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Schaltanordnung für Transformatoren bei veränderlichen Betriebsverhältnissen
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<tb>
<tb> Transformator <SEP> B
<tb> Nennleistung <SEP> k <SEP> VA <SEP> 5000 <SEP> 10.000
<tb> Leerlaufverluste <SEP> W0 <SEP> in <SEP> kW.... <SEP> 16 <SEP> 24
<tb> Wicklungsverluste <SEP> W1 <SEP> in <SEP> kW.. <SEP> 48 <SEP> 76
<tb>
Für einen Vergleich sind von der 15. 000ka- Type folgende Daten gegeben : Wo = 32 kW und W1 = 76 kW.
Liegt ein Unterlastbetrieb vor, so z. B. 5000kVA, dann sind die Transformatoren nach Fig. 2, Schaltfall a, zu schalten. Bei dieser Schaltung entfällt auf jeden Transformator etwa die Hälfte der primären Spannung, die Sättigungen sind daher auf etwa 50 % gesenkt und die Leerlaufverluste für die Anlage werden nur den vierten Teil, demnach etwa 10 kW, betragen. Der Leerlaufstrom wird auch verringert und ein unbedeutender sein.
Demgegenüber würde bei der gebräuchlichen Parallelschaltung dieser Transformatoren zwischen
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und selbst wenn für den Unterlastbetrieb nur der Transformator A eingeschaltet bleibt, demnach Schaltfall b von Fig. 2, beträgt der Leerlaufbedarf Wo = 16 kW und ist demnach höher.
Für den normalen Belastungsgrad der Anlage, so z. B. für 10. 000 kVA, sind die Transformatoren gemäss Schaltfall d nach Fig. 2 zu schalten. In dieser Schaltung ist jeder Transformator hoch gesättigt und es beträgt der Leerlaufbedarf der Anlage W0 = 40 kW. Andererseits entfällt aber auf die Transformatoren nur 3333 statt 5000 kVA bzw. 6666 statt 10.000 kVA von der totalen Leistung.
Es ermässigen sich daher die Wicklungverluste auf etwa 21 kW bzw. 33 kW, demnach insgesamt auf 54 kW, so dass die Gesamtverluste nur 94 k W betragen.
Wird hingegen nur der Transformator B eingeschaltet, demnach Schaltfall c nach Fig. 2, dann betragen die Gesamtverluste looks. Es ergibt sich daher bei der Parallelschaltung der Transformatoren mit voller Erregung zwischen den Netzen eine Einsparung von 4 kW Verlusten und damit ein höherer Wirkungsgrad für die
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Anlage. Ausserdem werden in dieser Schaltung die Wicklungen und die Ölfüllungen der Transformatoren geschont (längere Lebensdauer) ; dies ist bedeutungsvoll für die Anlage, denn die Hochleistung ist ja nur der Ausnahmsfall, also nicht der ständige Belastungsgrad der Anlage.
Für den Hochlastbetrieb, d. i. für 15. 000/, bleiben die Transformatoren in der vorgenannten Parallelschaltung, es ist dies der bekannte Parallelbetrieb der Transformatoren bei Vollast. Eine unzweckmässige Lösung für diesen beispielsweisen Fall wäre die Einstellung bloss eines einzigen 15. 000kVA-Transformators, denn da würden die Leerlaufverluste ständig Wo = 32 kW betragen und der Leerlaufstrom mit allen seinen Nachteilen wäre für die Anlage zu gross. Ausserdem fehlt noch bei einer solchen Lösung jegliche Reserve für den Fall, als der Transformator defekt wird.
Dieses Zahlenbeispiel zeigt bereits, wie es möglich ist, durch zwei umschaltbare Transformatoren mit dem Typenleistungsverhältnis 1 : 2 bei entsprechenden Schaltungen die Verluste dem jeweiligen Belastungsgrad der Anlage sehr zweckmässig anzugleichen.
Es ist nicht unbedingt die Ungleichheit der Typenleistungen im Verhältnis l : 2 zu wählen, es hängt vielmehr das zweckmässigste Verhältnis von derVerlustaufteilung bei den Transformatoren sowie von den vorwiegend zu berücksichtigenden Belastungsgraden der Anlage ab.
Man kann auch z. B. die Höchstleistung der Anlage auf zwei gleiche Transformatoren von je der halben Typenleistung aufteilen. Ein solcher Fall kommt dann in Betracht, wenn bevorzugt die Einsparung von Leerlaufbedarf bei Unterbelastungen zu berücksichtigen ist.
Nach der beschriebenen Art ist es auch möglich, für eine solche Anlage mit veränderlichem Betrieb Transformatoren von minderer Leerlaufqualität einzustellen, so z. B. Transformatoren mit weniger hochlegierten Blechen, oder Transformatoren, die mit höheren Sättigungen ausgelegt werden und schliesslich Transformatoren mit weniger Wickelmaterial, dafür aber mit einem stärkeren Eisenkern. In allen diesen Fällen wird eine Verbilligung der Transformatoren erzielt.
Mittels eines Kombinats von drei Transformatoren lässt sich entsprechend Fig. 3 eine noch innigere Anpassung erzielen. Die Schaltfälle, bei denen nur ein einziger Transformator benutzt wird, wurden nicht berücksichtigt.
Auch für Regeltransformatoren kann dieses Verfahren angewendet werden. In einem solchen Fall können sich unter Umständen sogar noch weitere Vorteile ergeben, denn es ist bekannt, dass man durch unterschiedliche Einstellung der Regelstufen von parallelgeschalteten regelbaren Transformatoren eine willkürliche Verschiebung der Lastaufteilung herbeiführen kann.
Das Anpassungsvermögen eines derartigen Kombinats wird damit noch vollkommener.
Es ist auch möglich, statt mehrerer Trans- formatoren einen Einzeltransfbrmator auszuführen, derselbe hätte dann eine Doppelbewicklung, etwa nach Fig. 4, zu erhalten. In dieser Figur bedeutet : U, VI W, bzw. XI Y. ZI Anfänge bzw. Enden der Primärwicklungen vom Transformator I, UII VII TFII bzw. XII YII ZII desgleichen vom Transformator 11 ;
UI vizo, bzw. xjyj z, Anfänge bzw. Enden der Sekundärwicklungen vom Transformator I,
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Transformator II ;
PI und PII die primären Wicklungen,
SI und SI, die sekundären Wicklungen.
PI SI und PII : SII sind auf gleiches Übersetzungsverhältnis, gleich dem Sollübersetzungsverhältnis der Anlage, abgestimmt. Weiters sind von den primären und sekundären Wicklungen die Phasenanfänge und die Phasenenden zu zugänglichen Klemmen oder zu einer Umschaltvorrichtung geführt, so dass die Wicklungspaare PI'SI und P IIf S II entweder in Serie oder parallel geschaltet werden können und sich dabei die gleichen Schaltfälle wie nach Fig. 2 ergeben und damit die Möglichkeit geboten ist, in gleicher Weise wie bei einem Kombinat von zwei oder mehreren Transformatoren den Leerlaufbedarf und den Wirkungsgrad der Anlage dem jeweiligen Belastungsgrad anzupassen.
Für Zwei-oder Einphasentransformatoren sind ebenfalls die Phasenanfänge und die Phasenenden zu zugänglichen Klemmen oder zu einer Umschaltvorrichtung zu führen, desgleichen auch das gleiche Übersetzungsverhältnis gleich dem Soll- übersetzungsverhältnis der Anlage zu wählen.
Es ergeben sich dann damit die gleichen Umschaltfälle wie beim beschriebenen Dreiphasensystem und demnach auch die zweckmässige Anpassungsmöglichkeit an den jeweiligen Belastungsgrad der Anlage.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltanordnung für Transformatoren bei veränderlichen Betriebsverhältnissen, bestehend aus mehreren umschaltbaren Einheiten, vorzugsweise von unterschiedlicher Typenleistung, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer kleineren Leistungsentnahme die Transformatoren an zugänglichen Klemmen oder mittels einer Umschaltvorrichtung in Serie geschaltet sind, wodurch sie mit einer geringen Sättigung betrieben werden, während sie bei grösserer Leistungsentnahme parallelgeschaltet zwischen den Netzen liegen und mit geringeren Strombelastungen arbeiten.
2. Schaltanordnung für Transformatoren bei veränderlichen Betriebsverhältnissen nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Transformatoren in verschiedenen Kombinationen der Serien-und Parallelschaltung geschaltet werden, u. zw. je nach dem Belastungsgrad der Anlage.
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