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Regulier-Spartransformator Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Regulier-Spartransformator für hohe Spannungen, dessen als Lagenwicklung ausgeführte Regulierwicklung unmittelbar am Primärnetz liegt.
Bei Reguliertransformatoren für hohe Spannungen ist es üblich, die Regulierwicklung an die Sternpunktseite zu legen, um übermässige Beanspruchungen durch Stossspannungen des Netzes zu vermeiden. Für Regulier-Spartransformatoren ist es hingegen, insbesondere bei einem grösseren Regulierbereich, infolge der Sättigungsschwankungen im Eisen erforderlich, die Regulierwicklung an das hochspannungsseitige Ende der Wicklung zu legen. Die Vorgänge, die sich in diesem Falle beim Auftreten einer Stossspannung abspielen, seien anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. In Fig. 1 ist mit P die gemeinsame Wicklung, mit S die Zusatzwicklung und mit R die Regulierwicklung bezeichnet. Ni ist das primäre, N3 das sekundäre Netz.
Der zeitliche Verlauf der Spannungen in den Wicklungspunkten 1, 2 und 3 kann der Fig.2 entnommen werden. Beim Auftreten einer Stossspannung u, liegt zwischen Punkt 1 und Erde der volle Wert dieser Spannung, während die Spannung u3 infolge des Wellenwiderstandes des Netzes N, relativ klein bleibt.
Die Spannung uz des Wicklungspunktes 2 nimmt bei einer steilen Stossspannung im ersten Augenblick den Wert u2, an, der durch den Ausdruck u4 - Cl/(Cl + C2) gegeben ist, wobei Cl die Kapazität des Wicklungspunktes 1 gegenüber dem Punkt 2, das heisst die Kapazität der Regulierwicklung und C2 die Kapazität des Punktes 2 gegen Erde bedeutet (Fig. 1). Die Spannung u., ist eine Ausgleichsschwingung vom Anfangszustand u2;, in dem quasistationären Endzustand u", wobei der Verlauf von u.. von der Stossspannung u5 und von der Lage des Punktes 2 innerhalb der Wicklung abhängt.
Der Anfangswert von u2, wird beispielsweise bei einem Regulierbereich von 20 /a etwa 0,8 betragen, wenn der Anfangswert von u. mit 1 bezeichnet ist. Die Amplitude u2", der Ausgleichsschwingung wächst mit der Differenz zwischen dem Anfangswert von u 2e und 22a. Würde man die Regulierwicklung als Scheibenspulenwicklung ausführen, so wäre u2, nahezu gleich 0, da Cl wesentlich kleiner als C2 ist. In diesem Fall nimmt u2m Werte an, welche die maximale Stossspannung wesentlich überschreitet. Für den Transformator wird dadurch eine starke Isolation erforderlich, die eine erhebliche Verteuerung bedingt.
Aus den vorgenannten Gründen führt man die Regulierwicklung üblicherweise als Lagenwicklung aus, die eine viel grössere Kapazität als die Scheibenspulenwicklung besitzt. In Fig. 3 und 4 sind bekannte Ausführungsarten von Regulierspar- transformatoren schematisch dargestellt. Mit P ist wieder die gemeinsame Wicklung, mit S die Zusatzwicklung, mit 4 sind die einzelnen Lagen und mit 5 die Verbindungsleitungen der Regulierwicklung bezeichnet. Die in Fig. 3 wiedergegebene Regulierwicklung ist aus gleichsinnig gewickelten Lagen aufgebaut, die räumlich aufeinanderfolgenden Lagen von Fig. 4 sind jedoch gegensinnig gewickelt.
Um die Kühlung der Wicklungen sicherzustellen, kann z. B. zwischen jeder Lage ein Kühlkanal vorgesehen werden. Es ist aber auch möglich, die Anzahl der Kühlkanäle zu reduzieren und zwei oder mehrere Lagen direkt aufeinander zu wickeln. Die Kapazität der Lagenwick- lungen gemäss Fig. 3 und 4 ist praktisch gleichgross.
Eingehende Untersuchungen haben nun ergeben, dass auch diese bisher verwendeten Transformatoren unzulässig hohe Werte von u2n, aufweisen. Eine entscheidende Verbesserung wäre nicht dadurch möglich, dass die einzelnen Lagen gemäss einer an sich bekannten Transformatorwicklung ineinander verschachtelt und der Eingang der Regulierwicklung am einen Ende, der Ausgang etwa in der Wicklungsmitte
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angeordnet würde. In diesem Falle wäre nämlich die Überschlagspannung zwischen Anfang und Ende der Wicklung viel zu niedrig.
Die geschilderten Mängel lassen sich jedoch dann vermeiden, wenn erfindungsgemäss die räumlich am weitesten voneinander entfernten, zumindest teilweise ineinander verschachtelten Wicklungen zum Anfang und Ende der Regulierwicklung führen. Auf diese Weise lässt sich ein Regulier-Spartransformator bauen, der auch starken Stossbeanspruchungen standhält.
In den Fig. 5 bis 7 sind als Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes drei Regulier-Spartrans- formatoren vereinfacht wiedergegeben.
Gemäss Fig. 5 ist zwischen zwei elektrisch unmittelbar miteinander verbundenen Lagen 4 teilweise eine weitere Lage eingeschachtelt, wodurch die gegenseitige Kapazität erheblich gesteigert werden kann. Die Anfänge A und E der Regulierwicklung haben die grösstmögliche Entfernung voneinander.
In den Fig. 6 und 7, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 5, sind Wicklungen dargestellt, bei denen, zumindest teilweise, zwischen zwei elektrisch unmittelbar miteinander verbundenen Lagen mehrere weitere Lagen angeordet sind.
Infolge der Ineinanderschachtelung von Wicklungslagen wächst die Lagenspannung. Um diese höhere Spannung besser beherrschen zu können, ist es zweckmässig, zwischen den Lagen hoher gegenseitiger Spannungsdifferenz eine feste Isolation anzuordnen. Die erforderlichen Kühlkanäle können dann zwischen den Lagen mit geringerem Spannungsunterschied vorgesehen sein.
Die vorbeschriebene Anordnung ist nicht auf die beschriebenen Regulier-Spartransformatoren be- schränkt, sondern kann auch auf eine Gruppe, bestehend aus einem einzelnen Spartransformator und einem Reguliertransformator, mit Vorteil angewendet werden. Die in den Figuren mit P und S bezeichneten Wicklungsteile lassen sich sowohl als Scheibenspulen- als auch als Lagenwicklungen ausführen.