Drosselspulen

Drosselspulen
Trockenisolierte
Drosselspulen
Einleitung
Trench ist als führender
Hersteller von trockenisolierten
«Luftkerndrosselspulen» für die
Energietechnik weltweit anerkannt.
Unser einzigartiges Konzept,
basierend auf vierzigjähriger
Betriebserfahrung, hat uns mit
Hilfe erfahrener Ingenieure sowie
modernsten Fertigungseinrichtungen in Amerika und Europa zum
weltweit führenden und bedeutendsten Hersteller für diese
Produkte gemacht.
Durch die enge Zusammenarbeit
mit Energieversorgungsunternehmen und der Elektroindustrie,
sowie durch modernste Projektierungs-, Produktions- und Prüfeinrichtungen können wir unseren
Kunden Qualitätsprodukte, individuell angepasst an jeden Anwendungsfall, bieten.
Die Einsatzbereiche unserer
Produkte reichen von Mittelspannungsstrombegrenzungsdrosselspulen bis hin zu Spulen größter
Bauleistungen (z. B. über 300 MVA
pro Spule) bei höchster Spannungsbeanspruchung.
Die Qualitätssicherung unserer
Spulenproduktion entspricht
ISO 9001.
Durch intensive Forschungs- und
Entwicklungsarbeit sowie durch
Berücksichtigung modernster
Technologien ergeben sich laufend
neue oder erweiterte Anwendungsmöglichkeiten für unsere
Produkte.
2
Neue Einsatzmöglichkeiten für
Drosselspulen sind für Trench eine
interessante Herausforderung.
Diese Druckschrift bietet einen
Überblick über die Anwendungsmöglichkeiten und Vorzüge von
Trench Drosselspulen. Neben
«Luftkern»-Drosselspulen sind wir
auch namhafter Hersteller von
Eisenkernspulen und
ölisolierten Drosselspulen für die
unterschiedlichsten Anwendungsbereiche (z. B. für die Erdschlusskompensation).
Ausführung
• glasfasergekapselte, epoxydharzimprägnierte Wicklung
• Aluminiumkonstruktion mit geschweißten Verbindungen
• hohe mechanische Festigkeit
und Kurzschlussfestigkeit
• geringe radiale Spannungsbeanspruchung und gleichmäßige
Spannungsverteilung entlang der
Wicklung
• niedrige Geräuschpegelwerte
konstant während der gesamten
Lebensdauer
• freiluftbeständige Konstruktion,
mit einem Minimum an
Wartungsanforderungen
• dimensioniert für eine Lebensdauer von über 30 Jahren
• Ausführungen gemäß ANSI/IEEE,
IEC, DIN VDE und anderen internationalen Vorschriften
Abb. 1
Dreiphasige
Kurzschlussbegrenzungsdrossel
Anwendungsmöglichkeiten
Trockenisolierte Drosselspulen von Trench
werden für industrielle Anwendungen sowie in Energieübertragungs- und verteilungssystemen eingesetzt.
Hier sind einige typische Anwendungen angeführt.
Reihendrosselspulen
Reihendrosselspulen werden mit
der Sammelschiene oder ihren
Abzweigen in Serie geschaltet.
Ihre Hauptaufgabe ist es, den
Strom im Fehlerfall zu begrenzen.
Typische Anwendungsbereiche
sind Kurzschlussbegrenzungsdrosseln, Parallellaufdrosseln für
Kondensatorbänke etc.
Kondensatoreinschaltdrosseln
begrenzen Ein- und Ausschaltströme
von Kondensatorbänken für
Spannungsebenen bis zu 765 kV.
Strombegrenzungsdrosseln
reduzieren den Kurzschlussstrom
auf ein für nachgeschaltete
Anlagenteile verträgliches Maß.
Der Anwendungsbereich reicht
von einfachen Drosseln in Abzweigen bis hin zu Sammelschienendrosseln in Systemen mit einer
Nennspannung von bis zu 765 kV,
entsprechend einem BIL von
2100 kV.
Die technischen Daten der Spezifikation von Kondensatoreinschaltdrosseln sollten Oberwellenströme, Kapazitätstoleranzen und maximale Dauerüberspannungen
berücksichtigen.
Abb. 2
Prinzipschema
Abb. 3
Einphasige
Reihendrosselspule
Abb. 4
Strombegrenzungsdrosseln
3
Drosselspulen für Lichtbogenöfen (LBO). LBO werden bei niedrigem Elektrodenstrom und langem Lichtbogen am effektivsten
betrieben. Dies erfordert den Einsatz einer Drosselspule in Serie mit
dem LBO zur Stabilisierung des
Lichtbogens.
Abb. 5
Reihendrosselspule
für L.B.O.
4
Duplexdrosselspulen sind
Strombegrenzungsdrosseln mit
zwei gegensinnig gewickelten
Halbspulen. Diese Drosselspulen
weisen eine gewünscht niedrige
Reaktanz im Nennbetrieb und eine
hohe Reaktanz im Fehlerfall auf.
Lastflussdrosselspulen werden in
Reihe zur Übertragungsleitung
geschaltet (bis zu 800 kV). Durch
die Veränderung der Leitungsimpedanz wird der Lastfluss
kontrolliert und die mögliche
Übertragungsleistung optimiert.
Abb. 6
Lastflussdrosselspulen
Filterdrosselspulen
Filterdrosselspulen werden in Verbindung mit Kondensatorbänken
verwendet, um einen Serienschwingkreis (abgestimmt auf eine
bestimmte Frequenz), bzw. in
Verbindung mit Kondensatoren
und Widerständen einen Parallelschwingkreis (Breitbandfilter) zu
bilden.
Spule ohne zusätzliche Dämpfungswiderstände bis auf ein Zehntel des
Wertes.
Diese fest angebauten Ringe sind
mit dem Magnetfeld der Spule
gekoppelt. Zusätzlicher Platzbedarf,
Aufwand für Verschienungen und
Kosten, verursacht durch separate
Komponenten, wie z.B. Widerstände, werden dadurch vermieden.
Das Kondensator/Filter-Schutzrelais CPR 04 ist ein hochentwickeltes
Schutzrelais auf Mikroprozessorbasis, welches speziell für den
Schutz von Kondensatorbänken
und harmonischen Filtern
entwickelt wurde.
Abb. 7
Prinzipschema
Bei der Spezifikation von Filterdrosselspulen sollten sowohl die
Grundwellen- und Oberwellenströme
als auch eventuelle Anforderungen
im Hinblick auf Anzapfungen oder
stufenlose Induktivitätseinstellung
zusammen mit den gewünschten
Toleranzen spezifiziert werden.
Abb. 10
Kondensator/Filter-Schutzrelais
Viele Filteranwendungen erfordern
wesentlich niedrigere als die
natürlichen Gütewerte der Drosselspulen. Zur Erreichung dieser niedrigen Werte, wird üblicherweise
ein Widerstand parallel zur
Drosselspule geschaltet.
Eine preisgünstigere Alternative ist
das Anbringen der patentierten
«Dämpfungsringe» an der Spule.
Dies reduziert den Gütefaktor der
Abb. 8
Filterdrosselspulen
Abb. 9
Filterdrosselspulen mit
Dämpfungsringen
5
Durch den Einsatz von statischen Kompensationsanlagen in Hochspannungsnetzen wird deren Betriebssicherheit verbessert und die Übertragungskapazität
der Leitung durch Verringerung der Übertragungsverluste erhöht.
Kompensationsdrosselspulen
Sie werden üblicherweise an die
Tertiärwicklung des Transformators,
aber auch direkt an die Hochspannungsleitung (bis 115 kV)
angeschlossen.
Kompensationsdrosselspulen
werden bei langen Hochspannungsleitungen/-kabeln eingesetzt um
den durch Schwachlast auftretenden
kapazitiven Strom und die damit
verbundene Spannungserhöhung
zu kompensieren.
Thyristorgesteuerte
Kompensationsdrosseln werden
in statischen Kompensationsanlagen (SVC) verwendet. Hierbei wird
die Blindleistung der Drossel mittels Thyristoren verändert. SVC
Anlagen erfordern in der Regel
folgende Drosseln:
• Thyristorgesteuerte Kompensationsdrosselspulen (TCR)
Abb. 11
Prinzipschema
Abb. 12
Einphasige
Kompensationsdrosseln
• Drosselspulen für thyristorgeschaltete Kondensatorbänke
(TSC) und
• Filterkreisdrosselspulen (FR)
Abb. 13
Thyristorgesteuerte Kompensationsdrosselspulen
in einer statischen Kompensationsanlage,
Filterdrosselspulen
6
Abb. 14
Thyristorgesteuerte
Drosselspulen
Drosselspulen für die HGÜ
Hochspannungsgleichstromübertragung wird für den Energietransport über weite Entfernun-
a) AC - PLC
gen sowie als Kurzkupplungen
zwischen unterschiedlichen Übertragungssystemen verwendet.
In HGÜ-Anlagen finden Glättungsdrosseln, Filterdrosseln für Gleich-
b) AC - FR
Abb. 16
Filterdrosselspulen
c) HVDC - SMR
und Wechselspannung, TFH-Sperren
sowie Störspannungsfilterkreis
(RIV)-Drosseln Anwendung.
d) DC - FR
e) DC - PLC
Abb. 15
Prinzipschema
Abb. 17
Glättungsdrosselspule für HGÜ
7
Glättungsdrosselspulen
Glättungsdrosselspulen werden
zur Stromglättung in gleichrichtergespeisten Netzen eingesetzt.
Sie finden ihre Anwendung in der
Leistungselektronik, bei Antrieben
von Stahlwerkswalzstraßen und
Bergbauförderanlagen. Sie
werden auch in Hochspannungsgleichstromübertragungsanlagen
mit Systemspannungen bis über
500 kV eingesetzt.
Abb. 19
Eisenkernspule,
forciert, luftgekühlt
8
Abb. 18
Prinzipschema
Abb. 20
Luftkern,
selbstgekühlt
Abb. 21
Eisenkernspule,
wassergekühlt
Prüfdrosselspulen
Einstellbare Kurzschlussstrombegrenzungsdrosselspule
Prüfdrosselspulen werden in Hochspannungs- und Hochleistungsprüflaboratorien eingesetzt. Einige
typische Anwendungsfälle sind
Strombegrenzung, synthetische
Schalterprüfung, induktive
Energiespeicherung, Leitungsnachbildung, etc.
Abb. 22
Prinzipschema
Abb. 24
Einstellbare Kurzschlussbegrenzungsdrossel
Abb. 25
Kurzschlussprüfdrossel
Abb. 23
Drosselbank für den
Spannungskreis einer synthetischen
Schalterprüfanlage
9
Sternpunkterdungsdrosselspulen
Sternpunkterdungsdrosselspulen
dienen zur niederohmigen Sternpunkterdung von Netzen, um bei
Fehlern im Netz den Erdkurzschlussstrom auf vorgegebene
Werte zu begrenzen.
Spezifikationen sollten auch
Angaben über Ausgleichs- und
Fehlerströme und Belastungdauer
beinhalten.
Erdschlusslöschspulen (Petersen
Spulen) sind einphasige Erdungsdrosselspulen für die Kompensation
des kapazitiven Erdschlussstromes
im einpoligen Erdschlussfall.
Da sich die Netzzustände laufend
verändern, muss die Induktivität
von Erdschlusslöschspulen einstellbar sein. Aufgrund der zahlreichen
Vorteile nutzt das von Trench entwickelte EPSY-Erdschlussschutzsystem die Eigenschaften der kontinuierlich einstellbaren Tauchkernspule.
Abb. 27
110 kV Erdschlusslöschspule
Abb. 28
Standard Erdschlusslöschspule
Erdschlusslöschspulen
Abb. 26
Prinzipschema
10
Aufbau
Luftkerndrosselspulen von
Trench bestehen in der Regel aus
mehreren parallelen, isolierten
Aluminiumleitern (Kupfer auf
Anfrage). Diese Leiter können entweder kleinere Einzeldrähte oder
auch speziell dimensionierte, von
Trench selbst gefertigte Kabel sein.
Leiterabmessungen und -aufbau
hängen von den technischen
Daten der Drosselspule ab.
Die Vielfalt der bei Trench
verfügbaren Leiterarten und
Größen ermöglicht die Fertigung
von technisch und wirtschaftlich
optimalen Produkten. Die Wicklungen sind mit harzimprägniertem
Fiberglas verstärkt. Dies ergibt, im
Anschluss an einen genau
definierten Wärmebehandlungsprozess, eine gekapselte Spule.
Zusätzlich integrierte horizontale
und vertikale Fiberglasbandagen
verhindern Vibrationen innerhalb
der Drosselspule und ergeben für
die gesamte Einheit höchste
mechanische Festigkeit.
Die Wicklung ist an jedem Ende mit
einer Aluminiumpresskonstruktion,
dem Stromverteilungskreuz, elektrisch und mechanisch verbunden.
Aus diesem Aufbau resultiert eine
mechanisch hochfeste Einheit, die
auch extrem hohen Kurzschlusskräften Stand zu halten vermag.
Trench Drosselspulen entsprechen
allen mechanischen Anforderungen, wie z. B. Kraftwirkung auf
Anschlüsse, Umbruchskräften,
Windbelastungen oder auch
Erdbebenkräften.
Details siehe Abbildung 29.
Trench Drosselspulen
gelangen in allen Umgebungsbedingungen und klimatischen
Zonen zum Einsatz. Sie zeigen
selbst unter erschwerten Umweltbedingungen optimales Betriebsverhalten.
Abb. 29
Typische Trench Spule
Als Ergänzung zu den fest eingestellten Induktivitäten bietet
Trench auch Drosselspulen mit
Anzapfungen oder stufenloser
Verstellmöglichkeit an.
Durch eine Vielzahl von technischen
Lösungen können wir sowohl
grobe als auch feine Induktivitätseinstellungen bieten.
11
Anschlüsse/
Metallfreier Raum
Anschlüsse
Abb. 30
Anschlussanforderungen
Abb. 31
Anschlussausführungen
Die in den Abbildungen 32 und 33
angegebenen Mindestabstände zu
Metallteilen und benachbarten
Spulen sind Richtwerte. Zu jedem
Projekt liefert Trench genaue
spezifische Detailangaben. Die
Einhaltung der Mindestabstände
liegt im Verantwortungsbereich
des Kunden.
Besonders ist auf Stahlarmierungen
in Fundamenten und Böden, sowie
Metallstrukturen in Gebäuden und
Anlagen zu achten. Auch außerhalb der metallfreien Räume ist es
ratsam, geschlossene metallische
Schleifen zu vermeiden, da die
darin fließenden Kreisströme zu
unzulässig hoher Erwärmung
führen können.
Zur Einhaltung des metallfreien
Raumes unterhalb der Drossel
können von Trench entsprechende
Verlängerungsstützen geliefert
werden.
Auf Wunsch liefern wir auch
Empfehlungen für die Armierung
von Unterkonstruktionen.
D
Abb. 32
Minimaler Abstand zu benachbarten Spulen und zu Metallteilen
ohne geschlossene Schleifen (Richtwerte)
12
Installation
Prinzipiell lassen sich TrenchDrosselspulen neben- oder
übereinander aufstellen. Häufig
erfolgt der Einbau in bereits
vorhandene Anlagen mit vorgegebenen Platzverhältnissen. Durch
unsere hochentwickelten computergestützten Berechnungs- und
Dimensionierungsmöglichkeiten
sind wir in der Lage, die Drosseln
den schwierigsten Platzverhältnissen anzupassen. Durch variable
Sternkonstruktionen kann die
Lage der elektrischen Anschlüsse
optimal gewählt werden.
Minimaler Installationsaufwand,
im wesentlichen nur die Montage
von Isolatoren und Verlängerungsstützen, ist für uns selbstverständlich. Entsprechene Montageanleitungen liegen jeder Lieferung
bei.
Wir berücksichtigen sämtliche
Aspekte einer Drosselinstallation:
Anforderungen an Belüftungsmaßnahmen, Verlängerungsstützen, elektrische Anschlüsse und
Verschienungsanordnung.
Auf Wunsch stellen wir auch folgende Detailinformationen zur
Verfügung:
• Magnetfeldanalysen für Bodenbefestigungen und Fundamente,
Erdungsgitter, Zäune und
benachbarte mechanische
Strukturen
• Kräfte auf benachbarte Spulen,
Schienen- und Kabelverbindungen
• Erdbebenanalyse der gesamten
Drosseleinheit samt Isolatoren
und Bodenbefestigung soweit
mitgeliefert.
Abb. 33
Anordnung als dreiphasige Turmdrossel
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Prüfungen/
Verluste
Über die Routineprüfungen hinaus
sind wir in der Lage, einen Großteil
der in den Vorschriften beschriebenen Typen- und Spezialprüfungen
mit unseren Prüfeinrichtungen
durchzuführen. Diese Prüfungen
werden auf Kundenwunsch und
gegen Mehrpreis durchgeführt.
Alternativ stehen Prüfprotokolle
ähnlicher Geräte auf Wunsch zur
Verfügung.
Abb. 34
Hochspannungsprüflabor
Prüfungen
Alle von Trench gefertigten
Drosselspulen werden einem
umfassenden Prüfungs- und
Inspektionsprogramm unterzogen.
Zusätzlich zu den Routineprüfungen
nach ANSI/IEEE und IEC werden
laufend Produktionsprüfungen
durchgeführt, um ein Maximum
an Betriebssicherheit zu garantieren.
Prüfergebnisse werden in Form
eines Prüfprotokolles jeder Lieferung
beigefügt.
14
Alle wesentlichen Komponenten
werden einem umfassenden Testprogramm unterzogen. Kühlkanaldistanzstücke sowie die glasfaserverstärkten/harzimprägnierten
Wicklungen werden routinemäßig
auf mechanische Festigkeit und
Kriechstrombeständigkeit überprüft.
Zum Nachweis des Lebensdauerverhaltens werden thermische und
Multifaktoralterungsstudien durchgeführt. Alle diese Tests im Rahmen unseres Qualitätssicherungsprogrammes sichern den störungsfreien Betrieb unserer Spulen
während der gesamten Lebensdauer.
Verluste
Ein weiterer wesentlicher Aspekt
ist der optimale Materialeinsatz im
Verhältnis zur Verlustleistung der
Drossel. Wird vom Kunden keine
Verlustoptimierung gefordert, erfolgt die Dimensionierung im Hinblick auf ein Preis/Leistungsoptimum unter Berücksichtigung der
relevanten technischen Daten.
Vermehrt nutzen heute unsere
Kunden die Vorteile der Verlustoptimierung. Unter Einbeziehung
der vom Kunden spezifizierten
Vorgaben werden von Trench die
Gesamtkosten, bestehend aus
Spulen- plus Verlustkosten, optimiert. Verlustbewertete Spulen
sind im allgemeinen auch thermisch
niedriger beansprucht und bieten
daher den Vorteil einer erhöhten
Überlastbarkeit.
Die Möglichkeit, Drosselspulen mit
niedrigsten Verlusten herzustellen,
wird von vielen Energieversorgungsunternehmen zum kostenneutralen
Austausch von unwirtschaftlichen
Altgeräten vermehrt genutzt.
Hierbei können unsere Lösungen
weitestgehend den vorhandenen
räumlichen Gegebenheiten angepasst werden.
Weitere Gründe, von den natürlichen
Verlusten abzuweichen, sind z. B.
Einsatzbereiche, wo Anforderungen
an den Gütefaktor (X/R-Verhältnis)
der Spule gestellt werden. So
können für Kondensatoreinschaltoder auch Filterdrosselspulen
Gütefaktoren sowohl bei der Grundwelle als auch bei verschiedenen
harmonischen Frequenzen wesentlich sein.
Gehäuse und Verlängerungsstützen
Trench projektiert und fertigt
Gehäuse und Verlängerungsstützen
speziell für trockenisolierte
Drosselspulen.
Abhängig von den Erfordernissen
bieten wir Gehäuse aus Metall
oder Fiberglas sowohl für Innenraum als auch für Freiluftanwendung
an. Hierbei werden elektrische
Anforderungen wie z. B. die
Verhinderung von Kreisströmen,
Belüftungsanforderungen, zulässige
Übertemperatur, bereits berücksichtigt.
Die mechanische Festigkeit der
gesamten Anordnung wurde durch
umfangreiche Kurzschlussprüfungen nachgewiesen.
Abb. 35
Filterdrosselspule
mit Schallschirmung
Abb. 36
Filterdrosselspule
mit Verlängerungsstützen
Verlängerungsstützen dienen
sowohl zur Einhaltung des Sicherheitsabstandes für begehbare
Anlagen, als auch zum Einhalten
des metallfreien Raumes unterhalb
der Drossel. Eine Vielzahl von
Ausführungen, wie z. B. Fiberglas,
Aluminium und unmagnetischer
Stahl stehen zur Verfügung und
werden, der Anwendung entsprechend angepasst, angeboten.
Weitere Informationen über
Gehäuse und Verlängerungsstützen
erhalten Sie auf Anfrage.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit
der Anbringung von Schallschirmungen, die den Geräuschpegel
bei speziellen Anwendungen, wie
z. B Hochspannungsgleichstromübertragungsanlagen, senken.
15
Trench Austria GmbH
Paschinger Straße 49
AT-4060 Linz-Leonding/Austria
Phone +43.732.6793-0
Fax
+43.732.6713 41
email sales.at@trench-group.com
Daten für eine Bestellung
• Anwendung der Drosselspule
• Innenraum- oder Freiluftaufstellung
• Systemspannung,
Stoßspannung (BIL)
• Nennstrom und maximaler
Dauerstrom (Grundwelle und
Oberwellen)
• Kurzschlussstrom und Dauer
• Nenninduktivität/
Nennimpedanz
• Montage (nebeneinander
oder übereinander)
• Zubehör (Klemmen,
Verschienung, etc.)
• Einbauart und
Umgebungsbedingungen
• Umgebungstemperaturbereich
Trench Brasil LTDA
Via Expressa de Contagem, 2685
CEP 32370-485
Contagem, Minas Gerais/Brasil
Phone +55.31.391-5959
Fax
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FR-68302 St-Louis/France
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IT-17014 Cairo-Montenotte/Italy
Phone +39.019.5161.111
Fax
+39.019.5161.401
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71 Maybrook Drive, Scarborough
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Phone +1.416.298-8108
Fax
+1.416.298-2209
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Ontario, Canada M1P 3B5
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South Drive
Hebburn
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Phone +44.191.483.4711
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