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Transformator mit gegen Überspannungen geschützten Wicklungen.
Gegenstand des Patentes Nr. 155583 ist ein Transformator mit gegen Überspannungen geschützten, in einzelne Spulen aufgeteilten Wicklungen, die zwischen an die wellenführende Leitung angeschlossenen elektrostatischen Schirmen angeordnet und derart geschaltet sind, dass die Erdkapazität der Hochspannungswicklung praktisch aufgehoben ist. Dadurch können weder von der Hochspannungsleitung noch bei Nullpunktsüberschlägen vom Sternpunkt her auf die Wicklung treffende Stossspannungen die Isolation gefährdende Eigenschwingungen von Wicklungsteilen auslösen, da die Spannungsverteilung stets von Anfang an linear ist.
In den Schirmen können jedoch durch Wirbelstrombildung zusätzliche Verluste auftreten. Ausserdem sind die Schirme für die Leistungsübertragung nicht ausgenutzt, erfordern Platz und vergrössern dadurch den an der Energieübertragung nicht unmittelbar betreiligten Gewichtsanteil des Transformators.
Um diese Nachteile zu vermeiden und um die Anordnung gemäss Patent Nr. 155583 noch weiter zu verbessern und höher auszunutzen, dienen nach der Erfindung Wicklungsteile als Schirme, die die ganze Wicklungsanordnung einschliessen.
Es ist zwar bekannt, Wicklungsteile als Sehutzschirme auszubilden. Da diese Schirme aber nur in Verbindung mit andern zusätzlichen äusseren Schirmen, beispielsweise von auf dem Windungsschirm unter Zwischenlage von Isolation durch einen Widerstand verbundenen Kapazitätsbelages, verwendbar waren, konnten diese Schutzschirme die Stossspannungen nur teilweise aufnehmen. Derartige Sehutzeinriehtungen beanspruchen viel Platz und sind in der Herstellung umständlich und teuer.
Gemäss der Erfindung haben die auf den Aussenseiten der Wicklung angeordneten und an die Hochspannungszuleitung angeschlossenen Schirme, die von Spulen der Hochspannungswicklung gebildet werden, eine wesentlich geringere Windungszahl als die übrigen Lagen der zur Wicklungmitte praktisch symmetrisch verteilt angeordneten Wicklungshälften. Die Windungen der Schirme sind dabei gleichmässig über die ganze Wickellänge bzw. Wickelhöhe der Wicklung verteilt.
Vorteilhaft werden mehrere Leiter aus Flachkupfer oder aus Kupferbändern zu einer mehrgängigen Schraube aufgewickelt, so dass die einzelnen Windungen bzw. Schraubengänge gegeneinander isoliert nebeneinander auf dem gleichen Wickeldurchmesser liegen. Auch den gemäss Patent Nr. 155583 in der Wicklungsmitte angeordneten Schirm kann man durch derartige Schirmwindungen ersetzen. Im Falle eines Regeltransformators können die einzelnen Schraubengänge absehaltbar sein, so dass dieser Wicklungsteil gleichzeitig als Schirm und als Regelwicklung dient.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Anordnung für die Wicklunganordnung einer Phase eines Drehstromtransformators. Die zu schützende Hauptwicklung besteht aus zwei symmetrisch zur Wicklungsmitte liegenden, parallel geschalteten Hälften 1 und 2. Die Wicklungsmitte ist mit dem isolierten Nullpunkt 3 (Sternpunkt) und gegebenenfalls dem Nullpunktsschirm 3'galvanisch verbunden. Die wellenführende Hochspannungsleitung 4 wird an die als Schirm dienenden Wicklungsteile 5 und 6 angeschlossen. Diese bestehen aus nebeneinanderliegenden, zu einer Wicklungsröhre aufgewickelten Leitern. Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist eine mehrgängige Schraube mit den drei Leiterschraubengängen 7, 8 und 9 dargestellt.
Sämtliche Sehraubengänge liegen auf dem gleichen Wickeldurchmesser in zur Wickelachse paralleler Richtung nebeneinander. Ihre
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Enden sind miteinander verbunden, so dass die Schraubengänge 7 bis 9 parallel geschaltet sind. Diese parallel geschalteten Schirmwindungen sind einerseits bei 10 an die wellenfuhrende Leitung 4 und anderseits bei 11 an die zu schützende Wicklung 1 und 2 angeschlossen.
Die erfindungsgemässe Anordnung lässt sich natürlich auch für Wicklungssysteme verwenden, i bei denen sämtliche Lagen in Reihe geschaltet sind, u. zw. derart, dass eine rechts von der Wieklungs-
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in Reihe geschaltet werden.
Bei dieser Anordnung wird dann zweckmässig an Stelle der Parallelschaltung die Reihenschaltung einer oder mehrerer Schraubengänge als kapazitiver Schirm ausgebildet.
In Fig. 2 ist hiefür ein Beispiel dargestellt. Die Schirmwindungen 1.'1, die mit den Windungen 12 in Reihe geschaltet sind, werden an die erste Wicklungslage 15 auf der einen Seite der Hauptwieklung, z. B. links von der Wieklungsmitte 14, zugeschlossen. Mit dieser in Reihe liegt die Wieklungslage 16 auf der andern Seite der Wicklungsmitte, die wiederum mit der Lage 17, 18 usw. verbunden wird, bis die Wieklungsmitte mit den Schirmwindungen 14 erreicht ist. Hiebei wird die Wicklungsanordnung also nur von den wenigen Windungen des ersten Ganges der mehrgängigen Schraube eingesehirmt.
Die vorstehenden Anordnungen für lagenweise gewickelte Röhrenspulen mit der Wiekelaehse 19 können natürlich in ähnlicher Weise auch auf Scheibenspulenwieklungen mit der Wiekelaehse 20 über- tragen werden. Die einzelnen Schraubengänge der mehrgängigen Leiterschraube liegen bei Scheiben- wieklungen natürlich sämtlich in einer auf der Wickelachse senkrecht stehenden Ebene nebeneinander, während sie bei Lagenwieklung in einer zur Wickelachse parallel liegenden Zylindermantelfläehe neben- einander angeordnet sind. Für Seheibenspulenwicklungen ergeben sieh als Schirme ringförmige
Scheiben, während die Schirme bei Lagenwicklungen Zylindergestalt annehmen.
Sollen die Schirmwindungen gleichzeitig als Regelwicklungsteile dienen, so lässt sich z. B. die in
Fig. 3 dargestellte Schaltung ausführen. Die Sehirmwindungen 21 und 22 sind hier ebenfalls zu beiden
Seiten der Wieklungsanordnung vorgesehen. Der Teil 21 ist mit dem Teil 22 sehraubengangsweise parallel geschaltet. Die einzelnen parallel geschalteten Teile werden mit dem Stufenschalter 23 ver- bunden. Das in der Wicklungsmitte liegende Wicklungsende ist an den isolierten Nullpunkt 3 an- geschlossen. Die wellenführende Leitung 24 ist über den Stufenwähler 23 mit der Wicklungsanordnung verbunden.
Die Wieklungshälften 1 und 2 können entweder parallel geschaltet sein gemäss Fig. 1 oder aus in Reihe geschalteten Teilen ähnlich der in Fig. 2 gezeigten Schaltung bestehen.
Fig. 4 enthält ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Reihenschaltung sämtlicher Wieklungs- lagen und des Regelteiles. Diese liegen alle zur Wieklungsmitte bzw. zu dem in der Wieklungsmitte angeordneten Schirm 25 symmetrisch. Bei derartiger Ausbildung der Regelwicklungsteile ergibt sich für den Bau des Transformators eine ganz erhebliche Ersparnis an Raumbedarf und Isolierstoffe.
Dies wird verdeutlicht, wenn man die heute übliche Anordnung einer Regelwicklung gemäss Fig. 5 mit der Anordnung gemäss vorliegender Erfindung, beispielsweise nach Fig. 4, vergleicht. Man hat bisher den Isolierabstand a1 zwischen der Niedervoltwieklung 26 und der Hoehspannungswieklung 27 und ausserdem den Isolierabstand a2 zwischen Hoehspannungswicklung 27 und Regelteil28 vorsehen müssen.
Der Isolierabstand a2 fällt nun bei der erfindungsgemässen Anordnung ganz fort.
Wenn man die Regelung im Nullpunkt vorsieht, wie beispielsweise die Fig. 6 zeigt, ergibt sich derselbe Vorteil wie bei Regelung am Eingang der Wicklung. Auch hier fällt der in Fig. 5 mit o bezeichnete Isolationsabstand praktisch fort. Die einzelnen Sehraubengänge 29 der Regelwicklung sind in der Wicklungsmitte untergebracht, die nicht geregelten Wicklungsteile 30 und 31 sind gleich- mässig zu beiden Seiten des Regelwieklungsteiles 29 verteilt. Ausserdem ergibt sieh der weitere Vorteil, dass bei einem Überschlag am Nullpunkt keine Überspannungen an der Regelwicklung auftreten können, da infolge der gleichmässigen Spannungsverteilung Eigenschwingungen von Wicklungsteilen unter- drückt werden. Die Regelwicklung ist ebenfalls von Überspannungen weitgehend entlastet.
Wenn bei Regelung am Eingang oder im Sternpunkt der Wicklung sämtliche Gänge der als Schirm dienenden mehrgängigen Schraube abgeschaltet werden können, empfiehlt sich die zusätzliche Anordnung von mit dem Regelpol 32 bzw. 33 verbundenen Schirmen (Fig. 4 und 6).
Die Ausführung nach Fig. 4 bietet bei unmittelbarer Einschaltung des Regelwieklungsteiles in den Zug der Netzleitung etwa nach der in Fig. 7 dargestellten Schaltung noch den besonderen Vorteil, dass wegen des unmittelbaren Zusammenbaues des Regelwieklungsteiles mit dem nicht geregelten Teil der
Streukanal zwischen Regelwicklung und Hauptwicklung sehr schmal und daher die wirksame Streuinduk-
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aber wesentlich ungefährlichere Beanspruchungen der Reglerwirkung durch einziehende Gewitterwellen.
Die in Fig. 7 schematisch angedeutete Hauptwicklung 1, 2 kann aus parallel geschalteten Hälften 1 und 2 gemäss Fig. 1, oder aus in Reihe liegenden Teilen 15 bis 18 gemäss Fig. 2 bestehen.
Die im Zuge der wellenfnhrenden Leitung 24 liegende Regelwicklung 21, 22 kann gemäss Fig. 2 oder 4 in Reihe geschaltete Sehraubengänge oder gemäss Fig. 3 parallele Schraubengänge haben. Es kann sich
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regelten Wicklungsteil und auf dem Eisenkern ist eine vom nichtgeregelten und geregelten Wieklungsteil elektrisch getrennte weitere Wicklung für die Erregung oder für Energieentnahme vorgesehen.
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Bei öl-oder gasgekühlten Wicklungssystemen müssen die Kühlkanäle 36 (Fig. 6) zwischen den einzelnen Wicklungslagen oder Scheibenspulen ausreichend bemessen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Transformator mit gegen Überspannungen geschützten Wicklungen nach Patent Nr. 155583, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Aussenseiten der Wieklung angebrachten und an die Hochspannungszuleitung angeschlossenen Schirme von Spulen der Hcchspannungswicklung gebildet werden, die eine wesentlich geringere Windungszahl haben als die übrigen Lagen der beiden Wicklungshälften, wobei die Windungen gleichmässig über die ganze Wickelhöhe bzw. Wickellänge der Wicklung verteilt sind.