-
Anordnung zur Stoßprüfung eines Spartransformators, dessen Zusatzwicklung
durch einen Uberspannungsableiter geschützt ist
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Anordnung zur Stoßprüfung eines Spartransformators, dessen Zusatzwicklung durch
Parallelschaltung eines Überspannungsableiters, insbesondere eines Ventilableiters,
geschützt ist.
-
Zur Kopplung von elektrischen Verteilungsnetzen hoher Spannung werden
in steigendem Maß Spartransformatoren verwendet. Es ist schon vorgeschlagen worden,
zum Schutz der Zusatzwicklung solcher Spartrausformatoren Überspannungsab leiter,
insbesondere Ventilableiter, mit Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigem Widerstand
zu verwenden, da derartige Zusatzwicklungen als Serienwicklung zwischen zwei Netzen-Ubers/pannungsbeanspruchungen
ausgesetzt sind, die im Verhältnis zu ihrer Nennspannung außerordentlich groß sind.
-
Wird z. B. ein Hochspannungsnetz mit 400 kV Nennspannung mit einem
23I-kV-Netz - beide Netze - seien starr geerdet - verbunden, so beträgt die Nennspannung
der Zusatzwicklung nur 170 kV/#3#100 kV. Auf diese Wicklung können nun aber Überspannungen
aus dem 400-kV-Netz kommen, die dem Isolationspegel des oo-kV-Netzes entsprechen.
Isoliert man nun die Zusatzwicklung für diese hohen möglichen Überspannungen, so
muß also eine Ioo-kV-W,icklung in sich wie eine 400-kV-Wicklung isoliert werden,
was einen außer-
ordentlichen Isolationsaufwand, und bei Grenzleistungstransformatoren
eine entsprechende Leistungsreduktion zur Folge hat.
-
Der Isolationsaufwand läßt sich erheblich reduzieren, wenn die Zusatzwicklung
durch Parallelschaltung eines Ableiters entsprechender Spannung geschützt wird.
Wenn auch in dem oben erwähnten Beispiel keinAbleiter mit einer Nennspannung von
100 kV verwendet werden kann, da im praktischen Betrieb mit erheblichen Spannungsüberhöhungen
an der Zusatzw,icklung zu rechnen ist, so bedeutet die Parallelschaltung eines Ableiters
mit beispielsweise 230 kV Nennspannung schon eine erhebliche Reduzierung der erforderlichen
Isolation und damit unter Umständen die Möglichkeit einer beträchtlichen Leistungssteigerung
gegenüber einem Transformator mit ungeschützter Zusatzwicklung.
-
Das wird deutlich, wenn man inBetracht zieht, daß der Schutzpegel
eines Ableiters mit 230 kV Nennspannung etwa 870 kV beträgt, der Schutzpegel für
die Reihe 400 E jedoch I280 kV.
-
Ein derartiger zur Zusatzwicklung parallel geschalteter ÜberspannungsabLeiter
ist als ein dem Transformator fest zugeordneter Bestandteil zu betrachten. Soll
daher in einer Stoßprüfung die Isolierfestigkeit eines so geschützten Spartransformators
nadhgeprüft werden, so ist eine solche Prüfang, sie sei zunächst auf die Prüfung
mit einer vollen Stoßwelle beschränkt, nur sinnvoll, wenn die Zusatzwicklung einschließlich
des parallel geschalteten Überspannungsableiters mit einer Stoßspannung geprüft
wird, die über dem Schutzpegel der ihrem Überspannungsschutz dienenden Ab leiter
liegt bzw. die mindestens dem unteren Isolationspegel der dem fraglichen Ableiter
zugeordneten Reihenspannung entspricht.
-
Gleichzeitig muß dabei aber auch der freie Pol der Zusatzwicklung
gegen Erde entsprechend dem unteren Isolationspegel der höchsten Reihen spannung
des Spartransformators gestoßen werden.
-
Aus diesen Forderungen ergeben sich zunächst nun Schwierigkeiten
insofern, als es kaum möglich sein dürfte, mittels eines wirtschaftlich tragbaren
Stoßgenerators Stoß spannungen an eine mit einem Ableiter hoher Spannung gesdhützte
Zusatzwick-. lung zu legen, die über diesem Ableiter Spannungen, die etwa 10 oder
I50/o über seinem Schutzpegel liegen, zur Folge haben und gleichzeitig den freien
Pol der Zusatzwicklung entsprechend hoch beanspruchen.
-
Bleibt man bei dem oben genannten Zahlenbeispiel, dann müßte der
Stoßgenerator in der Lage sein, über einen Uberspannungsableiter mit 230 kV Nennspannung
einen Spannungsabfall von etwa 980 kV (sein Schutzpegel ist 870 kV) zu erzeugen
und gleichzeitig die freie Klemme der Zusatzwicklung auf 1450 kV entsprechend einem
unteren Isolationspegel der Reihe 400 E gegen Erde anzuheben, wobei durch den Ableiter
Ströme in der Größe von etwa 10 bis 20 kA fließen würden.
-
Die- Schwierigkeiten bei der. Stoßprüfung eines Spartransformators,
dessen Zusatzwicklung mit einem Überspannungsableiter geschützt ist, werden erfindungsgemäß
dadurch beseitigt, daß parallel zur Erregerwicklung des Zusatztransformators eine
Impedanz, insbesondere ein ohmscher Widerstand, parallel geschaltet ist, die bzw.
der so ausgelegt ist, daß bei einem vorgegebenen Stoßstrom durch den Überspannungsableiter
am gestoßenen freien Ende der Zusatzwicklung bzw. an den damit verbundenen Wicklungsteilen
eine vorgegebene Stoß spannung auftritt.
-
In Fig. I ist der Erfindungsgedanke näher erläutert. Der in Frage
stehende Spartransformator sei aus der Zus atzwicklung 2 und der Erregerwick lung
4 aufgebaut. Die freie Klemme der Zusatzwicklung ist mit I bezeichnet, die der Zusatzwicklung
und der Erregerwicklung gemeinsame Klemme mit 3 und die im vorliegenden Beispiel
geerdet angenommene Nullpunktklemme des Spartransformators mit 5. Zur Fehleranzeige
ist die Klemme 5 nicht unmittelbar mit Erde verbunden, sondern zwischen die Erregerwicklung
4 und Erde 7 und zwischen die parallel zur Erregerwicklung geschaltete Impedanz
g und Erde 7 ist je ein Meßwiderstand 6, II geschaltet, deren sie durch fließende
Stoßströme mittels eines geeigneten Meßgerätes, insbesondere Kathodenstrahloszillographen,
beobachtet werden. Der Meßwiderstand II ist ebenso wie der Meßwiderstand 6 und die
weiter noch in der Schaltung verwendeten Meßwiderstände I4t;nd 17 ein irgendwie
gearteter komplexer oder auch ein einfacher elektrischer Widerstand.
-
Zwischen dem der Zusatzwicklung 2 und Erregerwicklung 4 gemeinsamen
Ende 3 und Erde 7 und dem freien Ende 1 der Zusatzwicklung 2 und Erde 7 sind jeweils
Spannungsteiler I5, I7; 9, II eingeschaltet, an denen an den Punkten I6, 10 der
Verlauf der Stoßspannungen dieser Punkte I, 3 gegen Erde und gleichzeitig der Verlauf
der Stoßspannung über der Zusatzwicklung aufgenommen werden kann. Ebenso kann der
Spannungsverlauf an der Klemme 3 mit Hilfe des aus den Bauelementen 12 und 14 aufgebauten
Spannungsteilers durch Anschluß eines Kathodenstrahloszillographen an der Klemme
I3 aufgenommen werden. Zwischen den Klemmen I3 und I6 kann außerdem noch unmittelbar
der Spannungsverlauf über der Zusatzwicklung 2 bzw. dem Überspaunungsableiter 8
gemessen werden.
-
Legt man das obenerwähnte Zahlenbeispiel auch hier wieder zugrunde,
so ist das Ziel der Stoßprüfung, den aus der Erregerwicklung 4 und der Zusatzwicklung
2 gebildeten Spartransformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 400 auf 23I
kV so zu stoßen, daß an der freien Klemme I der Zus atzwicklung entsprechend der
Reihe 400 E eine Stoßspannung von I450 kV auftritt (unterer Isolationspegel) und
daß dabei die Zusatzw,icklung 2 mit einer Stoßspannung von 980 kV gestoßen wird,
entsprechend deti unteren Isolationspegel einer fiktiven Reihe 230 (voll isolierter
Nullpunkt), da der Überspannungsableiter 8 milt einer Nennspannung von 230 kV vorgesehen
wurde. Da die Stoßspannung ,in der Zusatzwicklung 2 gleich der Restspannung des
zu ihr parallel geschalteten Über-
spannungsableiters ist, muß also
die Prüfung dann so durchgeführt werden, daß die Restspannung am lDherspannungsableiter
bei der Stoßprüfung dem unteren Isolationspegel der durch ihn geschützten Zusatzwicklung
entspricht.
-
Da es wirtschaftlich nicht tragbar ist, einen Stoßgenerator zu bauen,
der an dem ueber spannungsableiter 8 die um etwa I50/o über dem Schutzpegel liegende
Spannung des unteren Isolationspegels erzeugt - der N,ennableitstoßstrom solcher
Ableiter beträgt etwa IokA, und zur Erzeugung einer um 15 % höheren Restspannung
sind dann etwa 20 kA erforderlich -, kann man den unteren Isolationspegel dadurch
einfacher erzeugen, daß man die Nennspannung des für die Stoßprüfung vorgesehenen
Überspannungsableiters bei der Stoßprüfung im Verhältnis der Spannung des unteren
Isolationspegels zum Schutzpegel des betriebsmäß ig vorgesehenen Ableiters erhoht.
Dann genügt die Erzeugung des Neunableitstoßstromes zur Erzeugung eines Spannungsabfalls
am Überspannungsableiter gleich dem erwähnten unteren Isolationspegel, der der vorgegebenen
Ableiterrestspannung entspricht. Eine noch weitergehende Erleichterung für die Durchführung
der Stoßprüfung ergiht sich dadurch, daß man bei unveränderten Ansprechspannung
des bei der Stoßprüfung verwendeten Überspannungsableiters dessen Restspannung so
erhöht, daß die vorgegebene Ableiterrestspannung schon bei einem Bruchteil des Nennableitstoßstromes
von etwa 500 oder I000 A erreioht wird.
-
Gemäß der Erfindung wird dann zwischen der Klemme 3 und der Erde
7 eine Impedanz, hier der ohmsche Widerstand 9, eingeschaltet, der so ausgelegt
wird, daß bei einem vorgegebenen Stoßstrom durch den Ableiter 8 die eingangs erwähnten
Forderungen erfüllt sind. Der ohmsche Widerstand 9 der Meßwiderstand 11 kann in
diesem Zusammenhang vernachlässigt werden - ist dann so auszulegen, daß bei dem
eben genannten Ableiterstoßstrom von etwa IoooA über ihm eine Spannung von 470 kV
entsteht, so daß zusammen mit der Ableiterrestspannung von 980kV die Stoßspannung
der freien Klemme 1 im Scheitel wert tatsächlich i5okVbeträgt. Wenn bei dieser Rechnung
in erster Annäherung die Stoßströme durch die Wicklungen des Spartransformators
außer acht gelassen wurden, so ist das ohne weiteres zulässig, da die Stoßströme
durch die Wicklung des Spartransformators im allgemeinen wesentlich kleiner sind
als der Stoßstrom durch den Ableiter und den Stützwiderstand 9. Sollte das für einen
zuerst der Dimensionierung zugrunde gelegten Ableiterstrom nicht voll zutreffen,
so kann dieser Ableitierstrom entsprechend größer gewählt werden, oder auch der
Widerstandg wird auf Grund von Versuchsergebnissen so modifiziert, daß die Zusatzwicklung
2 tatsächlich mit der gewünschten Spannung beansprucht wird. Unter Umständen kann
es auch zweckmäßig sein, für die Stoßprüfung an Stelle des spannungsabhängigen Begrenzungswiderstandes
einen linear-ohmschen Widerstand zu verwenden, so daß der Überspannungsableiter
für die Stoßprüfung aus einer Löschfunkenstrecke und einem ohmschen Widerstand besteht.
-
Grundsätzlich kann die Stützimpedanz g auch aus einem spannungsabhängigen
Widerstand oder aus einem komplexen Widerstand aufgebaut werden. Voraussetzung ist
nur, daß die Zusatzwicklung 2 und die Klemme I innerhalb der zulässigen Toleranzen
mit den vorgegebenen Stoßspannungen beansprucht werden.
-
In der eben beschriebenen Anordnung kann die Stoßspannungsfestigkeit
der Zusatzwicklung 2 bzw. der zwischen I und Erde eingeschalteten Wicklung für Stoßwellen,
die auf die Klemme I auflaufen, nachgewiesen werden. Der Nachweis der Stoßspannungsfestigkeit
für die Erregerwicklung 4 hat in einer zweiten Stoßspannungsprüfung zu erfolgen,
wobei die Festlegung des Spannungsver laufes über der Zusatzwicklung 2 bzw. des
Spannungsverlaufes an der Klemme I in erster Linie durch das Verhältnis der Zusatzspannung
zur Erregerspannung bzw. das Verhältnis der Isolationspegel der Zusatzwicklung zur
Erregerwicklung bestimmt ist. Ist der Isolationspegel der Zusatzwicklung 2 gleich
oder größer als der Isolationspegel der Erregerwicklung 4, so kann zur Stoßprüfung
der Erregerwicklung ohne weiteres das freie Ende I der Zusatzwicklung 2 starr geerdet
werden. In jenen Fällen, in denen der Isolationspegel der Zusatzwicklung 2 kleiner
ist als jener der Erregerwicklung 4, wird bei einer Stoßspannungsprüfung der Erregerwicklung
4 das freie Ende I der Zusatzwicklung 2 über einen entsprechend bemessenen Widerstand
geerdet.
-
Bei der in Fig. I gemäß der Erfinldungsidee vorgenommenen Festlegung
des Stoßspannungsverlaufes an der Klemme 3 durch den Überspannungsableiter 8 und
die Stützimpedanz g kann der Fall eintreten, daß die Messung des Spannungsverlaufes
an der Klemme 5, d. h. über dem zwischen dem Transformatornullpunkt 5 und Erde eingeschalteten
Meßwiderstand 6, nicht genügend empfindlich ist. um auch kleine Fehler, die bei
der Stoßprüfung in der Zusatzwicklung 2 aufgetreten sind, anzuzeigen.
-
In Erweiterung der Erfindung wird eine sehr empfindliche Fehleranzeige
für die Zusatzwicklung 2 dadurch erzielt, daß gemäß Fig. 2 der über spannungsableiter
8 zum Schutz der Zusatzwicklung 2 vor dem freien Ende I der Zusatzwicklung 2 angeschlossen
ist, wobei dieser Punkt 19 mit dem freien Ende 1 der Zusatzwicklung 2 über einen
Meßwiderstand I8 rein ohmscher oder auch kom plexer Art verbunden ist. Zwischen
dem Anschlußpunkt 19 des Überspannungsableiters 8 und Erde 7 wird ein Spannungsteiler
aus den Widerstandselementen æ und 20 angeschlossen, an dem zusammen mit dem am
freien Pol I der Zusatzwicklung 2 angeschlossenen Spannungsteiler 15, 17 der Spannungsverlauf
an dem Meßwiderstand. I8 zwischen den beiden Hochspannungsanschlüssen I, 19 mittels
eines Kathodenstrahloszillographen oder sonstigen Meßinstrumentes ermittelt werden
kann.
-
Dies wird dadurch erreicht, daß ein Kathoflen
strahloszillograph
zwischen den Klemmen I6 und 21 angeschlossen wird, der bei richtiger Auslegung der
aus den Elementen 22 und 20 bzw. I5 und I7 gebildeten Spannungsteiler die unmittelbar
an dem Meßwiderstand 18 auftretende Spannung anzeigt.
-
Diese Spannung ist ein Abbild des durch die Zusatzwicklung 2 fließenden
Stoßstromes, der sich nach bekannten Regeln bei einem während der Stoßprüfung allenfalls
an der Zusatzwicklung 2 auffretenden Fehler in charakteristischer Weise ändert und
damit eine sehr empfindliche Fehleranzeige für die Prüfung gibt. Selbstverständlich
kann auch zur Vornahme bestimmter Messungen ein Kathodenstrahloszillograph nur an
der Klemme 21 angeschlossen werden.
-
PATENTANSPRACHE I. Anordnung zur Stoßprüfung eines Spartransformators,
dessen Zusatzwicklung durch Parallelschaltung eines Überspannungsableiters, insbesondere
eines Ventilableiters, geschützt fst, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Erregerwicklung
des Zusatztransformators eine Impedanz, insbesondere ein ohmscher Widerstand, parallel
geschaltet ist, die bzw. der so ausgelegt ist, daß bei einem vorgegebenen Stoßstrom
durch den Überspannungsableiter am gestoßenen freien Ende der Zusatzwicklung bzw.
an den damit verbundenen Wicklungsteilen eine vorgegebene Stoß spannung auftritt.