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Stromzufühl'ungsanlage fiir elektrische Schmelzöfen.
Die vorliegende Erfindung bietet der Eisenhütten-, Karbid-, Silizium-Industrie und den verwandten metallurgischen Industrien eine konstruktive Lösung der aus Transformatoren und Sekundärleitungen bestehenden Stromanlage zu dem Zwecke, Öfen gleicher und grösserer Leistungen als bisher ohne Inkaufnahme technischer Nachteile und unter Ausnutzung aller wirtschaftlichen Vorteile bauen zu können. Die der Erfindungsidee zugrundeliegenden Hilfsmittel sind bereits zum Teil patentiert,
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in Vorschlag gebracht. Sie besteht aus folgenden zwei Elementen :
1.
Wie aus Anspruch 10 der amerikanischen Patentschrift Nr. 646500 hervorgeht, ist ein Transformator bekannt, dessen Sekundärwicklung, aus einem hohlen Leiter bestehend, vermittels einer durchfliessenden Flüssigkeit gekühlt wird und auf diese Weise bestimmt ist, auch die Wärme vom Kern und der Primärwicklung aufzunehmen. Die Stirnenden der Sekundärwieklungsrohre müssen für die Kühl- wasseranschlüsse benutzt werden. Für die Kontaktbildung mit den vom Transformator wegführenden elektrischen Sekundärleitungen bleiben daher nur die zylindrischen Teile der Rohlenden verfügbar.
Die Kontaktbildung zwischen einer Zylinderfläche und einer Leitungsschiene oder einem Kabelschuh bzw. Kontaktstück, welches bei grossen Stromstärken kaum zu umgehen ist, gleichgültig, ob Schienen oder Seile als Leitungen verwendet werden, führt zu unförmigen Konstruktionen, welche ausserdem wenig betriebssicher sind. Diese Komplikationen machen es begreiflich, dass Transformatoren solcher Bauart keine über die Patentschrift hinausreichende Bedeutung gefunden haben.
2. Um den induktiven Spannungsabfall in Ofemuleitungen hoher und höchster Stromstärken erträglich niedrig zu halten, ist man gezwungen, die Zuleitungen gleicher Phase zu unterteilen, diese
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wendung hohler wasserdurchflossener Leiter (Rohre) überwinden. Derartige Leitungen sind erstmalig von Dr. F. Niethammer in"E. u. Wien 1917 (Zusätzliche Verluste in wechselstromdurchflossenen Leitern), Seite 17 und Seite 35 erwähnt worden. Neben dem oben genannten Vorteil bieten die wasser-
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Stromdichte auszunutzen.
Sie haben aber den grossen Nachteil eines komplizierten Anschlusses an die Ofentransformatoren der heute allgemein üblichen Bauart, welche durch Verwendung von massiven Flaehkupfersehienen, Kerntype mit Öl-oder Luftkühlung, grosse Streuung und solideste Wicklungabstützung gekennzeichnet ist. Die Anschlüsse und Wasserverbindungen müssen meist unmittelbar über den Transformatoren ausgeführt werden und fallen nicht nur sehr voluminös aus, sondern bilden infolge der Gefahr eines mangelhaften Kontaktes zwischen Leitungsrohr und Transformatorenschienen oder einer Undichtheit zwischen Rohr und Rohr einen sehr schwachen Punkt der Anlage.
Sowohl die unter 1 wie die unter 2 angeführte Schwierigkeit wird mit einem Schlag behoben, für den Transformator gemäss Punkt l ebenso gefahrlose Verwendungsmöglichkeit, wie für die Sekundärleitung gemäss Punkt 2 einfache Konstruktionsmöglichkeit gefunden, wenn beide Teile innig miteinander verbunden, d. h. als Konstruktionsganzes behandelt werden. Erfindungsgemäss wird der Ofentransformator (es können deren auch mehrere für jeden Ofen verwendet werden) mit solcher Spulenanzahl ausgerüstet bzw. die Zahl der Leitungsrohre derart gewählt, dass an j edes Sekundärspulenende des Transformators je ein Sekundärleitungsrohr angeschlossen werden kann.
Die Verbindungen zwischen den Rohrspulenenden und den Leitungsrohren erfolgen in der gleichen soliden Weise, wie die Verbindungen der einzelnen Rohrschüsse der Leitung, d. h. in der Regel durch Verschweissung, stumpf oder mit Hilfe von Überwurfmuffen, eventuell durch Verschraubung, direkt oder mittels Muffen. Ganz wesentlich ist aber die gemeinsame Behandlung des Kühlproblems für Transformatoren und Leitungen. Das kühlende Mittel durchströmt die Leitungen und Transformatorenspulen je nach Wahl in reiner Serien-oder gemischter Serienparallelschaltung, stets aber eine Transformatorspule und mindestens ein Leitungsrohr in Serie. Es ist daher unmöglich, den Transformator unabhängig von den Leitungen oder diese unabhängig vom Transformator zu berechnen.
Dem Konstrukteur muss, nicht nur um zweckmässige Verbindungen zwischen Transformator und Leitungen herstellen zu können, sondern um überhaupt Transformator und Leitungen richtig bemessen zu können, die Möglichkeit geboten sein, beide Elemente gemeinsam entwerfen zu können. Es ist selbstverständlich, dass nach dem Erfindungsgedanken ebenso Troekentransformatoren wie Öltransformatoren mit Ofenzuleitungen zusammengebaut werden können.
Die Transformatoren unterscheiden sich von den Ofentransformatoren der bisher üblichen Bauart nur durch die aus hohlen Leitern gebildeten Sekundärspulen und die durch diese direkte Kühlung bewirkte,
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etwas sparsamere Bauart. Die Unterschiede zwischen Leitungen normaler Bauart und solcher mit Innenkühlung liegen auf der Hand. Die Vorteile des Zusammenbaues beider Elemente gegenüber deren getrennter Anwendung bestehen in der vollständigen Gefahrlosigkeit und Zuverlässigkeit des Anschlusses der innengekühlten Leitungen an die Transformatoren, in der einfachen und raumsparenden Gestaltung der ganzen Konstruktion und vor allem in der Möglichkeit, viele Rohrverbindungen und Kontakte in der Nähe des Transformators zu vermeiden.
Während beispielsweise bei einer gewöhnlichen wassergekühlten Leitung für 30. 000 A mit 3000 A pro Rohr (also 10 Rohre pro Stromphase) mindestens 5 Rohrpaarverbindungen für das Kühlwasser pro Phase an den transformatorseitigen Enden der Leitungen erforderlich sind, findet man, je nach vorhandenem Druck des Kühlwassers, bei der erfindungsgemässen Ausführung mit 2 Kühlwasseranschlüssen pro Phase oder insgesamt leicht das Auslangen und ist sogar in der Lage, auch diese Anschlüsse vom Transformator entfernt an eine beliebige, gerade passend erscheinende Stelle des Leitungsstranges zu verlegen, wo die Einschaltung der isolierenden Verbindungsrohre zwischen Sekundärleitung und Kühlmittelpumpe bzw. Kühlmittelabfluss ohne Bedrohung der Transformatoren-oder der Ofenanlage möglich ist.
Die komplizierten Kontakte zwischen den Rohren der Leitungen und den Flachkupferschienen des Transformators entfallen bei der erfindungsgemässen Ausführung vollkommen.
Die Figur der Zeichnung veranschaulicht in schematischer Form ein Ausführungsbeispiel. Im Transformator sind die hier nicht interessierenden Primäranschlüsse nicht angedeutet. Die innerhalb des Transformatorbildes gezeichneten gestrichelten Linienzüge sollen den Verlauf der Sekundärspulen andeuten, wovon jede hier aus einer Windung besteht. Man erkennt aus der Anordnung, dass die Rohre 1, 3, 5 und 7 gleiches Spannungspotential besitzen ; ebenso die Rohre 2,4, 6 und 8 untereinander. Die Rohre können durch die Trennungsmauer zwischen Transformator-und Ofenraum hindurchgeführt und an einer oder mehreren Stellen isoliert aufgehängt sein, sowie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Sie können aber auch der ganzen Länge nach in isoliertes Material eingebettet werden, da die Wärmeabfuhr nach dem Rohrinnern mit Hilfe des durchfliessenden Kühlmittels erfolgt.
Die ofenseitigen Enden der Rohre sind durch hohle Bügel B zwecks Umleitung des Kühlmittels miteinander verbunden. Soweit diese Bügel Rohre verbinden, welche gegeneinander Spannung haben, z. B. die Bügel zwischen den Rohren 2 und 5 oder 4 und 7, müssen sie ganz oder zum Teil aus elektrisch nichtleitendem Material hergestellt sein, etwa aus zwei metallischen Krümmern bestehend, welche durch ein beliebig kurzes Stück Gummi-, Hanf- oder Asbestschlauch miteinander verbunden sind. Das durchfliessende Kühlmittel verschlechtert die Isolation ganz unwesentlich, da bei den für Ofen gebräuchlichen Spannungen von 50 bis 200 Volt höchstens Bruchteile eines Ampère durch das Kühlmittel (etwa Wasser) gehen können, welche gegen- über den mehrere 1000 Amp. betragenden Arbeitsströmen zu vernachlässigen sind und auch sonst keine nachteiligen Folgen bringen können.
Die gleiche Abisolierung durch nichtleitende Rohrstücke Rist in den von den ofenseitigen Leitungsenden zur Ausströmung und zum Ventilator bzw. zur Pumpe führenden Kühlmittelleitungsrohren vorgesehen, wie in der Zeichnung angedeutet. Das Kühlmittel durchfliesst in dem gezeichneten Beispiel von der Pumpe bzw. vom Ventilator aus der Reihe nach Rohr 6,
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Rohr 3, Transformatorspule 3-4, Rohr 4, Bügel 4-7, Rohr 7, Transformatorspule 7-8, Rohr 8 und strömt schliesslich durch eine fixe oder regelbare Öffnung aus. Der elektrische Strom kann an den ofenseitigen Rohrenden in verschiedener Weise abgenommen werden. Werden beispielsweise Rohrende 3
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spulen elektrisch in Reihe geschaltet und die Stromabnahme kann am Rohrende 1 einerseits und 8 anderseits erfolgen.
Werden einerseits die Rohrenden 1, 3, 5 und 7 untereinander, anderseits die Rohrenden 2, 4,6 und 8 untereinander kurz geschlossen, so sind sämtliche Transformatorspulen und dazugehörige elektrische Leitungsrohre elektrisch parallel geschaltet, wogegen alle Kühlmittelwege nach wie vor in Reihe geschaltet erscheinen. Es ist aber auch möglich, die Kühlmittelwege beliebig parallel zu schalten, in der Weise, dass der Kühlmittelfluss in zwei, drei oder mehr Teile unterteilt wird, wovon jeder Teil der Hälfte, einem Drittel bzw. noch kleinerer Gruppen von Rohren und Spulen zugeführt wird. In den solcherart entstehenden Gruppen von Kühlmittelwegen können dann die einzelnen Durchflussmengen durch Drosselung an den Ausfluss-oder Zuströmöffnungen unabhängig voneinander beliebig geregelt werden.