DE724115C - UEberspannungsschutz fuer mit einem isolierten Nullpunkt verbundene Mehrphasenwicklungen elektrischer Apparate - Google Patents

UEberspannungsschutz fuer mit einem isolierten Nullpunkt verbundene Mehrphasenwicklungen elektrischer Apparate

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DE724115C
DE724115C DES124684D DES0124684D DE724115C DE 724115 C DE724115 C DE 724115C DE S124684 D DES124684 D DE S124684D DE S0124684 D DES0124684 D DE S0124684D DE 724115 C DE724115 C DE 724115C
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DE
Germany
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zero point
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arrester
windings
coupled
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Expired
Application number
DES124684D
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English (en)
Inventor
Dr Richard Elsner
Dr Josef Rebhan
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/06Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using spark-gap arresters

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Regulation Of General Use Transformers (AREA)

Description

  • Überspannungsschutz für mit einem isolierten Nullpunkt verbundene Mehrphasenwicklungen elektrischer Apparate Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsschutz für mit einem isolierten Nullpunkt verbundene Mehrphasenwicklungen elektrischer Apparate oder Maschinen, z. B. Transformatoren, Drosselspulen, Generatoren, Motoren usw. Der 1=Tberspannungsschutz hierfür besteht im wesentlichen aus längs der Wicklung angeordneten, mit der wellenführenden Leitung galvanisch verbundenen elektrostatischen Schirmen. Die wellenführende Leitung kann dabei die an die Wicklung angeschlossene Hochspannungsleitung (Freileitung, Kabel usw.) sein, die infolge atmosphärischer Entladungen oder Schaltvorgänge im Netz Stoßspannungen bzw. Wanderwellen führen kann. Bei zu einem Nullpunkt zusammengeschlossenen Mehrphasenwicklungen, bei denen der Nullpunkt geerdet ist, erhält man bekanntlich durch die Anordnung elektrostatischer Schirme, die etwa die Wicklung, mindestens aber den Wicklungsanfang konisch umgreifen, in der Wicklung eine Anfangsverteilung der Stoßspannung, die der Endverteilung sehr nahe kommt. Durch die einziehende Stoßspannung kann infolgedessen die Wicklung praktisch nicht zu Eigenschwingungen angestoßen werden. Anders hingegen ist die Sachlage, wenn der Nullpunkt des tnehrphasigen Systems gegen Erde isoliert ist. Hierbei können trotz der Schirme Eigenschwingungen der Wicklung bzw. ihrer Teile auftreten, welche die Wicklungsisolation gefährden, weil die vom Schirm erzwungene Anfangsverteilung nicht mehr der dann gültigen Endverteilung -entspricht. Im Grenzfall würde der Nullpunkt das gleiche Stoßpotential führen wie der Wicklungsanfang, auf den die Welle zuerst auftrifft (Parallele durch Uo im Diagramm Fig. 3).
  • Um nun diese Nachteile zu vermeiden und um bei mit einem isolierten Nullpunkt verbundenen Mehrphasenwicklungen elektrischer Apparate und Maschinen, die zum Überspannungsschutz längs der Wicklung .angeordnete, mit der wellenführenden Leitung verbundene elektrostatische Schirme besitzen und deren Nullpunkterdleitung Ableiter enthält, die Betriebssicherheit zu erhöhen, wird gemäß der Erfindung die mit dem Nullpunkt verbundene Elektrode des Ableiters durch zusätzliche Maßnahmen, z. B. besondere Steuerelektroden, derart mit der wellenführenden Leitung kapazitiv gekoppelt, daß der isolierte Nullpunkt im Zeitpunkt des Auftreffens von Überspannungen auf die zu schützende Wicklung oder kurz. vorher durch Ansprechen des Ableiters mit der Erde galvanisch verbunden wird. Nach Abklingen der Überspannung bzw. wenn diese auf eine ungefährliche Höhe gesunken ist, muß der Nullpunkt wieder voll Erde getrennt werden. Die Ableiter können z. B. aus Schaltern bestehen, die in irgendeiner Weise in Abhängigkeit von der Stoßspanung gesteuert werden und den Nullpunkt an Erde anschließen, oder es können Funkenstrecken oder andere Ableiter verwendet werden, deren Elektroden im gewünschten Zeitpunkt überbrückt oder .gesteuert werden, so daß; noch ehe in der Wicklung die Isolation gefährdende Spannungsunterschiede auftreten, der Nullpunkt geerdet wird. Auch zwischen den isolierten Nullpunkt und die Erde eingeschaltete, gittergesteuerte Gasentladungsgefäße können dem gleichen Zweck dienen. Das Gitter wird vorteilhaft mit der wellenführenden Leitung oder mit dem all diese Leitung angeschlossenen elektrostatischen Schirm kapazitiv gekoppelt, so dar) sich im Zeitpunkt des Auftreffens von Stoßspannungen auf die Wicklung zwischen Nullpunkt und Erde eine .gute galvanische Verbindung 'über das Entladungsgefäß ergibt. Als Entladungsgefäße werden beispielsweise Elektronenröhren, Glimmröhren oder auch Ouecksilberdampfapparate verwendet.
  • Die Figuren zeigen Ausbildungsformen und Anordnungen der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung. In Fig. i ist ein Drehstronitransforniator mit dem Eisenkern i und den Hochspannungswicklungen 2 dargestellt, die ebenso wie die elektrostatischen, die Wicklung umgebenden Schirme 3 an die wellenführenden Leitungen 4. angeschlossen sind. Das andere Wicklungsende wird an den isolierten Nullpunkt, der in der Figur durch eine Leitung 5 verdeutlicht ist, angeschlossen. Dieser wird über den Ableiter 6 mit der Erde 7 verbunden. Der Überspannungsab-Leiter 6 kann, wie in den Figuren dargestellt ist, ein sogenannter Kathodenfallableiter sein mit der Funkenstrecke 8 und dem Widerstandsplattensatz g. Es genügen aber auch unter Umständen einfache Funkenstrecken. Der Ableiter kann entweder selbst Löschwirkung haben, indem er beim Durchschlag entionisierende Gase entwickelt, oder er kann durch ein an den Ableiter von außen herangebrachtes besonderes Löschmittel, z. ß. Druckgas, Drucköl oder auch andere Löschflüssigkeiten, insbesondere im Lichtbogen verdampfende Flüssigkeiten, wie Wasser, gelöscht werden.
  • Um das rechtzeitige Ansprechen des Ableiters oder der Funkenstrecke zu erzwingen. wird eine Elektrode des Ableiters, die beispielsweise aus einer zwischen der Funkenstrecke 8 angeordneten Steuerelektrode bestehen kann, oder die an den isolierten Nullpunkt angeschlossene Elektrode mit einer. Hilfsschirm io entsprechend Fig. i galvanisch verbunden. Dieser ist mit der elektrostatischen Abschirmung 3 kapazitiv gekoppelt. Durch den Hilfsschirm io wird also der Ableiter so gesteuert, daß er sofort beim Auftreffen von Stoßspannungen auf die zu schützenden Wicklungen anspricht.
  • Man kann aber auch, wie in Fig.2 dargestellt ist, Hilfsschirme i i mit der wellenführenden Leitung 4. oder der elektrostatischen Abschirmung 3 galvanisch verbinden und mit den Endwindungen der Wicklur_g kapazitiv koppeln. Die an den Nullpunkt angeschlossenen Wicklungsenden bzw. die letzten Spulen laden sich infolgedessen kapazitiv auf, so daß die Ansprechspannung des Überspannungsableiters 6 auch auf dies? Weise im Zeitpunkt des Auftreffens von Stoßspannungen auf dieWicklung2 erreicht wirrt.
  • Als Hilfsschirm i i können unter Uniständen vor der Wicklungsstirnseite angeordnete leitende Druckringe oder Strahlungsschutzringe verwendet werden.
  • Der durch die Erfindung erzielte Vorteil wird aus dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm ersichtlich. Hier sind über der Wicklungslänge L die zu verschiedenen Zeitpunkten herrschenden Spannungsverteilungen beim Einziehen einer dreiphasigen Stoßspannung aufgetragen. Im '\@'icklungsanfang herrscht die Spannung Uo. Die anfängliche, durch den Schirm erzwungene Verteilung ist durch die Kurve 2o gegeben. Man sieht, da' auch der Nullpunkt ein Potential annimmt. das ohne besondere Hilfsmittel zum Ansprechen des Ableiters nicht ausreicht. Infolgedessen bildet sich die durch die Ei genschwingun.gen der Wicklung bedingte Span-2n erteilung etwa gemäß Kurve 2 i aus. Diese stellt also einen Zwischenzustand zwischen Anfangs- und Endverteilung dar, b:i dem sowohl die Wicklungsisolation als auch die des Nullpunktes gefährdet ist. Die Endverteilung ist durch denL inienzug22 gegeben.
  • Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung, durch die das rechtzeitige Ansprechen desAbleiters erzwungen wird, ergibt sich demgegenüber die Anfangsverteilung 23. Zu dieser gehört aber jetzt von vornherein eine Endverteilung nach der Linie 22. Wi Fig. 3 erkennen läßt, weichen beide Verteilungen a2 und 23 nur so wenig voneinander ab, daß die Wicklung praktisch keine Eigenschwingungen,.auszuführen vermag.
  • Die elektrostatische Abschirmung 3 kann aus den in den Figuren angedeuteten, die Wicklung umgreifenden konischen Schirmen aus leitendem Werkstoff bestehen. Auch einzelne ringförmige Scheiben, die, zwischen den einzelnen Scheibenspulen der Hochspannungswicklung eingebettet, miteinander -und mit der wellenführenden Leitung verbunden sind, können den gleichen Zweck erfüllen. Für die Verwendung derErfindung ist es gleichgültig, ob die Hochspannungswicklung eine lagenweise gewickelte Röhrenwicklung ist -oder ob sie aus einzelnen Scheibenspulen besteht, die entweder dicht aufeinandergelegt sind oder Kühlkanäle frei lassen. Bei dicht aufeinandergelegten Scheibenspulen müssen zur Verbesserung der Kühlwirkung in den Scheibenspulen axiale Längskanäle vorgesehen werden.
  • Die Ankopplung des Ableiters an den wellenführenden Schirm 3 bzw. an die wellenführende Leitung 4 kann auch, wie beispielsweise Fig. 4 zeigt, durch einen zwischen Hochspannungswicklung 30 und Niederspannungswicklung 31 angeordneten Hilfsschirm3a erfolgen, .der zylinderförmig ausgebildet ist und aus gut leitendem metallischem Werkstoff besteht. Die elektrostatische Abschirmung 33 selbst besteht aus L-förmig gestalteten Ringen, die den Wicklungsanfang 34 mehr oder weniger vollständig einschließen. Hierbei wird vorteilhaft außer dem mit der wellenführenden Leitung 35 verbundenen Schirm 33 noch ein weiterer, mit einem Potentialpunkt der Wicklung galvanisch verbundener Schirm 36 vorgesehen. Die Wicklung kann, wenn sie eine lagenweise hergestellte Röhrenwicklung ist, in axialer Richtung in aufeinanderliegende einzelne Röhren 34, 37 und 38 unterteilt sein.
  • Wie in Fg. 5 angedeutet ist, kann die ganze erfindungsgemäße Anordnung außerhalb des Transformatorkessels 40 und der Durchführungen41 angeordnet werden. Wenn 42 die wellenführende Freileitung oder ein wellenführendes Kabel ist, wird auf einer gewissen Leitungsstrecke ein als Hilfsschirm dienender Leiter 43 vorgesehen, der mit den Elektroden 48 bzw. 8 oder einer besonderen Steuerelektrode des überspannungsableiters galvanisch gekoppelt ist.
  • Wählt man den mit der Hochspannungsleitung gekoppelten Leiter 43 kürzer als die zum Transformator führende Leitung 4-, dann kann damit erreicht werden, daß der Ableiter bereits anspricht, also den isolierten Nullpunkt mit Erde gavanisch verbindet, bevor noch die Überspannungen auf die zu schützenden Wicklungen auftreffen. Auf einfache Weise kann man dies mittels Umwegleitungen zumTransformator erzielen. Durch geeignete Wahl des Längenverhältnisses der Leitungen 4z und 43 kann man sogar erreichen, daß die Ansprechv erzögerung des Ableiters vollkommen kompensiert wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Überspannungsschutz für mit einem isolierten Nullpunkt verbundene Mehrphasenwicklungen elektrischer Apparate und Maschinen, bestehend aus längs der Wicklung angeordneten, mit der wellenführendenLeitung verbundenen elektrostatischen Schirmen und in die Erdleitung des Nullpunktes geschalteten Ableitern, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Nullpunkt verbundenen Elektroden des Ableiters durch zusätzlicheMaßnahmen, z.B. besondereSteuerelektroden, derart mit der wellenführenden Leitung kapazitiv gekoppelt sind, daß der isolierte Nullpunkt im Zeitpunkt des Auftreffens von überspannungen auf die zu schützende Wicklung oder kurz vorher durch Ansprechen des Ableiters mit der Erde galvanisch verbunden wird. a. Überspannungsschutz nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode des Ableiters mit einem Hilfsschirm (io) kapazitiv oder galvanisch gekoppelt ist, der seinerseits mit der elektrostatischen Abschirmung (3) der Wicklung kapazitiv gekoppelt ist. 3. Überspannungsschutz nach Anspruch i, gekennzeichnet durch mit der elektrostatischen Abschirmung (3) galvanisch oder kapazitiv gekoppelte Hilfsschirme (i i ), mit denen die an den Nullpunkt angeschlossenen Spulenwindungen der zu schützenden Wicklungen kapazitiv gekoppelt sind. 4. Überspannungsschutz nach Anspruch i bis 3, gekennzeichnet durch Mittel, z. B. Schaltfunkenstrecken, die im Zeitpunkt des Auftreffens von Überspannungen auf die zu schützenden Wicklungen oder kurz vorher den isolierten Nullpunkt über einen Kondensator an Erde anschließen, wobei dieserKurzschluß nach Abklingen der Überspannung wieder unterbrochen wird.
DES124684D 1936-10-27 1936-10-27 UEberspannungsschutz fuer mit einem isolierten Nullpunkt verbundene Mehrphasenwicklungen elektrischer Apparate Expired DE724115C (de)

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