Buchholzschutz für Transformatoren – erfunden in Kassel, eingesetzt in der Welt

Überströme und Überspannungen, die Wicklungen von Transformatoren und Drosselspulen beschädigen können, lassen sich im Netzbetrieb eines durch Freileitungen gespeisten Umspannwerkes nie ganz vermeiden. Einem Transformator, der z. B. während eines Gewitters durch Blitzeinschlag in die Freileitung oder die Schaltanlage automatisch vom Netz abgetrennt wurde, sieht man aber von außen meistens nicht an, ob er beschädigt wurde. Max Buchholz, Gründungsmitglied des VDE Kassel in 1922, war Vorstand des "Preußischen Maschinenbauamts Kassel", welches für die Planung und den Bau der maschinen- und elektrotechnischen Einrichtungen für die Eder- und Diemeltalsperre noch kurz vor dem 1. Weltkrieg gegründet wurde. Bei seiner Arbeit fielen ihm die relativ häufigen Transformatorenschäden auf, meist verursacht durch Gewitter. Er untersuchte sie genau und erkannte, dass durch die große Hitze der Lichtbögen sowohl die lsoliermaterialien an den Wicklungen – meist der Oberspannungsseite – zerstört wurden als auch das isolierende Trafoöl verdampfte. Hierbei können auch größere Mengen von Gasen freigesetzt werden. Entscheidende Denkanstöße zur Lösung des Problems erhielt er, wie die Chroniken berichten, zufällig in der Badewanne sitzend. Er unterhielt sich hierüber mit einem Mitarbeiter und der brachte ihn auf die richtige Lösung, welche sich im Lauf der folgenden Jahre weltweit durchsetzte.

Wenn auch die untenstehende Zeichnung dem Inhalt eines Vortrags von Max Buchholz vor den Mitgliedern des Hessischen Bezirksvereins Deutscher Ingenieure (heute der Nordhessische BV des VDI) und des Elektrotechnischen Vereins Kassel (heute der VDE BV Kassel) am 7. März 1933 entstammt, ist sie vermutlich viel älter und wurde zur Herstellung der ersten Schutzgeräte verwendet. Anhand dieser Abbildung lässt sich die Wirkungsweise für den Transformatorschutz beschreiben:

Weiterlesen

Kurzschluss-Entfernungs-"Messung" mit einem Schnelldistanzrelais

Können Sie sich vorstellen, dass man mit einem elektromechanisch arbeitenden Relais, eingebaut in einer Schalttafel in einem Umspannwerk, die Entfernung zu einem viele, auch sehr viele Kilometer entfernten Kurzschluss auf einer Hochspannungsleitung so genau bestimmen kann, dass nur der betroffene Leitungsabschnitt innerhalb eines komplexen Netzes abgeschaltet wird? Also mit einem Relais, in dessen Spule durch den Kurzschlussstrom ein Magnetfeld entsteht, welches den bewegliche Anker des Relais anzieht, damit einen Kontakt betätigt, der nur den durch den Kurzschlussstrom betroffenen Leitungsabschnitt sehr schnell abschaltet, alle anderen Abschnitte mit zahllosen Verbrauchern aber weiter versorgt werden?

Selbstverständlich kann dieses Relais, welches die Bezeichnung "Schnelldistanzrelais" trägt, kein viele Kilometer langes Messband zur Entfernungsmessung auslegen, aber es kann die elektrischen Eigenschaften einer Hochspannungsleitung zur Bestimmung der Kurzschlussentfernung nutzen. Wie jeder Kraftwerksgenerator, jeder Transformator und jeder Motor hat auch eine Leitung einen Widerstand. Nicht nur den ohmschen Widerstand wie ein Bügeleisen oder Heizofen, welche damit Wärme erzeugen, sondern auch von der Frequenz abhängige induktive und kapazitive Widerstände. Diese bilden, nach geometrischer Addition, zusammen mit dem ohmschen Leitungswiderstand R einen Gesamtwiderstand Z, für den es aus der mittlerweile über 100-jährigen Erfahrung mit mehrfach verknüpften Hochspannungsnetzen ("Maschennetze") sehr gute Berechnungsbeispiele gibt.

Weiterlesen

Glasmodell einer HH-Sicherung für 10 kV

Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen (HH-Sicherung), zugegebenermaßen ein etwas sperriger Begriff, gehören auch zu den Hochspannungs-Schaltgeräten. Es zeichnet sie besonders ihre Schnelligkeit und dadurch ihre strombegrenzende Wirkung aus. Sie schaffen es nämlich, einen Kurzschlussstrom innerhalb von fünf Millisekunden noch während des Stromanstiegs in der ersten Halbwelle des Wechselstroms abzuschalten. Wegen dieser Eigenschaft haben wir sie aber nicht der Hoch-, Mittel- oder Niederspannungstechnik zugeordnet, sondern der Schutztechnik. Denn das ist ihre wichtigste Aufgabe.

Weiterlesen