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Leistungstransformator mit einer Einrichtung zur Blindleistungskompensation
Es ist bekannt, zur Kompensation der induktiven Blindleistung in Elektrizitätsversorgungsanlagen
Kondensatoren zu verwenden, die an eine Leistungswicklung der zur Stromversorgung
dienenden Transformatoren angeschlossen werden.
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Der Bedarf eines Netzes an induktiver Blindleistung ist nicht konstant,
sondern ändert sich je nach der Belastung. Eine Anpassung der kapazitiven Blindleistung
an die jeweilige Belastung des Netzes durch Ab- und Zuschalten einzelner Kondensatoren
oder Kondensatorgruppen bereitet Schwierigkeiten, da die besonders beim Zuschalten
auftretenden kurzschlußartigen Stromstöße schwer zu beherrschen sind.
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Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist bereits vorgeschlagen worden,
daß eine der Leistungsübertragung dienende Transformatorenwicklung über ihre ganze
Länge mit Anzapfungen versehen und über einen Laststufenschalter mit einer Kondensatorbatterie
konstanter Kapazität verbunden wird, wobei die Kondensatorenbatterie jeweils mit
derjenigen Anzapfung verbunden wird, bei der sie gerade diejenige kapazitive Blindleistung
liefert, welche die induktive Blindleistung des Netzes kompensiert.
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Da sich die kapazitive Blindleistung mit dem Quadrat der angelegten
Spannung ändert, so müssen die Anzapfungen ungleichmäßig über die Wicklungen verteilt
sein. Damit wird es möglich, die Leistung eines Kondensators in gleichmäßigen Stufen
von einer maximalen bis zu einer minimalen Größe zu regeln. Da dabei der Kondensator
immer an Spannung bleibt, werden die schwierigen Schaltungs- und Entladungsvorgänge
vermieden. Die zum Regeln einer Kondensatorbatterie benutzte Leistungswicklung eines
Transformators wird an der jeweiligen Anzapfungsstelle
elektrisch
in zwei Teile zerlegt, welche zwei voneinander verschiedene Blindströme führen.
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Dadurch wird eine erhebliche Störung des Gleichgewichtes der Amperewindungen
verursacht. Dies macht eine von der üblichen Wicklungsanordnung abweichende Ausführung
notwendig.
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Eine Möglichkeit bestünde darin, die betreffende Wicklung in ebenso
vielen Lagen anzuordnen, wie Anzapfungen vorhanden sind. Da aber die Anzapfungen
in ungleichmäßigen Stufen bis z. B. etwa ein Drittel der Gesamtspannung herab angeordnet
werden müssen, so führt dies durch die dabei auftretenden hohen Spannungsdifferenzen
zu einem komplizierten und weiträumigen Wicklungsaufbau, der auch die Kurzschlußspannung
nachteilig beeinflußt. Bei Netzspannungen über 2o kV wird diese Ausführung fast
unmöglich.
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Nach der Erfindung läßt sich die Herstellung des Amperewindungsgleichgewichtes
dadurch einfacher gestalten, daß bei einem Leistungstransformator mit einer Einrichtung
zur Blindleistungskompensation und den zum wahlweisen Anschalten der Kondensatorbatterie
dienenden Anzapfungen an einer Leistungswicklung noch eine zusätzliche Wicklung
vorgesehen ist, die in eine Anzahl parallel geschalteter Abschnitte gleicher Spannung
unterteilt ist. Dabei ist vorzugsweise die axiale Länge der Einzelabschnitte gleich
oder annähernd gleich der axialen Länge der Einzelspulen der Leistungswicklung des
Transformators gewählt.
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Der Hauptvorteil dieser Zusatzwicklung ist, daß sie sich bei jeder
Umschaltung der Kondensatorenbatterie an der angezapften Leistungswicklung selbsttätig
derart belastet, daß sie sich in zwei einander entgegenwirkende Abschnitte teilt.
Das Amperewindungsgleichgewicht bleibt durch diese Schubwirkung der Zusatzwicklung
erhalten. Im folgenden wird daher diese Wicklung als selbstgeregelte Vielfachschubwicklung
bezeichnet.
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Bei dreiphasigen Transformatoren kann diese Vielfachschubwicklung
bei entsprechender Dimensionierung in Dreieck geschaltet werden und dadurch gleichzeitig
als Tertiärwicklung dienen.
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Die Wirkungsweise dieser Vielfachschubwicklung ist in dem Schaltbild
bei verschiedenen Schaltmöglichkeiten dargestellt.
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Es ist I Primärwicklung, II selbstgeregelte Vielfachschubwicklung
(am Eisenkern liegend, -d. h. unmittelbar zwischen Eisenkern und Leistungswicklung
angeordnet), III Sekundärwicklung = angezapfter Leistungswicklung, IIIa unterer
Teil der Wicklungen, IIIb obererTeil der Wicklungen, IL induktiver Blindstrom der
angezapften Leistungswicklung, J, kapazitiver Blindstrom der angezapften Leistungswicklung,
J, - JL kapazitiver Reststrom der angezapften Leistungswicklung, J, Blindstrom
in der Vielfachschubwicklung, J" Blindstrom in der nicht angezapften Leistungswicklung.
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i. Fall: vollkommene Kompensation (Abb. z und z) Beispiel Die nicht
angezapfte Primärwicklung des Transformators wird aus einem Oberspannungsnetz gespeist.
An der Sekundärwicklung hängt ein Unterspannungsnetz mit vielen Verbrauchern, die
einen schwankenden Blindleistungsbedarf haben. An besonderen Anzapfungen der Sekundärwicklung
wird daher über einen Lastschalter eine Kondensatorbatterie angeschlossen. Sie liegt
im betrachteten Augenblick an einer Anzapfung mit derjenigen Spannung, bei der die
Kondensatorbatterie gerade so viel kapazitive Blindleistung abgibt, daß die induktive
Blindleistung des Netzes kompensiert wird. Die Wirkleistung bleibe außer Betracht,
da sie wie bei jedem anderen Transformator übertragen wird. Der induktive Blindstrom
des Unterspannungsnetzes, der auch die Sekundärwicklung durchfließt, sei
JL. Da die kapazitive Blindleistung bei einer niederen Spannung aufgebracht werden
muß, als die induktive abgegeben wird, muß der kapazitive Blindstrom J,; größer
sein, und zwar ist
Der untere Teil IIIQ der Sekundärwicklung wird sowohl von J, als auch von JL durchflossen,
die sich aufheben bis auf einen kapazitiven Reststrom J, - JL. Der obere
Teil IIIb der Sekundärwicklung wird vom ganzen Strom JL durchflossen. Nun erregt
der im unteren Teil III" der Sekundärwicklung fließende kapazitive Reststrom im
unteren Teil der Vielfachschubwicklung einen Strom von der Größe
(in einem der parallelen Zweige des unterenTeiles fließt dann bei Abb. i :
und bei Abb. 2 :
) . Der im oberen Teil der Sekundärwicklung fließende induktive Strom 1L erregt
im oberen Teil der Vielfachschubwicklung einen Strom
(in einem der parallelen Zweige des oberen Teiles fließt dann bei Abb. i::
und bei Abb. 2 : ) , die
beiden Ströme im oberen und im unteren Teil der Vielfachschubwicklung sind gleich
groß und heben sich auf
d. h. in jedem Augenblick ist der Wert der Amperewindungen JL ' (wi - Ws)
= Jv ' Ws = (J@ - JL) w2.
2. Fall: Unter- oder Überkompensation
(Abb. 3)
Anordnung genau wie bei Fall i. Die Kompensation erfolgt genau wie beim ersten Beispiel
bis auf einen kapazitiven oder induktiven Reststrom, der sich jetzt über die selbstgeregelte
Vielfachschubwicklung mit der Primärwicklung ausgleicht. Beispiel Unterkompensation.
Der induktive Blindstrom im unteren Teil IIIa der Sekundärwicklung sei gerade so
groß wie der dort fließende kapazitive Strom. Beide heben sich auf. Es fließt kein
Blindstrom mehr. Zur Kompensation des induktiven Blindstromes im oberen Teil IIIb
der Wicklung werden von der Primärwicklung die Blindamperewindungen
und von der Vielfachschubwicklung
aufgebracht. Die damit auch im unteren Teil der Vielfachschubwicklung vorhandenen
Blindamperewindungen
werden gleichmäßig vom unteren Teil der Primärwicklung aufgebracht, so daß gilt:
Das Amperewindungsgleichgewicht bleibt also auch in diesem Falle erhalten.
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Eine Vielfachschubwicklung nach der Erfindung ist nicht nur für den
Anschluß einer Kondensatorbatterie an wechselnde Teile einer Transformatorleistungswicklung
brauchbar, sondern hat ihre Bedeutung überall dort, wo eine ungleichmäßige Verteilung
der Amperewindungen in einer Leistungswicklung zustande kommt.
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Ein solcher Fall liegt z. B. vor, wenn die Anzapfungen der Leistungswicklung
anstatt zum Anschluß eines Kondensators zur Regelung der vom Transformator gelieferten
Spannung für irgendwelche Stromverbraucher, z. B. Stromrichter, dienen, d. h. wenn
es sich um einen regelbaren Transformator handelt, der sowohl in Sparschaltung als
auch mit getrennten Wicklungen ausgeführt sein kann.
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Eine zunächst ungleiche Verteilung der Amperewindungen einer Leistungswicklung
kann sich sogar auch dann ergeben, wenn keine Leistungsteile abgeschaltet werden,
wenn aber z. B. bei einem Höchstspannungstransformator die inneren kapazitiven Ausgleichströme
eine merklich ungleiche Verteilung der Amperewindungen bewirken.
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In allen solchen Fällen wird, wie gesagt, durch die Vielfachschubwicklung
nach der Erfindung ein wirksamer Ausgleich im Sinne einer gleichmäßigen Verteilung
der resultierenden Amperewindungen längs der Transformatorsäule erzielt.