-
Drehstromtransformator (oder -Drossel) mit isoliertem Nullpunkt Die
Erfindung bezieht sich auf einen Drehstromtransformator oder auf eine Drehstromdrosselspule
mit isoliertem Nullpunkt. Bei derartigen Transformatoren kommt es bekanntlich beim
Auftreffen einer dreipolig anlaufenden Blitz- oder Wanderwelle zu einer ausgeprägten
Schwingung des Nullpunktes der Wicklung gegen Erde, wenn die durch die kapazitiv
e Anfangsverteilung gegebene Spannung am Nullpunkt im ersten Augenblick, nicht mit
dem durch die quasistationäre Endverteilung vorgeschriebenen Spannungswert übereinstimmt.
-
Für die Berechnung der Grundfrequenz dieser Schwingung kann bei einem
Transformator, bei dem sämtliche Wicklungen in Stern geschaltet sind, stets ein
Ersatzbild nach Fig. i zugrunde gelegt werden. Hierin bedeutet L1 die wirksame Streuinduktivität
der Primärwicklung, IV-L. die auf die Prilnärseite umgerechnete wirksame Streuinduktivität
der Sekundärwicklung, ii-L1, 2 die gegenseitige Induktivität, CE die an der
Nullpunktschwingung beteiligte wirksame Erdkapazität der Primärseite, ii2
- Z, die sekundärseitige Belastung jeder Phase gegen Erde, ü das Übersetzungsverhältnis
zwischen der Primär- und Sekundärseite und 17 die Größe der auf die Wicklung auftreffenden
Stoßspannung.
-
Da nun in allen praktisch ausgeführten Transformatoren ü - L1, 2 stets
sehr viel größer als L1 -I,- ii° - L@ = LS ist. so kann mit guter
Annäherung statt Fig. i das Ersatzbild Fig. 2 eingeführt werden. Man erkennt, daß
eine Nullpunktschwingung vermieden ist, wenn ü°-Z- gleich ist oder größer ist als
Um nun unabhängig von der beliebig wechselnden sekundärseitigen Belastung der einzelnen
Phasen gegen Erde stets die volle Dämpfung der Nullpunktschwingung der Primärseite
qder der mit Wanderwellen beanspruchten
Wicklung zu erreichen,
erhält der Transformator oder die Drossel gemäß der Erfindung außer seinen Leistungswicklungen
mindestens eine im offenen Dreieck geschaltete, über einen Widerstand von derartiger
Größe geschlossene Hilfswicklung. daß die von einziehenden Stoßspannungen verursachte
Nullpunktschwingung mindestens auf einen für die Transformatorisolation ungefährlichen
Wert gedämpft wird.
-
In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Allordnung als Ausführungsbeispiel
dargestellt. Der drei- oder inehrschenklige Eisenkern i trägt die Leistungswicklungen
2 und 3. Diese sind beide in Stern geschaltet. 3 ist die mit einer wellenführenden
Leitung verbundene Hochspannungsprirnärwicklung. Unmittelbar auf die bewickelten
Eisenkernschenkel -. sind die erfindungsgemäßen Hilfswicklungen aufgebracht, die
z. B. aus schwach isolierten Flachkupferbändern bestehen können. Sie sind im offenen
Dreieck geschaltet; über den Dämpfungswiderstand 6 ist das Dreieck geschlossen.
Dieser Dämpfungswiderstand kann ein rein Olimscher Widerstand sein. Man kann auch
die Dreieckhilfswicklung über Blindwiderstände oder gemischte Widerstände schließen.
-
In diesem Falle wirkt der Blindwiderstand entweder mittelbar dadurch
spannungabsenkend auf die Höhe der primärseitigen Nullpunktspannung, daß er die
Periodendauer der Nullpunktschwingung wesentlich verlangsamt (iiidulctiver Blindwiderstand)
oder urimittelbar spannungsenkend, indem er einen Teil der Spannung der primärseitigen
Erdkapazität CE selbst aufnimmt (kapazitiver Blindwiderstand). Eine Kombination
voll Blindwiderständen und Ohmschen Widerständen kann die dämpfende und die spannungahsenkende
Wirkung in noch vollkommenerer `"eise in sich vereinigen.
-
Für die in Fig. 3 dargestellte Drehstromanordnung ist je Phase ein
Drittel des in die offene Dreieckswicklung geschalteten Gesamtwiderstandes 6 wirksam.
Für dieses Drittel gilt die ollen abgeleitete Beziehung
Der Ohinwert des Gesamtwiderstandes 6 ergibt sich daher zu
Hierin ist ii das L'bersetzullgsverhältnis zwischen der wellenführenden Wicklung
und der Hilfswicklung, während I_S die wirksame Streuinduktivität zwischen beiden
Wicklungen darstellt. Die Größe voll I_S ergibt sich bei Transformatoren mit aus
Sclieihenspuleil aufgebauter Röhrenwicklung in guter Annäherung aus der Streuinduktivität
l_, pro Phase zu
Bei Transformatoren mit Lagenwicklung ist ohne weiteres L; = 1_S zu setzen.
Für die wirksame Erdkapazität C;' ist bei Transformatoren mit Röhrenwicklung
einzuführen, wenn CL die gesamte Erdkapazität eines Wicklungsschenkels bedeutet.
Bei Transformatoren mit Lagenwicklung ist für CL' die Sumine der gesamten
Erd- und Ouerkapazität eines Wicklungsschenkels einzusetzen. Durch die beschriebene
Maßnahme wird sowohl bei aus Scheibenspulen aufgebauten Röhrenwicklungen als auch
bei Lagenwicklungen erreicht. daß die Spannung am Nullpunkt praktisch aperiodisch
auf ihren Endwert steigt und stets mit Sicherheit unter der Spannung all den Eingangsklemmen
bleibt. Dadurch sind -Nullpttnktsiiberschläge vollkoiinneii vermieden. Man kann
infolgedessen die Isolation des Nullpunktes und der an den Nullpunkt angeschlossenen
Wicklungsteile wesentlich schwächer wählen und diese gegebenenfalls ohne Rücksicht
auf einziehende Stoßspannungen nur für die bei Erdschluß einer Phase am Nullpunkt
auftretende Spannung bemessen. Die Wirkung der erfindungsgemäßen Hilfswicklung ist
aus dein in Fig..I enthaltenen Diagramm zu entnehmen. Auf der Abszisse ist die Zeit
T inMikrosekunden aufgetragen, während die Ordinate die Stoßspannung U in Volt darstellt.
Nach dem Linienzug io verläuft die Stoßspannung am Wicklungsanfang, also das Klemmenpotential.
Nach der Kurve i i verläuft die Spannung am Nullpunkt, wenn keine Hilfswicklung
vorhanden ist oder wenn diese offen ist. Ist jedoch die Hilfswicklung über einen
Dämpfungswiderstand geschlossen, dann nimmt die Spannung am Nullpunkt bei einer
auf den Wicklungsanfang treffenden Stoßspannung den Verlauf nach der Kurve 12.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung koninit auch bei ein- oder zweiphasig
auf die Drehstromwicklung treffenden Stoßspannungen zur Wirkung, jedoch hat sie
hier nicht die große Bedeutung wie bei dreiphasigem Stoß, weil die Spannung am -Nullpunkt
dann lediglich um l/3 bzw. =;3 der Spannung am Wicklungsanfang als Endwert heruinschwiligt,
also stets unterhalb der die Isolation gefährdenden Grenze bleibt.
-
Die erfindungsgemäße Hilfswicklung kann sowohl bei Transformatoren
in Sternschaltung als auch in Zickzackschaltung oder in Sterii-Zick-r_acl:-Schaltung
verwendet werden.
Wenn jedoch eine oder mehrere Leistungswicklungen
des Transformators in Dreieck geschaltet sind, so daß für das von _der dreiphasigen
Stoßspannung induzierte Feld im Eisenkern eine Kurzschlußwicklung vorhanden ist,
sind die Dämpfungsbedingungen nicht erfüllt. In diesem Falle kann man aber auch
bis zu einem gewissen Grade eine Dämpfung der -Nullpunktschwingung erreichen, wenn
z. B. die eine Leistungswicklung in Stern und die andere in einer offenen Dreieckschaltung
betrieben wird. Derartige offene Dreieckschaltungen kommen z. B. vor, wenn. im Hauptkern
die dritte Harmonische eine gewisse Größe haben soll.
-
Eine Dämpfung der Nullpunktschwingung bei einem Transformator, der
mindestens eine in Dreieck geschaltete Leistungswicklung trägt, läßt sich auch erzielen,
wenn man die Hilfswicklung in den Streukanal der Leistungswicklungen einsetzt. Die
räumliche Anordnung hierfür ist in Fig. 5 enthalten. Die Schenke1.2o des Drehstromkernes
tragen die in Dreieck geschalteten N iedervoltwicklungen 2 i und die in Stern geschalteten,
an einen isolierten -Nullpunkt angeschlossenen Hochspannungswicklungen 22. Die erfindungsgemäße
Hilfswicklung 23 liegt im Streukanal zwischen den beiden Leistungswicklungen 2i
und 22, so daß sie mit der wellenführenden Wicklung 22 die Streuinduktivität L,
hat. Es kann also die Dämpfungsbedingung für die Nullpunktschwingung erfüllt werden.
Für die Konstruktion empfiehlt es sich, die Hilfswicklung 23 in einen der zwischen
den Wicklungen 21 und 22 befindlichen Isolierzylinder einzubetten oder auf einen
Isolierzylinder aufzulegen. Allerdings kann man die Hilfswicklung auch als Flachkupferband
unmittelbar auf die zu schützende wellenführende Wicklung 22 auflegen. Es ergibt
sich dann z. B. für eine aus Scheibenspulen bestehende Hochspannungswicklung in
fabrikatorischer Hinsicht der Vorteil, daß die Kupferbänder der Hilfswicklung bei
der Herstellung der Scheibenspulen mit den Hauptleitern zusammen auf dem Wickeldorn
auflaufen. Eine derartige Scheibenspule ist in Fig.6 enthalten. Unmittelbar auf
den aus Flachkupfer bestehenden Hauptleitern 24 sind die aus Metallbändern bestehenden
Hilfswindungen 25 aufgelegt. Die Windungszahl der Hilfswicklung kann natürlich gegen
die Hauptwicklung wesentlich verringert sein. Bei dieser Anordnung ergibt sich für
L, ein kleiner Wert, so daß man an der Größe des Dämpfungswiderstandes 6 für die
Hilfswicklung sparen kann.
-
In analoger Weise gelten natürlich die obigen Anordnungen der Dämpfungshilfswicklung
auch für Transformatoren, bei denen jede Phase einen besonderen Eisenkern besitzt.
also auch für eine aus drei Einphasentransformatoren bestehende Drehstromgruppe.