DE294964C

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Publication number: DE294964C
Application number: DENDAT294964D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

'- M 294964 KLASSE 21 d. GRUPPE

Tritt in der Zuleitung eines mehrphasigen Transformators oder einer mehrphasigen Drosselspule mit geerdetem Nullpunkt ein Erdschluß auf, so wird die Wicklung der betreffenden Phase kurzgeschlossen. Dadurch erhalten die übrigen Phasen, eine gegenüber der normalen erhöhte Spannung, z. B. bei Dreiphasenapparaten an Stelle der Phasenspannung die verkettete, j/^mal größere Spannung.

ίο Dementsprechend steigt die Induktion im Eisen. Um nun zu verhüten, daß die Erwärmung des Eisens unzulässige Werte annimmt, und daß die Wicklung infolge des bedeutend erhöhten Magnetisierungsstromes verbrennt, mußte man die Transformatoren bzw· Drosselspulen mit geerdetem Nullpunkt von vornherein, bloß im Hinblick auf vorkommende Erdschlüsse, entsprechend reichlich bemessen,, was natürlich höchst unwirtschaftlich ist. Dazu kommt noch, daß die durch die Erdung kurzgeschlossene Transformatorsäule für die Rückleitung des Kraftflusses nicht mehr in Frage kommt, weil sie magnetisch ausgeschaltet ist; man mußte daher, wenigstens bei Dreiphasenapparaten, für die noch arbeitenden Säulen einen magnetischen Rückweg schaffen, indem man zu den bewickelten noch eine weitere, unbewickelte Säule hinzufügte.

Wenn auch diese weitere, für den Normalbetrieb unnötige Säule bei Anordnung nach der Erfindung beibehalten wird, so wird durch die neue Anordnung doch eine ganz wesentliche Ersparnis an aktivem Material erzielt. Die Erfindung besteht nämlich darin, daß man den Nullpunkt nicht unmittelbar, sondern über Wicklungen erdet, welche auf der überzähligen Säule liegen, wie in Fig. 1 skizziert.

Welche Materialersparnisse durch diese Anordnung bei einer Dreiphasen-Drosselspule erzielt werden, sei an Hand der Diagramme Fig.- 2 und 3 erläutert. Darin bedeuten die ausgezogenen Vektoren I, II, III die Phasenspannungen bzw. Kraftflüsse in den Säulen beim Normalbetrieb des Apparates, während die strichpunktierten Vektoren die Kraftflüsse bei Erdschluß einer Zuleitung darstellen.

Fig. 2 zeigt das Diagramm für die bisher bekannte Anordnung, bei der die überzählige Säule IV unbewickelt ist. Der Erdschluß der Netzphase III ist hier gleichbedeutend mit einem Kurzschluß der Wicklungsphase III. Dabei wird der Wicklung I des Apparates die geometrische Summe CA der Spannungen I und III und der Wicklung II die geometrische Summe CB der Spannungen II und III aufgedrückt, d. i. je das ]/^~fache der Phasenspannung OA bzw. OB. Die Wicklungen müssen also einen Magnetisierungsstrom führen, der der 1,73 fachen Normalinduktion entspricht und daher unter Umständen außerordentlich hoch sein kann. Diese erhebliche Erhöhung der Induktion ist aber wegen der damit verbundenen Erwärmung des Eisens und Kupfers unzulässig. Will man daher die Induktion nicht übermäßig ansteigen lassen, so kann man entweder die Eisenquerschnitte entsprechend dem Diagramm vergrößern oder die Windungszahl pro Säule erhöhen. Aus Fig. 2 ergibt

sich für die bekannte Anordnung der im Joch und insbesondere in der unbewickelten Säule IV fließende Flux als Resultierende aus den Kraftflüssen der beiden Säulen I und II von der Größe CD. Dieser Vektor ist aber dreimal so groß wie OC, daher muß der Querschnitt des Joches und der Säule IV dreimal so groß sein wie der Schenkelquerschnitt, wenn die normale Induktion eingehalten und die Erwärmung des Eisens und der Wicklungen nicht unzulässig hoch werden soll.

Das Diagramm Fig. 3 stellt die Querschnittsabmessungen der neuen Anordnung beim Erdschluß der Netzphase III dar, welche hier gleichbedeutend ist mit einer elektrischen Parallelschaltung der Wicklungen III und IV bzw. einer magnetischen Parallelschaltung der Säulen III und IV. Dadurch wird die Symmetrie des Dreiphasensystems in der Weise beeinträchtigt, daß der Nullpunkt des Diagramms von O nach O' rückt. Die Kraftflüsse der unverletzten Phasen I und II werden gleich O' A bzw. O'B, während in den beiden Säulen III und IV Kraftflüsse von der Größe O'C entstehen. Im Joch fließt ein Flux 0'D = 2 O' C. Wenn man die Größe des normalen Kraftflusses zu 1 annimmt, so betragen die Kraftflüsse bei Erdschluß der Netzphase III

in Säule in Säule in Säule in Säule im
II III IV Joch

in der bekannten Anordnung ...
bei der neuen Anordnung

VT

VJ

^r

¹U

s/

/4

3/ /4

3/

/2

Vergrößert man den Eisenquerschnitt entsprechend, so ergeben sich dafür gegenüber den bei Normalbetrieb erforderlichen Werten folgende prozentuale Erhöhungen :

bei der bekannten Anordnung . .
bei der neuen Anordnung

in den drei
Hauptsäulen

73
14

in der
vierten Säule

200
— 25

im Joch

200 Prozent
50 - -

Dazu kommt noch ein höherer Kupferaufwand, da sich der Windungsdurchmesser angenähert proportional der Wurzel aus dem Kernquerschnitt vergrößert, bei der bekannten

4

Anordnung um das ]/₃ fache, also um 32 Prozent, bei der neuen Anordnung um 7 Prozent und das Kupfer des zusätzlichen Kernes, d. i. 30 Prozent, also total 37 Prozent.

Vergrößert man statt des Kraftflusses die Windungszahl, wodurch ebenfalls die höhere Spannung pro Phase erzielt werden kann, so erhält man gegenüber dem für Normalbetrieb erforderlichen Kupfergewicht 1 pro Säule folgende Werte für das Kupfergewicht:

bei der bekannten Anordnung: 3 χ ]/J= 5,2 oder 73 Prozent Mehraufwand gegen normal, bei der neuen Anordnung: 3,75 χ ¹/_i]/^T=z 4,3 oder 43 Prozent Mehraufwand gegen normal.

Dazu kommt noch eine Vergrößerung des

Eisengewichts, und zwar muß bei der bekannten Anordnung der Querschnitt der zusätzlichen Säule und des Joches das j/^"faehe des normalen betragen, und bei der neuen Anordnung der Jochquerschnitt _x = 1,31 mal

/4 r 21

den Normalwert übersteigen, wobei dem größeren Platzbedarf einer vermehrten Windungszahl noch nicht Rechnung getragen ist.

Daraus geht hervor, daß man auf jeden Fall bei der Anordnung nach der Erfindung erhebliche Ersparnisse an Material erzielt.

Claims

Patent-Anspruch:

Mehrphasiger Transformator oder Drosselspule mit geerdetem Nullpunkt und einer oder mehreren überzähligen Säulen, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullpunkt über Wicklungen geerdet ist, welche mit dem magnetischen Kreis der überzähligen Säulen verkettet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.