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Drosselspule, insbesondere TFH-Sperre und Kurzschlussbegrenzungsspule
In Hoch- und Mittelspannungsnetzen wird bekanntlich die Übermittlung von Nachrichten sowie die Durchgabe von Mess-, Regel- und Steuerwerten mittels hochfrequenter Trägerfrequenz vorgenommen. Um
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Kapazität der angeschlossenen Starkstromgeräte gegen Erde zu verhindern und ferner dafür Sorge zu tra- gen, dass die Trägerströme nicht in Stichleitungen bzw. Abzweigungen der Hochspannungsanlage gelan- gen, die nicht zur Übertragung der Trägerströme ausgenützt werden sollen, werden in die Hochspannungleitungen Wellensperren, sogenannte TFH-Sperren, eingebaut.
Derartige Sperren bestehen im wesentlichen aus einer eisenlosen Drosselspule kleiner Induktivität, die durch geeignete Schaltelemente zu einem Resonanzkreis ergänzt wird, oder aus einer Drosselspule grosser Induktivität, die im allgemeinen ohne Resonanzabstimmung für die Sperrung eines grossen Frequenzbereichs ausgeführt ist.
Der Einbau der Sperren erfolgt in den Zug der Hochspannungsleitung selbst, und es ist deshalb erforderlich, die Sperre den dort herrschenden Verhältnissen und Beanspruchungen anzupassen. Dies gilt Insbesondere für die thermische und dynamische Festigkeit der Wicklung. In den für die Sperren geltenden Vorschriften wird gefordert, dass die Sperren je nach Type bis zum 100-fachen des Nennstromes auszulegen sind. Die dabei auftretenden axialen. und radialen Kräfte erreichen sehr grosse Werte, die es erforderlich machen, den mechanischen Aufbau sehr sorgfältig und sicher durchzuführen.
Als zweckmässigste Spulenform wird bisher für Selektivsperren fast allgemein die Zylinderwicklung gewählt, während sich für die Breitbandsperren eine Scheibenwicklung günstiger erweist. Die einzelnen Spulenscheiben sind dabei entweder mit Windungen aus Flachdraht mit gegenseitigem Abstand gewickelt oder aber ohne Luftzwischenräume ausgeführt und durch Kunstharz zu einer stabilen Spulenscheibe verfestigt. Zur Distanzierung, sowohl der einzelnen Windungen als auch der Spulenscheiben dienen Distanzstücke, die im allgemeinen aus Glimmerpressmasse hergestellt sind. An den beiden Enden des durch die Wicklung gebildeten Zylinders sind Drucksteme angebracht, die durch einen zentralen Mittelbolzen die Spule verspannen.
Durch die im Kurzschluss auftretenden hohen Stromkräfte ist es erforderlich, eine Vielzahl von Distanzstücken zwischen den Spulenscheiben, sowie zwischen den einzelnen Windungen einzulegen, um die freien, zwischen den Distanzstücken sich bildenden Leitungsabschnitte möglichst klein zu halten und hiedurch die erforderliche mechanische Festigkeit der Spule sicherzustellen. Bei einigen besonders hoch beanspruchten Typen musste für die Wicklung hartgezogenes Kupfer verwendet werden, um eine Konstruktion mit annehmbar freien Leitungsabschnitten zwischen den Distanzklötzen zu erhalten.
Bei Sperren für grosse Nennströme bereitet die Wicklung der grossen Leiterquerschnitte Schwierigkeiten, so dass hiefür der Leiterquerschnitt in mehrere parallele Leiter aufgeteilt werden muss. Zur Verringerung der WirbelstromVerluste werden die einzelnen parallel geschalteten Leiter etwa in Spulenmitte verdrillt, so dass jeder Einzelleiter denselben magnetischen Fluss umfasst. Der konstruktive Aufbau der Spule wird dadurch noch komplizierter. Ähnliche konstruktive Schwierigkeiten ergeben sich bei Kurzschlussbegrenzungsdrosseln, die zum Begrenzen des Kurzschlussstromes in Stromverteilungsanlagen, zum Erhöhender Kurzschlussspannungvon Transformatoren usw. verwendet werden. Auf die bei diesen Drosseln auftretenden Schwierigkeiten braucht im einzelnen nicht eingegangen werden.
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Durch die Erfindung wird der konstruktive Aufbau derartiger Spulen wesentlich vereinfacht und die Konstruktion als solche wird leichter und Lmit billiger. Die auf die Spule einwirkenden hohen Kräfte im Kurzschluss werden sicher aufgefangen, ohne dass es notwendig ist, die Spule durch Druckkreuze und eine Vielzahl von Distanzstücken zu verspannen. Gegen Witterungseinflüsse, sowie gegen Transportbeschädi- gungen ist die Spule weitgehendst unempfindlich.
Erfindungsgemäss wird dies bei einer Drosselspule insbesondere TFH-Sperre und Kurzschlussbegrenzungsspule mit scheibenförmiger Wicklung bestehend aus einzelnen mit einem irreversibel erhärtenden Kunstharz umkleideten in sich starren Scheiben dadurch erreicht, dass die zur Distanzierung der einzelnen Scheiben erforderlichen Distanzklötze 2n die senkrecht zur Spulenachse stehenden Flächen der Umkleidung in Form von Rippen verschiedener Breite angegossen und die Scheiben wahlweise nach gewünschter Induktivität zusammenschaltbar sind.
Dadurch, dass die einzelne Scheibenspule in sich starr und eine für sich abgeschlossene konstruktive Einheit bildet, die bereits sämtliche Distanzklötze enthält, werden die auf die Drossel einwirkenden mechanischen Kräfte, insDesondere die radial wirkenden Kräfte weitgehendst von der einzelnen Scheibenspule selbst aufgenommen. Der axialwirkende DrucK wird nicht wie bei den eingangs beschriebener. Spulen von den einzelnen Leitern über die Distanzklötze übertragen, sondern von der starren Spulenscheibe als solcher. Konstruktiv wird die Aufgabe, die einzelne Scheibe in sich fest und als selbständiges Element auszubilden dadurch gelöst, dass die aus einem oder auch aus mehreren parallelgeschalteten rechteckigen Leitern gewickelte Scheibe durch ein irreversibel erhärtendes Kunstharz zu einer Einheit vergossen und umkleidet wird.
Zweckmässigerweise wird dem Kunstharz ein die Wärmeleitung begünstigender Füllstoff z. B. Quarzmehl zugesetzt. Die Umkleidung der Wicklung ist mit Rippen zur Versteifung und Distanzierung der einzelnen Scheiben, Augen mit Löchern zur Aufnahme von Verspannbolzen, sowie mit Aussparungen zur Aufnahme von Keilen, die die einzelnen Scheiben gegen Verdrehung gegeneinander sichern. versehen. Als Isolation zwischen den einzelnen Windungen ird ein bandförmiges Isolationsmaterial 7.. B. Glass & idenband von geringerer Breite als die Leiterbreite verwendet, so dass beim Vergiessen der Wicklung die Vergussmasse in die Randzone der Leiter zwischen die einzelnen Windungen eindringt und damit die Windungen auf ihrer gesamten Länge gegeneinander abstützt.
Der Zusammenbau der einzelnen Scheiben zu einer Spule erfolgt in der Weise, dass die einzelnen Scheibennach vorherigem Einlegen der Keile in die hiefür vorgesehenen Aussparungen übereinandergeschichtet und mittels Bolzen verspannt werden.
Liegt der Spulenanfang aussen, das Spulenende am inneren Umfang der Scheibe und ist jede Scheibe gleichsinnig gewickelt, so müsste, um für die Gesamtspule den gleichen Wickelsinn zu erhalten, eine Schaltverbindungvom inneren Umfang der vorhergehenden bis zum äusseren Umfang der folgenden Scheibe gelegt werden. Dies ist unerwünscht. Man dreht daher jede zweite Spule um 1800 um und erreicht hiedurch, dass der Spulenanfang, im Wickelsinn betrachtet, abwechselnd aussen und innen liegt. Auf diese Weise kommen die zu verbindenden Stellen nebeneinanderzuliegen und lange Schaltverbindungen werden eingespart.
Bei aus mehreren parallelen Drähten gewickelten Spulen ergibt sich dabei der Vorteil, dass nach jeder Spule die Teilleiter zwangsweise verdrillt werden. Die Wirbelstromverluste der Gesamtspule sind daher sehr klein.
Als Leitermaterial wird ein Werkstoff gewählt, dessen Ausdehnungskoeffizient dem der Vergussmasse möglichst gleich kommt. Aluminium erfüllt diese Forderung mit Giessharz am besten und ist ausserdem leicht.
In der Zeichnung wird eine Drosselspule gemäss der Erfindung dargestellt. Fig. l zeigt die Spule in der Draufsicht, Fig. 2 einen Schnitt durch die Spule entlang der Linie A-B. Die mit "1" bezeichnete Wicklung, bestehend aus mehreren parallelgeschalteten Teilleitern 2, 3, 4 ist mit Giessharz 5 umkleidet. Zwischen den einzelnen Windungen ist Glasseidenband 6 von kleinerer Breite als die Leiterbreite eingelegt, so dass an der Randzone 7 der Wicklung Giessharz zwischen die Windungen eindringen kann, das die Windungen auf ihrer gesamten Länge gegeneinander abstützt. Die Umkleidung ist. mit Rippen 8 zur Versteifung und Distanzierung versehen. An die breiten Rippen 9 sind Augen 10 mit Löchern 11 zur Aufnahme der Verspannbolzen 12 angegossen.
Ausserdem enthalten die Rippen 9 Aussparungen 13, zur Aufnahme von Keilen 14, die die einzelnen Scheiben gegen Verdrehen sichern. Der Anschluss 15 der Spule liegt in dem gewählten Beispiel aussen, das Ende 16 innen. Der Wickelsinn verläuft gemäss der eingezeichneten Pfeilrichtung. Die auf die erste Spulenscheibe folgende Spulenscheibe ist um 180 um die Achse C-D gedreht, so dass ihr Spulenanfang im Wickelsinn betrachtet nach innen zu liegen kommt und mit einer Lasche 17 an die vorhergehende Spule angeschlossen wird. An dieser Verbindungsstelle werden wie aus der Zeichnung hervorgeht, die einzelnen Leiter zwangsweise verschränkt.