DE2421728A1 - Transformator mit einer ueberspannungsschutzeinrichtung - Google Patents

Description

• Transformator mit einer Überspannungsschutzeinrichtung In den Wicklungen von Transformatoren, Erdschlußspulen usw. können bei Beanspruchung der Eingangsklemmen der betreffenden Wicklung mit Blitzstoßspannungen verhältnismäßig hohe Spannungsbeansprucbungen auftreten. Bei Einstelltransformatoren sind diese Spannnngsbeanspruchungen in denjenigen Stellungen des zugehörigen Stufenschalters, in welchen die Stufenwicklung weitgehend freigeschaltet ist, das heißt nicht stromführend ist, normalerweise am höchsten. Besonders bei Transformatoren mit hohen Nennspannungen und großen Einstellbereichen ist zur Beherrschung der dann besonders großen Beanspruchungen im Bereich der Stufenwicklungen ein hoher Isolationsaufwand sowohl innerhalb der Stufenwicklungen als auch im Stufenschalter selbst erforderlich.
• Zur Begrenzung von Überspannungen ist es bekannt, den entsprechenden Wicklungsteilen spannungsabhängige Widerstände parallel zu schalten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß durch diese Maßnahme die Beanspruchungen oft nicht im erwünschten Maße reduziert werden können.
• Bei direktem Anschluß der spannungsabhängigen Widerstände sind diese ständig mit der zwischen den Anschlußpunkten anstehenden Betriebsspannung helastet. Mit Rücksicht auf die Erwärmung der Widerstände ist dann häufig eine solche Anzahl solcher Widerstände-in Reihe zu schalten, daß die beim Auftreten der Überspannungen im Gesamtwiderstand mögliche Restspannung unter Umständen erheblich über den erwünschten Werten liegt.
• Um aus dieser Schwierigkeit herauszukommen, sind zwischen die fraglichen Wicklungspunkte auch schon normale Überspannungsableiter geschaltet worden, die aus spannungsabhängigen Widerständen mit in Reihe geschalteter Funkenstrecke in Form einer Gasfunkenstrecke bestanden. Sieht man derartige Überspannungsableiter im Innern des Transformators vor, so befinden sich diese im heißen Transformatorenöl und es besteht die Gefahr, daß die Ableiter unter diesen Bedingungen nicht dicht bleiben, so daß sie nicht mehr zuverlässig arbeiten und die Betriebssicherheit der Schutzeinrichtung infrage gestellt ist. Um diese Gefahr auszuschließen, hat man die Überspannungsableiter auch schon außerhalb des Transformators angeordnet und mit den zu schützenden Wicklungsteilen über besondere Durchführungen leitend verbunden. Diese Lösung erfordert jedoch einen erheblichen Aufwand und ist daher unökonomisch.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Transformatoren, insbesondere Einstelltransformatoren, mit einem solchen Überspannungsschutz auszustatten, der in hohem Maße zuverlässig arbeitet.und außerdem preisgünstig ist.
• Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Überspannungsschutzeinricbtung aus spannungsabhängiger Widerständen mit in Reihe geschalteter Ölfunkenstrecke besteht und derartige Schutzeinrichtungen wenigstens einem Teil der Stammwicklung undsoder den Stufenwicklungen nnd/oderSdem Lastumschalter parallel geschaltet sind.
• hat sich gezeigt, daß bei richtiger Bemessung der Olfunkenstrecke und der spannungsabhängigen Widerstände in bezug auf die anstehende anteilige Betriebsspannung die Ölfunkenstrecken nach einem durch Überspannungen ausgelösten Ansprechen zuverlässig im nächsten oder spätestens im übernächsten Nulldurchgang der anstehenden Betriebsspannung wieder löschen. Des weiteren wurde festgestellt, daß auch die durch den Lichtbogen gebildete Gasmenge so gering ist, daß dieses Gas praktisch sofort nach dem Verlöschen der Entladung in dem umgebenden 01 wieder gelost wird. Ein Ansprechen der zum Schutz der Transformatoren beim Auftreten stärkerer innerer Entladungen verwendeten Gasmeldeeinrichtungen - z.B. Buchholzrelais - ist daher nicht zii befürchten.
• Die Erfindung wird im nachstehenden anhand einiger prinzipieller Schaltungsbeispiele noch näher erläutert.
• Es zeigen: Figur 1: Die Scllaltung einer Phase eines normalen Einstelltransformators, Figur 2 : die Beschaltung der Grobstufenwicklung, der Feinstufenwicklung und des Lastumschalters mit Überspannungsschutzeinrichtungen nach der Erfindung, Figur 3 : eine aus mehreren hintereinander geschalteten Einzelelementen aufgebaute Schutzeinrichtung, Figur 4 u. 5 : einen mit einer Lagenwicklung ausgestatteten Einstelltransformator mit einer Schutzbeschaltung bestimmter Wicklungslagen.
• In den Figuren 1 und 2 ist mit 13 die St-mmwicklung, mit 14 die Grobstufenwicklung, mit 15 die Feinstufenwicklung und mit 16 der Lastumschalter eines normalen Einstelltransformators bezeichnet, während die Bezugszeichen 1 bis 9 die Anzapfungen der Feinstufenwicklung 15 kennzeichnen und die Anschlüsse 10, 11 und 12 dem Wender 20 zugeordnet sind.
• Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, sind hier die Grobstufenwiddung 14, die Feinstufenwicklung 15 und der Lastumschalter 16 jeweils für sich mit aus spannungsabhängigen Widerständen 17 und Ölfunkenstrecken 18 bestehenden Überspannungsschutzeinrichtungen beschaltet. Selbstverständlich kann die Beschaltung mit diesen Schutzeinrichtungen auf jeweils nur die Feinstufenwicklung 15 oder die Grobstufen wicklung 14 allein oder auf die Feinstufenwicklung 15 und den Lastumschalter 16 usw. beschränkt sein. Außerdem können nach einem weiteren Gedanken der Erfindung diese Schutzeinrichtungen wahlweise auch zwischen verschiedene Wicklungsteile innerhalb der Stufenwicklungen einer Phase wie auch zwischen Wicklungsteile verschiedener Phasen geschaltet werden. So kann beispielweise eine Schutzeinrichtung 19 zwischen den Anfang der Grohwicklungen 14, das ist die Anschlußstelle 12, und das Ende der Feinstufenwicklung 15, das ist die Anschlußstelle 24,geschaltet sein.
• Bei Einstellwicklungen mit hohen Betriebsspannungen kann es weiter zweckmäßig sein, die Ölfunkenstrecke einer solchen Schutzeinrichtung aus mehreren hintereinander geschalteten Ölfunkenstrecken aufzubauen. Des weiteren hat sich als zweckmäßig erwiesen, in bestimmten Fällen die gesamte Schutzeinrichtung aus mehreren hintereinandergeschalteten Einzelelementen zu bilden, wobei jedes Einzelelement spannungsabhängige Widerstände und eine oder mehrere Ölfunkenstrecken enthält. Zur Potentialsteuerung kann es ferner vorteilhaft sein, wie Figur 3 zeigt, die Einzelemente jeweils an Teilabschnitte der zu schützenden Wicklung anzulenken.
• In manchen Fällen kann es durchaus ausreichend sein, zum Schutz der Feinstufen- und/oder Grobstufenwicklungen 14, 15 die Schutzeinrichtung nur er einen Teil der betreffenden Wicklung anzuschliessen. Da die Überspannungen in die Stufenwicklungen vor allem induktiv übertragen werden, ergibt sich bei Begrenzung der Überspannungen mittels einer Überspannungsschutzeinrichtung nach der Erfindung nur in einem Teil einer Stufenwicklung oder in einem Teil aller Stufenwicklungen einer Phase auch eine Verminderung der Beanspruchungen in den übrigen Wicklungsteilen der Stufenwicklungen dieser Phase. Als diesbezüglich wirksamste Maßnahme hat sich erwiesen, die Überspannungsschutzeinrichtung dem der Stammwicklung am nächsten liegenden Teil der Stufenwicklung parallel zu schalten.
• Bezüglich der Gestaltung der Elektroden für die Ölfunkenstrecken hat sich als vorteilhaft erwiesen, diese Elektroden verhältnismäßig scharfkantig auszubilden. Dadurch wird es möglich, für eine bestimmte Ansprechspannung eine verhaltnismäßig große Schlagweite einzustellen. Dadurch wird wiederum der Abzug bzw. die Auflösung der bei einem Ansprechvorgang durch Gzersetzung im lichtbogen entstehenden Gase begünstigt.
• Es ist grundsätzlich auch möglich, mit einer Überspannungsschutzeinrichtung gemäß der Erfindung auch die Stoßspannungsbeanspruchungen innerhalb der Stammwicklung eines Transformators zu verbessern, indem man diese Überspannungsschutzeinrichtung einem Teil. der Windungen der Stammwicklung parallel schaltet. So kann es, wie Figur 4 erkennen läßt, z.B. bei Lagenwicklungen besonders vorteilhaft sein, eine Schutzeinrichtung parallel zur Eingangslage 21 der Lagenwicklung oder entsprechend Figur 5 bezogen auf die hochspannungsseitige Eingangsklemme 22 zwischen den Anfang der ersten Wicklungslage 21 und das Ende der zweiten Lage 23 zu schalten. Es hat sich gezeigt, daß bei richtiger Bemessung der Überspannungsschutzeinrichtung durch diese Maßnahme die Stoßspannungsbeanspruchungen nicht nur in den durch die Überspannungsschutzeinrichtung unmittelbar überbrückten Wicklungslagen, sondern auch in den übrigen Wicklungsabschnitten verbessert werden können.
• Eine Überspannungsschutzeinrichtung in der erfindungsgemäßen Ausführung kann bezüglich der Fehlerfeststellung bei der Stoßspannungsprüfung eines Transformators Schwierigkeiten bereiten, da sich das Ansprechen der Funkenstrecke dieser Schutzeinrichtung in den Prüfoszillogrammen unter Umständen ähnlich wie ein Wicklungsfehler auswirkt.
• Um das Auftreten eines Wicklungsfehlers vom Ansprechen der Funkenstrecke unterscheiden zu können, wird daher in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, durch die Kesselwand des Transformators hindurch einen Lichtleiter bis zur Ölfunkenstrecke zu führen. Damit läßt sich das Ansprenhen der Ölfunkenstrecke optisch von außen feststellen. Zweckmäßigerweise wird ein beim Ansprechen der Ölfunkenstrecke über den Lichtleiter übertragener Lichtimpuls mittels einer Fotozelle in einen elektrischen Impuls umgewandlet und einem mit der Auslöseeinrichtung des für die Prüfung verwendeten Stoßgenerators getriggerten Oszillografen zugeführt. Dadurch läßt sich der Zeitpunkt des Ansprechens der Funkenstrecke genau ermitteln. Fällt er mit dem Auftreten einer Unregelmäßigkeit in den Prüfoszillogrammen zusammen, so ist damit nachgewiesen, daß diese Unregelmäßigkeit nicht durch einen Wicklungsfehler, sondern durch das Ansprechen der Ölfunkenstrecke der Überspannungsschutzeinrichtung verursacht wurde.
• - PatentansprUche -

Claims (9)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Transformator mit einer spannungsabhängige Widerstände und Funkenstrecken enthaltenden Einrichtung zum Schutz von Wicklungsteilen gegen Uberspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Überspannungsschutzeinrichtung aus spannungsabhängigen Widerständen mit in Reihe geschalteter Ölfunkenstrecke besteht und derartige Schutzeinrichtungen wenigstens einem Teil der Stammwicklung und/oder den Stufenwicklungen und/ oder dem Lastumschalter parallel geschaltet sind.
2. 2. Mit einer Lagenwicklung ausgestatteter Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überspannungsschutzeinrichtung parallel zur Eingangslage der Wicklung geschaltet ist.
3. 3. Mit einer Lagenwicklung versehener Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überspannungsschutzeinrichtung bezogen auf die hochspannungsseitige Eingangsklemme zwischen den Anfang der ersten und das Ende der zweiten Wicklungslage geschaltet ist.
4. 4. Transformator nach Anspruch 1 und gegebenenfalls nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überspannungsschiitzeinrichtung den der Stammwicklung räumlich am nächsten liegenden Teilen der Einstellwicklung parallel geschaltet ist.
5. 5. Transformator nach Anspruch 1 und gegebenenfalls nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Überspannungsschutzeinrichtungen zwischen verschiedene Teile der Stufenwicklung geschaltet sind.
6. 6. Transformator nach Anspruch 1 und gegebenenfalls nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Überspannungsschutzeinrichtungen zwischen Teile der Stufenwicklungen verschiedener Phasen geschaltet sind.
7. 7. Transformator nach Anspruch 1 und wahlweise nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastumschalter mit mindestens einer Überspannungsschutzeinrichtung beschaltet ist.
8. 8. Transformator nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden für die Ölfunkenstrecken scharfkantig ausgebildet sind.
9. 9. Transformator nach den Anspriichen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Ölfunkenstrecken Lichtleiter zugeordnet sind.

   10, Transformator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Lichtleiter durch die Kesselwandung des Transformators hindurchgeführt ist/sind und die beim Ansprechen der Funkenstrecke entstehenden Lichtimpulse einer Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung zugeführt werden.