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Drosselspule zum Schutze von Hochspannungsanlagen gegen Wanderwellen, Überströme u. dgl.
Es ist bekannt, dass man Drosselspulen zum Schutze von Hochspannungsanlagen gegen Überspannungen, die eine so grosse Eigenkapazität (resultierende Kapazität der hintereinandergeschalteten Windungskapazitäten) haben, dass beim Auftreffen einer Wanderwelle ein erheblicher Ladestoss durch die Drosselspule hindurchgeht, mit Zusatzwindungen ausgerüstet, die kleine Eigenkapazität besitzen.
Der Zweck dieser Zusatzwindungen ist, die erhebliche Eigenkapazität der Hauptwindungen, die zum Zwecke der Erzielung grosser Induktivität sehr eng gewickelt sind, durch Hintereinanderschaltung mit der sehr kleinen Eigenkapazität der Zusatzwindungen herabzudrücken, damit der Ladestoss zum Verschwinden gebracht wird.
Es hat sich nun gezeigt, dass in vielen Fällen diese Anordnung ungenügend ist, indem die Zusatzwindungen nicht genügend als Kapazität, sondern mehr als abführende Leitung wirken. Wenn z. B. die Rechnung ergibt, dass zum Beseitigen des Ladestosses einer gegebenen enggewickelten Sehutzdrosselspule weitgewickelte Zusatzwindungen (ZW) mit verhältnismässig grosser Ganghöhe erforderlich sind, so wird der Versuch zeigen, dass die beabsichtigte Herabsetzung des Ladestosses nicht oder nur ungenügend eintritt. Der Grund ist, dass das Verhältnis der Leiterlänge einer Zusatzwindung zur Ganghöhe sich zu sehr dem Werte 1 nähert. Wird dieses Verhältnis gleich 1, so sind die weitgewickelten Zusatzwindungen überhaupt zu einer Geraden geworden und wirken nur als abführende Leitung.
In diesem Falle ist die Wirkung der Zusatzwindungen in bezug auf Ermässigung des Ladestosses Null geworden. Die Wirkung ist daher um so grösser, je grösser das genannte Verhältnis ist.
Die Wirkung ist um so kleiner, je mehr sich das Verhältnis dem Werte 1 nähert. Um diesen Übelstand zu vermeiden, wird gemäss der Erfindung eine Verlängerung der Leiterlänge der Zusatzwindungen vorgenommen, was dadurch geschehen kann, dass man an das Ende der weiten Zusatzwindungen noch eine Anzahl enggewickelter Zusatzwindungen anfügt. Dadurch wird die durchschnittliche Ganghöhe der engen und weiten Zusatzwindungen verkleinert und das durchschnittliche Verhältnis der Leiterlänge zur Ganghöhe vergrössert, was erstrebt wird. Allerdings verkleinert sich hiebei auch die Leiterlänge, aber längst nicht in dem Verhältnis wie die Ganghöhe.
In dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel bedeutet 1 die enggewickelten Hauptwindungen der Schutzdrosselspule, 2 sind die weitgewiekelten Zusatzwindungen, während 3 die erfindungsgemäss neu hinzuzusetzenden enggewickelten Zusatzwindungen darstellen. Die Pfeile in den Zeichnungen deuten die Richtung der Wanderwellen an.
Es ist auch bekannt, dass die weiten Zusatzwindungen, abgesehen von besonderen Fällen, am besten an dem der eindringenden Welle abgewendeten Ende der Spule angebracht werden, damit sie möglichst lange wirksam bleiben, wenn eine Welle durch die Hauptwindungen eindringt. Dementsprechend wird man auch die engen Zusatzwindungen gemäss der Erfindung an demselben Spulenende anbringen, an dem die weiten Zusatzwindungen vorgesehen sind. Es kann jedoch auch Fälle geben, in denen es vorteilhaft ist, die Zusatzwindungen an andern Stellen der Spule anzuordnen, z. B. innerhalb der Hauptwindungen oder an dem der eindringenden Welle zugewandten Teile der Spule. Das wird insbesondere dann in Frage kommen, wenn der zu beseitigende Ladestrom schon beseitigt werden kann, wenn eine kleinere Zahl von Windungen von der eindringenden Welle durchlaufen ist.
Es kann in manchen Fällen aus konstruktiven Rücksichten wünschenswert sein, die enggewickelten Zusatzwindungen nicht an das Ende der weiten Zusatzwindungen zu setzen, sondern z. B. den eng-
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gewickelten Zusatzwindungen 3 noch eine Anzahl weitgewickelter Zusatzwindungen folgen zu lassen.
In Fig. 2 stellend diese nach den engenZusatzwindungen noch hinzugefügten weiten Zusatzwindungen dar.
Es steht auch nichts im Wege, den weiten Zusatzwindungen 4 nochmals enge Zusatzwindungen folgen zu lassen und diese Abwechslung zwischen weiten und engen Zusatzwindungen noch weiter fortzusetzen. Es kommt dabei nur darauf an, dass man die resultierende Eigenkapazität aller hintereinandergeschalteten Haupt-und Zusatzwindungen so bemisst, dass z. B. beim Auftreffen einer Welle von links nach rechts auf die Schutzdrosselspule kein oder kein erheblicher Ladestrom durch die Windungskapazitäten treten kann.
Die engen Zusatzwindungen können zur möglichsten Zusammendrängung ihrer Windungen und der dadurch zu erzielenden grösseren Leiterlängen der Zusatzwindungen mit Isolierung aus gasförmgen, festen oder flüssigen Dielektrika beliebiger Art zwischen den Windungen versehen sein, wenn diesei eine höhere Durchschlagfestigkeit als Luft besitzen. Auch wird man bei gasförmigen und flüssigen Isolierstoffen häufig feste Dielektrika als Distanzstücke zur Versteifung der Windungen benutzen. Die Erhöhung der Windungskapazitäten durch die Distanzstücke ist natürlich bei der Berechnung der resultierenden Eigenkapazität zu berücksichtigen.
Bei Spiralspulen können die Zusatzwindungen in dem freien Raum im Innern der Spule angebracht werden. Sie können auch an ihrem äusseren Umfang oder ausserhalb der Ebene der Hauptwindungen angeordnet sein, wie Fig. 3 in einem Beispiele zeigt, die eine Spiralspule im Schnitt darstellt. Nur ist stets darauf zu achten, dass auch in diesen Fällen die Haupt-und Zusatzwindungen kapazitiv gekoppelt sind, o dass die Gesamtheit der Haupt-und Zusatzwindungen stets als eine einzige Spule erscheint. Dies ist beispielsweise in Fig. 3 so dargestellt, dass die Hauptwindungen J ! mit den Zusatzwindungen 2 und 3 durch ein winkelförmiges Eisen 5 kapazitiv gekoppelt sind, da zwischen den Haupt-und Zusatzwindungen keine Verbindungsleitung vorhanden sein darf, auf der sich ein Ladestrom ausbilden könnte.
Derartige Verbindungsleitungen dürfen auch zwischen den einzelnen Zusatzwindungen nicht vorhanden sein, sondern letztere müssen mit den Hauptwindungen zusammen als eine einheitliche Spule erscheinen.
Die Zusatzwindungen können jedoch nicht nur an Spiralspulen, sondern auch an zylinderförmigen Spulen wie überhaupt an Spulen jeder Art angebracht werden ; soweit die Voraussetzung stets eingehalten wird, dass die Zusatzwindungen nicht als gesonderte Spulen wirken, sondern mit den Hauptwindungen und allen Zusatzwindungen organisch eine einzige Spule bilden.
Erfindungsgemäss ist es auch möglich, an bereits im Betrieb befindlichen Spulen die Zusatzwindungen anzubringen.
Zu bestimmten Arten von Schutzdrosselspulen werden auch Ohmsehe Widerstände, Selbstinduktionen und Kapazitäten parallel geschaltet, wodurch gewisse Vorteile für die Unschädlichmachung der Wanderwellen erreicht werden können. Diese Vorteile voll auszunutzen, ist jedoch erst möglich in Verbindung mit den oben beschriebenen Spulen mit Zusatzwindungen. Bei Verbindung einer solchen Spule mit Ohmschen Widerständen, Selbstinduktionen und Kapazitäten kann bei richtiger Bemessung derselben nicht nur der durch die Hauptspule tretende Ladestoss beseitigt werden, sondern es kann auch gelingen, die auftreffende Wanderwelle in dem Nebenschluss abzufangen und zum Verschwinden zu bringen, also Reflexion zu vermeiden.
Man kann auch die oben beschriebenen Drosselspulen mit und ohne Parallelschaltungen in Transformatorenkesseln unterbringen oder unmittelbar die Anfangswindungen oder die Amangsspulen der Transformatoren zu Drosselspulen der obenerwähnten Art ausbilden.
In den Fällen, in denen die Spule zwei Leitungsstücke voneinander trennen soll, wobei von jeder Seite Überspannungen kommen können, deren Übertritt in den andern Leitungsteil verhindert werden soll, ist es zweckmässig, an jedem Ende der Spule Zusatzwindungen anzubringen.
Die gemäss der Erfindung ausgebildeten Spulen dienen nicht nur dazu, Überspannungen unschädlich zu machen, sondern auch Überströme herabzusetzen. Es kann auch vorkommen, dass Spulen, die nur oder hauptsächlich dem Schutz gegen Überströme dienen sollen, bei geeigneter Verwendung der be- schriebenen Zusatzwindungen gleichzeitig gute Dienste gegen Überspannungen leisten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vom Betriebsstrom durchflossene Drosselspule zum Schutze von Hochspannungsanlagen gegen Wanderwellen und Überströme, bei welcher der grösste Teil der Windungen (Hauptwindungen, der im allgemeinen an dem der eindringenden Welle zugekehrtem Ende der Spule liegt) in enger kapazitiver Kopplung steht und ein zweiter, kleinerer Teil (weite Zusatzwindungen), der im allgemeinen an dem der eindringenden Welle abgewendeten Ende der Hauptwindungen liegt, sich in loser kapazitiver Kopplung befindet, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter, ebenfalls kleinerer Teil (enge Zusatzwindungen), hinter den weiten Zusatzwindungen wieder in enger kapazitiver Kopplung stehend, am Ende der Spule vorgesehen ist (Fig. 1)..