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Die Erfindung betrifft regelbaren Ortsnetztransformator zur Transformation einer Mittelspannung, typischerweise im kV-Bereich, in einer Ortsnetzspannung, beispielsweise 400 V.
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Energieverteilnetze sind insbesondere durch die Impedanzen der Netzkomponenten und durch wechselnde Lasten Spannungsschwankungen unterworfen. Es ist erstrebenswert, die Schwankungen so gering wie möglich zu halten. Dafür wird bei Transformatoren zwischen der Hoch- und der Mittelspannung eine Umschaltung des Windungsverhältnisses verwendet. Diese gleicht die bei Belastungsänderungen auftretenden Spannungsschwankungen aus, indem sie das Übersetzungsverhältnis zwischen der Hoch- und der Mittelspannung ändert. Zu diesem Zweck ist zumindest eine der Wicklungen des Transformators mit einer Reihe von Anzapfungen versehen, die elektrisch angebunden werden können. Weiterhin ist ein Mechanismus vorgesehen, der die Umschaltung zwischen zwei Wählerpositionen unterbrechungsfrei auch unter Last vornimmt. Ein Windungskurzschluss wird vermieden, indem der Stromfluss kurzzeitig über Widerstände gezwungen wird.
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Es ist anzunehmen, dass in Zukunft die Energieversorgung im Vergleich zur heutigen Situation dezentraler erfolgt. Das heißt, die Stromerzeugung findet näher zum Verbraucher als heute in einer größeren Zahl von jeweils kleineren Anlagen statt. Solche Anlagen sind beispielsweise Photovoltaikanlagen, Windkraftwerke und Biomasse-Kraftwerken oder auch kleinere Blockheizkraftwerke. Wenn der erzeugte Strom nicht direkt abgenommen werden kann, ist eine Einspeisung vom Niederspannungsnetz, d.h. Ortsnetz, in das Mittelspannungsnetz erforderlich, um eine verlustarme Übertragung über weite Strecken zu ermöglichen. Hierzu ist es erforderlich, im Ortsnetztransformator ein variables Übersetzungsverhältnis zur Verfügung zu stellen, d.h. einen regelbaren Ortsnetztransformator zu schaffen.
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Es sind regelbare Ortsnetztransformatoren bekannt, mit denen eine Umschaltung des Übersetzungsverhältnisses unter Last unterbrechungsfrei möglich ist. Dazu wird beispielsweise in der
DE 10 2008 064 487 A1 ein Nebenweg für den Strom über einen Thyristorkreis bereitgestellt. Der Thyristorkreis und damit der Nebenweg wird genau dann leitend geschaltet, wenn der eigentliche Leitungsumschalter den Stromweg unterbricht. Durch eine genaue Ansteuerung des Thyristorkreises wird dabei die Zeit minimiert, in der ein durch die Windungen getriebener Kreisstrom über die Anzapfungen, den Thyristorkreis und den Leitungsumschalter fließen kann. Nachteilig ist hieran der hohe Aufwand, der für die zeitlich sehr genaue Ansteuerung der Thyristoren erforderlich ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen regelbaren Ortsnetztransformator anzugeben, der besonders einfach aufgebaut ist. Diese Aufgabe wird durch einen regelbaren Ortsnetztransformator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße regelbare Ortsnetztransformator weist eine Transformatorwicklung auf der Seite der Ortsnetzspannung auf, wobei ein Endbereich der Transformatorwicklung wenigstens zwei erste Anzapfungen aufweist und das andere Ende der Transformatorwicklung mit einem zweiten Ausgangsanschluss für die Ortsnetzspannung verbunden ist. Weiterhin weist der Ortsnetztransformator eine Verbindungsleitung zwischen jeder der Anzapfungen und einem ersten Ausgangsanschluss für die Ortsnetzspannung auf, wobei in jeder der Verbindungsleitungen ein dreiphasiges Schütz angeordnet ist. Ferner umfasst der Ortsnetztransformator eine zweite Anzapfung im Endbereich der Transformatorwicklung, die über ein dreiphasiges Nebenwegs-Schütz mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist, wobei in Serie zum Nebenwegs-Schütz ein strombegrenzendes Element geschaltet ist.
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Die Schütze in den Verbindungsleitungen erlauben somit eine Auswahl des Übersetzungsverhältnisses des Ortsnetztransformators, indem zwischen dem ersten Ausgangsanschluss und verschiedenen Anzapfungen der Wicklung eine direkte Verbindung herstellbar ist. Um für den Strom einen Nebenweg zu realisieren, ist die zweite Anzapfung der niederspannungsseitigen Transformatorwicklung über ein Nebenwegs-Schütz ebenfalls mit dem ersten Ausgangsanschluss des Ortsnetztransformators verbunden.
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Der so geschaffene regelbare Ortsnetztransformator weist gegenüber bekannten Ortsnetztransformatoren den Vorteil eines vereinfachten Aufbaus auf. So ist beispielsweise bei der Verwendung eines Thyristorschaltelements im Nebenweg eine Steuerung für die Thyristoren zweckmäßig, die mit einer zeitlichen Auflösung im Bereich von 10–100 µs arbeitet. Das Nebenwegs-Schütz hingegen benötigt lediglich eine Steuergenauigkeit im Bereich von 10–20 ms. Da mit dem Nebenwegs-Schütz ein Kreisstrom nicht so gut verhindert werden kann wie mit einem Thyristorkreis im Strom-Nebenweg, umfasst der Ortsnetztransformator im Nebenweg ein strombegrenzendes Element, das beispielsweise als Widerstand oder Induktivität realisiert sein kann.
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Bevorzugt ist das Nebenwegs-Schütz eines der Gebrauchskategorien AC3 oder AC4. Wegen der kurzen Zeit, die das Nebenwegs-Schütz eingeschaltet bleibt, ist es möglich, hierfür ein Schütz zu verwenden, dessen Belastbarkeit geringer ist als der Nennstrom im Ortsnetztransformator. Ein solches Schütz ist verhältnismäßig klein und verringert somit den Bauraum, der im Ortsnetztransformator benötigt wird, deutlich.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die die zweite Anzapfung eine der ersten Anzapfungen. Mit anderen Worten greift der Strom-Nebenweg an einer der ersten Anzapfungen an.
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Damit wird eine zusätzliche Anzapfung nur für den Strom-Nebenweg unnötig und kann eingespart werden. Der Ortsnetztransformator umfasst bevorzugt drei Anzapfungen, von denen die mittlere – in Bezug auf ihre Lage an der Wicklung – mit dem Nebenwegs-Schütz verbunden ist. Alternativ kann auch eine andere Anzahl an Anzapfungen vorgesehen sein, beispielsweise fünf Anzapfungen oder sieben Anzapfungen. Das Nebenwegs-Schütz ist bevorzugt mit der mittleren der Anzapfungen verbunden. In einer Ausgestaltung des Ortsnetztransformators ist mehr als ein Nebenweg mit mehr als einem Nebenwegs-Schütz vorgesehen. Diese sind vorteilhaft mit der zweiten, vierten, sechsten etc. Anzapfung vom Ende der Wicklung aus gezählt verbunden.
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Zweckmäßig, aber nicht zwangsläufig, enthält der Ortsnetztransformator eine Steuerungseinrichtung, die selbsttätig eine Steuerung der Lastumschaltung vornimmt. Dazu weist die Steuerungseinrichtung zweckmäßig Mittel auf, die eine Erkennung ermöglichen, wann eine Umschaltung erfolgen sollte. Beispielsweise kann es sich dabei um Mittel zur Bestimmung von Spannung und/oder Strom auf der Eingangs- oder Abgangsseite handeln. Durch diese wird ermittelt, ob eine Umschaltung nötig ist, indem beispielsweise bei erhöhter abgangsseitiger Last die entsprechende leichte Senkung der Ausgangsspannung detektiert wird. Alternativ kann die Steuerung der Lastumschaltung auch von außerhalb des Ortsnetztransformators vorgenommen werden. In diesem Fall weist der Ortsnetztransformator zweckmäßig Mittel auf, die eine Steuerung von außen ermöglichen. Dabei kann es sich um eine indirekte, beispielsweise digitale Fernsteuerung handeln, die im Ortsnetztransformator durch eine Steuereinrichtung umgesetzt wird in die tatsächliche Ansteuerung des Schalters. Es kann sich auch um eine direkte, analoge Steuerung von außen handeln, die ggfs. sogar ohne interne Steuereinrichtung erfolgen kann, beispielsweise durch direkte Beaufschlagung eines Aktors des Schaltelements von außen mit Strom.
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Ein bevorzugtes, jedoch keinesfalls einschränkendes Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale stark schematisiert und nicht maßstäblich dargestellt. Dabei zeigt 1 einen Leitungsumschalter in einem regelbaren Ortsnetztransformator 10, der für die bessere Übersicht einphasig dargestellt ist. Der Ortsnetztransformator 10 weist eine Primärwicklung 100 und eine niederspannungsseitige Sekundärwicklung 101 auf. Die Spannung auf Seite der Primärwicklung 100 beträgt beispielhaft 10 kV, während auf der Seite der Sekundärwicklung 101 eine Spannung von 400 V AC ausgegeben wird.
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Ein erster Ausgangsanschluss 19 des Ortsnetztransformators 10 ist auf komplexere Weise mit den Anzapfungen 13, 14, 15 verbunden, um eine Umschaltung des Übersetzungsverhältnisses im Ortsnetztransformator 10 zu realisieren. Mit dem Anfang 11 der Sekundärwicklung 101 ist ein zweiter Ausgangsanschluss 12 des Ortsnetztransformators 10 verbunden.
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Die Sekundärwicklung 101 weist eine erste Anzapfung 13 bei 9/11, eine zweite Anzapfung 14 bei 10/11 und eine dritte Anzapfung 15 bei 11/11 ihrer Länge auf; letztere also am Ende der Sekundärwicklung 101. Bei dieser Lage der Anzapfungen 13, 14, 15 kann also die Länge der verwendeten Sekundärwicklung 101 um 10% erhöht oder verringert werden, wenn man von der mittleren der drei Anzapfungen 14 ausgeht.
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Für die Umschaltung des Übersetzungsverhältnisses sind Schütze 16a, b, c vorgesehen, deren Ausgangsanschlüsse mit dem ersten Ausgangsanschluss 19 verbunden sind. Die Schütze 16a, b, c stellen eine Verbindung zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 19 und der ersten, zweiten oder dritten Anzapfung 13, 14, 15 her. Zweckmäßig ist nur eines der Schütze 16a, b, c zu einer Zeit geschlossen und die verbleibenden Schütze sind geöffnet.
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Die zweite Anzapfung 14 weist eine weitere Verbindung zum ersten Ausgangsanschluss 19 parallel zum zweiten Schütz 16b über ein Nebenwegs-Schütz 17 auf. Diese Verbindung dient dazu, eine unterbrechungsfreie Umschaltung zu ermöglichen, in dem der Strom kurzzeitig über das Nebenwegs-Schütz 17 geleitet wird. In Serie zum Nebenwegs-Schütz 17 ist ein strombegrenzender Widerstand 20 angeordnet.
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Im normalen Betriebsfall ist das Nebenwegs-Schütz 17 geöffnet, während über eines der Schütze 16a, b, c eine Verbindung mit einer der Anzapfungen 13, 14, 15 hergestellt ist. Soll eine Umschaltung stattfinden, so wird das Nebenwegs-Schütz 17 geschlossen, um den Stromfluss unterbrechungsfrei zu halten. Nach Ablauf einer kurzen, beispielsweise in einer Steuerung hinterlegten Wartezeit wird das derzeit geschlossene Schütz 16a, b, c geöffnet und ein anderes der Schütze 16a, b, c geschlossen, d.h. die Verbindung zur derzeit aktiven Anzapfung 13, 14, 15 unterbrochen und dann die Verbindung zu einer anderen der Anzapfungen 13, 14, 15 hergestellt. Danach wird das Nebenwegs-Schütz 17 wieder geöffnet. Zwischen dem Beginn der einzelnen Schaltvorgänge wird zweckmäßig eine kurze Wartezeit eingehalten, beispielsweise in der Größe der mittleren Schaltzeiten der Schütze 16a, b, c. Dadurch werden unbeabsichtigte Kurzschlüsse vermieden. Alternativ kann auch ein Signal der Betätigungsspulen ausgewertet werden, um einen geeigneten Schaltzeitpunkt zu ermitteln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008064487 A1 [0004]
