DE2542205C3 - Stufig einstellbares mehrphasiges Transformatorsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein stufig einstellbares mehrphasiges Transformatorsystem zum Koppeln zweier gesondert gespeister elektrischer Verteilungsnetze, mit je Phase wenigstens einer mit dem einen Netz zu verbindenden primären Wicklung, einer mit dem anderen Netz zu verbindenden sekundären Wicklung, einer mit dieser in Reihe geschalteten und damit induktiv gekoppelten, für die das Transformationsverhältnis einstellende Längsregelung vorgesehenen ersten Stufenwicklung mit wählbaren Anzapfungen, einer tertiären Wicklung, mindestens einer phasengeschwenkt gespeisten Hilfswicklung und einer mit dieser Hilfswicklung induktiv gekoppelten, mit der gewählten Anzapfung der ersten Stufenwicklung in Reihe geschalteten zweiten Stufenwicklung mil wählbaren Anzapfungen, die für die den Phasenverschiebungswinkel zwischen den Spannungen der zu koppelnden Netze einstellende Schräg- oder Querregelung vorgesehen ist, wobei die jeweilige Hilfswicklung durch die tertiäre Wicklung von mindestens einer anderen Transformatorphase gespeist ist.

Ein dreiphasiges Transformatorsystem dieser Art ist aus der amerikanischen Patentschrift 19 26 689 bekannt Bei diesem System werden nur Transformatoren verwendet, bei denen Wicklungen sämtlicher Phasen auf einem gemeinsamen magnetischen Kern angeordnet sind. Vorzugsweise besteht das bekannte System aus einem dreiphasigen Haupttransformator mit den Primär-, den Sekundär-, den Tertiär- und den Längsregelwicklungen und aus einem dreiphasigen HUfstransformator mit den durch die Tertiärwicklungen gespeisten

ίο Hilfswicklungen und den Schräg- oder den Querregelwicklungen. Nach dieser Patentschrift ist es aber auch möglich, sämtliche Wicklungen auf einem gemeinsamen magnetischen Kern anzuordnen (siehe Seite 2, linke Spalte, Zeilen 63—67).

Kopplungstransformatoren der vorliegenden Art sind meistens Transformatoren sehr großer Leistung, so daß, auch wenn die Wicklungen für die Schräg- oder Querregelung sich auf einem gesonderten Hilfs»ransformator befinden, die bekannte dreiphasige Ausführung zu Transformatoren sehr großer Abmessungen und dadurch zu großen Transportproblemen führt. Diese Probleme sind noch wesentlich größer, wenn auch die Wicklungen für die Schräg- oder die Querregelung auf dem Haupttransformator angebracht sind. Die Ietztgenannte Ausführung hat außerdem die Nachteile, daß auf jedem Schenkel des mehrphasigen Transformators viele verschiedene Spule? vorhanden sind, daß zwischen auf gemeinsamen Schenkeln angeordneten Schräg- oder Querregelwicklungen und Hauptwicklungen große

jo Spannungsunterschiede auftreten können und daß für die reine Querregelung, wobei jede Phase der Regelwicklung mit den zwei anderen Phasen gekoppelt ist, zwei dreiphasige Stufenschalter anstatt nur eines solchen Schalters erforderlich sind.

j5 Aus der amerikanischen Patentschrift 19 26 689 geht nicht hervor, wie ein dreiphasiges Transformatorsystem mit Längs- und Schräg- oder Querregelung, bei dem sämtliche Wicklungen auf einem einzigen dreiphasigen magnetischen Kern angeordnet sind, ausgeführt werden muß, um Interferenz der magnetischen Flüsse zu verhindern. Ein derartiges dreiphasiges Transforrnatorsystem, bei dem aber wohl magnetische Interferenz vorhanden ist, ist der schweizerischen Patentschrift 1 56 225 zu entnehmen. Aus dieser Patentschrift geht hervor, daß der pemeinsame magnetische Kern eines solchen dreiphasigen Transformatorsystems so groß und verwickelt wird, daß er für Transformatoren sehr großer Leistung kaum herzustellen und zu transportieren ist. Außerdem is. es nicht klar, wie die Spulen auf die

5(; verschiedenen Schenkel- und Jochteile gesetzt werden.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein mehrphasiges Transformatorsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Transport-, die Herstellungs- und die Raumprobleme der beschriebenen bekannten Systeme größtenteils gelöst worden sind.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das mehrphasige Transformatorsystem mehrere unter sich gleiche, einphasige Transformatoren aufweist, die je mindestens einen Schenkel zum Tragen der primären,

bo der sekundären, der tertiären und gegebenenfalls auch der ersten Stufenwicklung, mindestens einen weiteren Schenkel zum Tragen der Hilfswicklung(en) und der zweiten Stufenwicklung und mindestens einen Schenkel ohne Wicklung besitzen. Diese Ausführung, bei der in jedem Falle die Wicklungen für die Schräg- oder die Querregelung auf den Haupttransformatoren angeordnet sind, hat wichtige Vorteile.
Bei Verwendung zweier Außenschenkel ohne Wick-

lungen sind die magnetischen Kerne der einphasigen Transformatoren verhältnismäßig niedrig und lang, da die Joche niedrig gehalten werden können, und bei Verwendung eines Innenschenkels ohne Wicklungen sind sie verhältnismäßig hoch und kurz. In beiden Fällen ist der einphasige magnetische Kern mit wesentlich weniger Wicklungen als ein dreiphasiger magnetischer Kern versehen, so daß die einphasigen Transformatoren je weniger voluminös und leichter als ein dreiphasiger Transformator sind und dadurch leichter transportiert werden können. Weiter sind die magnetischen Kerne normaler, leicht herzustellender Konstruktion, und die Wicklungen lassen sich in einfacher Weise anordnen.

Bemerkt wird, daß ein aas einphasigen Transformatoren zusammengesetztes dreiphasiges Transformatorsystern aus Brown-Boveri-Mitt 8-1972, Seiten 376—383 bekannt ist Dabei besteht jedes einphasige System aus einem Kaupttransformator, einem Transformator für die Längsregelung und einem Transformator für die Schräg oder die Querregelung. Würden nun in der aus den AEG-Mitt, Band 48. 1958.8/9, Seiten 441-447 bekannten Weise die drei gesonderten magnetischen Kerne zu einem gemeinsamen Kern kombiniert, was nach dieser Vorveröffentlichung nur möglich wäre, wenn die zur selben Phase gehörenden Regeiwicklungen sowohl im eigenen einphasigen System als auch in einem anderen einphasigen System bzw. in den zwei anderen einphasigen Systemen angeordnet werden, so würden zwar durch den Zusammenbau der Kerne eine große Vereinfachung und eine wesentliche Herabsetzung der Abmessungen der einphasigen Transformatorsysteme erreicht. Aber nachteilig ist dann, daß die Phasen vor und hinter jedem einphasigen Transformatorsystem verschieden sind und daß, was schlimmer ist, die Verbindungsleiter für die Schräg- oder die Querregelung, d. h. Leiter für sehr hohe Spannungen, einander außerhalb der Transformatorkessel kreuzen müssen.

Sind dagegen die Wicklungen für die Schräg- oder die Querregelung in der Weise nach der Erfindung auf tien magnetischen Kernen der einphasigen Haupttransformatoren angeordnet, so bleiben sämtliche Wicklungen jedes einphasigen Haupttransformators zu derselben Phase gehörig, so daß vor und hinter jedem Transformator die Phasen gleich sind und die Verbindungen sehr hoher Spannung (z. B. 380/220 kV) sich nur innerhalb des jeweiligen Traiisformatorgefäßes, d. h. in Isolierflüssigkeit, erstrecken, während die gegenseitigen Verbindungen der verschiedenen einphasigen Transformatorsysteme zur Erzeugung Her gegenüber den magnetisehen Houptflüssen phasengeschwenkten magnetischen Flüsse für d^;e Schräg- oder die Querregelung sich nur im Gebiet der verhältnismäßig niedrigen Spannungen der tertiären Wicklungen (z.B. nur 10 kV) befinden und deshalb einander außerhalb der Transformatorgefäße ohne Schwierigkeit kreuzen können. Es hat sich gezeigt, daß durch die Verwendung des Schenkels oder der Schenkel ohne Wicklungen in jedem gemeinsamen einphasigen magnetischen Kern die zwei phasengeschwenkten magnetischen Flüsse wohl interferieren, aber je ihren eigenen Einfluß auf die Kopplung der Verteilungsnetze aufrechterhalten.

Sind sämtliche Haupt- und Regelwicklungen je Phase auf einem gemeinsamen magnetischen Kern angeordnet, so ist die Materialersparnis am größten. Aber auch, wenn erfindungsgemäß die Wicklungen für die Schrägoder die Querregelung a'if den magnetischen Hauptkernen sitzen und die Längsregelwicklungen sich auf einem Zusatztransformator befinden, was in Sonderfällen erwünscht ist, so wird gegenüber dem üblichen Falle, in dem Längsregelwicklungen sich in den Haupttransfoimatoren und die Schrägregelwicklungen sich in Zusatztransformatoren befinden, doch noch eine wesentliche Materialersparnis erreicht, denn ein gesonderter Längsregeltransformator braucht nur verhältnismäßig klein zu sein, da ein Teil der erforderlichen Längsregelung bereits durch die Schrägregelung, die die Resultante einer Querregelung und einer Längsregelung ist., geliefert wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann jeder einphasige Transformator drei Schenkel aufweisen, von denen der Schenkel ohne Wicklung sich zwischen den zwei Schenkeln mit Wicklungen befindet

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigt

F i g. i ein Schema eines dreiphasigen Kopplungstransformatorsystemes nach der Erfindung, das aus drei einphasigen Transformatoren besteht.

F i g. 2 ein Schema einer Variante u.eses Transformatorsystems,

F i g. 3 ein Vektordiagramm der regelbarer. Spannung des Systemes nach F i g. 1,

F i g. 4 ein Vektordiagramm der regelbaren Spannung des Sysvemes nach F i g. 2,

Fig.5 ein Schema eines dreiphasigen Kopplungstransformatorsystemes nach der Erfindung, das aus drei je als Spartransformator ausgeführten einphasigen

jo Transformatoren besteht,

Fig.6 ein Schema einer Variante der einphasigen Transformatoren nach F i g. 1 und

Fig.7 ein Schema einer zweiten Variante dieser einphasigen Transformatoren.

In Fig. 1, 2 und 5 ist der magnetische Kreis jedes einphasigen Transformators A, B, C des dreiphasigen Kopplungstransformatorsystemes mit dem Wicklungen tragenden Innenschenkel la, 16, Ic, dem ebenfalls Wicklungen tragenden Innenschenkel 2a, 26, 2c, den Außenschenkeln 3a, 36,3c und 4a, 46,4c und den Jochen 5a, 56,5cund 6a,66,6cversehen. Um die Außenschenkel und die Joche sind keine Wicklungen angebracht.

In Fig. 1 sind um den Schenkel la, 16, Ic die mit dem ersten Netz R, S, Tverbundene primäre Wicklung 7a, 76, 7c, die an das zweite Netz U, V, Wangeschlossene, aus der Stammwicklung 8a, 86, 8c und der ersten Regelwicklung 9a, 96, 9c bestehende sekundäre Wicklung und eine tertiäre Wicklung 10a, 106, 10c angeordnet. Die primären und die sekundären Wicklungen sind in Stern und und die tertiären Wicklungen sind in Dreieck geschaltet. Die letztgenannten Wicklungen dienen dadurch gleichfalls zum Ausgleichen de," homopolaren Komponenten des dreiphasigen Systemes. Weiter trägt der Innenschenkel 2a, 26, 2c eine Hilfswicklung 11a, 116, lic und eine zweite Regelwicklung 12a, 126, 12c, die in Reihe mit der gewählten Anzapfung der ersten Regelwicklung 9a, 96, 9c geschaltet und über ihre eigene gewählte Anzapfung an das Netz U, V, Weggeschlossen ist.

bo Die Hilfswicklungen lla, 116, ilcdesTransformatorsystemes nach F i g. 1 sind auch in Dreieck geschaltet und derart mit den tertiären Wicklungen 10a, 106, 10c verbunden, daß die Hilfswicklung 1 la durch die tertiäre Wicklung 106, die Hilfswicklung 116 durch die tertiäre Wicklung 10c und ^ie Hilfswicklung lic durch die tertiäre Wicklung 10a gespeist wird. In die Regelwicklungen 12a, 126, 12c werden Spannungen induziert, die um 120° mit den betreffenden Phasenspannungen im

Kopplungslransiormator in Phase verschoben sind. Diese zusätzlichen Regelspannungen sind mit den durch die erste Regelwicklung 9a, 9b, 9c geregelten Spannungen in Reihe geschaltet. Die durch die erste Regelwicklung 9a, 9b, 9c verursachte Reglung, wodurch das Transformationsverhältnis geregelt wird, wird die Längsregelung und diejenige, die durch die zweite Regelwicklung 12a, 126, 12c verursacht wird, wodurch sowohl das Transformationsverhäitnis als auch der Phasenverschiebungswinkel zwischen den Spannungen der Netze R, S, Γ und U, V, W geregelt wird, wird die Schrägregelung genannt.

Wenn beide Netze durch die Längsreglung mit Hilfe der Regelwicklung 9a, 96, 9c reduzierte Spannungen gleicher Größen und Phasen besitzen, so daß Er. s. τ = Eu. v. w, so kann durch die Schrägregelung der Kopplungstransformatorcn mit Hilfe der Regelwicklungen 12a, 126, 12c eine Regelspannung ΔΕ in die

ι»

In Fig.6 besteht der magnetische Kreis jedes einphasigen Transformators des mehrphasigen Syste mes aus drei Wicklungen tragenden Innenschenkeln 15 16, 17, zwei Außenschenkeln 18, 19 ohne Wicklunger und zwei Jochen 20,21 ohne Wicklungen. Die primärer Wicklungen 7\ 7", die sekundären Wicklungen 8', 8", die tertiären Wicklungen 10', 10" und die ersten Regelwick lungen 9', 9" sind je aus zwei parallelen Teiler zusammengesetzt, die über die Schenkel 15 und 16 verteilt sind. Dadurch wird bei größeren Leistungen eine bessere Verteilung der Energie über die einphasi gen magnetischen Kreise erhalten. Um den Innenschen kel 17 sind die durch die tertiäre Wicklung 10 eine anderen Phase gespeiste Hilfswicklung 11 und die /weite Regelwicklung 12 angeordnet.

Die unbewickelten Schenkel und Joche der magneti sehen Kreise der Transformatoren nach Fig. I, 2, 5, 6 und 7 dienen ausschließlich zum Schließen der in den mi

Ausgleichstrom / zwischen diesen Netzen erzeugt, dessen Größe und Phasenverschiebungswinkel durch die Regelspannung ΔE und durch die Impedanz des Kopplungstransformators bestimmt sind. Abhängig von der Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung Er. s. τ = Eu v. wundder Regelspannung JEenthält der Ausgleichsstrom /eine kleinere oder größere mit dieser Netzspannung in Phase gerichtete Komponente, so daß durch diese Regelspannung sowohl die wirksame Komponente als auch die wattlose Komponente der zwischen beiden Netzen ausgewechselten Energie beeinflußt wird (siehe F i g. 3). Es wird bemerkt, daß bei der Längsregelung mittels der Regelwicklung 9a, 96,9c eine Regelspannung AE' einen Ausgleichstrom /' erzeugt, der nahezu senkrecht zur Netzspannung E gerichtet ist. In diesem Falle wird praktisch nur die wattlose Komponente der ausgewechselten Leistung beeinflußt. Da weiter die Schrägreglung im Wesen eine Kombination von Längs- und Querregelung ist. kann in manchen Fällen die mit der Schrägregelung zusammenarbeitende Längsreglung, d. h. die dazu erforderliche Leistung, beschränkt werden. Es kann dann vorteilhaft sein, für diese die Schrägreglung ;rgänzende Längsregelung einen gesonderten Transfo mator verhältnismäßig kleiner Leistung zu gebrauchen.

Das Transformatorsystem nach F i g. 2 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 nur darin, daß jeder Schenkel 2a, 26, 2c der Transformatoren A, B und C zwei HilfsWicklungen ll'a, Wa. Wb, W'b, Wc, Wc trägt, von denen die Hilfswicklungen ll'a, ll'6und Wc beziehungsweise durch die tertiären Wicklungen 10c, 10a und 106 gespeist werden. Die Folge dieser Schaltung ist, daß die in der zweiten Regelwicklung 12a, 126,12c erzeugte Regelspannung AEzus den zwei um Winkel von 60° und 120° mit der Netzspannung E in Phase verschobenen gleichen Regelspannungen Δ E'und Δ E" zusammengesetzt ist und dadurch senkrecht zu dieser Netzspannung gerichtet ist, so daß mittels der zweiten Regelwicklung fast nur die wirksame Komponente der zwischen den Netzen ausgewechselten Energie beeinflußt wird. Die durch die zweite Regelwicklung 12a, 126, 12c verursachte Reglung wird die Querregelung genannt, und sie wirkt nahezu nur auf den Phasenverschiebungswinkel zwischen den Netzspannungen.

Das Transformatorsystem nach Fig.5 entspricht dem nach F i g. 1 mit der Ausnahme, daß die primären und sekundären Wicklungen SparwicWungen 13a, 14a, 136,146,13c 14csind

etf.il indem, ti

sehen Kraftflüsse.

Der Flächeninhalt der Querschnitte der Außenschen kel und der Joche der magnetischen Kreise der Transformatoren nach Fig. I, 2, 5 und 6 ist abhängig davon, ob Schräg- oder Querregelung vorhanden ist ungefähr ein halbes bzw. '/2^2mal so groß wie der Flächeninhalt des Querschnittes der Innenschenke dieser Kreise. Dies ist nicht so beim magnetischen Kreis nach Fig ⁷ bei dem der Flächeninhalt der unbewickel ten Teile des Kreises ungefähr einmal bzw. /2"mal so groß wie derjenige der bewickelten Außenschenkel ist.

Der magnetische Kreis nach F i g. 7 besteht aus einem Innenschenkel 24 ohne Wicklung, einem Außenschenkel 25 mit der primären Wicklung 7, der sekundären Wicklung 8, der ersten Regelwicklung 9 und der tertiären Wicklung 10, einem Außenschenkel 26 mit det Hilfswicklung 11 und der zweiten Regclwicklung 12 und zwei Jochen 27 und 28.

Die tertiären Wicklungen 10 und die Hilfswicklungen 11 der einphasigen Transformatoren nach Fig. 6 und 7 können in der Weise nach Fig. I miteinander verbunden sein.

Die magnetischen Kreise nach Fig. 1. 2, 5 und 6 sind verhältnismäßig niedrig und lang und der magnetische Kreis nach F i g. 7 ist verhältnismäßig hoch und kurz Alle Kreise haben den Vorteil, daß sie in normaler, d. h in ziemlich einfacher und billiger Weise hergestellt und leicht mit Wicklungen versehen werden können.

Die durch die tertiären Wicklungen erzeugten Spannungen können in bekannter Weise sehr vie niedriger (z. B. 20 kV) als diejenigen der zu koppelnden Netze (380/38OkV; 380/220 kV; 220/22CrV 220/110 kV; 110/110 kV usw.) sein, so daß die gegenseitigen Verbindungen der einphasigen Transformatoren wenig Schwierigkeiten bieten.

Für die Querreglung kann man auch mit einer einzigen Hilfswicklung in jedem einphasigen Transformator auskommen. In diesem Falle werden die Hilfswicklungen der drei Transformatoren in Stern und die tertiären Wicklungen derselben in Dreieck geschaltet und die Hilfswicklung jedes Transformators wird dann mit dem Knotenpunkt der tertiären Wicklungen der beiden anderen Transformatoren verbunden. Die jeder Hilfswicklung gelieferte Spannung ist dann senkrecht zur betreffenden Phasenspannung gerichtet.

Weiter kann man bei Verwendung der Schrägreglung die gesonderte Längsregiung in gesonderten Transformatoren vornehmen, die entweder außerhalb oder innerhalb der Gefäße der einphasigen Haupttransfor-

matoren angeordnet sind. Diese Transformatoren für die gesonderte Längsreglung brauchen nur für eine verhältnismäßig kleine L.eistung geeignet zu sein, da die Schrägreglung bereits einen Teil der Längsreglung enthält.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche;

1. Stufig einstellbares mehrphasiges Transformatorsystem zum Koppeln zweier gesondert gespeister elektrischer Verteilungsnetze, mit je Phase wenigstens einer mit dem einen Netz zu verbindenden primären Wicklung, einer mit dem anderen Netz zu verbindenden sekundären Wicklung, einer mit dieser in Reihe geschalteten und damit induktiv gekoppelten, für die das Transformationsverhältnis einstellende Längsregelung vorgesehenen ersten Stufenwicklung im wählbaren Anzapfungen, einer tertiären Wicklung, mindestens einer phasengeschwenkt gespeisten Hilfswicklung und einer mit dieser Hilfswicklung induktiv gekoppelten, mit der gewählten Anzapfung der ersten Stufenwicklung in Reihe geschalteten zweiten Stufenwicklung mit wählbaren Anzapfungen, die für die den Phasenverschiebungswinkel zwischen den Spannungen der zu koppelnden Netze einteilende Schräg- oder Querregelung vorgesehen ist, wobei die jeweilige Hilfswicklung durch die tertiäre Wicklung von mindestens einer anderen Transformatorphase gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrphasige Transformatorsystem mehrere unter sich gleiche, einphasige Transformatoren (A, B, Q aufweist, die je mindestens einen Schenkel (la, b, c-, 25) zum Tragen der primären (7a, b, c) der sekundären (8a, b, c), der tertiären (10a, k, c) und gegebenenfalls auch der ersten Stufenwicklung (9a, b, c), mindestens einen weiteren Schenkel (2a, b, σ, 26) zum Tragen der Hilfswicklung^)(Ha, b, cbzw. Wa, b, c, \\"a, b, c) und der zweiten Stufenwicklung (12a, h, c) und mindestens einen Schenkel (3a, b, c; 4a, b, c bzw. 24) ohne Wicklung besitzen.

2.Transformatorsystem nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß jeder einphasige Transformator drei Schenkel (24,25,26) aufweist, von denen der Schenkel (24) ohne Wicklung sich zwischen den zwei Schenkeln (25, 26) mit Wicklungen (7, 8, 9, 10 bzw. 11,12) befindet.