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"Einphasen-Zeistungs=Transformator für Höchstspannungen" Die Erfindung
bezieht sich auf einen Einphasen-Zeistungs-Transformator für Eöchstspannungen, der
als Hehrwicklungs-Transformator in zweisäuliger Kernbauart mit stufenweiser Einstellung
der Übersetzung in der Hochvoltwicklung unter last ausgeführt ist.@Bei großen Einheitsleistungen
sind diese Transformatoren in der Regel als Einphasen-Einheiten ausgeiiihrt, die
am Aufstellungsort zu einer Drehstrombank zusammengeschaltet werden. Für den Netzkupplungsbetrieb
sind gewöhnlich Drei-Wicklungs-Transformatoren mit zwei leistungswicklungen und
einer Ausgleichswicklung vorgesehen, wobei eine der leistungswicklungen eine Stufenwicklung
mit Anzapfungen zur stufenweisen Einstellung der Übersetzung unter last enthält.
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Der aktive Teil des Transformators kann sowohl in Mantelbauart als
auch in' Kernbauart mit oder ohne Rückschlußschenkel ausgeführt sein. In der Bauart
als Einphasen-Mantel-Transformator besitzt der Transformator nur eine bewickelte
Säule.; die von zwei oder mehreren Rücksehlußschenkeln umgeben ist.
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Da sich der Säulenfluß entsprechend der Anzahl der vorhandenen Rückschlußschenkel
aufzweigt, kann die Höhe der Säulenjoche und damit die Bauhöhe des Transformators
niedrig gehalten werden. Andererseits sind, da nur ein Schenkel bew@ekelt ist,-insbesondere
bei 1°iehrwicklungs-Transformatoren groter leistung so große radiale Wicklungshöhen
erforderlich, daßder Transformator nicht mehr bahnprofilgängig gebaut werden kann.
Hierdurch
entsteht die Notwendigkeit, bei sehr großen Leistungseinheiten die zweisäulige Kernbauart
zu bevorzugen.
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Bei dieser Bauart sind die Wicklungen auf zwei Säulen, welche durch
ein Oberjoch und ein Unterjoch miteinander verbunden sind, aufgeteilt. Der Xagnetfluß
einer Säule schließt sich durch die Joche und die andere Säule, so daß die Joche
für den vollen Magnetfluß ausgelegt sein müssen, sofern nicht auch hier durch Rückschlußjoche
die Jochhöhe reduziert werden kann. Die zweisäulige Kernbauart verlangt somit verhältnismäßig
große Bauhöhen, da jedoch zwei Schenkel bewickelt sind, könnqn auch große Einheitsleistungen
realisiert werden.
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Die Aufteilung des Wicklungskupfers auf die Säulen des Einphasen-Transformators
wird gewöhnlich so vorgeno=en, daß die Wicklungsanordnung sowie die Windungszahlen
auf beiden Säulen gleich sind. Es sind somit für jede Wicklung jeweils zwei gleiche
Teilwicklungen vorhanden, die entweder in Reihe oder auch parallel geschaltet werden
können.
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Bei Höchstspannungstransformatoren mit abgestuft isolierten Wicklungen
ist es ferner in vielen Fällen sehr vorteilhaft, auch die Teilwicklungen der beiden
Säulen aus zwei symmetrischen Wicklungszweigen auszuführen, die axial übereinanderliegen
und in der Mitte sowie an den jochseitigen Enden zusammengeschaltet sind. Durch
diese Maßnahme können die isolationstechnischen Randprobleme an den, den Jochen
gegenüberliegenden Wicklungsstirnseiten wesentlich einfacher beherrscht werden,
da der Wicklungseingang mit dem höchsten Potential in die Kitte gelegt werden kann,
so daß@die den Jochen benachbarten Wicklungsseiten nur für das um die Wicklungsspannung
verringerte Potential gegen Erde isoliert werden müssen.
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Die Vorteile des Hochvolteinganges in der iiitte können dann am besten
genutzt werden, wenn die Hochvoltwicklung außen
liegt, so daß der
tlicklungseingang frei zugänglich ist. Dies ist gewöhnlich bei Transformatoren mit
festem Übersetzungsverhältnis der Fall. Bei Transformatoren mit stufenweiser Einstellung
der Übersetzung unter Last wird dagegen die Stufenwicklung wegen der zahlreichen
herauszuführenden Anzapfleitungen vorzugsweise als außenliegende Wicklung angeordnet.
Bei dieser Anordnung ist die Fochvolteinführung in der '"Utte der Stammwicklung
nicht so vorteilhaft, da derer: Isolierung gegen die Stufenwicklung verhältnismäßig
aufwendig ist.
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Beie. Einphasen-Kerntransformator kommt wegen der syrrmetrischen Bewicklung
beider Säulen ferner noch hinzu, daß der Aufwand für die Isolierung des Hochvolteinganges
gegen die Stufenwicklung bei Parallelschaltung der Hochvolt-Teilwicklungen beider
Säulen mehrfach in Kauf genommen werden muß, da auch die Stufenwicklung auf beide
Säulen symmetrisch auf- _ geteilt ist, Bei aller. Schaltungen muß.ferner dafür Sorge
getraE:,e n werden, daß das hmpere-@lindungsgleichgewicht jeder Säule für sieh:
gewährleistet ist, da sonst bei Belastung eine oder mehr oder weniger starke Drosselwirkung
auftreten würde. Aus dieser. Grunde muß auch bei Transformatoren mit stufenweiserirstellung
der Übersetzung unter Last die sich bei lznderung der Übersetzung ergebende Änderung
des Ampere-'hindungsbelages durch entsprechende ,Mahl der Schaltung auf beide Säulen
gleichmäßig verteilt werden, damit das AanDere-Winäungsgleichgewicht erhalten bleibt.
Somit hat eine Stur fenwickiung bei einem Einphasen-Kerntransformator einen erhöhten
Scha=tungsaufwand und insbesondere bei riöchstspannungs-.Lrarsfor.üatoren einer,
sehr ins Gewicht fallenden, wesentlich größeren Isolieraufwand zur Folge.
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Der irr.@iiZatItiL liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eire Wicklu
"tgsachal- Vung aufzufinden bzw. zu bestimm en, mit der eine unsy=e-trische nnordnung
der Stufenwicklung f der Hoch- ' voltwicklung auf einer der beiden Säulen realisiert
werden ka: n.
Für die Lösung der durch die Erfindung gestellten
Aufgabe kommt ein Einphasen-Leistungs-Transformator zur Anwendung, bei dem die eine
Hälfte der Hochvoltwicklung als Außenwicklung auf der einen Kernsäule und die andere
Hälfte als außen liegende Stufenwicklung auf der anderen Kernsäule angeordnet ist,
und daß zwecks- Ausgleich der Amperewindungsunsymmetrie der Hochvoltwicklung eine
der Unterapannungswicklungen aus parallel geschalteten Teilwicklungen besteht, die
sich jeweils auf einer Kernsäule befinden. Die auf den Kernsäulen angeordneten Teilwicklungen
der anderen Unterapannungswicklung, der sogenannten Mittelspannungswicklung, sind
dagegen in Reihe geschaltet.
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Die eine Hochvoltwicklungshälfte (Teilstammwicklung), die aus zwei
axialen auf der Kernsäule nebeneinander liegenden symmetrischen Zweigen besteht,
wird von dem in der Mitte der Zweige liegenden Verbindungspunkt aasgespeist. Die
Einspeisung in der Mitte bewirkt eine wesentliche Verringerung der elektrischen
Beanspruchungen an den Wicklungsenden, da das höchste Potential nur in der Mitte
auftritt.
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Gemäß der Erfindung besitzt die zweite Hochvoltwicklungshälfte einen
anderen Aufbau. Sie besteht aus einer Stufenwicklung, die sich aus drei durchgehend
gewickelten Teilwicklungen zusammensetzt, und zwar aus dem anderen Teil der Stammwicklung,
der Grobstufenwicklungund der Feinstufenwicklung. Dabei weisen die zweite Teilstammwicklung
und die Grobstufenwicklung die andere Hälfte der auf die Nennspannung bezogenen
Windungszahl auf. Die vorgeschaltete Feinstufenwicklung läßt durch die mit Hilfe
des Grobstufenwählers abschaltbare Grobstufenwicklung eine Verdoppelung des Regelbereiches
des Transformators zu.
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In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung
dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Die Zeichnung zeigt
schematisch -den Aufbau eines zweisäuligen mit der Anordnung der Wicklungen, und
zwar in der Ausführung als sogenannter Dreiwickler; d. h. für drei Spannungen. 1
und 2 bedeuten in der Zeichnung die die Wicklungen tragenden Säulen des Einphasenkernes,
während 3 das untere und das obere Joch darstellt. Je zur Hälfte auf den Säulen
1 und 2 sitzen symmetrisch von innen nach außen d@.e rieilwicklungen der Unterspannungawicklung
11 und 21 und die Teilwicklungen der Mittelspannungswicklung 12 und 22. Die außenliegenden
Teilwicklungen der Oberspannungawicklung 13, 23, 24 und 25 sind dagegen unsymmetrisch
angeordnet: Die auf der Säule 1 befindliche Teilwicklung 13 besteht aus zwei axial
nebeneinanderliegenden symmetrischen-Zweigen und enthält in der Mitte dieser beiden
Zweige den Hochvolteingang 14. Die Teilwicklung (Teilstammwicklung) 13-besitzt die
Hälfte der für die Nennspannung geltenden Windungszahl. Auf der Säule 2 dagegen
ist der .restliche Teil der Oberspannungewicklung angeordnet und besteht aus der
durchgehend gewickelten Teilstammwicklung 23 und der Grobstufenwicklung 24. Ferner
befindet-sich auf der Säule 2 noch die Feinstufenwicklung 25, die der in Reihe liegenden
Stammwicklung 23 und der Grobstufenwicklung 24 vorgeschaltet ist. Die Grobstufenwicklung
24 kann "mit Hilfe des Grobstufenwählers 26 abgeschaltet werden. Durch die verbleibende
Feinstufenwicklung 25 ergibt sich eine Verdoppelung des Einstellbereiches des Transformators.
Die Feinstufenwicklung 25 besitzt nur die Windungszahl des Einstellbereiches.
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Die Schaltverbindungen der Wicklungen der beiden Säulen 1 und 2 sind
so vorgenommen, daß die Teilwicklungen 11 und 21 der Unter-' spannungswicklung parallel
geschaltet sind und in den Klemmen u2 und _x2 enden, während die Teilwicklungen
12 und 22 der Mittelspannungswicklung und die Teilwicklungen 13, 23, 24 und 25 der
Oberapannungswicklung in Reihe geschaltet sind. Die Mittelspannung wird an den Klemmen
ui und x1 abgenommen. Dagegen wird die Oberapannungswicklung von den Klemmen U und
X aus aasgespeist.
Die Wirkungsweise des Transformators bei Betrieb
zwischen den in Reihe geschalteten Oberspannungs-Teilwicklungen beider Säulen ist
unterschiedlich je nachdem, auf welcher Stellung sich der Stufenschalter befindet.
Bei ,iittels tellung des Stufenschalters besitzen die Oberspannungs-Teilwicklunben
der beiden Säulen gleiche Windungszahlen, so.daß das Amperewindungsgleichgewicht
sowohl der Gesamtwicklungen als auch das der Teilwicklungen jeder Säule gewährleistet
ist.
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Bei Betrieb des Transformators in Plus- oder Minus-Stellung des Stufenschalters
ist dagegen das Amperewindungsgleichgewicht zwischen den in Reihe geschalteten Teilwicklungen
nicht mehr vorhanden, da wegen der unsymmetrischen Anordnung der Stufenwicklung
auf einer Säule die Zu- und Abschaltung von Windungen nur auf einer Säule erfolgt,
während das Windungsverhältnis zwischen den Teilwicklungen der anderen Säule festbleibt.
Hierdurch wurde sich bei Belastung ein magnetischer Zusatzfluß einstellen, der durch
seine Drosselwirkung einen stabilen Betrieb des Transformators unmöglich machen
würde und 'deshalb kompensiert werden muß. Die Kompensation dieses Zusatzflusses
wird erfindungsgemäß durch die parallelgeschalteten Zweige der Untersparinungswicklung
bewirkt, welche in dieser Schaltung in den beiden Zweigen einen entgegengesetzten
gleichen Strom (Kreisstrom) führt, so daß das Amperewindungsgleichgewicht auf beiden
Säulen wiederhergestellt ist. .Auf diese Weise ist der _Zinphasen-yeistungs-Transformator
mit unsymmetrischer Anordnung der Wicklungen auf beiden Säulen verwirklicht.
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Die Vorteile dieser Bauweise sind folgende: Auf der Säule 1 ist die
Hochvoltwicklung mit dem h:icklungseingang außenliegend und frei zugänglich, so
daß der WicklungseirWng in der Uitte ohne Schwierigkeiten vorgesehen werden kann.-
Wegen des Pehlens der Stufenwicklung entfällt der ' große Isolieraufwand, der für
die Isolierung der Stufenwick-_
hing gegen die Oberspannungswicklung
mit dem höchsten Potential (Wicklungseingangspotential) erforderlich wäre. Wegen
der abgestuften Isolierung der Wicklungen braucht die auf Säule 2 angeordnete Stufenwicklung
gegen die andere Hälfte der Oberspannungssta.-.imwicklung nur noch für eine Spannung
isoliert zu werden, die etwa dem halben Wicklungseingangspctential gegen Erde entspricht.
Außerdem entfällt auch noch der gesamte Schaltungsaufwand für die Schaltverbindungen
der Stufenwicklung zwischen den beiden Säulen, so daB auf diese Weise eine sehr
beträchtliche Einsparung an Isolation und Schaltungsaufwand erreicht ist.