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Anordnung zur Kompensation der kapazitiven Blindleistungsaufnahme
bei Prüftransformatorkaskaden Bei Prüftransformatoren, die in Kaskadenschaltung
betrieben werden und bei denen die Hochspannungswicklung jedes Transformators auf
zwei Schenkeln verteilt ist, die durch eine Transportwicklung zur Leistungsübertragung
gekuppelt sind, ist es bekannt, die Kompensation der Ladeleistung durch Parallelschaltung
von Drosseln zu den Erregerwicklungen der einzelnen Transformatorstufen zu erreichen.
Ein Schaltschema einer solchen Kaskadenanordnung ist in Fig. z dargestellt. In diesem
Schema sind sämtliche für die Eigenladeleistung in Betracht kommenden Teilkapazitäten
der einzelnen Transformatorstufen gegeneinander und gegen Erde eingetragen. Mit
z, 2,3
sind die Kompensationsdrosseln bezeichnet, mit 4 die Erregerwicklungen
der einzelnen Transformatoren, mit 5 die Übertragungswicklungen und mit 6 die Transportwicklungen
zur Leistungsübertragung von einem auf den anderen Schenkel ? sind die in Reihe
geschalteten Hochspannungswicklungen der einzelnen Transformatoren. Mit KI, K2,
Cl, C2, C3 sind die jeweiligen Teilkapazitäten der Wicklungen bzw. Kessel gegeneinander
und gegen Erde angedeutet. In die Figur ist zum weiteren Verständnis noch die Stromverteilung
eingezeichnet, die sich im günstigsten Fall für Leerlauf bei der Bemessung der Kompensationsdrosseln
entsprechend der Ladeleistung des zugehörigen Transformators ergeben würde, und
zwar unter Zugrundelegung eines Übersetzungsverhältnisses
i : i
zwischen sämtlichen beteiligten Teilwicklungen. Die Magnetisierungsströme sind dabei
fortgelassen. Aus den in der Zeichnung eingetragenen Angaben über die Stromverteilung
ersieht man, daß, abgesehen von den Übertragungswicklungen 5, noch sämtliche Teilwicklungen
nennenswert mit Strom belastet sind. Dies führt einerseits zu einer immer noch recht
beachtlichen Spannungserhöhung an der Hochspannungswicklung gegenüber der Erregerwicklung
infolge des Streuspannungsabfalles und andererseits zu einer Erhöhung der Kupferverluste
in den Wicklungen. Beide Erscheinungen laufen auf eine Erniedrigung der erreichbaren
Prüfleistung gegenüber dem Idealfall völlig stromloser Erreger-, Übertragungs-und
Schubwicklungen bei Leerlauf und vollkommener Kompensation hinaus.
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Aufgabe der Erfindung ist es, für Prüftransforma.torkaskaden der eingangs
erwähnten Art eine Lösung zu finden, die eine besonders vorteilhafte Kompensation
der hohen Eigenladeleistung der Transformatorkaskade ermöglicht und so dem Idealfall
wesentlich näher kommt als eine Anordnung, bei der zur Kompensation der kapazitiven
Blindleistungsaufnahme von Prüftransformatorkaskaden (Meßwandlerkaskaden), bei denen
die Hochspannungswicklung jedes Transformators auf zwei Schenkeln des Eisenkerns
verteilt ist und unmittelbar auf dem Eisenkern eine Transportwicklung zur gegenseitigen
Kopplung der beiden Hochspannungswicklungen angeordnet ist und bei denen Mittel
zur Kompensation der von den einzelnen Transformatoren aufzubringenden Ladeleistung
durch Anschluß induktiver Blindstromverbraucher vorgesehen sind.
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Diese angestrebte Verbesserung wird bei Anordnungen der vorgenannten
Art gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zur Entlastung der Primärwicklung
sämtlicher Transformatoren im Leerlauf die induktiven Blindstromverbraucher derart
an die Transportwicklung der einzelnen Transformatoren angeschlossen sind, daß deren
Blindstromaufnahme gleich der von der Hochspannungswicklung des betreffenden Transformators
aufzubringenden kapazitiven Ladeleistung vermindert um die Magnetisierungsleistung
der Grundwelle ist oder daß durch entsprechende Bemessung und Ausführung des Eisenkerns
die Magnetisierungsleistung der Grundwelle jedes Transformators so groß gemacht
ist, daß sie gleich der von der Hochspannungswicklung des betreffenden Transformators
im Leerlauf aufzubringenden kapazitiven Eigenladeleistung ist.
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Würde man demgegenüber lediglich eine Parallelschaltung von induktiven
Blindstromverbrauchern zum Verbraucher, d. h. zum hochspannungsseitigen Prüfling
selbst vornehmen, dann würde zwar die Ladeleistung des angeschlossenen Prüflings
kompensiert, nicht aber die von der Prüfkaskade bei hohen Spannungen verbrauchte
beträchtliche Ladeleistung der einzelnen Transformatoren. Außerdem würde eine solche
Maßnahme, die voraussetzt, daß der als Kompensationsmittel vorgesehene induktive
Blindstromverbraucher für die volle Prüfspannung oder höher bemessen ist, in den
meisten Fällen wirtschaftlich kaum noch tragbar sein. Bei Prüftransformatorkaskaden
der in Frage stehenden Art kann auch nicht von einer bekannten Anordnung mit besonders
dimensionierten Luftspalten im Eisenkern Gebrauch gemacht werden, so daß die Blindstromkomponente
des Magnetisierungsstromes etwa der Hälfte des maximalen sekundären Blindstroms
entspricht, weil damit eine optimale Leistungsfähigkeit der Prüfkaskade wegen der
nur unwesentlichen Entlastung der Erreger-, Übertragungs- und Transportwicklung
der Kaskade nicht wie bei der Anordnung gemäß der Erfindung erreichbar ist, bei
der demgegenüber der gesamte Ladestrom der einzelnen Prüftransformatoren innerhalb
des einzelnen Transformators so vollständig kompensiert wird, daß die Erregerwicklung,
die Übertragungswicklung und die Transportwicklung von diesem Strom entlastet werden,
so daß es möglich wird, den Querschnitt ihrer Leiter nur noch für den hochspannungsseitig
vom Prüfling verbrauchten geringen kapazitiven Ladestrom zu bemessen.
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Eine optimale Kompensation der Eigenladeleistung ist des weiteren
auch nicht mit einer bereits vorgeschlagenen Prüftransformatoranordnung erreichbar,
bei der zur Kompensation der kapazitiven Leistungsaufnahme bei allen Spannungen
die Regelung der Induktivität bei dem Prüftransformator dadurch geschehen soll,
daß der Eisenkern parallel zum Kraftlinienweg in zwei oder mehrere Teilkerne aufgeteilt
ist und die Teilkerne jeweils mit Kopplungswicklungen versehen sind, die untereinander
hinsichtlich ihrer Windungszahl regelbar parallel geschaltet sind.
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An Hand der Fig. 2 und 3, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen,
soll die Erfindung näher erläutert werden: In Fig. 2 sind zum besseren Verständnis
bei der Transformatorkaskade für gleichartige Teile die gleichen Bezugszeichen wie
in Fig. x verwendet. i, 2, 3 sind wieder Drosselspulen. Diese sind abweichend von
der Anordnung nach Fig. i nicht mehr parallel zu den Erregerwicklungen, sondern
an die Transportwicklungen 6 angeschlossen. Sie sind so bemessen, daß die von ihnen
aufgenommene induktive Blindleistung der kapazitiven Eigenladeleistung des zugehörigen
Transformators entspricht.
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Bei Leerlauf werden sodann, abgesehen vom Magnetisierungsstrom, nicht
nur die Übertragungswicklungen 5, sondern auch die Erregerwicklungen q. gänzlich
stromlos, wie die in die Figur eingetragenen Stromverteilungsangaben erkennen lassen.
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Noch günstiger werden die Verhältnisse, wenn man die Leistung der
einzelnen Kompensationsdrosseln um den Betrag der von dem zugehörigen Transformator
selbst verbrauchten Magnetisierungsleistung der Grundwelle herabsetzt. Ideale Verhältnisse
erreicht man schließlich dann, wenn man durch Anordnung von Luftspalten in jedem
Schenkel des Eisenkerns E, wie dies in Fig. 3 schematisch angedeutet ist, oder durch
andere geeignete Mittel, z. B. Gleichstromvormagnetisierung, die Magnetisierungsleistung
der Grundwelle so weit erhöht, daß für jeden Schenkel der Bedarf an Magnetisierungsleistung
gleich der von der zugehörigen Hochspannungswicklung aufzubringenden Ladeleistung
wird. In diesem Fall sind dann,
wie aus den Stromverteilungsangaben
der Fig.3 hervorgeht, nur noch die Hochspannungswicklungen 7 stromführend. Bei der
Bemessung der Kupferquerschnitte der übrigen Wicklungen braucht daher bei dieser
Ausführung auf die Eigenladeleistung keine Rücksicht mehr genommen zu werden.
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Die Einstellung der erforderlichen Magnetisierungsleistung der Grundwelle
ist außer durch Luftspalte im Eisenkern auch durch Gleichstromvormagnetisierung
der einzelnen Eisenkerne erreichbar. Zu diesem Zweck können auf den Eisenkernen
angebrachte zusätzliche Wicklungen zweckmäßig über Gleichrichterventile von einer
der Transformatorwicklungen unmittelbar gespeist werden. Bei der Anordnung von Luftspalten
in den Eisenkernen wird man diese vorteilhaft auf beide Schenkel verteilen, und
zwar so, daß für jeden Schenkel die verbrauchte Magnetisierungsleistung gleich der
von der zugehörigen Hochspannungswicklungshälfte aufzubringenden kapazitiven Eigenladeleistung
wird, so daß auch die Schubwicklungen vollkommen stromlos werden.
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Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Prüftransformatorkaskade liegt
darin, daß es mit ihr möglich ist, die bisherigen Anordnungen derart zu verbessern,
daß ein bisher nicht erreichtes Maximum an Prüfleistung bei gleichzeitiger wirtschaftlichster
Auslegung der Transformatorkaskade erreicht wird.