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Schaltungseinrichtung für selbsttätige Transformatorschalter.
Beim Verteilen von Wechselstrom mittels stationärer Transformatoren, welche Netze mit Strom versehen, deren Belastung beträchtlichen Änderungen unterworfen ist, wurde bisher vorgeschlagen, um die Magnetisierungsverluste zu vermindern, wenn die Belastung des Verteilungssystems niedrig ist, an jeder Umformungsstelle in Verbindung mit einem oder mehreren stationären Haupttransformatoren einen getrennten und besonderen statischen Transformator (zum Zweck der Unterscheidung im folgenden Hilfstransformator genannt), der für gewöhnlich von geringerer Grösse ist als der oder die Haupttransformatoren und ferner Mittel (im folgenden Kurzschlusseinrichtungen genannt) anzuwenden,
durch welche die Primär-und die Sekundärwicklung des Hilfstransformators mit den bezüglichen Primärund Sekundärwicklungen des Haupttransformators oder eines jeden der Transformatoren in Reihe geschaltet werden können, wenn die Belastung nicht einen bestimmten Betrag überschreitet, und kurzgeschlossen werden können, sobald die Belastung die Leistung des Hilfstransformators übersteigt, in welchem Falle der oder die Haupttransformatoren allein verwendet werden.
Bei den vorgeschlagenen Anordnungen waren die Kurzschlusseinrichtungen dazu bestimmt, zur geeigneten Zeit entweder von Hand oder selbsttätig durch eine elektro-
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Widerstand besass, die beständig in dem Sekundärstromkreis eingeschaltet war.
Die ersterwähnte Anordnung erfordert die beständige Anwesenheit eines Wärters, während die zweite einen beständigen und bedeutenden Energieverlust in der elektromagnetischen Vorrichtung zur Folge hat.
Durch praktische Versuche wurde nun gefunden, dass ungefähr 1'5 Kilowatt er- forderlich sind, um die bei dieser letzterwähnten Anordnung verwendete Schaltvorrichtung zu öffnen und zu schliessen, wenn die bezüglichen Wicklungen beider Transformatoren in Reihe geschaltet oder die Wicklungen des Hilfstransformators kurzgeschlossen, d. h. ausser Betrieb gesetzt werden sollen.
Diese Arbeit der Schaltvorrichtung muss bei ungefähr 1/10 der vollen Belastung stattfinden, d. h. die Spulen der Elektromagnetvorrichtung müssen beim Durchgang von 1/10 des vollen Ladestromes durch dieselben die notwendige Kraft entwickeln, weshalb bei Eloktrnmagneteinrichtungen die Anzahl der zum Erzeugen der notwendigen Kraft erforderlichen Windungen sehr gross sein muss.
Aus ökonomischen Gründen und wegen der Regelung ist es aber praktisch nicht möglich, diese Windungen bei starken Belastungen eingeschaltet zu lassen, wie dies beispielsweise bei der Einrichtung nach dem amerikanischen Patent Ni-"-) 20 !) 70 der Fall ist, indem die bei dieser Einrichtung verwendeten, die Arbeit verrichtenden Serienspulen mit ihren starken Verlusten in dem Stromkreis eingeschaltet bleiben. Aus diesem Grunde ist die vorliegende Schaltungsvorrichtung derart eingerichtet, dass sie den Strom der zur Betätigung desjenigen Teiles dieser Schaltvorrichtung dient, welcher das Kurzschliessen und Einschalten des Hilfstransformators bewirkt, vorübergehend, und zwar nur sehr kurze Zeit durchfliessen lässt.
Eine Elektromagnetanordnung zum Betätigen von Trinsformatorschaltern ist auch in der amerikanischen Patentschrift Nr. 728752 beschrieben. Bei dieser Anordnung sind jedoch die Schalter dazu bestimmt, die Transformatoren parallel zueinander zu schalten, sobald die Belastung des Verteilstromkreises wächst und dieselben einzelweise gänzlich aus dem
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Stromkreis auszuschalten, wenn die Belastung abnimmt. Dieses Verteilsystem unterscheidet sich also wesentlich von dem vorliegenden und hat sich auch in der Praxis aus folgenden Gründen nicht bewährt. Das Unterbrechen der Kontakte bei hohen Spannungen begünstigt die Funkenbildung und macht daher die Verwendung von grossen und rasch unterbrechenden Schaltern notwendig.
Ferners ist beim beständigen Ein-und Abschalten der Transformatoren die Isolation der letzteren leicht Beschädigungen ausgesetzt ; auch werden die Transformatoren, wenn dieselben abgeschaltet sind, kalt und nehmen daher leicht Feuchtigkeit auf, wodurch dieselben beim Wiedereinschalten noch leichter beschädigt und unbrauchbar werden können.
Diese Ubelstände, welche sich bei Benützung der Parallelanordnung von Transformatoren ergeben, werden durch die vorliegende Anordnung vermieden, da weder der Hilfstransformator, noch der Haupttransformator jemals von den Primär- und Sekundärstromkreisen gänzlich abgeschaltet werden, indem der ersterwähnte Transformator lediglich kurzgeschlossen wird, wenn die Belastung ein vorher bestimmtes Mass überschreitet und der Kurzschluss geöffnet wird, um diesen Transformator in Betrieb zu setzen, wenn die Belastung abnimmt.
Durch die vorliegende Erfindung sollen die Nachteile der beiden vorerwähnten, bekannten Anordnungen vermieden werden.
Zu diesem Zweck wird in Verbindung mit Kurzschlusseinrichtungen, wie Schalter zum Kurzschliessen der Primär-und Sekundärwicklungen des Hilfstrausformators und Ausser- botriebsetzen derselben, wenn die Belastung des Verteilungssystems über einen vorher bestimmten Betrag steigt und Inbetriebsetzen dieser Wicklungen, wenn. die Belastung unter das vorher bestimmte Mass sinkt, sowie mit der elektromagnetischen Vorrichtung zum Betätigen der genannten Kurzschlusseinrichtungen, ein Relais verwendet, das in dem primären oder sekundären Stromkreis angeordnet ist und zeitweise die elektromagnetische Vorrichtung zu erregen bezw.
an eine Stromquelle anzuschalten und die Kurzschlusseinrichtungen in der einen oder der anderen Richtung gemäss dem Fallen oder Steigen der Belastung unter oder über den vorher bestimmten Betrag zu betätigen geeignet ist. Die Wicklung des Relais ist vorzugsweise in dem Primärstromkreis angeordnet, so dass sie, da sie so berechnet sein kann, dass sie wenig Energie verbraucht, als Vorrichtung zum beständigen Anzeigen der Belastung des Primärstromkreises und demzufolge auch der des Sekundärstromkreises verwendet werden kann und die Wicklungen der elektromagnetischen Vorrichtung sind vorzugsweise vorübergehend in dem Sekundärstromkreis eingeschaltet.
Das Relais sowie die Kurzschtusseinrichtung und die elektromagnetische Vorrichtung zum Betätigen der letzteren unter Regelung des Relais können in verschiedener Weise ausgeführt werden.
Die Zeichnung zeigt schematisch eine Transformatorstation mit Haupt-und Hilfstransformatoren, die zu dem oben beschriebenen Zwecke mit einer Kurzschlussvorrichtung, einer elektromagnetischen Vorrichtung und einem Relais zum selbsttätigen In- und AI1sser- hetriebsetzon des Hilfstransformators dem Bedürfnis gemäss verbunden sind.
1 und 2 sind die Primär-oder Hochspannungsleiter und 3 und 4 die Sekundär- oder Verteilungsleiter. 5 sind die Primärwicklungen und 6 die Sekundärwicklungen einer
Anzahl von grossen Transformatoren. Die. einen Enden der Primärwicklungen 5 sind durch
Schalter 7 mit einer gemeinschaftlichen Leitung 8 und die anderen Enden mit der Primärleitung 2 verbunden, während die Sekundärwicklungen 6 mit ihren einen Enden durch
Schalter 9 mit einer gemeinschaftlichen Leitung 10 und mit ihren anderen Enden mit der
Sekundärleitung 4 verbunden sind. 11 und 12 sind die Primär- bezw. Sekundärwicklungen des Hilfstransformators.
Die Primärwicklung 11 ist mit ihren beiden Enden an die Primär- leitung 1 bezw. an den Leiter. 9 und die Sekundärwicklung 12 mit ihren beiden Enden an die Sekundärleitung 3 bezw. den Leiter angeschlossen.
Das Relais besteht ans einem Elektromagnet mit hohlem Kern 36 und einer
Wicklung 37, die n.. it der Primärleitung 1 hintereinander geschaltet ist. Auf den Anker 38 wirkt eine Feder 39 ein, die ihn von den konzentrischen Polen des Elektromagneten ab- zuheben strebt. Zwei voneinander isolierte Kontakthehel 40 und 41 sind mit den Sekundär- leitungen 3 und 4 elektrisch und mit dem Anker 38 mechanisch derart verbunden, laps sie beim Nä t'in oder Entfernen desselben von den Polen in die mit vollen bezw. ge- strichelten Linnn angedeuteten Stellungen gelangen.
Zwischen den benachbarten Enden der Hebel 40 und 41 ist eine Feder 42 zu dem Zwecke angeordnet, dieselben, nachdem sie die Mittelstellung iu der einen oder der anderen Richtung überschritten haben, rasch in die Endstellungen zu bringen.
Ein Schalthebel 43 kann zwischen federnde Kontakte 13 und 16 eingeführt und aus denselben herausgezogen worden. Diese federnden Kontakte sind mit der Primärleitung 1 und dem Leiter 8 verbunden, um die Regelung des Stromkreises der Primärwicklung 11
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den Strom in der. Sekundärwicklung 12 zu regeln.
Die elektromagnetische Vorrichtung zum Betätigen der Schalthebel besteht aus einem Elektromagnet mit einem feststehenden, hohlen, zylindrischen Kern 45, zwei Wicklungen 46 und 46a, die mit voneinander isolierten federnden Kontakten 47 und 48 und auch untereinander und mit einem gemeinschaftlichen Federkontakt 49 verbunden sind und zwei beweglichen Ankern 50 und zu die miteinander durch einen Steg 50b aus nicht magnetischem Material und mit den Hebeln 43 und 44 durch Lenker 51 verbunden sind. Die Kontakte 47 und 48 reichen bis in die Bahn des langen Armes des Hebels 40 und sind durch einen Streifen 51 isolierenden Materiales voneinander getrennt. Der Kontakt 49 reicht in die Bahn des langen Armes des Hebels 41.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende :
Angenommen, die Belastung des Verteilungssystems sei unter der vorher bestimmten Grenze und der Jfstransformator in den Stromkreis eingeschaltet, < o dass die beweglichen Teile des Relais der elektromagnetischen Vorrichtung und der Schalter sich in den mit punktierten Linien gezeichneten Stellungen befinden. Wenn dann der Strom in den Primärleitungen 1 und 2 die vorher bestimmte Grenze überschreitet, wird der Anker 38 des Relais durch die Elektromagneteinrichtung 36-37 entgegen der Wirkung der Feder 39 angezogen, wodurch die Kontakthebel 40 und 41 aus der in punktierten Linien gezeichneten Stellung in die durch volle Linien veranschaulichte Stellung gelangen.
Bei ihrer Bewegung legen sich die genannten Hebel für einen Augenblick und gleichzeitig auf die Kontakte 48 und 49, was zur Folge hat, dass die Spule 46a kurze Zeit in die Leitungen 3 und 4 eingeschaltet ist und die Anker 50, 500. in die mit vollen Linien gezeichnete Stellung gelangen, wodurch die Schalthebel 43 und 44 zwischen die zugehörigen Kontakte 13, 16 und 14, 17 eingeftilirt werden und die Primär-und Sekundärwicklungen und 12 des Hilfstransformators kurzschliessen. Wenn der Strom in den Primärleitern 1 und 2 bis zu einem vorher be- stimmten Betrag sinkt, wird der Anker 38 durch die Feder 39 von den Polen des Elektro- magneten 36,37 abgehoben,
wodurch die Hebel 40 und 41 sich nach entgegengesetzter
Richtung bewegen und in die durch gestrichelte Linien angedeutete Stellung gelangen.
Während dieser Bewegung berühren diese Hebel kurze Zeit die Kontakte 47 und 49, wo- durch ein kurz andauernder Strom durch die Spule 46 geschickt wird, und die Anker 50, . nach entgegengesetzter Richtung in die durch gestrichelte Linien angedeutete Stellung bewegt werden, so dass die Schalthebel 43 und 44 aus den Kontakten 13-16 und 14-17 herausgezogen werden und die Wicklungen 11, 12 des Hitfstransformators geöffnet und in
Reihe an die bezüglichen Primär-und Sekundärwicklungen 5 und 6 des oder der Haupt- transformatoren angeschaltet werden.
Die selbsttätigen Schalthebel 43 und 44 können auch durch die Änderungen des durch eine Spule oder Wicklung in dem Sekundär-oder Verteilungsnetz fliessenden Stromes anstatt durch die Änderungen im Primärstromkreise betätigt werden.
Die Hoch- und Niederspannungswicklung 11 und 12 des Hilfstransformators können, nachdem sie kurzgeschlossen worden sind, von den bezüglichen Hoch-und Niederspannungs- leitungen abgeschaltet werden.
Die Haupt- und Hilfstransformatoren können selbstverständlich so bemessen sein, dass sie wie gewünscht in hoch oder niedrig umformen.