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Wicklungsanordnung mit Tertiärwicklung bei Hochspannungstransformatoren Bei Vorhandensein einer im Dreieck geschalteten, in sich geschlossenen Tertiärwicklung weisen Transformatoren, bei denen wenigstens die eine Betriebswicklung starr geerdet ist und aus zwei konzentrisch zueinanderliegenden und in Serie geschalteten Wicklungsteilen besteht, während die andere Betriebswicklung nicht geerdet und auch nicht unterteilt zu sein braucht, grundsätzlich verschiedenes Verhalten gegen- über Stossspannungen auf, und zwar je nach der räumlichen Lage der Dreieckswicklung zu dem an die Eingangsklemme angeschlossenen Wicklungsteil der unterteilten Wicklung.
Liegt beispielsweise eine doppelkonzentrische Wicklungsanordnung nach Fig. 1 vor, in welcher 1 die dem Eisenkern K benachbarte Ter- tiärwicklung, 2 und 4 die beiden Wicklungsteile der unterteilten Betriebswicklung und 3 die zwischen diesen angeordnete andere Betriebswicklung darstellt, dann ergeben sich beim Auftreffen eines Spannungsstosses auf die Eingangsklemme u an der unterteilten Wicklung 2, 4 folgende Vorgänge: Solange die Wicklungen 2, 3 und 4 als Röhrenwicklungen ausgebildet werden, hat der Aufbau des bei E geerdeten aussenliegenden Wicklungsteiles 4 keinen praktischen Einfluss auf die Anfangsspannungsverteilung im Wicklungsteil 2.
Aus der Kurve A2 der Fig. 2 ist ersichtlich, dass in diesem Falle praktisch die ganze Stossspannung nur auf den Wicklungsteil 2 entfällt. Sie verteilt sich somit räumlich nach dem für Röhrenwicklungen bekannten Verlauf. Bei der Endverteilung dagegen entfällt die Stossspannung, wie Messungen bestätigen, fast ausschliesslich auf den geerdeten Wicklungsteil 4, so dass der Wicklungsteil 2 im Endzustand praktisch keine Spannungsdifferenzen zwischen seinem Anfang und Ende aufweist. Mit E2 und E4 sind in Fig. 2 die Endverteilungen auf die Wicklungsteile 2 und 4 angegeben.
Wie unschwer zu ersehen ist, entstehen auf Grund des vorstehend skizzierten Verlaufes der Anfangs- und Endverteilung längs der gesamten Wicklung starke Ausgleichsschwingungen, wie die gestrichelte Kurve H2, H4 er- kennen lässt, und zwar auch im Wicklungsteil 4, der bei der Anfangsverteilung ungefährdet ist. Diese haben zur Folge, dass sämtliche Wicklungspunkte sehr hohe Spannungen gegen Erde und gegeneinander annehmen. Die starre Erdung des Endes des Wicklungsteiles 4 kommt also kaum zur Geltung.
Ganz ähnlich liegen die Verhältnisse, wenn man den Wicklungsaufbau so wählt, dass die Dreieckswicklung 1 entsprechend Fig. 3 ganz aussen, also dem Kessel benachbart zu liegen kommt und ausserdem die Eingangsklemme u der in zwei Teile 2 und 4 unterteilten und in Serie geschalteten einen Betriebswicklung der Dreieckswicklung benachbart anordnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wicklungsanordnung für Hochspannungstransformatoren, bei der ausser mindestens zwei Betriebswicklungen noch eine in sich geschlossene Tertiärwicklung vorgesehen ist und die eine der beiden Betriebswicklungen aus mindestens zwei in Serie geschalteten und starr geerdeten Wicklungsteilen besteht, anzugeben, bei der die Stossspannungsbeanspruchung weitgehend gegenüber den vorbeschriebenen Wicklungsanordnungen herab- setzbar ist.
Dieses 'Ziel wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass von den zwei Wicklungsteilen der unterteilten Betriebswicklung der starr geerdete Wicklungsteil der Tertiärwicklung am nächsten liegt. Dabei kann mit Vorzug die andere Betriebswicklung räumlich zwischen den beiden Wicklungsteilen der unterteilten Wicklung eingeschaltet sein.
Die Erfindung soll an Hand der Fig. 4, die beispielsweise eine der möglichen Wicklungsanordnun-
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gen nach der Erfindung zeigt, und an Hand der Fig. 5, in der der Verlauf der Anfangs- und Endverteilung der Stossspannung aufgezeigt ist, erläutert werden: In Fig. 4 sind, um den Vergleich gegenüber dem Wicklungsaufbau der Fig. 1 und 3 sinnfälliger zu machen, für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen wie dort verwendet. Die in sich geschlossene, in Dreieck geschaltete Tertiärwicklung ist wieder mit 1 und der dieser benachbart liegende Eisenkern mit K angegeben.
Die eine Betriebswicklung besteht aus den mittels des Verbindungsleiters L in Reihe geschalteten Wicklungsteilen 2 und 4. Dabei ist der Wicklungsteil 2 an die Eingangsklemme zc angeschlossen, während das Ende des anderen Wicklungsteiles 4 bei E starr geerdet ist. Zwischen den beiden in Reihe geschalteten Wicklungsteilen 2 und 4 der einen Betriebswicklung ist die andere, mit 3 bezeichnete Betriebswicklung eingeschaltet. Dadurch ergibt sich eine doppelkonzentrische Wicklungsanordnung, bei der der der Tertiärwicklung 1 am nächsten liegende Wicklungsteil 4 der unterteilten Betriebswicklung mit Erde verbunden ist. Die Betriebswicklung 3 ist bei U mit ihrer Eingangsklemme verbunden.
Mit ihrem anderen Ende kann sie starr geerdet oder an einen isolierten Nullpunkt angeschlossen sein. Für die erstrebte Herabsetzung der Stossspannungsbeanspruchung der Wicklungsanordnung ist dies unerheblich. Die Wicklungsanordnung braucht nicht unbedingt, wie in Fig. 4 dargestellt, doppelkonzentrisch ausgeführt sein. Es genügt vielmehr zur Erreichung der erstrebten Stossspannungsherabsetzung bereits, wenn die Wicklungsanordnung einfachkonzentrisch ausgebildet ist.
Die beiden Wicklungsteile der unterteilten Betriebswicklung brauchen auch nicht unbedingt gleichartig hinsichtlich Aufbau (Lagen- und Röhrenwicklung) und hinsichtlich Windungszahl ausgeführt zu werden. Man kann also zwischen Lagen- und Röhrenwicklung wählen und beispielsweise den an die Klemme angeschlossenen Wicklungsteil als Röhrenwicklung ausbilden, während der direkt geerdete andere Wicklungsteil als Lagen- oder ausgekreuzte Wicklung ausgeführt ist.
Die Windungszahlen der beiden Wicklungsteile 2 und 4 werden zweckmässig so verschieden gemacht, dass der Endpunkt der Anfangsspannungs- verteilung des mit der Eingangsklemme verbundenen Wicklungsteiles mit dem zugehörigen Punkt der End- verteilung zusammenfällt. Da bei einer derartig ausgeführten Wicklung dieser Punkt während des Ausgleichsvorganges nun überhaupt nicht mehr zum Schwingen kommt, nehmen die beiden Wicklungsteile der unterteilten Betriebswicklung noch kleinere Spannungen gegen Erde und gegeneinander an,
als wenn diese mit gleichen Windungszahlen ausgeführt wären. Die erreichbaren Spannungsverhältnisse bei einer nach der Erfindung z. B. nach Fig. 4 ausgebildeten Wicklung zeigt die Fig. 5. Dabei ist mit A" die Anfangsspannungsverteilung längs des Wicklungsteiles 2 der unterteilten Betriebswicklung angegeben. Mit E2 ist die Endverteilung dieses Wicklungsteiles angedeutet und mit E4 die Endverteilung des Wick- lungsteiles 4. H., und H4 lassen erkennen, wie weit die Wicklungsteile beim Auftreffen einer Stosswelle ausschwingen.
Infolge der erfindungsgemässen Anordnung des starr geerdeten Wicklungsteiles der unterteilten Betriebswicklung in unmittelbarer Nähe der Tertiärwicklung lässt sich also auf einfache Weise der Verlauf der Anfangs- und Endverteilung in überraschender Weise besonders günstig beeinflussen. Dadurch ergibt sich beim Wicklungsaufbau der grosse Vorteil, dass man jetzt den geerdeten Wicklungsteil wesentlich schwächer zu isolieren braucht, als den an die Eingangsklemme angeschlossenen Wicklungsteil der unterteilten Betriebswicklung. Dies bringt aber nicht nur einen geringeren Aufwand an Isoliermaterial, sondern bringt auch den Vorteil geringerer Verluste bei sonst gleicher Stromdichte in der Wicklung und weiter geringeren Materialaufwand, z. B.
Kupfer, Eisen und Isolieröl und damit kleineres Gewicht und geringeren Raumbedarf. Alle diese Vorteile können vor allem bei eisenbahntransportfähigen Grosstransformatoren von ausschlaggebender Bedeutung sein.
Auch bei Wicklungsanordnungen, bei denen eine der Betriebswicklungen mehrfach, also mehr als zweifach unterteilt ist, kann man die Stossspannungsbean- spruchung bedeutend herabsetzen.
Die Fig.6 und 7 zeigen hierfür einige Ausführungsbeispiele. In Fig. 6 ist eine Wicklungsanordnung wiedergegeben, bei der beispielsweise zwei voneinander getrennte, an verschiedene Netze angeschlossene Unterspannungswicklungen vorgesehen sind. Es sind dies einmal die Wicklung 3', die bei 30' an die Eingangsklemme und bei 31' an Erde angeschlossen ist und das andere Mal die aus den über die Leitung 20' in Reihe geschalteten Wicklungsteilen 2' und 5' bestehende Unterspannungswicklung. Hier ist die Eingangsklemme 50' an der Wicklung 5' vorgesehen und die Wicklung 2' ist bei 21' geerdet. Mit I' ist eine in sich geschlossene Dreieckswicklung bezeichnet, die in üblicher Weise dem Eisenkern 10' benachbart liegt.
Die gesamte Wicklungsanordnung ist so gewählt, dass über der Dreieckswicklung 1' in radialer Richtung der eine geerdete Teil 2' der unterteilten Wicklung folgt. Die Wicklung 3' wird von der anderen Betriebswicklung 4', die im vorliegenden Fall die Hochspannungswicklung darstellt und die mit der Eingangsklemme 40' und Erde 41' verbunden ist, umschlungen. Schliesslich folgt über der Wicklung 4' der Wicklungsteil 5' der unterteilten Betriebswicklung, die mit dem Wicklungsteil 2' über die Leitung 20' in Reihe geschaltet ist. Bei der angegebenen Wicklungsanordnung liegt also der geerdete Wicklungsteil 2' der unterteilten Betriebswicklung tatsächlich der Dreieckswicklung 1' unmittelbar benachbart.
Während bei der Wicklungsanordnung nach Fig. 6 zwei Unterspannungswicklungen, von denen eine unterteilt ist, vorhanden sind, besteht bei der Wicklungsanordnung nach Fig. 7 die unterteilte Betriebswicklung selbst aus drei miteinander in Reihe geschalteten Wicklungsteilen 2', 3' und 5'. Die radiale
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Reihenfolge der Wicklungen ist die gleiche wie dies bei Fig. 7 angegeben ist. Es liegt also der .bei 21' geerdete Wicklungsteil 2' der unterteilten Betriebswicklung der Dreieckswicklung 1' unmittelbar benachbart.
Die Reihenschaltung der Teile 2' und 3' ist über die Leitung 23' und die der Wicklungsteile 3' und 5' über den Verbindungsleiter 35' vorgenommen. Mit 4' ist die andere Betriebswicklung bezeichnet, die bei 40' an die Eingangsklemme und bei 41' an Erde angeschlossen ist.