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Verfahren zum Transformatorenwechsel und zum Parallelschal-
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ten von zwei Regeltransformatoren Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Transformatorenwechsel und zum Parallelschalten von zwei Regeltransformatoren,
die primärseitig an einem gemeinsamen (Oberspannungs-) Netz angeschlossen sind und
sekundärseitig über getrennte Sammelschienen galvanisch getrennte Netzbezirke der
gleichen (Unter-)Spannungsebene versorgen.
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Es ist allgemein bekannt, vor dem Parallelschalten von Regeltransformatoren
die Stufenschalter der Transformatoren auf das gleiche Leerlauf-übersetzungsverhältnis
einzustellen, d.h., auf die gleiche Stufe bei gleicher Stufenzahl und gleichem Stellbereich,
damit nach der Parallelschaltung möglichst kein Ausgleichsstrom auftritt.
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Diese Stufen-Gleichstellung wird zwangsweise für die Dauer des Parallel
laufs aufrechterhalten. Zur Spannungsregelung werden dann während des Parallellaufs
beide Stufenschalter synchron höher oder tiefer gesteuert.
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Infolge der Parallelschaltung erfolgt eine Last-Umverteilung auf beide
Transformatoren im umgekehrten Verhältnis ihrer Kurzschlußimpedanzen. Bei Parallelschaltung
ändert sich augenblicklich die sekundäre Klemmenspannung der Transformatoren, d.h.
die sich ergebende sekundäre Klemmenspannung wird höher sein, als die sekundäre
Spannung des zuvor höher belasteten Transformators und niedriger sein, als die sekundäre
Spannung des zuvor geringer belasteten Transformators, da beide Transformatoren
vor dem Parallelschalten auf gleiches Leerlauf-Übersetzungsverhältnis ungeachtet
ihrer Belastung eingestellt worden sind. Gegebenenfalls ist dadurch vor dem Parallelschalten
im Netz des geringer belasteten Transformators vorübergehend die Spannung höher
als zulässig, bzw. im Netz des höher belasteten Transformators vorübergehend die
Spannung niedriger als zulässig, oder es ist nach Parallelschaltung die sich ergebende
sekundäre Spannung höher als zulässig und muß dann so schnell wie mit den vorhandenen
Stufenschalterantrieben möglich heruntergeregelt werden.
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Nachteilig ist bei diesem Verfahren insbesondere, daß abgewartet werden
muß, welche sekundäre Spannung sich nach der Parallelschaltung einstellt. Danach
muß in Stufen nachgeregelt werden, was eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, die
jedoch so kurz wie möglich sein soll, damit die gegen Überspannung oder Unterspannung
empfindlichen Verbraucher der einzelnen Netzbezirke keinen Schaden nehmen.
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Bei einem anderen allgemein bekannten Verfahren werden die parallel
zu schaltenden Transformatoren vor der Parallel-
schaltung auf gleiche
sekundäre Klemmenspannung eingestellt, unter Umständen ohne Kenntnis der entsprechenden
Stufenstellungen bzw. ohne Rücksicht darauf. Da dann der Unterschied im Leerlauf-übersetzungsverhältnis
in ungünstigen Fällen 20 % und mehr ausmachen kann, wenn beispielsweise der eine
Transformator stark überlastet ist und der andere Transformator im Leerlauf betrieben
wird, ergibt sich nach erfolgtem Parallelschalten in nachteiliger Weise ein hoher
Ausgleichsstrom. Dieser Ausgleichsstrom belastet den vor dem Parallelschalten bereits
höher belasteten Transformator noch zusätzlich, so daß dieser eventuell sogar überlastet
wird und umgehend nachgeregelt werden muß, um eine thermische Auslösung infolge
thermischer Überlastung zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Transformatorenwechsel
und zum Parallelschalten von zwei Regeltransformatoren zu entwickeln, mit dessen
Hilfe ermöglicht wird, daß nach der Parallelschaltung bzw. während des Sammelschienen-Parallelbetriebs
möglichst kein Ausgleichsstrom bzw. nur ein geringer, zulässiger Ausgleichsstrom
zwischen den beiden parallel geschalteten Transformatoren fließt und daß die vor
und nach der Parallelschaltung sich ergebende sekundäre Klemmenspannung innerhalb
der zulässigen Grenzen liegt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem ersten
Schritt die Stufenstellungen der Stufenschalter der beiden Transformatoren erfaßt
werden und der höher belastete Transformator an die untere Grenze der zulässigen
sekundären Klemmenspannungen gebracht wird sowie der schwächer belastete Transformator
an die obere Grenze der zulässigen Klemmenspannung gebracht wird und daß aus der
sich ergebenden Stufenstellungs-Differenz die Höhe des zu erwartenden Ausgleichsstromes
bestimmt
wird, daß in einem zweiten Schritt der zulässige Ausgleichsstrom unter Berücksichtigung
der gegebenen Belastungen der beiden Transformatoren so bestimmt wird, daß die maximal
zulässige Gesamtleistung eines jeden Transformators auch nach Parallelschaltung
nicht überschritten wird, daß in einem dritten Schritt zu erwartender und zulässiger
Ausgleichsstrom verglichen werden und bei zu großem bzw.
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zu kleinem zu erwartenden Ausgleichsstrom die Stufenstellungs-Differenz
verkleinert bzw. vergrößert wird, daß in einem vierten Schritt der aufgrund der
neuen Stufenstellungs-Differenz sich ergebende neue zu erwartende Ausgleichsstrom
bestimmt wird, daß sich vor Parallelschaltung der beiden Transformatoren die gleichen
Schritte anschließen, bis der zu erwartende Ausgleichsstrom und die sich vor bzw.
nach Parallelschaltung ergebenden bzw. zu erwartenden sekundären Klemmenspannungen
innerhalb der vorgegebenen zulässigen Grenzen liegen.
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Die Parallelschaltung von zwei Regeltransformatoren wird also in mehreren
Verfahrensschritten vorbereitet, durchgeführt und kontrolliert. Die mit der Erfindung
erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, -daß vor der Parallelschaltung eine
individuelle, belastungsunabhängige Stufeneinstellung bestimmt wird, die eine spannungsstoßfreie
Sammelschienen-Parallelschaltung von zwei Regeltransformatoren ermöglicht, wobei
unzulässige sekundäre Klemmenspannungen vor und nach der Parallelschaltung sowie
hohe Ausgleichsströme nach erfolgter Parallelschaltung vermieden werden.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden nach erfolgter
Parallelschaltung die Stufenstellungen der beiden Transformatoren abwechselnd und
unter Beachtung der zulässigen sekundären Klemmenspannung in Richtung kleiner werdender
Stufenstellungs-Differenz bis zur Differenz Null
verstellt. Hierdurch
wird der sich nach Parallelschaltung ergebende Ausgleichsstrom vorteilhaft bis auf
den Wert Null reduziert.
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Eine Aufhebung der Parallelschaltung erfolgt unter Ablauf einer sinngemäß
umgekehrten Schrittfolge, wobei während des Aufhebens der Parallelschaltung und
beim nachfolgenden Einzelbetrieb der Transformatoren die Änderungen der Klemmenspannungen
vorteilhaft innerhalb der zulässigen Spannungstoleranz liegen.
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Bei einem Transformatorenwechsel in einem Umspannwerk liegen die sekundären
Klemmenspannungen vor der Parallelschaltung, während des zeitweiligen Parallelbetriebs
und nach Aufhebung des Parallelbetriebs vorteilhaft innerhalb der vorgegebenen zulässigen
Grenzen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnung erläutert.
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Die Zeichnung zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Umspannwerkes
mit mehreren Regeltransformatoren, die primärseitig an einem Oberspannungsnetz 0
sowie sekundärseitig an einem Unterspannungsnetz bzw. Mittelspannungsnetz, das in
einzelne Netzbezirke aufgeteilt ist, liegen An das Oberspannungsnetz O,beispielsweise
ein 110-kV-Netz, sind Regeltransformatoren I und II geschaltet. Dabei wird der Regeltransformator
I nachfolgend auch als (Betriebs-) Transformator I sowie der Regeltransformator
II als (Betriebs-) Transformator II bezeichnet. Den Transformatoren I und II liegt
oberspannungsseitig die primäre Klemmenspannung Uprim an. Unterspannungsseitig liegt
dem Transformator I bei getrenntem Betrieb.der beiden Transformatoren die sekundäre
Klemmenspannung UsekI und dem Transformator II die sekundäre Klemmenspannung UsekII
an.
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Zur Vereinfachung sei angenommen, daß beide Transformatoren vom gleichen
Typ sind. Dann sind unter anderem primäre Nenn-Klemmenspannung UNpri ' sekundäre
Nenn-Klemmenspannung UNsek' Nennleistung P , sekundärer Nennstrom INsek' relative
Kurzschlußspannung uK' Anzahl der Stufen des Stufenschalters a, Einstellbereich
des Stufenschalters b und Transformator-Nenn-Übersetzungsverhältnis ü bei Stufenstellung
S = 0 des Stufenschalters gleich.
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Die sekundärseitigen Belastungsströme der Transformatoren I und II
sind mit IsekI und IsekII bezeichnet. Die Regeltransformatoren I und II sind über
Leistungsschalter L1 und L2 mit Sammelschienen SS1 und SS2 verbunden. Die Sammelschiene
SS1 speist dabei einen Netzbezirk A und die Sammelschiene SS2 einen Netzbezirk B.
Diese Netzbezirke A und B sind galvanisch voneinander getrennt und bilden Teile
eines Unter- oder Mittelspannungsnetzes, beispielsweise eines 20-kV-Netzes.
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Über eine Sammelschienenkupplung mit Leistungsschalter K können die
beiden Sammelschienen SS1 und SS2 verbunden werden. An das Oberspannungsnetz O ist
ein weiterer Regeltransformator III geschaltet, der nachfolgend auch als (Reserve-)
Transformator III bezeichnet wird. Zur Vereinfachung sei ebenfalls angenommen, daß
der Transformator III vom gleichen Typ ist wie die bereits erwähnten Transformatoren
I und II.
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Die dem Transformator III primär anliegende Klemmenspannung ist mit
U Uprim, die sekundär an ihm liegende Klemmenspannung ist mit U sekill und der sekundäre
Belastungsstrom ist mit ISekIII bezeichnet.
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Der Transformator III kann sekundärseitig über Leistungsschalter L31
bzw. L32 mit der Sammelschiene SS1 bzw. SS2 verbunden werden. Die aus den drei Transformatoren,
den Sammelschienen und Leistungsschaltern bestehende Anordnung wird nachfolgend
auch als Umspannwerk UK (hier beispielsweise 110/20-kV-Umspannwerk) bezeichnet.
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Das sich aus einzelnen getrennten Netzbezirken A und B zusammensetzende
Unterspannungsnetz wird also über Umspannwerke UK durch das Oberspannungsnetz 0
gespeist. Das Umspannwerk UK versorgt dabei jeden Netzbezirk A, B über einen eigenen
Regeltransformator I, II und über getrennte Sammelschienen SS1 und SS2. Schaltmaßnahmen,
die ein Kuppeln zweier Netzbezirke A, B nötig machen, haben zwangsläufig das Parallelschalten
zweier Regeltransformatoren I, II zur Folge.
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Aber auch ein Transformatorentausch, d.h., das Einschalten des Reservetransformators
III anstelle eines Betriebstransformators I oder II, macht den vorübergehenden Parallelbetrieb
beider Transformatoren III und I oder III und II erforderlich.
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Die Regeltransformatoren I, II und III müssen für den Sammelschienen-Parallellauf
geeignet sein. Wegen der für 20-kV-Netzbezirke zulässigen Kurzschlußleistung werden
die Regeltransformatoren meist nur kurzzeitig (wenige Minuten) während des Überschaltens
parallel gefahren. Es werden meist niemals mehr als zwei Regeltransformatoren gleichzeitig
parallel gefahren.
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Ein Sammelschienen-Parallellauf von zwei Transformatoren tritt also
beispielsweise dann ein, wenn zwei Netzbezirke A, B über die Sammelschienenkupplung
mit Leistungsschalter K gekuppelt werden. Ein Sammelschienen-Parallellauf liegt
auch dann vor, wenn keine Netzbezirke gekuppelt, sondern im Umspannwerk UK ein Reservetransformator
III einem Betriebstransformator I oder II mittels eines Leistungsschalters L31 oder
L32 parallel geschaltet wird, z.B. bei Trafowechsel.
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Bei einem Sammelschienen-Parallellauf zweier Transformatoren sind
also beide Transformatoren ober- und unterspannungsseitig auf die gleiche Sammelschiene
in einem Umspann-
werk geschaltet. Zur Parallelschaltung von zwei
Regeltransformatoren wird davon ausgegangen, daß im Umspannwerk keine Stufenstellungsübertragung,
keine örtliche Zwangsgleichlaufsteuerung und keine örtliche Nachlaufsteuerung vorgesehen
sind. Wie bereits erwähnt, wird zur Vereinfachung angenommen, daß beide parallel
zu schaltenden Transformatoren vom gleichen Typ sind. Daraus folgt, daß auch die
Belastungskennlinien Usek = f (1 sek' leer sekw Uprim) gleich sind, wobei Uleer
sek die sekundäre Leerlaufspannung eines Transformators bezeichnet.
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Weiter soll hier der Einfachheit halber angenommen werden, daß sich
die Sekundär-Klemmenspannung U sek für jeden einzelnen Transformator linear mit
dem sekundären Belastungsstrom Isek ändert und daß die Belastung symmetrisch für
den einzelnen Transformator ist. Desweiteren ist angenommen, daß eine Tabelle vorliegt,
aus der bei Nennspannung auf der Oberspannungsseite UNprim für jede Stufenstellung
des Stufenschalters S die zugehörige Sekundär-Leerlaufspannung Usek entnommen werden
kann, und daß diese Werte für jeden anderen Oberspannungswert Uprim linear mit dem
Übersetzungsverhältnis ü umgerechnet werden können.
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Der Istwert der Klemmenspannung Usek soll um p Prozent vom vorgegebenen
Sollwert soll sek abweichen dürfen.
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Ferner soll angenommen werden, daß die Transformatoren in Stern/Stern-Schaltung
betrieben werden, so daß die Untersuchung auf die Verhältnisse in einer Phase zurückgeführt
werden kann; alle angeführten Spannungen beziehen sich dementsprechend auf die Phasenspannung.
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Weiter sei für den zu untersuchenden Fall vorausgesetzt, daß der Transformator
I mit dem Strom IsekI belastet ist und der Transformator II mit dem Strom ISekII
bei gleichem Leistungsfaktor und gleicher Klemmenspannung Usek, d.h.
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nach der Parallelschaltung der beiden Transformatoren wird sich dann
die Summe der Belastungsströme 1sekl und I hälftig auf jeden der beiden Transformatoren
aufteilen.
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(Das gleiche gilt auch bei einer vorgesehenen Parallelschaltung der
Transformatoren I und III oder II und III).
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Außerdem seien zur Schaffung einer definierten Ausgangssituation die
automatischen Spannungsregler beider Transformatoren abgeschaltet. Die Parallelschaltung
der beiden Transformatoren soll dann unter vorstehenden Voraussetzungen wie folgt
ablaufen: 1. Bereitstellen von Daten (Meßwerten, Konstanten, Tabellen).
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2. Bestimmung der augenblicklichen Stufeneinstellung S von jedem Trafo
durch Messung des momentanen Belastungsstromes Isek und der momentanen Klemmenspannung
Usek.
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3. Bestimmung der momentanen Arbeitsgeraden (Arbeitskennlinie Usek
= f (ISek)) und des momentanen Arbeitspunktes auf der Kennlinie.
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4. Aufstellung der Arbeitsbedingungen (Usek> ISek) vor und nach
der Parallelschaltung für beide Transformatoren.
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5. Vorausbestimmung der Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Arbeitsgeraden
nach der Parallelschaltung aufgrund des zu erwartenden Belastungsstromes Isek für
den einzelnen Transformator bei Parallelbetrieb und Überprüfung im voraus, ob die
durch die Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Kennlinie bei Parallelbetrieb
sich einstellende Klemmenspannung U sek noch innerhalb der zulässigen Spannungstoleranz
liegen wird.
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6. Auswahl einer anderen Arbeitsgeraden (falls die Überprüfung ergibt,
daß der Grenzwert der Klemmenspannung Usek überschritten wird), bei der bei dem
vorgegebenen zu erwartenden Belastungsstrom Isek diese Grenze nicht überschritten
wird, und Bestimmung der zugehörigen Transformatorenstufenstellung S.
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7. Einstellen der ermittelten Stufeneinstellung S an jedem Trafo und
Durchführen der Parallelschaltung.
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8. Ermittlung des zu erwartenden und gegebenenfalls erforderlichen
AusgleichsstromsIA, falls sich die erforderliche Stufe S für die zulässige-Toleranz
der Klemmenspannung U sek an einem oder beiden Transformatoren vorher nicht einstellen
läßt und Aufhebung des Ausgleichsstromes IA durch richtige Stufeneinstellung nach
der Parallelschaltung.
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9. Aufhebung der Parallelschaltung unter Beachtung der für die Klemmenspannung
Usek der Transformatoren zulässigen Toleranz.
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Zur Bereitstellung von Daten (Meßwerten, Konstanten, Tabellen) werden
fürjeden Transformator getrennt sesekundäre Klemmenspannung Usek (also UsekI und
UsekII)> sekundärer Belastungsstrom Isek (also IsekI und IsekII sowie die gemeinsame
Oberspannung (primäre Klemmenspannung) Uprim gemessen.
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Es wird eine Umrechnungstabelle bereitgehalten, aus der die sekundäre
Leerlaufspannung Uleer sek in Abhängigkeit von der Stufenstellung des Stufenschalters
hervorgeht, unter Berücksichtigung des übersetzungsverhältnisses ü bei Abweichen
der Oberspannung prim von der Nennspannung
Desweiteren wird eine
Datentabelle mit den Trafokonstanten sekundäre Nennspannung UNsek (bei Stufe S =
+ 0), sekundärer Nennstrom 1Nsek' relative Kurzschlußspannung UK, Anzahl der Stufen
des Stufenschalters a (= Anzahl der Trafostufen), Einstellbereich des Stufenschalters
b (= Einstellbereich der Trafo-Nennspannung), Trafo-Nenn-Übersetzungsverhältnis
(bei Stufe S = + 0) ü bereitgestellt.
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Zur Bestimmung der augenblicklichen Stufenstellung S von jedem der
beiden Transformatoren ist der Spannungsabfall am Trafo UTrafo aufgrund der Trafo-Kurzschlußimpedanz
ZK in Abhängigkeit vom Belastungsstrom Isek zu berücksichtigen.
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Dieser Spannungsabfall # UTrafo errechnet sich zu.
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Die ferner zu berücksichtigende Spannungsänderung Stufe aufgrund der
Stufenstellung S läßt solch bestimmen aus dem Einstellbereich b im Verhältnis zur
Nennspannung UNsek und der Angabe der Stufenanzahl a nach Gleichung.
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t Ustufe = b UNsek S/a (2) Für die beliebige Stufe S = Sx berechnet
sich die Leerlaufspannung Uleer sek Sx aus der gemeinsamen (und wie vorstehend angegebenen
reduzierten) Klemmenspannung Usek und dem Spannungsabfall am Trafo zu: Uleer sek
Sx Usek + UTrafo ' (3)
Für die beliebige Stufe S = Sx wird wiederum
die Leerlaufspannung Uleer sek Sx bestimmt aus der Leerlaufspannung bei Stufe S
= + O =So (entspricht der Mitte des Einstellbereiches b) und der Zusatzspannung
aufgrund der Stufenschalterstellung gemäß: Uleer sek Sx = Uleer sek So + #UStufe.
(4) Setzt man die in Gleichung (3) und Gleichung (4) getrennt ermittelte Leerlaufspannung
Uleer sek Sx der Stufe: 5 = Sx einander gleich, so ergibt sich: Usek + #UTrafo =
Uleer sek So + #UStufe' (5) und mit den Werten der Gleichungen (1) und (2) unter
Berücksichtigung, daß man für Uleer sek So in guter Näherung UNsek setzen kann,
ergibt sich:
und damit errechnet sich die augenblickliche Stufe Sx zu:
darin sind die Größen a, b, UK,UNsek,INsek bekannt und die Größen Usek und Isek
gemessen (und ggf. auf die Nenn-Oberspannung UNprim im Verhältnis Uprim/UNprim umgerechnet).
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Die Bestimmung der augenblicklichen Stufenstellung ist für jeden der
beiden parallel zu schaltenden Trafos getrennt durchzuführen, da angenommen werden
muß, daß die beiden Trafos auf verschiedenen Stufen stehen.
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Zur Bestimmung der momentanen Arbeitsgeraden von jedem der beiden
Transformatoren ist aus der Geradenschar, d.h. aus dem Strom (Isek)-Spannungs (Usek
)-Kennlinienfeld für jeden Transformator getrennt diejenige Arbeitsgerade zu bestimmen,
die die Leerlaufspannung Uleer sek der ermittelten augenblicklichen Stufeneinstellung
besitzt (Arbeitsgerade deshalb, weil hier vereinfachend vorausgesetzt wurde, daß
sich die Klemmenspannung Usek linear mit dem Belastungsstrom Isek ändert).
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Die Arbeitsgerade hat dabei die Form: Usek ( sek) m.ISek + cm; cm
= const., (8) dabei ist die Konstante cm die Leerlaufspannung Uleer sek m der Stufe
S = Sx und wird einer Tabelle entnommen, in der für den betreffenden Trafo für jede
Trafo-Stufe S die zugehörige Leerlaufspannung Uleer sek abgelegt ist.
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Es ergibt sich somit die Steigung km der Geraden zu: Uleer sek Sx
- Usek UK UNsek km = - = - , (9) Isek INsek mit Hilfe von Gleichung (1).
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Damit ergibt sich die Gleichung der Arbeitsgeraden zu:
darin sind die Größen UK, UNsek, INsek aus der Datentabelle bekannt und die Größe
Uleer sek Sx aus der Umrechnungstabelle (Trafo-Stufen S in zugehörige Leerlaufspannungen
Uleer sek) entnommen.
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Bei der Aufstellung der Arbeitsbedingungen vor und nach der Parallelschaltung
für beide Transformatoren ist zu beaehten, daß vor und nach der Parallelschaltung
die vorgegebenen Grenzen für die Klemmenspannungen Usek nicht überschritten werden
sollen, d.h. es soll sein: Usek Usoll sek + P - Usoll sek' (11) wobei Usoll sek
der vorgegebene Sollwert der sekundären Klemmenspannung ist, und p die zulässige
Abweichung vom Sollwert der sekundären Klemmenspannung in Prozent ist Dieser Sachverhalt
kann auch folgendermaßen ausgedrückt werden: Usek = Usek # #Uzulässig, (11a) wobei
#Uzulässig die Spannungsdifferenz zwischen maximal bzw. minimal zulässiger Klemmenspannung
Usek und Nenn-Klemmenspannung UNsek angibt.
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Zur Berechnung der Aufteilung des Belastungsstromes Isek im Parallelbetrieb
auf beide Transformatoren ist im Idealfall davon auszugehen, daß im Parallelbetrieb
kein Ausgleichsstrom IA fließen soll.
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Vor der Parallelschaltung sei der Regeltransformator I mit dem Strom
IsekI belastet und der Regeltransformator II mit dem Strom IsekII (bei gleichem
Leistungsfaktor und gleicher Klemmenspannung, andernfalls muß über die Leistungen
umgerechnet werden).
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Im Idealfall soll im Parallelbetrieb kein Ausgleichsstrom 1A zwischen
den beiden Transformatoren auftreten, d.h.: Uleer sek SI - Uleer sek SII IA = 2
. ZK (12) soll Null sein, also Uleer sek SI = Uleer sek SII' wobei SI, SII der Stufeneinstellung
der Transformatoren I, II entspricht. Für zwei gleiche Transformatoren kann diese
Spannungsdifferenz auch durch den Unterschied in der Stufeneinstellung ausgedrückt
werden, d.h.: Uleer sek SI- Uleer sek SII = (SI - SII) . b/a . Useek, (13) und man
erhält bei zwei gleichen Transformatoren für den nach erfolgter Parallelschaltung
zu erwartenden Ausgleichsstrom 1Aerwartet dann den Ausdruck:
Dann
wird sich die Summe der Belastungsströme IsekI + IsekII hälftig auf jeden der beiden
Transformatoren aufteilen; jeder Trafo ist dann im Parallelbetrieb mit (IsekI -
IsekII)/2 belastet.
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Damit diese Lastaufteilung ohne Ausgleichsstrom eintritt, müssen zuerst
die augenblicklichen Stufenstellungen der Stufenschalter der Regeltransformatoren
I und II vor der Parallelschaltung nach Gleichung (7) bestimmt werden:
Danach erfolgt die Bestimmung der momentanen Arbeitsgeraden von Trafo I. Aus dem
Kennlinienfeld ist dies lt. Tabelle die Gerade mit der Leerlaufspannung Uleer sek
die zu zuvor ermittelten Stufe SI gehört und die mit Gleichung (9) die Steigung
k = uK Nsek m 1Nsek
hat; der momentane Arbeitspunkt kann aus Gleichung
(10) dann bestimmt werden zu:
wobei Usek einzel die sekundäre Klemmenspannung bei Einzelbetrieb (getrennter Betrieb)
ist. Wird nun im Parallelbetrieb, wie vorausberechnet, der Trafo I mit dem Strom
(IsekI + IsekII)/2 belastet, so verschiebt sich der Arbeitspunkt auf der Geraden
nach:-Usek parallel
wobei Usek parallel die sekundäre Klemmenspannung bei Parallelbetrieb ist.
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Anschließend ist zu prüfen, ob der neue Arbeitspunkt in den zulässigen
Grenzen für die Klemmenspannung Usek liegt, d.h. es muß sein: Usek parallel Usoll
+p. Usollt (18a) wenn nicht, ist die Arbeitsgerade zu wechseln, d.h. die Stufenstellung
zu ändern.
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Bei Überschreitung des Grenzwertes der Klemmenspannung Usek erfolgt
also die Auswahl einer neuen Arbeitsgeraden für Regeltransformator I.
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Mit der neuen Leerlaufspannung wird nun aus der Tabelle die zugehörige
Stufe SIneu bestimmt und danach ermittelt, ob der Arbeitspunkt vor der Parallelschaltung
auf der neuen Arbeitsgeraden noch im zulässigen Bereich für die Klemmenspannung
Usek liegt.
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Wenn dies der Fall ist, dann kann der Regeltransformator I auf die
neue Stufe SIneu eingestellt werden.
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Für Regeltransformator II wird sodann berechnet, ob bei Einstellung
auf die neue Stufe SIneu von Trafo I auch für Trafo II der Arbeitspunkt vor der
Parallelschaltung auf Dabei ist mit Usek = Usoll (1 + p) (19) die obere zulässige
Grenze für die Klemmenspannung Usek gegeben und mit dem neuen sekundären Belastungsstrom
IsekI + IsekII Isek neu = (20) 2 errechnet sich dann die neue Leerlaufspannung Uleer
sek SI neu zu: Uleer sek SI neu
der neuen Arbeitsgeraden noch im
zulässigen Bereich für die Klemmenspannung Usek liegt, wenn ja, wird Regeltransformator
II auf die gleiche neue Stufe geschaltet, wie Regeltransformator I. Danach können
die Transformatoren parallel geschaltet werden.
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Kann einer der beiden Regeltransformatoren vor der Parallelschaltung
wegen der erforderlichen Einhaltung der zulässigen Toleranz für die Klemmenspannung
Usek nicht auf die zur richtigen Lastaufteilung erforderliche Stufe S eingestellt
werden, so muß bei einem entsprechenden Unterschied in der Stufeneinstellung der
beiden Trafos geprüft werden, ob nach der Parallelschaltung dadurch kein zu großer
Ausgleichsstrom IA auftritt. Nach der Parallelschaltung muß dann auf die für die
gewünschte Lastaufteilung berechnete Stufe S nachgefahren werden, bei Stufengleichheit
verschwindet dann der Ausgleichsstrom IA, siehe Gleichung (14).
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Der vorgenannte Fall tritt beispielsweise ein, wenn zwei stark unterschiedlich
belastete Transformatoren parallel geschaltet werden sollen. Trafo I sei im folgenden
der höher belastete, Trafo II der schwächer belastete.
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Dann ist Trafo I (bezogen auf die Unterspannungsseite) in der Stufe
S hoch eingestellt, Trafo II niedrig. Wenn sich ergeben hat, daß die für den Sammelschienenparallellauf
errechnete gemeinsame Stufe S bei beiden Transformatoren nicht eingestellt werden
kann, da sonst vor dem Parallellauf für den ersten Transformator die Stufe S zu
hoch, für den zweiten Transformator zu niedrig bezüglich der zulässigen Klemmenspannung
Usek eingestellt werden müßte, wird folgendermaßen vorgegangen: Der Trafo I muß
zur Vorbereitung für den Parallellauf so
tief, wie davor für die
Klemmenspannung Usek gerade noch zulässig, eingestellt werden. Der zweite umgekehrt
entsprechend hoch, also: UsekI = UNsek - # Uzulässig (22) UsekII UNsek + #Uzulässig
(23) bzw.
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UsekI = Usoll . (1-p) (24) UsekII = Usoll . (1+p) . (25) Diese beiden
Stufeneinstellungen SIneubzw. SIIneu werden nach der bekannten Gleichung (10) für
die neue Arbeitsgerade berechnet, indem darin UsekI gleich Usoll.(1+p) gesetzt wird
bzw. UsekII gleich Usoll . (1-p) und für Jsek der jeweilige momentane Belastungsstrom
IsekI bzw. IsekII . Man erhält die neuen Leerlaufspannungen UIeer sek:
| u U |
| Uleer sek SI U sol ( K Nsek . ISekI (26) |
| (1+p) 1 |
| Uleer sek ST soll Nsek |
| Uleer sek SII sol( = 11.(1-p) + uK. UNsek 1sekTI |
| (27) |
| so Nsek |
Aus der Tabelle Uleer sek in Abhängigkeit von S werden
die zugehörigen
Stufen SI, SII erhalten. Die Stufenstellungen SI, SII lassen sich auch direkt aus
Gleichung (7) bestimmen.
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Aus der Differenz der beiden so berechneten Stufeneinstellungen SI,
SII kann dann nach Gleichung (14) der für den Parallellauf zu erwartende Ausgleichsstrom
1Aerwartet berechnet werden.
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Der zulässige Ausgleichsstrom IAzulässig sei dabei beispielsweise:
IAzulässig = 2 INsek (IsekI + IsekII), (28) d.h. die Gesamtbelastung soll die Summe
der Einzelbelastungen beider Tranformatoren nicht überschreiten. Die sich ergebende
Klemmenspannung Usek parallel ist dann
| Usek parallel = sekI+IA erwartet) |
| Usek parallel SI a . Nsek 1Nsek sekT A erwartet |
| A: SIT. b UNsek - uK. UN (1 1 erwartet (29) |
| a SII. a zuuNsek IN5eNsek sekll A |
Die Berechnung wird erforderlichenfalls bei veränderter Differenz der Stufeneinstellung
solange wiederholt, bis: IAerwartet IAzulässig und Usek parallel = UNsek +
Für
die Stromaufteilung im SS-Parallelbetrieb gilt allgemein das folgende Gleichungssystem:
IsekI + IsekII - IV = 0 (30) IsekI . ZK + IV ZV Uleer sek SI (31) IsekII . ZK +
IV . ZV = Uleer sek SII' (32) wobei IV den Verbraucherstrom und Z V die Verbraucher-Impedanz
darstellen.
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Aus diesem Gleichungssystem erhält man: Uleer sek SI + Uleer sek SII
1V - ZK + 2ZV (33) Uleer sek SI - Uleer sek SII IsekI = 2 ZK Uleer sek SI + Uleer
sek SII 2 (ZK + 2 ZV) und mit Gleichung (12) Uleer sekI + Uleer sekII IsekI = IA
+ (35) 2 (ZK + 2 ZV)
Für IsekII erhält man Uleer sek SI - Uleer
sek SII sekII - - 2 ZK Uleer sek SI + Uleer sek SII + , (36) 2(ZK + 2 ZV) Uleer
sek SI + Uleer sek SII IsekII = - IA + (37) 2 (ZK + 2 ZK) mit
und
UsekI, UsekII und IsekI, IsekII sind in Gleichung (39) die gemessenen Klemmenspannungen
und Belastungsströme vor der Parallelschaltung. Mit Gleichung (32) kann überprüft
werden, ob durch den zu erwartenden Ausgleichs strom der zuvor schon höher belastete
Regeltransformator nicht überlastet wird.
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Nach der Parallelschaltung werden abwechselnd Trafo I und Trafo II
stufenweise solange verstellt, bis unter Einhaltung der zulässigen sich ergebenden
Klemmenspannung Usek parallel Stufengleichheit erreicht ist und damit unter
den
gegebenen Voraussetzungen der Ausgleichsstrom IA zu Null wird. Es werden also innerhalb
der zulässigen Grenzen von Usek die unterschiedlichen Stufeneinstellungen aufeinander
zugefahren, so daß die Stufendifferenz immer kleiner und schließlich zu Null wird.
Wird dabei die obere zulässige Grenze von Usek erreicht, wird nur noch der höher
eingestellte Stufenschalter heruntergefahren, wird dagegen dabei die untere zulässige
Grenze von Usek erreicht, wird nur noch der tiefer eingestellte Stufenschalter von
beiden Transformatoren heraufgefahren. Schließlich stehen beide Stufenschalter unter
Einhaltung der zulässigen sich ergebenden Klemmenspannung Usek auf gleicher Stufe
und der Parallel-Schalt-Vorgang ist beendet.
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Eine andere Möglichkeit, den Ausgleichsstrom nach erfolgter Parallelschaltung
zu reduzieren, besteht darin, beide Stufenschalter abwechselnd schrittweise auf
die gleiche bestimmte Stufe Sx zu fahren, für die die sich ergebende Klemmenspannung
Usek parallel einen bestimmten, zulässigen Wert annimmt. Die.
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Stufe Sx berechnet sich dabei näherungsweise zu:
Wenn die Stufenschalter beider Transformatoren auf die Stufe Sx eingestellt sind,
werden beide Stufenschalter synchron höher bzw. tiefer eingestellt, bis sich die
gewünschte sekundäre Klemmenspannung Usoll sekundär ergibt.
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Vor Aufhebung der Parallelschaltung muß die ungefähre Lastübernahme
des einzelnen Trafos im Einzelbetrieb vorausberechnet werden und noch während des
Parallelbetriebs
eine entsprechende Stufeneinstellung berechnet
und eingestellt werden, evtl. unter vorübergehender Inkaufnahme eines zulässigen
Ausgleichsstroms.
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Eine Aufhebung des Parallelbetriebs erfolgt dann unter Ablauf einer
sinngemäß umgekehrten Schrittfolge,wobei während des Aufhebens der Parallelschaltung
und beim nachfolgenden Einzelbetrieb der Transformatoren die Änderungen der Klemmenspannungen
innerhalb der zulässigen Spannungstoleranz liegen.
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Bei einem Transformatorenwechsel in einem Umspannwerk erfolgt nach
erfolgter Aufhebung des Parallelbetriebs eine Freischaltung des außer Betrieb zu
setzenden Transformators.
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In der vorausgehenden Beschreibung ist von verschiedenen Vereinfachungen
ausgegangen worden, um anschaulich zu bleiben, jedoch läßt sich das beschriebene
Verfahren verallgemeinern. Umgekehrt ist keine Aussage gemacht über die erforderliche
Genauigkeit, mit der es arbeiten soll, und es sind noch keine Abschätzungen über
die zulässigen Toleranzen angestellt worden. Je größer die zulässigen Spannungstoleranzen
sind und je größer der zulässige Ausgleichsstrom, desto einfacher kann das Verfahren
arbeiten, da sich dann in vielen Fällen weitergehende Verfahrensschritte erübrigen
bzw. verschiedene Anpassungs-Umrechnungen unter vereinfachten Eingangsbedingungen
durchgeführt werden können.
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Die meist im Hinblick auf eine Parallelschaltung der Transformatoren
I und II ausgeführte Beschreibung gilt naturgemäß in analoger Weise für eine Parallelschaltung
der Transformatoren I und III.
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Die erforderliche Umrechnungstabellen, Datentabellen usw.
können
in vorprogrammierten Speichern enthalten sein, für die erforderlichen Umrechnungen
ist ein Rechner vorgesehen, so daß das Steuer- bzw. Regelverfahren weitgehend automatisch
durchgeführt werden kann.