DE1513262C - Transduktorischer Spannungsregler für Transformatoren mit Stufenschaltwerken - Google Patents

Description

Die Spannungsregelung von Transformatoren mit %und Kondensatoren'gebildetes Netzwerk vorzuschal- '■ Stufenschaltwerken hat die Aufgabe, in Hoch- und .ten, das ""eine sogenannte Sattelkennlinie aufweist. "

Mittelspannungsnetzen , oberspannungsseitig Span- Dadurch ist der Motor in einem gewissen Unempfind-

nungsänderungen und unterspannungsseitig auftre- lichkeitsbereich der Netzspannung nur einem geringen

tende lastabhängige Spannungsabfälle auf der Über- 5 Strom unterworfen." Bei dieser Regelanordnung be-.

tragungsleitung ohne Lastunterbrechung auszuregeln -'- steht aber die* Gefahr, daß sie unter dem Einfluß -

und dadurch die Unterspannung bzw. die Spannung plötzlich auftretender großer Regelabweichungen ver-

am Verbraucherschwerpunkt konstant zu halten. ; sagt, -da bei Überschreiten des Unempfindlichkeits- ■;'■■:>

Die Regelung der Spannung bzw. die Betätigung bereichs der Strom von einem Maximum wieder auf " des Stufenschalters abhängig von der jeweiligen ίο kleinere Werte abfällt. Auch läßt sich bei einer ge- " Spannungsabweichung kann entweder durch Bedie- gebenen Regelanordnung die Ausdehnung des Unnungspersonal oder aber selbsttätig erfolgen. In empfindlichkeitsbereiches nicht mehr verändern, wo- , diesem Zusammenhang sind als Spannungsregler durch die Abstimmung mit verschiedenen Transforschon Kontaktregler bekanntgeworden, wobei eine _; matoren unterschiedlicher Stufenspannung schwierig Regelabweichung den Regelimpuls entweder ^: nach 15 wird. ΐί-dem Prinzip des Fallbügelreglers oder mittels Kontakt- ;, Eine andere bekannte Anordnung sieht einen relais bildet und den Antrieb des Stuferischaltwerkes Spannungsregler für Transformatoren mit Stufen- : einschaltet. Zur Schonung der Regelkontakte und des schaltern vor, bei denen das Stufenschaltwerk durch Stufenschaltwerkes werden hierbei auch zusätzliche einen Motorantrieb betätigt und die Spannungs-Einrichtungen unter Verwendung von Zeitrelais arige- ao abweichung vom Sollwert in magnetischen Verstärkern wendet, die bewirken, daß eine Schaltung erst dann mit Gegentaktschaltung gebildet wird, wobei die zunr^ erfolgt, wenn die Abweichung längere Zeit bestehen- Betrieb des Spannungsreglers notwendige genaue An^¹" ~ bleibt. Hierbei kann die Schaltverzugszeit auch ab- passung des Unempfindlichkeitsbereiches an die hängig von der Größe und Richtung der Regel- Stufenspannung durch zusätzliche, von konstantem _t' abweichung gemacht werden. as Strom erregte Steuerwicklungen erreicht wird, die im ;

Diese Kontaktregler besitzen eine Reihe von Relais einen Gegentaktverstärker gleichsinnig und im anderen j

mit vielen Kontakten, die infolge ihrer Störanfällig- Gegentaktverstärker gegensinnig zu der Sollwert— i

kcit ständig gewartet werden müssen, um einen ein- Steuerwicklung geschaltet sind. Diese Schaltung ge-'■■· *

wandfreien Betrieb sicherzustellen. währleistet zwar ein kontaktfreies, wartungsloses und

Es ist daher schon versucht worden, bei Spannungs- 30 betriebssicheres Arbeiten des Spannungsreglers, die

reglern für Transformatoren mit Stufenschalter, der Impulse zur Betätigung des Stufenschalters, bei einer

durch einen Motorantrieb betätigt wird, die Span- Abweichung der Netzspannung erfolgen jedoch in

nungsabweichung vom Sollwert in magnetischen Ver- gleichmäßigen zeitlichen Abständen, so daß er oftmals

starkern in Gegentaktschaltung zu bilden. Dadurch stärker beansprucht, d. h. häufiger betätigt wird, als es

sind die Kontaktregler durch kontaktlose Regler er- 35 notwendig wäre. Besonders in stark schwankenden setzt, die naturgemäß völlig wartungsfrei arbeiten. Die -Netzen führt dies zu einer erheblichen Minderung der bekanntgewordene Schaltung besitzt jedoch erhebliche ' Lebensdauer des Stufenschatters. Die Nachteile der

Nachteile. Der Spannungsregler selbst muß einen oben angeführten bereits bekannten Lösungen werden

Unempfindlichkeitsbereich haben, der größer als die durch die Erfindung vermieden. Stufenspannung des Transformators ist, da sonst das 40 Sie bezieht sich auf einen integralwirkenden trans-

Stufenschaltwerk ständig zwischen zwei Stufen hin- duktorischen Spannungsregler für Transformatoren

und herpendeln würde. Bei der bekannten Schaltung mit Stufenschaltwerken, mit dem Kennzeichen, daß

wird diese Unempfindlichkeit im Antriebsmotor für die in sperrender Richtung auf einen überkritisch mit--·

das Schaltwerk selbst gebildet, und~zwar so, daß der gekoppelten spannungssteuernden Transduktor ^wTr- "

Motor erst dann das erforderliche Drehmoment ent- 45 kende Durchflutung konstant, die in öffnender Rich-

wickelt, wenn die Spannungsabweichung vom Soll- tung über den Ausgang eines weiteren, in stromwert größer als die Stufenspannung ist. Innerhalb steuernder Schaltung betriebenen Transduktor gedieses Unempfindlichkeitsbereiches erhält der Motor "bildete Steuerdurchflutung der absoluten Regelab-

jedoch je nach der Größe der Spannungsabweichung weichung proportional ist, daß die Summe dieser

eine Spannung zugeführt, die zwar noch keinen Anlauf 50 Durchflutungen einen bei einer den Unempfindlichbewirkt, jedoch einen erheblichen Strom zur Folge hat, - ·keitsbereich - überschreitenden. Regelabweichung in'.',.. der den Motor thermisch überlastet und je nach der 'öffnender Richtung wirkenden Und exponentiell an-

"Zeitdauer dieses Zustandes den Motor sogar zerstören steigenden Steuerstrom auslöst .und nach Erreichung

kann. Außerdem erhält bei Überschreiten des Un- r.; eines annähernden AW-Gleichgewichts zwischen sper-

empfindlichkeitsbereiches der . Motor bei ^geringen 55 renden und'öffnenden Steuerströmen einen Stellbefehl

Überschreitungen der Spannungsabweichung über den auf den Motorantrieb des Stufenschaltwerkes abgibt,

Wert der Stufenspannung nur einen Teil seiner vollen in der Weise, daß die Ansprechzeit der Größe der

Betriebsspannung. Dies hat zur Folge, daß der Motor Regelabweichung rumgekehrt proportional ist, daß

einerseits thermisch überlastet ist, andererseits infolge gleichzeitig mit der Auslösung des Stellbefehls ein in

zu geringer Drehzahl einen schleppenden Gang des 60 sperrender Richtung exponentiell ansteigender, eine

Stufenschaltwerkes verursacht. Schließlich wird der zeitliche Begrenzung der Stellbefehlsdauer herbei-

Stufenschalter auch bei einer kurzzeitigen Span- führender Steuerstrom entsteht und daß bei einer

nungsabweichung vom Sollwert in.Garig gesetzt, eine . mehrere Spannungsstufen umfassenden Regelabwei-

Tatsache, die eine unnötige Schaltungshäufigkeit und chung jeweils nach jeder Stufenschaltung ein neuer :

damit einen unnötigen Kontaktverschleiß der Schalt- 65 Anfangspunkt für den in öffnender Richtung wirken-

organe verursacht. den Steuerstrom festgelegt ist. Dadurch werden große

Es ist auch schon bekannt dem Antriebsmotor von Regelabweichungen, die mehrere Stufen des Stufen-Transformatorstufenschaltern ein aus Drosselspulen Schaltwerkes umfassen, zu Beginn des Ausgleich-

Vorganges schnell korrigiert, während die nachfolgenden zur vollständigen Ausregelung der Spannung erforderlichen Schaltungen in immer größer werdenden Zeitabständen folgen, so daß die Abweichung u. U. von selbst wieder verschwindet und damit auf die Restschaltungen des Stufenschalters verzichtet werden _v,

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Span-I nungsreglers wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. F i g. 1 zeigt einen Blockschaltplan des Spannungsreglers. Der dem Spannungsistwert proportionale Steuerstrom Iut wird einem Spannungswandler entnommen und bildet die Regelgröße, während der Strom Ζ* einem Stromwandler entnommen und als Störgröße aufgeschaltet wird. Die Speisespannung Un sämtlicher Tränsduktoren sowie die Steuerströme werden durch einen magnetischen Spannungskonstanthalter, bei einer Änderung der Reglerhilfsspannung um ±10°/₀ auf ±0,5% konstant gehalten. Auf den Regel verstärker P₁ wirken nach F i g. 1 die Steuer- so ströme hon und /* gleichsinnig, Iut in entgegengesetzter Richtung. Über eine einstellbare Gegenkopplung wird die Steilheit der Verstärkerkennlinie gerade so eingestellt, daß bei Regelabweichung von —3°/₀, 0%, +3% die Ausgangsströme I_Ai-y>;_a, Ua 0% und Τ,« + 3% fließen. '" '■; -..', ■''..■.

F i g. 2 zeigt die prinzipielle Beschallung der Steuer- wicklungen des Verstärkers/»!. Der Sollwert der Spannung wird betriebsmäßig durch Änderung des Drehwiderstandes R₁ im Istwertkreis eingestellt, der Kornpensationsgrad k der Scheinstromkompensation, der den auf die Sekundärspannung U_2n des Transformators bezogenen prozentualen Spannungsabfall auf der Leitung beim Nennstrom I_iU angibt, läßt sich in bestimmten Grenzen stetig über den Drehwiderstand A₂ einstellen.

h erhöht den eingeprägten Sollwertstrom I_soii in Abhängigkeit des Scheinstromes I₂ und setzt somit U₂ um den Spannungsabfall auf der Leitung I₁ · Zx, herauf, so daß die Spannung am Verbraucher unabhängig von der Belastung konstant gehalten wird. /* wird einem Sättigungswandler m entnommen, der bei I_2n in Sättigung geht. Damit wird die Scheinstromkompensation bei I₂ > I_2n unwirksam und der Kompensationskreis des Reglers vor Kurzschlüssen auf der Leitung und der Lastumschalter vor Schaltungen im Kurzschlußfall geschützt. Nach F i g. 1 wird Zi₁ auf die Schaltverstärker p_t und p_& geführt, die kritisch mitgekoppelt sind und damit Sprungverhalten aufweisen.

Diebeiden Verstärker werden durch den Vorstrom/ο gesperrt und erhalten zur Einstellung eines Unempfindlichkeitsbereiches eine Stromaufschaltung /„* bzw. I_et über einen Spannungsteiler. Bei steigendem Unempfindlichkeitsbereich ε, nimmt der auf p_s sperrend wirkende Steuerstrom/_e/ zu und. der auf ρ_Λ öffnend wirkende Steuerstrom/_£a ab. Bei einem eingestellten Unempfindlichkeitsbereich ε == ±3 °/o und einer Regelabweichung von 0 % fließt der Strom I_Ai α·.,,» beide Schaltverstärker bleiben gesperrt. Überschreitet die Regelabweichung den Unempfindlichkeitsbereich, so öffnet der Schaltverstärker p_s und legt über das Relais d_t die Regelrichtung »Spannung tiefer« fest, während der Schaltverstärker p₄ weiterhin gesperrt bleibt. Um im Betrieb dauerndes Aufwärts- und Abwärtsschalten des Transformators zu vermeiden, wird die Unempfindlichkeit zweckmäßigerweise auf etwa den 1,2- bis l,8fachen Wert der Stufenspannung eingestellt.

An der Verstärkergruppe p_u p₄ und p_a werden die Einstellungen für Sollwert, Stromkompensation und Unempfindlichkeit vorgenommen. Sie bestimmt ferner bei einer den Unempfindlichkeitsbereich überschreitenden Regelabweichung über die Relais </* oder dt die Richtung des Stellbefehls im Sinn von. »Spannung höher« oder, »Spannung tiefer«. Die'sofortige Auslösung des eigentlichen Stellbefehls auf den Motorantrieb wäre jedoch unzweckmäßig, da sonst'jede kurzzeitig anstehende Regelabweichung rausgeregelt und der Stufenschalter unzulässig stark beansprucht würde. Bei einer optimalen Spannungsregelung wird vielmehr bei minimaler Schalthäufigkeit des.Stufenschalters eine möglichst gute Spannungskonstanz erreicht, d. h.; daß große Regelabweichungen schnell und kleine Regelabweichungen langsam ausgeregelt

ν Diese Funktion wird von den 'in "FJg. 1 .dargestellten Verstärkern /J₂ und />₅ übernommen; In F i g. 1 werden It und /«,11 gleichsinnig, -Im in entgegengesetzter Richtung auf den Verstärker/7., aufgeschaltet, der im Gegensatz zu den übrigen spannungssteuernden Verstärkern stromsteuerndes Verhalten aufweist, d.h. bis zur Sättigungsgrenze herrscht hier ÄW-Gleichgewicht zwischen Arbeitsstrom und Steuerstrom. Der Ausgangsstrom ist vom Vorzeichen der Regelabweichung unabhängig^ ;' ■■;'";'/.: ; ^; : f

Der Verstärkerp_e (Fi g. 1) ist überkritisch mitgekoppelt, seine kennlinie besteht aus zwei Schleifenästen. Nach F i g. 1 wird er über den Vorstrom I₁-. gesperrt und.öffnend von dem Strom Ia₂ ; beaufschlagt. Bei auftretender positiver Regelabweichung schaltet p₅, das Relais dt zieht an, der gemäß F i g. 3 über A₁ entladene Kondensator C₁ lädt sich auf und I₁ steigt nach

(1—e-"^T)

/ an. /

Nach Ablauf der Zeit I₁ schaltet der Verstärker /?₆, das Relais d zieht an, unterbricht gemäß F i g. 3 die Ströme I_v und 1Ά& entlädt den Kondensator C₁ über den Widerstand R₃, macht dabei I₁ zu 0 und gibfden ; Kondensator C₂ zur Aufladung frei. Der Strom I₁-steigt exponentiell vom Koordinatennullpunkt der Verstärkerkennliniepe an, bis der absteigende Ast bei /₂ erreicht ist, und öffnet wieder das Relais d. Während der etwa * 2 Sekunden betragenden Schließzeit des Relais d geht über den jeweils zweiten Wechsler von dt und d nach Fi g. 4 ein Stellbefehl auf den Motorantrieb, der den Stufenschalter eine Stufe weiterschaltet. Ist das Relais d geöffnet, so wird der Kdnderisator C₂ über den Widerstand R_e entladen, I₂ wird zu 0, die zuvor unterbrochenen Ströme I₀ und Ia₁ werden wieder zugeschaltet. Ist nach dieser Schaltung der Sollwert noch nicht erreicht, so wird der Kondensator C₁ erneut aufgeladen. Da jedoch infolge der kleineren Regelabweichung Zi₂ ebenfalls kleiner wird, verlängert sich die Ansprechzeit. Ändert die Regelabweichung während der Aufladung ihr Vorzeichen, so wird das erregte Relais entregt, der Kondensator C₁ entladen und das für die entgegengesetzte Spannungsregelung zuständige Relais erregt. Die Zeitmessung beginnt also stets von der Nullstellung aus. Durch den in F i g. 3 dargestellten Widerstand R₅

kann die für χ = ^,-=1% und c=l definierte

Ansprechzeit t, in weiten Grenzen betriebsmäßig ein-

gestellt werden. Für eine beliebige Regelabweichung erhält man die Ansprechzeit nach der Bezeichnung

' U AU U_n

• c.

[⁰Io]

Bei gegebener Regelabweichung und entsprechender /„-Einstellung kann also über den Zeitfaktor (Spreizung .der Verstärkerkennlinie p_z nach Fi g. 1) die Ansprechzeit verändert werden.. ; Λ, ~: : ; .^" ■■·■■'■ - Um in den vermaschten Netzen eine bestimmte " Blindlastverteilung zwischen verschiedenen Transformatoren zu erreichen, ist oftmals eine Blindstromkompensation erforderlich. Ebenfalls ist in Stichleitungen, die mit einer kapazitiven Spannungs-. Stützung arbeiten und in denen der Blindstrom nicht soüwerterhöhehd wirken darf, eine Wirkstromkompensation erwünscht. Nach einem weiteren Erfindungs-ao gedanken erfolgt die Sollwertbeeinflussung bei der Wirk- und Blindstromkompensation in Abhängigkeit von / · cos φ bzw. / · sin φ. F i g. 5 zeigt die Schaltung zur Bildung des Blindanteils/«. Die Spannung Utr wird als Referenzspannung herangezogen. Addiert »5 man zu dieser Spannung den am Blindstromkompensationseinsteller Rb auftretenden Spannungsabfall, so _; erhält man Ub. Die beiden Spannungen werden gleichgerichtet, die von ihnen erzeugten Ströme fließen gegensinnig durch eine Steuerwicklung des Verstärkers p. Der Differenzstrom Ib ist proportional Ub — Utr, er ist bei induktiver Belastung positiv gerichtet und wirkt sollwerterhöhend, während er bei kapazitiver Belastung seine Richtung wechselt und den Sollwert herabsetzt. Wie aus dem Zeigerdiagramm hervorgeht, ist der durch die Schaltung bedingte Fehler bei unq = ±1 Null. ,Der. Fehler erreicht seinen Maximalwert bei sin? = ±0/2 =& 0 und kann sehr klein gehalten werden, indem man Um > Is- Rb wählt, wobei α gleich ist dem Verhältnis ....·.

Ib wird damit praktisch unabhängig von Änderungen der Spannung Vtr< Der Faktor ο ist so gewählt, !daß der auf den SpannungssoHwert bezogene maximale Fehler 0,5 °/₀ ist. Die Schaltung zur Bildung des Wirk- ^äriteils ist in F i g. 6 angegeben. Zur Bildung der in Phase liegenden Referenzspannung Us für die Wirkstromkompensation benötigt man die Wandlerspannungen Utr und t/.sr· Der Differenzstrom Zn- ist proportional Uw bzw. der Wirkkomponente. Er ist stets positiv gerichtet und wirkt sollwerterhöhend. Der Fehler ist bei cosy = I Null, sein Maximalwert innerhalb des Betriebsbereiches tritt auf bei cos φ = 0. F ig. 7 zeigt die Schaltung zur Verstärkung der beiden Komponenten Iw und Ib- Der Rückkopplungswider standRgic wird so eingestellt, daß bei Iw+ Ib = O Ia — Ig. beträgt. Durch einen gleich großen Gegenstrom wird dieser Strom gerade kompensiert, so daß der auf den Spannungsregler geführte Strom Ik je nach Richtung von Iw + Ib positiv, oder negativ wird, also sollwerterhöhend oder sollwerterniedrigend wirRt.' Durch die in F i g. 5 und 6 dargestellten Drehwiderstände Rw und Rb kann der Kompensationsgrad kw bzw. ke so eingestellt werden, daß bei Nennstroni ϊ_%η und cosy = 1 bzw. sin φ = 1 eine Sollwerterhöhung von 0 bis 10⁰/o möglich ist. ■ ■'-'■■',■*■■ \ ;-.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Integralwirkender transduktorischer Spannungsregler für Transformatoren mit Stufenschaltwerken, dadurch gekennzeichnet,daß ' die in sperrender Richtung auf einen überkritisch mitgekoppelten spannungssteuemden Transduktor wirkende Durchflutung konstant, die in öffnender Richtung über den Ausgang eines weiteren, in stromsteuernder Schaltung betriebenen Transduk.?-^ tors gebildete Steuerdurchflutung der absoluten.^ Regelabweichung proportional ist, daß die Summe dieser Durchflutungen einen bei einer den Un- V empfindlichkeitsbereich überschreitenden Regel- ' abweichung in öffnender Richtung wirkenden und \ exponentiell ansteigenden Steuerstrom auslöst und > nach Erreichung eines annähernden AW-Gleich- '»■ gewichts zwischen sperrenden und öffnenden Steuerströmen einen Stellbefehl auf den Motorantrieb des Stufenschaltwerkes abgibt, -Λη der Weise, daß die Ansprechzeit der Größe'der Regelabweichung umgekehrt proportional ist, daß gleichzeitig mit der Auslösung des Stellbefehls ein in sperrender Richtung exponentiell ansteigender, eine zeitliche Begrenzung der Steilbefehlsdauer herbeiführender Steuerstrom entsteht und daß bei einer mehrere Spannungsstufen umfassenden Regelabweichung jeweils nach jeder Stufenschaltung ein neuer Anfangspunkt für den in öffnender Richtung wirkenden Steuerstrom festgelegt ist. -

. 2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung des eingestellten Unempfindlichkeitsbereiches je - nach. Richtung der Regelabweichung ein kritisch mitgekoppelter Transduktor ausgesteuert' ist und daß .die Zuschaltung des in öffnender Richtung wirkenden exponentiell ansteigenden Steuerstromes auf den überkritisch mitgekoppelten Transduktor er-

3. Spannungsregler nach Anspruch 1 oder 2,' dadurch gekennzeichnet, daß der dem Spannungsregler als Störstrom zugeführte Strom (/*) den Sollwert in' Abhängigkeit der Blindstromkompo-

4. Spannungsregler nach Anspruch 1, und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Spannungsregler als Störstrom zugeführte Strom (It) den Sollwert in Abhängigkeit der Wirkstromkomponente beeinflußt.^: ■ ^ . - v^_;

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen