DE102008013416A1

DE102008013416A1 - Anordnung mit einem Generator und einem Transformator

Info

Publication number: DE102008013416A1
Application number: DE102008013416A
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2009-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Generator (1) und mit einem über mindestens einen abgeschirmten Stromleiter (3, 4, 5; 10) mit dem Generator (1) verbundenen Transformator (2), wobei zur Abschirmung des Stromleiters (3, 4, 5; 10) eine elektrisch leitende Hülle (15) den Stromleiter (3, 4, 5; 10) umgibt, und ferner mit Mitteln (12, 24) zur Abschirmung des Generators (1) und des Transformators (2). Dadurch, dass im Bereich der Kontaktierung (13) der Hülle (15) mit den Abschirmmitteln (12, 24) des Generators (1) oder des Transformators (2) die Hülle (15) eine Isolierschicht (21) und eine erste und eine zweite metallische Schicht (14, 20) aufweist, die zusammen mit der Isolierschicht (20) einen Kondensator (18) bilden, und ferner an die erste und zweite metallische Schicht (14, 20) Widerstände (17) und weitere Kondensatoren (16) angeschlossen und parallel geschaltet sind, wird eine Abschirmung elektromagnetischer Felder von den Stromleitern bzw. Generatorableitungen verbessert und gleichzeitig weitgehend verhindert, dass auf den Hüllen elektrische Ströme fließen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Generator und mit einem über mindestens einen abgeschirmten Stromleiter mit dem Generator verbundenen Transformator, wobei zur Abschirmung des Stromleiters eine elektrisch leitende Hülle den Stromleiter umgibt, und ferner mit Mitteln zur Abschirmung des Generators und des Transformators. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen elektrischen Stromleiter, welcher für eine derartige Anordnung geeignet ist.
In der Kraftwerkstechnik werden gewöhnlich elektrische Stromleiter in Form von so genannten Generatorableitungen zwischen einem Stromgenerator und einem Transformator jeweils mittels einer metallischen zylinderförmigen Hülle abgeschirmt. Diese umschließt den Stromleiter, welcher einen Durchmesser von beispielsweise 160 cm aufweist und über welchen ein Strom von z. B. 48 kA mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hz übertragen wird. Jeder Strom der L1-, L2- und L3-Stromleiter kann ein Magnetfeld erzeugen, wodurch Maßnahmen erforderlich sind, um unerwünschte in ein Erdungssystem induzierte Ströme zu vermeiden. Beispielsweise werden die Hüllen elektrisch miteinander verbunden und ferner an ein Erdpotential angeschlossen. Das bedeutet, dass die Hüllen nur an einer Seite – entweder transformator- oder generatorseitig – mit Erdpotential verbunden sind, wodurch keine elektrischen Ströme über die Hüllen mit einer Frequenz von 50 bzw. 60 Hz fließen. Nachteilig an dieser einseitigen Schirmauflage ist allerdings, dass die Schirmwirkung der Hüllen im Hinblick auf äußere hochfrequente elektromagnetische Störfelder erheblich vermindert wird; denn zur Abschirmung der magnetischen Wechselfeldkomponente eines elektromagnetischen Feldes müssen die Hüllen zwingend an beiden Seiten mit Erdpotential verbunden sein, damit die in den Hüllen durch Induktion entstehenden hochfrequenten Ströme abfließen können. Darüber hinaus wirkt der Teil der Stromleitungen, der durch die Stromleitungs-Durchführungen in das Transformator- bzw. Generatorgebäude hineinragt, als Antenne, wodurch die Störeinkopplung innerhalb dieser Gebäude erhöht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher einerseits eine Abschirmung elektromagnetischer Felder von dem Stromleiter bzw. der Generatorableitung verbessert und andererseits weitgehend verhindert wird, dass in einem Erdungssystem hohe niederfrequente elektrische Ströme fließen. Darüber hinaus ist ein geeigneter elektrischer Stromleiter zu schaffen, welcher für eine derartige Anordnung geeignet ist.
Im Hinblick auf die Anordnung wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen und im Hinblick auf den Stromleiter durch die im Patentanspruch 4 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Dadurch, dass die Hülle eine Isolierschicht und eine erste und eine zweite metallische Schicht aufweist, die zusammen mit der Isolierschicht einen Kondensator bilden, und ferner an die erste und zweite metallische Schicht Widerstände und weitere Kondensatoren angeschlossen und parallel geschaltet sind, wird das Verhalten im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit erheblich verbessert; hochfrequente Störeinkopplungen sowie niederfrequente Störauskopplungen werden weitgehend vermieden. Die erste und zweite metallische Schicht der Hülle bilden die Elektroden und die Isolierschicht das Dielektrikum eines im Wesentlichen induktivitätsfreien Kondensators, der zusammen mit den diskreten Bauelementen in Form von weiteren Kondensatoren und Widerständen um 360 Grad rundum des Stromleiters im Bereich der Kontaktierung der Hülle mit den Abschirmmitteln des Generators oder des Transformators angeordnet ist.
Auf eine beidseitige – also sowohl auf eine generator- als auch auf eine transformatorseitige – Schirmauflage mit metallischer Leitfähigkeit kann verzichtet werden. Es ist nicht erforderlich, die zweite Seite der Hülle metallisch an Erdpotential anzuschließen. Die erfindungsgemäße Anordnung „verhält sich” im Hinblick auf Ströme mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hz wie eine Anordnung mit einer einseitigen Schirmauflage, im Hinblick auf hochfrequente Störungen wie eine Anordnung mit einer beidseitigen Schirmauflage. Mit anderen Worten: Durch die Erfindung werden die Vorteile einer einseitigen und einer beidseitigen Schirmauflage vereint.
Die z. B. in radialer Richtung angeordneten diskreten Kondensatoren der Hülle bewirken eine für die Abschirmung erforderliche gute Einkopplung hochfrequenter Ströme in die Hülle (Schirmströme) in einem Frequenzbereich von ca. 10 kHz bis ca. 10 MHz, wobei die gewöhnlich im MHz-Bereich auftretenden Resonanzen durch die diesen Kondensatoren parallel geschalteten diskreten Widerstände unterdrückt werden. Darüber hinaus verbessern die derart verschalteten Widerstände ebenfalls die Kopplung der Schirmströme.
Die Widerstände sind derart dimensioniert, dass die niederfrequenten Ströme, welche aufgrund der durch die 50 Hz- oder 60 Hz-Generatorströme erzeugten Magnetfelder in die Hülle induziert werden, auf einen gewünschten Wert begrenzt werden.
Um auch eine sehr gute Abschirmung oberhalb einer Frequenz von ca. 10 MHz sicherzustellen, ab welcher die Kopplung der hochfrequenten Ströme in die Hülle durch die Kondensatoren und Widerstände aufgrund parasitärer Induktivitäten vermindert wird, ist vorgesehen, dass die Hülle des Stromleiters z. B. in Längsrichtung, vorzugsweise auf eine Länge von ca. einem Meter, beispielsweise als Zylinderkondensator ausgebildet ist. Diese flächenhafte Struktur – eine verteilte Kapazität mit sehr gutem Hochfrequenzverhalten – bewirkt dann im Wesentlichen die Kopplung der hochfrequenten Ströme zwischen Hülle und Transformator- und Generatorgehäuse oder zwischen Hülle und Transformator- und Generatorgebäuden.
In einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch die Kombination der Maßnahmen, dass im Bereich der Stromleiter-Durchführung im Gebäude des Transformators

– die elektrisch leitende Hülle in Längsrichtung als Zylinderkondensator ausgebildet ist,
– die Hülle in radialer Richtung mit diskreten Kondensatoren versehen ist und
– die Hülle ebenfalls in radialer Richtung Widerstände aufweist,
– wobei der Zylinderkondensator, die Kondensatoren und die Widerstände parallel geschaltet sind,

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist, werden im Folgenden die Erfindung, deren Ausgestaltungen sowie Vorteile näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt einer abgeschirmten Generatorableitung,
2 und 3 schematische Schnittdarstellungen II-II und III-III der abgeschirmten Generatorableitung gemäß 1,
4 einen schematischen Längsschnitt eines Freiluft-Transformators mit angeschlossener abgeschirmter Generatorableitung und
5 eine an sich bekannte Anordnung mit einem Generator und einem Transformator.
Es wird zunächst auf 5 verwiesen, in der in einer Draufsicht eine an sich bekannte Anordnung mit einem Generator und einem Transformator in vereinfachter Form dargestellt ist. Ein Generator 1 ist mit einem Transformator 2 über Stromleitungen in Form von so genannten Generatorableitungen 3, 4, 5 verbunden, welche zur Abschirmung mit hier nicht dargestellten metallischen Hüllen versehen sind und über welche jeweils ein von dem Generator 1 erzeugter niederfrequenter Strom von gewöhnlich mehreren 10 kA übertragen wird. Die Ströme weisen eine Frequenz von 50 oder 60 Hz auf und sind zueinander um 120 Grad phasenverschoben. Der Generator 1 ist in einem geschirmten Gebäude 6 und der Transformator 2 in einem ebenfalls geschirmten Gebäude 7 aufgestellt, wobei beide Gebäude 6, 7 mit Durchbrüchen bzw. Durchführungen 8, 9 versehen sind, durch welche die Generatorableitungen 3, 4, 5 hindurchgeführt sind.
Selbstverständlich ist es nicht erforderlich, den Generator 1 und/oder den Transformator 2 in einem Gebäude aufzustellen. Gewöhnlich ist lediglich der Generator in einem Gebäude platziert und der Transformator als Freiluft-Transformator ausgestaltet, wobei in diesem Fall das Transformatorgehäuse geeignete Abschirmmittel, z. B. Abschirmmittel in Form eines metallischen Gehäuses, aufweist.
Um über die metallischen Hüllen der Generatorableitungen 3, 4, 5 fließende niederfrequente Ströme auf einen gewünschten Wert bzw. auf einen Wert Null zu begrenzen und um gleichzeitig die Generatorableitungen 3, 4, 5 vor elektromagnetischen Feldern abzuschirmen und um darüber hinaus zu vermeiden, dass die Generatorableitungen 3, 4, 5 im Bereich der Durchführungen 8, 9 als Antenne wirken und die elektromagnetischen Felder in das Innere der Gebäude 6, 7 einstrahlen, sind geeignete Maßnahmen erforderlich.
In diesem Zusammenhang wird auf die 1 bis 3 verwiesen, in denen in einem schematischen Längsschnitt (1) und in zwei Schnittdarstellungen (2 und 3) eine abgeschirmte Generatorableitung 10 mit geeigneten Maßnahmen zur Abschirmung hochfrequenter elektromagnetischer Störungen und zur Vermeidung bzw. Verminderung von Strömen auf einer metallischen Hülle (Schirmströmen) dargestellt ist. Die in den 1 bis 3 gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen dargestellt, wobei in den 2 und 3 auf die Darstellung eines abgeschirmten Gebäudes verzichtet wurde.
Die schematischen Schnittdarstellungen gemäß den 1 bis 3 stellen keine Schnittdarstellungen im üblichen Sinne dar, sondern dienen lediglich zur Veranschaulichung der Verschaltung der Bauelemente innerhalb der Hülle.
An einer Durchführung 11 eines abgeschirmten Gebäudes 12 kontaktiert eine Hülle 15 um 360 Grad rundum mit dem Gebäude 12, wobei die Generatorableitung 10 und eine metallische Schicht 14 der Hülle 15 um ca. einen Meter in das Gebäude 12 bis zu geeigneten Anschlusspunkten eines Generators oder Transformators hineinragen. Die Hülle 15 weist im Bereich der Durchführung 11 bzw. Kontaktierung 13 in radialer Richtung zwischen der metallischen Schicht 14 und einer weiteren metallischen Schicht 20 der Hülle 15 diskrete Kondensatoren 16 und diskrete Widerstände 17 auf, wobei die Kondensatoren 16 und die Widerstände 17 zu einem Zylinderkondensator 18 parallel geschaltet sind. Dieser Zylinderkondensator 18 ist in Längsrichtung der Hülle 15 über eine Länge 19 gebildet aus der metallischen Schicht 14, der metallischen Schicht 20 und einer Isolierschicht 21. Die Isolierschicht 21 ist dünn gewählt, in praktischen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Isolierschicht 21 in Form einer 100 bis 300 Mikrometer dicken Keramik- oder Folienschicht verwirklicht, welche direkt auf die metallische Schicht 14 aufgebracht ist. Die Länge 19 des Zylinderkondensators 18 beträgt in diesen Ausführungsbeispielen ca. ein Meter, die Kapazitäten der Kondensatoren 16 liegen im Bereich einiger Mikrofarad und die Widerstände 17 weisen Widerstandswerte von 10 bis 100 Ohm auf.
Im Folgenden wird auf 4 verwiesen, in welcher ein Freiluft-Transformator 22 mit angeschlossener abgeschirmter Generatorableitung 10 dargestellt ist. Die in den 1 bis 4 gleichen Teile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei auch hier der schematische Längsschnitt keine Schnittdarstellung im üblichen Sinne ist, sondern wiederum lediglich zur Veranschaulichung der Verschaltung der Bauelemente innerhalb der Hülle dient. Im Unterschied zur Aus führungsform gemäß 1 kontaktiert die Hülle 15 nicht mit einem abgeschirmten Gebäude. Stattdessen kontaktiert die Hülle 15 mit dem abgeschirmten Transformatorgehäuse, wobei um 360 Grad rundum die metallische Schicht 20 der Hülle 15 mit Kontaktierungsflächen 23 eines metallisch abgeschirmten Gehäuses 24 des Transformators 22 kontaktiert. Darüber hinaus sind im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 die an den metallischen Schichten 14 und 20 angeschlossenen diskreten Kondensatoren 16 und Widerstände 17 in Längsrichtung der Hülle 15 um 360 Grad rundum des Stromleiters 10 angeordnet.

Claims

Anordnung mit einem Generator (1) und mit einem über mindestens einen abgeschirmten Stromleiter (3, 4, 5; 10) mit dem Generator (1) verbundenen Transformator (2), wobei zur Abschirmung des Stromleiters (3, 4, 5; 10) eine elektrisch leitende Hülle (15) den Stromleiter (3, 4, 5; 10) umgibt, und ferner mit Mitteln (12, 24) zur Abschirmung des Generators (1) und des Transformators (2), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Kontaktierung (13) der Hülle (15) mit den Abschirmmitteln (12, 24) des Generators (1) oder des Transformators (2) die Hülle (15) eine Isolierschicht (21) und eine erste und eine zweite metallische Schicht (14, 20) aufweist, die zusammen mit der Isolierschicht (20) einen Kondensator (18) bilden, und ferner an die erste und zweite metallische Schicht (14, 20) Widerstände (17) und weitere Kondensatoren (16) angeschlossen und parallel geschaltet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschirmte Hülle (15) mit einem abgeschirmten Gebäude (12) kontaktiert, in welchem der Generator (1) oder der Transformator (2) untergebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschirmte Hülle (15) mit einem abgeschirmten Gehäuse (24) des Generators (1) oder des Transformators (2) kontaktiert.
Elektrischer Stromleiter für eine Anordnung nach Anspruch 1, welcher zur Abschirmung von einer metallischen Hülle (15) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich an mindestens einem Ende des Stromleiters (3, 4, 5; 10) die Hülle (15) eine Isolierschicht (21) und eine erste und eine zweite metallische Schicht (14, 20) aufweist, die zusammen mit der Isolierschicht (20) einen Kondensator (18) bilden, und ferner an die erste und zweite metallische Schicht (14, 20) Widerstände (17) und weitere Kondensatoren (16) angeschlossen und parallel geschaltet sind.