DE1488280C - Transformator Anordnung aus drei Einzeltransformatoren in Isohermantel bauweise - Google Patents

Description

Das Hauptpatent betrifft eine Transformator-Anordnung aus drei Einzeltransformatoren in Isoliermantelbauweise, deren Oberspannungswicklungen wahlweise entweder in Reihe (Kaskadenschaltung) oder parallel oder zur Erzeugung einer Drehstromspannung umschaltbar sind, wobei der erste Einzeltransformator, mit einem Pol seiner Oberspannungswicklung an Erde liegend, für sich allein, der zweite Einzeltransformator getrennt von dem ersten auf einer entsprechend der Spannung eines Einzeltransforniators bemessenen Isolierstütze aufgestellt ist, jeder Einzeltransformator Niederspannungs- und Kopplungswicklungen besitzt, ferner der dritte Einzeltransformator unmittelbar auf den zweiten Einzeltransformator aufgesetzt ist und die Oberspannungswicklungen des zweiten und dritten Einzeltransformators einpolig elektrisch fest miteinander verbunden sind. Die Erfindung hat eine Weiterbildung einer solchen Transformator-Anordnung zum Gegenstand, die besonders vorteilhaft ist, wenn der Transformator-Anordnung höhere Leistungen entnehmbar sein sollen. In diesem Fall bereitet es nämlich erhebliche Schwierigkeiten, besonders hinsichtlich einer ausreichenden Wärmeabführung, den bei der Kaskadenschaltung der drei Einzeltransformatoren das unterste Glied bildenden Transformator, also den für sich allein aufgestellten Einzeltransformator, der ja nicht nur die für die Erregung seiner Hochspannungswicklung notwendige Leistung, sondern auch die zur Erregung der Hochspannungswicklungen der beiden oberen Transformatorglieder benötigte Leistung liefern muß, so auszubilden, daß er ohne wesentliche Vergrößerung seines Raumbedarfs auch dauernd diese hohe Leistung zu liefern vermag. Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten bei einer Transformator-Anordnung der eingangs genannten Art dadurch beseitigt, daß in der Isolierstütze ein weiterer (vierter),~"gleichfalls mit einer Niederspannungswicklung, einer Oberspannungswicklung und einer Kopplungswicklung versehener Einzeltransformator untergebracht ist, dessen Oberspannungswicklung einpolig mit der Oberspannungswicklung des zweiten Einzeltransformators elektrisch fest verbunden ist und der bei der Reihenschaltung (Kaskadenschaltung) der drei anderen Einzeltransformatoren gemeinsam mit dem für sich allein aufgestellten Einzeltransformator unter Parallelschaltung jeweils ihrer Niederspannungs-, Oberspannungsund Kopplungswicklungen zur Speisung der beiden übereinander auf der Isolierstütze angeordneten zwei Finzeltransformatoren dient.

Der Raumbedarf für die Transformator-Anordnung wird dabei durch den zusätzlichen, vierten Einzeltransformator nicht vergrößert, da er ja in dem Innern der ohnehin vorhandenen Isolierstütze untergebracht ist.

Vorzugsweise werden der in der Isolierstütze untergebrachte F.inzeltransformator und der für sich allein aufgestellte Hinzeltransformator so bemessen und dimensioniert, daß jeder von ihnen die Hälfte der in der Kaskadenschaltung von den beiden übereinander ^r>o auf der Isolierstüt/.e angeordneten Finzeltransformatoren benötigten Leistung liefert.

Die Transformator-Anordnung bringt noch einen weiteren Vorteil insofern, als der für sich allein aufgestellte Hinzcltransformator, wenn man ihn auf die beiden übereinander auf der Isolierstiitze angeordneter) zwei Hin/eltnmsformatoren aufsetzt, als oberstes filied einer vierstufigen Kaskade verwendbar ist, deren unterstes Glied von dem in der Isolierstütze untergebrachten Einzeltransformator gebildet wird. Man kann also aus der Transformator-Anordnung eine an sich bekannte viergliedrige Kaskade machen, an der eine um 30% höhere Spannung als an der dreigliedrigen Kaskade, allerdings bei niedrigerer Leistungj abnehmbar ist. Das bedeutet also eine zusätzliche Erweiterung der Verwendungsmöglichkeit- der Transformator-Anordnung.

In der F i g. 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Transformatoranordnung gemäß der Erfindung dargestellt. Der prinzipielle Aufbau der drei Einzeltransformatoren I, II und III entspricht dem an Hand der F i g. 6 des Hauptpatentes beschriebenen Aufbau der Einzeltransformatoren I, II und III. Demgemäß sind auch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 6 des Hauptpatentes für die entsprechenden Teile verwendet. Der rechteckige Rahmenkern 51 des Transformators / ist beispielsweise senkrecht aufgestellt und trägt auf seinem oberen horizontal liegenden Schenkel zunächst die Niederspannungswicklung 52, darüber die lagenweise aufgebrachte Oberspannungswicklung 53, deren unteres Ende ebenso wie der Eisenkern 51 an den Boden des den Transformator umgebenden Isoliermantels angeschlossen ist. Außen auf die Oberspannungswicklung ist die Kopplungswicklung 54 aufgebracht, deren Enden ebenso wie das obere Ende der Oberspannungswicklung zu . am Deckel des Isoliermantels vorgesehenen Klemmen geführt sind. Die Einzeltransformatoren II und III haben im Prinzip den gleichen Aufbau. Auf den oberen Schenkel des Eisenkernes 55 des Transformators II ist zunächst die Kopplungswicklung 56, darüber lagenweise die Oberspannungswicklung 57 und dann die Kopplungswicklung 58 aufgebracht. Auf dem Eisenkern 59 des Transformators III liegt zunächst die Kopplungswicklung 60, darüber die Oberspannungswicklung 61 und über dieser eine Niederspannungswicklung 62, die in bestimmten Schaltungen zur Erregung des Einzeltransformators III benutzt wird. Der Transformator! ist für sich allein aufgestellt, während die beiden anderen II und II übereinander angeordnet und auf die Isolierstütze 11 aufgesetzt sind. In dieser Tsolierstütze ist nun ein weiterer Einzeltransformator IV untergebracht, der den gleichen Aufbau wie der Einzeltransformator I hat. Auf seinem Eisenkern 64 liegt zunächst eine Niederspannungswicklung 65, darüber die lagenweise aufgebrachte Oberspannungswicklung 66, deren unteres Ende ebenso wie der Eisenkern 64 an den auf Erdpotential befindlichen Boden der den Transformator als Isoliermantel umgebenden Isolierstütze 11 angeschlossen ist. Außen auf die Oberspannungswicklung 66 ist eine Kopplungswicklung 67 aufgebracht.

Der in der Isolierstiitze 11 untergebrachte Einzeltransformator IV dient nun bei der Kaskadenschaltung der drei Einzeltransformatorcn I, II, III gemeinsam mit dem für sich allein aufgestellten Eihzeltransformator I zur Speisung der beiden oberen Einzc!trans~ formatoren II und III. Die Fig. 2 zeigt diese Kaskadenschaltung. Die Erregung der Kaskade erfolgt von den einander parallelgeschaltetcn Niederspaiinungswicklungen 52 und 65 her. Die beiden Oberspannungswicklungen 53 und 66 liegen zueinander parallel und in Reihe mit den Oberspannungswicklungen 57 und 61 der Transformatoren ΙΓ und III zwischen F.rde und Hochspannungsanschluß. Die beiden paral-

lelgeschalteten Kopplungswicklungen 54, 67 speisen gemeinsam die Kopplungswicklung 56 zur Erregung des Transformators II, dessen Kopplungswicklung 58 vviederum die Kopplungswicklung 60 zur Erregung des Transformators III speist.

Nimmt man beispielsweise an, daß an dem Hoch-Spannungsanschluß der Kaskade eine Spannung von 3 · 300 kV = 900 kV mit einer Dauerleistung von 3 · 360 kVA = 1080 kVA (entsprechend einem Dauerstrom von 1,2 A) abnehmbar sein soll, so müssen die Oberspannungswicklungen 57 und 61 für je 360 kVA bei einer Spannung von 300 kV ausgelegt sein; die beiden Oberspannungswicklungen 53 und 66 brauchen, da sie parallel geschaltet sind, nur je für 180 kVA bei einer Spannung von 300 kV bemessen zu werden. Zweckmäßig wird man sie jedoch im Hinblick auf die anderen Schaltungsmöglichkeiten auch je für 360 kVA auslegen. Die Kopplungswicklung 56 des Transformators II muß für 720 kVA bemessen sein, von denen 360 kVA von der Kopplungswicklung 54 des Transformators I, die restlichen 360 kVA von der Kopplungswicklung 67 des Transformators IV geliefert werden. Die beiden Niederspannungswicklungen 52 und 65 müssen je für 54OkVA ausgelegt werden, da sie ja zusammen die benötigte Dauerleistung von 1080 kVA liefern müssen. ,

Zum Vergleich sei darauf hingewiesen, daß bei der in F i g. 6 des Hauptpatents dargestellten Transformatoranordnung in Kaskadenschaltung für die Entnahme eine Dauerleistung von 1080 kVA bei 900 kV die Niederspannungswicklung 52 des Transformators I für 1080 kVA, seine Kopplungswicldung 54 für 720 kVA ausgelegt sein müßte. Das wäre aber, wie schon eingangs ausgeführt wurde, nur unter erheblichen Schwierigkeiten möglich und würde zu einer wesentlichen Vergrößerung des Raumbedarfes der gesamten Transformatoranordnung führen, da der Transformator I erheblich größere Abmessungen erhalten müßte, als die Transformatoren II und III.

Die vier Einzeltransformatoren werden hinsiehtlich des räumlichen Aufbaues und der Kurzschlußspannung zweckmäßig gleich ausgeführt. Unterschiedlich wird man, wie die vorstehend gemachten Leistungsangaben erkennen lassen, zweckmäßig nur die Wicklungen 60 und 56 gegenüber den Wicklungen 52, 65 in bezug auf ihren Kupferquerschnitt bemessen.

Soll die Transformator-Anordnung zur Lieferung einer Spannung von einem Drittel der in der Kaskadenschaltung gemäß Fig. 1 erzielbaren Gesamtspannung bei erhöhter Leistung benutzt werden, so werden die Einzeltransformatoren I, II und III so geschaltet, wie es die Fig. 7 des Hauptpatentes zeigt. Der in der Isolierstütze 11 untergebrachte Einzeltransformator IV wird in dieser Schaltung nicht benutzt; seine Niederspannungswicklung 65 wird nicht an die Speisespannung angeschlossen, die Kopplungswicklung 67 bleibt offen und die Oberspannungswicklung 66 liegt mit ihren beiden Enden an Erde, da ja das untere Ende der Oberspannungswicklung 57 des Transformators II in diesem Fall an Erde gelegt wird. In dieser Schaltung kann, wenn die Einzeltransformatoren so bemessen sind, wie an Hand der F i g. 2 beispielsweise beschrieben wurde, die Transformator-Anordnung eine Spannung von 300 kV bei einer Leistung von 3 ■ 360 kVA = 1080 kVA (entsprechend einem Dauerstrom von 3,6 A) liefern.

Zur Lieferung einer Drehstromspannung, die der mit ]/3 multiplizierten Spannung eines- Einzeltransformators entspricht, werden die Einzeltransformatoren I, II und III durch Sternschaltung ihrer Ober-Spannungswicklungen 53, 57, 61 so geschaltet, wie aus der F i g. 8 des Hauptpatentes ersichtlich ist. Die Oberspannungswicklung 66 des in der Isolierstütze untergebrachten Einzeltransformators IV liegt in dieser Schaltung dann parallel zu der Oberspannungswicklung 57 zwischen dem Hochspannungsanschluß S und Erde; dementsprechend wird seine Niederspannungswicklung 65 parallel zu der Kopplungswicklung 58 geschaltet, die in F i g. 8 des Hauptpatentes zur Erregung des Transformators II dient.

Man kann in dieser Schaltung aber auch die Kopplungswicklung 56 zur Erregung des Transformators II benutzen und muß dann die Niederspannungswicklung 65 parallel zu der Kopplungswicklung 56 legen; die Kopplungswicklung 58 würde dann offenbleiben.

Die Transformator-Anordnung gemäß der Erfindung ist ebenso wie die des Hauptpatentes auch so umschaltbar, daß sie zur Lieferung einer Drehstromspannung in Dreieckschaltung der Oberspannungswicklungen unter Erdung eines Eckpunktes benutzt werden kann. Es sind dazu Schaltverbindungen herzustellen, die den aus F i g. 5 des Hauptpatentes ersichtlichen entsprechen. Als Niederspannungswickhingen, die entweder in Dreieck oder in Stern an die Speisespannung angeschlossen werden können, die-· nen dann die Wicklungen 52, 56 und 62 der Transformatoren I, II und III, wobei die Wicklung 56,^: welche bei der Anordnung gemäß dem Hauptpatent über einen in der Isolierstütze untergebrachten Isoliertransformator erregt wird, hier über die Wickhingen 67 und 65 des Transformators IV erregt wird, welche die Rolle der beiden Wicklungen des Isoliertransformators übernehmen. Die Oberspannungswicklung 66, die parallel zu der Oberspannungswicklung 53 des Transformators I liegt, hat in dieser Schaltung keine Funktion, stört aber auch nicht,- da der Transformator IV magnetisch von dem Transformatorl getrennt ist.

Es ist ferner möglich, die beiden jeweils mit ihren Oberspannungswicklungen 53, 66 und mit ihren Niederspannungswicklungen 52, 65 parallelgeschalteten Transformatoren I und IV (s. F i g. 2) zur Lieferung einer Spannung zu benutzen, die unter Annahme der an Hand der F i g. 2 beispielsweise erläuterten Bemessung der Einzeltransformatoren 300 kV beträgt bei einer Dauerleistung von 2 · 360 kVA = 720 kVA. Die Kopplungswicklungen 54 und 67 werden hierbei natürlich nicht mit der Kopplungswicklung 56 des Transformators II verbunden, sondern bleiben offen. Vorteilhaft ist bei dieser Schaltung die besonders niedrige Kurzschlußspannung.

Die F i g. 3 zeigt schließlich die Schaltung der Transformator-Anordnung für den schon eingangs erwähnten Fall, daß der für sich allein aufgestellte Transformator I auf die übereinander angeordneten Transformatoren IV, II, III zur Bildung einer vierstufigen Kaskade aufgesetzt wird. Die Oberspannungswicklungen 53, 61, 57, 66 liegen dann sämtlich in Reihe zwischen dem Hochspannungsanschluß und Erde. Wenn die Einzeltransformatoren so bemessen sind, wie an Hand der F i g. 2 beispielsweise beschrieben wurde, liefert die Transformator-Anordnung in dieser Schaltung eine Spannung von 4 · 300 kV = 1200 kV bei einer Dauerleistung von 4 · 120 kVA

= 480 kVA (entsprechend einem Dauerstrom von 0,4 A), da die Kopplungswicklung 67 des Transformators IV für 360 kV A bemessen ist und in dieser Schaltung die drei oberen Transformatoren II, III und I speisen muß; auf jeden entfallen also 120 kVA.

Schließlich ist es auch möglich, die beiden Transformatoren IV und II in Kaskade zu schalten und ihnen die beiden Transformatoren I und III, ebenfalls in Kaskade geschaltet, parallel zu schalten. Dabei würde die Wicklung 54 des Transformators I die Wicklung 62 des Transformators III speisen und das obere Ende der Oberspannungswicklung 53 des Transformators I mit dem oberen Ende der Oberspannungswicklung 61 des Transformators III verbunden werden müssen. Die Abnahme der Hoch-Spannung erfolgt an dem Verbindungspunkt zwischen dem unteren Ende der Oberspannungswicklung 61 des Transformators III und dem oberen Ende der Oberspannungswicklung 57 des Transformators II.

Die Einzeltransformatoren I, II, III und IV können auch so aufgebaut sein, wie die Einzeltransformatoren I, II, III in der Fi g. 1 des Hauptpatentes; d. h., jeder Einzeltransformator kann einen auf mittlerem Oberspannungspotential befindlichen rechteckigen Rahmenkern aufweisen, der aufeinander gegenüberliegenden Schenkeln zwei miteinander verbundene Schubwicklungen und die in zwei Hälften aufgeteilte Oberspannungswicklung trägt und der auf seinem oberen Schenkel ferner eine Kopplungswicklung, auf dem unteren Schenkel die Niederspan- nungswicklung (oder Kopplungswicklung) trägt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Transformator-Anordnung aus drei Einzeltransformatoren in Isoliermantelbauweise, deren Oberspannungswicklungen wahlweise entweder in Reihe (Kaskadenschaltung) oder parallel oder zur Erzeugung einer Drehstromspannung umschaltbar sind, wobei der erste Einzeltransformator, mit einem Pol seiner Oberspannungswicklung an Erde liegend, für sich allein, der zweite Einzeltransformator getrennt von dem ersten auf einer entsprechend der Spannung eines Einzeltransformators bemessenen Isolierstütze aufgestellt ist, jeder Einzeltransformator Niederspannungs- und Kopplungswicklungen besitzt, ferner der dritte Einzeltransformator unmittelbar auf den zweiten Einzeltransformator aufgesetzt ist und die Oberspannungswicklungen des zweiten und dritten Einzeltransformators einpolig elektrisch fest miteinander verbunden sind, nach Patent 1 255 802, dadurch gekennzeichnet, daß in der Isolierstütze (11) ein weiterer (vierter), gleichfalls mit einer Niederspannungswicklung (65), einer Oberspannungswicklung (66) und einer Kopplungswicklung (67) versehener Einzeltransformator (IV) untergebracht ist, dessen Oberspannungswicklung (66) einpolig mit der Oberspannungswicklung (57) des zweiten Einzeltransformators (II) elektrisch fest verbunden ist und der bei der Reihenschaltung (Kaskadenschaltung, F i g. 2) der drei anderen Einzeltransformatoren (I, II, III) gemeinsam mit dem für sich allein aufgestellten Einzeltransformator (I) unter Parallelschaltung jeweils ihrer Niederspannungs-, Oberspannungs- und Kopplungswicklungen zur Speisung der beiden übereinander auf der Isolierstütze (11) angeordneten zwei Einzeltransformatoren (II, II) dient.

2. Transformator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Isolierstütze (11) untergebrachte Einzeltransformator (IV) und der für sich allein aufgestellte Einzeltransformator (I) so bemessen und dimensioniert sind, daß jeder von ihnen die Hälfe der in der Kaskadenschaltung (F i g. 2) von den beiden übereinander auf der Isolierstütze angeordneten Einzeltransformatoren (II, III) benötigten Leistung liefert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen