DE679375C

DE679375C - Protection device in a three-phase transformer with an isolated star point against surge voltages

Info

Publication number: DE679375C
Application number: DES127879D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Richard Elsner
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1937-07-02
Filing date: 1937-07-02
Publication date: 1939-08-04

Description

Schutzeinrichtung in einem Drehstromtransformator mit isoliertem Sternpunkt gegen Stoßspannungen Wenn Drehstromtransformatoren in Sternschaltung vom Wicklungsanfang her mit Stoßspannungen beansprucht werden, kommt der isolierte Sternpunkt (Nullpunkt) theoretisch auf das doppelte Stoßpotential'. Praktisch erreicht das SternpunktspotentialWerte, die in den meisten Fällen immer noch höher liegen als die vom Wicklungsanfang her in den Transformator einziehende Stoßspannung oder Wanderwelle. Nullpunktsüberschläge und von diesen ausgelöste Schwingungen und weitere Wicklungsbeanspruchungen sind bekanntlich die Folge derartiger Überspannungen. Durch Erden des Sternpunktes über Kondensatoren hat man bekanntlich derartige Überbeanspruchungen des Transformatordielektrikums bekämpft. Das macht die Aufstellung besonderer Hilfsapparate neben dem Transformator erforderlich. Um nun an Raum und Gewicht zu sparen, werden gemäß der Erfindung die Sternpunktsverbindungsleitungen als Kondensatoren mit mindestens einem geerdeten Kondensatorbelag ausgebildet.Protective device in a three-phase transformer with an isolated star point Against surge voltages If three-phase transformers are connected in star connection from the start of the winding are subjected to surge voltages, the isolated star point (zero point) comes theoretically to double the impact potential '. In practice, the neutral point potential reaches values which in most cases are still higher than that at the beginning of the winding surge voltage or traveling wave drawn into the transformer. Zero point flashovers and vibrations and other winding loads caused by these is known to be the result of such overvoltages. By grounding the star point via Capacitors are known to have such overstressing of the transformer dielectric fights. That makes the installation of special auxiliary equipment next to the transformer necessary. In order to save space and weight, are according to the invention Star point connection lines as capacitors with at least one grounded Capacitor plate formed.

Bei dem in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die drei Hochspannungswicklungen i bis 3 des Transformators mit ihren Enden zu einem Sternpunkt zusammengeschlossen. Die Wicklungsanfänge sind mit den wellenführenden Leitungen q. verbunden. Von hier aus zieht die Wanderwelle bzw. die Stoßspannung in die Transformatorwicklungen i bis 3 ein. Die Nullpunktsverbindungsleitungen 5 sind an die in den Deckel 6 des Kessels 7 eingesetzte Nu11-punktsklemme 8 angeschlossen. Die Nullpunktsverbindungsleitungen 5 sind in diesem Fall als Metallrohre oder Kupferseile ausgebildet. Sie werden von einer leitenden Hülle 9 konzentrisch umschlossen. Die Hülle 9 wird an Erde oder durch die Leitung io mit dem Kessel 7 verbunden, der bei i i geerdet ist. Als Dielektrikum zwischen den Leitern 5 und 9 kann das Transformatoröl dienen, oder es werden, insbesondere wenn die leitende Belegung 9 als dichtschließende Rohrleitung ausgebildet ist, die Zwischenräume zwischen den Belägen 5 und 9 mit Isolierstoffen von hoher Dielektrizitätskonstante ausgefüllt. So kann z. B. ein flüssiges Isoliermittel, wie Trichlorbenzol oder chloriertes Diphenyl, in das Rohr 9 eingefüllt werden und gegebenenfalls noch unter Überdruck gesetzt werden. Da feste Isolierstoffe im Rohr 9 fehlen, muß die Leitung 5 gegen das Rohr 9 durch Distanzstücke 12 im Abstand gehalten werden. Als Dielektrikum zwischen den beiden Kondensatorbelegungen 5 und 9 kommen aber auch keramische Stoffe in Frage. So kann z. B. der Leiter 5 mit einem Glasschmelzfluß überzogen werden. Die Belegung g wird dann über den verglasten Leiter aus Kupfer- oder Messingbändern aufgewickelt oder als Metallbelag aufgespritzt mit dem bekannten Schoopschen Metall'spritzverfahren. Als Stoffe hoher Dielektrizitätskonstante kommen Titandioxyd oder Zirkondioxyd allein oder .gemischt mit Porzellan in Frage. Wenn man auf geringe äußere Abmessungen der Nullpunktsverbindung kommen will, d. h. wenn man den Abstand zwischen den beiden Belegungen 5 und 9 auf ein Mindestmaß herabsetzen will, empfiehlt es sich, den Leiter 5 nur mit einer dünnen Isolierschicht zu überziehen, die z. B. aus einem Lackanstrich oder aus einer Kunstharzschicht oder aus einer schwachen Lage von Papierbändern bestehen kann. Bekanntlich liegt die elektrische Durchbruchsfeldstärke bei derartigen dünnen Isolierschichten auffallend hoch. Die Verringerung des Abstandes zwischen den Leitern 5 und 9 kommt dabei dem Kapazitätswert der Anordnung zugute.In the embodiment of the invention shown in FIG are the three high voltage windings i to 3 of the transformer with their ends connected to a star point. The winding starts are with the shaft leading Lines q. tied together. The traveling wave or surge voltage moves from here into the transformer windings i to 3. The zero point connection lines 5 are connected to the Nu11 point terminal 8 inserted in the cover 6 of the boiler 7. The zero point connection lines 5 are in this case as metal pipes or copper cables educated. They are concentric by a conductive sheath 9 enclosed. The sheath 9 is connected to earth or through the line io to the boiler 7 connected, which is grounded at i i. As a dielectric between the conductors 5 and 9, the transformer oil can serve, or it will be, especially if the conductive Occupancy 9 is designed as a tight-fitting pipeline, the spaces between the coverings 5 and 9 filled with insulating materials with a high dielectric constant. So z. B. a liquid isolating agent such as trichlorobenzene or chlorinated diphenyl, be filled into the tube 9 and optionally placed under overpressure will. Since there is no solid insulating material in the pipe 9, the line 5 must be against the pipe 9 are held at a distance by spacers 12. As a dielectric between the however, ceramic materials can also be used for the two capacitor assignments 5 and 9. So z. B. the conductor 5 are coated with a glass melt flow. The occupancy g is then wound over the glazed conductor made of copper or brass tapes or sprayed on as a metal coating using the well-known Schoop metal spraying process. Titanium dioxide or zirconium dioxide alone are used as substances with a high dielectric constant or. mixed with porcelain in question. If you look at the small external dimensions of the Zero point connection wants to come, d. H. when you consider the distance between the two If you want to reduce assignments 5 and 9 to a minimum, it is advisable to use the conductor 5 only to be covered with a thin layer of insulation, e.g. B. from a paint coat or from a synthetic resin layer or from a weak layer of paper tapes can exist. It is known that the breakdown electric field strength is such thin insulating layers noticeably high. Reducing the distance between the conductors 5 and 9 benefit from the capacitance value of the arrangement.

Bei dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Sternpunkt oder die Sternpunktsverbindungen als regelrechte Kabel ausgebildet. Wenn man dabei die Kabeladern 13 an die Wicklungsenden 14 bis 16 getrennt voneinander anschließt, fallen die in Fig. i mit 5o bezeichneten Verbindungsstücke fort, deren Isolation immer einige Schwierigkeiten bereitet. Außerdem wird das Kabel länger. Mit Rücksicht auf die Oberflächenvergrößerung empfiehlt es sich, als Kabelader 13 einen Hohlleiter, z. B. ein Hohlseil, zu verwenden, das von der öl- oder massegetränkten Papierisolation 17 in der bei Kabeln bekannten «leise eingehüllt wird. Das Kabeldielektrikum kann mit Isoliermassen oder Isolierflüssigkeiten von hoher Dielektrizitätskonstante, z. B. mit chlorierten. Kohlenwasserstofftölen, getränkt werden. Als geerdete äußere Belegung 18 des Kabelkondensators kann der Kabelbleimantel oder eine Metallisierung oder ein auf die isolierte Kabelader aufgebrachtes Metallband dienen. Die Größe des Abstandes bzw. die Stärke der Isolierschicht zwischen Kabelleiter 13 und Belegung 18 ist im allgemeinen durch die im Störungsfalle auf den Nullpunkt treffende Spannung gegeben. Insbesondere bei aus einzelnen Lagen oder aus einzelnen Zylindern aufgebauter Hochspannungswicklung kann dieser Isolierabstand nur nach der Höhe der Phasenspannung bemessen werden, insbesondere wenn man dafür sorgt, daß der Kabelkondensator über eine von der wellenführenden Leitung her gesteuerte Funkenstrecke an Erde angeschlossen wird. Eine derartige Schaltung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Hierbei ist die Nullpunktsverbindung 13 die eine Kondensatorbelegung, während die andere Kondensatorbelegung durch die metallische Hülle i8 gebildet wird. Diese ist mit der einen Elektrode ig der Schaltfunkenstrecke verbunden, deren zweite Elektrode 2o bei 21 geerdet ist. Die Steuerelektrode 22, die im Überschlagsweg der Elektroden ig und 2o liegt, kann mit der wellenführenden Leitung 4 unmittelbar galvanzs,ch verbunden sein, oder sie ist an einen mit dem Wicklungsanfang kapazitiv gekoppelten elektrostatischen Schirm 23 angeschlossen. Bei einer derartigen Einrichtung würde die eine Belegung des Kabelkondensators nur im Störungsfall geerdet werden, während sie im normalen Betrieb von Erde isoliert ist. Die Schaltfunkenstrecke wird vorteilhaft ebenfalls im Transformatorkessel oder in einem Kesselanbau untergebracht und kann in diesem Anbau bzw. in einer Kesselecke von einer druckfesten Kammer aus Eisenblech oder Isolierstoff, z. B. Hartpapier, eingeschlossen sein.In the embodiment shown in Figure 2 are the star point or the star point connections are designed as regular cables. If you are there the cable cores 13 are connected to the winding ends 14 to 16 separately from one another, the connection pieces designated by 5o in FIG. i, their insulation always causes some difficulties. In addition, the cable becomes longer. With consideration To increase the surface area, it is advisable to use a waveguide as the cable core 13, z. B. to use a hollow rope, which is from the oil or mass-soaked paper insulation 17 in the "familiar" with cables is quietly enveloped. The cable dielectric can with insulating compounds or liquids with a high dielectric constant, z. B. with chlorinated. Hydrocarbon oils. As a grounded outer Occupancy 18 of the cable capacitor can be the lead sheath or metallization or a metal tape applied to the insulated cable core. The size the distance or the thickness of the insulating layer between cable ladder 13 and assignment 18 is generally due to the voltage hitting the zero point in the event of a fault given. Especially when it is made up of individual layers or individual cylinders High-voltage windings can only have this insulation distance according to the level of the phase voltage be sized, especially if you make sure that the cable capacitor is over a spark gap controlled by the wave-carrying line is connected to earth will. Such a circuit is shown schematically in FIG. Here is the zero point connection 13 one capacitor assignment, while the other capacitor assignment is formed by the metallic shell i8. This is with one electrode ig connected to the switching spark gap, the second electrode 2o of which is grounded at 21. The control electrode 22, which lies in the rollover path of the electrodes ig and 2o, can be connected to the wave-guiding line 4 directly galvanzs, ch, or they is to an electrostatic screen capacitively coupled to the beginning of the winding 23 connected. With such a device, the cable capacitor would be assigned only be earthed in the event of a fault, while it is isolated from earth during normal operation is. The switching spark gap is also advantageous in the transformer tank or housed in a boiler extension and can be used in this extension or in a boiler corner from a pressure-resistant chamber made of sheet iron or insulating material, e.g. B. hard paper, be included.

Sollte sich durch die Wahl der Dielektrizitätskonstante des Kabeldielektrikums oder durch die Bemessung der Kabellängen und Oberflächen der Kondensatorbelegungen noch keine ausreichende Kapazität, insbesondere bei kleineren Transformatoren, ergeben, so empfiehlt es sich, in das Kabeldielektrikum eine größere Anzahl von Kondensatorbelägen einzubetten.Should be determined by the choice of the dielectric constant of the cable dielectric or by dimensioning the cable lengths and surfaces of the capacitor assignments do not yet provide sufficient capacity, especially with smaller transformers, so it is advisable to have a larger number of capacitor plates in the cable dielectric to embed.

Wie Fig.4 erkennen läßt, sind in das Kabeldielektrikum 24 eine Anzahl leitender Schichten 25 und 26 eingebettet, die wechselweise an ihren Enden bei 27 und 28 mit den innersten bzw. den äußersten Kondensatorbelägen 29 und 30 galvanisch verbunden sind. Natürlich wird dabei der Kondensatorwickel stärker. Für seine Unterbringung ist aber insbesondere bei größeren Transformatoren in Kesselecken oder vor dem unbewickelten Eisenkernjoch oder vor unbewickelten Schenkeln der erforderliche Raum ohne weiteres vorhanden.As can be seen in FIG. 4, a number of conductive layers 25 and 26 are embedded in the cable dielectric 24, which are alternately galvanically connected at their ends at 27 and 28 to the innermost and the outermost capacitor layers 29 and 30, respectively. Of course, the capacitor winding becomes stronger in the process. To accommodate it, however, especially in the case of larger transformers in boiler corners or in front of the unwound iron core yoke or in front of unwound legs, the necessary space is readily available.

Eine weitere Erhöhung der Kapazität des Kabelkondensators ergibt sich, wenn man die an den Nullpunkt angeschlossenen letzten Windungen oder Spulen der Hochspannungswicklungen i bis 3 ebenfalls als Kondensatorkabel ausbildet, und zwar in gleicher oder ähnlicher Weise wie die Sternpunktsv erbindung.A further increase in the capacitance of the cable capacitor results, if you have the last turns or coils of the High-voltage windings i to 3 also form a capacitor cable, namely in the same or a similar way as the star point connection.

Eine gewisse Vergrößerung der Kapazität ergibt sich auch, wenn umgekehrt der Kabelleiter mit Erde und der gegen Erde isolierte Kabelmantel oder äußere Kondensatorbelag 9 bzw. iS mit dem Sternpunkt galvanisch verbunden wird.A certain increase in capacity also results when the other way round the cable conductor with earth and the cable sheath insulated from earth or the outer capacitor layer 9 or iS is galvanically connected to the star point.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Verwendung bei Drehstromtransformatoren. Sie kann vielmehr auch bei Transformatoren für höhere Phasenzahlen und auch für Einphasentransformatoren zur Anwendung gelangen, bei denen an die Stelle der Nullpunktsverbindungsleitung eine an die Wicklungsmitte angeschlossene Leitung tritt.The invention is not limited to use in three-phase transformers. Rather, it can also be used in transformers for higher numbers of phases and also for Single-phase transformers are used in which the neutral point connection line is used a line connected to the center of the winding occurs.

Claims

PATCNTAN INSPECTION: i. Protective device in a three-phase transformer with isolated star point. against surge voltages, characterized in that the Star point connection line as a capacitor with at least one grounded capacitor plate is trained.

2. Protection device according to claim i, characterized in that the star point connection line as a cable, in particular as a planing ladder cable at least one earthed metal covering is carried out.

3. Protective device according to Claims 1 and 2, characterized in that the cable dielectric has several capacitor inserts which are partly conductively connected to earth and partly to the star point. q .. Protective device according to Claims 1 to 3, characterized in that the cable conductor connected to earth and the cable sheath insulated from earth to the star point is.