DE943138C - Anordnung zur stufenweisen Regelung der Blindleistungsabgabe einer Kondensatorbatterie an ein Elektrizitaetsversorgungsnetz - Google Patents

Description

• Anordnung zur stufenweisen Regelung der Blindleistungsabgabe einer Kondensatorbatterie an ein Elektrizitätsversorgungsnetz Die zunehmende Verschärfung des Blindstromproblems in der öffentlichen Elektrizitätsversorgung hat die Notwendigkeit mit sich gebracht, die Blindleistungserzeugung mit Kondensatoren dem sich im Laufe der einzelnen Tageszeiten ändernden Blindstrombedarf des Netzes anzupassen. Die bisher meist angewandte Lösung ist die Ein- und Ausschaltung eines Kondensators durch einen mit Vorstufen versehenen Leistungsschalter. Es sind ferner Lösungen vorgeschlagen und verwirklicht (siehe deutsche Patentschrift 731 0,g, 755 607) worden, bei denen eine aus vielen Einzelelementen zusammengesetzte Kondensatorbatterie mit Hilfe eines Kondensatorregelschalters stufenweise ein-oder ausgeschaltet wird und der Anschluß einer Kondensatorbatterie über einen Induktionsregler an die Netzsammelschiene. Jede dieser Ausführungsarten hat ihr besonderes Anwendungsgebiet, in dem ihre betrieblichen und wirtschaftlichen Vorteile überwiegend zur Geltung kommen. Es bleiben jedoch auf dem Gebiet der Blindleistungsregelung noch große Lücken auszufüllen. Hier hat die im folgenden beschriebene Erfindung dann eine über die betrieblichen und wirtschaftlichen Vorteile der vorgenannten Ausführungsformen -wesentlich hinausgehende Zweckmäßigkeit, wenn ein auch anderen Zwecken dienender Netztransformator zur Verfügung steht, der neben seiner normalen Aufgabe der Umspannung der vergleichsweise großen Netzleistung auch die Aufgabe der Speisung einer Kondensatorbatterie mitübernehmen kann. In diesem Falle kann anstatt eines verhältnismäßig verwickelten Kondensator-Regelschalters ein einfacher und deshalb billigerer Spannungsregelschalter Verwendung finden, wie er im Transformatorbau seit langem üblich ist, und die Kondensatorbatterie selber braucht nicht mehr aus vielen gegeneinander mit voller Netzspannung isolierten Einzelstufen zu bestehen, sondern kann als einfache Batterie gebaut werden. Auch ist kein nur für die Regelung der Kondensatorbatterie besonders ausgelegter und für die besonderen Betriebsverhältnisse gebauter vollständiger Regeltransformator oder Induktionsregler erforderlich, dessen Kosten man sich nur in Sonderfällen, wie z. B. bei Rundfunk-, Gleichrichter- oder Umrichteranlagen leisten kann.
• Gegenstand der Erfindung ist also eine -Anordnung zur stufenweisen Regelung der Blindleistungsabgabe einer Kondensatorbatterie an ein Elektrizitätsversorgungsnetz, wobei der Kondensatorbatterie aus -einer mit dem Elektrizitätsversorgungsnetz galvanisch oder magnetisch verbundenen, mit An- zapf ungen versehenen Wicklung eines auch anderen Zwecken dienenden Netztransformators über einen unter Last umschaltbaren Stufenregler stufenweise veränderliche Spannungen zugeführt werden.
• In Abb. i der Zeichnung ist durch Primärwicklung P, Eisenkern E und Sekundärwicklung S eine Phase eines normalen Drehs,tromnetztransformators mit Spannungsregelung am Sternpunkt der Primärseite gezeichnet. K stellt eine Kondensatorbatterie dar, deren Betriebsspannung höchstens gleich der Phasenspannung des Netztransformators ist. Die Sekundärwicklung S des Transformators hat Anzapfungen von o,ooo bis i,ooo, die über einen normalen Spannungsregelschalter R, bei dem lediglich die Überschaltwiderstände nach besonderen Gesichtspunkten zu bemessen sind, mit der unteren Klemme der Kondensatorbatterie K verbunden werden können. Die obere Klemme der Kondensatorbatterie K ist mit der Netzableitung der Sekundärwicklung S dauernd fest verbunden. Dadurch besteht die Möglichkeit, der Kondensatorbatterie K je nach der Stellung des Regelschalters R eine mehr oder minder große Spannung ans, der Sekundärcvicldung S zuzuführen. Im Falle der Abb. i steht der RegelschalterR auf der AnzaPfung 0,746; infolgedessen erhält die Kondensatorbatterie K die Spannungsdifferenz zwischen o,ooo und 0,746. Ouadratisch m=it der Größe der angelegten, Spannung tt, die in der gezeichneten Stellung gleich 74,6:°/a der vollen Wicklungsspannung Uist, ändert sich die von der Kondensatorbafterie K abgegebene Blindleistung Nb (gemessen in BkW).
• Um trotz der quadratischen Abhängigkeit der Blindleistung Nb von der Spannung u eine gleüchmäßige Stufung dies jeweiligen Blündleistungszuwachses zu erhalten, sind die durch die Anzapfungen o,ooo bis, i,ooo von der Sekundärwicklung S abgegriffenen Spannungsdifferenzen proportional der Quadratwurzel des gewünschtenBlindleüstungsanteils, an der gesamten, durch die volle Span, nung U erzeugbaren Blindleistung bemessen. Es ergeben sich so die durch d'ie Zwischenwerte o,333 bis o',943 gekennzeichneten Differenzspannungs werte für die Anbringung der Anzapfmlgen an der S elcundärw icklung S.
• Für den Spannungsregelschalter R eirgeben sich normalerweise aus den verschiedenen großen Spannungsstufen zwischen. dien an der Sekundärwicklung S angebrachten Anzapfungen Schwierigkeiten in der Bemessung der iriberschaltvN#iders.tänd@, die die Lebensdauer der Lastscha,ltkontakte infolge ungleichmäßigen Kontaktabb,randes herabsetzen. Hier kann gemäß der weiteren Erfindung durch eine geeignete Bemessung des Ohmwertes der an d!ie Kontakte angeschlossenen Überschaltwiderctände, Ab- hilfe geschaffen, werden.
• Durch die Überschaltwiderstände des Spannungsreglers. R (Abb. i) fließen. Ströme, die sich in bekannter Weise aus zwei Komponenten. zusammensetzen. Die eine Komponente ist der der Spannung um go° vorauseilende Kondensatorstrom, die andere Komponente ist der durch die übeirschaltwiderständde begrenzte Ausgleichsstrom, der kurzzeitig beim Überschelten zwischen den beiden zu wechselnden Anzapfungen fließt. Im Fall der Anwendung ohmscher überschaltwidbrs.tände ist dlieser mit der Spannung in Phase. Kondensatorstrom und Ausgleichsstrom setzen. sich also, rechtwinklig zum resultierenden, der Hypotenuse proportionalem. Strom zusammen. Von Stufe zu Stufe fortschreitend ändern sich beide Ströme entgegengesetzt. Dies ist in Abb. 3 dargestellt. Deir senkrechte Vektor bezeichnet die in neun Stufen U 1 bis U9 unteirteilte Transformatoirspannvung, die den Kondensator speist.. Ihre Differenzspannungen zwischen denn Stufen, steigen von Ust mta = U9-U8 bis Ust niax - U2-Ui' Die waagerechten Vektoren bezeichnen, die bei jeder Spannungsstufe sich einstellenden Blindstronmflüsse dies Kondensators, die von ist max; beii Stufe Ue-U8 bis auf Ist mta bei U2 -Ui abnehmen. Die zwei verschieden gerichteten, verschieden großen, und von Stufe zu Stufe verschieden veränderlichen Stromflüsse können bei geeigneter Bemessung der Überschaltwiderstände gemäß Abb. .4 als geometrische Summe die dien gestrichelten, Hypotenusen entsprechenden. resultierenden Ströme ergeben.. Diese sind zwar nicht vollkommen untereinander gleich; sie weichen jedoch nur in technisch zulässiger Größenordnung voneinander ab. Die Voraussetzung für die Erzielung dieser Stromverteilung ist die Bemessung der Ohmwerte der an die Umschaltkontakte angeschlossenen Widerstände nach der in Abb,. q. angeschriebenen Gleichung Bei Bemessung der Widerstände nach dieser Gleichung nimmt die geometrische Summe aus den mit sinkender Blindleistung kleiner werdenden kapazitiven Blindströmen und den gleichzeitig infolge; der steigenden Spannungsstufen größer werdende, ohmschen Ausgleichsströmen in den einzelnen Stufen die gestrichelt gezeichneten, wenig voneinander abweichenden Werte an.
• Für die Sekundärwicklung S des Netztransformators (Abb. i) ergibt sich aus der Speisung der Kondensatorbatterie K aus verschieden großen An: teilen an der Gesamtwicklung (gezeichnet ist die Speisung aus dem Wicklungsteil o,ooo bis 0,746) noch das Problem des verschiedenartigen Stromflu,sses in, dem speisenden Teil der Wicklung im Vergleich, zu dem nicht speisenden; Teil der Wicklung (im gezeichnetem; Fall 0,746 bis i,ooo). Der der Spannung um go° voreilende Kapazitätsstrom der Kon.d,ensatorba:tterie K durchfließt die Sekundärwicklung S zusätzlich zu dem ohne den. Kondtnsator auftretenden Sekundärstrom nur auf der oberen Teilwicklung und, bringt dort außer der Stromveränderung in erhöhendem oder verkleinerndem, Sinne auch noch eine Winkelverdrehung hervor. Damit ist deir Strombelag des Eisenkerns E auf seiner Länge ungleichmäßig. Zu; seiner Vergleichmäßigung empfiehlt sich entweder die Anwendung einer Mehrfachwicklung, bei der die Windungen. jeder Spannungsstufe, wie bei Regeltransformatoren vielfach üblich, über die ganze Schenkellänge des Eisenkerns E verteilt sind, oder die Anwendung einer besonderen Schubwicklung, die aus ebensoviel Spulen besteht wie die Sekundärwicklung und deren Einzelspulen untereinander parallel geschaltet sind. Im letzteren Falle ermöglicht es, diel an sich bekannte Wirkung der Schubwicklung, die Sekundärwicklung des Transformators in üblicher Weise aus Scheibenspulen aufzuhauen.
• Verwendet man eine Schubwicklung Sch, wie sie in den beiden Abb. i und 2 schematisch gezeichnet ist, so kann sie entweder für jeden Schenkel einzeln ohne Verbindung mit den Schubwicklungen der anderen Schenkel angeordnet werden (Abb,. i), oder sie kann mit den Schubwicklungen der anderen Schenkel in beliebiger Schaltung verbunden werden. Abb.2 deutet -die Verbindung in Dreieckschaltung an. Diese hat den: Vorteil, daß sie- in der Art der üblichen Tertsiärwicklungen zur SymmetrieTung der magnetischen Flüsse in den drei Schenkeln. eines Drehstromtransformators im Rahmen ihrer StrombeIastungsfähigkeit mitwirken kann. Außerdem kann siel bei entsprechender Auslegung der Windungszahl zur Entnahme einer Tertiä.rspannung aus dem Trans,fo@rmato@r, z. B. für Eigenbedarfszwecke, herangezogen werden.
• Verzichten man. auf die Mitbenutzung der Schubwicklung zu solchen Zwecken., so kann sie, in wesentlich vereinfachter Form mit nur einer Windung je Spule der Sekundärwicklung S aus einem längs geschlitzten Kupferzylinder bestehen, der gegebenenfalls zur Vermeidung von Wirbelstromverlus.ten in der Höhe der jeweiligen Trennstellen zwischen zwei Spulen der Sekun.därwiclclung,S so weit -aufgeschlitzt wird:, daß noch zwei axiale Stromverbindungen., die der Parallelschaltung der einzelnen. Schuhspulen, dienen, verbleiben,.
• Ein solcher geschlitzter Kupferzylinder würde sich besonders gut dazu eignen, durch galvanische Verbindung mit einem der Pole des Kondensators eine Verbesserung der kapazitiven Durchkoppelung aller Spulen. der Sekundärwicklung S zwecks Erhöhung der Überspannungssicherung sowohl für die Trafo,wicklung S mit ihren Anzapfungen als auch für- den Regelschalter R herbeizuführen. Entschließt man sich,, diese kapaziitivei Durchkoppelung von den, dien Netzleitungen abgewandten Seiten der Kondenratorbatterie aus vorzunehmen, wie, es in Abh. i gezeichnet ist, so, hat man, die Möglichkeit, durch Anbringen der Schubwicklung zwischen dem Eisenkern E und der Sekundärwicklung S die Erdkapazität der Kondlensatorbatterüe K zu: vergrößern und! damit einen Teil des gegebenenfalls. von den Netzleitungen herkommenden Wand'erwellenstrames zwecks Abflachung der Wanderwellenstirn durch die Koridiensatoirbatteirie abzuleiten.
• Hinsichtlich der Speisung der Kondensa,torbatterie K aus einer Betriebswicklung dies Transformators (z. B. Sekundärwicklung S) gibt es mehrere Möglichkeiten, die je nach der Höhe der Betriebsspannung der Wicklung und je nach der Zahl der gewünschten Anzapfungen sowie je nach der Art dies Reglers R unterschiedlich sind. Zwei betrieblich und wirtschaftlich vorteilhafte Schaltungen sind in den. Abb. i und, 2 dargestellt. Bei der ersteren ist die Kondensatorbatterie K mit der Netzableitung der Selcundä.rwicklung S fest verbunden, während die veränderliche, durch den Spannungsregler R der Kondensatorbatterie zuzuleitende Spannung vom, der Sternpunktseiite her abgegriffen wird. Diese Schaltung hat gegenüber ihrer Umkehrung, bei der die KondensatorbatterieK fest mit der Nullpunktseite der Wicklung verbunden, ist, den Vorteil geringerer überspannungsgefährdung des Reglers.
• Gemäß Abh. 2 ist die Kondensa;torbatterie weder mit der Netzableitung noch mit dem Sternpunkt der Transformatorwicklung verbunden, sondern hat von. beiden Seiten her über den DoppelregelschaIter Verbindung zu dien Anzapfungen der Wicklung. Im gezeichneten Fall speist der zwischen den Anzapfungen o,816 und 0,184 liegende Wicklungsteil die Kondensatorbatterie. Eine Vergrößerung der Blindleistungsabgabe der Kondensatorbatterie wird durch Wei.terschalten der Regelsch:alteirkon,takte in Richtung i,ooo bzw. o,ooo bewirkt, während, eine, Verkleinerung der Blindleistungsabgabe durch beiderseitige Weiterschaltung der Regelschalterkontakte zur mittleren Anzapfung o,5.oo erzielt wird.
• Stehen beide Regelschalterkontakte auf o,5oo, so findet keine Blindleistungsabgabe mehr statt, da die beiden Kondensatorpale miteinander verbunden sind. -Bei Anwendung dieser Schaltung kann man die doppelte Stufenzahl wie nach Abh. i erreichen, oder man kann bei Anwendung zweier getrennter Spannungsregler unter Ausnutzung der höchstzulässigen Stufenspa:nnungsgröße (diese tritt äuf zwischen den Anzapfungen 0,7.24 bzw. 0476 und o,5oo) Wicklungen von doppelter Betriebsspannung zur K ondensatorspeisung heranziehen. Eignet sich beispielsweise die Anordntuig gemäß Aber. i mit dem einfacheren Spannungsregler für 2o ooo-Volt-Netze, so ist die Anordnung nach Abb,.2 beii Verwendung zweier Spannungsregler für q.o ooo-Vo@lt-Netze anwendbar.
• Die vorbeschriebene Anwendung zweier getrennter Spannungsregler an der gleichen Transformatorwicklung S (Abh. 2) biletet in an seich beJeanntter Weise die Möglichkeit zur abwechselnden -Schaltung der beiden. Regelschalter.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur stttfanweisen Regelung der Blindleistungsabgabe einer Kondensatorbatterie an ein Elektrizitätsversorgungsnetz, dä.-durch gekennzeichnet, daß der Kondensatorbatteriet aus. einer mit dem Elektriz.itätsversorgungsnetz gaiva.nisch oder magnetisch verbundenen, mit Anzapfungen versehenen Wicklung eines auch anderen, Zwecken dienenden Netztransformators über einen unter Last umschaltb-aren Stufenregler stufenweise veränderliche Spannungen zugeführt werden.
2. 2. Anordnung nach. Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da,ß zur Erzielung einer gleichmäßigen Blindleistungsstufung die Spannungs.-stufung der an der Wicklung des. Netztransformato,rs angebrachten Anzapfungen propoirtional der Quadratwurzel des gewünschten Blindleistungsanteils- an dier gesamten Blind= Leistung erfolgt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gzkennzeichnet, daß zur Erzielung eines möglichst gleichmäßigen Kontaktabbrandes an den unter Last abschaltenden Widerstandskontaktendes Lastumschalters die Bemessung dies Ohmwertes der an diese Kontakte angeschlossenen Widerstände so erfolgt, daß die geometrische Summe aus dem mit sinkender Blindleistung kleiner werdenden kapazit.iven Blindstrom und dem gleichzeitig infolge steigender Spannungsstufen größer werdenden ohmschen Ausgleichsstrom in den :einzelnen Stufen möglichst wenig voneinander abweichende Werte annimmt. q..
4. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich. des Strombelages des Eisenkerns in denjenigen Stufenreglerstellungern, in. denen die Kondensatorbatterie nur zu einem Teil der Wicklung des Netztransformators. parallel geschaltet ist, die Wicklungsteile der einzelnen Transformatorstufen einzeln oder gruppenweise über die ganze Länge des Transformatorschenkels verteilt sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich das. Strombelages des. Eisenkerns in, denijenngen Stufenreglerstellungen, in, denen dlie Ko:ndensratorbatterie nur zu einem Teil der Wicklung dies Netztransformators parallel geschaltet ist, kon-. zentrisch mit der über den ganzen Eisenkern verteilten Wicklung des. Netztransformators eine Schubwicklung angeordnet ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubwicklung aus eben: soviel zueinander parallel geschalteten Wicklungsteilen besteht, wie die die Kondensatorbatterie speisende Wicklung dies Netztransformators aus hintereinandergeschalteten Wicklungsteilen besteht.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeiclinet, daß der jedem Wicklungsteil zugeordnete Teil der Schubwicklung aus nur einer Windung besteht, die durch Schlitzen eines Kupferzylinders erzielt wird. B.
8. Anordnung nach Anspruch 5, d'ad`urch gekennzeichnet, daß die Schubwicklung aus einem massiven, nur längs geschlitzten Kupferzylinder besteht.
9. 9. Anordnung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daü die Schubwicklung mit, einem. der Pole des Kondensators gaIvanisch verbunden ist. io.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubwicklung zwecks Vergrößerung ihrer Erdkapazität zwischen dem Eisenkern und der die Kondensatorhatterie speisenden Wicklung des Netz.transfo,rmatots liegt. ii.
11. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuhwicklungen der drei Schenkel eines. Drehstromnetztrans.formators als Dreieckswicklung zur Symmetrierung der in den drei Schenkeln verlaufenden magnetischen Flüsse geschaltet sind.
12. 12. Anordnung nach den Ansprüchen i und 2, bei der die Speisung der Kondensatorbatterie aus den mit dem Elel,--trizitätsverso@rgungsnetz galvaavisch verbundenen, in Stern, geschalteten Wicklungen eines Drehstromnetztransformators. erfolgt, dadurch gel enrtzeichnet, dia,ß die Anzapfungen an den Sternpunnktseiten der drei Drehstromwicklungen angeordnet sind und daß .die Kondensatorbatterie aus drei einphasigen, miteinander nicht verbundenen Einheiten besteht, von denen jeweils die einen. Polei mit den Phasenenden der drei Drehstromivicklungen ferst verbunden sind, während die, anderem Pole mit den an, den Sternpunktseiten dieser Wicklungen, angebrachten Anzapfungen über drei einphasige, gegeneinander isolierte Stufenregler verbunden werden,
13. 13. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 für Transformatoren mit hoher Wicklungsspannung und bzw. odeir hoher Stufenzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kondensatorbatterie! speisende, Wicklung symmetrisch zu ihrer Mitte mit Anzapfungen, versehen ist und daß für diie Verbindung der Anzapfungenjeder Wicklungshälfte mit je einem Pol der Kondensatoirbatterie zwei Regelschalter vorhanden sind, die abwechselnd schalten. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 25o q.89; deutsche Patentschriften Nr. 692 285, 713 358; Le Gen. Civ., 128 (195i), S.372; Eisenbahntechnik, 5 (1951), S. 119.