DE1513014C3 - Vorrichtung zum Schutz von Transformatoren mit starken magnetischen Sireuver- - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz eines Transformators mit starkem magnetischen Streufluß zwischen Primär- und Sekundärseite, bei der der Transformator mindestens eine Spule aufweist, die mit der Primärseite lose, mit der Sekundärseite fest gekoppelt ist.

Für gewisse Anweridungszwecke von Transformatoren, z. B. für die Speisung von Entladungsröhren, soll die Spannung an den Klemmen der Sekundärseite deutlich schwächer bei Last als im Leerlauf sein; man verwendet daher Transformatoren, deren Streufluß zwischen Primär- und Sekundärseite erheblich ist, insbesondere Tranformatoren, die mit einem magnetischen Nebenschluß ausgerüstet sind. Bei Last verteilt sich der die Primärseite durchsetzende Streufluß praktisch in zwei Teile, von denen der eine die Sekundärspulen durchsetzt, der andere aber nicht.

Vom Sicherheitsstandpunkt der Anlagen besitzen diese Transformatoren zwei Mängel: Im Falle einer Unterbrechung des Sekundärstromes, z. B. bei ausgefallener oder zerbrochener Röhre oder gelöstem Draht, hält sich die Sekundärleerspannung, die in der Größenordnung des doppelten der Lastspannung liegen kann, ununterbrochen aufrecht und ruft dadurch eine übermäßige Ermüdung gewisser Isolierstoffe unter Gefahr von Durchschlägen und sogar Brand bei wenig unterhaltenen oder mit schwachem Sicherheitsspielraum entworfenen Anlagen hervor. Andererseits können sich im Fall eines Kurzschlusses oder Masseschlusses auf der Sekundärseite oder in mit der Sekundärseite verbundenen Materialien gefährliche lokale Überhitzungen entwickeln. In diesem Fall begrenzen aber die Magnetstreuflüsse den Primärstrom in ausreichendem Maße, so daß keine Auslösung der üblichen Sicherungen, wie Schmelz- oder Abfallsicherungen, hervorgerufen wird.

Aus der US-PS 25 35 169 ist eine Vorrichtung zum Schutz eines Transformators mit starkem magnetischen Streufluß zwischen Primär- und Sekundärseite bekannt, der eine Steuerspule aufweist, die mit der Primärseite lose, mit der Sekundärseite fest gekoppelt ist. Diese Steuerspule wird erregt, wenn ein Kurzschluß, in der . Sekundärwicklung auftritt. Bei dieser Anordnung soll der Schutz des Transformators durch Serienschaltung der Primärwicklung mit einer Spule erreicht werden. Dabei wird die Speisung der Primärseite lediglich reduziert, d. h., die erwähnte Spule bewirkt keine Abschaltung, wenn die Steuerspule durch Kurzschluß der Sekundärwicklung erregt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung zum Schutz eines Transformators zu schaffen, durch die die Primärseite sowohl bei Nichtbelastung der Sekundärseite als auch bei einem entstehenden Kurzschluß von der Speisestromquelle abgeschaltet werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Transformator, der mindestens eine Spule aufweist, die mit der Primärseite lose, mit der Sekundärseite fest gekoppelt ist, dadurch erreicht, daß ein in dieser Spule induzierter Strom die Abschaltung der Primärseite des Transformators von einer Speisestromquelle im Falle der Nichtbelastung der Sekundärseite auslöst und daß eine weitere Spule vorgesehen ist, die im Falle eines Kurzschlusses auf der Sekundärseite die Abschaltung der Primärseite bewirkt.

Gemäß einer Ausbildung der Erfindung ist die weitere Spule auf einem im Streufluß angeordneten magnetischen Nebenschluß zwischen der Primär- und der Sekundärseite aufgebracht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Sicherheitseinrichtung z. B. Schmelzsicherung, Abfallrelais, Mikrounterbrecher, Bimetallunterbrecher usw., durch die Spannungen, die an den Klemmen der Spulen auftreten, steuern, deren jede entweder durch den die Sekundärseite durchdringenden magnetischen Fluß oder durch den den magnetischen Nebenschluß durchfließenden Streufluß durchsetzt werden. Diese Spannungen hängen von der Belastung der Sekundärseite ab. Die eine Steuerspule wird erregt, wenn ein Kurzschluß in der Sekundärwicklung auftritt, die andere " Steuerspule wird erregt, wenn die Sekundärwicklung nicht belastet ist. Durch das Zusammenwirken beider Steuerspulen kann die Primärseite des Transformators von der Speisestromquelle bei jedem Fehlerfall abgeschaltet werden.

Die Zeichnung stellt schematisch Auführungsbeispie-Ie der Erfindung dar. In den Zeichnungen zeigt'

F i g. 1 die Anordnung der Spulen an einem Transformator,

F i g. 2 eine Anordnungsmöglichkeit der einen Spule, Fig.3 ein Diagramm, das die Veränderung der Leistungen bei verschiedenen Kriterien darstellt.

Bei dem Transformator nach Fig.l, der ein Zweischenkeltransformator ist, besteht die Primärseite aus den zwei Primärspulen 2 und 4 und die Sekundärseite aus den beiden Sekundärspulen 6 und 8.

Der magnetische Nebenschluß zwischen Primär- und

Sekundärseite ist mit 10 bezeichnet. Wie üblich ist dieser durch einen Luftspalt von mindestens einem der Schenkel 12 und 14 des magnetischen Kreises getrennt.

Die Primärspulen 2 und 4 induzieren im magnetischen Kreis einen Fluß Φρ, der bei Vernachlässigung der Luftspaltverluste sich in einen Fluß <Ps, welcher in dem die Sekundärspulen 6 und 8 durchsetzenden magnetischen Kreis fließt, und sich in einen Streufluß Φγ teilt, der den Nebenschluß 10 durchsetzt. Wenn die Sekundärseite nicht belastet ist, ist der magnetische Widerstand des Teiles des Transformatorenkernes, auf dem die Sekundärspulen 6 und 8 angeordnet sind, viel schwächer als der magnetische Widerstand des

Nebenschlusses vermehrt um seine beiden Luftspalte, wobei #Fsehr schwach ist, während 'Pswenig kleiner als

Φ/MSt. ... u

Wenn man die Sekundärspulen belastet, d. h. durch diese einen Strom fließen läßt, wird das Verhältnis zwischen dem die Wicklung durchfließenden Strom und der Anzahl der Windungen der Sekundärseite und das Verhältnis zwischen dem die Wicklung durchfließenden Strom und der Anzahl der Windungen der Primärspule in dem Teil des magnetischen Kreises, auf dem die Sekundärseite angeordnet ist, vermindert während des größten Teiles jeder Halbperiode. Die Ampere-Windungszahlen vermindern also den Magnetfluß <Ps in diesem Teil des magnetischen Kreises. Die Ampere-Windungszahlen dieser beiden Wicklungen wirken dagegen im selben Sinne bezüglich des Flusses <Pf im magnetischen Nebenschluß 10. Je kleiner die Spannung bei Belastung durch die Entladungsröhren auf der Sekundärseite ist, um so schwächer ist <?s und um so mehr wächst <Pf. An der Grenze, wenn auf der Sekundärseite ein Kurzschluß besteht, ist <Ps sehr schwach, und <?Fist wenig kleiner als Φρ.

Wie in Fig.l dargestellt, ist eine Spule 16 am Joch 17 des magnetischen Kreises zwischen den Sekundärspulen 6 und 8 angeordnet. Die in dieser Spule 16 induzierte Spannung verändert sich im selben Sinn wie 'Ps: Sie ist nahe Null, wenn an der Sekundärseite des Transformators ein Kurzschluß besteht. Sie hat einen mittleren Wert wenn der Transformator normal belastet ist, und einen Höchstwert, wenn der Transformator nicht belastet ist. Diese Spannung an der Spule 16 kann die Spule eines Minimumstromausschalters speisen. Dieser schaltet im Falle eines Kurzschlusses im Sekundarstromkreis die Primärseite ab. Diese Sapnnung an der Spule 16 kann auch als Schutz gegen überhöhte Spannung an der Sekundärseite bei Nichtbelastung verwendet werden, indem man durch sie ein Heizelement speisen läßt, das einen mit der Primärseite in Reihe geschalteten Schmelzdraht abschmelzen läßt und somit die Primärseite abschaltet. .

Der Transformator nach Fig.l weist auch eine Spule 28 auf, die um den magnetischen Nebenschluß 10 gelegt ist. Die Spannung an den Klemmen der Spule 28 ändert sich im umgekehrten Sinn zur Spannung an den Sekundärklemmen im Gegensatz zur Spule 16. Sie ist am kleinsten, wenn die Sekundärseite nicht belastet ist, und am größten, wenn an der Sekundärseite ein Kurzschluß besteht. Eine solche Spule 28 ist besonders zweckmäßig verwendbar zur einfachen Sicherung bzw. zum Schutz der Primärseite im Fall eines Kurzschlusses

auf der Sekundärseite. _{A f}...

F i g 2 zeigt schematisch ein mögliches Austunrungsbeispiel'der Isolierung der Spule 16. Diese Ausführungsform beruht auf der Tatsache, daß die Sekundärspulen 6 und 8 häufig durch ziemlich dicke Scheiben 18 wegen der hohen Spannung isoliert sind, die zwischen den Außenwindungen der Sekundärspulen 6 und 8 und den Teilen 12, 14 und besonders 17 des magnetischen Kreises besteht. Es ist nicht notwendig, die Scheiben 18 in der Mitte genauso stark auszuführen, da jedes Ende der Sekundärspulen 6 und 8 nahe dem magnetischen Kreis im allgemeinen an Erde angeschlossen ist. In der Fig 2 ist die Scheibe 18, die eine Höchstdicke von 2 mm hat, in ihrem Mittelteil auf 1 mm reduziert. In dieser dadurch entstandenen Ausnehmung ist die Spule 16 untergebracht, die durch Übereinanderlegung von zwei praktisch lückenlosen Wicklungslagen aus emailliertem Draht von 0,40 mm gebildet ist. Dunne Isolierpappe 24, 26, z. B. aus Presspan, isoliert diese Wicklungen gegen den magnetischen Kreis. Man kann diese Spule 16 auch aus einigen Windungen der Innenlage einer oder beider Spulen 6 und 8 bestehen

lassen. .

Die Spule 16 kann man getrennt zur Abschaltung der Primärseite im Falle einer Nichtbelastung der Sekundärseite und die Spule 28 zur Abschaltung im Falle eines eintretenden Kurzschlusses auf der Sekundärseite wirken lassen. Man kann auch die beiden Schalter, die die Speisung der Primärseite abschalten, in einer einzigen kompakten Vorrichtung zusammenfassen. Beispielsweise kann man einen ziemlich langen Abschmelzdraht, der mit der Primärseite in Reihe geschaltet ist, in zwei getrennten Röhrchen verlaufen lassen auf die Widerstände aufgewickelt sind, die von den Spulen 16 bzw. 28 gespeist werden. Im Falle einer Nichtbelastung der Sekundärseite schmilzt der Draht im Innern des einen Röhrchens, und im Falle des Kurzschlusses im Sekundärstromkreis schmilzt der Draht im Innern des anderen Röhrchens.

Die Kurven 30 und 32 der Fig.3 zeigen für einen besonderen Ausführungsfall der vorliegenden Erfindung die Veränderung der Verlustleistung W in den Heizelementen, die einerseits von der Spule 16 (Kurve 30) und andererseits von der Spule 28 (Kurve 32) gespeist werden, in Abhängigkeit von der Belastung / der Sekundärseite des Transformators. Die Kurve gibt die Differenz zwischen den beiden Streuleistungen an. Diese Differenz ist praktisch Null bei normaler Belastung des Transformators.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Schutz eines Transformators mit starkem magnetischen Streufluß zwischen Primär- und Sekundärseite, bei der der Transformator mindestens eine Spule aufweist, die mit der Primärseite lose, mit der Sekundärseite fest gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dieser Spule (16) induzierter Strom die Abschaltung der Primärseite (2 und 4) des Transformators von einer Speisestromquelle im Falle der Nichtbelastung der Sekundärseite auslöst und daß eine weitere Spule (28) vorgesehen ist, die im Falle eines Kurzschlusses auf der Sekundärseite die Abschaltung der Primärseite (2 und 4) bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Spule (28) auf einen im Streufluß angeordneten magnetischen Nebenschluß (10) zwischen der Primär- und der Sekundärseite aufgebracht ist.