-
-
Einrichtung zur Einstellung der Spannung an Transformatoren
-
unter Last Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Einstellung
der Spannung an Transformatoren unter Last in Drehstromsysteaen mit einem Transformatorsatz
aus einem Erregertransformator mit an Hochspannung liegenden Primärwicklungen und
mit eine Zusatztransformator, dessen Erregerwicklungen aus Einstellwicklungen gespeist
sind und dessen Sekundärwicklungen in Reihe mit den Primärwicklungen des Erregertransforniators
geschaltet sind.
-
Ueber derartige Einrichtungen lassen sich Netze kuppeln, deren Momentanspannungen
hinsichtlich ihrer Größe und ihrer Phasenlage voneinander abweichen. Üblicherweise
werden hierzu Netzkuppeltransformatoren als Spar- oder Voll transformatoren eingesetzt.
Bei Spannungseinstellung mit besonders hierzu vorgesehenen Spartransformatoren entspricht
deren Leistung etwa l q SD . bzw. SD . , wenn mit SD die Durchgangsleistung und
1-l 1-l mit 1 bzw. q der prozentuale Längs- bzw. Quereinstellbereich bezeichnet
ist.
-
Die Spannungseinstellung kann Jedoch auch in Boosterschaltung von
Transformatoren erfolgen, deren gesamte Leistung sich zu l²+q² etwa 2.SD errechnet.
-
1-l Während bei nur Längseinstellung (q-0) bzw. nur Quereinstellung
(1-0) die Leistungen dieser Transformatoren zu Spartransforeatoren
ii
Verhältnis 2:1 stehen, ergibt sich fUr l-q ein Leistungsverhältnis von etwa 1,4:1
bzw. ein Gewichtsverhältnis von etwa 1,3:1. Wird auch der notwendige größere Isolationsaufwand
der auf Hochapannungspotential liegenden Schalter und Wählerleitungen bei den Spartransformatoren
berücksichtigt, so sind deren Gesaitgewichte denen der Transformatoren der Booster-Lösung
etwa gleich. Insgesamt gesehen sind Jedoch diese Lösungen aufgrund des erforderlichen
Gesamtaufwandes noch nicht befriedigend.
-
Durch einen Aufsatz in den BBC-Nachrichten vom Februar 1969 auf den
Seiten 79 bis 88 ist zur Netzkupplung auch schon eine Anordnung bekannt, die im
wesentlichen aus drei in zwei Kesseln zusammengefaßten Transformatoren besteht.
Im ersten Kessel ist ein Erregertransformator mit im Stern geschalteten und an einem
ersten Versorgungsnetz liegenden Erregerwicklungen vorgesehen.
-
Die Sekundärwicklungen dieses Erregertransformators speisen in einem
zweiten Kessel angeordnete Erreger- und Querspannungsstufenwicklungen eines Stelltransformators.
In einem dritten, in dem Kessel des Erregertransformators untergebrachten Zusatztransformator,
wird eine von den Stufenwicklungen abgegriffene Spannung benutzt, um über in Reihe
mit den Erregerwicklungen ds3 Erregertransformators liegenden Reihenwicklungen des
Zusatztransformators der Spannung des einen Netzes eine nach Phasenlage und Größe
einstellbarer Spannung zu überlagern. Da hierzu im Stelltransformator außer den
Querspannungsstufenwicklungen auch Längsspannungsstufenwicklungen erforderlich sind,
ist diese Lösung aufgrund der Vielzahl crforderlichen Verbindungsleitungen zwischen
den Stellwicklungen und den zugehorigen Stufenschaltern verhältnismäßig aufwendig.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Kupplung von Netzen
mit hinsichtlich der Größe und der Phasenlage unterschiedlichen Momentanspannungen
einen Transformatorsatz zu schaffen, der mit einer möglichst geringen Anzahl von
Verbindungsleitungen zwischen den Wicklungen der einzelnen Transformatoren und insbesondere
auch zwischen den Einstellwicklungen x von
und den zugehörigen Schaltgeräten
auskommt.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Je Phase prinzipiell
nur eine einzige unmittelbar von einer Primärwicklung des Erregertransformators
erregte Einstellwicklung vorgesehen ist und daß die den Erregerwicklungen der einzelnen
Phasen im Zusatztransformator zugeführte Spannung von den Jeweils den beiden anderen
Phasen zugeordneten Einstellwicklungen über Stufenschalter abgegriffen ist, wobei
die Jeweils eingeschalteten Teile dieser Einstellwicklungen in Reihe geschaltet
sind, so daß durch sich übPrlagernde Schräg/Schräg-Eins teilungen eine Spannung3elnstellung
sowohl in Längs- als auch in Querrichtung bezogen auf die am Erregertransformator
anliegend Spannung erfolgt.
-
Nach vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung sind die zwischen
den von den Stufenschaltern angewählten Ausleitu-.zgen der Einstellwicklungen liegenden
Wicklungsabschnitte der drei Phasen im Dreieck geschaltet und ist zur Unterdrückung
von über diese Dreiecksverbindung fließenden Ausgleichsströmen ein einpoliger oder
mehrpoliger Sperrtransformator vorgesehen, dessen zwei Wicklungen in von derselben
Einstellwicklung ausgehenden Verbindungsleitungen liegen, lsobal eine diecr Verbindungsleitungen
zwischen zwei StufenscXlaltern und die andere zwischen den Verbindungungen der Enden
der Einstellwicklung und einer Erregerwicklung im Zusatztransformato liegt.
-
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung bilden zur Vermeidung
von Ausgleichsströmen die Endpunkte der zwischen den von den Stufenschaltein angewählten
Ausleitungen der Einstellwicklungen liegenden Wicklungsabschnitte der drei Phasen
die EcKpunkte eines an einer Seite offenen Spannungsdreiecks oder sind fUr eine
der drei Phasen zwei räumlich parallele1 Jedoch galvanisch voneinander getrennte
Einstelwicklungen vorgesehen, so daß die Endpunkte der zwischen den von den Stufenschaltern
angewählten Ausleitungen der Einstellwicklungen liegenden Wicklungsabschnitte der
drei Phasen die Eckpunkte eines Spannungs-
dreiecks bilden, in dei
eine Seite von zwei sich berührungsfrei überlappenden Vektoren darstellbar ist.
-
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Enden
der Erregerwicklungen der einzelnen Phasen im Zusatztransformator unmittelbar mit
Lastleitungsanschlüssen der ihnen zugeordneten Stufenschalter verbunden, so daß
die Erregerwicklungen beim Auftreten von Ausgleichsströmen in den von den Stutenschalte
rn eingeschlossenen Wicklungsabschnitten gleichzeitig Strom begrenzungswiderstlnde
sind.
-
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung sind die Enden der Einstellwicklungen
über Wender in "Stern" oder Dreieck geschaltet, wobei ein beliebiger Teil einer
getrennten Erregerwicklung der einzelnen Phasen des Zusatz transformators dazwischen
geschaltet ist oder direkt mit dei entsprechenden Teil in benachbarten Phasen ist.
Dabei liegt ein weiterer getrennter Teil der Erregerwicklungen des Zusatztransformators
zwischen 3e zwei Stufenschaltern in beliebigen Anzapfungen der Einstellwicklungen
des Erregertransformators oder ist auch hier direkt mit dem entsprechenden Teil
in benachbarten Phasen verbunden.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß die
an den Erregerwicklungen im Zusatztransformator anliegenden Spannungen ul etwa eine
Zehnerpotenz kleiner sind als die Nennspannung der Anlage und/oder daß 3eder Einstellwicklung
zwei einpolige Wender zugeordnet sind, wobei ein Mittelkontakt in den Wendern über
einen Anlenkwiderstend mit einer etwa in der Mitte der zugehörigen Einstellwicklung
liegenden Anzapfung fest verbunden ist. Vorteilhafterweise ist parallel zu Jeder
der Sekundärwicklungen des Zusatztransformators ein Überspannungsableiter angeordnet,
weil diese Wicklungen aufgrund ihrer relativ niedrigen Windungszahl gegenüber Stoßspannungen
verhältnisiuig empfindlich sind.
-
Die Erfindung ist sehr vorteilhaft, weil sie eine Anordnung mit in
Prinzip nur einer Einstellwicklung 3e Phase ermöglicht, so x verbunden 1
daß
fUr Je zwei Stufenschalter gemeinsame Verbindungsleitungen an die zugehörigen Anzapfungen
der Einstellwicklung erforderlich sind. Dadurch ist der in Hoohspannungstransformatoren
nirht unbeträchtliche Aufwand für die Verbindungsleitungen sowie der zugehörigen
Isolation und insbesondere auch der hierfUr erfcrderliche Raumbedarf im wesentlichen
halbiert.
-
Anhand einer Zeichnung werden vier Lösungsbeispiele der Erfindung
in Figur 1 bis 4 näher erläutert.
-
Einander entsprechende Bauteile sind in allen Figuren mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Die zur Funktion der in den Schaltbildern dargestellten
Anordnung erforderlichen Eiserikerne und Kessel sind der Ubersichtlicikeit wegen
nicht dargestellt.
-
Die drei Phasen eines ersten Hochspannungsnetzes sind über Hochspannungsdurchführungen
U1, V1, W1 an im Stern geschaltete Primärwicklungen 1, 2 und 3 angeschlossen. Der
Sternpunkt ist über eine Klemme Mp geerdet. Uber Verbindungsleitungen U1 X2, V1
Y2 und W1 Z2 sind Reihenwicklungen 4, 5 und 6 eines Zusatztransformators mit den
de in einem Erregertransformatorgehäuse untergebrachten Primärwicklungen 1, 2 und
3 in Reihe geschaltet. Über Hochspannungsdurchführungen U2, V2, W2 sind die Reihenwicklungen
4, 5 und 6 mit einem zweiten Hochspannungsnetz verbunden. Zum Anschluß der Verbindungsleitungen
U1 X2, V1 Y2 und W1 Z2 an die Reihenwicklungen 4, 5 und 6 dienen Hochsparrnungsdurchführungen
X2, Y2 und Z2, Jeder der Primärwicklungen 1, 2 und 3 ist eine Einstellwicklung 7,
8 bzw. 9 mit Je 15 Anzapfungen zugeordnet. Jede dieser Anzapfungen ist über eine
nicht dargestellte Leitung an die Wähler von Je zwei Stufenschaltern 10 geführt,
wobei diese Leitung erst unmittelbar vor den Wählern in zwei Anschlüsse aufgeteilt
ist. Die Stufenschalter 10 sind in zyklischer Reihenfolge so miteinander verbunden,
daß von Jeder Einstellwicklung 7, 8 und 9 zu beiden benachbarten Einstellwicklungen
eine
Verbindung besteht. Die Enden der Einstellwicklungen 7, 8 und 9 sind mit Je zwei
einpoligen Wendern A bzw. B verbunden.
-
Die Ausgänge der Wender A sind über Zuleitungen X20, Y2o, Z20 an die
Eingänge und die Wender B sind über Zuleitungen U20, H20 und W20 an die Ausgänge
von Erregerwicklungen 13, 14 und 1 im Zusatztransformator angeschlossen. Dabei erfolgt
dieser Anschluß in der Weise, daß die Wender A Jeweils mit der Erregerwicklung der
folgenden und die Wender B mit den Ausgängen der Erregerwicklung der Jeweils vorhergehenden
Phase in Verbindung stehen. An den Wendern A und B sind außerdem Mittenkontakte
vorgesehen, die über Anlenkwiderstärjde 12 mit der mittleren Anzapfung der zugehörigen
Einstellwicklung 7, R bzw. 9 verbunden sind.
-
Jeder der Reihenwicklungen 4, 5 und 6 ist zur Absicherung gegen auftletende
Stoßspannungen ein Überspannungsableiter 16 parallelgescY'ltet. Im Erregertransformator
ist außerdem für jede Phase eine Tertiärwicklung X, Y bzw. Z vorgesehen, die untereinander
im Dreieck geschaltet sind und zur Untcrdrückung vori unzulässig großen Ausgleichsströmen
beim Auftreten von einphasigen Erdschlüssen und anderen sehr unsymmetrischen Belastungen
des Netzes dienen. Über Hilfsspannungsanschlußklemmen Xt, Zy und Zt liefern diese
Tertiärwicklungen außerdem eine Hilfsspannung. Für die Netzkupplung als solche liefern
diese Tertiärwicklungen X, Y und Z Jedoch keinen Beitrag.
-
In nicht dargestellter Weise sind die Primärwicklungen 1, 2 und 3
die Einstellwicklungen 7, 8 und 9 sowie die Wender A und B und die zugehörigen Stufenschalter
10 Zusammen mit den Tertiärwicklungen X, Y und Z in einem Transformatorkessel untergebracht.
-
Dabei sind auf Je einem Eisenkern von innen nach außen Je eine der
Tertiäirwicklungen X, Y, Z der Primärwicklungen 1, 2, 3 und der Einstellwicklungen
7, 8, und 9 angeordnet.
-
In einem zweiten Transformatorkessel sind um entsprechende Eisenkerne
die Reihenwicklungen 4, 5 und 6 sowie die Erregerwicklungen 13, 14 und 15 vorgesehen.
Die Reihenschaltung der Reihenwicklungen 4, 5 und 6 mit den entsprechenden PrimRrwicklungen
1,
2 und 3 im Erregertransformator erfolgt über die Verbindungsleitungen U1 X2, V1
Y2 und W1 Z2, die die entsprechenden Hochspannungsdurchführungen Ul, V1, W1 und
X2, Y2 Z2 miteinander verbinden. Dagegen ist für den Anschluß der Erregerwicklungen
13, 14 und 15 an die Einstellwicklungen 7, 8 und 9 ein mit Isoliermittel gefüllter
Tunnel zwischen den beiden Transformatorkesseln angeordnet. In diesem Tunnel sind
die eine mittlere Spannung führenden Zuleitungen U20, V20, W20, X20, Y20, Z20 sowie
im Falle der Anordnung gemäß Figur 1 zwei zusätzliche zur Wicklung 18 geführte Leitungen
in den erforderlichen gegenseitigen Abständen geftlhrt und gegeneinander isoliert.
-
Im Betriebszustand ist ein Hochspannungsnetz 1 über die Hochspannungsdurchführungen
Ul, VI und W1 an die Primärwicklungen 1, 2 und 3 und ein zweites Hcchspannungsnetz
einer die Hochspannungsdurchführungen U2, V2 und W2 an die Reihenwicklungen 4, 5
und 6 angeschlossen. Führen beide Hochspannungsnetze sowohl hinsichtlich der absoluten
Größe als auch nach der Phasenlage die gleiche Spannung, so werden die Erregerwicklungen
13, 14 und 15 ihrer die ihnen zugeordneten Jeweils in Stellung Null gefahrenen Stufenschalter
10 kurzgeschlossen, so daß in den Reihenwickltmgen 4, 5 und 6 praktisch keine Spannungsänderung
hervorgerufen ist.
-
Liegt Jedoch zwischen den beiden zu kuppelnden Netzen keine Spannungsgleichheit
vor, so wird die Differenz sowohl hinsichtlich der absoluten Hohe der Spannung als
auch hinsichtlich ihrer Phasenlage durch eine i in die Reihenwicklung 4,5 und 6
induzierte Zusatzspannung ausgeglichen. Hierzu sind die Erregerwicklungen 13, 14
und 15 jeweils mit den beiden anderen Phasen zugeordneten Einstellwicklungen 7,
8 und 9 verbunden, aus denen ihnen über von den Stufenschaltern 10 entsprechend
angewählten Anzapfungen, die nach Größe und Phasenlage hierzu erforderliche Spannung
zugeführt ist.
-
Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung Uberlagern sich dabei in
den Einstellwicklungen die untereinander und auch gegenüber
der
zu speisenden Erregerwicklung 13,14 bzw. 15 um Je 1200 phasenverschobenen Spannungen
derart, daß gleichzeitig entsprechend den von den Stufenschaltern 10 eingenommenen
Stellungen eine Quer- und eine Uingsspannungsregelung erfolgt.
-
Dabei wird durch Zusammenfassen von Spannungsteilen mit gleichen Vorzeichen
eine ULngsregelung und durch Zusammenfassen von Spannungsanteilen mit entgegengesetzten
Vorzeichen eine Querspannungseinstellung erreicht.
-
Zur Erzielung symmetrischer Obertragungsverhältnisse ist es erforderlich,
daß Jeweils die drei den Eingängen der Erregerwicklungen 13, 14 und 15 und auch
die drei den Ausgängen dieser Erregerwicklungen zugeordneten Stufenschalter 10 an
einander entsprechenden Anzapfungen der ihnen zugeordneten Einstellwicklungen 7,
8 bzw. 9 liegen. Aus dem gleichen Grund dürfen die Wender A ebenso wie die Wender
B nur gemeinsam betätigt werden.
-
Beim Auftreten sehr ungleichmäßiger Belastung der einzelnen Phasen
oder bei einem ungleichmäßigen Schalten von zusanunengehörigen Stufenschaltern 10
würde getrieben von den zwischen den Jeweils eingeschalteten Anzapfungen der Stufenschalter
10 liegenden Wicklungsabschnitten der Einstellvicklungen 7, 8 und 9 ein Ausgleichsstrom
über die im Dreieck geschalteten Mittenabschnitte der Einstellwicklungen fließen.
-
Zur Unterdrückung eines derartigen Ausgleichsstromes ist bei der Anordnung
gemäß Figur 1 ein Zusatztransformator mit Wicklungen 17 und 18 vorgesehen. Die Wicklung
17 liegt in der Verbindungsleitung Y20 zwischen dem Eingang der Erregerwicklung
14 und der Einstellwicklung 7. Durch die Anordnung der Wicklung 18 in der Verbindung
11 zwischen den den Einstellwicklungen 7 und 9 zugeordneten Stufenschaltern 10 begrenzt
sich ein derartiger Ausgleichsstrom selbst auf einen praktisch vernachlässigbar
kleinen Wert.
-
Eine andere Lösung zur Verhinderung eines derartigen Ausgleichsstromes
zeigt die Unordnung gemäß Figur 2. In dieser Anordnung
fehlen zwei
der zur vollständigen Dreiecksschaltung der mittleren Wicklungsabschnitte der Einstellwicklungen
7, 8 und 9 erforderlichen Stufenschalter 10 sowie die zugehörige Verbindung 11.
Tnfolge der sich daraus ergebenden Stromüberlagerungen müssen Jedoch die verbliebenen
Stufenschalter 10 einen um dasfache größeren Strom schalten als bei der Anordnung
gemäß Figur 1. Außerdem tritt ein Ausgleichsstrom im Dreieck X, Y, Z auf.
-
Bei der Lösung gemäß Figur 3 schließlich wird das Auftreten eines
Ausgleichsstromes bei ungleichem Schalten voieinander zugeordneten Stufenschaltern
10 oder bei stark unsymmetrischer Belastung der Schaltungsanordnung dadurch verhindert,
daß einer der drei Phasen 2 galvanisch voneinander getrennte Einstellwicklungen
8 zugeordnet sind. Dadurch wird Jedoch die Anzahl der erforderlichen Verbindungsleitungen
zwischen den Stufenschaltern 10 und den Einstellwicklungen wieder vergrößert, falls
dies nicht auch durch notwendige parallele Leitungsführung notwendig ist.
-
Figur 4 zeigt schließlich eine Anordnung, in der im Gegensatz zu den
vorhergehenden Anordnungen die Erregerwicklungen 13, 14 und 15 nicht mit den Wendern
A und B, sondern mit den ihnen Jeweils zugeordneten Stufenschaltern 10 verbunden
sind und dafür die Verbindungen 11 zwischen einander benachbarten Wendern A und
B liegen. Bei dieser Anordnung dienen die Erregerwicklungen 13, 14 und 15 praktisch
als Lastwiderstände beim Auftreten eines Ausgleichsstromes infolge von ungleichem
Schalten der Stufenschalter 10, da sie praktisch die Eckpunkte der im Dreieck geschalteten
mittleren Abschnitte der Einstellwicklungen darstellen. Der über die Wicklungen
4, 5 und 6 auftretende Ausgleichsstrom wird wie bei den Anordnungen gemäß den Figuren
1, 2 und 3 in der Ausbildung über die Wender des Erregertransformators gehindert.
-
Eine weitere Möglichkeit besteht in einer Schaltungsanordnung die
von einem Spamlungsstern mit verbundenen wPfeilspitzen"
über die
Stellung "Doppelsternw mit verbundenen Pfeilmitten zu dem Spannungsstern mit verbundenen
"Pfeilenden" übergeht.
-
Die den Sternpunkt bildenden Schaltelemente Wender A,B oder Stufenschalter
10 müssen dabei Jedoch den #3-fach größeren Strom führen.
-
Bei einer Schaltung entsprechend der in Figur 1 dargestellten Schaltung
ohne Zusatztransformator 17,18 wechseln dabei die Wicklungsanschlüsse für die Erregerwicklungen
13, 14, 15 von den Enden der Einstellwicklungen 7, 8, 9 zu den Stufenschaltern 10.
-
11 Patentansprüche 4 Figuren