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Höchstspannungsnebenschlussdrossel
Die Erfindung bezieht sich auf eine Höchstspannungsnebenschlussdrossel mit wenigstens einer
Wicklung und an den Wicklungsstirnflächen angeordneten lamellierten Jochen, wobei innerhalb der
Wicklung eine abstützende Säule aus Isoliermaterial vorgesehen ist.
Eine solche Drossel ist eine Induktivität zur Verwendung mit einem Leiter oder zwischen Leitern eines EHS-Systems. EHS ist die Abkürzung für"Extrem hohe Spannung", worunter bei der
Kennzeichnung von elektrischen Energieübertragungssystemen bei technischer Frequenz Spannungen verstanden werden, die 230 kV überschreiten. Die obere Grenze von EHS ist nicht so genau festgelegt als die untere, aber EHS-Systeme sind bei Spannungen über 700 kV betrieben worden und
800 kV-Systeme werden in naher Zukunft in Betrieb genommen werden.
Die bekannte Drossel dient hauptsächlich zur Lieferung oder Neutralisierung des Ladestromes einer Übertragungsleitung, der mit zunehmender Leitungsspannung rasch ansteigt. Damit die Drossel einen grossen Magnetisierungsstrom aufweist, besitzt sie keinen ferromagnetischen Kern wie etwa herkömmliche, ortsfest angeordnete Induktivitäten und wird daher manchmal als "kernlose Drossel" bezeichnet.
Bei Hochspannungs-bzw. EHS-Drosseln, die grosse Abmessungen aufweisen, ergibt sich eine Schwierigkeit insoferne, als der magnetische Fluss nahe den Windungs- oder Wicklungsenden der Drossel von der Achsenrichtung abweicht und quer bezüglich der Achse durch die Wicklung verläuft. Dieser quer verlaufende Fluss bewirkt zusammen mit dem Strome in den benachbarten Leiterschleifen der Wicklung eine hohe, mechanische axiale Beanspruchung der Spulenkonstruktion und versetzt diese in Schwingungen mit einer Grösse der Amplitude, die eine Zerstörung hervorruft. Eine solche Druckbeanspruchung ist gross genug, um in bekannter Weise ausgeführte Spulenisolationen zu zerstören.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten EHS-Drossel für Wechselstromübertragungssysteme, bei welcher der quer verlaufende Fluss und seine bereits erwähnten Nachteile auf ein Minimum herabgesetzt ist, und bei der eine verbesserte elektrostatische und magnetische Abschirmung erreicht wird.
Diese Ziele werden erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass jedes der in an sich bekannter Weise aus hochkant gestellten Lamellen aufgebauten Joche mit mindestens einer quer zu den Lamellen verlaufenden und diese zusammenhaltenden Jochversteifung versehen ist, welche Versteifung vorzugsweise als lamelliertes, C-förmiges, die Jochlamellen teilweise umschliessendes Hilfsjoch ausgebildet ist, wobei mindestens ein Wicklungsende mit einem jeweils zugeordneten der beiden Joche verbunden sein kann und insbesondere die Jochabschnitt zur elektrostatischen Abschirmung der Wicklung herangezogen sein können.
Eine erfindungsgemässe Ausführungsform umfasst zwei gleichwertige, entgegengesetzt gewickelte Wicklungen, die nebeneinander angeordnet und an jedem Ende durch bereits beschriebene Joche verbunden sind wobei jede Wicklung mit den Jochen zusammen den magnetischen Kreis der Drossel herstellt.
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Bei einer andern speziell im Einklang mit der Erfindung stehenden Ausführungsform sind zwei nebeneinanderliegende Wicklungen, deren Enden durch unterbrochene Joche miteinander verbunden sind, entgegengesetzt zueinander gewickelt, wobei jede Wicklung zusammen mit den Jochen den magnetischen Kreis der Drossel herstellt und eines der Joche auf Leiterpotential gehalten ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung folgen aus der nachstehenden Beschreibung verschiedener, in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen, in denen Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemässen Drossel, teilweise im Schnitt, Fig. 2 einen Horizontalschnitt gemäss der Linie 2-2 der Fig. l, Fig. 3 eine schaubildliche Ansicht einer Abart der Jochkonstruktion nach Fig. 1, Fig. 4 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemässen Drossel, teilweise im Schnitt, Fig. 5 einen Horizontalschnitt gemäss der Linie 5-5 der Fig. 4, Fig. 6 eine Ansicht einer dritten Ausführungsform, teilweise im Schnitt und Fig. 7 einen Horizontalschnitt gemäss der Linie 7-7 der Fig. 6 zeigt.
In den Zeichnungen ist in Fig. l eine Drossel mit einer Wicklung einem Magnetjoch - und einer nichtmagnetischen Isolierstütze --3-- in dem Wicklungsfenster dargestellt. Die Wicklung --1--- besteht aus oberen und unteren Abschnitten oder Spulen-4 bzw. 5--, die entgegengesetzt zueinander gewickelt und elektrisch parallel geschaltet sind. Beispielsweise ist der obere Abschnitt --4-- rechtsgängig und der untere Abschnitt --5-- linksgängig gewickelt. Jeder Abschnitt ist in scheibenförmige oder flache Spulenabschnitte--6--unterteilt, die innerhalb der
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elektrostatischen Abschirmung ihres Leiterendpotentials eingebettet ist.
Auf diese Weise wird die Spannungsbeanspruchung der nahe dem Leitungsende liegenden Abschnitte beim Auftreten von Spannungsstössen abgestuft. Die Platte --8-- besitzt in vorteilhafter Weise radiale Schlitze oder ist in der Form von schmalen Streifen aufgebaut, um übermässig grosse Wirbelströme zu vermeiden. Die
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andere oder Erdungsklemme der Drossel zu bilden.
Auf diese Weise werden durch die Abschnitte oder Spulen-4 bzw. 5-der Wicklung-l-- zwei elektrisch parallele Leitungspfade gebildet, während diese Abschnitte gleichzeitig magnetisch dadurch in Reihe liege, dass ihre magnetomotorischen Kräfte sich in einem gemeinsamen magnetischen Kreis addieren.
Das magnetische Joch ist im wesentlichen ein rechteckiger Rahmen, der die Wicklung--l-- umgibt, aber abweichend von den Jochen herkömmlicher stationärer Induktivitäten sind seine Abschnitte in einer zu den Lamellen parallelen Richtung wesentlich weniger breit und in einer zu diesen senkrechten Richtung wesentlich breiter. Dies ist aus Fig. 2 klar ersichtlich. Aus dieser kann man erkennen, dass das Joch in einer zu seinen Lamellen senkrechten Richtung wenigstens gleich breit, vorzugsweise jedoch etwas breiter als der Aussendurchmesser der Wicklung-l-ist. Als Folge dieser Konstruktion ergibt sich, dass der magnetische Fluss eine geringe oder keine Tendenz zeigt, im Spulenfenster oder in der Wicklung selbst anders als parallel zur Wicklungsachse zu verlaufen, die nach Fig. 1 vertikal steht.
Dies ist durch die Richtung der gestrichelten Linien angegeben, die die Flusslinien an den Enden der Wicklung--l--beim Eintreten in das Joch--2--und beim Austritt aus demselben darstellen. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist dieses Verhalten selbstverständlich in allen
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Momentanmagnetisierung aufweisenden Enden der Wicklung liegen, unterliegen einer starken magnetischen Anziehungskraft, die eine axiale Druckkraft auf die Wicklung-l-hervorruft, da die Jochabschnitt, die parallel zu der Ebene ihrer Lamellen schmal sind, vergleichsweise Träger darstellen, deren Durchbiegung bei einer solchen Kraft übermässig gross ist. Dies wird durch die mittig angeordnete Stütze --3-- aus paramagnetischem Isolierstoff, wie z. B. Porzellan, die den Druck aufnehmen kann und sich über die gesamte Länge des Wicklungsfensters erstreckt, verhindert.
Die Stütze besitzt einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem inneren Durchmesser der Wicklung ist und ihre
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der Ausbildung eines Querflusses, wie durch die strichlierten Flusslinien angedeutet ist, sondern wirkt auch als eine elektrostatische, die Potentialverteilung beeinflussende Abschirmung für die geerdeten
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Fläche zumindest gleich mit der Endfläche der Spulen bzw. Spulenabschnitte ist, jedoch vorzugsweise etwas grösser ist. Der Weg des geringsten Widerstandes irgend eines Flusses verläuft in axialer Richtung in den Spulen, um in das magnetische Material der Joche-12 und 12'--zu gelangen, die vorzugsweise aus hochpermeablem Siliziumstahl hergestellt sind.
Die äusseren Enden aller
Spulenabschnitte sind mit ihren benachbarten Jochen elektrisch verbunden, die geerdet oder auf
Erdpotential gehalten sind. Auf diese Weise ist zwischen den Enden der Spulen und den metallischen leitenden Jochen keine stärkere als die Scheibenspulenisolation notwendig.
Innerhalb der Fenster der Spulen-l bzw. l'--sind para-oder nichtmagnetische Stützen-3 bzw. 3'--angeordnet, die vorzugsweise aus Isolierstoff bestehen, wie z. B. Porzellan oder Glas, obwohl auch ein elektrisch leitender Stoff verwendet werden kann. Die Enden dieser Stützen, die unter starkem
Druck stehen, fluchten im wesentlichen mit den äusseren Endflächen der zylindrischen Spulen und dienen dazu, die starke magnetische Anziehungskraft zwischen den Jochen-12 und 12'-- aufzunehmen, welche selbstverständlich eine entgegengesetzte magnetische Polarität an gegenüber- liegenden Enden jeder Spule aufweisen, zum Schutz der Spulenisolation gegen Zerstörung durch die hohen mechanischen Kräfte, die von der magnetischen Anziehung zwischen den Jochen herrühren.
An die Kanten der Lamellen sind zur übertragung der auf die äusseren Lamellen ausgeübten Kraft an die mittig angeordneten Säulen-3 bzw. 3'-in Querrichtung erstreckte, steife Stahlstreben-9 bzw.
9'--angeschweisst.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass die Drossel --4-- parallel verlaufende, elektrische Pfade bzw. Stromkreise besitzt, deren magnetomotorische Kräfte sich in einem gemeinsamen magnetischen Kreis addieren, der zwei Joche und die in Reihe geschalteten Spulen enthält.
Eine zusätzliche Aufgabe der Joche-12 und 12'-besteht darin, dass sie für die geerdeten Enden der im Stossbetrieb stehenden Spulen als die Verteilung des Potentials abstufende Abschirmung für die geerdeten Spulenenden wirken, nämlich insoferne, als sie vergleichsweise grosse leitende oder kapazitiv wirkende Flächen bilden, die nahe den äusseren Spulenenden angeordnet sind und sich auf deren Potential befinden.
Bei der in den Fig. 6 und 7 gezeigten weiteren Ausführungsform sind die Vorteile der wenigen, parallelen Leitungen gemäss der Konstruktion nach Fig. 1 und der geringere Aufwand von magnetischem Material in den äusseren Jochen der Konstruktion nach Fig. 4 in einer Drossel vereinigt, bei der eines der Joche auf Leitungspotential liegt.
Diese Ausführungsform umfasst ein Paar leitender, zylindrischer Spulen-l und l'--, die gleichartig ausgebildet sein können, jedoch entgegengesetzt gewickelt sind. Vorzugsweise besteht jede
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lamelliert, wobei sich die Lamellen mit ihren Kanten zu den Endflächen der Spulen erstrecken. Die Joche sind zumindest so breit und vorzugsweise etwas breiter als der äussere Durchmesser der Spulen in Nähe des Joches, so dass der Weg des geringsten magnetischen Widerstandes in den Spulen in axialer Richtung in und aus den Jochen verläuft und nicht quer zur axialen Richtung, wobei dies für die gesamten Endflächen der Spulen gilt.
Die Enden der Spulen-l und l'--, die dem Joch --13-- benachbart sind, sind elektrisch mit diesem und mit einer Leitung --7-- verbunden, so dass das Joch-13-an Leitungspotential liegt, d. h. auf dem gleichen Potential wie die oberen oder Anschlussenden der Spulen--l und l'--.
Es ist daher keine zusätzliche Isolation zwischen dem Joch--13--und den anliegenden Endflächen der Spulen erforderlich, wie es der Fall wäre, wenn sich das Joch--13-auf Erdpotential befände.
Ein weiterer Vorteil beim Betrieb des Joches --13-- mit Leitungspotential besteht darin, dass es als eine elektrostatische Abschirmung für das Leitungsende der Wicklung oder der Spulen wirkt, weil es eine verhältnismässig grosse leitende Oberfläche besitzt.
Die üblichen scharfen Ecken des Joches --13-- sollten abgerundet sein, vorzugsweise auch dessen Kanten, um die Neigung zu Coronaentladungen zu vermindern. Diese entstehen dadurch, dass sich das Joch --13-- gegenüber den benachbarten Bauteilen oder Oberflächen, wie z. B. der Wand eines metallischen Gehäuses auf einem sehr hohen Potential befindet. Es kann tatsächlich wünschenswert sein, zwischen dem auf Leitungspotential befindlichen Joch--13--und den geerdeten Oberflächen oder Einrichtungen zusätzliche, abgerundete, leitende elektrostatische Abschirmungen anzuordnen.
Die gegenüberliegenden Enden der Wicklungen oder Spulen sind direkt an das Joch-13'-- angeschlossen, welches geerdet ist, so dass es die geerdeten Enden der Spulen auch magnetisch
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durch die Mitte der Spulen verläuft und die Schwingungsamplituden des oberen bzw. des unteren Joches einander angeglichen werden.
Wenn auch nur einphasige Drosseln beschrieben und dargestellt sind, so ist doch offensichtlich, dass die Erfindung auch auf Mehrphasendrosseln angewendet werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Höchstspannungsnebenschlussdrossel mit wenigstens einer Wicklung und an den Wicklungsstirnflächen angeordneten lamellierten Jochen, wobei innerhalb der Wicklung eine abstützende
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Versteifung vorzugsweise als lamelliertes, C-förmiges, die Jochlamellen teilweise umschliessendes Hilfsjoch ausgebildet ist, wobei mindestens ein Wicklungsende mit einem jeweils zugeordneten der beiden Joche verbunden sein kann und insbesondere die Jochabschnitt zur elektrostatischen Abschirmung der Wicklung herangezogen sein können.