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Reaktive Wicklung für eine Reaktanzspule, einen Transformator o. dgl.
Die Erfindung betrifft elektrische reaktive Wicklungen, beispielsweise Reaktanzspulen
und Transformatoren und bezweckt, derartige Apparate so zu gestalten, daß sie besonders
in Verteilungssystemen für hochgespannten Wechselstrom geeignet sind.
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Reaktanzen für derartige Zwecke haben gewöhnlich die Form- von Spulen
aus blanken Leitern, die geeignet gestützt werden, wobei die einzelnen Windungen
voneinander durch Beton, Porzellan o. dgl. und von der Erde durch geeignet angeordnete
isolierende Träger isoliert sind. Zuweilen sind die blanken Leiter auch auf Ständer
oder Rahmen aufgewickelt, so daß sie starken Beanspruchungen widerstehen können.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden; ein isoliertes Kabel, dass in
einen Metallmantel eingeschlossen und in induktiver Form gewickelt ist, als Transformatorwicklung
zu verwenden, wobei der Metallmantel als eine der stromleitenden Wicklungen und
die Litze oder der Leiter des Kabels als die andere Wicklung benutzt wurden.
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Eine reaktive Wicklung gemäß vorliegender Erfindung wird gebildet
von dem Leiter oder den Leitern des ummantelten Kabels, wobei aber der metallene
Kabelmantel nicht als eine der stromleitenden Wicklungen benutzt wird, sondern geerdet
ist und die Windungen derart gestützt werden, daß sie den von starken Strömen herrührenden
Beanspruchungen oder Erschütterungen widerstehen können. Vorzugsweise wird ein Kabel
von der Art verwendet, wie es gewöhnlich für Hochspannungsverteilung benutzt wird,
der Leiter (oder mehrere Leiter) ist durch imprägniertes Papier oder gefirnißtes
Gewebe o. dgl. isoliert und das Kabel mit einem Bleimantel versehen.
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Dieses Kabel wird in Form einer induktiven Spule derart gewickelt,
daß die die Spule bildenden Windungen in ein geeignetes Material, Zement, Beton
o. dgl. eingebettet oder von Ständern oder Gestellen in geeignetem Abstand gehalten
werden.
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Eine in dieser Weise hergestellte Wicklung ist besonders für hohe
Spannungen geeignet, da die Art der Isolierung eine der besten zu Gebot stehende
ist, während der Bleimantel, der den oder die stromführenden Leiter vollständig
umhüllt, sicher geerdet werden kann und auf diese Weise die Wicklung unter allen
Bedingungen vollkommen gefahrlos zu handhaben gestattet.
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Geeignetenfalls kann das bleiummantelte Kabel zwei oder mehrere Leiter
enthalten, die verhältnismäßig schwach von einander isoliert sind; aber die Gesamtheit
der Leiter ist von dem Mantel genügend stark isoliert, um der Normalspannung zur
Erde widerstehen zu können. Diese Anordnung ergibt eine Anzahl ähnlicher zwischen
einanderliegender Spulen, die gleich ist der Zahl der Leiter in dem Kabel, und jede
Spule ist völlig isoliert von der Erde und verhältnismäßig schwach isoliert von
den anderen
Spulen. Geeignete Zwischenverbindungen sind zwischen
den Leitern an den beiden Enden des die Wicklung bildenden Kabels vorgesehen, so
daß die Verbindungen der Spulen verändert werden können. Beispielsweise können alle
Spulen elektrisch in Serie geschaltet werden, um eine reaktive Wicklung zu bilden,
die elektrisch annähernd gleich ist einer Wicklung, die mit einem einen einzigen
Leiter enthaltenden Kabel gebildet wird ünd eine Gesamtzahl von Windungen besitzt,
die gleich ist der Zahl der Windungen eines mit mehreren Leitern versehenen Kabels,
multipliziert mit der Zahl der in ihm enthaltenen Leiter.
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Wenn die reaktive Wicklung einen Teil eines Transformators bildet,
so können eine oder beide Wicklungen aus einem isolierten ummantelten Kabel bestehen
oder es können gewünschtenfalls die primären und die sekundären Wicklungen des Transformators
in einem einzigen ummantelten Kabel enthalten sein.
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Um die unter gewissen Umständen zwischen den beiden Enden des Mantels
induzierte Spannung zu vermindern, kann der Kabelmantel an einer oder mehreren Stellen
unterbrochenwerden und die Mitte oderandere geeigneteStellen der Abschnitte des
Mantels können gemeinsam geerdet werden. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß
die induzierte Spannung zwischen den beiden Enden des ununterbrochenen Mantels 5oo
Volt beträgt, so wird, wenn der Mantel in fünf Teile geteilt ist, die Höchstspannung
in jedem Abschnitt xoo Volt betragen, und wenn die Mitte jeden Abschnittes des Mantels
geerdet ist, so wird die Höchstspannung zwischen jedem Abschnitt und der Erde auf
50 Volt vermindert.
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Besondere Vorsichtsmaßregeln werden getroffen, um die Stellen des
Kabels, an denen Unterbrechungen des Mantels vorhanden sind, zu bedecken oder zu
schützen.
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Falls eine beträchtliche Spannung zwischen den Klemmen vorhanden ist,
so ergibt sich daraus auch eine merkbare Spannung zwischen den aufeinanderfolgenden
Windungen der Wicklung. Es werden daher gemäß vorliegender Erfindung bei Anwendung
eines mehrere Leiter enthaltenden Kabels als reaktive Wicklung, die einzelnen Leiter
vorzugsweise derart angeordnet und verbunden, daß die Leiter mit verhältnismäßig
hoher Spannungsdifferenz in dem Kabel nicht dicht nebeneinander zu liegen kommen.
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Die Abb. z bis 5 der Zeichnung zeigen eine Ausführungsform einer der
Erfindung gemäß hergestellten Wicklung in Form einer Reaktanzspule.
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Abb. z zeigt schematisch eine Anordnung eines mehrere Leiter enthaltenden
Kabels, bei dem die Leiter in Serie verbunden sind, um die Reaktanz zu bilden.
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Abb. z ist eine Stirn- und Abb. 3 eine Seitenansicht des Apparates,
Abb. 4 ein Grundriß. Abb. 5 zeigt ebenfalls im Grundriß in vergrößertem Maßstab
den oberen Teil des Apparates nach Fortnahme einiger Teile.
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Abb. 6 zeigt eine reaktive Wicklung gemäß der Erfindung in Form eines
Transformators, wobei diese Abbildung der Abb. 2 etwas ähnelt.
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Abb. 7 ist eine Stirnansicht mit teilweisem Schnitt einer anderen
Bauart eines dc:r Erfindung gemäß eingerichteten Transformators.
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Abb. 8 zeigt schematisch die Teilung des metallenen Kabelmantels in
einzelne Abschnitte. Abb. 9 ist ein seherratischer Längsschnitt in größerem Maßstabe
und zeigt, in welcher Weise das Kabel an den Teilungsstellen des Mantels geschützt
wird.
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Die Abb. zo und zz zeigen im Querschnitte Ausführungsformen des ummantelten
Kabels mit der gemäß der Erfindung vorgenommenen Leiteranordnung.
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In der schematischen Abb. z enthält das Mehrleiterkabel A sieben Leiter
und wird in induktiver Form zur Bildung einer Reaktanz gewickelt und verbunden.
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Die das Kabel bildenden Leiter sind in Serie verbunden, um im Effekt
eine Reaktanzspule von 70 Windungen, wenn das ganze Kabel ro Windungen hat,
zu geben.
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Die äußersten Enden A 1,12 des Leiters gehen wie dargestellt,
durch Hülsen B. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Leitern sind bei A3 angedeutet
und sie sind, wie Abb. z in einer punktierten Linie C1 andeutet, in eine Verbindungshülse
eingeschlossen.
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Die Abb. z, 3, q. und 5 zeigen eine praktische Ausführung einer nach
dem Schema der Abb. _ hergestellten Reaktanzspule.
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In diesen Abbildungen ist das Kabel in Form einer dichten induktiven
Spule gewickelt, deren Enden bei A4 A6 ein- oder austreten.
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Teile der einzelnen und verhältnismäßig leicht isolierten Leiter A
° sind in Abb. 5 dargestellt und die Enden A1 und A= sind durch die mit etwas Isolationsmaterial
angefüllten Hülsen B nach außen geführt.
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Die durch die Windungen des Kabels t1 gebildete induktive Spule wird,
um sie widerstandsfähig gegen die von starken Strömen herrührenden mechanischen
Beanspruchungen oder Erschütterungen zu machen, in Beton oder irgendein anderes
geeignetes Material eingebettet. Dieses Material hat die Form eines Zylinders C
mit einer oberen hohlen Kammer Cl zur Aufnahme der Querverbindungen zwischen den
Leitern des Kabels.
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Diese Kammer ist durch einen Deckel D abgeschlossen. Abb. 5 zeigt
diese Kammer von oben gesehen in größerem Maßstabe nach Entfernung des Deckels.
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Der Zylinder C ist mit Füßen C2, die auf hölzernen Schwellen E ruhen,
versehen.
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Die Kammer Cl ist vorzugsweise mit Blei
ausgekleidet,
wie bei F angedeutet und mit dieser Bleiauskleidung ist der Bleimantel des Kabels
verbunden, um eine gute Erdung zu erzielen.
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Ein Rahmen mit Ringsegmentplatten G und Bolzen G1 hält und trägt die
Kabelspule, bevor diese mit der Masse umgossen wird und dieser Rahmen wird mit dem
Kabel umgossen, um eine große Widerstand fähigkeit des ganz:-n Gebildes zu erzielen.
Die Platten G bilden vorzugsweise Segmente und sind nicht als volle Ringe ausgeführt,
um das Auftreten von Induktionswirkungen zu vermeiden.
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Es ist ersichtlich, daß der Leiter A s mit Querverbindungen in der
Kammer Cl versehen werden kann, um beispielsweise eine der Abb. i entsprechende
elektrische Anordnung zu haben, es können aber auch andere Verbindungsarten gewählt
werden. ' Obgleich es zweckmäßig ist, die Kabelwindungen in eine geeignete Masse
einzubetten, um den Apparat gegen die von starken Strömen herrührenden mechanischen
Beanspruchungen widerstandsfähig zu machen, ist dies jedoch nicht unbedingt notwendig,
es können auch andere Mittel für den gleichen Zweck benutzt werden.
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Beispielsweise können die Windungen des Kabels in starken Gestellen
oder Rahmen gehalten werden, die etwas anders ausgeführt und stärker gehalten sind
als die Klemmrahmen G G1.
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Abb. 6 zeigt in Stirnansicht ähnlich der Abb. 2 schematisch zwei einen
Transformator bildende Wicklungen, die eine Wicklung wird gebildet von einem ummantelten
Kabel A', das als dem Kabel A der Abb. i bis 5 gleichwertig betrachtet werden kann,
und die andere von einem ähnlichen Kabel A 3. Die Enden des Kabels A a können durch
Hülsen oder Büchsen B1, von denen eine in Abb. 6 dargestellt ist, herausgeführt
werden. -In Abb. 7 besteht eine der Wicklungen des Transformators aus einem ummantelten
Kabel A' ähnlich den Kabeln A und AR, aber die andere Wicklung besteht
beispielsweise aus einem Bandleiter A-". Diese Abbildung zeigt ferner die
Anwendung von Lamellenkernen H durch die die Wicklungen hindurchgehen.
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Abb. 8 zeigt schematisch wie der Mantel All
eines Kabels A 12
in einzelne Abschnitte geteilt ist, die einzeln geerdet sind.
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An jeder Teilungsstelle des Kabelmantels ist dieses mechanisch und
elektrisch durch eine Isolationshülse, beispielsweise durch eine Bandumwicklung
A13 (Abb. g) geschützt. Diese Isolationshülse ist dann wieder durch eine Bleihülse
A 14 und eine Drahtumwicklung A 15 geschützt.
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Abb. lo zeigt ein Kabel mit sieben verhältnismäßig schwach isolierten
Leitern, alle Leiter sind von einer verhältnismäßig starken Isolation I, die von
dem Bleimantel K eingeschlossen wird, umgeben. Wie aus dieser.Abbildung ersichtlich,
wird der mittlere Leiter von den sechs anderen in gleichem Abstand angeordneten
Leitern umgeben, und damit nun in dem Kabel benachbart aneinanderliegende Leiter
keine zu hohe Spannung haben, kann der eine der äußeren sechs Leiter geschaltet
werden als Nr. i, der nächste als Nr. 2, der nächste als Nr. 5, der nächste als
Nr. 7, der nächste als Nr. 6 und der nächste oder letzte in dem Kreise und infolgedessen
dem Leiter Nr. i benachbarte als Nr. 3 und der mittlere Leiter als Nr. 4.. Diese
Zahlen sind in Abb. io eingetragen.
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Abb. ii zeigt im Querschnitt ein anderes mehrere Leiter enthaltendes
Kabel, bei dem ein mittlerer Leiter von vielen anderen Leitern umgeben ist, die
voneinander isoliert und von einer Isolationshülse h eingeschlossen sind. Außerhalb
dieser Isolationshülse Il ist konzentrisch ein zweiter Kreis isolierter Leiter,
umgeben von einer zweiten Isolationshülle 12 und diese konzentrisch umgebend ein
weiterer Kreis isolierter Leiter angeordnet, worauf eine starke Isolationshülle
13 und der äußere Metallmantel KI folgt.
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Bei dieser Ausführung kann der mittlere Leiter als Nr. i geschaltet
werden, die Leiter, die den ersten Leiterkreis bilden als Nr. 2, 3, ¢, 5, 6, 7 und
B. Der Leiter mit der niedrigsten Nummer in dem zweiten Kreis, d. h. also Leiter
Nr. g liegt benachbart dem Leiter Nr. 2 des ersten Kreises usw. Bei einer derartigen
Anordnung kann als weitere Vorsichtsmaßregel einer der Leiter L in jedem Kreise,
besonders jener Leiter, der die Leiter mit dem größten Spannungsunterschied trennt,
als blinder Leiter oder Isolationskern ausgeführt werden, wie Abb. ii zeigt. Die
Isolation des mittleren Leiters wird zweckmäßig etwas stärker ausgeführt als die
der anderen Leiter.
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In an sich bekannter Weise kann die Isolierung der den Hauptklemmen
benachbarten Windungen durch eine besondere Isolation verstärkt werden, um gegen
Wellenströme zu schützen, die in die Wicklungen von außen einzutreten suchen.
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Die beiden beschriebenen Ausführungen der Leiterverbindungen sind
nur Beispiele der angegebenen Methode, nach der verhältnismäßig große Spannungsunterschiede
zwischen benachbarten Leitern vermieden werden und die geforderte Sicherheit der
Isolierung zwischen den Windungen der Wicklung mit denn geringsten Aufwand an Isolationsmaterial
erzielt werden kann.