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Spar- oder Zusatztransformator mit Ober- und unterspannungsseitiger
Spannungsregelung Insbesondere bei Transformatoren mit hohen Betriebsspannungen,
bei denen man zur Beherrschung der Isolationsprobleme zur Erdung eines Poles bei
Einphasenanlagen oder des Sternpunktes bei Dreiphasenanlagen übergeht, erweist es
sich als zweckmäßig, zur Leistungsübertragung zwischen zwei Netzen mit verschieden
hoher Spannung (Unter- und Oberspannung) statt der bei ungeerdeten Netzen üblichen
Leistungstransformatoren die kleineren und billigeren Spartransformatoren oder Zusatztransformatoren
anzuwenden. Auch bei Anwendung dieser Spar- oder Zusatztransformatoren besteht der
Wunsch, sowohl die Höhe der Unterspannung als auch die der Oberspannung stufenweise
zu regeln. Zu diesem Zweck ist vorgeschlagen worden, die Wicklungen, welche die
Unterspannungsableitung bzw. die Oberspannungsableitung speisen, zum Teil als Stufenwicklungen
auszubilden und diese mit Regelschaltern auszurüsten, die die stufenweise Erhöhung
bzw. Erniedrigung der Spannungen an den Ableitungen bewirken. Wegen der Isolationsschwierigkeit
und der Stoßspannungsempfindlichkeit ist es erforderlich, jede Stufenwicklung nebst
Regelschalter auf einem möglichst niedrigen Spannungsniveau anzubringen. Im Bild
z und 2 sind die bisherigen Vorschläge zur Regelung der Spannung an den ober- und
unterspannungsseitigen Ableitungen dargestellt, die obigen Grundsätzen entsprechen.
Bild r stellt einen Spartransformator zur Leistungsübertragung von der Oberspannung
zur Unterspannung oder umgekehrt dar. Bild 2
zeigt in seinem oberen
Teil einen Zusatztransformator, der vom Spannungspotential des unten gezeichneten,
in das Unterspannungsnetz über die Ableitung US liefernden, normalen Leistungstransformators
eine zusätzliche Leistung in das Oberspannungsnetz über die Ableitung OS abzugeben
gestattet. In den Bildern i und 2 wird die Unterspannung -am Sternpunkt geregelt,
während die Oberspannung im Spannungsbereich der Unterspannung geregelt wird. Trotz
Erfüllung der Voraussetzung, daß auf einem möglichst niedrigen Spannungsniveau geregelt
werden soll, ist der Aufwand zweier Stufenwicklungen und zweier Regelschalter mit
der entsprechenden Zahl von Anzapfungszuleitungen zwischen Stufenwicklungen und
Regelschaltern so groß, daß eine bemerkenswerte Einschränkung der Leistungsfähigkeit
bahntransportfähiger Grenzleistungstransformatoren eintritt. Außerdem setzt ein
Zusatztransformator gemäß Bild 2 das Vorhandensein eines* am Nullpunkt geregelten
Leistungstransformators zur Speisung der Unterspannungsseite voraus. Das ist aber
meistens nicht der Fall.
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Die Erfindung schafft hier dadurch Abhilfe, daß beide Regelungen mit
Hilfe der gleichen Stufenwicklung unter Verwendung zweier an diese Stufenwicklung
angeschlossener Regelschalter durchgeführt werden. Die Stufenwicklung ist dabei
im Spannungsbereich der Unterspannungsableitung US angeordnet und deren Anzapfungsableitungen
sind mit den beiden Regelschaltern verbunden. Es werden also eine Stufenwicklung
und deren Anzapfungsableitungen zu einem Regelschalter erspart. Dadurch vermindern
sich der Aufwand und die Dimensionen beträchtlich.
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Die besondere Art der Zusammenschaltung der Stufenwicklung sowie der
beiden Regelschalter mit den Teilwicklungen und den unter- und oberspannungsseitigen
Ableitungen US und OS des Spar- bzw. Zusatztransformators bewirkt es, daß die beiden
Ableitungen unabhängig voneinander in ihrer Spannung geregelt werden können, und
daß hierbei auch die Induktion des Eisenkerns mÖglichst konstant gehalten werden
kann.
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Die Bilder 3 bis 5 geben mögliche Anordnungen der Erfindung wieder.
Bild 3 zeigt -einen Spartransformator, der auf dem Eisenkern i die beiden Stammwicklungen
:2 und 3 der Unter- bzw. Oberspannungsseite und die Stufenwicklung 4 trägt. Die
Anzapfungen der Stufenwicklung 4 sind mit den Kontakten der nur schematisch angedeuteten
Regelschalter 5 und 6 verbunden; deren Ableitungen 7 und 8 führen einerseits zum'
Anfang der oberspannungsseitigen Stammwicklung 3 und anderseits zur Unterspannungsableitung
US. Dadurch kann der Regelschalter 5 das Potential der Oberspannung und der Regelschalter
6 das Potential der Unterspannung im Ausmaß -der Spannungsdifferenz der Stufenwicklung
4 regeln. Die für das - Übersetzungsverhältnis Oberspannung/ Unterspannung wesentliche
Potentialdifferenz zwischen Ober- und Unterspannung kann jedoch um den doppelten
Betrag geregelt werden. Wenn man beispielsweise den Regelschalter 5 in seine höchste
Stellung und den Regelschalter 6 in seine tiefste Stellung bringt, erhält man die
größte Potentialdifferenz (s. Bild 6 a). Umgekehrt kann man die kleinste Potentialdifferenz
zwischen Ober- und Unterspannung hervorbringen, wenn man den Regelschalter 5 in
seine tiefste und den Regelschalter 6 in seine höchste Stellung bringt (s. Bild
6c). Die mittlere Potentialdifferenz ergibt sich in der Mittelstellung (Bild 6b),
die auch in Bild 3 angedeutet ist.
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Bild 4 zeigt in seiner oberen Hälfte einen Zusatztransformator mit
einer speisenden Parallelwicklung PW und einer spannungserhöhenden Reihenwicklung
RW, von der ein Teil als Stammwicklung 3 und ein Teil als Stufenwicklung 4 ausgebildet
ist. Genau -wie bei Bild 3 sind zwei Regelschalter 5 und 6 vorgesehen, deren Ableitungen
7 und 8 über die Stammwicklung 3 der Reihenwicklung RW mit der Oberspannungsableitung
OS bzw. direkt mit der Unterspannungsableitung US verbunden sind. Außer dem Zusatztransformator
ist im unteren Teil von Bild 4 ein normaler Leistungstransformator mit seiner Primärwicklung
9 und seiner Sekundärwicklung io gezeichnet. Letztere ist an die mittlere Anzapfung
der Stufenwicklung 4 des Zusatztransformators angeschlossen, die dem mittleren Potential
der Unterspannung entspricht. In der im Bild 4 angedeuteten Mittelstellüng der beiden
Regelschalter 5 und 6 erhalten also die beiden Ober- und unterspannungsseitigen
Ableitungen OS und US die dem Nennübersetzungsverhältnis entsprechenden Potentiale.
Auch hier können die Potentialdifferenzen durch entsprechende Veränderung der Reglerstellung
gemäß Bild 6 a bis 6 c, wie sie bei der Beschreibung des Spartransformators nach
Bild 3 dargelegt wurde, im doppelten Ausmaß der Regelspannung der Stufenwicklung
4 vergrößert oder verkleinert werden.
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Die Bilder 4 und 5, die in zeichnerischen Zusammenhang miteinander
gebracht wurden, zeigen außer den beschriebenen Einzelheiten auch das Zusammenarbeiten
eines normalen, für die Energieübertragung zur Unterspannung bestimmten Leistungstransformators,
bestehend aus den Wicklungen 9, io mit einem Zusatztransformator, bestehend aus
den Wicklungen PW, 3, 4 und einem Spartransformator mit den Wicklungen 2,
3, 4 zur beliebigen Leistungsübertragung von den Generatoren eines Kraftwerks K
auf ein Unter- und ein Oberspannungsnetz sowie von einem dieser beiden Netze in
das andere. Hierbei ist angenommen, daß das Oberspannungsnetz im allgemeinen vom
Kraftwerk zu einem Netzknotenpunkt Leistung überträgt, während das Unterspannungsnetz
sowohl vom Kraftwerk als auch vom Netzknotenpunkt Leistung zu den Unterverbrauchsstellen
transportiert. Die eingezeichneten Pfeile geben die sich einstellenden Energierichtungen
an. Hierbei ist im Bild 5 zusätzlich zu der Darstellung nach Bild 3 eine weitere
Ableitung i i zum Unterspannungsnetz gezeichnet, die mit der mittleren
Anzapfung
der Stufenwicklung 4. verbunden ist. Hierdurch ist es beispielsweise mit Hilfe des
Regelschalters 6 möglich, zwischen den rechts bzw. links abgehenden Unterspannungsableitungen
i i bzw. i2 noch eine Potentialdifferenz zu schaffen, um damit die an der Ableitung
i i hängenden Ausläuferleitungen mit einer anderen Spannung zu fahren als die an
der Ableitung 12 hängende Kupplungsleitung. Selbstverständlich kann die Unterspannungsableitung
i i auch mit einem nicht unter Last regelbaren Umsteller an die Anzapfungen der
Stufenwicklung q. gelegt werden, wodurch man eine gewisse Anpassung des Spannungsniveaus
an die gewünschte Netzspannung erhält.
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Ferner ist im Bild 5 in Abänderung der Schaltung nach Bild 3 eine
weitere Möglichkeit, wie die Stufenwicklung q. und die Regelschalter 5 und 6 mit
den Stammwicklungen :2 und 3 sowie mit der Unterspannungsableitung US verbunden
werden können, gezeichnet. Die Wahl der Schaltung richtet sich nach dem jeweiligen
Verwendungszweck.
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Ein wichtiges Ziel der Konstruktion und des Betriebes von Transformatoren
ist die Vermeidung zu hoher Induktionen und zu hoher Induktionsschwankungen im Eisenkern,
da hierdurch sowohl die Typenleistung des Transformators als auch die Eisenverluste
ungebührlich ansteigen. Die Anwendung der erfindungsgemäßenSpannungsregelung gestattet
es, die Induktion des Eisenkerns weitgehend konstant zu halten und innerhalb der
Grenzen des Spannungsbereichs der Stufenwicklung unabhängig von dem Übersetzungsverhältnis
zu regeln. Das geschieht dadurch, daß die beiden Regelschalter 5 und 6 in den Bildern
3 bis 5 gemeinsam in der gleichen Richtung höher oder tiefer verstellt werden, wie
es die Bilder 6 d bis 6 f für ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis andeuten. Hierdurch
ergibt sich die Tatsache, daß die Regelrichtung (höher oder tiefer) der beiden Regelschalter
5 und 6 verschieden ist, je nachdem, ob eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses
(Potentialdifferenz) oder eine Änderung der Induktion des Eisenkerns erzielt werden
soll. Im ersten Falle müssen die Regler 5 und 6 in entgegengesetzter Richtung (Pfeile
13), im zweiten Falle müssen sie in gleicher Richtung (Pfeile 1q.) höher
oder tiefer geregelt werden. Deshalb empfiehlt es sich, für die Betätigung der beiden
Regelschalter eine Steuereinrichtung vorzusehen, die es gestattet, beide Regelschalter
unabhängig voneinander im beliebigen Regelsinn oder gemeinsam miteinander im gleichen
"oder entgegengesetzten Regelsinn zu steuern.