-
Synchron in Abhängigkeit von der Spannung unter Last arbeitende Stufenregeleinrichtung
für Transformatoren oder Drosseln. Bei den Stufenregeleinrichtungen für Transformatoren,
Drosseln od. dgl. wird ein unterbrechungsfreies Umlegen des Laststroms von einer
Anzapfung zur nächst benachbarten dadurch erzielt, daß die zwischen den Anzapfungen
liegende Wicklungsstufe vorübergehend durch Schaltwiderstände überbrückt wird. Insbesondere
werden dabei Schaltanordnungen bevorzugt, die aus zwei Hauptkontakten für die Dauerstellungen
und zwei Hilfskontakten für die beim Umschaltvorgang durchlaufenen Zwischenstellungen
bestehen. Die Schaltwiderstände sind je zwischen einem Hauptkontakt und einem
Hilfskontakt angeordnet. Im Verlauf des Umschaltvorgangs rückt ein beweglicher,
durch Kraftspeicher betätigter Kontakt unaufhaltsam von dem einen Hauptkontakt über
die beiden Hilfskontakte zu dem anderen Hauptkontakt. Dabei treten in wechselnder
Folge zwei Abschalt-und zwei Einschaltvorgänge auf. Bei den Abschaltvorgängen entstehen
Lichtbogen, die zu einem Abbrand und somit zu einer Verringerung der Lebensdauer
der Kontakte führen. Insbesondere müssen nach mehrmaligem Schalten bei höheren Strömen
die Kontakte bald erneuert werden. Dies ist nur nach Abschaltung der Regeleinrichtung
möglich, und es tritt dadurch eine unerwünschte Betriebsunterbrechung ein.
Nach
einem älteren Vorschlag wird dadurch der Kontakta#brand solcher Stufenregeleinrichtungen
verhütet oder herabgesetzt, daß man sie synchron in Abhängigkeit vom Strom oder
der Spannung des Transformators arbeiten läßt. Eine solche Arbeitsweise läßt sich
beispielsweise dadurch erzielen, daß man den vorher durch den Regelwerksmotor geladenen
Kraftspeicher mit Hilfe eines von der Stufenspannung gespeisten Synchronmotors,
Abfallrelais od. dgl. in einem solchen Zeitpunkt der Spannungsphase auslösen läßt
und die treibenden und dämpfenden Kräfte und Massenkräfte der Schalteinrichtung
derart abgleicht, daß die einzelnen Abschaltvorgänge auf ganz bestimmte Punkte,
der Stromkurve,. insbesondere in oder kurz vor den Nulldurchgang des zu schaltenden
Stroms fallen.
-
Bei derart synchron arbeitenden-Stufenregeleinrielltungen ergeben
sich dadurch Schwierigkeiten, daß im Betrieb der Laststrom nach Größe und Phase
Schwankungen unterworfen ist. Diese Schwankungen wirken sich nicht nur in ihrer
absoluten Größe, sondern auch im Verhältnis zur Größe und Phasenlage# des bei der
Überbrückung benachbarter Stufen auftretenden Ausgleichsstroms durch zeitliche Verschiebungen
der Nuildurchgänge des jeweils abzuschaltenden Stroms aus.
-
Die Erfindung hat die Aufgabe, diese Schwierigkeiten zu beseitigen.
Erfindungsgemäß erhält man dadurch die günstigsten Verhältnisse, daß man die beiden
Widerstandskombinationen derart abgleicht, daß der Ausgleichsstrom größenmäßig etwa
unter ein Viertel des Nennlaststroms und sein NuRdurchgang zwischen den Nulldurchgängen
des Laststroms günstigster und ungünstigster Phasenlage liegt und daß man weiter
die Abschaltzeitpunkte für den beweglichen Lastschalterkontakt in oder kurz vor
dem Nulldurchgang des Laststroms günstigster Phasenlage legt. Es empfiehlt sich,
bei dem zweiten Abschaltvorgang, bei dem der abzuschaltende Strom aus der- Summe
des halben Laststronis und des Ausgleichsstroms besteht, um so viel den Abschaltpunkt
vorzuverlegen, als der Ausgleichsstrom eine Voreilung des abzuschaltenden Stroms
gegenüber dem Laststrom günstigster Phasenlage herbeizuführen vermag. Vorteilhaft
ist es, die Überschaltwiderstände derartig abzugleichen, daß die Nulldurchgänge
des Ausgleichsstroms mit den Nulldurchgängen des Laststroms günstigster Phasenlage
zusammenfallen und die Abschaltpunkte in oder unmittelbar vor die Nulldurchgänge
des Laststroms günstigster Phasenlage zu verlegen. Der Zeitpunkt des ersten Abschaltvorgangs
kann in einfacher Weise durch entsprechende Verlegung des Auslösezeitpunktes für
den Kraftspeicher geregelt werden. Die Einstellung des Zeitpunktes des zweiten Abschaltvorgangs
kann durch Änderung der räumlichen Lage der Schalterteile, z. B.- der Kontakte,
oder durch entsprechende Verstimmung der treibenden, dämpfenden und der Massenkräfte
erfolgen.
-
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. i zeigt
einen Ausschnitt aus deni Schaltbild einer Stufenregeleinrichtung. Eine Reihe von
Stufenkontakten i, -- ist'an Anzapfstellen einer Transformatorwicklung
3 angeschlossen. An den Anzapfstellen werden in bekannter Weise bei der Regelung
abwechselnd stromlos die Stufenwähler 4, 5 entlang geschaltet.
6 bis 9 sind die feststehenden Kontakte, io der bewegliche Kontakt
des Lastschalters. Der Kontakt 6 ist mit dem Stufenwähler 4 und über einen
Überschaltwiderstand :ii gemischt Ohmschen und induktiven Charakters mit dem Kontakt
7 verbunden. Der Kontakt 9 ist mit dem Stufenwähler 5
und über
einen Überschaltwiderstand 12 mit dem Kontakt 8 verbunden. Beim Umschalten
des Laststroms von der Stufe i auf die Stufe 2, wird in bekannter Weise durch
einen vorher aufgeladenen Kraftspeicher der bewegliche Kontakt io aus der gezeichneten
Stellung unaufhaltsam über die Zwischenkontakte 7, 8 auf den Kontakt
9 umgelegt. Der bewegliche Kontakt ist an die eine Lastleitung 13 angeschlossen,
während die andere Lastleitung mit einem Ende der Wicklung 3 verbunden ist.
Nach einem älteren Vorscl-Jag wird der Kraftspeicher durch synchron arbeitende Steuermittel
in einem bestimmten Zeitpunkt der Spannungsphase der Wicklung 3 ausgelöst.
Dieser Zeitpunkt ist so gewählt und die Kräfteverhältnisse der Schalteinrichtung
so abgeglichen, daß sich die in der Fig. ?, wiedergegebenen Lagen der Abschaltpunkte
ergeben. Ferner sind die Widerstandskomponenten ii und 12 derart abgeglichen, daß
die Nulldurchgänge des Ausgleichsstroms in die Zeitspanne zwischen den NuRdurchgängen
des Laststroms betriebsmäßig günstigster und ungünstigster Phasenlage fallen, wie
ebenfalls Fig. z zeigt.
-
Hier ist in Abhängigkeit von der Zeit t als Abszisse die Stufenspannung
U aufgetragen. Die Kurve J,
stellt den Laststrom bei betriebsmäßig
günstigster Phasenlage, die Kurve j. bei betriebsmäßig ungünstigster Phasenlage
dar. Bekanntlich zeigen die gebräuchlichen Netze bei Nennbelastung keine allzu großen
Unterschiede im Leistungsfaktor. Entsprechendes gilt bei Ofen- und Bahntransformatoren.
Auf einer tiefer verlegten Abszissenachse B B ist der Strom aufgetragen,
der beim Verlassen des Kontaktes 6 durch den Kontakt io abgeschaltet werden
muß, und zwar entspricht die Kurve ji wieder der günstigsten, die Kurve J12 der
ungünstigsten- Phasenlage. Auf einer noch weiter nach unten versetzten Abszissenachse
C C
ist der Strom aufgetragen, der beim Verlassen des Kontaktes
7 durch den Kontakt io abgeschaltet -werden muß, und zwar zeigt die
Kurve J" , die günstigste, J7, die ungünstigste Phasenlage. Im4 Zeitpunkt
t, berührt der Kontakt io den Kontakt 8, so daß also die Kontakte
7 und 8 überbrückt sind. Der dabei auftretende Ausgleichsstrom ist
mit JA bezeichnet. Er ist die eine Komponente des beim Verlassen des Kontaktes
7 abzuschaltenden Stroms, die andere Komponente ist die Hälfte des Laststroms,
die mit J" für günstigste und mit J,(, für ungünstigste Phasenlage dargestellt ist.
Der beim Kontakt 7 abzuschaltende Strom j7,- bzw. JI'2 setzt sich nach dem
Überlaufen des Zeitpunktes t, aus den Komponenten JA und _TIO bzw.
J2, zusammen. Diese Art der Überlagerung der Stromkomponenten ergibt sich nur bei
der Spannungsregelung in dem einen Sinne, also wenn die Stufenspannung einen Ausgleichsstrom
erzeugt, der etwa die gleiche Richtung wie der Laststrom hat.
Bei
Spannungsregelung in entgegengesetzter Richtung, bei der der Ausgleichsstrom etwa
dem Laststrom entgegengesetzt ist, ergeben sich die weiter unten in Fig. 2 dargestellten
Verhältnisse, und zwar wird dabei angenommen, daß-der bewegliche Kontakt io zunächst
die Kontalit'e 8 und 9 überbrückt und dann auf den Kontakt
6 durchgeschaltet wird. Auf der Abszissenachse DD ist der beim Verlassen
des Kontaktes 9 dargestellte Strom J,1 bzw. J.2, auf der Abszissenachse
EE der beim Verlassen des Kontaktes 8 abzuschaltende Strom J,1 bzw. J., aufgetragen.
Die Komponenten j", J., bzw. JA entsprechen denen der Abszisse CC, jedoch
ist die Phase des Ausgleichsstroms JA jetzt umgekehrt. Der Schnittpunkt t2
der Geraden 14 mit der Abszissenachse BB entspricht dem Abschaltzeitpunkt, in dem
der Kontakt io den Kontakt 6 verläßt, der Schnittpunkt t3 der Geraden 14
mit der Abszisse DD dem Zeitpunkt, in dem bei umgekehrtem Regelsinn der Kontakt'io
den Kontakt 9
verläßt. Die Gerade 15 schneidet die Abszisse CC in dem
Zeitpunkt '4, in dem der Kontakt io den Kontakt 7 verläßt, und die Abszisse EE
im Zeitpunkt t5, in dem der Kontakt io den Kontakt 8 verläßt.
-
Wie die Fig. 2 zeigt, liegt der Nulldurchgang 16 des Ausgleichsstroms
JA zwischen dem Nulldurchgang 17 des Laststroms JI, günstigster Phasenlage
und dem Nulldurchgang 18 des Laststroms J20 ungünstigster Phasenverschiebung. Dies
ist durch entsprechende Abgleichung der Widerstandskomponenten 11, 12 erreicht,
Der Ausgleichsstrom beträgt etwa ein Viertel des Nennlaststroms. Man vermeidet dadurch
zu starke Abweichungen der Nulldurchgänge der Ströme J711 J72 bzw. J.1,
182. Die Abschaltzeitpunkte t2 bis t,
liegen jeweils kurz vor dem Stromnulldurchgang
des Laststroms günstigster Phasenlage. Die Abschaltpunkte 1, 1,5 sind noch
etwas vorgelegt, und zwar um einen Betrag, um den der Ausgleichsstrom eine Voreilung
des abzuschaltenden Stroms gegenüber dem Laststrom bestmöglichen Leistungsfaktors
herbeizuführen vermag.
-
Die richtige Lage der Abschaltpunkte t, t, kann durch Verlegung
des Zeitpunktes der Aiuslösung des' Kraftspeichers eingestellt werden, -während
sich die richtige Lage der Zeitpunkte t, 1, durch entsprechende räumliche Verlagerung
einzelner Schalterteile, Z. B. der Kontakte, oder durch entsprechende Abgleichung
der treibenden, dämpfenden und der Massenkräfte des Schalters einstellen läßt.
-
Die Nulldurchgänge 16 des Ausgleichsstroms JA
kann man auch
mit den Nulldurchgängen 17 des Laststroms bei günstigster Phasenlage zusammenfallen
oder mehr und mehr nähern lassen. Auch dadurch erhält man doch günstige Schaltverhältnisse.
-
Die Erfindung bietet den Vorteil, daß sich die zunächst der Einführung
der synchronen Schaltung bei Stufenregeleinrichtungen wechselnden Belastungscharakters
entgegenstellenden Schwierigkeiten beseitigen oder doch bis auf ein erträgliches
Maß herabdrücken lassen. Durch die Änderung des Belastungscharakters ändern sich
die Schaltleitungen, die im wesentlichen den in Fig. 2 schraffierten Dreiecken entsprechen,
nur unerheblich. Infolge der kleinen abzuschaltenden Leistungen ergibt sich eine
Verringerung der Verrußungsgefahr für das Öl und die Möglichkeit, solche
Schalteinrichtungen wesentlich kleiner zu bauen als bisher.