsten Tranformator der Kaskade. Die beiden Wieklungen Q1' und Q1'' bezw. Q2', Q2''sind parallel geschaltet, und es liegen ihre An fänge und Enden in der Symmetrieaxe S1 bezw. S2. Die Wicklungen Q1, und Q1'' (bezw.
Q2' und Q2'') sind zur Erzielung einer vollen Symmetrie in bezug auf die genannte Symmetrieaxe mit entgegengesetz tem Wicklungssinn gewickelt. Ferner sind sie auf beide Schenkel des Transformators gleich verteilt, so dass sich die Spannungs mitte der Sekundärwicklung in den beiden Verbindungsleitungen L1 , L1'' (bezw. L2', L2'') befindet. Die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren sind durch die Ver bindungsleitung L3 in Reihe geschaltet. Der Anfang A der Sekundärwicklung Q1 ist geerdet. Das Ende E der Sekundärwick lung Q2 besitzt somit gegen Eide eine Spannung gleich dem zweifachen Wert der Sekundärspannung eines der beiden gleich ausgeführten Transformatoren.
Während die Potentiallage der Zwischenstromkreise (Z1- P2) erfindungsgemäss durch ihre kapazitive Verkettung bestimmt sein soll, soll die Po tentiallage der Eisenkörper F1 und F2 in der bekannten Weise durch die leitende Verbindung der Punkte o, mit L1 und 02 mit L2 so festgelegt sein, dass F1 das Po tential der Wicklungsmitte von Q1, F2 das Potential der Wicklungsmitte von Q2 besitzt. Durch die dargestellte symmetrische Anord nung aller drei Wicklungen in bezug auf die gezeichneten Symmetrieäxen 81 bezw. r52 wird nun folgende Potentialeinstellung der Wicklungen erreicht: 1. Die Wicklung P1 ist kapazitiv eng gekoppelt mit den benachbarten Windungen der Wicklungen Q,, Q1' ', welche infolge der Erdung des Punktes A Erdpotential besit zen.
Das Potential der Wicklung P1 wird aber vorwiegend bestimmt durch das spei sende Primärnetz, welches selbst auch an nähernd Erdpotential besitzt. Es ist somit zweifellos, dass sich das Potential von P1 nicht wesentlich anders einstellen wird als das Potential der benachbarten Windungen der Wicklungen Q,', Q,".
2. Der Stromkreis der Wicklungen (Z1-P2) ist mit den Endwindungen der Wicklungen Q1', Q1''und den Anfangs windungen der Wicklungen Q2, Q2'' eng gekoppelt. Alle diese Windungen haben das der Sekundärspannung des Transformators T1 entsprechende Potential. Sie würden also dem Stromkreis annähernd dieses Potential aufdrücken. Anderseits ist die Wicklung Z1 mit dem Eisen F1, die Wicklung P2 mit dem Eisen F2 noch enger gekoppelt.
Da nun F1 das Potential der Wicklungsmitte der Sekundärwicklung von, Tl, F2 das Potential der Wicklungsmitte der Se kundärwicklung von TZ besitzt, und da das erstgenannte Potential dem halben das zweite dem eineinhalbfachen Wert der Se kundärspannung eines Transformators ent spricht, so stellt sich das Potential des Stromkreises; (Z, P2) auf den Mittelwert dieser Potentiale ein, welcher ebenfalls dem einfachen Wert der Sekundärspannung eineu Transformators entspricht.
Also sowohl die kapazitive Verkettung mit den Wicklungen Q1, Q2, wie auch mit dem Eisen F1, F2 be wirkt, dass sich das Potential des Strom kreises (Zl-P2) auf den Wert der Sekun därspannung eines Transformators einstellt. Die sich hierbei ergebende Potentialdifferenz gegen benachbarte Wicklungsteile ist 0, gegen Eisen dagegen gleich dem halben Wert der Sekundärspannung, wie es an nähernd auch bei der Wicklung P, der Fall war.
3. Die Wicklung Z2 ist mit den End- windungen der Sekundärwicklungen Q2', Q2" und mit dem Eisen F2 kapazitiv verkettet; sie wird also ein zwischen den entsprechen den Potentialen liegendes Potential gegen Erde annehmen, welches also grösser als die eineinhalbfache, aber kleiner als die zwei fache Sekundärspannung eines Transformators ist. Die Potentialdifferenz der Wick lung Z2 gegen Eisen sowohl, als gegen die Wichlungen Q2, Q2'' ist also auch hier klei ner als die halbe Sekundärspannung eines Transformators.
Für den Fall, dass die Wicklung Z2 zum Anschluss einer -weiteren Primärwicklung P2 dient, stellt sich das Potential des Stromkreises Z2-P3 in ana loger Weise auf das Endpotential der Se kundärwicklung des Transformators T2 ein, wie sich das Potential von Z,-P2 auf das Endpotential der Sekundärwicklung des Transformators T1 eingestellt hat.
Man erkennt hieraus, dass allein durch Anordnung der Wicklungen unter Einfluss ihrer kapazitiv en Verkettung die Potentiale der Wickltingen sich von selbst so einstellen, dass sich keine den halben Wert der Sekun därspannung eines Transformators über steigende Potentialdifferenz zwischen be nachbarten Teilen des Transformators ergibt, ein Resultat, das bisher nur durch leitende Verbindungen der steuerbaren Stromkreise mit Punkten der geerdeten Hochspannungs sekundärwicklung erreicht wurde.
Eine Verbesserung der beschriebenen und dargestellten Einrichtung erhält man durch Einführung einer vierten Wicklung gremäss Fig. 2. In Fig. 2 ist die Bedeutung der Buchstaben die gleiche wie in Fig. 1. Die Wicklungen P1, Z1, P2 und Z2 liegen als konzentrierte Wicklung in der Mitte der Schenkel, und zwar liegt jede Wicklung symmetrisch zu den Symmetrieazen S1 und S2. Ferner wird jede dieser Wicklungen von den parallel geschalteten Teilen der zu- gehö regen Sekundärwicklung flankiert, wel che demnach jeweils zu beiden Seiten neben den Niederspannungswicklungen angeordnet sind.
Den bisher genannten Wicklungen jedes Sehenkels gegenüber und auf dem ganzen Schenkel gleichmässig verteilt liegt je eine Hälfte einer (vierten) Wicklung (D1', D1'' bezw. D2', D2''), wobei die Hälften dieser vierten Wicklung derart miteinander verblin den sind, dass sie an der Übertragung der der Primärwicklung zuzuführenden Energie auf die dritte Wicklung teilnehmen. Die der Primärwicklung gegenüberliegende Hälfte der vierten Wicklung nimmt als Sekundär- wicklung Energie auf; sie speist mit dieser Energie die andere Hälfte der vierten Wick lung, welche jetzt in bezug auf die dritte Wicklung als Primäwicklung arbeitet, in dem sie die ihrerseits aufgenommene Energie induktiv auf die dritte Wicklung überträgt.
Durch die vierte Wicklung wird zugleich die Ausbildung der Stromfelder der andern Wicklungen verlxindert. Das Potential dieser vierten Wicklung stellt sieh wegen ihrer symmetrischen Anordnung von selbst derart ein, dass es dem Potential des zugehörigen Eisenkörpers gleich ist. Dies ist aus der engen kapazitiven Verkettung dieser Wick lung hauptsächlich mit der Sekundärwick lung leicht zu erkennen; denn die kapazitive Verkettung besteht in jedem Transformator in gleicher Weise mit Sekundärwindungen niedrigen, mittleren und hohen Potentials, so dass sieh n s Ausgleichs- bezw. Mittelwert des Potentials der vierten Wicklung jeweils ein Potential ergibt, welches dem Potential der Wicklungsmitte der Sekundärwicklung gleich ist.
Dies ist aber auch (las Potential des Eisenkörpers des betreffenden Transfor mators.
Die augeebenen Ausführungsbeispiele er schöpfen die Möglichkeit einer der Erfindung entsprechenden Wicklungsanordnung nicht. So können an Stelle konzentrierter auch un termischte Wicklungen verwendet werden, und es ist die Zahl der Wichlungen pro Transformator durchaus nicht auf drei oder vier beschränkt. In jedem Falle lässt siele schon durch die Anordnung und symmetri- sehe Lage der Wicklungen zu einer durch die Schenkelmitte gelegten Symmetrieaxe er reichen, dass sieh unter Einfluss der ka- pazitiven Verketteng der Transformatorteile gegeneinander von selbst eine möglichst ge ringe Potentialdifferenz zwischen benach barten Wicklungen ergibt.