AT411938B - Verfahren und vorrichtung zur regelung der elektrischen spannung in elektrischen versorgungsnetzen und/oder verbraucheranlagen - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung in elektrischen Versorgungsnetzen und/oder Verbraucheranlagen, wobei die Span- nungsregelung durch Schalten von Spulenteilen zur Spannungsanpassung erreicht wird. 



   Es ist an sich bekannt, die Spannungsregelung der Netze nur in zentralen Netzknoten der Hoch- oder Mittelspannungsnetze durchzuführen. Die weitere Transformation auf Niederspan- nungsniveau 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 Netzkno- ten eher durch den Spannungsabfall als durch die thermische Belastbarkeit limitiert. 



   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 Regeltrans- formatoren Regelwicklungen mit Anzapfungen, die mit Hilfe der Transformatorstufenschalter unter Last umgeschaltet werden. Während der Umschaltvorgänge darf weder der Laststromfluss unter- brochen noch die   Wicklungsstufe   zwischen den betroffenen Anzapfungen kurzgeschlossen wer- den.

   Die zweite Anforderung resultiert daraus, dass während jeder Umschaltung zweier benach- barter 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. 



   Die Umschaltung im Stufenschalter des Transformators erfolgt aus obigem Grund auch nicht direkt, sondern mehrstufig, wobei während des Umschaltvorganges kurzzeitig Überschaltimpedan- zen in die Stromkreise der Anzapfungen geschaltet werden, die den Kreisstrom begrenzen. Üblich sind sowohl ohmsche Überschaltimpedanzen im europäischen Raum, als auch induktive Über- schaltimpedanzen 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 unsymmetri- schen Fahnen- bzw. Wimpelschaltung. 



   Nachteilig bei den bislang angewendeten Massnahmen zur Begrenzung des Kreisstromes ist, dass sie zu komplexen Überschaltprinzipien führen und komplexe Ausführungen der Regeltrans- formatoren erfordern. 



   So ist aus der GB 2 284 939 A ein Transformator für die Spannungsregelung bekannt, bei dem durch das Schalten von Spulenteilen eine Spannungsanpassung erreicht wird. Dieser bekannte Transformator kann jedoch für die Regelung der elektrischen Spannung in elektrischen Versor- gungsnetzen und/oder Verbraucheranlagen keinesfalls eingesetzt werden. 



   Weiters ist aus der DE 23 08 319 B2 ein elektronischer Netzspannungskonstanthalter bekannt, bei dem elektronisch Spulenteile zu- bzw. weggeschaltet werden. Dabei wird in dieser Druckschrift eine Optimierung der Anzahl der elektronischen Ventile vorgeschlagen. Als Einsatzgebiet für diesen elektronischen Schaltungsteil bieten sich Elektrogeräte, wie beispielsweise Fernseher, an. 



   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. 



   Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Netzkno- ten des Versorgungsnetzes und/oder der Verbraucheranlage und mindestens einem Endverbrau- cher ein, eine hohe, den Kreisstrom im Fall eines Kurzschlusses benachbarter Anzapfungen der Teilwicklungen auf die Grössenordnung des Nennstromes begrenzenden, Streuimpedanz aufwei- sender Regeltransformator mit einem die Teilwicklungen des Regeltransformators umzuschalten- den Umschalter eingeschleift wird. 



   Mit der Erfindung ist es erstmals möglich eine Spannungsregelung in Netzen oder Verbrau- 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 cheranlagen, in Nähe des Verbrauchers, auf Basis von Regeltransformatoren durchzuführen, die eine erhöhte Impedanz der Regelwicklung aufweisen, so dass ein vereinfachter Stufenschalter ohne Überschaltimpedanzen eingesetzt werden kann. 



   Durch die Liberalisierung und Dezentralisierung der elektrischen Energieversorgung und auf Grund der höheren bidirektionalen Auslastung der Netze werden die verbraucherseitigen Span- nungsunterschiede zwischen Starklast-Bezug, Schwachlast und möglicherweise Einspeisung grösser. Zur Spannungshaltung sollte daher eine Spannungsregelung auf der Ebene der Nieder- spannung oder eventuell auf der Ebene der Mittelspannung als wirtschaftliche Lösung durchgeführt werden. 



   Es ist weiters Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung in elektrischen Versorgungsnetzen und/oder Verbraucheranlagen zu schaffen, die vor allem ein- fach und robust im Aufbau ist und wirtschaftlich hergestellt werden kann. 



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Regeltransformator mit einer hohen, den Kreisstrom im Fall eines Kurzschlusses benachbarter Anzapfungen der Teilwicklungen auf die Grössenordnung des Nennstromes begrenzenden, Streuimpedanz vorgese- hen ist und dieser Regeltransformator einen die Teilwicklungen umschaltenden Umschalter auf- weist. Wie bereits erwähnt, ist es erstmals mit der Erfindung möglich, eine Spannungsregelung in Netzen oder Verbraucheranlagen, in Nähe des Verbrauchers, erhöhten Impedanz der Regelwick- lung, so dass ein vereinfachter Stufenschalter ohne Überschaltimpedanzen eingesetzt wird. 



   Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist der Regeltransformator als Längsregler mit einer Differenzleistung proportional zur auszuregelnden Spannungsdifferenz ausgebildet. Erfin- dungsgemäss werden also zur Spannungshaltung Längsregler in den Netzausläufern vorgesehen, bei denen die aus dem Stand der Technik bekannten und heute üblichen Überschalt-Impedanzen des Stufenschalters und damit die Widerstandskontakte entfallen. Dies ist vor allem deshalb mög- lich, da die Spannungsregelung an leistungsschwachen Netzpunkten durchgeführt wird. Selbst eine erhöhte Impedanz eines derartigen Längsreglers wirkt sich nur gering auf den Gesamtinnen- widerstand des Netzes aus. 



   Die Notwendigkeit der Überschaltimpedanzen resultiert aus dem Faktum, dass Netzinnenwi- derstand und Kurzschlussimpedanz von Regeltransformatoren aus Gründen der Spannungshal- tung wesentlich kleiner als die Lastimpedanz sind, so dass die Kurzschlussströme wesentlich höher als die Betriebsströme sind. 



   Erhöht man die Kurzschlussimpedanz der Regelwicklung, z. B. durch Verbreiterung des Streu- spaltes, so weit, dass der Kreisstrom im Fall des Kurzschlusses benachbarter Anzapfungen in der Grössenordnung des Nennstromes liegt, so sind die zusätzlichen Überschaltimpedanzen nicht erforderlich, und der Stufenschalter vereinfacht sich auf einen gewöhnlichen Umschalter. 



   Die Regelwicklung kann sowohl als konzentrische als auch als Scheibenspulenwicklung mit den entsprechenden Anzapfungen ausgeführt sein. Dieses Prinzip ist sowohl bei Volltransformato- ren mit Regelwicklung als auch bei Spartransformatoren für Längsregelung anwendbar. Die Re- gelwicklung kann sowohl über ein Wicklungsende als auch über eine Anzapfung mit der sekundä- ren Stammwicklung bzw. Primärwicklung verbunden sein. 



   Da die Einrichtung 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. 



   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. 



   Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Umschalter ein widerstandskontaktlo- ser Lastwähler. Ebenso ist diese Ausführung des Umschalters äusserst einfach im Aufbau und wirtschaftlich herstellbar. 



   Gemäss weiterer Ausgestaltungen der Erfindung kann der Umschalter auch auf Basis eines mehrstufigen Nockenschalters oder einer Kette von Relais oder Schützen oder einer Kette elektro- nischer Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, ausgebildet sein kann. Auch diese Ausführun- gen des Umschalters sind einfach im Aufbau und in einem robusten Betrieb äusserst zuverlässig. 



   Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
Fig. 1 eine Prinzipskizze bei Anordnung eines Spartransformators 
Fig. 2 eine Prinzipskizze bei Anordnung eines Volltransformators 
Fig. 3 einen Umschalter auf Basis von Schützen und 
Fig. 4 einen Umschalter auf Basis von Halbleitem. 



   Einführend sei festgehalten, dass in der beschriebenen Ausführungsform gleiche Teile bzw. Zu- stände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile bzw. 



  Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Weiters können auch Einzelmerkmale aus dem gezeigten Ausführungsbeispiel für sich eigenständige, erfindungsgemässe Lösungen darstellen. 



   Gemäss der Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung zwischen ei- nem - mit dem Pfeil dargestellten - Netzknoten 1 und einem - ebenfalls nur mit einem Pfeil ange- deuteten - Endverbraucher 2 aufgezeigt, wobei für die Regelung ein Regeltransformator 3 in der Ausführung eines Spartransformators vorgesehen ist. Dieser Spartransformator weist eine Regel- wicklung 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 Aus- gang zum Endverbraucher 2 verbunden. Die Ansteuerung des Umschalters 7 erfolgt mit der An- steuereinrichtung 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 end- verbraucherseitige Spannung erhöht oder verringert werden. Darüber hinaus kann auf der Seite des Endverbrauchers 2 ein integrierter Überspannungsschutz 11vorgesehen sein. 



   Zur Erhöhung der Kurzschlussimpedanz der Regelwicklung weist der Regeltransformator 3 in der Ausführungsart als Spartransformator einen verbreiterten Streuspalt 9 auf. Durch diese Erhö- hung der Streuimpedanz wird der Kreisstrom im Falle eines Kurzschlusses auf die Grössenordnung des Nennstromes begrenzt. 



   Gemäss der Fig. 2 ist wieder die Einrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung zwischen einem Netzknoten 1 und einem Endverbraucher 2 aufgezeigt, wobei für die Regelung ein Regel- transformator 3 in der Ausführung eines Volltransformators vorgesehen ist. Dabei erfolgt die Ver- bindung der Regelwicklung mit den Teilwicklungen 4 über ein Ende der Sekundärwicklung des Regeltransformators 3. An die Teilwicklungen 4 ist wieder ein Umschalter 7 mit seiner Ansteuerein- richtung 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. 



   Der Umschalter 7 ist als mehrstufiger Nockenschalter ausgeführt und korrespondiert mit den Anzapfungen 5 der Teilwicklungen 4. 



   Wie auch im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist der Regeltransformator 3 als Längsregler ausgebildet und weist eine Differenzleistung auf, die proportional der auszuregelnden Spannungs- differenz ist. 



   Gemäss der Fig. 3 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 Ansteuer- einrichtungen 8, die mit einem Spannungsregler in Verbindung stehen. 



   Gemäss der Fig. 4 sind die Teilwicklungen 4 mit ihren Anzapfungen 5 mit einer Reihe von elekt- ronischen Schaltern 13, insbesondere Halbleiterschaltem, 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 Ver- bindung stehen. 



   Abschliessend sei der Ordnung halber darauf hingewiesen, dass in der Zeichnung einzelne Bau- teile und Baugruppen zum besseren Verständnis der Erfindung unpropotional und massstäblich verzerrt dargestellt sind. 



   Es können auch einzelne Merkmale des Ausführungsbeispieles mit anderen Einzelmerkmalen oder jeweils für sich alleine den Gegenstand von eigenständigen Erfindungen bilden. Vor allem 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 können die einzelnen in der Fig. gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen erfindungsgemässen Aufgaben und Lösungen sind den detaillierten Beschreibungen dieser Figuren zu entnehmen. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zur Regelung der elektrischen Spannung in elektrischen Versorgungsnetzen und/oder Verbraucheranlagen, wobei die Spannungsregelung durch Schalten von Spulen- teilen zur Spannungsanpassung erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Netzknoten (1) des Versorgungsnetzes und/oder der Verbraucheranlage und min- destens einem Endverbraucher (2) ein, eine hohe, den Kreisstrom im Fall eines Kurz- schlusses benachbarter Anzapfungen (5) der Teilwicklungen (4) auf die Grössenordnung des Nennstromes begrenzenden, Streuimpedanz aufweisender Regeltransformator (3) mit einem die Teilwicklungen (4) des Regeltransformators (3) umzuschaltenden Umschalter (7) eingeschleift wird. 



   2. Vorrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung in elektrischen Versorgungsnetzen und/oder Verbraucheranlagen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regeltransformator (3) mit einer hohen, den Kreisstrom im Fall eines Kurzschlusses benachbarter Anzapfungen (5) der Teilwicklungen (4) auf die Grössenordnung des Nennstromes begrenzenden, Streu- impedanz vorgesehen ist und dieser Regeltransformator einen die Teilwicklungen (4) um- schaltenden Umschalter (7) aufweist.

Claims (1)

1. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeltransformator (3) als Längsregler mit einer Differenzleistung proportional zur auszuregelnden Spannungsdif- ferenz ausgebildet ist.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (7) ein wi- derstandskontaktloser und ausschliesslich Hauptkontakte aufweisender Lastumschalter ist.

   5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (7) ein wi- derstandskontaktloser Lastwähler ist.

   6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (7) ein mehrstufiger Nockenschalter ist.

   7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (7) aus ei- ner Kette von Relais oder Schützen (12) gebildet ist.

   8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (7) aus ei- ner Kette von elektronischen Schaltern (13), insbesondere Halbleiterschalter, gebildet ist.