DE160648C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Schaltapparate zur Verminderung der Leeriaufsarbeit von Transformatoren sind in der verschiedensten Weise ausgeführt worden. Sie haben jedoch bisher alle den Übelstand, daß ihre Wirksamkeit von einer ganzen Reihe von Nebenapparaten, wie Strom- und Spannungsrelais, Hilfsbatterien oder -transformatoren und dergl., abhängt. Dies bedingt oft einen im Vergleich zu den ersparten Betriebskosten

ίο .unverhältnismäßig hohen Preis und bietet wegen der großen Anzahl von Zwischengliedern nicht die gewünschte Sicherheit.

Die vorliegende Erfindung verfolgt den Zweck, bei Mehrphasennetzen den Schaltapparat so zu vereinfachen und zu verbilligen, daß eine allgemeine Verwendung desselben in praktischen Grenzen möglich und zweckmäßig ist. In Fig. ι der beiliegenden Zeichnung ist die Anordnung beispielsweise für ein Dreiphasennetz schematisch dargestellt. In diesem Falle werden drei Transformatoren in Parallelschaltung aufgestellt, welche sekundär gemeinschaftlich auf dieselben Leitungen arbeiten; jeder Transformator wird nur für ein Drittel der Gesamtbelastung des Sekundärnetzes gebaut. Die Spulen seien beispielsweise sowohl primär als sekundär im Stern geschaltet. Die Spulen α und b zweier Schenkel jedes Transformators sind dauernd eingeschaltet. Die Spulen c der dritten Schenkel, welche in jedem Transformator an eine andere Phase angeschlossen sind, können durch Schalter d selbsttätig ein- oder ausgeschaltet werden. Sind diese offen, so liegen die Spulen α und b in Reihe und bilden in der Gesamtanordnung eine Dreieckschaltung, so daß auch in diesem Falle das Sckundärnetz symmetrisch gespeist wird. Der magnetische Kraftfluß, welcher der Klemmenspannung entspricht, ist aber jetzt geringer, daher auch der Hysteresisverlust, welcher hauptsächlich die Leerlaufarbeit bildet. Die Gesamtleistung der Transformatoren ist ebenfalls geringer, doch immerhin ungefähr zwei Drittel der normalen.

Die Schalter d stehen unter der Wirkung elektromagnetischer Vorrichtungen, deren Erregerspulen im Stromkreis der Spulen α oder b liegen. In der Zeichnung ist beispielsweise angenommen, daß die elektromagnetischen Vorrichtungen aus Eisenkernen bestehen, welche mit den Schaltorganen verbunden sind und in die Erregerspulen e hineingezogen werden, welche mit den Spulen α in Reihe geschaltet sind. Entgegen den magnetischen Kräften wirken die Schwere der Kerne oder der Schaltorgane oder auch Federn. Der Magnetismus sucht die Schalter zu schließen, die Gegenkraft sie zu öffnen. Bei Leerlauf sind die Schalter geöffnet. Werden dann die Transformatoren belastet, so werden bei einer ganz bestimmten Belastung die Schalter d geschlossen. Umgekehrt werden die Schalter bei abnehmender Belastung bei einem bestimmten Werte derselben geöffnet. Es ist daher der Hysteresisverlust bei geringer Belastung" oder Leerlauf klein.

Für die beiden Schalter d jedes Transformators können getrennte, aber ungefähr auf dieselbe Belastung ansprechende' elektromagnetische Vorrichtungen vorgesehen sein,

oder auch eine einzige, wie in der Zeichnung angenommen ist. Es ist zweckmäßig, die Schalter d und die Erregerspulen c zwischen die Sternpunkte und die Transformatorspulen zu legen, und zwar die Erregerspulen auf der Niederspannungsseite, damit sie und die Schalter gegen Transformatorkörper und Erde möglichst geringe Spannung haben.

Bei größeren Transformatoren wird man

ίο nicht den ganzen Sekundärstrom durch die Elektromagnetspulen e schicken, sondern nur einen Teil, indem man zu denselben Widerstände parallel legt oder sie über kleine Transformatoren an die Spulen ο anschließt.

Wenn die Belastung und folglich die Strom-■ stärke in den Spulen α und den Elektromagnetspulcn e den Wert erreicht, bei weichem die Schalter d eingeschaltet werden, so würde bei Schließung derselben die Stromstärke in α und e wieder sinken, und zwar ungefähr im Verhältnis j/3 : 1, also auf weniger als 60 Prozent, folglich auch die Zugkraft der Elektromagnete, und zwar in einem Maße, welches von ihrer Sättigung abhängt. Die Schalter d würden daher wieder abfallen, sich dann wieder schließen usw. Um dieses Pendeln der Schalter zu vermeiden, gibt es verschiedene Wege. Ist die geringste Last, welche in das Sekundärnetz eingeschaltet werden kann, gegeben, so kann man die Schaltvorrichtungen so bemessen, daß sie auf weniger als 60 Prozent dieser geringsten Belastung ansprechen. In· diesem Falle hat man nur bei vollständigem Leerlauf den geringeren Hysteresisverlust.

Im allgemeinen wird es aber erwünscht sein, den geringen Verlust so lange beizubehalten, als die Transformatorleistung bei ausgeschalteten Spulen c ausreicht. Um das Pendeln der Schalter d auch in diesem Falle zu verhindern, läßt man auf jeden derselben eine zweite elektromagnetische Vorrichtung wirken, deren Erregerspule / in Reihe mit einer der hinzuzuschaltenden Spulen c liegt, wie Fig. 1 rechts zeigt. Die Vorrichtungeiv sind so bemessen, daß die Abnahme, welche die magnetische Kraft der ersten bei Schließung der Schalter d erfährt, ausgeglichen wird.

Die Spulen / und e könnten auch auf einen gemeinschaftlichen Eisenkern wirken, doch wäre dann mehr Kupfer notwendig", weil die ,Ströme der beiden Spulen nicht phasengleich sind, ihre Erregungen sich also nicht arithmetisch addieren.

Es wäre auch im Gegensätze zu den zwei eben angegebenen Schaltungen möglich, die Spule / in Reihe mit einer der dauernd eingeschalteten Spulen b zu schalten, vorausgesetzt, daß c und / auf denselben Kern wirken, und zwar so, daß sich ihre erregenden Amperewindungen bei zugeschalteten Spulen c unter 6o° addieren. Bei ausgeschalteten Spulen würden sich daher beide Erregungen entgegenwirken müssen. Daher würde diese Anordnung noch mehr Kupfer erfordern.

Dagegen entsteht ein einfaches Mittel, das Pendeln zu verhindern, darin, daß die Erregerspulen, statt in Reihe mit den dauernd eingeschalteten Spulen α oder b, in die primären oder sekundären Netzleitungen geschaltet werden; dann werden sie ebenfalls von den Strömen der nicht ausgeschalteten Spülen gespeist, so lange die Schalter geöffnet sind, und von diesen und den der hinzugeschalteten Spulen, wenn die Schalter geschlossen sind; es ändert sich also die Erregung durch die Umschaltung nicht.

Gewöhnlich wird zum Öffnen der Schalter d eine größere Differenz zwischen der magnetischen Kraft einerseits und der Gegenkraft andererseits notwendig" sein als zum Schließen, sei es infolge größerer Reibung an den Schaltorganen oder weil beim Öffnen an den elektromagnetischen Vorrichtungen Anker loszureißen sind u. a. m. Es wird daher das Öffnen bei merklich geringerer Belastung eintreten als das Schließen. Das hat den Vorteil, daß, wenn die Belastung in der Nähe der Umschaltespannung liegt, die Schalter nicht jeder kleinsten Schwankung der Belastung folgen; sie werden daher weniger beansprucht und abgenutzt. Wenn nun diese Differenz nicht genügend groß ist, so kann man durch größere Bemessung der Vorrichtungen f denselben Zweck erreichen und einen beliebig großen Spielraum zwischen den beiden Belastungen schaffen. Umgekehrt kann, wenn diese Differenz sehr groß ist, auf die Elektromagnete / ganz verzichtet werden.

Bei in Stern geschalteten Dreiphasentransformatoren, deren Sternpunkte an Erde liegen oder primär und sekundär je untereinander oder primär mit dem Sternpunkt eier Stromerzeuger und sekundär mit dem Sternpunkt der Stromverbraucher verbunden sind, werden bei schwacher Belastung die Spulen b und c, d. h. zwei Schenkel jedes Transformators abgeschaltet; die Schalter d jedes Transformators werden wieder durch einen oder mehrere Elektromagnete in Tätigkeit gesetzt, deren Erregerspulen in Reihe mit den nicht ausschaltbaren Spulen α liegen, welche in jedem Transformator an eine andere Phase angeschlossen sind. Fig. 2 zeigt die Anordnung eines solchen Transformators; die der beiden anderen zugehörigen, ergibt sich leicht daraus. Die Zu- und Abschaltung der Spulen b und c kann statt gleichzeitig auch nacheinander und bei verschiedener Belastung erfolgen. Zu diesem Zweck erhalten die Spulen b und c getrennte elektromagnetische Schaltvorrichtungen, wobei alle Erregerspulen von den in den Spulen α fließenden Strömen ge-

speist werden. Die Schaltvorrichtungen sind so konstruiert, daß die zu b gehörigen bei anderer Belastung ansprechen als die zu c gehörigen (in Fig. 3 beispielsweise durch verschiedene Windungszahl erreicht), oder es werden die Elektromagnetspulen zur Bedienung der früher zu öffnenden und später zu schließenden Spulen b in Reihe zu den später zu öffnenden und früher zu schließenden

ίο Spulen c gelegt (Fig. 4). Diese Anordnungen sind aber weniger einfach als die nach Fig. 2 und führen gegenüber dieser nur dann zu einer weiteren Verminderung des Hysteresisverlustes, wenn die Kraftlinienwege der drei Phasen nicht verkettet sind, oder bei größerer Phasenzahl.

Die vorliegenden Schaltungen lassen sich auch bei Drehstromtransformatoren in Dreieckschaltung und Transformatoren in anderer Phasenzahl anwenden.

Da bei Leerlauf keiner der Transformatoren ganz ausgeschaltet wird, so bleiben dabei alle drei in gleichem Grade angewärmt, gegen Feuchtigkeit geschützt und nehmen bei voller Belastung bald den entsprechenden Beharrungszustand an. Zur Kühlung kann jedes der gebräuchlichen Mittel verwendet werden. Bei Ölkühlung wird man, um möglichst an Raum zu sparen, alle Transformatoren gemeinschaftlich in Öl setzen.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche :

   i. Einrichtung zur Verminderung der Leerlaufsarbeit von Transformatoren in Mehrsphasennetzen, dadurch gekennzeichnet, daß für ein η phasiges Netz mindestens η je für ungefähr i/ntel der erforderlichen Sekundärleistung bemessene η phasige Transformatoren in Parallelschaltung verwendet werden, von deren jedem, möglichst gleichmäßig für alle Phasen, unterhalb gewisser Belastungsgrenzen eine Anzahl von Phasen gleichzeitig oder eine nach der anderen derart abgeschaltet wird, daß die übrigbleibenden schließlich je eine Phase eines im η-Eck oder Stern geschalteten Transformators von verminderter Leistung bilden.
2. 2. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltung oder bei steigender Belastung die Zuschaltung selbsttätig unter dem Einflüsse von Elektromagnetspulen (c) erfolgt, welche von den Strömen nicht ausschaltbarer oder im betreffenden Zeitpunkte nicht ausgeschalteter Transformatorspulen unmittelbar oder mittelbar gespeist werden.
3. 3. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Elektromagnetspulen (f) auf die Schalter derselben Transformatorspulen, von deren Strömen sie gespeist werden, wirken, wobei die elektromagnetischen Vorrichtungen (f) derart bemessen sein können, daß die Belastung, bei welcher Transformatorspulen ausgeschaltet werden, um einen bestimmten Betrag geringer ist als diejenige, bei welcher sie wieder eingeschaltet werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen,