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Schalteinrichtung zur selbsttätigen Zu- und Abschaltung eines Transformators
oder Umformers Die Erfindung bezieht sich auf Schalteinrichtungen zur selbsttätigen
Schaltung von Anlagen zur Umformung elektrischer Energie, die mit anderen auf ein
gemeinsames Verteilnetz parallel arbeiten und zur Vermeidung der Leerlaufverluste
u. dgl. in Zeiten schwacher Belastung ausgeschaltet werden.
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Einrichtungen zur Lösung dieser Aufgabe sind schon vielfach, insbesondere
für selbsttätige Transformatorenstationen, vorgeschlagen worden. Meist sind in unmittelbarer
Nähe des Betriebstransformators Hilfsstromquellen (Hilfstransformatoren) vorgesehen,
die seine Belastung in Zeiten schwachen Verbrauchs ganz oder teilweise übernehmen,
während der Betriebstransformator selbst ausgeschaltet bleibt; wenn die Belastung
wieder auf einen bestimmten Wert angestiegen ist, so wird durch ein Maximalrelais
der Hilfstransformator abgeschaltet und gleichzeitig der Betriebstransformator selbsttätig
wieder eingeschaltet. Nach anderen Vorschlägen wird der Transformator durch einen
Minimalstromauslöser abgeschaltet, dagegen durch ein von der Sekundärspannung allein
beeinflußtes Spannungsrelais wieder eingeschaltet. Dies hat aber den Nachteil, daß
nicht nur die bei schwankender Belastung im Sekundärnetz auftretenden Änderungen
derSekundärspannung, sondern auch sonstige betriebsmäßige Spannungsänderungen, z.
B. solche auf der Primärseite, meist von der Belastung vollkommen unabhängige Spannungsschwankungen,
die selbsttätige Einschaltung beeinflussen. Zu erwähnen sind ferner dem gleichen
Zweck dienende Anordnungen mit Schaltuhren oder besondere Fernsteuerleitungen, z.
B. zur Übertragung der in Abhängigkeit von der gesamten Netzbelastung erfolgenden
Schaltimpulse. Die ersten sind in ihrer Wirkung an einen vorausbestimmten Betriebsplan
gebunden, während die zweiten außerdem noch kostspielige Leitungen zwischen den
ausschaltbaren Stationen und der Kommandostelle erfordern.
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Die Erfindung ermöglicht die Zu- und Ab-
schaltung solcher selbsttätiger
sekundärer Anlagen, die auch nur mit je einem einzigen Umformer, Transformator
o. dgl. ausgestattet sein können, in reinerAbhängigkeit von derBelastung ohne Verwendung
von Hilfstransformatoren, Schaltuhren oder besonderen Steuerleitungen. Nach der
Erfindung werden hierzu Anlagen zur Umformung elektrischer Energie, die mit anderen
parallel auf ein gemeinsamesVerteilnetz arbeiten, durch eine selbsttätige Schaltvorrichtung
in eindeutiger Abhängigkeit von der Belastungsstromstärke in den Verteilleitungen
zu- und abgeschaltet, die an die zu schaltende Anlage selbst angeschlossen sind.
Dies ermöglicht einerseits die Zu- und Abschaltung der Station in eindeutiger Abhängigkeit
von der Belastung des von der zu schaltenden Station gespeisten Netzbezirkes und
andererseits die Unterbringung der hierfür nötigen Einrichtungen in der züi schaltenden
Station
selbst. Die Abschaltung der Anlage erfolgt zweckmäßig in Abhängigkeit von der durch
sie übertragenen Belastung, z. B. durch einen Minimalstromauslöser im Hauptstromkreis.
Die bis nun von der Anlage gelieferte Energie wird jetzt durch die mit ihr auf das
gemeinsame Verteilnetz arbeitenden Stationen übernommen und strömt dem Versorgungsgebiet
der abgeschalteten Anlage hauptsächlich über jene Verteilleitungen zu, welche diese
Anlage mit den übrigen auf dem kürzesten elektrischen Wege (d. i. der mit
dem geringsten elektrischen Widerstand) verbinden. Übersteigt nun der auf diesem
Wege der abgeschalteten Anlage zuströmende Aushilfsstrom einen vorausbestimmten
Wert, so wird beispielsweise durch ein von diesem Strom beeinflußtes Höchststromrelais
die Anlage selbsttätig wieder zugeschaltet.
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Damit nun bei kleinen Schwankungen der Belastung um den kritischen,
die Ab- und Zuschaltung des Transformators oder Umformers bewirk-enden Belastungswert
ein Pendeln der Schalteinrichtung nicht eintritt, wird einerseits die für die Abschaltung
der Station maßgebende Mindestbelastung kleiner bemessen, als die von den übrigen
Stationen gelieferte Aushilfsbelastung, welche die Wiederzuschaltung bedingt und
nach dem Einschalten von der Station selbst wieder übernommen wird. Andererseits
wird die Schalteinrichtung mit einer Zeitverzögerung versehen, so daß ein unerwünschtes
oftmaliges Ein- und Ausschalten der Anlage bei kurzzeitigen Belastungsschwankungen
vermieden wird.
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Zum Steuern der Schalteinrichtung wird man im normalen Falle, wie
beschrieben, den Belastungsstromselbstverwenden. Eskannjedoch die Schalteinrichtung
auch von anderen elektrischen Größen beeinflußt werden; diese müssen aber dann ebenfalls
dem für die Zu- und Ab-
schaltung maßgebenden Belastungsstrom im wesentlichen
eindeutig proportional sein oder, mit anderen Worten, als Maß für diesen Belastungsstrom
gelten können.
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Einige Ausführungs- und Anwendungsbeispiele der Erfindung sind in
den Zeichnungen schematisch dargestellt. Die Abb. i zeigt eine Transformatorenstation
mit einem einzigen Betriebstransformator i, der mit anderen, die beliebig weit entfernt
sein können, auf ein gemeinsames Verteilnetz parallel arbeitet. 2 und
3
sind die Primär- und Sekundärhauptschalter, welche zweckmäßig von einem
gemeinsamen Schaltantrieb 4 betätigt werden. Die von der Station abgehenden Verteilleitungen
kann man in zwei Gruppen teilen; die eine an die Sekundärsammelschiene
5 angeschlossene Gruppe 6
umfaßt alle jene Verteilleitungen, welche
die kürzeste elektrische Verbindung, d. h. die mit dem kleinsten elektrischen
Widerstande zu den auf das gleiche Verteilnetz parallel arbeitenden Stationen ergeben.
Die andere an die Sammelschine 8 angeschlossene Gruppe 7 enthält die
offenen Leitungen bzw. solche, die einen Weg größeren elektrischen Widerstandes
zu den Nachbarstationen bilden. Zwischen dem Transformator i und der Hauptschiene
5 liegt ein Minimalstromauslöser 9, zwischen Haupt- und Hilfssammelschiene
ein Maximalauslöser :ro. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Der Transformator
i ist eingeschaltet. Sinkt nun seine Belastung bis zu dem am Minimalauslöser
9 eingestellten Wert, so schaltet dieser den Transformator i primär- und
sekundärseitig ab. Der in den Verteilleitungen 7 fließende Belastungsstrom
wird dann über die Verteilleitungen 6 von den nicht abgeschalteten Nachbarstationen
geliefert und beeinflußt den Maximalauslöser io. Dieser Strom ist wegen der ungefähren
Gleichzeitigkeit der Netzbelastung dem gesamten Strom proportional, den der Transformator
lieferii müßte, wenn er eingeschaltet wäre, so daß dieser Strom ein Maß für die
bei der Einschaltung des Transformators zu erwartende Belastung darstellt. Steigt
nun dieser Strom und damit die zu erwartende Transformatorbelastung auf einen vorausbestimmten
Wert, so spricht das Maximalrelais io an und bewirkt die Wiederzuschaltung des Transformators.
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Wie aus dem Vorangehenden ersichtlich ist, ist die ungefähre Gleichzeitigkeit
in der Netzbelastung eine Voraussetzung der beschriebenen Anordnung. Es wird nämlich
angenommen, daß, was auch im allgemeinen in Ortsnetzen zutrifft, die Belastung zu
allen Zeiten ungefähr verhältnismäßig gleich auf die verschiedenen Verteilungsleitungen
verteilt ist, welche von der betrachteten Transformatorenstation ausgehen, so daß
tägliche oder saisonmäßige Belastungsschwankungen mehr oder weniger gleichzeitig
in allen Verteilungsleitungen und verhältnismäßig gleich zu ihrer Höchstlast stattfinden.
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Das darf um so mehr angenommen werden, als der Speisebezirk einer
Transformatorenstation für gewöhnlich klein ist, so daß sich derselbe, z. B. in
einer Stadt, nur über ein Gebiet von ungefähr gleichem Charakter, also gleicher
Belastungsart, erstreckt.
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Ein über den nach vorstehendem natürlich gegebenen Gleichzeitigkeitsgrad
hinausgehender, noch erforderlicher Ausgleich kann mit Leiche tigkeit, ohne an die
Verbraucheranschlüsse selbst rühren zu müssen, dadurch erreicht werden, daß jede
der Leitungsgruppen 6 und 7,
welche von der Transformatorstation ausgehen,
soweit als möglich Leitungen von verschiedenartigem Belastungscharakter gemischt
enthält.
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Diese Gleichzeitigkeit der Schwankungen der Netzbelastung ermöglicht
nun, wie oben geschehen, die Belastung in einer Gruppe von
Leitungen
als ein Maß für die Belastung in einer anderen Gruppe oder auch des ganzen von der
Station gespeisten Netzbezirkes zu betrachten.
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Zufälligkeiten in der Belastungsverteilung, welche die angenommene
Gleichzeitigkeit einmal stören können, können zwar zuweilen eine frühzeitige oder
verspätete Schaltung des Transformators in der betrachteten Station verursachen,
was jedoch auf die jährlich ersparte Leerlaufsenergie bzw. auf den jährlichen, Wirkungsgrad
der Anlage von keinem merklichen Einfluß sein kann.
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Die für die Betätigung des Schaltantriebes 4 benötigten Arbeitsströme
stehen auch bei ausgeschaltetem Transformator in der Station zur Verfügung, da sie
dem Verteilungsnetz entnommen werden.
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Die in diesem Beispiel verwendeten beiden Auslöser 9 und io
können, wie die Abb. 2 zeigt, zu einem einzigen Auslöser ii vereinigt werden, Dieser
erhält dann Doppelkontakte, einen für den Minimal- und einen für den Maximalstrom,
und wird in die Verbindungsleitung zwischen den beiden Sekundärsammelschienen
5 und 8 eingeschaltet. Bei dieser Anordnung bewirkt nicht mehr die
ganze vom Transformator übertragene Leistung seine Ab-
schaltung, sondern
nur ein wegen der Gleichzeitigkeit der Belastung proportionaler Teil derselben.
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Eine analoge Ausführungsform zeigt die Abb. 3. Zur Ausschaltung
dient, wie in Abb. i, ein Minimalschalter 9, während zur Wiederzuschaltung
ein Rückstromauslöser 12 verwendet wird. Bei dieser Anordnung werden die offenen
bzw. quasi offenen Verteilleitungen7 direkt an die Sekundärhauptsammelschienen
5
und die Verteilleitungen 6 an die Hilfssammelschienen 8 angeschlossen.
In den Verbindungsleitungen zwischen diesen beiden Sammelschienen liegt der Richtungsauslöser
12. Die Wirkungsweise ist folgende: Bei eingeschaltetem Transformator fließt der
Strom in allen Verteilleitungen 6, 7 von der Station weg. Die Ausschaltung
bei sinkender Belastung erfolgt wie früher durch den Minimalauslöser g. Bei ausgeschaltetem
Transformator wird nun die Stromrichtung in den Verteilleitungen 7
die gleiche
bleiben, während sich diese in den Zubringerleitungen 6 umkehrt, da über
diese Leitungen der Strom von den benachbarten Stationen den Leitungen
7 zuströmt. Erreicht nun dieser Rückstrom eine vorausbestimmte Höhe, so spricht
das Richtungsrelais 12 an und bewirkt die Wiederzuschaltung des Transformators.
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Die beschriebenen Einrichtungen sind auch bei solchen Stationen verwertbar,
die mit mehreren Transformatoren ausgerüstet sind, die je
nach dein Belastungsbedarf
selbsttätäg zu-und abgeschaltet werden sollen. Man wird dann zweckmäßig nur einen,
nämlich den sogenannten Hauptstromtransformator, im Sinne der Erfindung zu- und
abschaltbar ausführen, während die übrigen in bekannter Weise in Ab-
hängigkeit
von der Belastung dieses Haupttransformators durch einen Uberstromauslöser zu- bzw.
abgeschaltet werden.
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Die angegebenen. Anordnungen sind ohne ,veiteres auch für Gleichrichter-
oder Umformeranlagen verwendbar, wobei aber zweckmäßig nicht schlechtweg die Zu-
und Ab-
schaltung einer solchen Station allein anzustreben ist, sondern auch
die In- und Außerbetriebsetzung überhaupt. Hierzu ist es vorteilhaft, die Inbetriebsetzung
durch Relaisimpulse o. dgl. einzuleiten und das Anlassen, Regeln, Parallelschalten
usw. in bekannter Weise selbsttätig vorzunehmen.