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Vorrichtung zum Schutze von in Einzelspulen aufgeteilten Wicklungen
für Transformatoren und Drosseln gegen Stoßspannungen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zum Schutze von in Einzelspulen aufgeteilten Wicklungen für
Transformatoren und Drosselspulen gegen Stoßspannungen, bestehend aus elektrostatischen
Schirmen und in Verbindung mit diesen Schirmen zu verwendenden lesonders ausgebildeten
Wicklungs- und Isolationsanordnungen.
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Gemäß der Erfindung ist die durch Stoßspannungen gefährdete Wicklung
in zwei Gruppen von untereinander in Reihe geschalteten Einzelspulen aufgelöst,
die beide auf einem gemeinsamen Schenkel sitzen, und zwischen an die wellenführende
Leitung angeschlossenen elektrostatischen Schirmen angeordnet. Die beiden Wicklungsgruppen
sind derart geschaltet, daß die außenliegenden Einzelspulen, d. h. zwei zu beiden
Seiten der Hochspannungswicklung liegende Einzelspulen, das höchste Betriebspotential
führen, während die in der N,\Ticklungsmitte liegenden Einzelspulen das niedrigste
Betriebspotential haben. Das Betriebspotential wird also von beidenWicklungsseiten
her in Richtung auf die Wicklungsmitte symmetrisch abgebaut. Die Einzelspulen können
dabei lagerweise gewickelte Röhrenspulen oder Scheibenspulen sein. Dementsprechend
sind die elektrostatischen Schirme entweder als metallische Scheiben oder als Zylinder
ausgebildet. Die wellenführende Leitung kann eine mit der Wicklung verbundene Freileitung
oder ein Kabel sein, auf denen Wanderwellen, Stoßspannungen, Blitzwellen oder ähnliche
Überspannungen in die Wicklung eindringen können. Die beiden genannten Wicklungsgruppen,
die symmetrisch zur Wicklungsmitte liegen, können eine in der Wicklungsmitte angeordnete
Wicklung oder Wicklungsteile mit abweichendem Potential, z. B. eine Niederspannungswicklung,
umschließen. Das in der Wicklungsmitte liegende Ende der beiden symmetrisch angeordneten
Wicklungshälften ist geerdet oder gegen Erde isoliert, z. B. mit dem isolierten
Sternpunkt eines Drehstromsystems verbunden. Eine besonders hohe Spannungssicherheit,
kleine Isolierabstände und dementsprechend geringe Streuung _ und eine wirkungsvolle
Sperrung der Kriechstrompfade erhält man, wenn die Schirme zusammen mit den eingeschirmten
Wicklungsteilen in solche Isolierschachteln eingesetzt sind, deren Anzahl oder deren
Schichtzahl sich bei den
Spulen, die die niedrigere Spannung führen,
verringert. Die Isolierschachteln aus festen Isolierstoffen umgeben also .die Wicklungsteile
in einer solchen Staffelung, daß die einzehnen Spulen von einer um so größeren Anzahl
von Isolierschachteln eingeschlossen sind, je größer ihrPotentialunterschied gegen
die übrigen Teile des Transformators, z. B. gegen den Kern, das Gehäuse (Kessel)
oder gegen die Niederspannungswicklung ist.
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Unter dem Ausdruck Isolierschachtel werden dabei sämtliche bekannten
Isolationsanordnungen verstanden, durch die die Wichhing oder die M"icklucigsteile
auf drei oder vier Seiten eingeschlossen werden. Derartige Isolationsanordnungen
können in bekannter Weise z. B. aus Isolierzylindern und Flanschringen oder Winkelringen,
aus ineinandergeschobenen Zylindern, die auf jeder Seite einen Flanschring besitzen,
aus sich überlappenden Flanschringen zweier zu beiden Seiten einer Spule vorgesehenen
Zylindern usw. gebildet werden. Auch ebene oder plattenförmige Isolierschichten
werden je nach dem Wicklungsaufbau verwendet.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung mit elektrostatischer
Abschirmung beruht auf der Schaffung einer von Anfang an praktisch linearen Verteilung
der Stoßspannung über der Wicklung, wobei diese Anfangsspannungsverteilung nicht
nur bei geerdetem Sternpunkt, sondern auch bei isoliertem Sternpunkt Regen der weitgehenden
Abschirmung der Erdkapazität für jeden beliebigen Fall der Stoßbeanspruchung der
Endverteilung gleichkommt. Der Transformator wird also für jede Art von auftreffenden
Überspannungen vollkommen schwingungsfrei. Ein weiterer Vorteil gegei.-über bekannten
Anordnungen ist auch in der raumsparenden Anordnung der Schirme zu sehen, die gegen
die Wicklungen höchstens in der Größenordnung einer Lagenspannung zu isolieren sind.
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Bei einer bekannten Schirmanordnung hat man auf der einen Seite der
Wicklung einen finit dem Wicklungsanfang galvanisch verbundenen Schirm vorgesehen,
während die andere Seite einen mit dem Wickhingsende galvanisch verbundenen Schirm
enthält. Insbesondere Renn dieser zweite Schirm dein Kern oder der N i.edervoltwicklung
benachbart liegt, ist die Erdkapazität der Wicklung nicht abgeschirmt, vielmehr
kann die Erdkapazität durch diesen zweiten Schirm sogar noch vergrößert werden.
Bei isoliertem Sternpunkt kann daher die Wicklung durch auftreffende Stoßspannungen
zu starken Eigenschwingungen angeregt werden, durch die Teile ihrer Isolation überbeansprucht
werden. Bei einer weiteren bekannten Schirmanordnung sind zu beiden Seiten der Wicklung
über die ganze Wickellänge verteilt angeordnete Schirme vorgesehen, die mit der
Hochspannungsleitung oder dem Wicklungsanfang galvanisch verbunden werden. Da (las
Wicklungsende gegen diesen Hochspannung führenden Schirm ebenfalls für Hochspannung
isoliert werden muß und da auch rler Schirm gegen die Teile abweichenden Potentials,
z. B. gegen die Niedervoltwicklung. gegen den Eisenkern und Kessel und Arniaturteile,
ebenfalls geben Hochspannung zu isolieren ist, wird für die Unterbringung einer
derartigen Schirmanordnung sehr viel Raum beansprucht.
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Bei einer weiteren vorbekannten Wicklungsanordnung hat man die Hochspannung
der Wicklungsmitte zugeführt un_1 die einzelnen Wicklungslagen, die zu dieser an
die Hochspannung angeschlossenen Wicklungslage symmetrisch liegen, miteinander in
Reihe geschaltet. Die das niedrigste Potential führende Wicklungslage Befindet sich
infolgedessen auf den beiden Außenflächen der Anordnung. Die Erdkapazität dieser
finit dein Wicklungsende verbundenen Lagen ist dabei in kein--er Weise abgeschirmt.
Infolgedessen kann eine solche Wicklung bei isoliertem Sternpunkt infolge auftreffender
Stoßspannungen ganz erhebliche Eigenschwingungen ausführen. Im Gegensatz zu diesen
vorl)@-kannten Anordnungen sind die Eigenschwingungen bei Wicklungen mit dein erfindungsgemäßenAufbau
praktisch vollkommen unterdrückt.
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Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Schutz von Hochspannungswicklungen.
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Fig. i zeigt die erfinciungs:gemäße Anordnung der Schirme. Die einzuschirinende
Wicklung besteht aus den einzelnen Sclieili°nspulen i,' de zu den in der Wicl:luiigsniitte
liegenden Spulen .2 symmetrisch verteilt angeordnet sind. Die Wicklung besteht also
lief diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Spulengruppen ü und 4, die Wicklungshälften
darste'len. Die wellenführende Leitung 5 ist an die äußeren Spulen angeschlossen,
während die inneren Spulen mit einer Leitung 6 verbunden sind, die ein beliebiges
Potential f@ihren kann und z. B. an einen Sternpunkt, an Erde oder an andere Phasenleiter
angeschlossen ist. Die beiden Wickhingshälften 3 -und -. sind also
miteinander parallel geschaltet und eründungsgeniüß zwischen den elektrostatischen
Schirmen ; angeordnet. Diese sind lief 7o mit dein Wicklungsanfang und der wellenführenden
Leitung 5 galvanisch verbunden. Bei einziehenden @tol@-wellen nehmen daher diese
Schirme augenblicklich
das Stoßpotential an. Denkt man sich die
Niederspannungswicklung 8, die praktisch Erdpotential besitzt, zunächst weg, so
wird durch eine derartige Anordnung die Erdkapazität der Wicklung zum größten Teil
abgeschirmt. Die Wicklung ist daher auch bei isoliertem Sternpunkt nicht imstande,
bei auftreffenden Stoßwellen nennenswerte, die Wicklungsisolation gefährdende Eigenschwingungen
auszuführen.
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Irin die Streuung zu verringern, kann man andererseits bei fest geerdetem
Sternpunkt einen Teil oder die ganze Niederspannungswicklung 8 in der Wicklungsmitte
unterbringen, ohne daß dadurch die Schwingungsfreiheit beeinträchtigt ist. Bei isoliertem
Sternpunkt muß dagegen die -Niederspannungswicklung zu beiden Seiten der aus Scheibenspulen
r bestehenden Hochspannungswicklung verteilt sein. Die Teile der Niederspannungswicklung
liegen, wie in Fig. i gestrichelt angedeutet ist, etwa an den Stellen g.
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Es wurde bisher davon ausgegangen, daß die Niederspannungswicklung
ebenfalls aus Scheibenspulen besteht. Diese kann selbstverständlich auch aus lagenweise
gewickelten Röhrenspulen aufgebaut sein. Sie hat dann die durch io gestrichelt angedeutete
Lage, wobei natürlich auch die doppelkonzentrische Anordnung denkbar ist, bei der
die lagenw.:ise aufgebaute 2,Tiederspannungswicklung zu Neiden Seiten der Hochspannungswicklung
in Parallele oder in Reihe geschalteten Teilen angeordnet ist.
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D i ,
ie E nzelspulen der Hochspannungswicklung können
.durch ein aus flüssigen Isolierstoffen, z. B. Luft, Gas oder 01, und aus
festen Isolierstoffen bestehendes geschichtetes Dielektrikum voneinander isoliert
werden. Die Zwischenräume zwischen den Einzelspulen können dabei als Kühlkanäle
für die Strömung des flüssigenDielektrikums dieneai. Die zwischen den Einzelspulen
vorhandenen festen Isolierschichten setzen sich vorteilhaft in über die Spulenkanten
herübergezogene allgewinkelte Teile fort, die einander überlappen. An den Seiten
oder Kanten der Spulen, an denen Spulenverbindungen liegen, kann man die über,die
Spufenkanten herübergezogenen Teile (Flanschen) der festen Isolierschichten fortlassen.
Die Isolierschichten bestehen aus platten-, Scheiben- und zylinderförmigen festen
Isolierstoffen, die dicht übereinander gelegt sein können. An ihre Kanten können
zur Sperrung der Kriechstrompfade besondere Winkelringe angesetzt sein: [)er Transformator
ist also entweder ein Öl-oder ein Lufttransformator.
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Mit Rücksicht auf .die Raumersparnis bzw. uni den für die Unterbringung
.der sich überlappenden Teile der Isolierschichten erforderlichen Raum zu gewinnen,
kann die Wickelhöhe der Einzelspulen oder ihre Wickellänge verschieden groß sein.
Die Spulenkanten können dabei, im Querschnitt gesehen, auf einer kreisförmigen oder
parabolischen Begrenzungslinie liegen.
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Die Abstände zwischen den einzelnen Scheibenspulen und .die ganze
Länge der Wicklung läßt sich auch noch verringern, indem man an den Stellen, an
denen die Potentialunterschiede zwischen den einzelnen Scheibenspulen größer sind,
den Anfang der einen Scheibenspule mit dem Ende der benachbarten Spule verbindet,
während an den Stellen mit niedrigeren Potentialunterschieden jeweils die Enden
bzw. die Anfänge benachbarter Spulen miteinander verbunden sind.
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In Fig. z ist eine derartige Schaltung gezeigt. Bei den dem Hochspannungspol
33 benachbarten Spulen 34, 33 und 36 sind Spulenanfang und Spulenende durch
die Leitungen 37 miteinander verbunden. Die Spulen 38 bis 41, die geringere Spannung
führen, sind durch Anfangs-Anfangs- und End-End-Verbindungen in Reihe geschaltet.
Es wird dadurch zwischen den einzelnen Spulen der Raum für die Verbindungsleitungen
37 gespart.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist nicht auf Manteltransformatoren
eingeschränkt: vielmehr können auch die Wicklungen von Kerntransformatoren mit der
erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung ausgerüstet werden. Hierbei ist der Abstand
zwischen Spulenoberfläche und benachbarten geerdeten Teilen im Verhältnis zu Manteltransformatoren
größer. Aus dieseln Grunde brauchen die Isolierschachteln .die Spulen der Wicklung
nur auf drei Seiten einzuhüllen.