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Drehstromtransformatorsatz für höchste Spannung und hohe Leistung,
bestehend aus Drehstrombasis-und drei Einphasenzusatztransformatoren Es ist bekannt,
Höchstspannungstransformatoren, z. B. Prüftransformatoren, in Kaskade zu schalten,
um durch Unterteilung der Höchstspannung das Problem der Isolation zwischen den
Wicklungen, dem Kern und der Kesselwand besser zu beherrschen. Nach einem älteren
Vorschlag besteht eine eisenbahntransportfähige Transformatoranlage höchster Spannung
und Leistung aus einem Drehstromtransformator und drei Einphasentransformatoren,
die als Zusatztransformatoren geschaltet sind. Ferner wurde eine ähnliche Drehstromtransformatoranlage
in Kaskadenschaltung mit besonderen Mitteln für die Erdschlußlöschung vorgeschlagen.
Bekannt ist es auch schon, die Kaskadenschaltung von Einphasentransformatoren wie
bei den bekannten Prüftransformatoren für Leistungstransformatoren zu benutzen und
hierbei aus isolationstechnischen Gründen den Eisenkern und den Transformatorkessel
mit der Wicklungsmitte zu verbinden. Weiterhin ist es bekannt, bei in Kaskade geschalteten
Transformatoren den Kessel und den Kern des zusätzlichen Transformators an das Ausgangspotential
des Basistransformators anzuschließen.
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Durch die zunehmenden Leistungen und Spannungen und die Notwendigkeit,
die Transformatoren als geschlossene Einheiten transportieren zu
können,
tritt in neuerer Zeit das Problem, höchste Spannungen und höchste Leistungen mit
begrenztem Materialaufwand bewältigen zu können, immer dringender auf. Die praktische
Entwicklung hat jedoch gezeigt, daß man sich von dem durch den erwähnten Stand der
Technik vorgezeigten Weg nicht frei gemacht hat. Man hielt es bisher für unvermeidlich,
daß solche Leistungskaskaden für höchste Spannungen mit Isoliertransformatoren ausgeführt
werden, und hat auch von der Sparschaltung in solchen Leistungskaskaden bis in die
neueste Zeit keinen Gebrauch gemacht.
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Die Erfindung erreicht in der nachstehend angegebenen Weise eine wirtschaftlichere
Ausführung solcher Leistungskaskaden, indem sie einerseits den Isoliertransformator
erspart und andererseits die Vorteile der Sparschaltung ausnutzt. Dies erfordert
allerdings, daß man den Zusatztransförmatör spannungsgemäß stärker beansprucht und
ihn dementsprechend mit einer besonderen Wicklungsanordnung versieht, die zwar an
sich für Hochspannungstransformatoren bekannt ist, aber für Zusatztransformatoren
in Leistungskaskade nicht angewendet worden ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehstromtransformatorsatz für
höchste Spannung und hohe Leistung, bestehend aus Drehstrombasis- und drei Einphasenzusatztransformatoren
mit vorzugsweise fest geerdetem Sternpunkt und ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Zusatztransformatoren in Sparschaltung ausgeführt sind und ihre Wicklungen in für
Einphasentransformatoren an sich bekannter Weise als Lagenwicklung mit derart räumlicher
Anordnung ausgeführt sind, daß jeweils Lagen kleinster Potentialdifferenz benachbart
liegen, und daß der Kessel und der Kern der Eisenphasenzusatztransformatoren jeweils
das Ausgangspotential des Basistransformators haben.
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Die Erfindung hat also zur Folge, daß an der Wicklung der Einphasenzusatztransformatoren
einerseits das Potential des geerdeten Sternpunkts, andererseits das Ausgangspotential
der gesamten Kaskade auftritt, was an sich gegen die Anwendung der Sparschaltung
zu sprechen scheint. Es wurde aber gefunden, daß man dem nicht nur durch geeignete
Isolationsanordnung im Zusatztransformator Rechnung tragen, sondern im Gesamtergebnis
noch Material einsparen kann. Es hat sich nämlich ergeben, daß der Aufwand für die
besondere Wicklungs- und Isolationsanordnung im Zusatztransformator kleiner ist
als der ersparte Aufwand für den wegfallenden Isoliertransformator der bekannten
Anordnungen. Dem verringerten Materialaufwand entspricht auch ein geringerer Raumaufwand,
wodurch das erwähnte Transportproblem bei hohen Leistungen und Spannungen der Drehstromtransformatorsätze
gelöst ist.
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Bei der angegebenen Anordnung der Wicklungen braucht die Wicklungsisolation
innerhalb jedes Einphasenzusatztransformators gegen dessen Kern und Kessel nur für
die Differenzspannungen, nicht aber für die höchste auftretende Spannung ausgelegt
zu werden. Es ist nur der Kessel des Zusatztransformators entsprechend isoliert
gegen Erde aufzustellen. Damit ist also an keiner Stelle des ganzen Aggregats eine
der höchsten Spannung (z. B. 400 kV gegen Erde) entsprechende Isolation innerhalb
der Transformatoren vonnöten, und weiter sind auch keine diesen Höchstspannungen
entsprechenden Klemmen- erforderlich. Dadurch wird es möglich, in dem ganzen Aggregat
nunmehr eine größere Leistung als bei einer der bisher üblichen Ausführungen unterzubringen.
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Die bei Prüfkaskaden für hohe Spannungen übliche Wicklungsausführung,
bei der die Erregung der zweiten Stufe jeweils durch eine am höchsten Spannungspunkt
der ersten Stufe angeschlossene Erregerwicklung erfolgt, ist bei Leistungstransformatoren
deshalb unzweckmäßig, weil hier bei einer Anordnung der erregenden Wicklung am höchsten
Spannungspunkt des Basistransformators sich sehr große Streuspannungen ergeben würden,
die aber bei Leistungstransformatoren in keinem Fall tragbar sind.
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Um mit Rücksicht auf eine wirtschaftliche Bauweise der Zusatztransformatoren
eine möglichst hohe Leistung zu erzielen, können mehrere Basistransformatoren, gegebenenfalls
vorhandene Drehstromtransformatoren in Parallelschaltung vor die Zusatztransformatoren
geschaltet werden.
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Der Aufbau einer Drehstromtransformatoranlage höchster Spannung und
Leistung nach der Erfindung gestattet, auch schon vorhandene, für Hochspannungen
dienende Transformatoranlagen durch Zuschalten solcher Zusatztransformatoren in
Höchstspannungsanlagen auszubauen.
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Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele
näher erläutert.
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Fig. i zeigt ein Prinzipschaltbild für eine derartige Anlage. i ist
ein Basisdrehstromtransformator, 2 ein aus drei Einphasenzusatztransformatoren bestehender
Transformatorsatz. Mit 3 ist die Hochspannungswicklung des Basistransformators,
welche gleichzeitig die Erregung für die Wicklung 4. der Zusatztransformatoren abgibt,
bezeichnet. In der Sekundärwicklung 5, die mit der Wicklung 4 in Sparschaltung verbunden
ist, wird eine Zusatzspannung erzeugt, die sich zu der Spannung des Basistransformators
hinzusetzt'.
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In Fig. 2 ist schematisch die erfindungsgemäße räumliche Anordnung
der Wicklung eines Einphasenzusatztransformators 2 für den Fall gezeichnet, daß
Kessel und Eisenkern dieses Transformators mit dem Potential U2 des Basistransformators
i verbunden sind. Zu diesem Zweck ist der Kessel auf Isolatoren 6 aufgestellt. Die
Wicklung ist auf einen Schenkel 7 in mehreren Lagen 8 aufgebracht. Die Lage tiefsten
Potentials (Erdpotential) liegt dem Schenkel 7 zunächst und ist in bekannter Weise
mit einem Schirm 9 und Erde verbunden. Bei dem Punkt io, der leitend mit dem Eisenkern
i i und dem Kessel 12 verbunden ist, ist die Wicklung an das die Spannung U2 führende
Wicklungsende des Basistransformators angeschlossen. Das andere, bei 13 geerdete
Wicklungsende des Basistransformators ist mittels einer Leitung 14 durch einen Isolator
i5
mit dem Anfang der innersten Lage verbunden. Von dem Punkt io
nach außen folgen nun weitere Lagen, von denen das Ende der äußersten die Spannung
Uz führt und ebenfalls mit einem Schirm 16 verbunden ist. Dieses Ende ist durch
einen für die Spannung Ui U2 bemessenen Isolator 17 herangeführt. Die innerste Lage
braucht gegen den Kern und die Kesselwand nur entsprechend der Spannung U2, die
äußerste Lage nur entsprechend der Spannung U,,-U2 isoliert zu sein. Es liegen jeweils
diejenigen Lagen der beiden Wicklungen, die die geringste Potentialdifferenz haben,
benachbart. Durch diese Maßnahme kommt man mit einem Minimum an Isolationsaufwand
aus, da zwischen der Erregerprimärwicklung 4 und der Sekundärwicklung 5 des Zusatztransformators
nur für die Spannung einer einzigen Doppellage zu isolieren ist.
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Man kann, wie Fig. 3 zeigt, die Lagenwicklung auch auf zwei Schenkeln
7, 8 verteilen, in der Weise, daß jeweils auf eine Lage des einen Schenkels eine
Lage des anderen Schenkels folgt. Der Höchstspannungsanschluß 18 liegt hier in der
Mitte. Die isolationssparende Bauweise dieser Anordnung ist augenfällig. Im Fenster
des Eisenkerns ist zwischen den Wicklungen der beiden Schenkel nur für eine Doppellage
zu isolieren, während gegen den Kessel und den Kern einmal für U2 und einmal für
Ui U2 zu isolieren ist. Die Lagenwicklungen brauchen natürlich nicht zwingend in
der in Fig.3 dargestellten Schaltung verbunden zu werden, sondern es kann die Schaltung
auch so ausgeführt sein, daß z. B. die beiden Schenkelwicklungen parallel geschaltet
werden und jede der einzelnen Schenkelwicklungen, ausgehend von der Schenkelmitte,
mit dem Potential U1 in bekannter Art in Einzellagen- oder Doppellagenschaltung
verbunden wird.
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Wie Fig.4 zeigt, können bei Höchstleistungsanlagen auch mehrere Basistransformatoren
i parallel geschaltet sein.
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Die Erfindung gestattet, derartige Anlagen wirtschaftlich zu bauen
und mit einem Minimum an Isolationsaufwand auszukommen. Vor allem ist wichtig, daß
mit der angegebenen Gesamtanordnung es möglich wird, sehr große und mit den bisherigen
Bauweisen nicht erreichbare Leistungseinheiten zu bauen, da an keiner Stelle der
Anlage, also weder im Basistransformator noch an den Einphasenzusatztransformatoren,
eine der höchsten Spannung (z. B. 4oo kV) gegen Erde entsprechende Isolation nötig
ist.
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Die beschriebene Lagenwicklung gewährleistet eine hervorragende Steuerung
der Potentialverteilung innerhalb der Isolation und schafft dadurch leicht übersehbare
Verhältnisse. Die Anordnung erlaubt insbesondere durch Verwendung bereits vorhandener
Drehstromtransformatoren, beispielsweise für 22o kV, die Steigerung der übertragungsspannung
auf beispielsweise 44o kV mit wesentlich geringerem Aufwand als bei Neuerstellung
des Leistungstransformators für die gesamte Leistung und Spannung von 44o kV. Die
Parallelschaltung mehrerer Basistransformatoren gemäß Fig. 4 verbessert die Wirtschaftlichkeit
der Anlagen noch wesentlich, da die einzelnen Zusatztransformatoren selbst bei Einhaltung
des Bahnprofils nunmehr für eine größere Leistung ausgelegt werden können. Ferner
gewährt die beschriebene Bauweise der Zusatztransformatoren mit Lagenwicklung auf
der Primär- und Sekundärseite noch den großen Vorteil kleiner Kurzschlußspannung
des Zusatztransformators, so daß die gesamte Kurzschlußspannung der Kaskade in für
die Stabilität der Übertragung erträglichen Grenzen bleibt.