CH309305A - Anordnung zur stufenweisen Regelung der Blindleistungsabgabe einer Kondensatorbatterie an ein Elektrizitätsversorgungsnetz. - Google Patents

Description

  <B>Anordnung zur stufenweisen Regelung der</B>     Blindleistungsabgabe   <B>einer</B>     Kondensatorbatterie     <B>an ein</B>     Elektrizitätsversorgungsnetz.       Die zunehmende Verschärfung des Blind  stromproblems in der öffentlichen Elektrizi  tätsversorgung hat die Notwendigkeit mit sich  gebracht, die     Blindleistungserzeugung    mit  Kondensatoren dem sich im Laufe der ein  zelnen Tageszeiten ändernden Blindstrom  bedarf des Netzes anzupassen. Die bisher  meist angewandte Lösung ist die Ein- und       Aussehaltung    eines     Kondensators    durch einen  mit Vorstufen versehenen Leistungsschalter.

    Es sind ferner Lösungen vorgeschlagen und  verwirklicht (siehe     DRP.        Nrn.    731019, 755607),  bei denen eine aus vielen Einzelelementen zu  sammengesetzte     Kondensatorbatterie    mit Hilfe  eines     Kondensatorregelschalters    stufenweise  ein- oder ausgeschaltet wird, und der     An-          sehluss    einer     Kondensatorbatterie    über     einen     Induktionsregler an die     Netzsammelschiene.     Jede dieser Ausführungsarten hat ihr     spezi-          fisehes    Anwendungsgebiet,

   in dem ihre betrieb  liehen und wirtschaftlichen Vorteile überwie  gend zur Geltung kommen. Es bleiben jedoch  auf dem Gebiet der     Blindleistungsregelung     noch grosse Lücken auszufüllen. Hier hat die  im folgenden beschriebene Erfindung dann  eine über die betrieblichen und     wirtschaft-          liehen    Vorteile der vorgenannten Ausfüh  rungsformen wesentlich hinausgehende Zweck  mässigkeit, wenn ein auch andern Zwecken die  nender Netztransformator zur Verfügung  steht,

   der neben seiner normalen Funktion der  Umspannung der vergleichsweise grossen Netz  leistung auch die Funktion der Speisung einer         Kondensatorbatterie        mit    übernehmen     kann.    In  diesem Falle kann anstatt eines verhältnismässig  komplizierten     Kondensator-Regelschalters    ein  einfacher und deshalb billigerer     Spannungs-          regelschalter    Verwendung finden, wie er im       Transformatorbau    seit langem üblich -ist, und  die     Kondensatorbatterie    selber braucht nicht  mehr aus vielen gegeneinander mit voller Netz  spannung isolierten     Einzelstufen    zu bestehen,

    sondern kann als einfache Batterie gebaut wer  den. Auch ist kein nur für die Regelung der     Kon-          densatorbatterie    speziell ausgelegter und für  die spezifischen Betriebsverhältnisse gebauter  kompletter     Regeltransformator    oder Induk  tionsregler erforderlich, dessen Kosten die der       Kondensatorbatterie    bei weitem übersteigen       würden,    so dass man ihn sich nur in Spezial  fällen, wie z. B. bei     Rundfunkanlagen,    Gleich  richteranlagen oder     Umrichteranlagen    leisten  kann.  



  Gegenstand der Erfindung ist also eine  Anordnung zur     stufenweisen    Regelung der       Blindleistungsabgabe    einer     Kondensatorbat-          terie    an ein     Elektrizitätsversorgungsnetz,    wo  bei der     Kondensatorbatterie    aus der Wick  lung eines mit dem     Elektrizitätsversorgungs-          netz    verbundenen, auch andern Zwecken die  nenden Netztransformators über einen unter  Last umschaltbaren Stufenregler stufenweise  veränderliche Spannungen zugeführt werden.  



  In der Zeichnung sind die Ausführungs  beispiele der Erfindung schematisch darge  stellt. In     Abb.    1 ist     durch        Primärwicklung    P;      Eisenkern E     und    Sekundärwicklung     S    eine  Phase eines normalen     Drehstrom-Netztrans-          formators    mit Spannungsregelung 13/14 am  Sternpunkt 11 der Primärseite gezeichnet.     K     stellt eine     Kondensatorbatterie    dar, deren Be  triebsspannung maximal gleich der Phasen  spannung des Netztransformators ist.

   Die bei  12 in Stern geschaltete Sekundärwicklung S  des Transformators hat     Anzapfungen    von  0,000 bis 1,000, die über einen normalen Span  nungsregelschalter R, bei dem lediglich die       Überschaltwiderstände    nach besonderen Ge  sichtspunkten zu bemessen sind; durch die Zu  leitung 15 mit dem untern Ende der     Konden-          satorbatterie        K    verbunden werden können. Das  obere Ende der     Kondensatorbatterie        K    ist  mit der Netzableitung der     Sekundärwicklung          S    dauernd fest verbunden.

   Dadurch besteht  die Möglichkeit, der     Kondensatorbatterie        K    je  nach der Stellung des Regelschalters R eine  mehr oder minder grosse Spannung aus der  Sekundärwicklung S zuzuführen. Im Falle der       Abb.1    steht der Regelschalter R auf der An  zapfung 0,746; infolgedessen erhält die     Kon-          densatorbatterie    K die Spannungsdifferenz  zwischen 0,000 und 0,746. Quadratisch mit der  Grösse der angelegten Spannung u, die in der  gezeichneten Stellung =     74,6%    der vollen  Wicklungsspannung U ist, ändert sich die von  der     Kondensatorbatterie    K abgegebene Blind  leistung     Nb.     



  Um trotz der quadratischen Abhängigkeit  der Blindleistung     Nb    von der Spannung     u    eine  gleichmässige Stufung des jeweiligen Blind  leistungszuwachses zu erhalten, sind die durch  die     Anzapfungen    0,000 bis 1,000 von der Se  kundärwicklung     S    abgegriffenen Spannungs  differenzen proportional der Quadratwurzel  des gewünschten     Blindleistungsanteils    an der  gesamten, durch die volle Spannung U erzeug  baren Blindleistung bemessen.

   Es ergeben  sich so die durch die Zwischenwerte 0,333 bis  0,943 charakterisierten     Differenzspannungs-          werte    für die     Anbringung    der     Anzapfinmgen     an der Sekundärwicklung     S.     



  Für den     Spannungsregelschalter    R ergeben  sich normalerweise aus den verschieden gro  ssen Spannungsstufen zwischen den an der         Sekundärwicklung    S angebrachten     Anzapfun-          gen    Schwierigkeiten in der Bemessung der       Übersehaltwiderstände,    die die Lebensdauer  der     Lastschaltkontaht.e    infolge ungleichmässi  gen     Kontaktabbrandes    herabsetzen. Hier kann  durch eine geeignete Bemessung des Ohm  wertes der an die Kontakte angeschlossenen       Überschaltwiderstände    Abhilfe geschaffen wer  den.  



  Durch die     Überschaltwiderstände    des Span  nungsreglers R     (Abb.1)    fliessen Ströme, die  sich in bekannter Weise aus zwei Komponen  ten zusammensetzen. Die eine Komponente ist  der der Spannung um 90  vorauseilende     Kon-          densatorst.rom;    die andere Komponente ist der  durch die Ü     berschaltwiderstände    begrenzte       Ausgleichstrom,    der     kurzzeitig    beim Über  schalten zwischen den beiden zu wechselnden       Anzapfungen    fliesst. Im Fall der Anwendung       Ohmseher        Überschaltwiderstände    ist dieser  mit der Spannung in Phase.

   Kondensator  strom und     Ausgleichstrom    setzen sieh also  rechtwinklig zum resultierenden, der     Hypo-          thenuse    proportionalen Strom zusammen. Von  Stufe zu Stufe fortschreitend haben beide  Ströme entgegengesetztes Wachstum. Dies ist  in     Abb.    3 dargestellt. Der senkrechte Vektor  bezeichnet die in 9 Stufen     LT,    bis     TT9    unter  teilte     Transformatorspannung,    die den Kon  densator speist.

   Ihre Differenzspannungen  zwischen den Stufen steigen von         U:t    min =     U9-U9    bis     ZTct        mat    =     rT2-Ul.       Die horizontalen Vektoren bezeichnen die bei  jeder Spannungsstufe sich einstellenden Blind  stromflüsse des Kondensators, die im Gegen  teil von     Jst        ""    zwischen den     Anzapfungen        1T9     und     ZT8    bis auf     Jst        ",i"    zwischen den     Anza.p-          fungen        U#,

      und     U1    abnehmen. Die zwei ver  schieden gerichteten, verschieden grossen und  von Stufe zu Stufe verschieden wachsenden  Stromflüsse können bei geeigneter Bemessung  der     Überschaltwiderstä.nde    gemäss     Abb.    4 mit  einander     vektoriell    so addiert werden, dass  als geometrische Summe die den gestrichelten       Hypothenusen    entsprechenden resultierenden  Ströme herauskommen. Diese sind zwar nicht  vollkommen untereinander gleich; sie weichen      jedoch nur in technisch zulässiger Grössenord  nung voneinander ab.

   Die Voraussetzung für  die Erzielung dieser Stromverteilung bei den  üblichen Stufenschaltern mit     symmetrischer     Anordnung zweier     Überschaltwiderstände    R  an den beiden zu wechselnden     Anzapfungs-          kontakten    (sog.

       Jansenschaltern)    ist die Be  messung der     Ohmwerte    der an die Umschalt  kontakte angeschlossenen Widerstände nach  der Formel  
EMI0003.0007     
    Bei Dimensionierung der Widerstände nach  dieser Formel nimmt die geometrische Summe  aus den mit sinkender Blindleistung kleiner  werdenden     kapazitiven    Blindströmen und den  gleichzeitig infolge der steigenden Spannungs  stufen grösser werdenden     Ohmschen    Aus  gleichströmen in den einzelnen Stufen die ge  strichelt gezeichneten, wenig voneinander ab  weichenden Werte an.  



  Für die Sekundärwicklung S des Netz  transformators     (Abb.1)    ergibt sich aus der  Speisung der     Kondensatorbatterie    K aus ver  schieden grossen Anteilen an der Gesamtwick  lung (gezeichnet ist die Speisung aus dem  Wicklungsteil 0,000 bis 0,746) noch das Pro  hlem des verschiedenartigen Stromflusses in  dem speisenden Teil der Wicklung im Ver  gleich zu dem nichtspeisenden Teil der Wick  lung (im gezeichneten Fall 0,746 bis 1,000).

    Der der Spannung um 90  voreilende Kapazi  tätsstrom der     Kondensatorbatterie    K durch  fliesst die Sekundärwicklung     S    zusätzlich zu  dem ohne den Kondensator auftretenden Se  kundärstrom nur auf der obern Teilstrecke  und bringt dort ausser der Stromveränderung  in. erhöhendem oder verkleinerndem Sinne  auch noch eine Winkelverdrehung hervor.  Damit, ist der Strombelag des Eisenkernes     E          aur    seiner Länge ungleichmässig.

   Zu seiner       Vergleiehmässigung    empfiehlt sich entweder  die Anwendung einer     Mehrlagenwicklung,    bei  der die Windungen jeder Stufe, wie bei Regel  transformatoren vielfach üblich, über die  ganze Schenkellänge des Eisenkernes E ver  teilt sind, oder die Anwendung einer Schub-         wicklung,    die aus ebensoviel Spulen besteht  wie die Sekundärwicklung und deren Einzel  spulen untereinander parallel geschaltet sind.       l:m    letzteren Falle ermöglicht es die an sich  bekannte Wirkung der Schubwicklung, die  Sekundärwicklung des Transformators in übli  cher Weise aus Scheibenspulen aufzubauen.  



  Verwendet man eine Schubwicklung     Sch,     wie sie in den beiden     Abb.    1 und 2 schema  tisch gezeichnet ist, so kann sie entweder für  jeden Schenkel einzeln ohne Verbindung mit  den Schubwicklungen der andern Schenkel  angeordnet werden     (Abb.1),    oder sie kann  mit den Schubwicklungen der andern Schen  kel in beliebiger Schaltung verbunden werden.       Abb.    2 deutet durch die beiden Dreiecke 16  die Verbindung in Dreieckschaltung an.

   Diese  hat den Vorteil, dass sie in der Art der übli  chen     Tertiärwicklungen    zur     Symmetrierung     der magnetischen Flüsse in den drei Schenkeln  eines     Drehstrom-Transformators    im Rahmen  ihrer     Strombelastungsfähigkeit    mitwirken  kann. Ausserdem kann sie bei entsprechender  Auslegung der     Windungszahl    zur Entnahme  einer     Tertiärspannung    aus dem Transfor  mator, z. B. für     Eigenbedarfszwecke,    heran  gezogen werden.  



  Verzichtet man auf die Mitbenutzung der  Schubwicklung zu solchen Zwecken, so kann  sie gemäss     Fig.    5 in wesentlich vereinfachter  Form mit nur einer Windung je Spule der       Sekundärwickung    S aus einem Kupferzylinder  17 mit Längsschlitz 18 bestehen, der gege  benenfalls zur Vermeidung von Wirbelstrom  verlusten in der Höhe der jeweiligen Trenn  stellen zwischen zwei Spulen der Sekundär  wicklung S in der bei 19 angedeuteten Art  aufgeschlitzt wird und auch allenfalls mit  einem Längsschlitz zur Trennung der beiden  Stromverbindungen 20, die der Parallelschal  tung der einzelnen Schubspulen dienen, ver  sehen ist.  



  Ein solcher einfacher Kupferzylinder  würde sich besonders gut dazu eignen, durch  eine galvanische Verbindung 21 mit einem  der Pole des Kondensators eine Verbesserung  der     kapazitiven        Durchkoppelung    aller Spulen  der     Sekundärwickhtng    S zwecks Erhöhung der           Überspannungssicherung    herbeizuführen.

   Ent  schliesst man sich, diese     kapazitive        Durchkop-          pelung    von den den Netzleitungen abgewand  ten Seiten der     Kondensatorbatterie    aus vorzu  nehmen, wie es in     Abb.    1 durch die galvani  sche Verbindung 15 gezeichnet ist, so hat man  die Möglichkeit,

   durch Anbringen der Schub  wicklung zwischen dem Eisenkern E und der       Sekündä.rwicklung        S    die     Erdkapazität    der       Kondensatorbatterie        K    zu     vergrössern    und  damit einen Teil des gegebenenfalls von den  Netzleitungen her kommenden Wanderwellen  stromes zwecks Abflachung der Wanderwellen  stirn durch die     Kondensatorbatterie    abzu  leiten.  



  Hinsichtlich der Speisung der     Konden-          satorbatterie    K aus einer Betriebswicklung des  Transformators (z. B. Sekundärwicklung S)  gibt es mehrere Möglichkeiten, die je nach der  Höhe der Betriebsspannung der Wicklung und  je nach der Zahl der gewünschten     Anzapfun-          gen    sowie je nach der Art des Reglers R vari  ieren. Zwei betrieblich und wirtschaftlich vor  teilhafte Schaltungen sind in den     Abb.    1 und 2  dargestellt.

   Bei der ersteren ist die     Konden-          satorbatterie        K    mit der Netzableitung der Se  kundärwicklung     S    fest verbunden, während  die veränderliche, durch den Spannungsregler  R der     Kondensatorbatterie    zuzuleitende Span  nung von der     Sternpunktseite    her abgegriffen  wird. Diese Schaltung hat gegenüber ihrer  Umkehrung, bei der die     Kondensatorbatterie     K fest mit der Nullpunktseite der Wicklung  verbunden ist, den Vorteil geringerer Über  spannungsgefährdung des Reglers.  



  Bei der     Abb.    2 ist die     Kondensatorbatterie     weder mit der Netzableitung noch mit dem  Sternpunkt der     Transformatorwicklung    ver  bunden, sondern hat von beiden Seiten her  über den     Doppel-Regelschalter    Verbindung zu  den     Anzapfungen    der Wicklung.

   Im gezeich  neten Fall speist der zwischen den     Anzapfun-          gen    0,816 und 0,184 liegende Wicklungsteil  die     Kondensatorbatterie.    Eine Vergrösserung  der     Blindleistungsabgabe    der Kondensator  batteriewird durch     Weiterschalten    der Regel  schalterkontakte in Richtung 1,000 bzw. 0,000  bewirkt, während eine Verkleinerung der         Blindleistungsabgabe    durch beiderseitige Wei  terschaltung der     Regelschalterkontakte        zur     mittleren     Anzapfung    0,500 erzielt wird.  



  Stehen beide     Regelsehalterkontakte    auf  0,500, so findet keine     Blindleistungsabgabe     mehr statt, da die beiden     Kondensatorpole     untereinander kurzgeschlossen sind. Bei An  wendung dieser Schaltung kann man die dop  pelte Stufenzahl wie nach     Abb.    1 erreichen,  oder man kann bei Anwendung zweier ge  trennter Spannungsregler unter Ausnutzung  der maximal zulässigen     Stufenspannungsgrösse     (diese tritt auf zwischen den     Anzapfungen     0,724 bzw. 0,276 und 0,500) Wicklungen von  doppelter Betriebsspannung zur Kondensator  speisung heranziehen. Eignet sich beispiels  weise die Anordnung 1 mit dem einfacheren  Spannungsregler für 20000 Voltnetze, so ist.

    die Anordnung nach     Abb.    2 bei Verwendung  zweier Spannungsregler für 40 000 Voltnetze  anwendbar.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Anordnung zur stufenweisen Regelung der Blindleistungsabgabe einer Kondensatorbat- terie an ein Elektrizitätsversorgungsnetz, da durch gekennzeichnet, dass der Kondensator batterie aus einer mit dem Elektrizitätsversor- gungsnetz verbundenen, mit Anzapfungen ver- sehenen Wicklung eines auch andern Zwecken dienenden Netztransformators über einen unter Last umschaltbaren Stufenregler stufen weise veränderliche Spannungen zugeführt. werden. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer gleichmässigen Blindleistungsstufung die Span nungsstufung der an der Wicklung des Netz transformators angebrachten Anzapfungen proportional der Quadratwurzel des gewünsch ten Blindleistungsant.eils an der gesamten Blindleistung erfolgt. 2.

   Anordnung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass zur Erzielung eines möglichst gleichmässigen Kontaktabbrandes an den unter Last abschaltenden Widerstands kontakten des Lastumschalters die Bemessung des Ohmwertes der an diese Kontakte ange schlossenen Widerstände so erfolgt, dass die geometrische Summe aus dem mit sinkender Blindleistung kleiner werdenden kapazitiven Blindstrom und dem gleichzeitig infolge stei gender Spannungsstufen grösser werdenden Ohmschen Ausgleichstrom in den einzelnen Stufen wenig voneinander abweichende Werte annimmt. 3.

   Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich der Amperewindungsbelegung des Eisenkernes in denjenigen Stufenreglerstellungen, in denen die Kondensatorbatterie nur zu einem Teil der Wicklung des Netztransformators parallel ge schaltet ist, die Wicklungsteile der einzelnen Transformatorstufen einzeln oder gruppen weise über die ganze Länge des Transformator schenkels verteilt sind.

   4. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich der Amperewindungsbelegung des Eisenkernes in denjenigen Stufenreglerstellungen, in denen die Kondensatorbatterie nur zu einem Teil der Wicklung des Netztransformators parallel geschaltet ist, konzentrisch mit der über den ganzen Eisenkern verteilten Wicklung des Netztransformators eine Schubwicklung ange ordnet ist. . 5.

   Anordnung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Schubwicklung aus ebensoviel parallelgeschalteten Wicklungs teilen besteht wie die die Kondensatorbatterie speisende Wicklung des Netztransformators aus hintereinandergeschalteten Wicklungs teilen besteht. 6. Anordnung nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass der jedem Wick lungsteil zugeordnete Teil der Schubwicklung aus nur einer Windung besteht, die durch Schlitzen eines Kupferzylinders erzielt wurde. 7. Anordnung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Schubwicklung aus einem massiven nur längsgeschlitzten Kup- fer7ylinder besteht. B.

   Anordnung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Schubwicklung mit einem der Pole des Kondensators gal vanisch verbunden ist. 9. Anordnung nach Unteranspruch 8, da durch gekennzeichnet, dass die Schubwicklung zwecks Vergrösserung ihrer Erdkapazität zwi schen dem Eisenkern und der die Konden- satorbatterie speisenden Wicklung des Netz transformators liegt.

   10. Anordnung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Schubwicklun gen der drei Schenkel eines Drehstrom-Netz- transformators als Dreieckwicklung zur Sym- metrierung der in den drei Schenkeln ver laufenden magnetischen Flüsse geschaltet sind. 11.

   Anordnung nach Unteranspruch 1, bei der die Speisung der Kondensatorbatterie aus den mit dem Elektrizitätsversorgungsnetz gal vanisch verbundenen in Stern geschalteten Wicklungen eines Drehstrom-Netztransforma- tors erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzapfungen an den Sternpunktseiten der drei Drehstromwicklungen angeordnet sind, und dass die Kondensatorbatterie aus drei ein phasigen, miteinander nicht verbundenen Ein heiten besteht, von denen jeweils die einen Pole mit den Phasenenden der drei Drehstrom wicklungen fest verbunden sind,

   während die andern Pole mit den an den Sternpunktseiten dieser Wicklungen angebrachten Anzapfungen über drei einphasige, gegeneinander isolierte Stufenregler verbunden werden. 12. Anordnung nach Unteranspruch 1, für Transformatoren mit hoher Wicklungsspan nung und hoher Stufenzahl, dadurch gekenn zeichnet, dass die die Kondensatorbatterie spei sende Wicklung symmetrisch zu ihrer Mitte mit Anzapfungen versehen ist, und dass für die Verbindung der Anzapfungen jeder Wick lungshälfte mit je einem Pol der Kondensator batterie zwei Regelschalter vorhanden sind, die abwechselnd schalten.