DE102012207800A1 - Local network transformer - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Ortsnetz-Transformator für die Ortsnetz-Spannungsversorgung angegeben, aufweisend: – ein Aktivteil mit Primär- und Sekundärwicklungen zur Wandlung einer primären Mittelspannung in eine sekundäre Ortsnetz-Spannung, wobei das Aktivteil in einem Trafokessel mit Kühl- und Isolierflüssigkeit angeordnet ist, – eine Mehrzahl von Schalteinrichtungen zur Anpassung des Verhältnisses zwischen der Primärspannung und der Sekundärspannung, wobei die Schalteinrichtungen sekundärseitig zwischen Abgriffen der sekundärseitigen Wicklungen und dem Sternpunkt der sekundärseitigen Wicklungen geschaltet sind und wobei die Schalteinrichtungen im Trafokessel im Bereich der Kühl- und Isolierflüssigkeit im Aktivteil unterhalb der Wicklungen angeordnet sind.It is a local network transformer for the local power supply specified, comprising: - an active part having primary and secondary windings for converting a primary medium voltage into a secondary local network voltage, wherein the active part is arranged in a transformer tank with cooling and insulating liquid, a plurality of switching means for adjusting the ratio between the primary voltage and the secondary voltage, wherein the switching means are connected on the secondary side between taps of the secondary side windings and the neutral point of the secondary side windings and wherein the switching means in the transformer tank in the region of the cooling and insulating liquid in the active part below the windings are arranged.
Description
Die Erfindung betrifft einen Ortsnetz-Transformator zur Transformation einer Mittelspannung im kV-Bereich in eine Spannung zur Ortsnetzversorgung. The invention relates to a local network transformer for transforming a medium voltage in the kV range into a voltage for the local power supply.
Die herkömmliche Stromerzeugung aus beispielsweise fossilen Energieträgern war zu praktisch 100% zentral und die derzeitigen Stromnetze sind auf diese Situation ausgelegt. Es ist dabei stets mit einem Spannungsabfall vom Ortsnetz-Transformator hin zu den Anschlüssen wie Privathaushalten zu rechnen. Derzeit findet aber die Erzeugung von Strom aus regenerativen Quellen einen großen Zuwachs. Im Gegensatz zur althergebrachten Stromerzeugung erfolgt ein nicht unerheblicher Teil der Erzeugung von Strom aus regenerativen Quellen dezentral, beispielsweise in privaten Haushalten oder Kleinanlagen statt. Conventional fossil fuel generation, for example, was virtually 100% centralized and current power grids are designed for this situation. It is always to be expected with a voltage drop from the grid transformer to the terminals such as private households. Currently, however, the generation of electricity from renewable sources is growing rapidly. In contrast to the traditional generation of electricity, a not inconsiderable part of the generation of electricity from renewable sources takes place locally, for example in private households or small plants.
Dadurch kann es zunehmend zu der bisher unmöglichen Situation kommen, dass sich der Leistungsfluss entlang von Stichleitungen im Ortsnetz umkehrt, wofür jedoch das Ortsnetz nicht ausgelegt ist. Die Folge sind Spannungsänderungen im Ortsnetz, die die Grenze von +/–10% der Sollspannung überschreiten können. Auch im Mittelspannungsnetz sind Spannungsüberhöhungen möglich, beispielsweise durch angeschlossene Windenergieanlagen. Diese ziehen ebenfalls eine erhöhte Spannung im Niederspannungsnetz (Ortsnetz) nach sich. As a result, it can increasingly come to the previously impossible situation that reverses the power flow along spurs in the local network, for which, however, the local network is not designed. The result is voltage changes in the local network, which can exceed the limit of +/- 10% of the nominal voltage. Even in the medium-voltage network voltage overshoots are possible, for example, by connected wind turbines. These also entail an increased voltage in the low-voltage network (local area network).
Eine bekannte Möglichkeit, mit diesen Problemen umzugehen, besteht in dem deutlichen Ausbau der Ortsnetze, d.h. einer Erhöhung des im Ortsnetz verlegten Kabelquerschnitts. Das führt zu einer Verringerung des Spannungsabfalls über die Kabel und damit auch zu einer Verringerung von Spannungsüberhöhungen im Ortsnetz. Dies ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden. One known way to deal with these problems is to significantly expand the local area networks, i. an increase in the cable cross-section laid in the local network. This leads to a reduction of the voltage drop across the cables and thus also to a reduction of voltage overshoots in the local network. However, this is associated with a considerable effort.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Ortsnetz-Transformator anzugeben, mit dem das eingangs genannte Problem vermindert wird. It is an object of the present invention to provide an improved local power transformer, with which the above-mentioned problem is reduced.
Diese Aufgabe wird durch einen Ortsnetz-Transformator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by a local power transformer with the features of claim 1.
Der erfindungsgemäße Ortsnetz-Transformator für die Ortsnetz-Spannungsversorgung weist ein Aktivteil mit Primär- und Sekundärwicklungen zur Wandlung einer primären Mittelspannung in eine sekundäre Ortsnetz-Spannung auf, wobei das Aktivteil in einem Trafokessel mit Kühl- und Isolierflüssigkeit angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Ortsnetz-Transformator eine Mehrzahl von Schalteinrichtungen zur Anpassung des Verhältnisses zwischen der Primärspannung und der Sekundärspannung, wobei die Schalteinrichtungen sekundärseitig zwischen Abgriffen der sekundärseitigen Wicklungen und dem Sternpunkt der sekundärseitigen Wicklungen geschaltet sind. Schließlich sind die Schalteinrichtungen im Trafokessel im Bereich der Kühl- und Isolierflüssigkeit angeordnet. The local network transformer according to the invention for the local grid voltage supply has an active part with primary and secondary windings for converting a primary medium voltage into a secondary local grid voltage, wherein the active part is arranged in a transformer tank with cooling and insulating liquid. Furthermore, the local network transformer comprises a plurality of switching means for adjusting the ratio between the primary voltage and the secondary voltage, wherein the switching means are connected on the secondary side between taps of the secondary side windings and the neutral point of the secondary side windings. Finally, the switching devices are arranged in the transformer boiler in the area of cooling and insulating liquid.
Die Primärspannung ist dabei eine Mittelspannung im Bereich einiger kV, beispielsweise 10 kV, 20 kV oder 30 kV. Die Sekundärspannung ist eine Spannung zur lokalen Versorgung eines Ortsnetzes oder Stadtnetzes, beispielsweise 230V einphasig bei 400V Leiter-Leiter-Spannung. The primary voltage is a medium voltage in the range of a few kV, for example 10 kV, 20 kV or 30 kV. The secondary voltage is a voltage for the local supply of a local network or urban network, for example, 230V single-phase at 400V line-to-line voltage.
Die Schalteinrichtungen sind beispielsweise derart ausgestaltet, dass mittels einer geeigneten Ansteuerung die Sekundärspannung in Schritten variierbar ist. The switching devices are designed, for example, such that the secondary voltage can be varied in steps by means of a suitable control.
Durch die vorteilhafte Anordnung der Schalteinrichtungen im Trafokessel wird erreicht, dass Durchführungen der Anzapfungen der sekundären Wicklungen aus dem Trafokessel heraus unnötig sind. Weiterhin wird erreicht, dass die Kupferleitungen von den Anzapfungen zu den Schalteinrichtungen kurz ausfallen. Schließlich wird noch zusätzlich erreicht, dass eine Kühlung der Schalteinrichtungen automatisch mit stattfindet, da die Schalteinrichtungen mit in der Kühl- und Isolierflüssigkeit angeordnet sind. Due to the advantageous arrangement of the switching devices in the transformer boiler is achieved that feedthroughs of the taps of the secondary windings from the transformer box out are unnecessary. Furthermore, it is achieved that the copper lines are short from the taps to the switching devices. Finally, it is additionally achieved that cooling of the switching devices automatically takes place, since the switching devices are arranged in the cooling and insulating liquid.
Ferner ist vorteilhaft, dass der angegebene Aufbau modular ist, d.h. neben einem Aufbau mit 3 oder 5 Anzapfungen können ohne großen Zusatzaufwand auch Aufbauten mit mehr Anzapfungen realisiert werden. Dabei sind keine substantiellen Änderungen nötig, sondern es muss lediglich die Anzahl der Schalteinrichtungen angepasst werden und entsprechende Anzapfungen vorgesehen werden. Furthermore, it is advantageous that the stated construction is modular, i. In addition to a structure with 3 or 5 taps and constructions can be realized with more taps without much additional effort. There are no substantial changes necessary, but it must only be adapted to the number of switching devices and appropriate taps are provided.
Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass eine separate Spannungskontrolle für die drei Phasen ermöglicht ist. Mit anderen Worten lässt sich das Übersetzungsverhältnis des Ortsnetz-Transformators für die Phasen einzeln kontrollieren. Dadurch kann auch dann eine Verbesserung des Spannungswerts erreicht werden, wenn im Ortsnetz eine sehr ungleichmäßige Belastung der Phasen auftritt. It is also particularly advantageous that a separate voltage control for the three phases is possible. In other words, the gear ratio of the grid transformer for the phases can be individually controlled. As a result, an improvement in the voltage value can be achieved even if a very uneven loading of the phases occurs in the local network.
Bevorzugt umfassen die Schalteinrichtungen jeweils eine Parallelschaltung aus einem steuerbaren mechanischen Schalter und wenigstens einem steuerbaren Halbleiterschalter. Damit ist gleichzeitig eine verlustfreie Stromleitung im Normalzustand gegeben, d.h. wenn gerade nicht geschaltet wird, während gleichzeitig eine schnell schaltbare Überbrückung bei Umschaltung des Spannungsniveaus ermöglicht ist. Damit ist eine unterbrechungsfreie Umschaltung vorteilhaft ermöglicht. The switching devices preferably each comprise a parallel circuit comprising a controllable mechanical switch and at least one controllable semiconductor switch. This is at the same time given a lossless power line in the normal state, i. when not currently switching, while at the same time a fast switchable bypass is possible when switching the voltage level. For an interruption-free switching is advantageously possible.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schalteinrichtungen jeweils einen bistabilen mechanischen Schalter umfassen. Dabei ist zweckmäßig der steuerbare mechanische Schalter ein bistabiler Schalter. Dadurch wird erreicht, dass in den Schalteinrichtungen keinerlei Leistung benötigt wird, solange keine Umschaltung stattfindet, da zum einen keine Halteleistung für den mechanischen Schalter nötig ist, der Stromfluss über den mechanischen Schalter läuft und nicht etwa über Halbleiter und zum anderen der Transformator auch im spannungslosen Zustand eine definierte Schaltgruppe aufweist. It is particularly advantageous if the switching devices each comprise a bistable mechanical switch. In this case, the controllable mechanical switch is expediently a bistable switch. This ensures that in the switching devices no power is needed as long as no switching takes place, because on the one hand no holding power for the mechanical switch is necessary, the current flow through the mechanical switch and not about semiconductor and the other the transformer in the dead State has a defined switching group.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schalteinrichtungen im Trafokessel unterhalb der Wicklungen angeordnet sind. „Unterhalb“ bezeichnet dabei den Bereich zwischen der Unterkante der Wicklungen und dem Kesselboden. Bei dieser Anordnung befinden sich die Schalteinrichtungen in einem Bereich der Kühl- und Isolierflüssigkeit, der durch die wärmebedingte Konvektion noch vergleichsweise kühl ist. Dadurch ist eine gute Kühlung der Schalteinrichtungen gewährleistet. It is particularly advantageous if the switching devices are arranged in the transformer box below the windings. "Below" refers to the area between the lower edge of the windings and the bottom of the tank. In this arrangement, the switching means are in a range of cooling and insulating liquid, which is still relatively cool due to the heat convection. This ensures good cooling of the switching devices.
Zweckmäßig umfasst der Ortsnetz-Transformator eine Steuereinrichtung zur Erfassung von Spannung und/oder Strom wenigstens einer der Phasen und zur Steuerung der Schalteinrichtungen anhand der erfassten Werte. Die Steuerung erfolgt zweckmäßig derart, dass eine Abweichung von im Ortsnetz auftretenden Spannungswerten von wenigstens einem vorgebbaren Sollspannungswert für das Ortsnetz verringert wird. The local network transformer expediently comprises a control device for detecting voltage and / or current of at least one of the phases and for controlling the switching devices on the basis of the detected values. The control is expediently such that a deviation of voltage values occurring in the local network from at least one predefinable setpoint voltage value for the local network is reduced.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn Spannung und/oder Strom in allen Phasen separat ermittelt werden. Damit ist dann ein Ausgleich von Spannungsunterschieden zwischen den Phasen im Ortsnetz möglich. It is advantageous if voltage and / or current are determined separately in all phases. This then makes it possible to compensate for voltage differences between the phases in the local network.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Steuereinrichtung und Transformator in unmittelbarer örtlicher Nähe zueinander aufgebaut. Sie können dabei beispielsweise eine bauliche Einheit bilden, also als ein Gesamtgerät gestaltet sein. Alternativ kann beispielsweise die Steuereinrichtung ein externes und vom Transformator separates Gerät sein, das aber in direkter Umgebung des Transformators angeordnet ist. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the control device and the transformer are constructed in the immediate vicinity of each other. You can, for example, form a structural unit, so be designed as a total device. Alternatively, for example, the control device may be an external device separate from the transformer, but which is arranged in the immediate vicinity of the transformer.
Dadurch erfolgt vorteilhaft die Steuerung der Arbeit des Transformators ausschließlich aus lokal beim Transformator verfügbaren Informationen, indem die Spannung im Bereich des Transformators erfasst und verarbeitet wird. Eine Fernsteuerung ist also vorteilhaft nicht erforderlich. Ebenso ist keine Fernmessung beispielsweise von Spannungsdaten erforderlich. As a result, it is advantageous to control the work of the transformer exclusively from information available locally at the transformer by detecting and processing the voltage in the region of the transformer. A remote control is so advantageous not required. Similarly, no telemetry of voltage data, for example, is required.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen. Dabei zeigen Further expedient embodiments and advantages of the invention are the subject of the following description of an embodiment of the invention with reference to the figures of the drawing, wherein like reference numerals refer to the same components. Show
Die
Zum unteren Teil des Transformatorkessels
Durch die gezeigte Anordnung befinden sich die Schalteinrichtungen
Die elektrische Beschaltung ist in den
Der Aufbau der Schalteinrichtungen
Die Steuerungseinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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