EP1446708A2 - Method and device for regulation of electrical voltage - Google Patents

Method and device for regulation of electrical voltage

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Publication number
EP1446708A2
EP1446708A2 EP02792562A EP02792562A EP1446708A2 EP 1446708 A2 EP1446708 A2 EP 1446708A2 EP 02792562 A EP02792562 A EP 02792562A EP 02792562 A EP02792562 A EP 02792562A EP 1446708 A2 EP1446708 A2 EP 1446708A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transformer
winding
regulating
switch
changeover switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02792562A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hansjörg Hauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG Oesterreich
Original Assignee
Hauer Hansjorg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hauer Hansjorg filed Critical Hauer Hansjorg
Publication of EP1446708A2 publication Critical patent/EP1446708A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/14—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using tap transformers or tap changing inductors as final control devices
    • G05F1/16—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using tap transformers or tap changing inductors as final control devices combined with discharge tubes or semiconductor devices
    • G05F1/20—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using tap transformers or tap changing inductors as final control devices combined with discharge tubes or semiconductor devices semiconductor devices only

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the electrical voltage in electrical supply networks and / or consumer systems with a regulating transformer and a device for carrying out the method.
  • Control transformers are provided for voltage regulation of the networks in the central network nodes. Control transformers are used for step-by-step voltage regulation of electrical networks by changing the gear ratio. For this purpose, regulating transformers contain regulating windings with taps, which are switched under load using the transformer tap changer. The load current flow must not be interrupted or the winding stage between the taps concerned short-circuited during the switching processes. The second requirement results from the fact that during each switchover between two adjacent taps, they are necessarily briefly connected to each other due to the first requirement, and therefore a circuit current flows through the switch and the affected partial winding in the amount of the transformer short-circuit current, the effects of which Transformer, especially in periodic operation, cannot withstand. This transformer short-circuit current is relatively high since the internal resistance of the transformer is normally low. In addition, the tap changers of the transformers would have to be matched to the periodic switching of these high short-circuit currents.
  • Control transformer in the course of the energy flow between at least one producer and at least one end user with one of the partial windings the changeover switch to be switched over is looped in, the control transformer having a high leakage impedance which limits the circulating current to the order of magnitude of the nominal current in the event of a short circuit in adjacent taps of the partial windings.
  • the device for performing the method is characterized in that the
  • Control transformer (3) is designed as a single-winding transformer, for example as an autotransformer, or a multi-winding transformer, for example as a full transformer.
  • the regulating transformer is designed with a primary and / or secondary-side regulating winding, which is connected to the Winding ends and / or taps is connected to the winding ends and / or taps of the main winding.
  • the regulating transformer is designed with a regulating winding on the intermediate circuit side.
  • control transformer is designed as a two-winding transformer with a primary and / or secondary-side control winding.
  • the regulating transformer is designed as a series regulator with a differential power proportional to the voltage difference to be regulated.
  • regulating transformers or series regulators are therefore provided for voltage maintenance, in which the regulating winding for adapting the load-side voltage has the high intrinsic impedance or stray impedance according to the invention, which acts as a switching impedance integrated in the regulating transformer, so that the switching impedances known from the prior art and customary today of the tap changer and thus the resistance contacts are eliminated.
  • the necessity of the switching impedances results from the fact that the internal resistance and short-circuit impedance of regulating transformers are much smaller than the load impedance for reasons of voltage maintenance, so that the circuit currents occurring during the switching processes without switching resistance are equal to short-circuit currents and thus significantly higher than the operating currents. If the short-circuit impedance of the control winding is increased, e.g. by widening the spreading gap, to such an extent that the circuit current occurring during the switching operations in the event of a short-circuit of adjacent taps is of the order of magnitude of the nominal current, the additional switching impedances are not required and the tap changer is simplified an ordinary switch.
  • the control winding can be designed as desired, for example as a concentric or as a disk coil winding, with the corresponding taps. This principle can be used for fully transformers with regulating windings as well as autotransformers for series regulation.
  • the control winding can be connected to the winding ends and / or taps of the primary and / or secondary and / or intermediate circuit-side main winding both via the winding ends and via taps.
  • the device Since the device is primarily suitable for voltage regulation of network outlets, its performance based on the throughput is in the range of a few 10 kVA to a few 10 MVA.
  • the changeover switch is a load changeover switch without resistance contact and having only main contacts.
  • a diverter switch designed in this way is an economical solution.
  • the changeover switch is a load selector without resistance contact.
  • This design of the switch is also extremely simple in construction and economical to manufacture.
  • the changeover switch can also be based on a multi-stage cam switch or a chain of relays or contactors or their components or a chain of electronic switches, in particular semiconductor switches, can be formed.
  • These versions of the switch are also simple in construction and extremely reliable in robust operation.
  • these switches can be based on all switching principles, such as air-open switching systems, switching systems under oil or SF6, and vacuum switching systems.
  • Fig. 1 is a schematic diagram when arranging an autotransformer with a secondary-side control winding
  • Fig. 2 is a schematic diagram when arranging a full transformer with secondary-side control winding, the one with its winding end
  • FIG. 3 is a schematic diagram with the arrangement of an autotransformer with a primary-side control winding
  • Fig. 4 is a schematic diagram with the arrangement of a full transformer with primary-side control winding, which has a tap with a winding
  • Fig. 6 is a switch based on semiconductors.
  • FIG. 1 shows a device for regulating the electrical voltage between a generator 1 (shown by the arrow) and a final consumer 2 (likewise indicated only by an arrow), a regulating transformer 3 in the form of an autotransformer being provided for the regulation.
  • This autotransformer has a control winding with partial windings 4 on the secondary side.
  • the control winding is connected to the primary winding 6 of the autotransformer via a tap 5, for example via a center tap. This allows both an increase and a decrease in the end-user voltage.
  • the taps 5 of the control winding are optionally connected to the output to the end user 2 via a changeover switch 7.
  • the switch 7 is controlled with the control device 8 unregulated or regulated via a voltage regulator 10.
  • the switching takes place step by step by closing a switching path adjacent to the closed switching path and then opening the original switching path. As a result, the end-user voltage can be increased or decreased.
  • an integrated overvoltage protection 11 can be provided on the end consumer 2 side.
  • the regulating transformer 3 in the embodiment as an autotransformer has a widened spread gap 9. This increase in the leakage impedance limits the circulating current to the order of magnitude of the nominal current in the event of a short circuit.
  • a regulating transformer 3 in the form of a full transformer with a regulating winding on the secondary side being provided for the regulation.
  • the control winding is connected to the partial windings 4 via their winding end to a winding end of the secondary-side main winding of the control transformer 3.
  • a switch 7 with its control device 8 is again provided on the partial windings 4.
  • the control transformer 3 also has one widened spreading gap 9. The leakage impedance of the secondary main winding 14 is not increased.
  • the changeover switch 7 is designed as a multi-stage cam switch and corresponds to the taps 5 of the partial windings 4.
  • FIG. 3 shows a device for regulating the electrical voltage between a generator 1 and an end user 2, a regulating transformer 3 in the form of an autotransformer being provided for the regulation.
  • This autotransformer has a regulating winding with partial windings 4 on the primary side.
  • the control winding is connected to the primary winding 6 of the autotransformer via a tap 5, for example via a center tap. This allows both an increase and a decrease in the end-user voltage.
  • the taps 5 of the control winding are optionally connected to the output to the end user 2 via a changeover switch 7.
  • the switch 7 is controlled with the control device 8 unregulated or regulated via a voltage regulator 10.
  • the switching takes place step by step by closing a switching path adjacent to the closed switching path and then opening the original switching path. As a result, the end-user voltage can be increased or decreased.
  • an integrated overvoltage protection 11 can be provided on the end consumer 2 side.
  • the regulating transformer 3 in the embodiment as an autotransformer has a widened spread gap 9. This increase in the leakage impedance limits the circulating current to the order of magnitude of the nominal current in the event of a short circuit.
  • a control transformer 3 is provided for the control in the execution of a full transformer with primary-side control winding.
  • the control winding is connected to the partial windings 4 via its winding tap to a winding tap of the main winding of the regulating transformer 3.
  • a switch 7 with its control device 8 is again provided on the partial windings 4.
  • the regulating transformer 3 also has a widened leakage gap 9 again. The leakage impedance of the secondary main winding 14 is not increased.
  • the changeover switch 7 is designed as a multi-stage cam switch and corresponds to the taps 5 of the partial windings 4.
  • the partial windings 4 are connected with their taps 5 to a series of contactors 10, which carry out the voltage regulation in accordance with the changeover switch 7 in FIGS. 1 and 2.
  • the control of the individual contactors 12 or relays takes place via control devices 8, which are connected to a voltage regulator.
  • the partial windings 4 are connected with their taps 5 to a series of electronic switches 13, in particular semiconductor switches, which carry out the voltage regulation in accordance with the changeover switch 7 in FIGS. 1 and 2.
  • the individual semiconductor switches are controlled by electronic devices which are connected to the voltage regulator.

Abstract

The invention relates to a method and device for regulation of the electrical voltage in electrical mains networks and/or user plants with a regulating transformer. Said regulating transformer (3) is inserted in the path of the energy flux between at least one generator (1) and at least one end user (2) with a switch (7) for switching the partial windings (4) of the regulating transformer (3). The regulating transformer (3) further comprises a high leakage impedance which limits the circulating current to the order of magnitude of the nominal current in the case of a short circuit in adjacent tappings (5) of the partial windings (4). The regulating transformer (3) is embodied as a single winding transformer, for example an autotransformer or as a multiple winding transformer, for example, a full transformer.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung Method and device for regulating the electrical voltage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der elektrischen Spannung in elektrischen Versorgungsnetzen und/oder Verbraucheranlagen mit einem Regeltransformator sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for regulating the electrical voltage in electrical supply networks and / or consumer systems with a regulating transformer and a device for carrying out the method.
Ein derartiges Verfahren ist aus der WO 01/33308 A1 bekannt. Wie in dieser Druckschrift ausgeführt, ist es an sich bekannt, die Spannungsregelung der Netze nur in zentralen Netzknoten der Hoch- oder Mittelspannungsnetze durchzuführen. Die weitere Transformation auf Niederspannungsniveau ist normalerweise nicht unter Last regelbar. Diese Netzstruktur ist auf die zentrale Energieversorgung ausgerichtet und hat den Nachteil, dass die durch Laständerung verursachten Spannungsschwankungen ab den Netzknoten bis zu den Endverbrauchern nicht mehr ausgeregelt werden können. Dadurch ist die ausnützbare Übertragungsleistung der Netzteile ab den Netzknoten eher durch den Spannungsabfall als durch die thermische Belastbarkeit limitiert.Such a method is known from WO 01/33308 A1. As stated in this publication, it is known per se to carry out the voltage regulation of the networks only in central network nodes of the high or medium voltage networks. The further transformation to low voltage level is usually not controllable under load. This network structure is geared towards the central energy supply and has the disadvantage that the voltage fluctuations caused by load changes from the network nodes to the end consumers can no longer be corrected. As a result, the usable transmission power of the power supplies from the network nodes is limited more by the voltage drop than by the thermal load capacity.
Zur Spannungsregelung der Netze in den zentralen Netzknoten werden Regeltransformatoren vorgesehen. Regeltransformatoren dienen der stufenweisen Spannungsregelung elektrischer Netze durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses. Zu diesem Zweck enthalten Regeltransformatoren Regelwicklungen mit Anzapfungen, die mit Hilfe der Transformatorstufenschalter unter Last umgeschaltet werden. Während der Umschaltvorgänge darf weder der Laststromfluss unterbrochen noch die Wicklungsstufe zwischen den betroffenen Anzapfungen kurzgeschlossen werden. Die zweite Anforderung resultiert daraus, dass während jeder Umschaltung zweier benachbarter Anzapfungen notwendigerweise, auf Grund der ersten Anforderung kurzzeitig miteinander verbunden sind, und dadurch über den Schalter und die betroffene Teilwicklung ein Kreisstrom in Höhe des Transformator-Kurzschlussstromes fließt, dessen Wirkungen der Transformator, vor allem im periodischen Betrieb, nicht standzuhalten vermag. Dieser Transformator-Kurzschlussstrom ist relativ hoch, da normalerweise der Innenwiderstand des Transformators klein ist. Darüber hinaus müssten die Stufenschalter der Transformatoren auf das periodische Schalten dieser hohen Kurzschlussströme abgestimmt sein.Control transformers are provided for voltage regulation of the networks in the central network nodes. Control transformers are used for step-by-step voltage regulation of electrical networks by changing the gear ratio. For this purpose, regulating transformers contain regulating windings with taps, which are switched under load using the transformer tap changer. The load current flow must not be interrupted or the winding stage between the taps concerned short-circuited during the switching processes. The second requirement results from the fact that during each switchover between two adjacent taps, they are necessarily briefly connected to each other due to the first requirement, and therefore a circuit current flows through the switch and the affected partial winding in the amount of the transformer short-circuit current, the effects of which Transformer, especially in periodic operation, cannot withstand. This transformer short-circuit current is relatively high since the internal resistance of the transformer is normally low. In addition, the tap changers of the transformers would have to be matched to the periodic switching of these high short-circuit currents.
Die Umschaltung im Stufenschalter des Transformators erfolgt aus obigem Grund auch nicht direkt, sondern mehrstufig, wobei während des Umschaltvorganges kurzzeitig Uberschaltimpedanzen in die Stromkreise der Anzapfungen geschaltet werden, die den Kreisstrom begrenzen. Üblich sind sowohl ohmsche Uberschaltimpedanzen im europäischen Raum, als auch induktive Uberschaltimpedanzen im amerikanischen Raum. Für die mehrstufige Umschaltung werden mehrere Überschaltprinzipien angewendet, die nach den Erscheinungsbildern der Zeigerdiagramme der Umschaltvorgänge benannt sind. So spricht man dann von einer symmetrischen oder unsymmetrischen Fahnen- bzw. Wimpelschaltung.For the above reason, the changeover in the tap changer of the transformer does not take place directly, but rather in several stages, with switching impedances being briefly switched into the circuits of the taps during the switching process, which limit the circulating current. Both ohmic switching impedances in Europe and inductive switching impedances in America are common. For the multi-stage switchover, several switchover principles are used, which are named after the appearance of the pointer diagrams of the switchover processes. So one speaks of a symmetrical or asymmetrical flag or pennant circuit.
Nachteilig bei den bislang angewendeten Maßnahmen zur Begrenzung des Kreisstromes ist, dass sie zu komplexen Überschaltprinzipien führen und komplexe Ausführungen der Regeltransformatoren erfordern.A disadvantage of the measures used to limit the circulating current so far is that they lead to complex switching principles and require complex designs of the control transformers.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das einerseits die obigen Nachteile vermeidet und das anderseits durch ein neues verbrauchernähres Anwendungsfeld der Spannungsregelung eine höhere und effizientere Ausnützung vorhandener Netze zulässt bzw. gewährleistet.It is therefore an object of the invention to provide a method of the type mentioned at the outset which, on the one hand, avoids the above disadvantages and, on the other hand, allows or ensures a higher and more efficient use of existing networks by means of a new consumer-oriented field of application for voltage regulation.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.The object is achieved by the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass derThe method according to the invention is characterized in that the
Regeltransformator im Zuge des Energieflusses zwischen mindestens einem Erzeuger und mindestens einem Endverbraucher mit einem die Teilwicklungen des Regeltransformators umzuschaltenden Umschalter eingeschleift wird, wobei der Regeltransformator eine hohe Streuimpedanz, die den Kreisstrom im Fall eines Kurzschlusses benachbarter Anzapfungen der Teilwicklungen auf die Größenordnung des Nennstromes begrenzt, aufweist.Control transformer in the course of the energy flow between at least one producer and at least one end user with one of the partial windings the changeover switch to be switched over is looped in, the control transformer having a high leakage impedance which limits the circulating current to the order of magnitude of the nominal current in the event of a short circuit in adjacent taps of the partial windings.
Mit der Erfindung ist es erstmals möglich eine Spannungsregelung in Netzen oder Verbraucheranlagen, in Nähe des Verbrauchers, auf Basis von Regeltransformatoren durchzuführen, die eine erhöhte Impedanz der Regelwicklung aufweisen, so dass ein vereinfachter Stufenschalter ohne Uberschaltimpedanzen eingesetzt werden kann.With the invention it is possible for the first time to carry out a voltage regulation in networks or consumer systems, in the vicinity of the consumer, on the basis of regulating transformers, which have an increased impedance of the regulating winding, so that a simplified tap changer can be used without switching impedances.
Durch die Liberalisierung und Dezentralisierung der elektrischen Energieversorgung und auf Grund der höheren bidirektionalen Auslastung der Netze werden die verbraucherseitigen Spannungsunterschiede zwischen Starklast-Bezug, Schwachlast und möglicherweise Einspeisung größer. Zur Spannungshaltung sollte daher eine Spannungsregelung auf der Ebene der Niederspannung oder eventuell auf der Ebene der Mittelspannung als wirtschaftliche Lösung durchgeführt werden.Due to the liberalization and decentralization of the electrical energy supply and due to the higher bidirectional utilization of the grids, the consumer-side voltage differences between heavy load, low load and possibly feed-in are greater. For voltage maintenance, voltage regulation should therefore be carried out at the low voltage level or possibly at the medium voltage level as an economical solution.
Es ist weiters Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die vor allem einfach und robust im Aufbau und im Betrieb ist und wirtschaftlich hergestellt werden kann.It is a further object of the invention to provide a device for carrying out the method which, above all, is simple and robust in construction and operation and can be produced economically.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass derAccording to a special feature of the invention, the device for performing the method is characterized in that the
Regeltransformator (3) als Einwicklungstransformator, beispielsweise als Spartransformator, oder Mehrwicklungstransformator, beispielsweise als Volltransformator, ausgeführt ist.Control transformer (3) is designed as a single-winding transformer, for example as an autotransformer, or a multi-winding transformer, for example as a full transformer.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Regeltransformator mit primär- und/oder sekundärseitiger Regelwicklung ausgebildet, die über die Wicklungsenden und/oder Anzapfungen mit den Wicklungsenden und/oder Anzapfungen der Stammwicklung verbunden ist.According to a further embodiment of the invention, the regulating transformer is designed with a primary and / or secondary-side regulating winding, which is connected to the Winding ends and / or taps is connected to the winding ends and / or taps of the main winding.
Nach einer weiteren besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Regeltransformator mit einer zwischenkreisseitigen Regelwicklung ausgeführt.According to a further special embodiment of the invention, the regulating transformer is designed with a regulating winding on the intermediate circuit side.
Gemäß einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung ist der Regeltransformator als Zweiwicklungstransformator mit primär- und/oder sekundärseitiger Regelwicklung ausgebildet.According to a further special feature of the invention, the control transformer is designed as a two-winding transformer with a primary and / or secondary-side control winding.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Regeltransformator als Längsregler mit einer Differenzleistung proportional zur auszuregelnden Spannungsdifferenz ausgebildet.According to a further embodiment of the invention, the regulating transformer is designed as a series regulator with a differential power proportional to the voltage difference to be regulated.
Erfindungsgemäß werden also zur Spannungshaltung Regeltransformatoren bzw. Längsregler vorgesehen, bei denen die Regelwicklung zur Anpassung der lastseitigen Spannung die erfindungsgemäß hohe Eigenimpedanz bzw. Streuimpedanz aufweist, die als im Regeltransformator integrierte Überschaltimpedanz wirkt, so dass die aus dem Stand der Technik bekannten und heute üblichen Uberschaltimpedanzen des Stufenschalters und damit die Widerstandskontakte entfallen.According to the invention, regulating transformers or series regulators are therefore provided for voltage maintenance, in which the regulating winding for adapting the load-side voltage has the high intrinsic impedance or stray impedance according to the invention, which acts as a switching impedance integrated in the regulating transformer, so that the switching impedances known from the prior art and customary today of the tap changer and thus the resistance contacts are eliminated.
Da die hohe Streuimpedanz nur in der Regelwicklung des Regeltransformators auftritt, wirkt sie sich nur gering auf den Gesamtinnenwiderstand des Netzes aus.Since the high leakage impedance only occurs in the control winding of the control transformer, it has only a minor effect on the total internal resistance of the network.
Die Notwendigkeit der Uberschaltimpedanzen resultiert aus dem Faktum, dass Netzinnenwiderstand und Kurzschlussimpedanz von Regeltransformatoren aus Gründen der Spannungshaltung wesentlich kleiner als die Lastimpedanz sind, so dass die während der Überschaltvorgänge auftretende Kreisströme ohne Überschaltwiderstand in Höhe von Kurzschlussströmen und damit wesentlich höher als die Betriebsströme sind. Erhöht man die Kurzschlussimpedanz der Regelwicklung, z.B. durch Verbreiterung des Streuspaltes, so weit, dass der während der Überschaltvorgänge auftretende Kreisstrom im Fall des Kurzschlusses benachbarter Anzapfungen in der Größenordnung des Nennstromes liegt, so sind die zusätzlichen Uberschaltimpedanzen nicht erforderlich, und der Stufenschalter vereinfacht sich auf einen gewöhnlichen Umschalter.The necessity of the switching impedances results from the fact that the internal resistance and short-circuit impedance of regulating transformers are much smaller than the load impedance for reasons of voltage maintenance, so that the circuit currents occurring during the switching processes without switching resistance are equal to short-circuit currents and thus significantly higher than the operating currents. If the short-circuit impedance of the control winding is increased, e.g. by widening the spreading gap, to such an extent that the circuit current occurring during the switching operations in the event of a short-circuit of adjacent taps is of the order of magnitude of the nominal current, the additional switching impedances are not required and the tap changer is simplified an ordinary switch.
Die Regelwicklung kann beliebig, beispielsweise als konzentrische oder als Scheibenspulenwicklung, mit den entsprechenden Anzapfungen ausgeführt sein. Dieses Prinzip ist sowohl bei Volltransformatoren mit Regelwicklung als auch bei Spartransformatoren für Längsregelung anwendbar. Die Regelwicklung kann sowohl über die Wicklungsenden als auch über Anzapfungen mit den Wicklungsenden und/oder Anzapfungen der primären und/oder sekundären und/oder zwischenkreisseitigen Stammwicklung verbunden sein.The control winding can be designed as desired, for example as a concentric or as a disk coil winding, with the corresponding taps. This principle can be used for fully transformers with regulating windings as well as autotransformers for series regulation. The control winding can be connected to the winding ends and / or taps of the primary and / or secondary and / or intermediate circuit-side main winding both via the winding ends and via taps.
Da die Einrichtung vor allem für die Spannungsregelung von Netzausläufern in Frage kommt, liegt ihre Leistungsfähigkeit auf Basis der Durchgangsleistung im Bereich von einigen 10 kVA bis einigen 10 MVA.Since the device is primarily suitable for voltage regulation of network outlets, its performance based on the throughput is in the range of a few 10 kVA to a few 10 MVA.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Umschalter ein widerstandskontaktloser und ausschließlich Hauptkontakte aufweisender Lastumschalter. Wie bereits oben aufgezeigt, ist ein derart ausgebildeter Lastumschalter eine wirtschaftliche Lösung.According to a further development of the invention, the changeover switch is a load changeover switch without resistance contact and having only main contacts. As already shown above, a diverter switch designed in this way is an economical solution.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Umschalter ein widerstandskontaktloser Lastwähler. Ebenso ist diese Ausführung des Umschalters äußerst einfach im Aufbau und wirtschaftlich herstellbar.According to a further embodiment of the invention, the changeover switch is a load selector without resistance contact. This design of the switch is also extremely simple in construction and economical to manufacture.
Gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung kann der Umschalter auch auf Basis eines mehrstufigen Nockenschalters oder einer Kette von Relais oder Schützen oder deren Komponenten oder einer Kette elektronischer Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, ausgebildet sein kann. Auch diese Ausführungen des Umschalters sind einfach im Aufbau und in einem robusten Betrieb äußerst zuverlässig. Natürlich können diese Umschalter auf allen Schaltprinzipien, wie beispielsweise luftoffene Schaltsysteme, Schaltsysteme unter Öl oder SF6 sowie Vakuumschaltsysteme, beruhen.According to further embodiments of the invention, the changeover switch can also be based on a multi-stage cam switch or a chain of relays or contactors or their components or a chain of electronic switches, in particular semiconductor switches, can be formed. These versions of the switch are also simple in construction and extremely reliable in robust operation. Of course, these switches can be based on all switching principles, such as air-open switching systems, switching systems under oil or SF6, and vacuum switching systems.
Die Erfindung wird an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawings. Show it:
Fig. 1 eine Prinzipskizze bei Anordnung eines Spartransformators mit sekundärseitiger RegelwicklungFig. 1 is a schematic diagram when arranging an autotransformer with a secondary-side control winding
Fig. 2 eine Prinzipskizze bei Anordnung eines Volltransformators mit sekundärseitiger Regelwicklung, die über ihr Wicklungsende mit einemFig. 2 is a schematic diagram when arranging a full transformer with secondary-side control winding, the one with its winding end
Wicklungsende der Stammwicklung verbunden ist, Fig. 3 eine Prinzipskizze bei Anordnung eines Spartransformators mit primärseitiger Regelwicklung3 is a schematic diagram with the arrangement of an autotransformer with a primary-side control winding
Fig. 4 eine Prinzipskizze bei Anordnung eines Volltransformators mit primärseitiger Regelwicklung, die über eine Wicklungsanzapfung mit einerFig. 4 is a schematic diagram with the arrangement of a full transformer with primary-side control winding, which has a tap with a winding
Wicklungsanzapfung der Stammwicklung verbunden ist Fig. 5 einen Umschalter auf Basis von Schützen und5 is a changeover switch based on contactors and
Fig. 6 einen Umschalter auf Basis von Halbleitern.Fig. 6 is a switch based on semiconductors.
Einführend sei festgehalten, dass in der beschriebenen Ausführungsform gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamtenAs an introduction, it should be noted that in the described embodiment, the same parts or states are provided with the same reference numerals or the same component designations, all of which
Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können.Description contained disclosures can be applied analogously to the same parts or states with the same reference numerals or same component names.
Gemäß der Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung zwischen einem - mit dem Pfeil dargestellten - Erzeuger 1 und einem - ebenfalls nur mit einem Pfeil angedeuteten - Endverbraucher 2 aufgezeigt, wobei für die Regelung ein Regeltransformator 3 in der Ausführung eines Spartransformators vorgesehen ist. Dieser Spartransformator weist sekundärseitig eine Regelwicklung mit Teilwicklungen 4 auf. Die Regelwicklung ist über eine Anzapfung 5, beispielsweise über eine Mittelanzapfung mit der Primärwicklung 6 des Spartransformators verbunden. Dies erlaubt sowohl eine Erhöhung als auch eine Verringerung der endverbraucherseitigen Spannung. Die Anzapfungen 5 der Regelwicklung werden über einen Umschalter 7 wahlweise mit dem Ausgang zum Endverbraucher 2 verbunden. Die Ansteuerung des Umschalters 7 erfolgt mit der Ansteuereinrichtung 8 ungeregelt oder über einen Spannungsregler 10 geregelt. Die Umschaltungen erfolgen schrittweise, indem eine zur geschlossenen Schaltstrecke benachbarte Schaltstrecke geschlossen und danach die ursprüngliche Schaltstrecke geöffnet wird. Dadurch kann die endverbraucherseitige Spannung erhöht oder verringert werden. Darüber hinaus kann auf der Seite des Endverbrauchers 2 ein integrierter Überspannungsschutz 11 vorgesehen sein.1 shows a device for regulating the electrical voltage between a generator 1 (shown by the arrow) and a final consumer 2 (likewise indicated only by an arrow), a regulating transformer 3 in the form of an autotransformer being provided for the regulation. This autotransformer has a control winding with partial windings 4 on the secondary side. The control winding is connected to the primary winding 6 of the autotransformer via a tap 5, for example via a center tap. This allows both an increase and a decrease in the end-user voltage. The taps 5 of the control winding are optionally connected to the output to the end user 2 via a changeover switch 7. The switch 7 is controlled with the control device 8 unregulated or regulated via a voltage regulator 10. The switching takes place step by step by closing a switching path adjacent to the closed switching path and then opening the original switching path. As a result, the end-user voltage can be increased or decreased. In addition, an integrated overvoltage protection 11 can be provided on the end consumer 2 side.
Zur Erhöhung der Kurzschlussimpedanz der Regelwicklung weist der Regeltransformator 3 in der Ausführungsart als Spartransformator einen verbreiterten Streuspalt 9 auf. Durch diese Erhöhung der Streuimpedanz wird der Kreisstrom im Falle eines Kurzschlusses auf die Größenordnung des Nennstromes begrenzt.To increase the short-circuit impedance of the regulating winding, the regulating transformer 3 in the embodiment as an autotransformer has a widened spread gap 9. This increase in the leakage impedance limits the circulating current to the order of magnitude of the nominal current in the event of a short circuit.
Gemäß der Fig. 2 ist wieder die Einrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung zwischen einem Erzeuger 1 und einem Endverbraucher 2 aufgezeigt, wobei für die Regelung ein Regeltransformator 3 in der Ausführung eines Volltransformators mit sekundärseitiger Regelwicklung vorgesehen ist. Dabei erfolgt die Verbindung der Regelwicklung mit den Teilwicklungen 4 über deren Wicklungsende zu einem Wicklungsende der sekundärseitigen Stammwicklung des Regeltransformators 3. An die Teilwicklungen 4 ist wieder ein Umschalter 7 mit seiner Ansteuereinrichtung 8 vorgesehen. Zur Erhöhung der Streuimpedanz weist der Regeltransformator 3 ebenfalls wieder einen verbreiterten Streuspalt 9 auf. Die Streuimpedanz der Sekundären Stammwicklung 14 ist nicht erhöht.2 again shows the device for regulating the electrical voltage between a generator 1 and an end user 2, a regulating transformer 3 in the form of a full transformer with a regulating winding on the secondary side being provided for the regulation. The control winding is connected to the partial windings 4 via their winding end to a winding end of the secondary-side main winding of the control transformer 3. A switch 7 with its control device 8 is again provided on the partial windings 4. To increase the stray impedance, the control transformer 3 also has one widened spreading gap 9. The leakage impedance of the secondary main winding 14 is not increased.
Der Umschalter 7 ist als mehrstufiger Nockenschalter ausgeführt und korrespondiert mit den Anzapfungen 5 der Teilwicklungen 4.The changeover switch 7 is designed as a multi-stage cam switch and corresponds to the taps 5 of the partial windings 4.
Gemäß der Fig. 3 ist eine Einrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung zwischen einem Erzeuger 1 und einem Endverbraucher 2 aufgezeigt, wobei für die Regelung ein Regeltransformator 3 in der Ausführung eines Spartransformators vorgesehen ist. Dieser Spartransformator weist primärseitig eine Regelwicklung mit Teilwicklungen 4 auf. Die Regelwicklung ist über eine Anzapfung 5, beispielsweise über eine Mittelanzapfung mit der Primärwicklung 6 des Spartransformators verbunden. Dies erlaubt sowohl eine Erhöhung als auch eine Verringerung der endverbraucherseitigen Spannung. Die Anzapfungen 5 der Regelwicklung werden über einen Umschalter 7 wahlweise mit dem Ausgang zum Endverbraucher 2 verbunden. Die Ansteuerung des Umschalters 7 erfolgt mit der Ansteuereinrichtung 8 ungeregelt oder über einen Spannungsregler 10 geregelt. Die Umschaltungen erfolgen schrittweise, indem eine zur geschlossenen Schaltstrecke benachbarte Schaltstrecke geschlossen und danach die ursprüngliche Schaltstrecke geöffnet wird. Dadurch kann die endverbraucherseitige Spannung erhöht oder verringert werden. Darüber hinaus kann auf der Seite des Endverbrauchers 2 ein integrierter Überspannungsschutz 1 1 vorgesehen sein.3 shows a device for regulating the electrical voltage between a generator 1 and an end user 2, a regulating transformer 3 in the form of an autotransformer being provided for the regulation. This autotransformer has a regulating winding with partial windings 4 on the primary side. The control winding is connected to the primary winding 6 of the autotransformer via a tap 5, for example via a center tap. This allows both an increase and a decrease in the end-user voltage. The taps 5 of the control winding are optionally connected to the output to the end user 2 via a changeover switch 7. The switch 7 is controlled with the control device 8 unregulated or regulated via a voltage regulator 10. The switching takes place step by step by closing a switching path adjacent to the closed switching path and then opening the original switching path. As a result, the end-user voltage can be increased or decreased. In addition, an integrated overvoltage protection 11 can be provided on the end consumer 2 side.
Zur Erhöhung der Kurzschlussimpedanz der Regelwicklung weist der Regeltransformator 3 in der Ausführungsart als Spartransformator einen verbreiterten Streuspalt 9 auf. Durch diese Erhöhung der Streuimpedanz wird der Kreisstrom im Falle eines Kurzschlusses auf die Größenordnung des Nennstromes begrenzt.To increase the short-circuit impedance of the regulating winding, the regulating transformer 3 in the embodiment as an autotransformer has a widened spread gap 9. This increase in the leakage impedance limits the circulating current to the order of magnitude of the nominal current in the event of a short circuit.
Gemäß der Fig. 4 ist wieder die Einrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung zwischen einem Erzeuger 1 und einem Endverbraucher 2 aufgezeigt, wobei für die Regelung ein Regeltransformator 3 in der Ausführung eines Volltransformators mit primärseitiger Regelwicklung vorgesehen ist. Dabei erfolgt die Verbindung der Regelwicklung mit den Teilwicklungen 4 über ihre Wicklungsanzapfung zu einer Wicklungsanzapfung der Stammwicklung des Regeltransformators 3. An die Teilwicklungen 4 ist wieder ein Umschalter 7 mit seiner Ansteuereinrichtung 8 vorgesehen. Zur Erhöhung der Streuimpedanz weist der Regeltransformator 3 ebenfalls wieder einen verbreiterten Streuspalt 9 auf. Die Streuimpedanz der Sekundären Stammwicklung 14 ist nicht erhöht.4 is again the device for regulating the electrical voltage between a generator 1 and an end user 2nd shown, a control transformer 3 is provided for the control in the execution of a full transformer with primary-side control winding. The control winding is connected to the partial windings 4 via its winding tap to a winding tap of the main winding of the regulating transformer 3. A switch 7 with its control device 8 is again provided on the partial windings 4. To increase the leakage impedance, the regulating transformer 3 also has a widened leakage gap 9 again. The leakage impedance of the secondary main winding 14 is not increased.
Der Umschalter 7 ist als mehrstufiger Nockenschalter ausgeführt und korrespondiert mit den Anzapfungen 5 der Teilwicklungen 4.The changeover switch 7 is designed as a multi-stage cam switch and corresponds to the taps 5 of the partial windings 4.
Gemäß der Fig. 5 sind die Teilwicklungen 4 mit ihren Anzapfungen 5 mit einer Reihe von Schützen 10 verbunden, die die Spannungsregelung entsprechend dem Umschalter 7 in Fig. 1 und 2 durchführen. Die Ansteuerung der einzelnen Schütze 12 oder auch Relais erfolgt über Ansteuereinrichtungen 8, die mit einem Spannungsregler in Verbindung stehen.5, the partial windings 4 are connected with their taps 5 to a series of contactors 10, which carry out the voltage regulation in accordance with the changeover switch 7 in FIGS. 1 and 2. The control of the individual contactors 12 or relays takes place via control devices 8, which are connected to a voltage regulator.
Gemäß der Fig. 6 sind die Teilwicklungen 4 mit ihren Anzapfungen 5 mit einer Reihe von elektronischen Schaltern 13, insbesondere Halbleiterschaltern, verbunden, die die Spannungsregelung entsprechend dem Umschalter 7 in Fig. 1 und 2 durchführen. Die Ansteuerung der einzelnen Halbleiterschalter erfolgt über elektronische Einrichtungen, die mit dem Spannungsregler in Verbindung stehen.6, the partial windings 4 are connected with their taps 5 to a series of electronic switches 13, in particular semiconductor switches, which carry out the voltage regulation in accordance with the changeover switch 7 in FIGS. 1 and 2. The individual semiconductor switches are controlled by electronic devices which are connected to the voltage regulator.
Abschließend sei der Ordnung halber darauf hingewiesen, dass in der Zeichnung einzelne Bauteile und Baugruppen zum besseren Verständnis der Erfindung unproportional und maßstäblich verzerrt dargestellt sind. Finally, for the sake of order, it should be pointed out that individual components and assemblies are shown disproportionately and to scale in the drawing for a better understanding of the invention.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zur Regelung der elektrischen Spannung in elektrischen Versorgungsnetzen und/oder Verbraucheranlagen mit einem Regeltransformator, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeltransformator1. A method for regulating the electrical voltage in electrical supply networks and / or consumer systems with a regulating transformer, characterized in that the regulating transformer
(3) im Zuge des Energieflusses zwischen mindestens einem Erzeuger (1) und mindestens einem Endverbraucher (2) mit einem die Teilwicklungen (4) des Regeltransformators (3) umzuschaltenden Umschalter (7) eingeschleift wird, wobei der Regeltransformator (3) eine hohe Streuimpedanz, die den Kreisstrom im Fall eines Kurzschlusses benachbarter Anzapfungen (5) der(3) in the course of the energy flow between at least one generator (1) and at least one end user (2) is looped in with a changeover switch (7) to switch over the partial windings (4) of the regulating transformer (3), the regulating transformer (3) having a high leakage impedance which the circulating current in the event of a short circuit of adjacent taps (5)
Teilwicklungen (4) auf die Größenordnung des Nennstromes begrenzt, aufweist.Partial windings (4) limited to the order of magnitude of the nominal current.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Regeltransformator (3) als2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the regulating transformer (3) as
Einwicklungstransformator, beispielsweise als Spartransformator, oder Mehrwicklungstransformator, beispielsweise als Volltransformator, ausgeführt ist.Single-winding transformer, for example as an autotransformer, or multi-winding transformer, for example as a full transformer.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der3. Device according to claim 2, characterized in that the
Regeltransformator (3) mit primär- und/oder sekundärseitiger Regelwicklung ausgebildet ist, die über die Wicklungsenden und/oder Anzapfungen mit den Wicklungsenden und/oder Anzapfungen der Stammwicklung verbunden ist.Control transformer (3) is formed with primary and / or secondary-side control winding, which is connected to the winding ends and / or taps of the main winding via the winding ends and / or taps.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der4. Device according to claim 2, characterized in that the
Regeltransformator (3) mit einer zwischenkreisseitigen Regelwicklung ausgeführt ist.Control transformer (3) is designed with an intermediate circuit control winding.
5. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeltransformator (3) als5. Device according to at least one of claims 2 to 4, characterized in that the regulating transformer (3) as
Zweiwicklungstransformator mit primär- und/oder sekundärseitiger Regelwicklung ausgebildet ist. Two-winding transformer with primary and / or secondary-side control winding is formed.
6. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeltransformator (3) als Längsregler mit einer Differenzleistung proportional zur auszuregelnden Spannungsdifferenz ausgebildet ist.6. Device according to at least one of claims 2 to 5, characterized in that the regulating transformer (3) is designed as a series regulator with a differential power proportional to the voltage difference to be regulated.
7. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (7) ein widerstandskontaktloser und ausschließlich Hauptkontakte aufweisender Lastumschalter ist.7. Device according to at least one of claims 2 to 6, characterized in that the changeover switch (7) is a load changeover switch without resistance contact and having only main contacts.
8. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (7) ein widerstandskontaktloser Lastwähler ist.8. Device according to at least one of claims 2 to 7, characterized in that the changeover switch (7) is a load selector without resistance contact.
9. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (7) ein mehrstufiger Nockenschalter oder auf Basis eines Nockenschalters oder seiner Komponenten konzipiert ist.9. Device according to at least one of claims 2 to 8, characterized in that the changeover switch (7) is designed as a multi-stage cam switch or on the basis of a cam switch or its components.
10. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (7) aus einer Kette von Relais oder10. The device according to at least one of claims 2 to 9, characterized in that the switch (7) from a chain of relays or
Schützen (12) oder auf Basis von Relais- oder Schützkomponenten gebildet ist.Protect (12) or is formed on the basis of relay or contactor components.
11. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (7) aus einer Kette von elektronischen Schaltern (13) oder auf Basis elektronischer Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, gebildet ist. 11. The device according to at least one of claims 2 to 10, characterized in that the changeover switch (7) is formed from a chain of electronic switches (13) or based on electronic switches, in particular semiconductor switches.
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