DE1513103A1 - Unterflurtransformator - Google Patents

Description

Westinghouse Erlartgen, 1 1. AUL". 1966

Electric Corporation Werner-von-Siemene-Str.50

Pittsburgh, pa, USA

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Unterflurtransformator.

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden USA-Patentanmeldung Serial-No. 481 250 vom 20.8.1965 beansprucht,

Die Erfindung bezieht sich auf sogen. Unterflurtransformatoren, also Transformatoren, die unter der Erdoberfläche, insbes. im Erdreich unmittelbar vergraben installiert sind. Unter der Erdoberfläche installierte Verteilungstransformatoren werden in der Praxis in zunehmendem Maße verwendet. Neben der Unterbringung in besonderen Gewölben oder Kammern nimmt das unmittelbare Eingraben der Transformatoren ein beträchtliches Ausmaß an. Die letztgenannte Unterbringungsart bietet zwar viele Vorteile, sie leidet jedoch an einem schwerwiegenden Nachteil, nämlich daran, daß.die Korrosion des Transformatorkessels sehr schnell und über-

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mäßig stark auftritt, sodaß eine starke Störanfälligkeit die Folge ist. Die Korrosion nat verschiedene Ursachen» einmal die, daß das Kesselmaterial mit den umgebenden Materialien chemisch reagiert und vagabundierende Erdströme eine elektrolytisch^ Wirkung, die zur Kesselzerstörung führt, hervorrufen. Besonders schädlich wirkt sich auch die im Erdreich enthaltene Feuchtigkeit aus, insbes. wenn diese längere Zeit einwirkt. Es fehlte bisher nicht an Versuchen, diese Nachteile auszuschalten. Der Vorschlag, den Transformatorkessel aus nichtrostendem Stahl au fertigen» war wegen des hohen Preises dieser Stahlsorte nicht zu verwirklichen. Auch besonders widerstandsfähige Anstriche oder Überzüge auf dem Kessel waren recht fraglich und u.U. sogar gänzlich unwirksam. Ebenso teuer und umständlich war es, den Transformator in einer ganz besonders trockenen Umgebung einzusetzen. Hierbei kam noch der Nachteil hinzu, dafl die Kühlung des Transformators erschwert wurde.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und eine Unterflurtransformatorbauweise anzugeben, bei der keine elektrolytische Korrosion sowie keine Zerstörung des Transformatorkessels durch vagabundierende Erdströme auftritt sowie auch keine chemische Reaktion der Transformatorkessel mit dem Umgebungsmaterial möglich ist. Die Aufgabe geht dahin» die Korrosion vom Transformatorkessel weg auf andere Teile, die billig und gegebenenfalls auch leicht auswechselbar sind, überzuführen.

Gemäß der Erfindung ist zur Erreichung eines kathodischen Selbstschutzes des Transformators der metallische Transformatorkessel samt Anschlußklemmen sowie Zu- und Ableitungen in einem in einer

Erdgrube, deren Boden aus porösem Stampfmaterial, e»B. Schotter

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oder Sand besteht, eingesetzten, vorge fora ten, s.B. gegossene** und ait einem Deckel oben verschließbaren, senkrecht stehenden Rohr aus widerstandsfähigem, elektrisch leitende» Material mit Abstand untergebracht, wobei auf der Rohrinnen- und gegebenenfalls auch Rohraußeneeite eine darauf dicht aufliesende metallische, den Transformatorkessel In Abstand umgebende Hilfselektrode_E s.B. aus Aluminium, Zink usw. angeb-racht ist, an der bzw, an denen bei erregtem Transformator eine niedrige Gleichspannung anliegt» die von einem Hilfstraosformatorwicklungsteil nach umformen der davon abgenommenen Wechselspannung in Gleichspannung geliefert wird, dessen eines Wicklungsende mit dem Transformatorkessel und dessen anderes Wicklungeende Über einen damit in Reihe geschalteten Gleichrichter» der den in dem Hilfewicklungeteil fließenden Strom gleichrichtet, Bit der bzw. den Hilfeanoden galvanisch verbunden ist. Durch das Anlegen einer Gleichspannung frischer de» metallischen Transformatorkessel und der Hilfsanode wird der gewünschte kethodische Schute dee Transformators erreicht und die Korrosion vom Transformatorkessel weg auf die Hilfsanode bzw, Bllxeanoden verlagert. Die Korrosion wird also auf «in billigere« B&uteil, al* dies der Traneiormatorkeesel ist, übergeführt» näa» lieh auf die Hilfsanode, die vor allem billig herstellbar und iaebea. auch bei vorkommenden Störungen leicht auswechselbar let«

;hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Drbei

• Mgt die Fig.l «iaen schematised gehaltenen Verticals'¹^Hi ⁺ " ■- ;rch einen im Erdreich eingeeeakte.n Traneformatc.·..-. Ei-; Ii^ ?

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sehene Rohr gezeigt, das in der Fig.4 in Draufsicht von oben dargestellt ist. In sämtlichen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugezeichen versehen. ' ',

Bei der Ausführung nach Fig.l ist in dem Erdboden 20 eine Grube 200 ausgehoben, auf deren Boden eine poröse Stampfschicht 10, s.B. aus Schotter oder Sand eingebracht ist. In diese Stampfschicht sind das Zuleitungskabel 12 sowie das Ableitungekabel 14» die beide mit ihren Enden in die Grube hineinragen, mit eingebettet* In die

nicht leitendem Grube 200 ist ein Rohr 16, das aus widerstandsfähigem/Material gefertigt, insbes.vorgefertigt ist, z.B. durch Gießen, eingesenkt und außen herum mit Erde festgestampft. Auf der Innenseite des Rohres 16 ist ein dilnner metallischer Belag 18, s.B. aus Aluminium, Magnesium oder Zink,dicht anliegend angebracht, der sich vorzugsweise über die ganze Transformatorhöhe erstreckt. Dieser Belag kann auf das Rohr 16 gesondert aufgebracht werden« er kann aber auch bereits zusammen mit dem vorgeformten Rohr 16,«.B. beim Gieflen

desselben aus Beton,mit eingegossen werden· Der Belag 18, der als Hilfsanode dient, steht mit dem Schotterbett 10 in gutem elektrischen Kontakt. Das Rohr 16 ist in der Grube 200 so eingesenkt, daß es mit seinem oberen Rand mit der Erdoberfläche abschließt. Ein Deckel 22, der ebenso wie das Rohr 16 gegossen werden kann, ist in eine obere Ringnut der Rohrstirn eingelassen und verschließt somit das Rohr. Ein am Deckel 22 angebrachter Handgriff 24 dient zum Abheben des Deckels bei evtl.vorkommenden Inspektionen und Reparaturen. Das Rohr 16 kann beliebigen Querschnitt haben,z.B. von runder, ovaler oder eckiger Form sein. In seinen Ausmaßen ist es so gewählt, daß es unter Einhaltung eines allseitigen Ab-Standes den Transformator 26 aufnehmen kann. Der Kessel 28 des Transformators 26 kann in üblicher Weise aus einer bewährten Stahl-

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qualität gefertigt sein. Ia Kessel ist der Magnetkern 30 untergebracht, der die Primärwicklung 32 und zwei Sekundärwicklungen 38 und 40 sowie eine weitere Hilfswicklung 56 trägt. Der Kessel 28 ist unmittelbar auf dem Stampfboden 10 untergebracht. Das untere Ende der Primärwicklung 32 ist mit dem Transformatorkessel 28 bei 34 galvanisch verbunden und das obere Ende dieser Wicklung

ist durch eine am Kesseldeckel angebrachte Klemme 36 hindurchgeführt und mit dem Zuleitungskabel 12 verbunden. Die Wicklungsenden 441 46 sowie 48 u.50 der beiden Sekundärwicklungeteile 38 und 40 sind ebenfalls durch eine am Kesseldeckel angebrachte Durchführungsklemme 42 nach außen geführt und mit dem Ableitungskabel 14 verbunden. An ihnen können je nach der vorgenommenen Schaltung verschiedene Spannungen abgenommen werden, z.B.120 oder 240 V, wenn die beiden Wicklungen 38 -und 40 in Reihe geschaltet werden.

Die Hilfswicklung 56 ist so ausgelegt, daß sie nur eine kleine Wechselspannung induziert. Ihr eines Wicklungsende 58 ist unmittelbar mit der metallischen Wand des Transformatorkessels 28 galvanisch verbunden, während ihr anderes Wicklungsende 56 über

im Transformatorkessel untergebrachten einen damit in Reihe geschalteten/Gleichrichter 60 mit der

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Hilfsanode/beim Anschlußpunkt 64 galvanisch verbunden ist. Dabei ist die Kathode des Gleichrichters an das Wicklungsende 56 angeschlossen und seine Anode ist mittels einer durch die Klemme herausgeführten Leitung an die Hilfsanode 18 angeschlossen. Der Gleichrichter 60 richtet die in der Hilfswicklung 56 induzierte Wechselspannung gleich und speist die Hilfsanode 18 und den metallischen Transformatorkessel mit Gleichstrom . Die von der Hilfswicklung gelieferte Spannung, die gemäß der Auslegung der Wicklung 56 nur klein ist, ist ausreichend, um das Potential

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der Hilfsanode etwas über dem Potential des Transforaatorkessels zu halten, sodafl dieser kathodisch geschützt ist gegen Korrosion durch Erdströme', die bekanntlich infolge elektrolytischer Wirkung eine Kesselkorrosion hervorrufen können. Sa die Ausgangespannung der Hilfswicklung 56 und des Gleichrichters 60 also immer etwas höher ist als das Potential des Transformatorkessele, wird der Strom von der Hilfsanode zu dem metallischen Transformatorkessel fließen, sodaß die Korrosion nunmehr zwischen der Hilfsanode und Erde auftritt, statt zwischen Transformatorkessel 28 und Erde. Die angegebene Methode verlagert somit die Korrosion vom Transformatorkessel auf die Hilfsanode 18. Die der Korrosion unterworfene Hilfselektrode läßt sich in wirtschaftlicher Weise so herstellen, daß sie über viele Jahre ohne wesentliche Verschlechterung im Betrieb bleiben kann. Hat sie.sich aber so weit verschlechtert, daß ihr Austausch erforderlich ist, so kann dies auf billige Weise geschehen. Dabei braucht der Austausch nicht einmal immer sofort geschehen und vor allem ist eine Außerbetriebsetzung des Transformators dabei nicht erforderlich.

Die ünterflurtransformatorausführung nach der Erfindung mit dem erreichten kathodischen Schutz des Transformatorkessels gegen Korrosion ist für die Praxis deshalb von besonderer Bedeutung, weil bekanntlich die Erströme nur dann fließen, wenn der Transformator erregt ist. In diesem Pail setzt der kathodische Schutz des Transformatorkessels ein, da bei erregtem Transformator die Hilfswicklung 56 über den Gleichrichter 60 ein Gleichstrompotential an die Hilfsanode legt. Der kathodische Schutz stellt sich somit selbsttätig ein, ohne daß dazu erst andere Hilfsenergiequellen, wie Batterien oder Gleichetromfremdspeisung erforderlich werden. Als Vorteil ist auch anzusehen-, da£ aur

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Erreichung des Schutzes keinerlei Schalter öder Kontrollgeräte benötigt werden. Günstig ist schließlich noch, daß die Tranaforaatorkühlung nicht beeinträchtigt ist.

In der Fig.2 ist eine von der Fig.l abweichende Ausführungsform eines Transformators im teilweisen Schnitt gezeigt, bei der der Transformatorkessel 28 gleichfalls in einer Erdgrube aufgestellt

ist. Dieser Transformator besitzt jedoch nur eine Sekundärwicklung 7C die auch die Schutzapannung für die Hilfsanode 18 liefert. Ua dies zu erreichen, ist die Wicklung 70 am Punkt 72 angezapft. Der zwisehei Anzapfungspunkt 72 und Wicklungsende 74 liegende Wicklungsteil bildet die Hilfswicklung, deren eines Ende galvanisch mit der Hilfsanode 18 verbunden ist. Der in dem angezapften Wicklungsteii fliessende Stroa wird in einem Gleichrichter 50 gleichgerichtet, der zwiach.ii der Anzapfung 72 und dem Transformatorkessel 28 liegt. Auch bei dieser Ausführung bringt die Gleichspannung der angezapften Wicklung den gleichen kathodischen Schutz wie bei Fig.l beschrieben.

Die Pig.3 zeigt eine Ausführungsform» bei der das vorgegossene Rohr

15 auf beiden Mantelflächen,alao auf seiner Innen- und Außenmantelfläche Hilfsanode^ 18 bzw.18' trägt. Diese konzentrisch zueinander liegenden Hilfsanoden sind galvanisch miteinander verbunden, was insbes.mittels den Rohrkörper quer durchsetzender elektrischer Verbindungen 64 (s.Fig.4) erreicht ist, die vorzugsweise am Umfang gleichmäßig verteilt, z.3.radial liegend angebracht «ein können. Diese Verbindungsieitüngen 64 werden bei der Herstellung des Rohres

16 zweckmäßigerweise gleich ait eingegossen. Selbstverständlich auS bei Verwendung von zwei Hilfsanoden auch für eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Gleichrichter 60 und den beiden Hilfsanode!: 18 und 18' gesorgt werden. Die Verwendung von zwei Hilfsanoden . . bringt den"Vorteil eines noch wirksameren kathodischen Schutzes, de vor allem über noch längere Betriebszeiten gewährleistet ist..

90 9845 Π 292 ₆ Patentansprüche j 4 Figuren

Claims (3)

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1. Unterflurtransformator, dessen den aktiven Teil enthaltender Kessel in eine Erdgrube eingesenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung eines kathodiechen Selbstschutzes des Transformators gegen das benachbarte Erdreich der metallische Transformatorkessel samt Anschlußklemmen sowie Zu- und Ableitungen in einem, in einer Erdgrube, deren Boden aus porösem Stampfmaterial, z.B. Schotter oder Sand besteht, vorgeformten, z.B. gegossenen und mit einem Deckel oben verschließbaren senkrechtotehenden Rohr aus widerstandsfähigem, elektrisch nicht leitenden Material mit Abstand eingesetzt ist und daß auf der Rohrinnen- und gegebenenfalls auch Rohraußenseite eine darauf dicht aufliegende metallische, den Transformatorkessel mit Abstand umgebende Hilfsanode bzw.Hilfsanoden

z.B. aus Aluminium, Zink usw.angebracht sind, an der bzw. an denen bei erregtem Transformator eine niedrige Gleichspannung anliegt, die von einem dritten Hilfstransformatorwicklungsteil,nach Umformen der davon abgenommenen Wechselspannung in Gleichspannung, geliefert wird, dessen eines Wicklungsende mit dem Transformatorkessel und dessen anderes Wicklungsende über einen damit in Riine geschalteten Gleichrichter, der den in der dritten Wicklung flieesenden Strom gleichrichtet, mit der bzw. den Hilfeanoden galvanisch verbunden ist.

2.Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung fUr die Hilfsanoden von einer besonderen, z.B. dritten Transformatorwicklung bzw. von einem angezapften Wicklungsteil der Sekundärwicklung geliefert wird.

3.Transformator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsanode bzw. die Hilfeanoden bei der Herstellung des den Transformatorkessel aufnehmenden Rohres, das einen beliebigen

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Querschnitt, z.B. runde, eckige oder ovale Form haben kann, mit befestigt,insbes. mit eingegossen ist.

Transformator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen des Transformators als Kabel ausgeführt sind und durch den Stampfboden der Erdgrube in das Rohrinnere und zu den am Kesseldeckel angebrachten Klemmen der Transformator· wicklungen geführt sind.

Transformator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter im Transformatorkessel untergebracht ist und die galvanische Verbindung mit der bzw. den Hilfsanoden über eine vorzugsweise am Kesseldeckel befindliche Klemme herausgeführte Leitung hergestellt ist.

Transformator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anbringung je einer Hilfsanode auf der Rohrinnen- und Rohraußenseite die Hilfsanoden galvanisch miteinander verbunden sind, wobei die benötigten Verbindungen vorzugsweise die Rohrwand durchsetzen und insbes. am Umfang gleichmäßig verteilt bei der Rohrherstellung mit eingearbeitet, z.B. eingegossen sind.

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