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Stufenwähler in Käfigbauart Stufenwähler dienen zum Zu- und Abschalten von Windungen oder Windungsgruppen an regelbaren Transformatoren. An Stufenwählem treten im Betrieb und bei der Prüfung der Transformatoren hohe elektrische Spannungsbeanspruchungen auf, besonders solche, die von Stossspannungen heirahren, weshalb die Isolation derartiger Schalter sehr sorgfältig ausgelegt werden muss. Anderseits sollen diese Schalter, die innerhalb der Ölkästen der Transformatoren angeordnet werden, möglichst wenig Platz beanspruchen, weshalb kleine aber hochwertige Isolierstrecken erforderlich sind.
Als eine gunstige Bauform hat sich für derartige Stufenwähler die sogenannte Käfigbauart erwiesen.
Hiebei sind die feststehenden Schaltstücke, die mit den Anzapfungen der Transformatorenwicklung verbunden sind, phasenweise auf einer Kreisbahn in ein oder zwei übereinanderliegenden Ebenen angeordnet und an senkrecht stehenden Isolierstäben bzw. Isolierrohren befestigt. Bei mehrphasigen Stufenwählern liegen dann mehrere solcher Schaltstückgruppen übereinander, so dass bei einem dreiphasigen Stufenwähler drei oder sechs Kontaktbahnen, die in verschiedenen Ebenen liegen, aufscheinen. Die Enden der Isolierstäbe sind an zwei Platten oder Rahmen befestigt, in denen auch die Lager und der Antrieb für die Stromabnehmer enthalten sind.
Hinsichtlich der Spannungsfestigkeit ist eine solche Käfigbauart dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schaltstücken einer Kreisbahn keine horizontalen Kriechwege bestehen, sondern lediglich hochwertige Ölstrecken vorhanden sind und dass ferner nur vertikale Kriechwege längs der Käfigstäbe aufscheinen u. zw. zwischen den Schaltstücken verschiedener Kreisbahnen, sowie zwischen den Schaltstücken der obersten und untersten Kreisbahn und der oberen bzw. unteren Befestigungsplatte.
Dieser Aufbau eines Stufenwählers verlangt Käfigstäbe, die eine hohe elektrische Festigkeit aufwei- sen, die aber auch beträchtlichen mechanischen Bewegungskräften und Kurzschlusskräften standhalten müssen. Man hat daher bisher für die Käfigstäbe Vollstäbe oder Rohre aus Hartpapier verwendet, das unter Öl gute Isoliereigenschaften sowie ausreichende mechanische Werte aufweist und auch im heissen Öl genügend formbeständig ist. Hartpapier ist bekanntlich ein Schichtpressstoff aus Harz (Phenolharz, Hamstoffharz u. dgl.) und Papier aus Zellulosefasern, der entweder zu Platten gepresst oder in Form von Rohren gewickelt wird.
Entsprechend dem Ausgangsmaterial, d. s. mit Harz bestrichene Papierbahnen, weist Hartpapier eine ausgeprägte Schichtung auf und es ergeben sich daher hinsichtlich einiger mechanischer und elektrischer Eigenschaften erheblich voneinander abweichende Werte, je nachdem die Beanspruchung senkrecht zu den Schichten oder in Richtung der Schichten erfolgt.
Besonders gross ist der Unterschied bei der elektrischen Durchschlagsfestigkeit, bei Beanspruchung mit Wechsel- oder Stossspannung, wobei die Werte längs der Schichten um vieles tiefer liegen als diejenigen quer zur Schichtung. Überdies weisen sowohl Platten als auch Rohre häufig im Inneren zwischen den Schichten Bindungsfehler auf, so dass in Schichtrichtung verlaufende Hohlräume vorhanden sind, die entweder mit Feuchtigkeit - herrührend vom Fabrikationsprozess-oder mit Luft gefüllt sind, und daher bevorzugte Durchschlagswege bilden. Auch bei noch so sorgfältiger Trocknung und Evakuierung der Hartpapierteile lassen sich die Feuchtigkeitoder Lufteinschlüsse nachträglich nicht mehr genügend entfernen, weil sie nach aussen durch das Harz verschlossen sind.
Infolge des Harzgehaltes und insbesondere des schichtweisen Harzabschlusses ist auch die Ölsaugfähigkeit von Hartpapier sehr gering. Beim Aufbau eines Stufenwählers mit Käfigstäben aus Hartpapier muss man daher mit diesen Eigenschaften rechnen und beachten, dass die an sich niedrige
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elektrische Längsfestigkeit durch unvermeidliche und nur schwer feststellbare Fehlerstellen noch weiter herabgesetzt sein kann.
Dies führt insbesondere bei Stufenwählern für Höchstspannung zu sehr grossen Kriechweglängen und damit zu einem unerträglich grossen Platzbedarf solcher Schalter, wobei trotzdem eine Aussage über den erreichten Sicherheitsgrad infolge der erwähnten Inhomogenität des Isolierstoffes sehr schwer ist.
Zur Minderung dieses Mangels ist bereits vorgeschlagen worden-s. österr. Patentschrift Nr. 191518 -
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den nur dann ausgenützt werden kann, wenn die elektrische Längsfestigkeit nicht durch die erwähnten Bindungsfehler bei Hartpapier beeinträchtigt ist. Sind derartige Fehler vorhanden, so kommt es trotz der vorgeschobenen Elektroden zu vorzeitigen Längsdurchschlägen.
Die vorliegende Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, dass die an den einzelnen Käfigstäben bzw. an einzelnen Isolierabschnitten der Käfigstäbe in Längsrichtung auftretenden Spannungsbeanspruchungen stark verschieden voneinander sind, während sich aus der Anordnung der Schaltstücke auf Kreisbahnen und aus der Verwendung von zwei oder mehreren ebenen Befestigungsplatten 1n den einzelnen Käfigstäben unabhängig von der jeweiligen elektrischen Beanspruchung gleich grosse Isolierabstände ergeben. Sie geht ferner von der Erkenntnis aus, dass die mechanische Festigkeit insbesondere die Steifigkeit eines Stufenvählerkäfigs auch dann noch ausreichend ist, wenn nicht sämtliche der im Kreis angeordneten Isolierstäbc bzw.
Isolierrohre aus einem mechanisch festen Stoff wie beispielsweises Hartpapier hergestellt sind und es wird deshalb vorgeschlagen, jene Käfigstäbe oder -rohre. an denen die besonders hohe elektrische Längsbeanspruchung auftritt, aus Isolierstoffen herzustellen, die eine höhere elektrische Längsfestigkeit als Hartpapier besitzen, dafür aber eine geringere mechanische Festigkeit aufweisen.
So kann gemäss der Erfindung beispielsweise jeder dritte oder vierte Käfigstab aus Elektn-Pressspan oder Transformerboard hergestellt sein, wenn durch entsprechende Anordnung und Bemessung der restlichen Käfigstäbe aus Hartpapier dafür gesorgt ist, dass die mechanische Festigkeit des gesamten Stufen- wählerkäfigs nicht unzureichend wird.
Elektropressspan oder Transformerboard sind im wesentlichen eine aus hochwertigen ZellulosefaserStoffbahnen aufgebaute schichtweise gepresste Feinpappe, die eine aussergewöhnliche hohe Saugfähigkeit für Transformatorenöl besitzt, da für die Bindung kein Harz verwendet ist. Daher können bei diesen saugfähigen Isolierstoffen auch keine Hohlräume bestehen bleiben und es ist dadurch nicht nur die elektrische Längsfestigkeit von Haus aus erheblich höher als die von Hartpapier, sondern es ist auch eine vollkommen gleichmässige Beschaffenheit des Materials sichergestellt.
Besonders geeignet für die Verwirklichung der Erfindung erscheinen Vollstäbe oder Rohre aus einem weiteren, sowohl dem Hartpapier als auch dem Elektropressspan bzw. Transformerboard ähnlichen Isolierstoff, dem sogenanl1ten " Oleocel". Es ist dies ein saug-und imprägnierfähiger Schichtstoff, der durch eine nur punktweise Auftragung des Kunstharzes auf die Papierbahnen ein regelmässiges Netz zusammenhängender Hohlräume aufweist. Durch die feinen Kanäle können bei der Herstellung, zu Platten oder Rohren, die Kondensatiorsprodukte entweichen, anderseits ermöglichen die Hohlräume das Eindringen des Isolieröles bei der Vakuumbehandlung und Ölfüllung des Transformators, wodurch eine sehr hohe elektrische Festigkeit besonders in Längsrichtung erreicht wird.
Beim Aufbau eines Stufenwählerkäfigs ist jedoch zu berücksichtigen, dass die mechanischen Werte dieser saugfähigen und elektrisch besonders hochwertigen Isolierstoffe nur die Hälfte oder weniger der Werte von Hartpapier betragen.
In Fällen, in denen man bei Anwendung der Erfindung gezwungen ist, aus elektrischen Gründen einen verhältnismässig grossen Prozentsatz der Käfigstäbe aus saugfähigen Isolierstoffen herzustellen, lässt sich die erforderliche mechanische Festigkeit des Stufenwählerkäfigs dadurch erreichen, dass nach einem weiteren Vorschlag zwischen den eigentlichen Kontakttragstäben aus saugfähigem Isolierstoff Leerstäbe aus Hartpapier vorgesehen sind. Diese Leerstäbe tragen keine Kontakte, sondern sie haben die Aufgabe, die Endplatten des Käfigs, in denen auch die Lagerstellen der Schalterwelle angeordnet sind, untereinander genügend steif und fest zu verbinden. Die Leerstäbe können ferner noch dazu dienen, die Schaltwelle an einer oder mehreren Stellen zwischen den Endplatten abzustützen.
Werden die Festschaltstücke auf Käfigrohre aussen aufgeklemmt, ohne dass die Rohre Querbohrungen erhalten oder deren Oberfläche sonst irgendwie verletzt wird, was zur Erzielung einer hohen elektrischen Festigkeit günstig ist, so ist es nach einem weiteren Vorschlag vorteilhaft, die FSfigrohre aus saugfähigem
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die Enden von Käfigrohrengem Isolierstoff mit Pfropfen versehen werden.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung ein dreiphasiger Stufenwählerkäfig dargestellt. In der obersten Kreisbahn (Phase) enthält der Stufenwähler die Festschaltstücke 1 - 7, in der mittleren Kreisbahn die Festschaltstücke 11 - 17 und schliesslich besteht die unterste Kreisbahn aus den Festschaltstücken 21-27. In derunterstenPhase istbeispielsweise der Anschluss der Festschaltstücke 21 - 27 an die Regelwicklung 30 mit den Anzapfungen 31 - 37 dargestellt. Die 7 Käfigstäbe, auf denen die Festschaltstücke befestigt sind, tragen die Bezeichnung 41 - 47. Die oberen und unteren Enden der Käfigstäbe sind mittels Schellen 48 an der oberen Endplatte 49 bz'v. an der unteren Endplatte 50 festgeklemmt.
Die beiden Endplatten enthalten beispielsweise die Lager 51 und 52 für die Schaltwelle des Stufenwählers.
Aus der Darstellung ist ohne weiteres zu entnehmen, dass an den isolierenden Käfigstäben 41 - 47 die Kriechstrecken von den Schaltstücken 1 - 7 zur Endplatte 49 untereinander annähernd gleich gross sind.
Das gleiche gilt von den Kriechstrecken zwischen den Schaltstücken 1 - 7 und den Schaltstücken 11-17 bzw. zwischen letzteren und den Schaltstücken 21-27. Scnliesslich weisen auch die Kriechstrecken von den Schaltstücken 2í - 27 zur unteren Endplatte 50 untereinander gleiche Länge auf. Die an diesen Kriechstrecken auftretenden elektrischen Beanspruchungen verhalten sich jedoch in der Regel völlig anders. Beispielsweise treten für eine bestimmte Polung der Endplatten an den Stäben 42 - 46 zwischen den Schaltstücken 2 -, 6 und der Endplatte 49 nur mässige Beanspruchungen auf.
Am Stab 41 ist die Beanspruchung von Schaltstück 1 gegen die Endplatte 49 bereits erheblich höher und eine besonders hohe Beanspruchung tritt am Stab 47 zwischen Schaltstück 7 und Platte 49 auf. Dagegen ist am Stab 41 die Beanspruchung vom Schaltstück 21 gegen die untere Platte 50 besonders hoch, während an den Stäben 42,46 und 47 die Beanspruchung zwischen den Schaltstücken 22,26, 27 und der Platte 50 nur mittlere Werte erreicht und an den Stäben 43,44 und 45 zwischen den Schaltstücken 23,24 und 25 und der Platte 50 die Beanspruchung niedrig ist.
Gemäss der Erfindung werden die Abstände der Schaltstückebenen untereinander und gegen die beiden Befestigungsplatten so bemessen, dass die sich ergebenden Kriechstrecken bei Verwendung von Stäben oder Rohren aus Hartpapier für die mittlere Beanspruchung ausreichen. Den an den Stäben 41 (zwischen 1 und 49 sowie 21 und 50) und 47 (zwischen 7 und 49) auftretenden hohen Beanspruchungen wird durch Herstellung dieser Stäbe bzw. Rohre aus saugfähigen Isolierstoffen mit erhöhter elektrischer Längsfestigkeit Rechnung getragen, wobei vorerst angenommen ist, dass die aus mechanisch festem Hartpapier bestehenden Stäbe 42 - 46 dem Wählerkäfig die erforderliche mechanische Festigkeit geben. Sollte dies nicht der Fall sein, so kann die erforderliche mechanische Festigkeit z.
B. dadurch erreicht werden, dass zwischen den benachbarten Käfigstäben 41 und 47 aus saugfähigem Isolierstoff ein solcher aus Hartpapier eingefügt ist, dessen Enden an den beiden Endplatten eingespannt sind, der aber selbst keine Schaltstücke trägt. Man könnte aber auch zwischen Stab 41 und 42 sowie zwischen Stab 46 und 47 zwei zusätzliche Leerstäbe aus Hartpapier anordnen. oder sogar deren drei, indem zwischen den Stäben 42 - 41 - 47 - 46 je ein Leerstab eingefügt ist.
Das bereits erwähnte Einfügen von Pfropfen aus Hartpapier, Holz od. dgl. in die Käfigrohre aus saug- fähigemlsolierstoff an jenenStellen, an denen aussen Schaltstücke oder Befestigungsschellen aufgeklemmt sind, bedarf keiner näheren Beschreibung.
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