WO2015086047A1 - Vorrichtung und verfahren zur verringerung eines magnetischen gleichfluss-anteils im kern eines dreiphasentransformators - Google Patents

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winding
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    • H02H7/045—Differential protection of transformers

Definitions

  • the invention relates to a device for reducing a magnetic flux component in the core of a
  • Three-phase transformer comprising
  • At least one compensation winding which is magnetically coupled to the core of the three-phase transformer
  • a switching unit which is electrically arranged in a current path in series with the compensation winding to enter the
  • a device for current limiting which is arranged electrically in a current path in series with the compensation winding
  • DC component can, for example, electronic
  • Construction components come as they are today in the
  • GIC GlobalMagnetically Induced Currents
  • a DC component has one in the core of the transformer
  • Gleichfluance share entails the change of flow superimposed. This leads to an asymmetric modulation of the magnetic material in the core and brings a number of disadvantages. Even a DC of a few amps can cause local heating in the transformer
  • DC currents are sufficient to saturate the transformer core in one half cycle of the alternating current.
  • a compensation current is generated by means of an electronic switching unit, wherein the switching of the switching unit follows a predetermined switching strategy, such as by means of a
  • Phase control a thyristor switch is connected in series with a current limiting reactor to introduce the compensation current in the compensation winding.
  • the device for reducing a magnetic DC component can be realized with comparatively simple means using discrete and / or programmable devices. For the generation of the compensation current is no
  • Energy storage such as a battery or a capacitor required, the energy for generating the compensation current is taken directly from the compensation winding. Because of its simplicity, the reliability of the circuitry is high and low maintenance
  • the application area includes both low and low voltage transformers
  • HVDC high voltage DC transmission
  • the device for reducing a magnetic DC component can be made with inexpensive standard components and order with this device
  • the allowable induced voltage in the compensation winding is in practice set to a certain value, in the case of
  • the number of turns of the compensation winding must be kept very small. This may mean that only a relatively weak magnetic field can be generated with these few turns, which does not lead to a significant reduction in the magnetic field
  • the device for reducing a magnetic DC component should not be used then.
  • Compensation windings then have the same previous number of turns, so that the total of the core of the three-phase transformer is supplied with a larger compensation current than with only one compensation winding, - Or the two compensation windings can be one
  • the two compensation windings will usually be the same. Also the two windings of the
  • Winding number have.
  • the switching unit may contain at least one semiconductor switch, preferably a thyristor.
  • a thyristor Use of a thyristor is that a thyristor "ignited" with a current pulse, that can be brought into the conductive state. During the positive
  • the thyristor has the property of a diode until the next current zero crossing.
  • the end of the current flow time is effected by the thyristor itself by the holding current is exceeded and the thyristor automatically "clears", that is in the non-conductive
  • Semiconductor switches such as GTO, IGBT transistors or other switching elements conceivable.
  • Control unit to be connected, which with a
  • Measuring device for detecting the magnetic Gleichhne- share is connected.
  • Gleicher share is known for example from WO 2012/041368 AI, which includes there a magnetic shunt part with a sensor coil.
  • the shunt portion is disposed adjacent the core of the transformer, for example on a leg or yoke, to bypass a portion of the magnetic flux. From this, bypassed magnetic flux, can be by means of a Sensor coil very easily gain a long-term stable sensor signal, which possibly after a signal processing the DC component shares very well.
  • this detector consists essentially of the shunt part and the sensor coil arranged thereon, it has a high reliability.
  • the sensor signal from the measuring device for detecting the magnetic DC component is supplied to the control device.
  • the switching unit is controlled for example with a manipulated variable, which of a in the
  • Control device is given existing timer, wherein the timer is triggered by a phase detector, which detects the phase of the voltage induced in the compensation winding voltage.
  • the timer may be a discrete component or part of a digital circuit. It may be advantageous if the manipulated variable is the result of a
  • the microprocessor can also simultaneously for signal processing of the
  • the switching unit can be controlled approximately so that a pulsating direct current is fed into the compensation winding. This has the
  • pulsating direct current can be easily specified according to the DC component to be compensated.
  • the electronic switching unit remains in order to reduce the magnetic energy stored in the inductance
  • Control device is arranged outside the boiler of a transformer.
  • the entire electronic circuit is thus accessible from the outside for inspection and maintenance.
  • the inventive method for operating a system provides that the control unit comprises a timer, which is triggered by a phase detector, which detects the phase of the voltage induced in the compensation windings and controls the switching unit so that in the compensation windings a pulsating direct current
  • FIG. 1 is a schematically illustrated invention
  • FIG. 2 shows a vector diagram with the voltages occurring in the device according to FIG.
  • the device according to the invention consists, according to FIG. 1, essentially of two compensation windings K1 and K2, each of which has a different leg
  • Three-phase transformer is wound.
  • a compensation winding around an outer leg the other wound around the middle leg.
  • Kl and K2 each have only a few, usually less than ten, turns on.
  • the single-phase transformer with its two windings LI, L2 is also in the transformer tank of
  • Compensation windings Kl, K2 induces an electrical voltage, which is used according to the invention to combat the disturbing DC component of the magnetic flux in the core. This is done by network-controlled switching a switching unit T, which is designed here as a thyristor.
  • the switching unit T is electrically in series with the
  • the two compensation windings K1, K2 are connected in series with each other, the output of the first K1 being connected to the input of the second compensation winding K2.
  • Compensation winding K2 are each connected to the input of one of the two windings LI, L2 of the single-phase transformer. The outputs of the windings LI, L2 of the
  • Node X2 that is the connection between the output of the first compensation winding Kl and the input of the second
  • Node X2 is placed on earth.
  • the two windings LI, L2 of the single-phase transformer have a common core, which is designed here as a two leg core Z, each with one of the windings LI, L2 on one leg.
  • Compensation winding K2 corresponds to the sum of the induced in the two windings Kl, K2 voltages AU_K1, AU_K2, see Fig. 2.
  • the two windings LI, L2 operate - when the switching unit T blocks - as a single-phase transformer at idle, in which according to the applied voltage Alternating current is excited and a corresponding induced current I_IND flows.
  • I_IND induced current
  • This voltage is also applied to the switching unit T and is the dimensioning voltage for the number of turns in the
  • Compensatory windings Kl, K2 which may amount to a maximum of 690V for applications in the EU.
  • the compensation current I_DC thus acts not only in a compensation winding on the core, as in many conventional systems, but in two
  • Winding voltage greater than 690V, namely up to 800V, can be used. Or it could be the number of turns
  • Compensatory windings Kl, K2 can be increased by a factor of 2.31 without exceeding the maximum winding voltage.
  • the control of the switching unit T can, as in WO
  • phase detector e.g. a zero-crossing detector derives from the induced voltage a trigger signal which is fed to a timer. Together with a likewise supplied to the control unit control signal represents the
  • Control unit on the output side a manipulated variable ready, which is the electronic switching unit T supplied.
  • Inductances of the windings LI, L2 are dimensioned such that when the switching unit T is switched through, a pulsating current waveform flowing in a current direction is fed into the compensation windings K1, K2.
  • This pulsating direct current consists of the superposition of two halfwaves from the induced voltages and an intermediate current gap.
  • T switching unit (thyristor)

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verringerung eines magnetischen Gleichfluss-Anteils im Kern eines Dreiphasentransformators, umfassend - zumindest eine Kompensationswicklung (K1, K2), welche magnetisch mit dem Kern des Dreiphasentransformators gekoppelt ist, - eine Schalteinheit (T), welche elektrisch in einem Strompfad in Reihe mit der Kompensationswicklung (K1, K2) angeordnet ist, um in die Kompensationswicklung einen Strom (I_DC) einzuspeisen, dessen Wirkung dem Gleichfluss-Anteil entgegengerichtet ist, und - eine Einrichtung zur Strombegrenzung (L1, L2), welche elektrisch in einem Strompfad in Reihe mit der Kompensationswicklung (K1, K2) angeordnet ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kompensationswicklungen (K1, K2) an jeweils unterschiedlichen Schenkeln des Kerns des Dreiphasentransformators vorgesehen sind, damit eine größere Verringerung des magnetischen Gleichfluss-Anteils erzielt wird.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Verringerung eines magnetischen Gleichtluss-Anteils im Kern eines Dreiphasentransformators
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verringerung eines magnetischen Gleichfluss-Anteils im Kern eines
Dreiphasentransformators , umfassend
- zumindest eine Kompensationswicklung, welche magnetisch mit dem Kern des Dreiphasentransformators gekoppelt ist,
- eine Schalteinheit, welche elektrisch in einem Strompfad in Reihe mit der Kompensationswicklung angeordnet ist, um in die
Kompensationswicklung einen Strom einzuspeisen, dessen
Wirkung dem Gleichfluss-Anteil entgegengerichtet ist, und
- eine Einrichtung zur Strombegrenzung, welche elektrisch in einem Strompfad in Reihe mit der Kompensationswicklung angeordnet ist,
sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage.
Stand der Technik
Bei elektrischen Transformatoren, wie sie in
Energieverteilungsnetzen eingesetzt werden, kann es zu einer unerwünschten Einspeisung eines Gleichstroms in die
Primärwicklung oder Sekundärwicklung kommen. Eine solche Gleichstromeinspeisung, im Folgenden auch als DC-Anteil bezeichnet, kann beispielsweise von elektronischen
Baukomponenten herrühren, wie sie heutzutage bei der
Ansteuerung von elektrischen Antrieben oder auch bei der Blindleistungskompensation verwendet werden. Eine andere Ursache können so genannte "Geomagnetically Induced Currents" (GIC) sein.
Ein DC-Anteil hat im Kern des Transformators einen
Gleichfluss-Anteil zur Folge, der sich dem Wechselfluss überlagert. Dies führt zu einer unsymmetrischen Aussteuerung des magnetischen Werkstoffs im Kern und bringt eine Reihe von Nachteilen mit sich. Bereits ein Gleichstrom von wenigen Ampere kann eine lokale Erwärmung im Transformator
verursachen, was die Lebensdauer der Wicklungsisolation beeinträchtigen kann. Ein weiterer unerwünschter Effekt ist eine erhöhte Geräuschemission bei Betrieb des Transformators, weil moderne Transformatorenkerne eine sehr hohe magnetische Leitfähigkeit haben, somit bereits geringe elektrische
Gleichströme ausreichen, um den Transformatorkern in einer Halbperiode des Wechselstroms in Sättigung zu bringen.
Zur Verringerung des Betriebsgeräusches eines Transformators sind verschiedene aktiv und passiv wirkende Einrichtungen bekannt. Gemäß der WO 2012/041368 AI wird eine in der
Kompensationswicklung induzierte elektrische Spannung genutzt und für die Kompensation des störenden magnetischen
Gleichfluss-Anteils herangezogen. Dabei wird mittels einer elektronischen Schalteinheit ein Kompensationsstrom erzeugt, wobei das Einschalten der Schalteinheit einer vorgegebenen SchaltStrategie folgt, etwa mittels einer
Phasenanschnittsteuerung. Hier wird ein Thyristorschalter in Serie mit einer Strombegrenzungsdrossel geschaltet, um den Kompensationsstrom in die Kompensationswicklung einzubringen.
Aufgrund der genannten Maßnahmen sind die thermische
Belastung der Wicklung des Transformators sowie die Verluste und Geräusche geringer. Die Vorrichtung zur Verringerung eines magnetischen Gleichfluss-Anteils lässt sich dabei mit vergleichsweise einfachen Mitteln unter Verwendung von diskreten und/oder programmierbaren Bausteinen realisieren. Für die Erzeugung des Kompensationsstroms ist kein
Energiespeicher, wie beispielsweise eine Batterie oder ein Kondensator, erforderlich, die Energie zur Erzeugung des Kompensationsstroms wird direkt der Kompensationswicklung entnommen. Aufgrund ihrer Einfachheit ist die Zuverlässigkeit der Schaltungsanordnung hoch und für den wartungsarmen
Langzeitbetrieb eines Transformators in einem
Energieverteilungsnetz gut geeignet. Der Einsatzbereich umfasst sowohl Transformatoren im Nieder- oder
Mittelspannungsbereich, wie auch Transformatoren sehr hoher Leistung (Leistungstransformatoren, HGÜ (Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungs ) -Transformatoren) . Weder die
Baugröße noch sicherheitsrelevante Einrichtungen oder andere Auslegungskriterien des Transformators werden durch den
Einsatz der Anlage ungünstig beeinflusst.
Damit die Vorrichtung zur Verringerung eines magnetischen Gleichfluss-Anteils mit kostengünstigen Standardbauteilen hergestellt werden kann und um mit dieser Vorrichtung
innerhalb von behördlich vorgegebenen Spannungsgrenzwerten zu bleiben, etwa innerhalb der von der Niederspannungsrichtlinie (Richtlinie 2006/95/EG) festgelegten Spannungsgrenzen, ist die erlaubte induzierte Spannung in der Kompensationswicklung in der Praxis auf einen bestimmten Wert, im Fall der
Niederspannungsrichtlinie auf 690 V, begrenzt.
Da die Windungsspannung einer bestehenden
Kompensationswicklung mit der Nennleistung des
Dreiphasentransformators steigt, muss daher die Windungszahl der Kompensationswicklung sehr klein gehalten werden. Dies kann bedeuten, dass mit diesen wenigen Windungen nur ein relativ schwaches Magnetfeld erzeugt werden kann, welches nicht zur nennenswerten Verringerung des magnetischen
Gleichfluss-Anteils ausreicht. Würde man die Windungszahl der Kompensationswicklung erhöhen, würde man in manchen
Anwendungsfällen die vorgegebene maximale Spannung
überschreiten, die Vorrichtung zur Verringerung eines magnetischen Gleichfluss-Anteils dürfte dann nicht eingesetzt werden .
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung zur Verringerung eines magnetischen Gleichfluss- Anteils im Kern eines Dreiphasentransformators zur Verfügung zu stellen, welche für eine gegebene Kompensationswicklung eine größere Verringerung eines magnetischen Gleichfluss- Anteils erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert .
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen,
- dass zwei Kompensationswicklungen an jeweils
unterschiedlichen Schenkeln des Kerns des
Dreiphasentransformators vorgesehen sind,
- dass die beiden Kompensationswicklungen zueinander in Reihe geschaltet sind,
- dass der Eingang der ersten sowie der Ausgang der zweiten Kompensationswicklung jeweils mit dem Eingang einer der beiden Wicklungen eines Einphasenstransformators verbunden ist ,
- dass die Ausgänge der Wicklungen des
Einphasenstransformators kurzgeschlossen sind und über die
Schalteinheit mit der Verbindung zwischen Ausgang der ersten Kompensationswicklung und Eingang der zweiten
Kompensationswicklung verbunden sind. Dabei werden die beiden Wicklungen des
Einphasenstransformators im Leerlauf (wenn die Schalteinheit den Strompfad zu den Kompensationswicklungen sperrt) als induktiver Spannungsteiler betrieben, während bei
geschlossener Schalteinheit die beiden Wicklungen für die dann fließenden Kompensationsströme als Drossel fungieren.
Im Vergleich zu einer einschlägigen Vorrichtung mit nur einer Kompensationswicklung können die beiden erfindungsgemäßen Kompensationswicklungen dann
- entweder gleich ausgeführt sein, wobei beiden
Kompensationswicklungen dann die gleiche frühere Windungszahl haben, sodass insgesamt der Kern des Dreiphasentransformators mit einem größeren Kompensationsstrom versorgt wird als bei nur einer Kompensationswicklung, - oder die beiden Kompensationswicklungen können eine
geringere Windungsanzahl aufweisen, um dennoch den gleichen Kompensationsstrom zu erzielen, der mit einer einzigen
Kompensationswicklung nach dem Stand der Technik erzielt wird.
Die beiden Kompensationswicklungen werden in der Regel gleich ausgebildet sein. Auch die beiden Wicklungen des
Einphasentransformators werden in der Regel gleich
ausgebildet sein, sie müssen jedenfalls die selbe
Windungszahl aufweisen.
Die Schalteinheit kann zumindest einen Halbleiterschalter, bevorzugt einen Thyristor, enthalten. Der Vorteil der
Verwendung eines Thyristors liegt darin, dass ein Thyristor mit einem Stromimpuls "gezündet", das heisst in den leitenden Zustand gebracht werden kann. Während der positiven
Halbschwingung der Netzspannung hat der Thyristor bis zum nächsten Stromnulldurchgang die Eigenschaft einer Diode. Das Ende der Stromflussdauer wird vom Thyristor selbst bewirkt, indem der Haltestrom unterschritten wird und der Thyristor automatisch "löscht", das heißt in den nicht leitenden
Zustand übergeht. Selbstverständlich sind auch andere
Halbleiterschalter, wie GTO, IGBT Transistoren oder andere Schaltelemente denkbar.
Die Schalteinheit kann in vorteilhafter Weise mit einer
Steuereinheit verbunden sein, welche mit einer
Messeinrichtung zum Erfassen des magnetischen Gleichfluss- Anteils verbunden ist.
Eine Messeinrichtung zum Erfassen des magnetischen
Gleichfluss-Anteils ist etwa aus der WO 2012/041368 AI bekannt, welche dort einen magnetischen Nebenschluss-Teil mit einer Sensorspule umfasst. Der Nebenschluss-Teil ist am Kern des Transformators z.B. an einem Schenkel oder am Joch anliegend angeordnet, um einen Teil des magnetischen Flusses in einem Bypass zu führen. Aus diesem, im Nebenschluss geführten magnetischen Fluss, lässt sich mittels einer Sensorspule sehr leicht ein langzeitstabiles Sensorsignal gewinnen, welches ggf. nach einer Signalaufbereitung den Gleichfluss-Anteil (DC-Anteil) sehr gut abbildet. Das
Messergebnis ist weitgehend frei von Drift und
langzeitstabil . Da dieser Detektor im Wesentlichen aus dem Nebenschlussteil und der darauf angeordneten Sensorspule besteht, besitzt er eine hohe Zuverlässigkeit.
Das Sensorsignal von der Messeinrichtung zum Erfassen des magnetischen Gleichfluss-Anteils wird der Steuereinrichtung zugeführt. Dabei wird die Schalteinheit zum Beispiel mit einer Stellgröße gesteuert, welche von einem in der
Steuereinrichtung vorhandenem Zeitglied vorgegeben wird, wobei das Zeitglied von einem Phasendetektor, welcher die Phase der in der Kompensationswicklung induzierten Spannung detektiert, getriggert wird. Das Zeitglied kann ein diskreter Bauteil oder Teil einer digitalen Schaltung sein. Es kann von Vorteil sein, wenn die Stellgröße das Ergebnis einer
Rechenoperation eines Mikroprozessors ist. Der Mikroprozessor kann dabei gleichzeitig auch zur Signalaufbereitung des
Sensorsignals verwendet werden. Die Schalteinheit kann etwa so angesteuert werden, dass in der Kompensationswicklung ein pulsierender Gleichstrom eingespeist wird. Dies hat den
Vorteil, dass der arithmetische Mittelwert dieses
pulsierenden Gleichstroms sehr einfach nach Maßgabe des zu kompensierenden DC-Anteils vorgegeben werden kann. Die elektronische Schalteinheit bleibt zwecks Reduktion der in der Induktivität gespeicherten magnetischen Energie
sinnvoller Weise solange eingeschaltet, bis der pulsierende Gleichstrom abgeklungen ist. Somit hat ein
Überspannungsschutz nach dem Ausschalten der elektrischen Schalteinheit faktisch keine in der Spule gespeicherte magnetische Restenergie zu absorbieren. Es kann günstig sein, wenn die Schalteinheit und die
Steuereinrichtung außerhalb des Kessels eines Transformators angeordnet wird. Die gesamte elektronische Schaltung ist dadurch von außen für Kontrolle und Wartung zugänglich. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Anlage sieht vor, dass die Steuereinheit ein Zeitglied umfasst, welches von einem Phasendetektor getriggert wird, welcher die Phase der in den Kompensationswicklungen induzierten Spannung detektiert und die Schalteinheit so ansteuert, dass in die Kompensationswicklungen ein pulsierender Gleichstrom
eingespeist wird, was dem Verfahren nach der WO 2012/041368 AI entspricht.
Kurzbeschreibung der Figuren
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Figuren Bezug genommen, aus der weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und
Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigen:
Figur 1 eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße
Vorrichtung,
Figur 2 ein Vektordiagramm mit den in der Vorrichtung nach Fig. 1 auftretenden Spannungen.
Ausführung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht gemäß Fig. 1 im Wesentlichen aus zwei Kompensationswicklungen Kl und K2, wobei jede um einen anderen Schenkel eines
Dreiphasentransformators gewickelt ist. So kann z.B. eine Kompensationswicklung um einen äußeren Schenkel, die andere um den mittleren Schenkel gewickelt sein. Die
Kompensationswicklungen Kl, K2 sind somit im
Transformatorkessel untergebracht und mit dem Kern des
Transformators magnetisch gekoppelt. Kl und K2 weisen jeweils nur wenige, in der Regel weniger als zehn, Windungen auf.
Der Einphasentransformator mit seinen beiden Wicklungen LI, L2 wird ebenfalls im Transformatorkessel des
Dreiphasentransformators angeordnet . Bei Betrieb des Transformators wird in den
Kompensationswicklungen Kl, K2 eine elektrische Spannung induziert, die gemäß der Erfindung dazu genutzt wird, den störenden Gleichanteil des magnetischen Flusses im Kern zu bekämpfen. Dies erfolgt durch netzgeführtes Schalten einer Schalteinheit T, die hier als Thyristor ausgebildet ist. Die Schalteinheit T ist elektrisch in Reihe mit den
Kompensationswicklungen Kl, K2 angeordnet, um in die
Kompensationswicklungen Kl, K2 einen Kompensationsstrom I_DC einzuspeisen, dessen Wirkung dem Gleichfluss-Anteil
entgegengerichtet ist.
Die beiden Kompensationswicklungen Kl, K2 sind zueinander in Reihe geschaltet, wobei der Ausgang der ersten Kl mit dem Eingang der zweiten Kompensationswicklung K2 verbunden ist. Der Eingang der ersten Kl sowie der Ausgang der zweiten
Kompensationswicklung K2 sind jeweils mit dem Eingang einer der beiden Wicklungen LI, L2 des Einphasenstransformators verbunden. Die Ausgänge der Wicklungen LI, L2 des
Einphasenstransformators sind im Knotenpunkt XI
kurzgeschlossen und über die Schalteinheit T mit dem
Knotenpunkt X2, also der der Verbindung zwischen Ausgang der ersten Kompensationswicklung Kl und Eingang der zweiten
Kompensationswicklung K2, verbunden. Das Potential des
Knotenpunkts X2 wird auf Erde gelegt.
Die beiden Wicklungen LI, L2 des Einphasenstransformators haben einen gemeinsamen Kern, der hier als Zweischenkelkern Z ausgeführt ist, mit je einer der Wicklungen LI, L2 auf einem Schenkel .
Die induzierte Spannung zwischen dem Eingang der ersten
Kompensationswicklung Kl und dem Ausgang der zweiten
Kompensationswicklung K2 entspricht der Summe der in den beiden Wicklungen Kl, K2 induzierten Spannungen AU_K1, AU_K2, siehe Fig. 2. Die beiden Wicklungen LI, L2 arbeiten - wenn die Schalteinheit T sperrt - als Einphasentransformator im Leerlauf, in welchem gemäß der angelegten Spannung ein Wechselfluss erregt wird und ein entsprechender induzierter Strom I_IND fließt. An den Verbindungen der beiden Wicklungen LI, L2, also im Knotenpunkt XI, stellt sich die halbe
Spannung ein. Damit ergibt sich ein zwischen dem Potential VI am Knotenpunkt XI und dem Potential V2 am Knotenpunkt X2 effektiver Potentialunterschied AUeff von 0,886 der
induzierten Spannung AU_K1 bzw. AU_K2. Diese Spannung liegt auch an der Schalteinheit T an und ist die dimensionierende Spannung für die Anzahl der Windungen in den
Kompensationswicklungen Kl, K2, die etwa für Anwendungen in der EU maximal 690V betragen darf.
Öffnet nur die Schalteinrichtung T, zündet also in diesem Fall der Thyristor, so beginnt der Kompensationsstrom I_DC zu fließen. Dieser hat keine zusätzliche magnetisierende Wirkung auf den Kern des Einphasentransformators, wodurch die beiden Wicklungen LI, L2 als Drossel wirken und daher als
Strombegrenzungsdrossel fungieren. Wegen der Serienschaltung der Kompensationswicklungen Kl, K2 addieren sich bezüglich des Kerns des Dreiphasentransformators die eingebrachten sogenannten „Amperewindungen", also die magnetische
Durchflutung des Kerns. Der Kompensationsstrom I_DC wirkt also nicht nur in einer Kompensationswicklung auf den Kern, wie bei vielen herkömmlichen Anlagen, sondern in zwei
Kompensationswicklungen Kl, K2.
Wird also zu einer bestehenden Kompensationswicklung Kl eine zweite identische Kompensationswicklung K2 zusätzlich
verbaut, so liegt an der Schalteinheit T nur eine effektive Spannung von 0,886 jener induzierten Spannung an, die bei der Ausführung mit nur einer Kompensationswicklung anliegen würde. Es könnten diese beiden erfindungsgemäßen
Kompensationswicklungen Kl, K2 somit entweder bei
Dreiphasentransformatoren mit einer dimensionierenden
Windungsspannung größer 690V, nämlich bis 800V, verwendet werden. Oder es könnte die Windungszahl der
Kompensationswicklungen Kl, K2 bis um den Faktor 2,31 erhöht werden, ohne die maximale Windungsspannung zu überschreiten. Die Steuerung der Schalteinheit T kann wie in der WO
2012/041368 AI erfolgen: die Steuereinheit besteht im
Wesentlichen aus einem Phasendetektor und einem Zeitglied. Der Phasendetektor, z.B. ein Nulldurchgang-Detektor, leitet aus der induzierten Spannung ein Triggersignal ab, welches einem Zeitglied zugeführt wird. Zusammen mit einem ebenfalls der Steuereinheit zugeführten Steuersignal stellt die
Steuereinheit ausgangsseitig eine Stellgrösse bereit, welche der elektronischen Schalteinheit T zugeleitet wird. Die
Induktivitäten der Wicklungen LI, L2 sind dabei so bemessen, dass bei einem Durchschalten der Schalteinheit T ein in eine Stromrichtung fließender, pulsierender Stromverlauf in die Kompensationswicklungen Kl, K2 eingespeist wird. Dieser pulsierende Gleichstrom besteht aus der Überlagerung von zwei Halbwellen aus den induzierten Spannungen sowie einer dazwischen liegenden Stromlücke. Dabei wird die
Schalteinheit T am Ende des Gleichstrompulses in den
stromlosen Zustand geschaltet, etwa, indem der Haltestrom des Thyristors unterschritten wird.
Bezugs zeichenliste : I_DC Kompensationsstrom
I_IND induzierter Strom
Kl erste Kompensationswicklung
K2 zweite Kompensationswicklung
LI erste Wicklung des Einphasenstransformators
L2 zweite Wicklung des Einphasenstransformators
T Schalteinheit (Thyristor)
VI Spannung (Potential) am Knotenpunkt zwischen erster und zweiter Wicklung des Einphasentransformators
V2 Spannung (Potential) am Knotenpunkt zwischen erster und zweiter Kompensationswicklung
XI Knotenpunkt zwischen erster und zweiter Wicklung des Einphasentransformators
X2 Knotenpunkt zwischen erster und zweiter
Kompensationswicklung AUeff Potentialdifferenz zwischen XI und X2
AU_K1 in Kl induzierte Spannung
AU_K2 in K2 induzierte Spannung
Z Zweischenkelkern des Einphasentransformators

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Verringerung eines magnetischen
Gleichtluss-Anteils im Kern eines
Dreiphasentransformators , umfassend
- zumindest eine Kompensationswicklung (Kl, K2), welche magnetisch mit dem Kern des Dreiphasentransformators gekoppelt ist,
- eine Schalteinheit (T) , welche elektrisch in einem
Strompfad in Reihe mit der Kompensationswicklung (Kl, K2) angeordnet ist, um in die Kompensationswicklung einen Strom (I_DC) einzuspeisen, dessen Wirkung dem Gleichfluss- Anteil entgegengerichtet ist, und
- eine Einrichtung zur Strombegrenzung (LI, L2), welche elektrisch in einem Strompfad in Reihe mit der
Kompensationswicklung (Kl, K2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet ,
- dass zwei Kompensationswicklungen (Kl, K2) an jeweils unterschiedlichen Schenkeln des Kerns des
Dreiphasentransformators vorgesehen sind,
- dass die beiden Kompensationswicklungen (Kl, K2) zueinander in Reihe geschaltet sind,
- dass der Eingang der ersten (Kl) sowie der Ausgang der zweiten (K2) Kompensationswicklung jeweils mit dem Eingang einer der beiden Wicklungen (LI, L2) eines
Einphasenstransformators verbunden ist, - dass die Ausgänge der Wicklungen des
Einphasenstransformators (LI, L2) kurzgeschlossen sind und über die Schalteinheit (T) mit der Verbindung (X2) zwischen Ausgang der ersten Kompensationswicklung (Kl) und Eingang der zweiten Kompensationswicklung (K2) verbunden sind .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (T) zumindest einen Halbleiterschalter, bevorzugt einen Thyristor, enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (T) mit einer
Steuereinheit verbunden ist, welche mit einer
Messeinrichtung zum Erfassen des magnetischen Gleichfluss- Anteils verbunden ist.
4. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuereinheit ein Zeitglied umfasst, welches von einem Phasendetektor getriggert wird, welcher die Phase der in den Kompensationswicklungen (Kl, K2) induzierten Spannung detektiert und die Schalteinheit (T) so ansteuert, dass in die Kompensationswicklungen (Kl, K2) ein pulsierender Gleichstrom eingespeist wird.
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