AT209983B - Strombegrenzungsdrossel - Google Patents

Strombegrenzungsdrossel

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AT209983B
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AT
Austria
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coils
coil
phase
current limiting
winding
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AT781958A
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Richard Dipl Ing Dr Tec Schoen
Original Assignee
Siemens Schuckertwerke Gmbh
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Description


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  Strombegrenzungsdrossel 
Es ist bekannt, zur Strombegrenzung in Mehrphasennetzen Drosselspulen vorzusehen, die aus den ein- zelnen Phasen zugeordneten Scheibenspulen aufgebaut sind. Die Scheibenspulen haben bei den bekannten
Schutzdrosseln gleiche Durchmesser und sind übereinanderliegend koaxial angeordnet. Eine solche Dros- selspule ist insofern unsymmetrisch, als die vom Strom einer äusseren Spule bewirkte Gegeninduktion in der mittleren Spule grösser ist als die von diesem Strom bewirkte Gegeninduktion in der andern äusseren
Spule. 



   Es ist auch eine Ausführung bekannt, bei der von der trifilaren Wicklung ausgehend die Leiter jeder
Phase nach je einem Drittel einer Windungslänge zyklisch vertauscht werden. Da hiebei jedem Leiter ein Phasenisolationsabstand zugeordnet werden muss, ist der Bedarf an Wickelraum gross und daher eine Ausführung nur fur Niederspannung möglich. 



   Gegenstand der Erfindung ist eine Strombegrenzungsdrossel zur Herabsetzung des insbesondere einphasigen Kurzschlussstromes in Dreiphasennetzen,   deren in die einzelnen Phasenstrlnge   einzuschaltende Spulen als Scheibenspulen ausgebildet und koaxial unter Verschachtelung ihrer Wicklungen bezüglich ihrer Phasenzugehörigkeit angeordnet sind. Die erfindungsgemässe Drosselspule ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Spulen verschiedene Durchmesser aufweisen und der Wicklungskörper einer dieser Spulen innerhalb des vom Wicklungskörper einer andern Spule umschlossenen Raumes angeordnet ist und dass die dritte Spule einen derart bemessenen Durchmesser aufweist und in bezug auf die beiden erstgenannten Spulen in der Weise angeordnet ist, dass ihr Wicklungskörper von den Wicklungen der beiden andern Spulen im wesentlichen gleich weit entfernt ist.

   Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann jede Phasenspule in zwei oder mehr Teilspulen aufgeteilt sein, die je als Scheibenspulen mit verschiedenen Durchmessern ausgebildet sind, wobei aus diesen Teilspulen durch Ineinanderschachtelung unter koaxialer Anordnung zwei Spulensysteme aufgebaut werden, in denen die Teilspulen räumlich symmetrisch zueinander gruppiert sind. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, diese beiden koaxial angeordneten Spulensysteme aus Einzelwindungen der verschiedenen Phasenspulen aufzubauen, die in an sich bekannter Weise in zyklischer Folge bezüglich ihrer Phasenzugehörigkeit nach Art einer Dreifachparallelwicklung ineinander geschachtelt sind. 



   Beim Erfindungsgegenstand ist durch eine praktisch vollkommen symmetrische räumliche Gruppierung der Wicklungskörper von Scheibenspulen koaxialer Anordnung und weiters zugleich durch ein möglichst nahes Aneinanderrucken dieser Wicklungskörper, das von der Verschachtelung der in Teilspulen aufgeteilten Phasenspulen bis zur gegenseitigen Durchdringung der Wicklung dieser Phasenspulen nach Art einer Dreifachparallelwicklung gesteigert werden kann, erreicht, dass der induktive Widerstand einer erfindungsgemässen Strombegrenzungsdrossel bei symmetrischer Belastung im störungsfreien Betrieb oder bei dreiphasigem Kurzschluss sehr gering, hingegen bei unsymmetrischer Belastung sehr gross ist.

   Es kann somit der einphasige über den Nulleiter bzw. über Erde fliessende Kurzschlussstrom insbesondere in Dreiphasennetzen ohne Massnahme im Nulleiter oder in der Erdleitung selbst in besonders hohem Ausmass begrenzt werden. 



   Es sind zwar bei Transformatoren   E1. nschachtelungen von Wicklungsteilen   und auch Zwei- oder Mehrfachparallelwicklungen bekannt. Aber dort handelt es sich im allgemeinen nur um die Verschachtelung von Wicklungsteilen ein und derselben Phase zwecks induktiver Verkettung, wogegen es bei der Erfindung auf die Verschachtelung von Teilspulen oder   Einzelwindungen   in verschiedene Phasen eingeschalteter 

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 Spulen ankommt, wobei der für   Strombegrenzungsdrosseln   wesentliche Vorteil einer bedeutend grösseren Begrenzung des einphasigen Kurzschlussstromes gegenüber dem mehrphasigen auftritt. 



   Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig.   l   zeigt eine erfindungsgemässe Drosselspule für ein Dreiphasennetz. Es sind drei koaxial angeordnete Flach- oder Scheibenspulen 1, 2,3 vorgesehen. Die gemeinsame Spulenachse ist mit 4 angedeutet. Die Spulen 2 und 3 weisen praktisch gleiche Durchmesser auf und sind innerhalb des vom Wicklungskörper der Spule 1 umschlossenen Raumes angeordnet. Der Querschnitt des Wicklungskörpers jeder Phasenspule ist hier rhomboidförmig gestaltet. 



  Die Spulen sind so zusammengebaut, dass die äussere BerandungsliniedesQuerschnittes   derWicklungskör-   per aller Spulen im wesentlichen ein regelmässiges Sechseck bildet. Diese Ausführung ist praktisch völlig symmetrisch. Es sind nicht nur die Spulen gleichartig ausgebildet, sondern auch die räumlichen Verhältnisse jeder Spule gegenüber jeder andern Spule stimmen Uberein und auch die Isolationsabstände 5,6 sind gleich. Als Isolation kann ausser einem festen Medium auch ein gasförmiges oder flüssiges Medium Anwendung finden. Solche Drosselspulen eignen sich insbesondere für hohe und sehr hohe Spannungen. wobei gegebenenfalls die Kanten der Wicklungskörper abgerundet sein können, um Sprühverluste zu vermeiden. 



   Es ist vorteilhaft, den Durchmesser der einzelnen Spulen gross gegenüber den Isolationsabständen zu halten. Es lässt sich dann eine Herabsetzung des einphasigen Kurzschlusses auf einen Bruchteil des dreiphasigen Kurzschlussstromes erreichen. 



   Es ist mit praktisch gleichem Effekt möglich, die Phasenspulen   l,   2 und 3 so auszubilden und anzuordnen, dass die Spule 1 nicht wie in Fig.   l   dargestellt ausserhalb, sondern innerhalb des von den Wicklungskörpern der Spulen 2 und 3 eingeschlossenen Raumes liegt. 



   Aus-Gründen der Vereinfachung der Wicklungsherstellung ist es auch möglich, die erfindungsgemässe Strombegrenzungsdrossel in der in Fig. 2 dargestellten Weise aus Spulen mit wesentlich rechteckigem Querschnitt der Wicklungskörper herzustellen. In dieser Figur sind nur eine Hälfte der Spulen im Querschnitt durch den Wicklungskörper und die gemeinsame Spulenachse 4 dargestellt, die zugleich Symmetrieachse der Anordnung ist. Auch hier kann die Spule   1   innerhalb der Spulen 2 und 3 liegen. Bei hinreichend viel Windungen können die Spulenabmessungen so gewählt werden, dass bei gleichen Selbst- und Gegeninduktionen die Isolationsabstände 5 und 6 gleich gross ausgebildet werden können. Insbesondere der Isolationsabstand 5 lässt sich am Prüfstand einjustieren. 



   In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es ist hier der Wicklungskörper jeder Phasenspule in zwei Teilspulen aufgeteilt, die je für sich als Scheibenspulen ausgebildet sind. Die zusammengehörenden Teilspulen sind mit 1 und l'bzw. mit 2 und   2'bzw.   mit 3 und   3'bezeich-   net. Die Teilspulen 1 und l'sind z. B. in die Netzphase R, die Teilspulen 2 und   2'in   die Netzphase S und die Teilspulen 3 und   3'in   die Netzphase T eingeschaltet. Die   Teilspulen l,   2 und 3 sowie die Teilspulen 1', 2', 3' weisen verschiedene Durchmesser auf und sind durch Ineinanderschachtelung unter koaxialer Anordnung zu zwei gegenüberliegenden Spulensystemen zusammengebaut.

   In dem einen Spulensystem sind die Teilspulen, 2 und 3 bezüglich ihrer Phasenzugehörigkeit von aussen nach innen, im andern Spulensystem sind die Teilspulen   l',   2'und 3'bezüglich ihrer Phasenzugehörigkeit von innen nach aussen gereiht. Bei dieser Anordnung sind sowohl die Selbstinduktionen als auch die gegenseitigen Induktionen der einzelnen Phasenspulen nahezu gleich. Es ist zwar die Summe der Selbstinduktionen der Teilspulen 1 und l'bzw. 3 und   3'je für   sich grösser als die Summe der Selbstinduktionen der Teilspulen 2 und 2', es sind aber als Ausgleich die Gegeninduktionen zwischen den Teilspulen 1 und l'bzw. 3 und 3'derselben Phasenspule kleiner als die Gegeninduktionen der Teilspulen 2 und 2'.

   Die Gegeninduktio- 
 EMI2.1 
 oder 1 und 3'können durch entsprechende Einstellung des Isolationsabstandes 5 am Prüfstand abgeglichen werden. 



   Fig. 4 zeigt eine Hälfte einer Spulenanordnung, die sich von der Anordnung nach Fig. 3 lediglich durch den grösseren Abstand der Spulen 2 und 2'unterscheidet. Es sind die Teilspulen 2 und   2'bei   dieser Anordnung aus der Windungsebene der Teilspulen 1 und 3 bzw.   l'und 3'mit   dem grössten und kleinsten Durchmesser in Richtung der gemeinsamen Spulenachse 4 symmetrisch   herausgedrückt,   wodurch die reduzierten Abstände zwischen den Teilspulen 1 und   I', 2   und 2'sowie 3 und   3'im   wesentlichen gleich gross sind. Es ist damit erreicht, dass alle Gegeninduktionen zwischen den Teilspulen ein und derselben Phasenspule praktisch gleich gross sind. 



   Noch höheren Symmetrieanforderungen genügt eine Spulenanordnung gemäss der Erfindung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Es ist hier wieder jede Phasenspule in zwei Teilspulen   1,     l'bzw.   2,   2'bzw.   3, 3' 

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 unterteilt. Der Wicklungskörper jeder dieser Teilspulen weist einen dreieckförmigen Querschnitt auf. Die Spulen sind zu zwei Spulensystemen so zusammengebaut, dass die äussere Berandungslinie des Querschnittes der Wicklungskörper aller Teilspulen zusammen im wesentlichen ein regelmässiges Sechseck bildet. 



   Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zeigt Fig. 6. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden koaxial angeordneten Spulensysteme aus in zyklischer Folge bezüglich ihrer Phasenzugehörigkeit ineinandergeschachtelten Einzelwindungen der verschiedenen Phasenspulen nach Art einer Dreifachpar- allelwicklung aufgebaut. Es folgt hier auf eine Windung der z. B. in der Netzphase R liegenden Spule 1 eine Windung der z. B. in die Netzphase S eingeschalteten Phasenspule 2 und auf diese eine Windung der in die Netzphase T eingeschalteten Spule 3. Diese Reihung ist im vorliegenden AusfUhrungsbeispiel viermal wiederholt. Im zweiten   Spulensystem folgen die Einzelwindungen der Phasenspulen l', 2', 3'von innen   nach aussen zyklisch gereiht aufeinander. Eine derartige Strombegrenzungsdrossel ist insbesondere für Niederspannungsnetze anwendbar.

   Die Windungsisolation hat hier die volle Phasenspannung auszuhalten. Die Selbstinduktionen der einzelnen Phasenspulen stimmen untereinander praktisch vollkommen überein und auch die Induktionen zwischen den Spulen verschiedener Phasen sind untereinander und ausserdem den Selbstinduktionen gleich. Es verhält sich eine derartige erfindungsgemässe Strombegrenzungsdrossel für symmetrische Belastung im wesentlichen wie ein ohmscher Widerstand und stellt nur für den Einphasen-   kurzschlussstrom   bzw. für den Erdschlussstrom einen induktiven Widerstand dar. Insbesondere ist es möglich, den einphasigen Kurzschlussstrom damit auf den hundertsten Teil des dreiphasigen   Kurzschlussstro-   mes und gegebenenfalls auch noch starker zu begrenzen. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Strombegrenzungsdrossel zur Herabsetzung des insbesondere einphasigen Kurzschlussstromes in Dreiphasennetzen, deren in die einzelnen Phasenstränge einzuschaltende Spulen als Scheibenspulen ausgebildet und koaxial unter Verschachtelung ihrer Wicklungen bezüglich ihrer Phasenzugehörigkeit angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Spulen verschiedene Durchmesser aufweisen und der Wicklungskörper einer dieser Spulen innerhalb des vom Wicklungskörper einer andern Spule umschlossenen Raumes angeordnet ist und dass die dritte Spule einen derart bemessenen Durchmesser aufweist und in bezug auf die erstgenannten Spulen in der Weise angeordnet ist, dass ihr Wicklungskörper von den Wicklungen der beiden andern Spulen im wesentlichen gleich weit entfernt ist.

Claims (1)

  1. 2. Strombegrenzungsdrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Spulen wesentlich gleichen Durchmessers vorgesehen sind und dass der Wicklungskörper der dritten Spule diese beiden Spulen umschliesst oder innerhalb dieser erstgenannten Spule angeordnet ist.
    3. Strombegrenzungsdrossel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungskörper der Spulen rhomboidförmigen Querschnitt aufweisen und so zusammengebaut sind, dass die äussere Berandungslinie des Querschnittes der Wicklungskörper aller Spulen im wesentlichen ein regelmässiges Sechseck bildet.
    4. Strombegrenzungsdrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Phasenspule in zwei oder mehr Teilspulen aufgeteilt ist, die je als Scheibenspulen mit wenigstens teilweise verschiedenen Durchmessern ausgebildet sind, und dass aus diesen Teilspulen durch Ineinanderschachtelung unter koaxialer Anordnung zwei Spulensysteme aufgebaut sind, wobei in dem einen Spulensystem die Teilspulen bezüglich ihrer Phasenzugehörigkeit zyklisch von aussen nach innen und im andern System zyklisch von innen nach aussen gereiht sind.
    5. Strombegrenzungsdrossel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Teilspulen mit dem grössten und dem kleinsten Durchmesser angeordneten Teilspulen beider Spulensysteme in Richtung der gemeinsamen Achse der Spulen aus der Windungsebene der äusseren bzw. inneren Teilspulen symmetrisch so weit versetzt sind, dass die reduzierten Abstände je zweier einander gegenüberliegenden Teilspulen im wesentlichen gleich sind.
    6. Strombegrenzungsdrossel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Teilung jeder Phasenspule in zwei Teilspulen die Wicklungskörper dieser Teilspulen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen und so zusammengebaut sind, dass die äussere Berandungslinie des Querschnitts der Wicklungskörper aller Teilspulen im wesentlichen ein regelmässiges Sechseck bildet.
    7. Strombegrenzungsdrossel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden koaxial angeordneten Spulensysteme aus Einzelwindungen der verschiedenen Phasenspulen aufgebaut sind, die <Desc/Clms Page number 4> in an sich bekannter Weise in zyklischer Folge bezüglich ihrer Phasenzugehörigkeit nach Art einer Dreifachparallelwicklung ineinander geschachtelt sind.
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