Drossel mit Wicklungen um Eisenkernscheiben

Abstract

 Derartige Drosseln für große elektrische Leistungen sind häufig mit drei in einer Reihe hintereinander angeordneten Kernschenkeln aus in Achsrichtung mit Abständen übereinandergestapelten Eisenkernscheiben (1) aufgebaut. Dabei sind die Kernschenkel mit stirnseitig über und unter den Wicklungen (2) angeordneten Jochen (3) in Form von durchgehenden Balken magnetisch miteinander verbunden. Erfindungsgemäß sind die Joche (3) statisch bestimmt nur mit den äußeren Kernschenkeln verspannt und ist der mittlere Kernschenkel in Richtung seiner Längsachse federnd so eingespannt, daß seine Eigenfrequenz als schwingende Masse kleiner als die Netzfrequenz. Die Anwendung erfindungsgemäß gestalteter Drosseln hat sich als sehr vorteilhaft bei Drosseln mit Nennleistungen ab 10 MVA erwiesen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Drossel für große elektrische Leistungen mit Wicklungen um drei in einer Reihe hintereinander angeordnete Kernschenkel aus in Achsrichtung mit Abständen übereinandergestapelten Eisenkernscheiben und mit stirnseitig über und unter den Wicklungen angeordneten Jochen in Form von durchgehenden Balken.

[0002] Gemäß einer Druckschrift (TU 63.7.01/4.80) mit dem Titel "Kompensations-Drosselspulen für Mittel- und Hochspannungsnetze" dienen Kompensations-Drosselspulen bei der Übertragung elektrischer Energie über ausgedehnte Hochspannungsfreileitungen oder Kabel mehreren Zwecken. Zum einen kompensieren sie die kapazitive Blindleistung der Übertragungsleitungen besonders bei schwach belastetem oder leerlaufendem Netz. Zum anderen sorgen sie für eine Herabsetzung netzfrequenter Überspannungen bei plötzlichem Lastabwurf oder leerlaufendem Netz und verbesdern die Stabilität und Wirtschaftlichkeit der Energieübertragung.

[0003] Kompensations-Drosselspulen mit Ölfüllung werden häufig mit durch Spalte unterteiltem Eisenkern hergestellt. Der Verlauf der Strom-Spannungs-Kennlinie ist oberhalb der Nennspannung bei Drosselspulen mit wirtschaftlich optimaler Auslegung bei der Ausführung mit Eisenkern bis zur 1,2- bis 1,3-fachen Nennspannung praktisch linear. Bei dieser Bauart sind die Schenkel des Eisenkernes im Bereich der Wicklungen durch senkrecht zu den Schenkelachsen angeordnete Spalte unterteilt. Die. Spalte werden durch Beilagen aus magnetisch neutralem Werkstoff mit sehr großem Elastizitätsmodul gebildet. Dadurch sind die Spalte praktisch vollständig mit starrem Werkstoff gefüllt.

[0004] Zwischen den Spalten befinden sich Eisenpakete. Sie sind aus Transformatorblech aufgebaut und parallel oder radial geschichtet und verklebt. Die Eisenpakete und Luftspaltbeilagen werden untereinander ebenfalls meistens verklebt.

[0005] Die Induktion im Eisenkern der Drosselspulen ist ähnlich wie bei Transformatoren relativ hoch gewählt. Da die Induktion in den Spalten in erster Näherung nur um den Füllfaktor der Eisenpakete niedriger ist als in den Eisenpaketen selbst, tritt in den Spalten eine hohe magnetische Energiedichte auf. Die Abmessungen, das Gewicht und die Verluste der Drosselspulen mit Eisenkern sind deshalb wesentlich kleiner als bei von der Nennleistung her vergleichbaren Ausführungen von Drosselspulen ohne Eisenkern.

[0006] Um die Wirbelstromverluste in den Wicklungen und Eisenpaketen, welche durch die in der Umgebung der Spalte auftretende Querkomponente des magnetischen Flusses verursacht werden, niedrig zu halten, müssen die Spalte hinreichend klein sein. Da die magnetische Energiedichte der Luftspalte umso größer wird, je kleiner die Luftspalte sind, kommt der richtigen Bemessung der Luftspalte auch bezüglich der Baugröße von Drosselspulen besondere Bedeutung zu.

[0007] Zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungen und Geräusche werden die Wicklungen und der Eisenkern der Drosselspulen durch Preßkonstruktionen dauerhaft verspannt. Um unterschiedliche Längenausdehnungen bei Temperaturänderungen zwischen Wicklungen, Eisenkern und Preßkonstruktion auszugleichen, und eine gleichbleibende Pressung zu gewährleisten, sind in die Preßkonstruktion federnde Elemente eingebaut. Dabei bleibt jedoch der Eisenkern durch die Füllung seiner Spalten mit Werkstoff mit sehr großem Elastizitätsmodul ein unmittelbar an den Jochen anliegender starrer Baukörper.

[0008] Die Ausführung der Wicklungen unterscheidet sich praktisch nicht von der Bauweise von Transformatorwicklungen. Für Transformatorwicklungen ist es beispielsweise durch die DE-PS 20 32 501 bekannt, die Wicklungen in einen rohrförmigen Körper aus Kunstharz einzubetten und diesen Körper, ähnlich wie den Kern, in die Preßeinrichtung einzuspannen.

[0009] In Kompensations-Drosselspulen mit derartigen Wicklungen und mit als starrem Baukörper ausgeführten Eisenkernen mit ebenfalls starren Spaltfüllungen werden die magnetodynamisch verursachten Längenänderungen der Schenkel ungedämpft auf die Joche übertragen, die dadurch mit doppelter Netzfrequenz schwingen und als Geräuschquelle wirken. Dabei kann die statisch unbestimmte Lagerung der balkenförmigen JocL_Eauf den in einer Reihe hintereinanderstehenden drei Kernschenkeln noch zu einer zusätzlichen Verstärkung der Geräusche führen.

[0010] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die in der Drossel von dem Eisenkern ausgehenden und über die Joche weitergegebenen Schwingungen so zu beeinflussen, daß im Ergebnis die von der Drossel abgestrahlte Schall-Leistung verringert ist.

[0011] DieseAufgabe wird bei einer Drossel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß die Joche statisch bestimmt nur an ihren Enden starr mit den eine starre Säule darstellenden äußeren Kernschenkeln verspannt sind und daß der in sich ebenfalls eine starre Säule darstellende mittlere Kernschenkel in Richtung seiner Längsachse federn so eingespannt ist, daß seine Eigenfrequenz als schwingende Masse kleiner ist als die Netzfrequenz.

[0012] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Federkennlinie der federnden Einspannung des mittleren Kernschenkels im Bereich der Nennspannung linear proportional zur Einspannkraft und nimmt oberhalb dieses Bereiches die Größe der Einspannkraft schneller zu als die Größe des Federweges.

[0013] Zur federnden Einspannung der Eisenkernscheiben dienen nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bis zu 30 mm dicke mit Noppen versehene Matten aus elastischem Werkstoff, beispielsweise aus Gummi.

[0014] Erfindungsgemäß ausgeführte Drosseln sind sehr vorteilhaft, denn ihre Herstellung erlaubt eine Verringerung des Fertigungsaufwandes gegenüber den Verfahren bei den bekannten Drosseln. Gleichzeitig ist eine Veränderung der magnetischen Eigenschaften der Drossel vermieden und dabei eine deutliche Verringerung der nach außen abgestrahlten Schall-Leistung gewährleistet.

[0015] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der eine Drossel im Längsschnitt dargestellt ist.

[0016] Um aus Eisenkernscheiben 1 zusammengesetzte Kernschenkel sind üblicherweise als Spulenwicklungen oder als Lagenwicklungen ausgeführte Wicklungen 2 angeordnet. Die Eisenkernscheiben 1 bestehen aus Transformatorblechlamellen, die radial oder auch untereinander parallel auf jeden Fall jedoch parallel zur Kernschenkelachse geschichtet sind. Die oberen und die unteren Enden der Kernschenkel sind durch ebenfalls aus Transformatorblechlamellen geschichtete Joche 3 magnetisch miteinander verbunden. Sowohl die Joche 3 als auch die Wicklungen 2 sind in bekannter, nicht näher dargestellter Art und Weise miteinander verspannt, wobei erfindungsgemäß die äußeren Kernschenkel zwischen den Jochen 3 auftretende Druckkräfte aufnehmen, die über Zugstangen in der Verspannungseinrichtung erzeugt sind.

[0017] Die innerhalb der Wicklungen 2 im wesentlichen den Magnetfluß führenden Eisenkernscheiben 1 flankieren in Achsrichtung Spalte, in denen Zwischenlagen 4 aus magnetisch neutralem Werkstoff mit sehr großem Elastizitätsmodul angeordnet sind. Auch in den Spalten zwischen den Enden der äußeren Kernschenkel und den Enden der Joche 3 sind derartige Zwischenlagen 4 angeordnet, so daß die Joche 3 von der Verspannungseinrichtung statisch bestimmt in je zwei Lagerstellen gepreßt sind.

[0018] Dagegen liegen in den Spalten zwischen den Enden des in sich zwar ebenfalls eine starre Säule darstellenden mittleren Kernschenkels und den Jochen 3 anstelle von starren Zwischenlagen 4 in sich nachgiebige Matten 5 aus elastischem Werkstoff. Hierfür haben sich mit Noppen 6 versehene Matten 5 aus Gummi bei Messungen als besondersgeeignet erwiesen.

[0019] Gemäß einer besonders fertigungstechnisch günstigen Anordnung bestehen die starren Zwischenlagen 4 jeweils aus einer Vielzahl von Scheiben aus Keramik, die beispielsweise unter Zuhilfenahme von Schablonen immer in der gleichen Konfiguration zwischen die Eisenkernscheiben 1 gelegt sind. Korrespondierend hierzu sind dann in die Spalte zwischen den Enden des mittleren Kernschenkels und den Jochen 3 Scheiben aus einem weichen, elastischen Werkstoff eingelegt. Dabei ist vorteilhafterweise Form und Anordnung beider Scheibenarten einander gleich. Zur Erzielung einer gewissen Vorspannung für die elastische Halterung des mittleren Kernschenkels sind die Scheiben aus dem weichen Werkstoff lediglich etwas dicker als die Scheiben aus Keramik.

[0020] Die Abmessungen dieser die Noppen 6 aufweisenden Matten 5 und die Härte (Weichheit) des eingesetzten Werkstoffes sind so festgelegt, daß die Eigenfrequenz des FederMasse-Systems mit den Matten 5 als Feder und dem mittleren Kernschenkel als Masse unterhalb der Netzfrequenz von 50 Hz, beispielsweise bei 14 Hz, liegt.

[0021] Obwohl bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Joche 3 nach wie vor durch die starre Verspannung mit den äußeren Kernschenkeln durch deren magnetodynamisch bedingte Längenänderungen ungedämpft bewegt werden, ist die abgegebene Schall-Leistung bei erfindungsgemäß federnd eingespanntem mittleren Kernschenkel überraschend deutlich geringer als bei bisher üblichen Ausführungen, bei denen die Joche starr mit allen drei Kernschenkeln verbunden sind.

Ansprüche

1. Drossel für große elektrische Leistungen mit Wicklungen um drei in Reihe hintereinander angeordnete Kernschenkel aus in Achsrichtung mit Abständen übereinandergestapelten Eisenkernscheiben und mit stirnseitig über und unter den Wicklungen angeordneten Jochen in Form von durchgehenden Balken, dadurch gekennzeichnet ,

- daB die Joche (3) statisch bestimmt nur an ihren Enden starr mit den eine starre Säule darstellenden äußeren Kernschenkeln verspannt sind und

- daB der in sich ebenfalls eine starre Säule darstellende mittlere Kernschenkel in Richtung seiner Längsachse federnd so eingespannt ist, daß seine Eigenfrequenz als schwingende Masse kleiner ist als die Netzfrequenz.

2. Drossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkennlinie der federnden Einspannung des mittleren Kernschenkels im Bereich der Nennbeanspruchung linear proportional zur Einspannkraft ist und daß oberhalb dieses Bereiches die Größe der Einspannkraft schneller zunimmt als die Größe des Federweges.

3. Drossel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Enden des mittleren Kernschenkels über bis zu 30 mm dicke, mit Noppen (6) versehene Matten (5) aus elastischem Werkstoff, beispielsweise aus Gummi, abstützen.

4. Drossel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den übereinandergestapelten Eisenkernscheiben (1) sowie zwischen den äußeren Kernschenkeln und den Jochen (3) durch Scheiben aus Keramik gehalten werden und daß sich die beiden Enden des mittleren Kernschenkels über Scheiben aus einem weichen Werkstoff abstützen, wobei Form und Anordnung der Scheiben aus Keramik und der Scheiben aus einem weichen Werkstoff einander gleich sind.

5. Drossel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben aus dem weichen Werkstoff in Achsrichtung etwas stärker sind als die Scheiben aus dem Keramik.

Zeichnung