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Schutzvorrichtung für parallel geschaltete Transformatoren Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung für parallel geschaltete Transformatoren,
deren jeder mit einem unter Last schaltbaren Regelumschalter versehen ist, der durch
einen Spannungsregler betätigt wird, welcher unter der Einwirkung der Sekundärspannung
des Transformators und der Ausgangsspannung eines Diskriminators steht, welcher
eine dem Blindstrom des Transformators proportionaxe Gleichspannung abgibt, deren
Polarität davon abhängt, ob der Blindstrom von dem Transformator geliefert oder
aufgenommen wird, wobei Schutzrelais vorgesehen sind, die in. bestimmter Beziehung
zu auftretenden Ausgleichsströmen ansprechen.
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Beim Parallelarbeiten von zwei oder mehr Transformatoren, deren jeder
mit einer unter Last umschaltbaren Vorrichtung zur Spannungsregelung versehen ist,
müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, damit sich die Regelumschalter jederzeit
auf der gleichen Spannungsstufe befinden, da sonst ein Ausgleichsstrom zwischen
den Sekundärwicklungen der Transformatoren entsteht. Es ist bekannt, hierfür die
Regelumschalter mit Hilfsumschaltern auszurüsten, welche die gleiche Kontaktzahl
besitzen, wobei alle diese Umschalter derart in Reihe geschaltet sind, daß der Stromkreis
eine Unterbrechung aufweist, wenn einer von ihnen nicht die gleiche Stellung wie
die anderen hat, wodurch die vorgesehenen Sicherheitsvorrichtungen zum Ansprechen
gebracht werden. Die Transformatoren müssen natürlich alle gleich sein. Es wird
dann meist ein einziger Spannungsregler benutzt, welcher an den allen Transformatoren
gemeinsamen Sammelschienensatz angeschlossen ist und gleichzeitig alle Regelumschalter
betätigt.
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Bei einer bekannten Schutzvorrichtung dieser Art sind die Hilfsumschalter
nicht in Reihe geschaltet, sondern die Kontakte jedes Hilfsumschalters sind abwechselnd
an verschiedene Spannungen gelegt, und jedem Paar von Hilfsumschaltern ist ein Schutzrelais
zugeordnet, das durch den entstehenden Ausgleichsstrom erregt wird, wenn die Schaltarme
der beiden zugehörigen Hilfsumschalter auf verschiedenen Kontakten stehen. Ruhekontakte
der Schutzrelais liegen in Reihe in einer gemeinsamen Steuerleitung für den Regelumschalter,
und Arbeitskontakte der Schutzrelais liegen gegebenenfalls parallel zueinander in
einem Signalstromkreis. Sobald also der Schaltarm eines Hilfsumschalters auf einem
anderen Kontakt als die übrigen steht, spricht wenigstens ein Schutzrelais an, wodurch
die Steuerleitung unterbrochen und der Signalstromkreis geschlossen werden.
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Bei dieser Vorrichtung steigt die Zahl der benötigten Schutzrelais
mit wachsender Zahl der Transformatoren sehr schnell an, so daß die Anlage sehr
verwickelt wird, wenn eine größere Zahl von Transformatoren parallel geschaltet
werden soll. Ferner muß für die Wirksamkeit der Vorrichtung die Voraussetzung erfüllt
sein, daß alle Transformatoren sowie ihre Regelumschalter genau gleich sind. Als
Nachteil ist ferner anzusehen, daß es nicht ohne weiteres möglich ist, einen Transformator,
dessen Regelumschalter falsch steht, für sich allein auszulösen. Außerdem spricht
die Vorrichtung nicht an, wenn sich die Stellungen der Schaltarme der Hilfsumschalter
um eine gerade Kontaktzahl unterscheiden.
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Es ist andererseits eine Anordnung bekannt, die es ermöglicht, eine
beliebige Zahl von Transformatoren verschiedener Bauart und mit ungleichen Regelumschaltern
parallel zu schalten. Zu diesem Zweck ist jedem Transformator ein Spannungsregler
zugeordnet, der den zugehörigen Regelumschalter steuert. Auf den Spannungsregler
wirken einerseits die Sekundärspannung des Transformators und andererseits eine
dem Ausgleichsstrom proportionale Spannung ein. Die dem Ausgleichsstrom proportionale
Spannung kann von einem Diskriminator geliefert werden, der eine Gleichspannung
abgibt, deren Größe dem Blindstrom des zugehörigen Transformators proportional ist
und deren Polarität davon abhängt, ob der Blindstrom von dem Transformator geliefert
oder aufgenommen wird. Sobald der Ausgleichsstrom einen zulässigen Höchstwert übersteigt,
wirkt der Spannungsregler
auf den Regelumschalter des entsprechenden
Transformators in der Weise ein, daß der Ausgleichsstrom nach Größe und Richtung
auf den gewünschten Wert herabgesetzt wird.
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Bei dieser Anordnung werden also die Ausgleichsströme ständig überwacht
und auf zulässige Werte eingeregelt, so daß im normalen Betrieb eine besondere Schutzvorrichtung
überflüssig wäre. Es können aber Fälle auftreten, in denen die Spannungsregler plötzlich
auftretende Ausgleichsströme nicht schnell genug ausregeln können, so daß kurzzeitig
unzulässig hohe Ausgleichsströme fließen können. Dies ist beispielsweise dann der
Fall, wenn auf einen Sammelschienensatz ein weiterer Transformator geschaltet wird,
dessen Regelumschalter nicht in der der Spannung des Sammelschienensatzes entsprechenden
Stellung steht.
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Das Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer Schutzvorrichtung
für einen Transformator der vorstehend geschilderten Art, die bei plötzlich auftretenden
Ausgleichströmen den falsch eingeregelten Transformator sofort abschaltet.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß für jeden Transformator
ein Schutzrelais vorgesehen ist, das beim Ansprechen die Abschaltung des zugehörigen
Transformators bewirkt und so ausgeführt ist, daß es nur auf eine vorgegebene Richtung
und eine vorgegebene Mindeststärke des Erregerstroms anspricht, daß die Erregerwicklungen
sämtlicher Schutzrelais mit einer Seite an eine Ausgangsklemme des zugehörigen Diskriminators
und mit der anderen Seite an eine gemeinsame Leitung angeschlossen sind und daß
die anderen Ausgangsklemmen sämtlicher Diskriminatoren über eine gemeinsame Leitung
miteinander verbunden sind.
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Bei der nach der- Erfindung ausgeführten Schutzvorrichtung spricht
das Schutzrelais eines Transformators an, sobald der Blindstrom dieses Transformators
in einer vorgegebenen Richtung einen zulässigen Wert überschreitet, und es. schaltet
dadurch den Transformator ab, ohne daß der Betrieb der übrigen Transformatoren beeinträchtigt
wird. Die Vorrichtung ist sehr einfach aufgebaut, weil sie weitgehend von den bereits
vorhandenen Anordnungen Gebrauch macht; es braucht lediglich für jeden Transformator
ein Schutzrelais vorgesehen und in der angegebenen Weise mit dem Diskriminator und
den übrigen Schutzrelais verbunden zu werden. Die Vorrichtung läßt sich ohne weiteren
Aufwand auf jede beliebige Zahl von Transformatoren erweitern.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Sammelschienensatzes mit vier parallel
geschalteten Transformatoren und der Schutzvorrichtung nach der Erfindung, Fig.2
Vektordiagramme der Ströme und Spannungen der Transformatoren von Fig. 1 und Fig.
3 ein Schaltbild eines der Diskriminatoren von Fig. 1.
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Fig. 1 zeigt schematisch vier Transformatoren T1, T2, T3, T4, welche
von einem primären Sammelschienensatz P über Schalter a1, a2, a3, a4 gespeist werden,
und deren Sekundärwicklungen parallel über Schalter b1, b2, b3,- b4 einen sekundären
Sammelschienensatz S speisen: Die Transformatoren T1, T2, T3, T4 sind verschieden
ausgebildet und besitzen auf der Primärseite Regelänzapfungen und einen unter Last
schaltbaren Regelumschalter. Spannungsregler R1, R2, R3, R4 betätigen die entsprechenden
Regelumschalter der vier Transformatoren. Die zu regelnde Spannung wird den Reglern
von den Spannungswandlern Er, E2, E3, E4 geliefert. Ihrer Wirkung überlagert sich
die von Diskriminatoren D1, D2, D3, D4, welche eine Gleichspannung liefern, welche
zu dem Blindstrom der Transformatoren proportional ist und deren Polarität davon
abhängt, ob dieser Blindstrom von dem betreffenden Transformator geliefert oder
aufgenommen wird. Diese Diskriminatoren werden einerseits mit der Spannung der Spannungswandler
und andererseits durch Stromwandler 11, 12, 13, 14 gespeist. Die Ausgangsspannung
der Diskriminatoren wird an die Regler über Regelglieder angelegt, z. B. Spannungsteiler
P1, P2, P3, P4 zur Dosierung ihrer Wirkung.
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Fig. 2 zeigt von links nach rechts Vektordiagramme der Transformatoren
T., T2, T3, T4.
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Unter der Annahme, daß der Transformator T1 den anderen Transformatoren
einen Ausgleichstrom fol liefert, verteilt sich dieser auf dieselben in der Form
der Ströme Jot, Jo3 und J.4. Der Einfachheit halber ist angenommen, daß diese Ströme
reine Blindströme sind: Die Vektoren U stellen die Spannung des Sammelschienensatzes
dar.
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Diese Ströme bilden mit den Nutzströmen J1, J2, J3, 14 die Gesamtströme
JT 1, JT 2, JT s1 JT 4. Wie man sieht, hat- der Blindstrom des Transformators
T1 infolge des Ausgleichstroms stark zugenommen, während er sich in den anderen
wenig geändert hat. Die Regler R1, R2, R3, R4 betätigen ihre Umschalter in einem
der Phase der Blindströme entsprechenden Sinn und mit einer der Stärke derselben
entsprechenden Amplitude derart, daß die Ausgleichsströme möglichst klein gemacht
werden. Dieses Minimum hängt von der Einstellung der Spannungsteiler P1, P2, P3,
P4 ab.
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Die Diskriminatoren D1, D2, D3, D4 weisen z. B. die schematisch
in Fig. 3 dargestellte Bauart auf. Die Widerstände R1' und R2 einerseits und R3
und R4' andererseits sind gleich. Zwischen den Klemmen A und B wird die Spannung
des Sammelschienensatzes angelegt, und zwischen den Klemmen C und D läßt man einen
zu dem Strom eines Transformators proportionalen Strom fließen. Infolge der Gleichrichter
rdl, rd2 und rd" ist, wenn der Strom mit der Spannung in Phase ist, der Mittelwert
der Spannung zwischen E und F Null, während bei einer Phasenverschiebung des Stroms
gegenüber der Spannung zwischen diesen Klemmen eine um so größere Gleichspannungskomponente
auftritt, je größer die Phasenverschiebung ist, deren Maximum einer Phasenverschiebung
von 90° entspricht, wobei die Polarität davon abhängt; ob die Phasenverschiebung
voreilend oder nacheilend ist.
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Erfindungsgemäß werden die Ausgangsspannungen der Diskriminatoren
benutzt, um in Form von Gleichströmen das Bild der Ausgleichsströme zwischen den
Transformatoren darzustellen, wobei diese Gleichströme Schutzrelais betätigen.
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Hierfür werden gemäß Fig.1 die an den Spannungsteilern P1, P2, Ps,
P4 abgenommenen Ausgangsspannungen der Diskriminatoren parallel an eine Leitung
mit den Leitern g und h angelegt. In die verschiedenen Verbindungen mit dieser Leitung
sind Relais 1, 2, 3, 4 eingeschaltet. Diese werden von Strömen durchflossen, welche
nach Größe und Richtung die Ausgleichsströme der entsprechenden Transformatoren
darstellen
und die Auslösung der Schalter bi, b2, bs, b4 für einen
bestimmten Schwellenwert des Stroms bewirken. Durch Benutzung von polarisierten
Relais oder anderen Relais, welche für die Richtung des erregenden Stroms empfindlich
sind, kann man einen Selektivschutz erhalten, welcher auf die Transformatoren beschränkt
ist, deren Ausgleichsstrom einen bestimmten Sinn hat.
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Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn die Transformatoren auf den
einen oder den anderen von mehreren Sammelschienensätzen arbeiten, welche auf den
in Betrieb befindlichen Sammelschienensatz geschlossen werden.