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Drossel mit stirnseitig über und unter den Wicklungen
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angeordneten Jochen Die Erfindung betrifft Drosseln für große elektrische
Leistungen mit drei in einer Reihe hintereinander angeordneten Wicklungen und mit
stirnseitig über und unter den Wicklungen angeordneten Jochen in Form von durchgehenden
Balken, deren Enden starr miteinander verspannt und deren Mittelabschnitte freischwingend
sind.
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Kompensations-Drosselspulen dienen in Mittel- und Hochspannungsnetzen
bei der Übertragung elektrischer Energie über ausgedehnte Hochspannungsfreileitungen
oder Kabel mehreren Zwecken. Zum einen kompensieren sie die kapazitive Blindleistung
der Übertragungsleitungen besonders bei schwach belastetem oder leerlaufendem Netz.
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Zum anderen sorgen sie für eine Herabsetzung netzfrequenter Überspannungen
bei plötzlichem Lastabwurf oder leerlaufendem Netz und verbessern die Stabilität
und die Wirtschaftlichkeit der Energieübertragung.
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Kompensations-Drosselspulen mit ÖIkühlung werden häufig mit durch
Spalte unterteiltem Eisenkern hergestellt. Der Verlauf der Strom-Spannungs-Kennlinie
ist oberhalb der Nennspannung bei Drosselspulen mit wirtschaftlich optimaler Auslegung
bei der Ausführung mit einem Eisenkern bis zur 1,2- bis 1,3-fachen Nennspannung
praktisch linear.
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Bei dieser Bauart sind die Schenkel des Eisenkernes im Bereich der
Wicklungen durch senkrecht zu den Schenkelachsen angeordnete Spalte unterteilt.
Die Spalte werden durch Beilagen aus magnetisch neutralem Werkstoff mit sehr großem
Elastizitätsmodul gebildet. Dadurch sind
die Spalte praktisch vollständig
mit starrem Werkstoff gefüllt.
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Zwische diesen Spalten befinden sich Eisenpakete. Sie sind aus Transformatorblech
aufgebaut und parallel oder radial geschichtet und verklebt. Die Eisenpakete und
die Luftspaltbeilagen werden untereinander ebenfalls häufig verklebt.
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Eisen kerne in Drosselspulen ermöglichen eine Auslegung mit ähnlich
hoher Induktion wie bei Transformatoren. Da die Induktion in den Spalten in erster
Näherung nur um den Füllfaktor der Eisen pakete niedriger ist als in den Eisenpaketen
selbst, tritt in den Spalten eine hohe magnetische Energiedichte auf. Demzufolge
sind die Abmessungen, das Gewicht und die Verluste der Drosselspulen mit Eisenkern
wesentlich kleiner als bei von der Nennleistung her vergleichbaren Ausführungen
von Drosselspulen ohne Eisenkernschenkel.
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Um die Wirbelstromverluste in den Wicklungen und Eisenpaketen, welche
durch die in der Umgebung der Spalte auftretende Querkomponente des magnetischen
Flusses verursacht werden, niedrig zu halten, müssen die Spalte hinreichend klein
sein. Da die magnetische Energiedichte der Luftspalte umso größer wird, je kleiner
die Luftspalte sind, kommt der richtigen Bemessung der Luftspalte auch bezüglich
der Baugröße von Drosselspulen besondere Bedeutung zu.
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Zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungen und Geräusche werden
die Wicklungen und der Eisen kern der Drosselspulen durch Preßkonstruktionen dauerhaft
miteinander verspannt. Um unterschiedliche Längenausdehnungen bei Temperaturänderungen
zwischen Wicklungen, Eisenkern und Preßkonstruktion auszugleichen, und eine
gleichbleibende
Pressung zu gewährleisten, sind in die Preßkonstruktion federnde Elemente eingebaut.
Dabei bleibt jedoch der Eisenkern durch die Füllung seiner Spalten mit Werkstoff
mit sehr großem Elastizitätsmodul ein unmittelbar an den Jochen anliegender starrer
Baukörper.
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Die Ausführung der Wickungen unterscheidet sich praktisch nicht von
der Bauweise von Transformatorwicklungen. Für Transformatorwicklungen ist es beispielsweise
durch die DE-PS 20 32 501 bekannt, die Wicklungen in einen rohrförmigen Körper aus
Kunstharz einzubetten und diesen Körper, ähnlich wie einen Eisenkern, in die Preßeinrichtung
einzuspannen.
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In Kompensations-Drosselspulen mit derartigen Wicklungen und mit als
starrem Baukörper ausgeführten Eisenkernen mit ebenfalls starren Spalt füllungen
werden die magnetodynamisch verursachten Längenänderungen der Schenkel ebenso wie
die zwischen den Schenkeln und den Jochen auftretenden Magnetkräfte ungedämpft auf
die Joche übertragen, die dadurch mit doppelter Netzfrequenz schwingen und als Geräuschquelle
wirken. Dabei kann die statisch unbestimmte Lagerung der balkenförmigen Joche auf
den in einer Reihe hintereinanderstehenden drei Kernschenkeln und/oder Wicklungen
noch zu einer zusätzlichen Verstärkung der Geräusche führen.
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Als Abhilfe ist durch die deutsche Anmeldung P 32 36 063.0 für Drosseln
mit Eisenkernschenkeln vorgeschlagen, die Joche statisch bestimmt nur an ihren Enden
starr mit den eine starre Säule darstellenden äußeren Kernschenkeln zu verspannen
und dabei den in sich ebenfalls eine starre Säule darstellenden mittleren Kernschenkel
in Richtung seiner Längsachse federnd zu halten.
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Bei dieser Anordnung wird die Größe der dynamischen Schwingungen insbesondere
der Joche bei gleichbleibender Kraft durch die Größe der Steifigkeit und die Größe
der Eigenfrequenz der Joche bestimmt. Große Steifigkeit und niedrige Eigenfrequenz
führen zu erwünscht kleinen Schwingungsamplituden. Normalerweise sind jedoch die
beiden Größen gegenläufig, denn kleine Steifigkeit bedeutet niedrige Eigenfrequenz
und große Steifigkeit bedeutet dementsprechend hohe Eigenfrequenz. Durch Veränderung
der Kerngeometrie ist dieser Zusammenhang nicht veränderbar.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, unter
Beibehaltung der Kerngeometrie die Eigenfrequenz der Joche zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für Drosseln der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß zur Verringerung der Eigenfrequenz der Joche deren Mittelabschnitt
durch eine zur Jochmasse zusätzliche mitschwingende Masse belastet ist.
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Nach vorteilhaften Augestaltungen der Erfindung sind alle demselben
Joch zugeordneten mitschwingen den Massen durch durchgehende Zugstangen mit sternförmigem
Querschnitt mit dem Joch verspannt und ist die zusätzliche mitschwingende Masse
im Querschnitt U-förmig und umfaßt den Mittelteil des zu tragenden Joches auf der
Seiten.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht bei ihrer Anwendung
auf eine Anordnung mit Schenkelkern aus in Achsrichtung mit Abständen übereinandergestapel
ten Eisenkernscheiben darin, daß je Joch je eine Hälfte des mittleren Schenkelkernes
gleichzeitig zur Vergrößerung der zusätzlichen schwingenden Masse dient.
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Drosselspulen mit erfindungsgemäß durch Zusatzmassen belastete Joche
haben den erheblichen Vorteil, daß sie ohne wesentliche Änderung ihrer wesentlichen
Abmessungen eine erhebliche Herabsetzung der Eigenfrequenz der Joche und damit eine
wesentliche Herabsetzung der Geräuschabstrahlung ermöglichen.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Drossel mit Rahmenkern und Figur 2 eine
Drossel mit einem dreischenkligen Eisenkern.
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Einander entsprechende Bauteile sind in beiden Figuren mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Den drei Phasen eines Drehstromsystems zugeordnete Wicklungen 2 sind
in einer Reihe hintereinander angeordnet.
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Die Wickungen 2 sind selbsttragend oder auf einen Wicklungstragzylinder
aus Isolierwerkstoff beispielsweise aus Preßspan, Hartpapier oder Porzellan aufgewickelt.
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Zum Halten der einzelnen Windungen oder Spulen von selbsttragenden
Wicklungen 2 dienen häufig auch diese ganz oder teilweise umhüllende nicht dargestellte
Kunstharzumgüsse.
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Die Wicklungen 2 sind in dem Raum zwischen Jochen 3 fest eingespannt.
Die elektrische Isolation der Wicklungen 2 gegenüber den Jochen 3 ist durch Druckplatten
11 oder, beispielsweise bei der Ausführung gemäß Figur 2 durch nicht näher dargestellte
hölzerne Druckringe einer Preßeinrichtung gewährleistet.
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Die Joche 3 und/oder die Preßeinrichtung sind durch Fußplatten 5 auf
der Bodenwanne eines Kessels 6 abgestützt.
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Der Kessel 6 ist meist mit zur Isolierung und zur Kühlung dienendem
Transformatoröl gefüllt und häufig mit
Schall-Dämmwänden versehen.
Nach oben ist der Kessel 6 üblicherweise durch einen Deckel 8 abgeschlossen.
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Bei der Ausführung gemäß Figur 1 sind die Enden der Joche 3 durch
einen Zuganker 12 fest gegen gleichzeitig als Stützen dienende Rückschlußschenkel
eines Rahmenkernes 7 gepreßt und dadurch fest eingespannt. Dagegen liegen die Mittelabschnitte
der Joche 3 frei im Raum und werden dort bei entsprechender Anregung beispielsweise
durch Magnetkräfte schwingen. Da die Magnetkräfte mit doppelter Netzfrequenz oszillierend
auftreten, sind die Schwingungsamplituden und damit die Geräuschabstrahlung der
Mittelabschnitte der Joche 3 besonders groß, wenn ihre Resonanzfrequenz in der Nähe
der doppelten Netz frequenz oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon liegt. Zur
Absenkung der Resonanzfrequenz der Joche 3 unter die doppelte Netzfrequenz sind
an den Mittelabschnitten der Joche 3 zusätzliche mitschwingende Massen 9 befestigt.
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Bei der Ausführung gemäß Figur 2 sind die Enden der Joche 3 in nicht
näher dargestellter Art und Weise gegen Schenkelkerne aus Eisenkernscheiben 1 und
harten Zwischenlagen 4 gepreßt. Auch bei dieser Anordnung sind die Mittelabschnitte
der Joche 3 frei im Raum und können schwingen. Die Resonanzfrequenz der Joche 3
ist wiederum durch zusätzliche mitschwingende Massen 9 verkleinert, wobei je eine
Hälfte des mittleren Schenkelkernes an je einem der Joche 3 zur Vergrößerung der
jeweiligen Masse 9 dient.
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Die zusätzlichen mitschwingenden Massen 9 und bei der Ausführung gemäß
Figur 2 auch die Hälften des mittleren Schenkelkernes sind durch Zugstangen 10 miteinander
verbunden. Soweit diese Zugstangen 10 in Richtung der Flußlinien eines Magnetfeldes
liegen, ist es zur Senkung der Verluste zweckmäßig, ihren Querschnitt sternförmig
zu gestalten.
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Die zusätzlichen Massen 9 ihrerseits sind im Längsschnitt T-förmig
oder trapezförmig und berühren die Joche 3 ausschließlich in deren Mittelabschnitt,
so daß sie einerseits keinen Einfluß auf die Steifigkeit der Joche 3 haben andererseits
aber deren schwingende Masse vergrößern, so daß die Resonanzfrequenz wirksam abgesenkt
ist.
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2 Figuren 5 Patentansprüche