Elektrotechnik und Maschinenbau, Jg. 45, Heft 3

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4 5 . J a h r g a n g _________________________ W ie n , 16. J ä n n e r 1927__________________________ 3 H e ft f A J J -J A f 'T*. Vergleichende Sprungw ellenversuche S. 5 2 . / E lektrische H eizung, E lektrische Ö fen, E lektro - 1 I V 1 1 r 1 L 1 . unc{ D urchschlags/nessungen an der m etallurgie. S. 5 3. / M a g n etism u s u n d E lektrizitä tsleh re, W icklung eines 3 0 0 0 k V A - , 6 0 k V -T ra n s fo rm a to r s. Von P hysik. S. 53.

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Vergleichende Sprungwellenversuche und D urchschlagsmessungen an der Wicklung eines 3000 kVA-, 60 kV-Transformators.

Von Dr. M. W e l l a u e r , Oerlikon.

Al A l l g e m e i n e s .

1. Während in früheren Jahren der W indungs­

isolation von Transformatoren w enig Beachtung geschenkt wurde, führten die häufigen W indungs­

durchschlüge, die an im B etriebe befindlichen Transformatoren, besonders nach starken G e­

wittern auftraten, dazu, daß man neben der Iso­

lation der W icklung gegen Erde der Isolierung zw ischen W indung und W indung mehr Aufmerk­

sam keit schenkte. Die Forderung nach einer sprungw ellensicheren W icklung wurde allgemein all die H ersteller von Transform atoren gestellt.

B egnügte man sich anfangs damit, die Eingangs­

windungen besser zu isolieren, so geht man in neuester Zeit sow eit, die Isolation der gesam ten W icklung so zu bem essen, daß sie selbst den größten Überspannungen standhält. Mit dieser Ent­

wicklung in engem Zusammenhänge steht die Frage nach der Prüfung eines Transform ators auf die Sprungwellenfestigkeit seiner W icklung. Vor­

schriften, die diese Forderung erfüllen, sind nicht so leicht aufzustellen, w ie solche zur Prüfung einer W icklung g eg en Erde oder Eisen. Genügt es in diesem Falle, der W icklung eine statische Spannung gegen Eisen oder Erde aufzudrücken, so liegen bei der Sprungwellenprüfung die Verhältnisse w esen t­

lich komplizierter. Betriebsm äßig hat die W ick­

lung zw ischen W indung und W indung fast keine Spannung auszuhalten. Eine Spannungsbean­

spruchung tritt in ihr erst auf als Folge von un­

stationären Vorgängen, deren genaue experim en­

telle und rechnerische Erfassung bis jetzt noch nicht vollständig gelungen ist. E bensow enig kann man heute eine Versuchsanordnung angeben, die mit einfachen M’tteln, das heißt, ohne die B e­

triebsverhältnisse im Großen nachzuahmen, es cr- mögbehte, die Transform atoren im Versuchsfeld so zu prüfen, daß der Käufer d !e Gewähr dafür hätte, der Transformator sei wirklich auf Sprungw ellen- festigkeit geprüft. D ies ist wahrscheinlich über­

haupt nicht vollständig möglich, da die betriebs­

mäßig auftretenden Überspannungen derart v e r ­

schieden sind, daß keine Versuchseinrichtung alle diese V erhältnisse w iedergeben kann. Aber nicht einmal so w eit sind die Spannungsver­

hältnisse bei den heutigen Prüfvorschriften aufge­

klärt, daß w ir uns ein Bild machen können von den einfachsten Prüfbedingungen, denen die W indungs­

isolation dabei unterworfen wird. Die der Sprung­

w elle zum D urchschlag zur Verfügung stehende Energie, die Dauer und Form der Sprungwelle sind nicht bekannt.

2. Um so notw endiger erschien es dem. V er­

fasser, vergleichende M essungen über die von den verschiedenen Ländern vorgeschriebenen Sprung­

wellenprüfungen auszuführen. U nseres W issen s be­

stehen bis jetzt erst zw ei solcher Vorschriften, die­

jenige des VDE und des SEV (Schw eizerischer Elektrotechnischer Verein). D eshalb wurden in erster Linie diese zw ei Prüfmethoden miteinander verglichen. W enn daneben noch eine dritte Schal­

tung angew andt w urde, so v or allem um zu zeigen, daß mit Laboratoriumsmittcln noch andere und stärkere JSprungwellenbeanspruchungen erzielt werden können.

3. Nachdem die W icklung des geprüften Trans­

formators auf ihre Sprungwellenbeanspruchung untersucht w orden w ar, wurde die W indungs­

isolation mit verschiedenen Spannungsarten auf Durchschlag geprüft, insbesondere in Anlehnung an eine Schaltung von P e c k auf ^kurzzeitige. Span­

nungsstöße untersucht, die nach Ansicht d es Ver­

fassers ein zuverlässigeres Bild über die Sprung- w ellenfesbgkeit einer W icklungsisolation ergibt als die bisherigen Prüfvorschriften. Die an der W in­

dung auftretende Spannung ist bei dieser Schaltung genau bekannt und die D urchschlagsenergie kann genügend hoch gew ählt werden. D iese P rob e hat allerdings den NachteM, daß sie am fertigen Prüf- objekt nicht angew endet w erden kann, sondern an Probespulen durchgeführt w erden muß. Anderer­

seits w ird dadurch der Transform ator vor der Inbetriebsetzung von einer Probe_ verschont, die unter Um ständen, w ie jede Prüfung, w enn sie eine

42 Elektrotechnik und Maschinenbau 1927, Heft 3 16, Jänner 1927

solche sein soll, den Transformator schädigen kann.

Ein w eiterer Punkt, der der heutigen Prüfm ethode vorgew orfen w erden muß, ist der, daß bis jetzt nicht genügend Erfahrung darüber vorliegt, daß die bestehenden Sprungw ellenvorschriften einen bei der Prüfung entstehenden Fehler auch aufzudecken verm ögen. Es bestellt sehr w ohl die M öglichkeit, daß besonders ein am Ende der Priifzcit ent­

stehender Schaden nicht bemerkt wird. Die nach­

folgende Prüfung der ganzen W icklung mit stati­

scher W echselspannung kann jedenfalls solche Fehler nicht aufdecken.

4. D ie Prüfung der W indungsisolation an Probespulen wird heute schon von vielen Käufern von Großtransformatoren vorgeschrieben, aller­

dings mit betriebsm äßigem W echselstrom von 50 Per/s. U m sow eniger bestehen Bedenken, die vom V erfasser vorgeschriebene Prüfmethode an­

zuwenden.

5. Säm tliche Versuche wurden im H ochspan­

nungslaboratorium der Maschinenfabrik Oerlikon ausgeführt.

B. D e r V e r s u c h s t r a n s f o r i n a t o r , d i e S c h a l t a n o r d - n u n g u n d d i e P r ü f V o r s c h r i f t e n .

1. Der ältere Versuchstransform ator hatte fol­

gende Daten:

S c h e i n l e i s t u n g ... 3000 kVA S p a n n u n g . . . . . . 15/GO kV F r e q u e n z ... l ö ’A P e r / s Leerlaufs cheinle is tu ng . 136 kVA

Der Transform ator hatte zw ei Schenkel. Die O berspannungswicklung war als innere, die Unter­

spannungswicklung als äußere Zylihderspuie aus- gebildef. Die Obcrspannungsspule, die hier insbe­

sondere interessiert, bestand aus 44 Spulen pro Schenkel, w ovon die drei ersten als Eingangs­

spulen aus je 12 besser isolierten W indungen, die übrigen normalen Spulen aus je 44 W indungen be­

standen.

2. Die W icklungsisolation w ar die folgende:

Normale Spulen: Cu ES X 18 mm. Isolation zw ischen Kupfer und Kupfer zw eier benachbarter W indungen 3 X 0*1,5 mm Preßspan.

Eingangsspulen: Cu 1 * 3 X 1 8 mm. Isolation zw ischen Kupfer und Kupfer zw eier benachbarter Windungen 8

X

0*25 mm Preßspan 4- E l mm Preßspanzw ischenlage.

3. Da die O berspannungswicklung innen, die Unterspannungswicklung außen saß, w urde die Unterspannungswicklung desjenigen Schenkels, an dessen Oberspannungswicklung die Spannungsver- teiiunjg gem essen worden sollte, abgehoben. In Anbetracht der kurzen Zeit, die für die Versuche zur Verfügung stand, konnten an der W icklung nur die folgenden Anzapfungen zur Spannungsm essung angebracht w erden: an der 2. und 3. W indung der ersten Spule, an den Enden der 1. bis und mit 8. Spule, am Ende der 19. und Ende der 43. Spule.

An der Unterspannungswicklung des anderen Schenkels wurden ebenfalls Anzapfungen ange­

bracht an der 1., 2., 3., 14. und 27. Spule, um auch hier die Spannungsverteilung m essen zu können.

4. Zur Speisung des Transform ators wurde W echselstrom von 50 P e r/sec benützt. Die Span­

nungsregulierung geschah über einen Zw ischen­

transformator und einen Induktionsregler. Die Sprungwellenspannungen w urden m ittels einer 20 mm Durchm esser Kugelfunkenstrecke (KFS) g e ­ m essen, die zur Vermeidung des Entladevcrzuges mit einer Quarzlampe bestrahlt wurde. Die ge­

m essenen W erte w aren reproduzierbar bis auf Unterschiede kleiner als 4 bis 5 vH. Die übrige Versuchseinrichtung w ar den Vorschriften m ög­

lichst genau angepaßt.

5. D ie Sprungw ellenvorschriften des SEV: Da die Vorschriften des Schw eizerischen Elektrotech­

nischen V ereins im Ausland w eniger bekannt sein dürften, seien Schaltung und Vorschriften hier w iedergegeben:

Die Prüfung soll am fertigen Transformator auf dem Priiffelde des Erstellers vor der Abnahme der Prüfung mit erhöhter Eigenspannung erfolgen.

J h e ist norm alerw eise im kalten Zustande vorzu- ncbnien. Die Prüfung kann aber auch im warm en

"Zustande verlangt w erden. Die Höhe der Priif-

f r 3"Rn . » R

u U*

v K \k

Abb. 1. S p ru n g w e lle n sc h a l- Abb. 2. S p ru n g w e ll e n s c h a l­

tu n g SEV. P rü f u n g u nd tung SEV. P rü f u n g d e r O b e r - S p e is u n g v on d e r U n te r- S pannungsw ic klung und Spannungsw ic klung. Speis u n g von d e r U nte r­

sp a n n u n g s w ic k lu n g . G = Netz,

T r — T r a n s f o r m a t o r , K = Kessel,

R — W a s s e r w i d e r s t a n d , F — E r r e g e r fu n k e n s t re c k e . L — G eb iäse.

Spannung, bzw. die Sprungwellenhöhe Ve soll E3mal die Nennspannung Vn. betragen. Schaltung (siehe Abb. 1 und 2): D er zu prüfende Pol wird über eine mit eine Gebläseeinrichtung versehenen Erregerfunkenstrecke an Erde gelegt, ebenso der, bzw. die anderen P ole in Parallelschaltung über einen W iderstand. Für die Speisung der Prüf­

einrichtung sind verschiedene Schaltungen zulässig, unter denen die nachfolgend beschriebenen be­

sonders empfohlen w erden. Die Speisung wird mit gleicher oder höherer Frequenz a ls derjenigen des Priifobjektes vorgenom m en und kann von der Priif- seite (Abb. 1) oder von der anderen Seite aus (Abb. 2) erfolgen.

Bei Speisung von der Prüfseite aus ist die Funkenstrecke zuerst an die Phasenklem m en u (bzw. U) anzuschließen, v und »e (bzw . V und W ) miteinander kurzzuschließen und über den W ider­

stand R an Erde zu legen.

Die Speisung erfolgt an u und w (bzw.

U und VF). Bei Speisung von der entgegengesetzten Seite aus ist die Funkenstrecke zuerst an die

i 6. Jänner 1927 Elektrotechnik und Maschinenbau 1927, Heft 3 43

Phasenklem m e U (bzw . u) anzuschließen, V und W (bzw . v und n>) miteinander kurzzuschließen und über den W iderstand R an Brde zu legen. Auf der en tgegen gesetzten Seite sind' u und w (bzw.

U und W ) zu speisen.

Die Prüfung der anderen P hasen geschieht durch zyklisches Vertauschen aller Anschlüsse.

Bei Prüfung der Oberspannungswicklung ist ein Punkt der Unterspannungswicklung zu erden.

Die Prüfung selbst geschieht folgendermaßen:

Die Schlagw eite der Funkenstrecke F wird für die v b rgescb n cb cn c Sprungwcllcnhöhe V? einge­

stellt, der Lufthalm der G ebläseeinrichtung L g e ­ öffnet und hierauf die Spannung der Strom quelle 0 bis zum Überschlag der Funkenstrecke gesteigert.

Sobald der Überschlag erfolgt, wird die Funken­

strecke w ährend der vorgeschriebenen Zeitdauer zum Ansprechen gebracht.

D er W iderstand R ist innerhalb der Grenzen 0'5 bis 2 Ohm pro Volt Anschlußspannung zu ..wählen. Der angegebene obere G ren zw ert soll nicht überschritten werden, um die beim An­

sprechen der Funkenstrecke an den nicht geprüften Schenkeln auftretenden Überspannungen gegen Erde in zulässigen G renzen zu halten, die untere Grenze soll eingehalten w erden, damit der im Kreise auftretende Strom klein bleibt und so das Auftreten eines Lichtbogens an Stelle von Funken­

entladungen verhindert wird.

Alle Zuleitungen sind so kurz w ie möglich zu halten. D ie _ P rüfzeit is t so bem essen, daß eine lOOOmalige Sprungwellcnbeansprucluing entsteht, w obei zu beachten ist, daß pro Halbwolle der Grundfrequenz der Energiequelle ein Ü berschlag eintritt. Bei 50periodigem W echselstrom entspricht dies einer Prüfzeit von 10 Sekunden. Die Funken­

strecke ist mit einem Luftstrom von zirka 6 m /sec

’G eschw indigkeit anzublascn. Das Aussehen der Funkenentiadung ¡ist bei richtig dimensioniertem W iderstand und bei genügender G eschw indigkeit der Gebläseluft violett oder blau, bei zu nieder­

ohmigem W iderstand oder zu schw achem Luft­

strahl w erden die Funken gelb.

6. D ie Sprungwellenvorschriften des VDE: Die Vorschriften w erd en als bekannt vorau sgesetzt.

D ie Sprungw ellen w erden so erzeugt, daß jede K FS auf die L lfach e Nennspannung eingestellt, mit einem Luftstrahl vo n zirka 3 m /sec G eschw indig­

keit angeblasen1) und der T r a n s f o r m a t o r auf die L3fache Nennspannung erregt wird. D as Ver­

hältnis zw isch en der Funkenspannung einer Funkenstrecke und der Transform atorerregerspan­

nung ist demnach 1 : 1T8. D as Funkenspiel wird durch m echanisches Zünden eingeleitct, indem die eine KFS vorübergehend iiberbrückt wird. Es zeigte sich nun bei der Durchführung der Versuche, daß das Funkenspiel nicht stehen blieb, sondern augenblicklich erlosch, sobald die Überbrückung entfernt w urde. Zur Erreichung eines kontinuier-

*) Die L uftg eschw indig keit kann in weiten G re nzen ve rä n d e r t w e rden, ohne d a ß die Ü b e rs p a n n u n g wesentlich kleiner o d e r grö ßer w ird. M aßgebend ist d a s Aussehen d e s F unkens. D er richtige Funken ist blau o d e r violett.

liehen Funkenspicles w ar eine Erregung des Trans­

form ators über das lT 8fache der Funkenspannung einer KFS auf etw a das L3- bis Löfache der Funkenspannung notwendig. D iese Spannung sei mit Zündspannung P z bezeichnet. B ei einer V er­

suchsreihe wurde die Zündspannung so hoch g e ­ wählt, daß die Funkenstrecken selbständig an- sprachcn. D azu w ar eine Erregung des Trans­

form ators auf das TSfache der Funkenspannung einer KFS notwendig. Sobald das Funkenspiel kon­

tinuierlich aufrecht erhalten wurde, zeigte sich eine kapazitive Belastung d es Transform ators. Die Unterspannung stieg dann infolge Änderung des Spannungsabfalles im Induktionsregler auf etw a das 1T5- bis l -3fache. Theoretisch braucht es zum Zünden beider Funkenstrecken die doppelte Funkenspannung für die jede Funkenstrecke ein­

gestellt ist. W ird die eine leitend überbrückt, so spricht die andere, da der Transform ator auf die lT 8fache Funkenspannung eingestellt ist, sofort an.

Der Vorschrift des VDE liegt w ohl der Gedanke zugrunde, daß das Funkenspiel deshalb aufrecht erhalten wird, w eil die Ladung des Kondensators beim Erlöschen der KFS liegen bleibt, so daß bei Umkehr der Spannung des Transform ators die doppelte Spannung an der Erregerfunkenstrecke herrscht, die dann zur Neuzündung ausreicht.

Nimmt man an, daß diese Ladungen auf dem Kondensator sich sehr rasch ausgleichen, so ist es leicht möglich, daß eine Neuzündung nicht sta tt­

findet. In unserem Falle w ar die zur Aufrechterhal­

tung eines Funkenspieles notw endige Spannung das T3- bis Löfache der Funkenspannung. Da die Span­

nungserhöhung infolge kapazitiver Belastung des T ransform ators durch die K ondensatoren nur das L15- bis L3fachc der Erregerspannung betrug, genügt diese Erhöhung zur Aufrechterhaltung des Funkenspieles nicht. Tritt bei anderer Anordnung überhaupt keine kapazitive Spannungserhöhung ein, so kann ein Funkenspiel bei einer Erregung des Transform ators auf das L lSfache der Funkenspan­

nung noch w eniger eintreten.

7. Als dritte Schaltung wurde eine solche g e ­ wählt, bei der im G egensatz zu den ausdrücklichen Bestim m ungen sow ohl der deutschen als auch der schw eizerischen Vorschriften eine längere Leitung angewendet' wurde. D ie Leitungslänge (60 m) w urde so lange gew ählt, daß nach den M essungen von B i n d e r angenommen w erden konnte, daß die infolge des Ü berschlages entstehende W ander­

w elle sich vollständig ausbilden kann, so daß eine W elle mit sinusförmig ansteigender Front von der Höhe der Ü berschlagsspannung am Transformator eintrifft. Andererseits ist die Leitung genügend kurz, sodaß ein w esentlicher Verlust und damit eine Abflachung der W ellenstirn noch nicht eintreten kann. V ergleichsm essungen m it einer kurzen Leitung zeigten, daß die Überspannungen bei der kurzen Leitung w esentlich kleiner ausfallen. D iese Anordnung m it langer Leitung hat unseres Er­

achtens den Vorteil, daß sie viel eher als die zw ei anderen Schaltungen die Form der die W icklung beanspruchenden Sprungw elle übersehen lassen.

44

Elektrotechnik und Maschinenbau 1927, Heit 3 16. Jänner 1927

C. Sprungw eilenversuche nach den Vorschriften des SEV.

1. Die M essungen zeigen die Abb. 3, 4 und 5.

Der Linienverlauf stellt die Spulenspannungen von Spule zu Spule längs der Oberspannungswicklung in P rozent der Funkenspannung der Errcgerfunken- strecke dar. Es sind die folgenden Versuchsreihen aufgenommen worden:

Transform ator in Luft:

Pf = 2 0 , 30 und 40 kV.

Transformator in Öl:

Pf= 4 0 , 50 und 60 kV.

Z u s a m m e n f a s s u n g :

Säm tliche Kurven zeigen übereinstimmenden Verlauf: Maximale Beanspruchung an der ersten Spule. Beanspruchung dann gegen die 2. und

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Abb. 3. S p ru n g w e lle n s c h a ltu n g SEV. P r o z e n t u a le S pulen- s p a n n u n g in Abh ängig keit von d e r S p u le n n u m m e r . T r a n s ­

f o r m a t o r in Luft.

X Pf= 2 0 kV (100 vH) --- + Pf— 3 0 k V (100 vH) O P / - = 4 0 k V (100 vH) A P f = 4 0 kV (100 vH) 3. Spule stark abfallend. Dann starke Erhöhung der Spulenspannung an der 4. Spule, die jedoch das Maximum der ersten Spule nicht mehr erreicht.

Dann endgültiger Abfall bis zur 6. und 7. Spule, von

Abb. 4. S p r u n g w e lle n sc h a ltu n g SEV. P r o z e n t u a le S p u le n ­ s p a n n u n g in A bhängigkeit vo n d e r S p u le n n u m m e r . T r a n s ­

f o r m a t o r in Öl.

X P f = 4 0 kV (100 vH) •--- O P f = 50 kV (100 vH) 4- P f = 6 0 k V (100 vH)

w o die Spulenspannung sich langsam, aber stetig verringert. An diesem typischen Verlauf ist fol­

gendes besonders hervorzuheben:

«) D er Spannungsverlauf ist einheitlich stark abfallend, ähnlich demjenigen einer K ondensator­

kette.

b) Die U nstetigkeit an der 4. Spule ist auf die Änderung der W indungszahl beim Ü bergang von den Eingangsspulen zu den Normalspulen zurück­

zuführen.

Punkt 1 läßt erkennen, daß der Spannungsver­

lauf in erster Linie durch die statische Spannungs­

teilung bedingt ist, das heißt, man kann in erster Annäherung annehmen, daß die volle Spannung an der ersten W indung sitzt und die w eiteren Spulen und W indungen ihre Spannung durch das statische Feld gemäß ihrer kapazitiven Verkettung mit der ersten Spule erhalten. Man muß demnach auf einen sehr hochfrequenten V organg schließen, der nicht w eit in die W icklung eindringt. Daß die Sprung- w cllc trotzdem einige Spulen w eit in die W icklung eindringt, b ew eist der Spannungssprung an der 4. Spule. Da diese U nstetigkeit nicht durch v e r ­ änderte kapazitive Verkettung bedingt sein kann,

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d u n g s s p a n n u n g d e r 1. Spule in A bhängigkeit d e r W in ­ d u n g s n u m m e r . T r a n s f o r m a t o r in Oel.

X Pf — 40 kV o Pf = 50 kV + P f = 60 k V ist sie auf eine erneuerte, besonders starke R e­

flexion der eindringenden W elle zurückzuführen.

Ebenso können die w eiter innen liegenden Spulen ab Spule 10 ihre erhöhte Spulenspannung gegen ­ über der normalen W echselspannung nur durch die eindringende, nun schon stark gedämpfte Sprungw elle erhalten haben, während die Spulen 5, 6 und 7 ihre höhere Spulenspannungen durch das statische Feld der 4. Spule erhalten. Daß es sich fast ausschließlich um eine statische Spannungs­

verteilung handelt, zeigt auch der Verlauf der W in­

dungsspannung in der ersten Spule (Abb. 5). Die erste W indung erhält eine maximale W indungs­

spannung von ungefähr 35 vH der totalen Spulen­

spannung.

2. Durch eine besondere Anordnung wurde festgestellt, daß bei dieser Sprungwellenprüfung keine Reflexionen am Nullpunkt und damit auclr keine Spannungserhöhungen an den Spulen in dessen Nähe auftreten. D ie Sprnngwelle dringt also nicht sow eit in die W icklung ein.

16. Jänner 1927 Elektrotechnik und M aschinenbąu 1927, H eit 3 45

3. Der Verlauf der Spulenspannungen für v e r ­ schiedene Funkenspannungen zeigt, daß die pro­

zentuale Spulenspannung mit w achsender Sprung­

wellenspannung kleiner wird.

Die prozentuale Spulenspannung ist für den Transformator in Öl nicht unwesentlich größer als in Luft. D ies ist wohl auf seine größere Eigen­

kapazität und dam it größere Entladeenergie in ö l zurückzuführen. (Im G egensatz zur Schaltung des

y. H .

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—1— ~j—i—i— Sp u len nu m m er

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Abb. 6. S p ru n g w e lle n p rü fu n g n ach VDE. P r o z e n t u a le S p u le n s p a n n u n g in A bhängig keit v on d e r S p u le n n u m m e r .

T r a n s f o r m a t o r in Luft.

X Pf = 20 kV, Pz = 26-2 kV ( 1 0 0 vH)l Z ü n d u n g O Pf — 25 kV, P z = 41‘8 k V (lOOvH)J m echanisch, + Pf= >5 kV, Pz = 28 kV (100 vH), T r a n s f o r m a ­ t o r s o hoch erregt, d a ß Z ü n d u n g selbständig.

VDE steht dem Transformator im Augenblick des Funkenüberschlages nur seine eigene elektro­

statische Energie zur Verfügung.)

4. D ie M essung der Sprungwellenspannungen an der Unterspannung beim Eintreffen der Sprung­

w elle w ie bisher an der Oberspannungswicklung ergab einen ganz ähnlichen Verlauf der Spulen­

spannung längs der Unterspannungswicklung. Um­

gerechnet mit dem Ü bersetzungsverhältnis des Transform ators sind die Überspannungen an der

>3

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H.

A

V \

0*—1— ^__1__ __1__ 1___1__l__ I___L_M___1__ Spülennum m er

1 1 6 10 19 93

D.

Sprungw ellenversuche nach den Vorschriften des V D E .2)

1. Die M essungen zeigen die Abb. 6 und 7, in denen die Ergebnisse folgender Versuchsreihen dargestellt sind:

Transformator in Luft, Zündung mechanisch:

P F = 2 0 k V , 2 5 k V ;

P z = 2 6 -2 k V , 4 L 8 k V ; e n t s p r . 1 3 . Pf, L 6 7. P f . Transformator in Luft, Zündung selbständig:

Pf = 1 5 k V ;

P z = 2 8 k V e n t s p r e c h e n d 1 ' 8 6. Pf.

Transform ator in ö l, Zündung m echanisch:

P f — 3 0 k V , P z — 5 0 k V , e n t s p r . 1 ‘6 6 . P f.

Z u s a m m e n f a s s u n g :

Bei der prozentualen Spulenspannung erhob sich die Frage, auf w elch e Spannung die Spulen­

spannung bezogen w erden sollte. In den Kurven der Abbildungen, die diese M essungen enthalten, wurde als Bezugsspannung die Zündspannung, das heißt, jene Spannung des Transform ators gew ählt, bei der das Funkenspiel gerade noch aufrecht er­

halten w erden konnte.

D er Verlauf der Spulenüberspannungen längs der Oberspannungswicklung ist derselbe w ie bei der SEV-M ethode, so daß sich eine Diskussion darüber erübrigt. D ie M essung in ö l ergab die­

selben W erte w ie in Luft.

An den Vorschriften des VDE ist eine einpolige Erdung des Transform ators nicht vorgesehen. D ies ist auch richtig, da sich d iese Schaltung dafür nicht eignet.

E.

Sprungw ellenm essungen nach Schaltung Abb. 8- 1. Die Schaltung zeigt die Abb. 8. Es wurden folgende Fälle durchgem essen, die in den Abb. 9 und 10 eingetragen sind:

MF n

n n n r o ö Tr

LmJUUÜLJS—U

o b o o o o v-°

V u

Abb. 7. S p ru n g w e ll e n p rü fu n g n ach VDE. P r o z e n t u a le S p u le n s p a n n u n g in A bhängig keit v on d e r S p u le n n u m m e r .

T r a n s f o r m a t o r in Oel.

X Pf - 30 kV, P z = 50 kV (100 vH),

;Zündung mechanisch.

Unterspannungswicklung prozentual so hoch, w ie an den Oberspannungsspulen. D ie M essung ergab bei 40 kV Funkenspannung, Transformator in ö l, eine m axim ale Spulenspannung an der ersten U nter­

spannungsspule von 4*7 kV entsprechend 66 vH der Funkenspannung bei einem Ü bersetzungsverhältnis 8 : 1 . Natürlich sind d iese Überspannungen, wenn sie auch prozentual so hoch sind w ie die der Ober­

spannung, doch der W icklung weniger gefährlich, da der Sicherheitsgrad der Unterspannungs­

isolation höher gew ählt w erden kann.

ß

c Ö X f J 1 Q 62.60

Abb. 8 .

L = Leitung, 7V = T r a n s f o r m a t o r , F = E rre g e r fu n k e n stre c k e , Q = Q u a rz la m p e , Cf— E n tla d e k a p a z itä t, M F = M eßfunkenstr ecke.

Transformator in Luft:

Pf = 30 und 40 kV bei verschiedener Leitungs­

länge und Entladekapazität.

Transform ator in ö l:

PF = 40 und 50 kV.

Z u s a m m e n f a s s u n g :

Der allgem eine Charakter des Spulenspan­

nungsverlaufes ist derselbe geblieben, w ie bei den

*) Vorschriften und N o rm en des VDE, 11. Aufl. 1923.

46 Elektrotechnik und Maschinenbau 1927. H eit 3 16. Jänner 1927

vorhergehenden Versuchen. In den ersten Spulen starke, aber rasch abnehmende Spulenüberspan­

nungen; in der 4. Spule eine Spannungserhöhung infolge erhöhter W indungszahl. In ö l größerere Spulcnspannungen bei gleichem Verlauf. Auffallend ist nur die schw ache Beanspruchung der ersten Spule. Sehr groß ist der Einfluß der Leitungs­

längen, w as, w ie schon erwähnt, auf die Aus-

v.H.

S p u le n n u m m e r . T r a n s f o r m a t o r in Luft.

X P f = 3 0 kV (100 vH) C A = 2 X 6300 cm ¿ = 3 m O Pf — 30 kV (100 vH) C f = 2 X 6300 cm ¿ = 6 0 m + Pf = 3 0 kV ( 1 0 0 vH) C f = 6 3 0 0 c m L = 60ni A Pf = 4 0 kV (100 vH) Cf = 6300 cm L = 6 0 m bildung der W ellenstirn zurückzuführen ist. D iese Schaltung ergab bei der maximal angew andten Leitungslänge von 60 m die höchsten Spulenspan­

nungen. D ie Spulenspannung der 2. Spule erreicht bei genügend hoher Entladekapazität nahezu den W ert von 100 vH der Ennkenspannung. Mit zu-

v.H.

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Abb. 10. S p ru n g w e ll e n m e s s u n g n a c h Sch altu n g Abb. 8 . P r o z e n t u a l e S p u le n s p a n n u n g ln A bhängig keit vo n d e r

S p u le n n u m m e r . T r a n s f o r m a t o r in Öl.

X P f = 4 0 kV (100 vH) C f = 6300 cm L = 60 m O P f = 5 0 kV (100 vH) C f = 6300 cm L = 6 0 in

nehmender Funkenspannung w erden die Spulen­

überspannungen w eniger gefährlich. D ies ist w ahr­

scheinlich darauf zurückzuführen, daß bei höheren Funken,Spannungen. die W ellenstirn w eniger steil ist.

F.

Zusammenfassung der R esultate sämtlicher Sprungw ellenversuche und Schlußfolgerungen.

1. Sow ohl die Sprungw ellenm ethode des SEV, als auch die des VDE ergeben denselben Spulen- spannungsverlauf an der W icklung. Auch die Schaltung nach Abb. 8 ergibt im W esentlichen die­

selbe Spannungsverteilung.

2. Die Sprungw ellen beanspruchen nur die w enigen ersten Eingangsspulen. D ie M ethode des SEV gibt eine maximale Spulenspannung von 60 bis 70 vH der Funkenspannung an der Erregerfun'ken- streckc (Funkcnspanmuig = Erregerspannung des Transform ators). Bei der Schaltung nach Abb. 8 erhält man maximal nahezu 100 vH der Funken­

spannung ( = Erregerspannung). Die Sprungwellen- vorschriftcn d es VDE ergeben 50 bis 60 vH Spuien- spannungen, bezogen auf die Zündspannung des Transformators.

3. B ei der am m eisten beanspruchten 1. Ein­

gangsspule ergaben die M essungen eine maximale Beanspruchung der 1. Windung von 35 vH der Spulenspannung.

4. Vergleich der M ethoden des SEV und des VDE: Nimmt man als Bezugsspannung die Span­

nung, auf die der Transformator beim Funkenspiel erregt ist, so erhält man bei der M ethode des VDE eine uni zirka 30 vH kleinere Spulenspannung als die SEV-M ethode. Die schw eizerische M ethode hat den Vorteil, daß sie genau definierte Verhältnisse ergibt. W ie unsere Versuche gezeigt haben, ist dies bei der VDE-Vorschrift nicht der Fall, w eil ein selbständiges Funkenspiel bei Einhaltung der VDE-Vorschriften nicht zustande kam.

5. D ie Versuche haben gezeigt, daß die Spulen­

isolation bei den offiziellen Sprungwellen nicht so stark beansprucht wird, daß diese Vorschriften zu fürchten w ären. Trotz starker Vorbeanspruchung und trotzdem der Versuchstransform ator vor den Versuchen längere Zeit im Betrieb war. wurde der Transformator selbst bei 60 kV Sprungwcllenbean- spruchung und obwohl die Priifzeit das Viclhundcrt- fache der vorgeschriebenen betrug, bei den V er­

suchen nicht beschädigt.

6. Die Sprungwcllcnvorschriften erfüllen inso­

fern ihren ¡Zweck nicht, als sie nur eine B ean­

spruchung der ersten Eingangswindungen ergeben, und von diesen w enigen W indungen w erden w iederum nur die ersten paar W indungen bean­

sprucht. Im B etriebe sind jedoch gerade diejenigen Überspannungen gefährlich, die tiefer in die W ick­

lung eindringen, da sie durch die bis jetzt be­

kannten Überspanm m gsschutzvorrichtungen nicht von der W icklung eines Transformators abgehalten w erden können.

G.

D urclisclilagsm essungen zw ischen den W in­

dungen des geprüften 3000 kVA-Transformators.

1. Um die D urchschlagsfestigkeit der W in­

dungsisolation d es mit Sprungweiten geprüften Transform ators festzustellen, wurde eine große-An- zahl von Normalspulen zu diesem Z w ecke d e­

montiert, aufgeschnitten und zw isch en W indung W indung auf D urchschlag geprüft. Bei dieser P robe w urde so vorgegangen, daß die Isolation

16. Jänner 1927 Elektrotechnik und M aschinenbau 1927, H eit 3 47

zw ischen W indung und W indung solange mit einer bestim m ten Spannung beansprucht wurde, bis der Durchschlag eintrat. Trat ein D urchschlag nach der maximalen Prüfdauer noch nicht ein, so wurde die betreffende W indung als vorbeansprucht nicht mehr v erw en d et.3)

2. D ie D urchschlagsversuche wurden mit fol­

genden Spannungsarten vorgenom m en:

«) Gleichspannung, erhalten durch Gleichrich­

tung einer W echselspannung mit zw ei Hochspan- nungsclektronenröhren ohne Kondensator.

n r r r r o i ^ r r r T T n n n Tr.

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62'5<j>KFS' Q_

M F 615 <pKFS. 2

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£ 0

Abb. 11. S c h a lt u n g z u r E r z e u g u n g von S to ß s p a n n u n g e n . T r = T r a n s f o r m a t o r ,

V = E lektronenventil­

röhren,

F = Kugelfunkenstrecke, R = YVasserwiderstand, L = Selb stinduktivität,

C = K apazität,

M F = M e ß funkenstrecke, O = Prüfobjekt,

W W — W a s s e r w i d e r s t ä n d e , W — Silitwiderstän de.

b) W echselspannung von 50 Per /s. S ow oh l die Gleich-, als auch die W echsclspannung w urden so angew andt, daß die volle Spannung plötzlich auf das Prüfobjekt geschaltet wurde. Eine Spannungs­

erhöhung tritt dabei nicht ein, w enn das Einschalten über einen hohen W iderstand erfolgt.

2.9.106sek

Abb. 12. S p a n n u n g s v e r la u f am W id e r s ta n d e R.

c) Stoßspannungen nach der Schaltung von P e c k . Die Anordnung zeigt die Abb. 11.

Man erhält bei d ieser Schaltung einen voll-, kommen definierten Spannungsverlauf am W asscr-

3) Um so lche W erte tr otz dem v e rw enden zu können, w urd en sie in die Z eit-Spannungskurve n ein getragen und mit einem Pfeil nach oben versehen, d e r andeute n soll, daß die richtige D u r c h s c h l a g s s p a n n u n g höher liegt.

w iderstände R. Bei den Versuchen wurde R kon­

stant gelassen, und zw ar gleich 2400 Ohm. Die Kapazität C = 4200 cm bestand aus Glaskonden­

satoren und L w ar eine zylindrische Luftdrosscl- spule von P5 mH. D ie Verbindungsleitungen wurden m öglichst kurz gehalten. D ie D rosselspule dient in erster Linie dazu, dem Schw ingungskreis eine bekannte Selbstinduktion zu geben. Aus diesen Konstanten berechnet sich:

M aximale Stoßspannung = 84 vH von P f- ( P f = Funkenspannung an der Kugelfunkenstrecke.) Zeitdauer von Nullwert bis zum M axim alw ert der

Stoßspannung = 2‘9 . 1 0 -° Sek.

D ieser Spannungsanstieg entspricht demjenigen einer W echselspannung von der Frequenz f — 86 000 Per/s.

Den Verlauf der Stoßspannung gibt Abb. 12.

Der M axim alw ert der Stoßspannung wurde m ittels K ugelfunkcnstreckenm cssungen kontrolliert und in

‘-mA-v’-wZ f ’ 50

w m i m m m M A i

Abb. 13.

Übereinstimmung mit der Rechnung gefunden. All­

gem ein ist die gem essen e Stoßspannung bei lang­

sam er Fünkenfolge einige P rozent tiefer, bei sehr rascher Fünkenfolge e tw a s höher als die berechnete Spannung. D ies ist w ahrscheinlich auf Entladever­

zögerungen zurückzuführen.

3. Um den Einfluß der Stoßfolge der Stoß­

spannungsbeanspruchung festzustellen, wurden Zeit- Spannungskurven mit Stoßfolgen von 0T Stöße je Sekunde (ein Stoß in 10 Sek.), von 2 Stöße/sec und von 50 Stöße/sec aufgenommen. Die letztere

/ - 50

Abb. 14.

Stoßfolge entspricht der halben maximalen Stoß­

zahl, die je Sekunde in einem N etz von 50 Hertz auftreten kann. D iese Stoßzahl hat demnach eine besondere praktische Bedeutung. Um die Stoß ­ folge zu bestim m en, w urde der Entladevorgang osziliographisch aufgenomm en. D ie obenstehenden Oszillogramm c (Abb. 13 und 14) enthalten zw ei solcher Aufnahmen von 50/3 und 50 Stöße in der Sekunde. D er E in tritt. eines Stoßes ist deutlich durch einen stärkeren Ausschlag der Oszillographen-

48 Elektrotechnik und Maschinenbau 1927. H eit 3 16. Jänner 1927

schleife gekennzeichnet. Die untere periodische Linie gibt die Eichung mit 50periodigem W ech sel­

strom.

4. Säm tliche V ersuche wurden in kaltem ö l von 20° C und heißem ö l von 85 bis 90° C vorg e­

nommen.

5. D ie M eßresultate sind in den folgenden Abb. 15 bis 19 dargestellt.

Um auch ganz kurze Zeiten eintragen zu können, w urde die Z eitabszisse mit logarithmischer Einteilung versehen. Man erhält dann einen fast

geradlinigen Verlauf der Zeit-Spannungskurve. Er­

hält die (Zeitabszisse eine proportionale Einteilung, so kommt die T atsache deutlicher zur Geltung, daß die Durchschlagslinic bei kleinen Zeiten rasch abfällt, um dann fast horizontal zu verlaufen. Da sich bei den Stoßspannungsver­

suchen herausstellte, daß für den Durchschlag die Stoßzahl aus­

schlaggebend ist, w urde bei ihrer D arstellung die Stoßzahl in logarithmischem Maßstabe als Ab­

szisse gew ählt. Eine viel impräg- nantere Darstellung der erhalte­

nen R esultate geben die Abb. 18 und 19. In ihnen ist als Ordinate derjenige P rozen tsatz aller mit einer bestim m ten Spannung g e­

prüften W indungen aufgetragen, die diese Spannung w ährend der v ollen maxim alen Prüfzeit aus­

gehalten haben. Bei der Gleich- und W echselspannung w ar dies 10 Minuten, bei den Stoßprüfun­

gen 1500 oder 3000 Stöße. In der Abb. 18 sieht man beispielsw eise,

daß bei 50periodiger W echselspannung säm tliche mit 20 kV max. geprüften W indungen diese B e ­ anspruchung während 10 Minuten ausgehalten

haben. Die Beanspruchung von 2V2 kV m ax. wird jedoch nur noch von 47 vH säm tlicher W indungen 10 Minuten lang ausgehalten, während säm tliche mit 24 kV max. beanspruchten W indungen durch­

schlagen, bevor die m axim ale Prüfdauer abge­

laufen ist. D iese Darstellung zeigt sehr übersicht­

lich, w ie eng begrenzt eigentlich der Spannungs­

bereich für die Prüfzeiten ist. Sie ist jedoch nicht so allgemein, w ie die Zeit-Spannungscharakteristik, da sie sich eben nur auf die gew ählte maximale Prüfdauer bezieht. Für jede andere gew ünschte

Zeit m üssen neue Kurven bestimm t werden.

7. Resultat.

ci) D er Verlauf der Zeit - Spannungs-C harak­

teristik ist sehr flach. Bei G leich- und W echselspan­

nung ist die 10 Minutcn- Durchschlagsspannung • nur 14 vH im kalten, 30 vH im w arm en Zu­

stand kleiner als die plötz­

liche Durchschlagsspan­

nung. D er Verlauf in Ab­

hängigkeit von der B e­

anspruchungsdauer ist je­

doch kein gleichmäßiger.

Die Durchschlagsspannung nimmt anfangs rasch ab, um dann nur noch ganz langsam zu fallen (siehe unterer Teil, Abb. 15).

b) D ieselben Verhält­

nisse ergeben sich bei den sehr kurzzeitigen Stoßspannungen. D iese F est­

stellung ist sehr w ichtig, da sie zeigt, daß kleine U nterschiede in den Prüfzeiten bei Abnahmeproben w ichtig sind, wenn diese Zeiten nur w en ig e Sekun­

den betragen. Bei Zeiten von einigen Minuten und

mehr hingegen hat selb st eine w esen tlich e V er­

längerung der Prüfdauer keinen großen Einfluß auf die Sicherheit gegen Durchschlag mehr.

Abb. 15. Z e it -S p a n n u n g s k u rv e n für G l e i c h s p a n n u n g .u n d 5 0 P e r / s W e c h s e l s p a n n u n g in heiß em u n d kaltem Öl.

max

kV

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Stoßzahl

--- --

Abb. 16. Z e it -S p a n n u n g s -K u rv e n fi 'r S t o ß s p a n n u n g e n in kaltem Öl.

O 2 Stö ße/Sek. x 50 Stö ße/Sek.

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