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Schutzeinrichtung in einem Drehstromtransformator mit isoliertem Sternpunkt
gegen Stoßspannungen Wenn Drehstromtransformatoren in Sternschaltung vom Wicklungsanfang
her mit Stoßspannungen beansprucht werden, kommt der isolierte Sternpunkt (Nullpunkt)
theoretisch auf das doppelte Stoßpotential'. Praktisch erreicht das SternpunktspotentialWerte,
die in den meisten Fällen immer noch höher liegen als die vom Wicklungsanfang her
in den Transformator einziehende Stoßspannung oder Wanderwelle. Nullpunktsüberschläge
und von diesen ausgelöste Schwingungen und weitere Wicklungsbeanspruchungen sind
bekanntlich die Folge derartiger Überspannungen. Durch Erden des Sternpunktes über
Kondensatoren hat man bekanntlich derartige Überbeanspruchungen des Transformatordielektrikums
bekämpft. Das macht die Aufstellung besonderer Hilfsapparate neben dem Transformator
erforderlich. Um nun an Raum und Gewicht zu sparen, werden gemäß der Erfindung die
Sternpunktsverbindungsleitungen als Kondensatoren mit mindestens einem geerdeten
Kondensatorbelag ausgebildet.
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Bei dem in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
sind die drei Hochspannungswicklungen i bis 3 des Transformators mit ihren Enden
zu einem Sternpunkt zusammengeschlossen. Die Wicklungsanfänge sind mit den wellenführenden
Leitungen q. verbunden. Von hier aus zieht die Wanderwelle bzw. die Stoßspannung
in die Transformatorwicklungen i bis 3 ein. Die Nullpunktsverbindungsleitungen 5
sind an die in den Deckel 6 des Kessels 7 eingesetzte Nu11-punktsklemme 8 angeschlossen.
Die Nullpunktsverbindungsleitungen 5 sind in diesem Fall als Metallrohre oder Kupferseile
ausgebildet.
Sie werden von einer leitenden Hülle 9 konzentrisch
umschlossen. Die Hülle 9 wird an Erde oder durch die Leitung io mit dem Kessel 7
verbunden, der bei i i geerdet ist. Als Dielektrikum zwischen den Leitern 5 und
9 kann das Transformatoröl dienen, oder es werden, insbesondere wenn die leitende
Belegung 9 als dichtschließende Rohrleitung ausgebildet ist, die Zwischenräume zwischen
den Belägen 5 und 9 mit Isolierstoffen von hoher Dielektrizitätskonstante ausgefüllt.
So kann z. B. ein flüssiges Isoliermittel, wie Trichlorbenzol oder chloriertes Diphenyl,
in das Rohr 9 eingefüllt werden und gegebenenfalls noch unter Überdruck gesetzt
werden. Da feste Isolierstoffe im Rohr 9 fehlen, muß die Leitung 5 gegen das Rohr
9 durch Distanzstücke 12 im Abstand gehalten werden. Als Dielektrikum zwischen den
beiden Kondensatorbelegungen 5 und 9 kommen aber auch keramische Stoffe in Frage.
So kann z. B. der Leiter 5 mit einem Glasschmelzfluß überzogen werden. Die Belegung
g wird dann über den verglasten Leiter aus Kupfer- oder Messingbändern aufgewickelt
oder als Metallbelag aufgespritzt mit dem bekannten Schoopschen Metall'spritzverfahren.
Als Stoffe hoher Dielektrizitätskonstante kommen Titandioxyd oder Zirkondioxyd allein
oder .gemischt mit Porzellan in Frage. Wenn man auf geringe äußere Abmessungen der
Nullpunktsverbindung kommen will, d. h. wenn man den Abstand zwischen den beiden
Belegungen 5 und 9 auf ein Mindestmaß herabsetzen will, empfiehlt es sich, den Leiter
5 nur mit einer dünnen Isolierschicht zu überziehen, die z. B. aus einem Lackanstrich
oder aus einer Kunstharzschicht oder aus einer schwachen Lage von Papierbändern
bestehen kann. Bekanntlich liegt die elektrische Durchbruchsfeldstärke bei derartigen
dünnen Isolierschichten auffallend hoch. Die Verringerung des Abstandes zwischen
den Leitern 5 und 9 kommt dabei dem Kapazitätswert der Anordnung zugute.
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Bei dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Sternpunkt
oder die Sternpunktsverbindungen als regelrechte Kabel ausgebildet. Wenn man dabei
die Kabeladern 13 an die Wicklungsenden 14 bis 16 getrennt voneinander anschließt,
fallen die in Fig. i mit 5o bezeichneten Verbindungsstücke fort, deren Isolation
immer einige Schwierigkeiten bereitet. Außerdem wird das Kabel länger. Mit Rücksicht
auf die Oberflächenvergrößerung empfiehlt es sich, als Kabelader 13 einen Hohlleiter,
z. B. ein Hohlseil, zu verwenden, das von der öl- oder massegetränkten Papierisolation
17 in der bei Kabeln bekannten «leise eingehüllt wird. Das Kabeldielektrikum kann
mit Isoliermassen oder Isolierflüssigkeiten von hoher Dielektrizitätskonstante,
z. B. mit chlorierten. Kohlenwasserstofftölen, getränkt werden. Als geerdete äußere
Belegung 18 des Kabelkondensators kann der Kabelbleimantel oder eine Metallisierung
oder ein auf die isolierte Kabelader aufgebrachtes Metallband dienen. Die Größe
des Abstandes bzw. die Stärke der Isolierschicht zwischen Kabelleiter 13 und Belegung
18 ist im allgemeinen durch die im Störungsfalle auf den Nullpunkt treffende Spannung
gegeben. Insbesondere bei aus einzelnen Lagen oder aus einzelnen Zylindern aufgebauter
Hochspannungswicklung kann dieser Isolierabstand nur nach der Höhe der Phasenspannung
bemessen werden, insbesondere wenn man dafür sorgt, daß der Kabelkondensator über
eine von der wellenführenden Leitung her gesteuerte Funkenstrecke an Erde angeschlossen
wird. Eine derartige Schaltung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Hierbei ist
die Nullpunktsverbindung 13 die eine Kondensatorbelegung, während die andere Kondensatorbelegung
durch die metallische Hülle i8 gebildet wird. Diese ist mit der einen Elektrode
ig der Schaltfunkenstrecke verbunden, deren zweite Elektrode 2o bei 21 geerdet ist.
Die Steuerelektrode 22, die im Überschlagsweg der Elektroden ig und 2o liegt, kann
mit der wellenführenden Leitung 4 unmittelbar galvanzs,ch verbunden sein, oder sie
ist an einen mit dem Wicklungsanfang kapazitiv gekoppelten elektrostatischen Schirm
23 angeschlossen. Bei einer derartigen Einrichtung würde die eine Belegung des Kabelkondensators
nur im Störungsfall geerdet werden, während sie im normalen Betrieb von Erde isoliert
ist. Die Schaltfunkenstrecke wird vorteilhaft ebenfalls im Transformatorkessel oder
in einem Kesselanbau untergebracht und kann in diesem Anbau bzw. in einer Kesselecke
von einer druckfesten Kammer aus Eisenblech oder Isolierstoff, z. B. Hartpapier,
eingeschlossen sein.
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Sollte sich durch die Wahl der Dielektrizitätskonstante des Kabeldielektrikums
oder durch die Bemessung der Kabellängen und Oberflächen der Kondensatorbelegungen
noch keine ausreichende Kapazität, insbesondere bei kleineren Transformatoren, ergeben,
so empfiehlt es sich, in das Kabeldielektrikum eine größere Anzahl von Kondensatorbelägen
einzubetten.
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Wie Fig.4 erkennen läßt, sind in das Kabeldielektrikum 24 eine Anzahl
leitender Schichten 25 und 26 eingebettet, die wechselweise an ihren Enden bei 27
und 28 mit den innersten bzw. den äußersten Kondensatorbelägen 29 und
30 galvanisch verbunden sind. Natürlich wird dabei der Kondensatorwickel
stärker. Für seine Unterbringung ist aber
insbesondere bei größeren
Transformatoren in Kesselecken oder vor dem unbewickelten Eisenkernjoch oder vor
unbewickelten Schenkeln der erforderliche Raum ohne weiteres vorhanden.
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Eine weitere Erhöhung der Kapazität des Kabelkondensators ergibt sich,
wenn man die an den Nullpunkt angeschlossenen letzten Windungen oder Spulen der
Hochspannungswicklungen i bis 3 ebenfalls als Kondensatorkabel ausbildet, und zwar
in gleicher oder ähnlicher Weise wie die Sternpunktsv erbindung.
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Eine gewisse Vergrößerung der Kapazität ergibt sich auch, wenn umgekehrt
der Kabelleiter mit Erde und der gegen Erde isolierte Kabelmantel oder äußere Kondensatorbelag
9 bzw. iS mit dem Sternpunkt galvanisch verbunden wird.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Verwendung bei Drehstromtransformatoren.
Sie kann vielmehr auch bei Transformatoren für höhere Phasenzahlen und auch für
Einphasentransformatoren zur Anwendung gelangen, bei denen an die Stelle der Nullpunktsverbindungsleitung
eine an die Wicklungsmitte angeschlossene Leitung tritt.