Aus einem Spartransformator und einem vorzugsweise aus seiner Tertiärwicklung
gespeisten, indirekt die Unterspannung regelnden Zusatztransformator bestehender
Transformatorsatz Ein besonderes Problem der elektrischen Energieverteilung ist
die Einstellung der Verbraucherspannung. Diese kann entweder über Anzapfungen am
Haupttransformator oder mit Hilfe eines dem eigentlichen (nicht einstellbaren) Transformator
zugeordneten Zusatztransformators erfolgen. Letzterer Lösung wird vielfach der Vorzug
gegeben, weil dann nur Zusatzleistungen zu schalten sind und durch Verwendung besonderer
Erregertransformatoren der Stellvorgang in Kreise mit geringer Spannung verlegt
werden kann. Diese Art der Spannungsveränderung ist seit langem bekannt und fand
vielfältige Anwendung, wobei man, insbesondere bei geringen Leistungen und nur wenig
Stellstufen, mit einfachen und billigen Schaltgeräten zurechtkommt (siehe z. B.
die Sessinghaus- oder auch die Reichenbach-Schaltung). In jüngster Zeit hat diese
Art der Spannungsveränderung wieder neue Bedeutung erlangt, als man daranging, Höchstspannungsnetze
(400-kV-Netz/231-kV-Netz) über Spartransformatoren miteinander zu kuppeln. Da eine
Einstellung der Unterspannungsseite im Sternpunkt des Spartransformators wegen der
damit verbundenen hohen Induktionsschwankungen wirtschaftlich untragbar wäre und
eine Spannungseinstellung am Wicklungseingang der Unterspannungsseite auch mit großen
Schwierigkeiten verbunden ist, hat man dem Spartransformator einen Zusatztransformator
zugeordnet, der die für die Unterspannungsseite erforderliche Zusatzspannung liefert.
Hinsichtlich der Erregung des Zusatztransformators war es naheliegend, diesen aus
der bei solchen Transformatoreinheiten ohnehin stets vorhandenen Tertiärwicklung
(Ausgleichswicklung) zu speisen. Für die Einstellung des Zusatztransformators galt
es, sich für die direkte, d. h. über Anzapfungen der Serienwicklung erfolgende
oder für die indirekte, d. h. über Anzapfungen der Erreggerwicklung erfolgende
Einstellung zu entscheiden. Für den Bau des Stufenschalters und die Ausführung der
Stellwicklung ist es wünschenswert, die Unterspannungsseite indirekt zu verändern,
d. h. die Stufenschaltung an der Tertiärwicklung vorzunehmen, da dann der
Stufenschalter nur für etwa 30 kV isoliert zu werden braucht, gegenüber für
etwa 230 kV im Falle der direkten Einstellung des Zusatztransformators. Dennoch
bestanden in Fachkreisen schwerwiegende Bedenken dagegen, die Unterspannungsseite
indirekt zu verändern, weil, insbesondere wenn die Enden der Tertiärwicklung und
der Erregerwicklung des Reihentransformators zum Zwecke ihrer zyklischen Vertauschung
für eine kombinierte Längs- und Quereinstellung zu außenliegenden Klemmen
herausgeführt werden, die Möglichkeit von Kurzschlüssen zwischen den Speiseleitungen
des Zusatztransformators gegeben ist und mit Recht befürchtet wird, daß insbesondere
die nicht voll angezapfte Tertiärwicklung einem Kurzschluß nicht gewachsen ist.
Die Kurzschlußspannung gegen die Tertiärwicklung bleibt ja beim Stufenschalten dieselbe,
der Kurzschlußstrom aber nimmt mit zunehmendem Übersetzungsverhältnis proportional
zu, d. h. je weniger Stellstufen eingeschaltet sind, um so höher wird
der Kurzschlußstrom. Daher hat man die an sich hinsichtlich der Stufenschalterausbildung
und der Ausführung der Stellwicklung günstigere Möglichkeit der indirekten Einstellung
nicht anzuwenden gewagt und lieber für die 230-kV-Seite dimensionierte Stufenschalter,
die direkte Einstellung der 230 kV-Seite und ein besonderes System von Überspannungsableitern
in Kauf genommen (siehe z. B. die Lösung der Kupplung des deutschen 380-kV-Netzes
mit dem 220-kV-Netz in der Umspannstation Hoheneck, beschrieben in den Aufsätzen
R. K ü c h 1 e r, »Konstruktion und Fertigung von Grenzleistungstransformatoren«,
AEG-Mitteilungen, 48 [1958], Heft 8/9, S. 447 bis 455, insbesondere
Bild 5, oder R. E 1 s n e r, »Die 380-kV-Transformatoren für die Übertragung
Rommerskirchen-Hoheneck des RWE«, Siemens-Zeitschrift, 1958, Heft7,
S. 447 bis 464).
Ziel der Erfindung ist es, einen Weg zu
weisen, bei Netzkupplung und Netzeinstellung der in Rede stehenden Art die an sich
günstigere indirekte Einstellung des Zusatztransformators vorsehen zu können, ohne
gefährliche Auswirkungen eines allfälligen Kurzschlusses auf die Tertiärwicklung
befürcbten zu müssen.A transformer set consisting of an autotransformer and an additional transformer, which is preferably fed from its tertiary winding and indirectly regulates the undervoltage, is a particular problem in electrical energy distribution. This can be done either via taps on the main transformer or with the help of an additional transformer assigned to the actual (non-adjustable) transformer. The latter solution is often preferred, because then only additional services have to be switched and, by using special excitation transformers, the setting process can be carried out in circles with low voltage. This type of voltage change has been known for a long time and has been used in many different ways, whereby you can get by with simple and cheap switching devices, especially with low power and only a few setting stages (see e.g. the Sessinghaus or Reichenbach circuit). In recent times, this type of voltage change has gained new importance when it came to coupling extra-high voltage networks (400 kV network / 231 kV network) with one another using autotransformers. Since setting the low-voltage side at the neutral point of the autotransformer would be economically unacceptable due to the associated high induction fluctuations and voltage setting at the winding input on the low-voltage side is also associated with great difficulties, an additional transformer has been assigned to the autotransformer, which supplies the additional voltage required for the low-voltage side. With regard to the excitation of the additional transformer, it was obvious to feed it from the tertiary winding (equalizing winding) that is always present in such transformer units. For the setting of the additional transformer, it was necessary to opt for the direct, i.e. H. via taps of the series winding or for the indirect, d. H. to decide on taps of the excitation winding taking place. For the construction of the tap changer and the execution of the actuating winding, it is desirable to change the low voltage side indirectly, i. H. to make the step switch on the tertiary winding, since then the step switch only needs to be isolated for about 30 kV, compared to about 230 kV in the case of the direct setting of the additional transformer. Nevertheless, there were serious concerns among experts against changing the low-voltage side indirectly, because, in particular if the ends of the tertiary winding and the excitation winding of the series transformer for the purpose of their cyclical exchange for a combined longitudinal and transverse adjustment to external terminals, the possibility of short circuits are brought out exists between the feed lines of the additional transformer and it is rightly feared that in particular the not fully tapped tertiary winding cannot cope with a short circuit. The short-circuit voltage against the tertiary winding remains the same with tap-change, but the short-circuit current increases proportionally with increasing transmission ratio, i. H. the fewer control stages are switched on, the higher the short-circuit current. For this reason, the option of indirect setting, which is more favorable in terms of the step switch design and the design of the control winding, was not dared to use the step switch dimensioned for the 230 kV side, the direct setting of the 230 kV side and a special system of surge arresters taken (see, for. example, the solution of the coupling of the German 380 kV network with the 220 kV power in the substation Hoheneck described in the articles R. K ü ch 1 he, "design and manufacture of limit power transformers" AEG-Mitteilungen, 48 [1958], issue 8/9, pp. 447 to 455, in particular Fig. 5, or R. E 1 sner, "The 380 kV transformers for the transmission from Rommerskirchen-Hoheneck of the RWE", Siemens- Journal, 1958, Issue 7, pp. 447 to 464). The aim of the invention is to provide a way of being able to provide the more favorable indirect setting of the additional transformer with network coupling and network setting of the type in question, without having to fear dangerous effects of a possible short circuit on the tertiary winding.
Gegenstand der Erfindung ist ein aus einem Spartransformator und einem
vorzugsweise, aus seiner Tertiärwicklung gespeisten, indirekt die Unterspannung
regelnden Zusatztransformator bestehender Transformatorsatz, insbesondere zur Kupplung
von Höchstspannungsnetzen, wobei erfindungsgemäß in den Erregerkreis für den Zusatztransformator
(Zwischenkreis) eine Kurzschlußdrossel eingefügt ist.The invention relates to an autotransformer and an autotransformer
preferably, indirectly fed from its tertiary winding, the undervoltage
regulating additional transformer existing transformer set, especially for coupling
of extra high voltage networks, according to the invention in the excitation circuit for the additional transformer
(Intermediate circuit) a short-circuit reactor is inserted.
Der erflndungsgemäße Vorschlag, im Erregerkreis einfach eine Kurzschlußdrossel
vorzusehen, mag, losgelöst vom speziellen Anwendungsfall, sehr naheliegend erscheinen,
nachdem die Kurzschlußstrombegrenzung durch Reaktanzspulen eine seit langem bekannte
und häufige geübte Maßnahme darstellt. Wenn man aber bedenkt, daß das Bedürfnis
zur Beseitigung der Mängel der bekannten Anordnungen schon lange bestanden hat,
daß aber diese Mängel erst durch den Erfindungsgegenstand auf einfache und wenig
aufwendige Weise beseitigt werden konnten und wie man in der Praxis das in Rede
stehende Problem tatsächlich zu lösen versucht hat, findet man die erfinderische
Bedeutung des Erfindungsgegenstandes bestätigt.The proposal according to the invention, simply a short-circuit choke in the excitation circuit
to be provided may seem very obvious, regardless of the specific application,
after the short-circuit current limitation by reactance coils has been known for a long time
and is a common practice. But when you consider that the need
has existed for a long time to eliminate the deficiencies of the known arrangements,
but that these shortcomings only become simple and little through the subject of the invention
elaborate ways could be eliminated and how to put that in practice
has actually tried to solve the standing problem, one finds the inventive one
Significance of the subject matter confirmed.
An Hand der Zeichnung und der nachstehenden mathematischen Überlegungen
soll der Erfindungsgedanke näher erläutert bzw. begründet werden.Using the drawing and the following mathematical considerations
the idea of the invention is to be explained or justified in more detail.
Die Zeichnung zeigt das einphasige Schaltbild eines Spartransformators
mit einem die Unterspannungsseite indirekt einstellenden Zusatztransformator. In
der Zeichnung bedeutet 2 den den beiden Netzen gemeinsamen Wicklungsteil des Spartransformators,
1 die Reihenwicklung des Spartransformators und 3 eine Tertiärwicklung
des Spartransformators. Mit 4 und 5
sind Primär- und Sekundärwicklung eines
Zusatztransformators bezeichnet. Die Primärseite 4 des Zusatztransformators wird
aus der Tertiärwicklung 3 mit über einen Stufenschalter 6 veränderlicher
Spannung gespeist. In den Erregerkreis für den Zusatztransformator ist erfindungsgemäß
eine Drosselspule 7 eingefügt.The drawing shows the single-phase circuit diagram of an autotransformer with an additional transformer that indirectly adjusts the low-voltage side. In the drawing, 2 denotes the winding part of the autotransformer that is common to the two networks, 1 denotes the series winding of the autotransformer and 3 a tertiary winding of the autotransformer. With 4 and 5 primary and secondary windings of an additional transformer are designated. The primary side 4 of the additional transformer is fed from the tertiary winding 3 with a voltage that can be changed via a tap changer 6. According to the invention, a choke coil 7 is inserted into the excitation circuit for the additional transformer.
Bezeichnet man nun, wie gleichfalls der Zeichnung zu entnehmen ist,
die Spannung des einen Netzes (des ungeregelten Netzes) mit U, die mittlere
Spannung des stellbaren Netzes mit U, die Spannung der Tertiärwicklung mit
U, den Stellbereich mit ± r U2
und die Speisespannung
für die Primärwicklung 4 des Zusatztransformators mit x U, und bezeichnet
man ferner mit N = Leistung der Hauptwicklungen des Spartransformators,
N, = Leistung der Tertiärwicklung, I, = Nennstrom der
Tertiärwicklung, Ik,. = maximal zulässiger Kurzschlußstrom in der Tertiärwickhing,
k, = das Verhältnis
x 2,3 0/0 = prozentuelle Streuspannung bei einem Kurzschluß an der Tertiärwicklung
und XD = Blindwiderstand der erfindungsgemäß vorgesehenen Drosselspule
7 in Ohm, so erhält man als Streureaktanz für die Hauptwick-Junggen
1, 2 des Spartrailsformators zu seiner Tertiärwicklung 3, bezogen
auf die Spannung U,
(Ohm, ein Wert, der bei entsprechender Ausführung und Anordnung der Wicklung als
praktisch unabhängig von der Stellung des Stufenschalters angesehen werden kann)
und als Ohmwert für die Drosselspule 7,
gleichfalls bezogen auf
Up"
Damit erhält man für den Kurzschlußstrom in der Tertiärwicklung bei einem Kurzschluß,
wie in der Zeichnung angedeutet,
Setzt man des weiteren
= ü", so ergibt sich für
woraus zu ersehen ist, daß der Kurzschlußstrom in der Tertiärwicklung eine Funktion
der Stufenschalterstellung ist. Die Funktion f (x) hat ihr
Maximum an der Stelle f' (x) # 0
Demnach ist die Stufenschalterstellung, an der sich der größte Kurzschlußstrom ergibt
und der sich in dieser Stufenschalterstellung ergebende Kurzschlußstrom
Das
ist, wie sich leicht nachweisen läßt, tatsächlich der maximale Strom. Soll nun dieser
Kurzschlußstrom nicht größer als ein für zulässig erachteter Kurzschlußstrom IK,.
sein, so gilt weiterhin
oder unter Einführung des vorhin definierten Verhältniswertes k,
und es muß daher
[unter Berücksichtigung von Gleichung (1)] oder wenn man das Verhältnis der Leistungen
n.
setzt, wird
Die Dauerleistung der erfindungsgemäß in den Erregerkreis für den Zusatztransformator
eingefügten Drosselspule errechnet sich aus dem maximalenDauerstrom
Wie sich an Hand eines Zahlenbeispieles leicht nachweisen läßt, hält sich der Aufwand
für die erfindungsgemäß vorgesehene Drosselspule in durchaus wirtschaftlichen Grenzen,
so daß die Vorteile für die Stellwicklungsausbildung und den Stufenschalterbau nicht
etwa zu teuer erkauft werden müssen. Beispielsweise ergibt sich unter den Annahmen
N = 200 MVA
U, = 231 kV
U, = 133 kV
r = 0,2
N, = 67 MVA
n. = 0,33
U, = 30 kV
k, = 20
x12,3 = 10 0 /0
(das sind Werte, wie sie etwa für die in jüngster Zeit aus der Fachliteratur bekanntgewordenen
380-kV-Transformatoren für die Übertragung Rommerskirchen-Hoheneck des RWE zutreffen)
unter Verwendung vorstehender Formeln als erforderlicher Blindwiderstand der erfindungsgemäß
vorgesehenen Drossel XD 2## 0,25 Ohm und ihre Nennleistung ND
=
720 MVA. Der Dauerstrom der Drossel ergibt sich zu I".""=1670AunddasVerhältnis
1-3 =26,7,d.h., i3max die Drossel muß im Kurzschlußfall etwa dem 26,7fachen
Dauerstrom standhalten, was eventuell eine kleine Typenerhöhung bedingt.Now, as can also be seen from the drawing, the voltage of one network (the unregulated network) is designated with U, the mean voltage of the adjustable network with U, the voltage of the tertiary winding with U, the setting range with ± r U2 and the supply voltage for the primary winding 4 of the additional transformer with x U, and is also denoted by N = power of the main windings of the autotransformer, N, = power of the tertiary winding, I, = nominal current of the tertiary winding, Ik ,. = maximum permissible short-circuit current in the tertiary winding, k, = the ratio x 2.3 0/0 = percentage leakage voltage in the event of a short circuit on the tertiary winding and XD = reactance of the inductor 7 provided according to the invention in ohms, then one obtains the leakage reactance for the Hauptwick-Junggen 1, 2 of the Spartrailsformer to its tertiary winding 3, based on the voltage U, (Ohm, a value which, with the appropriate design and arrangement of the winding, can be regarded as practically independent of the position of the tap changer) and as an Ohm value for the choke coil 7, also based on Up " This gives for the short-circuit current in the tertiary winding in the event of a short-circuit, as indicated in the drawing, If one continues = ü ", it results for from which it can be seen that the short-circuit current in the tertiary winding is a function of the tap changer position. The function f (x) has its maximum at the point f ' (x) # 0 Accordingly, the tap changer position is where the greatest short-circuit current occurs and the short-circuit current resulting in this tap-changer position, which, as can easily be demonstrated, is actually the maximum current. Should this short-circuit current not be greater than a short-circuit current IK, which is considered permissible. be, it still applies or by introducing the previously defined ratio k, and it must therefore [taking into account equation (1)] or considering the ratio of benefits n. sets, will The continuous power of the choke coil inserted according to the invention into the excitation circuit for the additional transformer is calculated from the maximum continuous current As can be easily demonstrated with the aid of a numerical example, the cost of the choke coil provided according to the invention is quite economical, so that the advantages for the actuating winding training and the tap changer construction do not have to be bought too dearly. For example, under the assumptions results N = 200 MVA
U, = 231 kV
U, = 133 kV
r = 0.2
N, = 67 MVA
n. = 0.33
U, = 30 kV
k, = 20
x12.3 = 10 0/0
(These are values such as those for the 380 kV transformers for transmission Rommerskirchen-Hoheneck of the RWE, which have recently become known from the specialist literature) using the above formulas as the required reactance of the reactor XD 2 ## 0.25 provided according to the invention Ohms and their nominal power ND = 720 MVA. The constant current of the choke results in I ".""= 1670A and the ratio 1-3 = 26.7, ie i3max the choke must withstand approximately 26.7 times the constant current in the event of a short circuit, which may result in a small type increase.
In erfindungsgemäßer Weise ist es also möglich, den Kurzschlußstrom
auf einen bestimmten Wert zu begrenzen, und damit wird die vorliegende Schaltung
auch dann ohne Gefahr verwendbar, wenn die Klemmen der Tertiärwicklung und der Erregerwicklung
für den Zusatztransformator zum Zwecke der Längs- und Quereinstellung zu außenliegenden
Sammelschienen geführt werden müssen. Zu erwähnen wäre noch, daß die Drosselspule
7 auch in die Ausleitung der Tertiärwicklung geschaltet werden kann (strichliert
angedeutet), wenn man sie zur Kurzschlußstrombegrenzung in einem Tertiärnetz heranziehen
will, doch muß dann natürlich auf einen erhöhten Nennstrom Rücksicht genommen werden.
Es muß dann allerdings auch darauf geachtet werden, daß kein Kurzschluß zwischen
der Anzapfung und der anderen Klemme der Tertiärwicklung möglich ist. Schließlich
wäre noch zu erwähnen, daß der Zusatztransformator auch aus einem Teil der Hauptwicklung
gespeist werden kann, falls eine hierfür geeignete Tertiärwicklung nicht vorhanden
ist.In the manner according to the invention it is possible to limit the short-circuit current to a certain value, and thus the present circuit can also be used without danger if the terminals of the tertiary winding and the excitation winding for the additional transformer are connected to external busbars for the purpose of longitudinal and transverse adjustment need to be guided. It should also be mentioned that the choke coil 7 can also be switched into the outlet of the tertiary winding (indicated by dashed lines) if you want to use it for short-circuit current limitation in a tertiary network, but of course an increased nominal current must then be taken into account. Care must then be taken that no short circuit between the tap and the other terminal of the tertiary winding is possible. Finally, it should be mentioned that the additional transformer can also be fed from part of the main winding if a tertiary winding suitable for this is not available.
Der erfindungsgemäße Vorschlag ermöglicht es also, die Spannungseinstellung
etwa bei Netzkupplungtransformatoren, wobei es sich also um die Einstellung großer
Leistungen bei hohen Spannungen handelt, indirekt, d. h. in einem Zwischenkreis
mit stark reduzierten Strömen und Spannungen für den Stellschalter, vorzunehmen
und damit insbesondere alle jene, vor allem auf Grund der bei direkter Einstellung
zu berücksichtigenden Stoßspannungsbeanspruchungen erforderlichen Vorkehrungen (insbesondere
das in vergleichbaren Fällen vorgesehene System von Überspannungsableitern) zu ersparen.
Darin liegt der große Vorteil der erfindungsgernäßen Lösung, die zwar naheliegend
und einfach erscheinen mag, aber sich dem Fachmann doch nicht so ohne weiteres anbot,
wie Lösungen aus jüngster Zeit wohl überzeugend beweisen.The proposal according to the invention therefore makes it possible to indirectly adjust the voltage setting, for example in the case of network coupling transformers, which is the setting of high powers at high voltages . H. in an intermediate circuit with greatly reduced currents and voltages for the setting switch, and thus in particular to save all the precautions required, especially due to the surge voltage loads to be taken into account for direct setting (in particular the system of surge arresters provided in comparable cases). This is the great advantage of the solution according to the invention, which may appear obvious and simple, but was not so readily available to the person skilled in the art, as solutions from recent times have convincingly proven.