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Spannungsregelung an Transformatoren unter Belastung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsregelung an Transformatoren unter Bela- stung. Es sind bereits Einrichtungen bekannt, bei welchen die Begrenzung des Stromes zwischen zwei Re- gelanzapfungen des Transformators während der Stufenänderung mit Hilfe von Drosselspulen oder Wider- ständen durchgefuhrt wird. Die Drosselspulen sind jedoch verhältnismässig kostspielig und die Widerstände verlangen eine sehr schnelle Regelung, was oft Schwierigkeiten bereitet. Die bekannten Drosseln beste- hen aus zwei parallelgeschalteten Spulen, wovon je eine auf den beiden Aussenschenkeln eines mantel- förmigen Einphasenkernes montiert ist. Auf dem Hauptschenkel befindet sich die Transformatorspule.
Die
Drosselspulen werden nur während des Überganges von einer Stufe zur andern benutzt, was zu einer gerin- geren Ausnutzung der Spule führt. Es sind ferner Einrichtungen bekannt, bei welchen zwei gleichartige
Spulen in der Wicklung des Transformators selbst als Begrenzungsdrossel Verwendung finden, wobei diese
Spulen auf dem gleichen Schenkel zusammen mit der Wicklung der parallelgeschalteten Phase montiert sind. In diesem Falle ist jedoch die erzielte Reaktanz verhältnismässig gering, aus welchem Grunde die
Verwendung dieser Anordnung wenig Verbreitung gefunden hat.
Bei einer andern bekannten Einrichtung zur Spannungsregelung an Transformatoren ist die Regelwick- lung mit einer Anzahl von Anzapfungen versehen, von denen jede mit je einem Kontakt zweier Kontaktreihen verbunden ist, über die die Stufenwähler abwechselnd nacheinander entlanggeschaltet werden. Die
Stufenwähler sind zu den Lastschalterkontakten geführt und über ohmsche Widerstände, induktive Widerstände und Spulen mit den festen Lastschalterkontakten verbunden, wobei der bewegliche, an die Last- leitung angeschlossene Lastschalterkontakt in den Zwischenstellungen jeweils zwei der festen Lastschalterkontakte überbrückt. Die Spulen sitzen hiebei auf dem Transformatorkern und sind durch einen Schlitz dieses Kerns hindurchgeführt.
Ihre Windungszahl ist so abgeglichen, dass die beiden in Reihe geschalteten Spulen eine Spannung ergeben, die der Stufenspannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kontakten des Stufenwählers gerade das Gleichgewicht hält.
Diese Einrichtung besitzt vor allem den Nachteil, dass zum Weiterschalten um eine Stufe zwei Kontaktgruppen, nämlich die Stufenwähler- und die Lastschalterkontakte, nötig sind, ohne dass eine Feinregelung erzielt werden kann. Ferner müssen zusätzlich zu den in Reihe geschalteten Spulen ohmsche Widerstände und Blindwiderstände angeschlossen werden, da die Windungszahl der Spulen dadurch bestimmt ist, dass sie eine Spannung ergeben, welche der Spannung zwischen zwei Regelstufen das Gleichgewicht hält. Aus diesem Grunde reichen die Spulen allein nicht für eine ausreichende Begrenzung des Kurzschlussstromes aus. Ferner können die Enden des reihengeschalteten Spulensystems nicht an derselben Kontaktstelle der Reglerwicklung anliegen, da dies einen Kurzschluss hervorrufen würde.
Die vorliegende Erfindung sucht nun diese Nachteile zu vermeiden und besteht im wesentlichen darin, dass die Begrenzung des Stromes zwischen zwei Regelanschlüssen der Hauptwicklung der betreffenden Transformatorphasen durch eine Drossel erfolgt, die aus zwei Spulen des Transformators gebildet wird, die parallelgeschaltet sind und vorzugsweise je eine Hälfte des betreffenden Phasenflusses des Transformators umfassen. Durch diese Anordnung wird vor allem der Vorteil erzielt, dass mit nur einem Wählerschalter das Auslangen gefunden werden kann und dass die Spulen zur Strombegrenzung gleichzeitig als Transformatorspulen dienen. Damit wird eine wesentliche Einsparung an Herstellungskosten erzielt. Durch die Parallelschaltung der Spulen besteht zwischen deren Enden keine Potentialdifferenz, soferne von aussen keine solche aufgebracht wird.
Dadurch können die Enden der Spulen in stabiler Weise an demselben Kontakt der Reglerwicklung angeschlossen werden, ohne dass ein Kurzschluss auftritt.
Die Begrenzung des Stromes zwischen zwei Kontakten der Reglerwicklung erfolgt erfindungsgemäss
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durch die Störung des Gleichgewichtes des magnetischen Flusses des Transformators. Dadurch, dass die Spulen vorzugsweise je die Hälfte des betreffenden Phasenflusses umfassen, wird infolge des Strom- durchflusses durch die beiden Spulen bei einer Potentialdifferenz zwischen den Kontakten der Reglerwick- lung die eine Kernhälfte mehr, die andere weniger belastet, so dass das magnetische Gleichgewicht gestört wird.
Die Windungszahl der beiden Spulen kann bei der erfindungsgemässen Anordnung grösser sein als die
Zahl der Windungen zwischen zwei Kontakten der Reglerwicklung, so dass die Spulen allein zur Strombegrenzung zwischen zwei Kontakten der Reglerwicklung herangezogen werden können. Dies vermeidet zusätzliche ohmsche bzw. Blindwiderstände.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Anordnung so getroffen sein, dass eine jede der beiden, die Drossel bildenden Spulen auf je eine Hälfte des Schenkels, auf welcher sich auch die Hauptwicklung der betreffenden Phase des Transformators befindet, angeordnet werden, wobei der Schenkel durch Vorsehen einer geeigneten Öffnung in zwei Hälften geteilt wird. Dies ergibt die für Mehrphasentransformatoren günstigste Ausführungsform.
Bei Einphasentransformatoren kann der Kern des Transformators eine Mantelbauart aufweisen, wobei die beiden, die Drossel bildenden Spulen auf den Aussenschenkeln des Kerns montiert werden.
Zur zusätzlichen Erzielung einer Feinregelung können erfindungsgemäss bei den beiden Spulen, welche die Drossel bilden, Anschlüsse nach aussen geführt werden, welche mit einem Umschalter derart verbunden sind, dass die Anschlüsse einer Spule mit den Anschlüssen der andern Spule abwechseln.
Es können aber auch unter Weglassung der Anschlüsse für die Grobregelung die beiden Spulen stabil mit der Hauptwicklung des Transformators verbunden werden, so dass nur eine Feinregelung erfolgt.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemässe Einrichtung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch erläutert.
Fig. l zeigt eine schematische Schaltskizze der erfindungsgemässen Einrichtung. Fig. 2 zeigt die Spulenanordnung auf einem Transformatorschenkel, welche vorzugsweise bei Mehrphasentransformatoren Verwendung findet, während Fig. 3 die Anordnung der Spulen bei Einphasentransformatoren zeigt. Fig. 4 und 5 zeigen eine schematische Schaltskizze, wobei eine zusätzliche Feinregelung vorgesehen ist. Fig. 6 stellt eine andere erfindungsgemässe Regeleinrichtung dar.
Die vorliegende Erfindung benutzt als Begrenzungsreaktanz des Stromes während der Spannungsre- gelung der Transformatoren unter Belastung zwischen zwei benachbarten Anschlüssen der Hauptwicklung 3 des Transformators eine Drossel, die aus zwei gleichartigen Spulen 1 und 2 (Fig. l) der Transformatorwicklung besteht. Diese Spulen umfassen jedoch nicht den ganzen Querschnitt des Schenkels, auf welchem auch der Wicklungsrest montiert ist, sondern sie sind als Spulen 4 und 5 (Fig. 2) auf den Schenkelhälften 6 und 7 montiert. Die Schenkelhälften werden durch eine Öffnung 8 im Schenkel, welche entweder durch Ausschneiden der Bleche oder durch eine besondere Schichtung derselben, gebildet wird, getrennt. Gegebenenfalls können auch zwei, ober- oder unterhalb der Hauptwicklung vorgesehene Öffnungen vorgesehen sein.
Auf diese Weise nimmt die Reaktanz des aus den beiden Spulen gebildeten Systems stark zu und hier wirkt nicht nur die Verlustreaktanz strombegrenzend, sondern auch eine während der Regelung in der Gesamtanordnung der beiden Spulen, die in bezug auf die beiden zu schaltenden Anschlüsse in Reihe geschaltet sind, als Folge der ungleichen Verteilung des Flusses in den beiden Schenkelhälften auftretende, gegenelektromotorische Kraft. Die ungleiche Verteilung des Flusses ergibt sich infolge des Überganges des Stromes von einem Anschluss zum andern durch das aus den beiden Spulen 1 und 2 bzw. 4 und 5 be- stehende ; System.
Im Falle eines Einphasentransformators werden die beiden Transformatorspulen 1 und 2 wie die Spulen 9 und 10 in Fig. 3 auf den Aussenschenkeln eines mantelartigen Kerns montiert. Auch in diesem Fall entsteht die ungleiche Verteilung des magnetischen Flusses auf die beiden Aussenschenkel.
Die Regelung in groben Stufen, die nach dem elektrischen Schema in Fig. 1 mit den Spulen nach Fig. 2 und 3 verwirklicht wurde, kann durch eine Feinregelung vervollständigt werden, bei welcher eine ler beiden parallelgeschalteten Spulen (Spule 2 in Fig. 4) oder beide Spulen (1 und 2 in Fig. 5) angezapft md an Schleifkontakte eines Umschalters 11 angeschlossen werden. Zur Erhöhung der Regelfeinheit kön- len die Anschlüsse von Windung zu Windung herausgenommen werden. Die grobe Regelung wird durch Schaltung der Anschlüsse der Hauptwicklung 3 erfolgen, bei welcher die Stromoegrenzung mit Hilfe der lUS den Spulen 1 und 2 bzw. 4 und 5 oder 9 und 10 gebildeten Drossel erfolgt, während die Feinregelung
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einen Spule mit einer Anzapfung der andern Spule abwechselt.
Wenn der Schleifer in der Anordnung nach
Fig. 4 auf zwei benachbarte Kontaktstücke aufläuft, ist der Strom durch Verlagerung eines Teiles des Feldes der einen Schenkelhälfte, auf welcher die Spule 2 montiert ist, auf die andere Schenkelhälfte begrenzt.
Der Strom ist in diesem Fall begrenzt, da bei normalem Betrieb die Spannung zwischen den Kontaktstücken klein ist, weil gewöhnlich nur eine einzige Windung benützt wird, welche nur die Hälfte des Kraftflusses-um- fasst und in der Zeitspanne, in welcher die Kurzschliessung der Kontaktstücke stattfindet, die Spannung durch ungleiche Verteilung der Kraftflüsse in den beiden Kernhälften infolge der Wirkung des Kurzschlussstromes selbst noch kleiner ist.
Wenn bei der Anordnung nach Fig. 5 der Schleifer des Umschalters 11 auf zwei Kontakt- stücke verschiedener Spannung tritt, so gehören diese verschiedenen Spulen an, nämlich ein Kontaktstück der Spule 1 und das andere der Spule 2, so dass die Begrenzung des Kurzschlussstromes entsprechend den Ab- schnitten der Spule 1 und 2 durch die erhöhte Reaktanz erfolgt. Das Schema der Fig. 5 ist in gewissen
Fällen (im Vergleich zur Variante nach Fig. 4) sowie durch die Tatsache vorteilhaft, dass der Belastungs- strom auf den beiden Spulen 1 und 2 ausgeglichen wird. Gewöhnlich trifft der Schleifer in stabiler Lage auf zwei Anzapfungen gleicher Spannung.
Durch die Stellung des Schleifers entweder auf zwei benach- barte Kontakte gleicher Spannung oder auf zwei benachbarte Kontakte verschiedener Spannung kann eine
Erhöhung der Regelfeinheit gegenüber der Anordnung nach Fig. 4 erzielt werden.
Die beiden Spulen 1 und 2,4 und 5 bzw. 9 und 10 können auch als Reaktanzspulen für die Begren- zung der äusseren Kurzschlussströme dienen. Die Wirkung dieser Spulen für die Begrenzung der Aussenströ- me ist insbesondere im Falle von Selbstregeltransformatoren wichtig, wo bei gewissen Anschlüssen ge- wöhnlich sehr kleine Kurzschlussspannungen erhalten werden, welche also zu sehr hohen Kurzschlussströ- men führen.
Erfindungsgemäss werden in gewissen Fällen die Anschlüsse für die Regelung in groben Stufen unter- drückt und die beiden Spulen 1 und 2 stabil mit dem Ende der Transformatorhauptwicklung verbunden, wobei nur die Regelung in den feinen Stufen verwirklicht wird.
In diesem Falle können die Spulen 1 und 2 auch in Reihe geschaltet werden, wobei eines der Enden der beiden in Reihe geschalteten Spulen stabil mit einem der Enden der Hauptwicklung verbunden ist.
Es ist vorteilhaft, die Spulen 1 und 2 in gesonderte Abschnitte aufzuteilen, so wie die Wicklung 12 in Fig. 6, wobei jeder Abschnitt dem Intervall zwischen zwei benachbarten Regelanschlüssen entspricht, und die Abschnitte in wechselnder Reihe zu verbinden, so dass dem einen Abschnitt auf der einen Schenkelhälfte ein Abschnitt auf der andern Schenkelhälfte folgt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass bei Benutzung von Spulen der Transformatorwicklung selbst zur Strombegrenzung zwischen zwei Anschlüssen bei der Regelung unter Belastung eine erhöhte Wirksamkeit ohne gesonderte Drosselspulen erzielt wird. Die gleiche Spule kann auch zur Feinregelung benutzt werden.
Erfindungsgemäss wird eine Wicklung ähnlich der Wicklung 12 in Fig. 6 zur Regelung unter Belastung auch nach dem Schema in Fig. 6 benutzt, u. zw. wie folgt :
Die Anschlüsse der Wicklung 12 werden mit den Kontakten 19,20, 21,22, 23 und 24 verbunden, während die Wicklung 12 in ihrer Gesamtheit mit der Spule 14 der Transformatorwicklung 13 durch den Umschalter 18 verbunden wird. Die Verbindung kann gegebenenfalls an einem einzigen Ende erfolgen. In der gleichen Lage kann die Regelung unter Belastung durch den Umschalter 29 beginnen. Bei diesem Umschalter werden keine Massnahmen zur Strombegrenzung zwischen zwei benachbarten Anschlüssen getroffen für die Zeit, in welcher der Gleitkontakt des Umschalters auf zwei Kontaktstücke gleichzeitig tritt, da der Kurzschlussstrom klein ist.
Wenn ein Regelabschnitt der Spule 12 kurzgeschlossen wird, kann sich der Fluss aus der Schenkelhälfte, auf welcher sich der kurzgeschlossene Abschnitt befindet, auf die andere Schenkelhälfte verlagern. Der Schleifer kann gegebenenfalls aus einem Werkstoff mithöherem Ohm- widerstand angefertigt werden. Nachdem der Schleifer des Umschalters 29 sämtliche Kontakte von 19 bis 24 überfahren hat, kann man auf den Kontakt 25 übergehen, welcher durch den Umschalter 17 unmittelbar mit dem Ansehluss 27 verbunden ist. Während sich der Schleifer des Umschalters 29 auf dem Kontakt 25 befindet, wird die Spule 12 durch den Umschalter 18 von den Kontakten 26 und 27 auf die Kontakte 27 und 28 umgeschaltet, also parallel zur Spule 15. Diese Schaltung erfolgt stromlos, da die parallelgeschalteten Spulen die gleiche Spannung besitzen.
Hierauf kann sich der Umschalter 29 in Fortsetzung im gleichen Sinne drehen und von Kontakt 25 auf den Kontakt 19 treten usw. In der gleichen Weise kana auch die der Spule 16 entsprechende Regelzone durchlaufen werden. Falls die Verbindung zwischen der Spule 12 und den Anschlüssen der Wicklung 13 an einem einzigen Ende durch Verbindung des oberen Spulenendes 13 mit dem Kontakt 26 erfolgt, so verbreitert sich das Regelintervall des Transformators um den Wert der Spannung der Wicklung 13. Die Umschalter 17,18, 19 können mechanisch gekoppelt sein, so
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so dass die Schaltung durch eine einzige Steuerung erfolgen kann. Die Wicklung 12 kann auch auf einem gesonderten Kern des Transformators aufgebracht sein, in welchem Falle auf diesem Kern auch noch eine Erregerwicklung vorgesehen werden kann.
Die Vorteile dieser Regelung bestehen darin, dass sie unter Belastung feinstufig und in weitem Bereich
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schlussstrom zwischen zwei benachbarten Anschlüssen und ohne Schützen, was eine Vereinfachung des Re- gelumschalters unter Belastung zur Folge hat.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Spannungsregelung an Transformatoren unter Belastung, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- grenzung des Stromes zwischen zwei Regelanschlüssen der Hauptwicklung der betreffenden Transformator- 'phasen (3) durch eine Drossel erfolgte die aus zwei Spulen (1 und 2) des Transformators gebildet wird, die parallelgeschaltet sind und vorzugsweise je eine Hälfte des betreffenden Phasenflusses des Transformators umfassen.