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Schaltung von Transformatorstationen. Die Erfindung bezieht sich auf
eine selbsttätige Schaltung von Transformatorstationen, insbesondere für
Bahnanlagen. Diese Schaltung soll es ermöglichen, daß jederze*t gerade so viele
Transformatoren eingeschaltet sind, als der je-
weiligen Belastung entspricht.
Da eine Transformatorstation bei Wechselstrombahnen gewöhnlich einen getrennten
Abschnitt speist, so muß stets mindestens ein Transformator eingeschaltet sein.
Dieser kann bei Inbetriebnahme der Station von Hand eingeschaltet werden. Es kann
aber auch, wie bei den amerikanischen selbsttätigen Umformerstationen, die Einschaltung
des ersten Transformators in Ab-
hängigkeit vom Spannungsabfall in der Fahrleitung
selbsttätig, z. B. durch ein Kontaktvoltmeter,
erfolgen. Dieser
Transformator sei im folgenden als führender Transformator bezeichnet. Derselbe
soll, sobald die Belastung steigt und die jeweilig eingeschalteten Transformatoren
überlastet werden, die selbsttätige Zuschaltung weiterer Transformatoren veranlassen,
und zwar sollen jedesmal so viele Transformatoren eingeschaltet werden, daß keiner
derselben überlastet wird. Wenn dann die Belastung sinkt, so daß ein Transformator
wieder ausfallen kann, soll der zuletzt zugeschaltete Transformator selbsttätig
abgeschaltet werden.
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Die neue Schaltung soll so eingerichtet sein, daß es möglich ist,
jeden beliebigen Transformator der Station als fülirenden Transformator zu verwenden.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine zyklische Schaltung erreicht. Es werden die
Einschaltspulen jedes Transformators mit einem Kontakt in Reihe gelegt, welcher
von dem Strom des im Zyklus vorhergehenden Transformators gesteuert wird. Die Auslösespulen
jedes Transformators liegen mit einer Anzahl von Kontakten in Serie, welche von
dem eigenen Strom des Transformators, von dem Strom des im Zyklus vorhergehenden
Transformators oder dem Gesamtstrom der Anlage gesteuert werden, und welche auf
verschiedene Stromstärken derart eingestellt sind, daß, gleichgültig welcher Transformator
als führender benutzt wird, die Abschaltung in umgekehrter Reihenfolge wie das Einschalten
vor sich geht.
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Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens ist auf der Zeichnung die
Schaltung der Station schematisch dargestellt.
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Abb. i zeigt die allgemeine Schaltungsanordnung einer Transformatorstation
mit drei Transformatoren. Es bezeichnet A die Ober-5pannungssammelschienen
für z.B. ico ocoVolt, B die Oberspannungsspeiseleitung, C, C, C3 die
Transformatoren, D die Unterspannungssammeischienen für z. B. 15 oco Volt,
E die Speiseleitungen zum Fahrdraht, F die Verbindung zu den Fahrschienen,
Gl, G2, G, die Ölschalter auf der Oberspannungs##eite der Transformatoren,
Hl, H2, H, die Olschalter auf der Unterspannungsseite der Transformatoren,
welche mit den Schaltern der Oberspannungsseite mechanisch gekuppelt sind, J, J,
J, die Einschaltmagnetspulen der Olschalter, Kl, hi, K, die Auslösespulen
der Olschalter, L, Ll, L., L3 die Stromwandler, welche an Relais für Dieb
Betätigung der Ein- und Ausschaltvorrichtungen angeschlossen sind, IM einen
Spannungswandler, N die Olschalter in den Speiseleitungen zur Fahrleitung.
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Bei Inbetriebsetzen der Station werden von Hand alle in der OberspannungszuleitungB
liegenden Schalter, sämtliche Trennschalter, die Olschalter N der Speiseleitungen
E und die Öl-.schalter G und H des führenden Transformators .eingeschaltet.
BeiKpielsweise soll hierzu (7er Transformator CI mit den Schaltern G, und
H, verwendet werden, so daß dieser als Taktgeber für die selbsttätige '\#'eiterschaltung
wirkt.
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Die Schaltung und die Wirkung der selbsttätigen Zu- und Abschaltung
der Transformatoren in Abhängigkeit von der Stationsbelastung ist aus Abb.
-- ersichtlich. Es bezeichnet 0" 0',
03 die Einschaltrelais
(Höchststromzeitrelais), die an die Stromwandler L" L, L, angeschlossen sind,
Pl, P2, P, Handschalter in den Stromkreisen der Einschaltspulen
J, j2, J., Ql, Q 1,
Q2, Q'".,
Q, Q'3 Auslöserelais (Mindeststromzeitrelais), die ebenfalls an die
Stromwandler Ll, L.,
L, angeschlossen sind, R einen Ordnungsschaiter, der
als walzenförmiger Schalter mit einer der Anzahl der Transformatoren entsprechenden
Anzahl Stellungen 1, 2, - ausgebildet ist, S
einen Selbstausschalter
im Betatigungsstromkreis sämtlicher Auslöserelais Q.
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Für die selbsttätige Zuschaltung ist eine zyklische Verbindung vorgesehen.
Die Eins#haltspulef, des ersten Transformators liegt in Reihe mit einem Kontakt,
welcher vermittels Relais 0, durch den Strom des dritten Transformators gesteuert
wird. Das Relais 0, ist also an den Stromwandler L, angeschlossen, der im
Stromkreis des dritten Transformators liegt. Entsprechend liegt die Einschaltspule
J2
des zweiten Transformators mit einem Kontakt in Reihe, welcher durch das
Relais 0, und somit über den Stromwandler L, von dem Strom des ersten Transformators
gesteuert wird. Die Einschaltspule J, des dritten Transformators wird durch
das im Stromkreis des zweiten Transformators liegende Relais 0, geschlossen.
Zweckmäßig werden diese Relais auf etwa io Prozent über Normalstromstärke des betreffenden
Transformators eingestellt und als abhängige Zeitrelais ausgeführt, so daß kurzzeitige,
noch zulässige Überlastungen keine Zuschaltung eines weiteren Transformators bewirken.
Wird der Transformator i überlastet, so wird das Relais01 ansprechen und den Transformator2
vermittels der Spule j. einschalten. Bei weiterer Steigerung der Belastung -wird
der dritte Transformator durch das Relais 0. eingeschaltet.
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Man erkennt hieraus, daß es bei 'z der zyklischen Schaltung möglich
ist, mit der geringsten Anzahl von Schaltapparaten die gewünschte Wirkung zu erreichen.
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Für die selbsttätige Abschaltung der beim Sinken der Belastung überflüssig
werdenden Transformatoren sind in dem Stromkreis jeder AuslösespuleK zwei Ausschaltrelais
oder allgemein bei einer Station von n Transformatoren (n-i) Aussehaltrelais vorgesehen,
die bei U.- nterschreitung einer gewissen Stromstärke Kontakt geben und von denen
nur jeweils eines wirksam ist. Q, und Q', sind an einen Stromwandler L, angeschlossen
und arbeiten auf die Auslösespule K, am Ölschalter des Transformators C,.
Entsprechendes
gilt für die Spulen der übrigen Transformatoren.
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Es hängt von der Stellung des Transformators in! Zyklus bzw. von der
Wahl des führenden Transformators ab, welches der parallel geschalteten Auslöserelais
für jeden Transformator wirksam werden soll. Die Auswahl des jeweils richtigen Relais
wird durch den für alle Transformatoren gemeinsamen Ordnungsschalter R sichergestellt.
Dieser ist so eingerichtet, daß immer nur der seiner Stellung entsprechende Transformator
als führeneer eingeschaltet werden kann. In dem vorliegenden Falle muß also der
Ordnungsschalter sich in Stellung i befinden, wie dies auch in der ' Zeichnung
dargestellt ist. Hierbei sind die Auslüserelais des ersten Transformators sämtlich
unwirksam, (7 a die Zuleitungen zu den von diesen betätigten Kontakten -unterbrochen
sind. Von den Auslöserelais der übrigen Transformatoren -ist immer nur das eine,
in dem vorliegend-en Falle Q, und Q'3, wirksam, da nur die von diesen betätigten
Kontakte über die entsprechenden Kontakte des Ordnungsschalters angeschaltet #.ind.
Es läßt sich zeigen, daß die Stromstärke, auf die das jedesmal wirksame Relais eines
be-#,timmten Transformators eingestellt werden muß, gleich ist einem Quotienten,
dessen Nenner die Summe der Normalstromstärken sämtlicher eingeschalteter Transformatoren
ist, und dessen Zähler gleich dem Nenner, vermindert um die Normalstromstärke des
zuletzt eingeschalteten bzw. beim Spannungsrückgang zuerst abzuschaltenden Transformators,
ist. Dies gilt f ür Stationen, die aus gleich großen Transformatoren oder
aus Transformatoren verschiedener Belastungsfähigkeit bestehen. Besteht beispielsweise
die Station aus drei gleichen Transformatoren, so werden die einzelnen Ausschaltrelais
eingestellt auf die Hälfte (Q" Q, Q,) und zwei Drittel der Normalstromstärken
sämtlicher Transformatoren (Q' 1, Q', Q'3). Dadurch, daß das zu dem
zuletzt eingeschalteten Transformator gehörige Auslöserelais (in dem vorliegenden
Beispiel beim Betrieb mit allen Transformatoren das Relais Q3) auf den höchsten
Wert eingestellt ist, ist es sichergestellt, daß beim Sinken der Belastung immer
der zuletzt eingeschaltete Transformator zuerst wieder abgeschaltet wird; da beim
Versagen der selbsttätigen Abschaltung keine Gefahr entsteht, ist eine weitere Sicherung
für die richtige Reihenfolge bei der Ab-
schaltung, welche die Leitungsführung
verwickelter machen würde, nicht erforderlich.
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Bei n gleichen Transformatoren könnten auch im ganzen nur (n-i) Relais
verwendet w'erd-en, von denen jedes auf die n Transformatoren umschaltbar ist.
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Sollen die Ausschaltrelais statt vom Strom der einzelnen Transformatoren
von der Größe des Gesamtstromes der Station abhängig gemacht werden, so -sind ebenfalls
für j eden Transformator (n-i) Ausschaltrelais erforderlich, welche an den
Stromwandler L angescl-Jossen sind, und welche bei einem Strom ansprechen, welcher
geringer ist als die Gesamtstromstärke sämtlicher eingeschalteter Transformatoren,
also beispielsweise bei n gleichen Transformatoren gleich dem einfachen, zweifachen,
dreifachen usw. Wert eer normalen Stromstärke der einzelnen Transformatoren.
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Die Auslösung der bIschalter durch die AuslEserelais muß mit einer
gewissen Zeitverzögerung erfolgen, damit nicht unmittelbar beim Einschalten vor
der Entstehung des vollen Stromts eine Auslösung erfolgt und damit nicht bei kurzzeitigen
Entlastungen Transformatoren ahgeschaltet werden. Die Auslöserelais sind ähnlich
wie die H#chststromrelais gebaut. In der einen Richtung wirkt das vom Strom ausgeübte
Drehmoment, in der anderen Richtung das Drehmoment z. B. einer Feder. Im Gegensatz
zum Höchststromrelais erfolgt jedoch die Kontaktgebung beim Überwiegen des Drehmoments
der Feder.
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Die selbsttätige Schalteinrichtung muß mit den bei anderen Schaltanlagen
üblichen Schutzeinrichtungen, wie Höchststrom- und Rückstromrelais oder Differentialrelais
und Null, spannungsrelais, versehen werden. Die vollständige zu dem Olschalter eines
Transformators, z. B. C, gehörige Schalteinrichtung ist in Abb.
3 dargestellt.
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Es sei T, ein Nullspannungsrelais, U, ein Höchststromrelais,
welches an den Stromwandler L, angeschlossen ist, V, ein RÜckstromrelais, welches
an den Stromwandler L, und Spannungswandler M angeschlossen ist, W, ein Schütz,
X. ein Unterbrecher, Y2 ein von Hand betätigter Fernschalter, Z, ein Hilfskontakt
am Ölschalter.
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Die dem Nullspannungsrelais und dem Fernschalter zugeord-neten Nebenkontakte
des Ordnungsschalters sind schraffiert dargestellt. Mit Rücksicht auf die großen
Einschaltstromstärken liegen die Kontakte der entsprechenden Relais nicht unmittelbar
im Stromkreis der Einschaltspule des Ölschalters, sondern im Betätigungsstromkreis
des Schützes W, daß seinerseits den Einschaltstromkreis des Ölschalters schließt.
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Maximal- und Rückstromrelais oder Differentialrelais wirken im allgemeinen
nur bei einem Defekt des Transformators; sie müssen deshalb nicht nur wie sonst
auf die Auslösespule des Ölschalters wirken, sondern auch die selbsttätige Wiedereinschaltung
des Ölschalters durch das Einschaltrelais 01 verhindern. Um dies zu erreichen,
wird beim Ansprechen der Höchststrom- oder Rückstromrelais U, V, durch den Unteibrecher
X, an den unteren:
Kontakten e derFelten e-er Stromkreis der Ausschaltspule
K, geschlossen -und an den beiden
oberen Kontakten f der
Stromkreis des Schützes ll2 unterbrochen, so daß die Einschalt-'-PUle
J2 nicht ansprechen kann. Der SchalterX., bleibt in der Ausschaltstellung,
bis die Ursailie der Unterbrechung festgestellt ist und er wieder von Hand eingeschaltet
wird. Das Nullspannungsreiais T, erhält zu der üblichen Einrichtung, nach der es
bei Nullspannung einen Kontakt im Auslösestromkreis des Ölschalters schließt, die
zusätzliche Einrichtung, daß es in der Stellung, die es bei Wiederkehr der Spannung
einnimmt, den Einschaltstromkreis des Ölschalters schließt. Die Einschaltwirkung
des Nullspannungsrelais darf nur für den führenden Transformator wirksam sein, da
airdernfalls die Nullspannungsrelais bei Vorhandensein der Spannung alle Transformatoren
einschalten würden. Dies ist dadurch erreicht, daß der Einschaltstromkreis des Nullspannungsrelais
über die Kontakte b, b, des Ordnungsschalters R geführt ist, und daß
diese Kontakte durch Segmente der Schaltwalze nur in der Stellung ?, die für
C, als führenden Transformator gilt, geschlossen, dagegen in den übrigen
Stellungen der Schaltwalze unterbrochen sind. Durch die weiteren Kontakte c., C2
zum Ordnungsschalter R ist dafür gesorgt, daß der Transformator C,
durch den Fernschalter Y, nur dann eingeschaltet werden kann, wenn der Ordnungsschalter
auf Stellung:2 eingestellt ist. Hierdurch ist die richtige Einstellung des Ordnungsschaltersgesichert.
DieWirkungderAuslöserelaisQ2 undQ'2 in Verbindung mit den Xontaktena, a21
a. am Ordnungsschalter ist bereits an Hand, von Abb. 2 beschrieben
worden. Die Kontakte Z., sind die auch bei gewöhnlicher Handfernschaltung
an den Olschaltern verwendeten Kontakte, die die Wirkung haben, daß die Einschaltspule
nur in der Ausschaltstellung des Schalters, die Ausschaltspule nur in der Einschaltstellung
des Schalters Strom erhalten kann.
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Bei Defektwerden eines Transformators würde, wie angegeben, der Schalter
X durch Höchststrom- oder Rückstrom- oder Differentialrelais betätigt werden und
den betreffenden Transformator abschalten sowie seine selbsttätige Wiedereinschaltung
sperren. Ist dieser defekte Transformator nicht der zuletzt eingeschaltete, so würden
bei gleichbleibender Belastung die anderen Transformatoren zu hohe Belastung erhalten,
und es würde selbsttätig der im Zyklus folgende Transformator zugeschaltet werden.
Dagegen würde durch das Ausfallen des einen Transformators die Einstellung der Auslösestrornstärken
unrichtig sein, und zwar würden diese Transformatoren zu früh abgeschaltet werden.
Aus diesem Grunde sind an allen Schaltern X Hilfskontakte d-d angebracht, durch
welche die Auslösespule des Schalters S Strom erhält. Hierdurch wird der
Schalter S und damit die gesamte selbsttätige Auslösung der Transformatoren
zeitweilig abgeschaltet, jedoch ohne Betriebsstörung, da die Fortsetzung der selbsttätigen
Zuschaltung von Transformatoren bestehen bleibt.
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Das Auslösen des Schalters S betätigt die Signalanlage in der
Zentralstelle. Diese soll auch bei jeder anderen Unregelmäßigkeit, beispielsweise
bei Inwirkungtreten der zweiten Zuschaltvorrichtung, beim Auslösen der Speiseschalter
in Tätigkeit treten. Zweckmäßig wird für die Signalanlage die gleiche Leitung benutzt
wie für den Fernsprecher und diese Leitung derart auf die eine oder andere Einrichtung
umgeschaltet, daß sie normal auf die Signalanlage und mir, solange sie von Hand
festgehalten wird, auf den Fernsprecher geschaltet ist.
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Muß der ausgefallene Transformator, z. B. C., dauernd
aus dem Betriebe genommen werden so wird in der nächsten Betriebspause der HandschalterP#
ausgeschaltet; dann können X, und S wieder eingeschaltet werden. Der OrdnungsschalterR
wird auf die Stellung eingestellt (hier Stellung 3) in der der im Zyklus
auf den defekten Transformator folgende zum führenden Transformator gemacht wird.
Dann kann mit allen Transformatoren, außer dem defekten, der ordnungsmäßige Betrieb
mit selbsttätiger Ein- und Ausschaltung wieder aufgenommen werden. Hierin ist der
besondere Vorteil der zyklischen Schaltung zu sehen.
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Wird dagegen der zuletzt zugeschaltete Transformator defekt und selbsttätig
abgeschaltet, so versagt die selbsttätige Zuschaltung eines neuen Transformators,
die aneeren eingeschalteten Transformatoren werden überlastet und durch ihre Höchststromrelais
U abgeschaltet. Der ganze Betrieb wird daher stillgelegt. Das gleiche tritt
ein, wenn die selbsttätige Zu- 1,
schaltung eines neuen Transformators nicht
zustande kommt, weil das Relais 0 nicht richtig arbeitet, oder der Kontakt
Z am Ölschalter oder der _Ölschafter selbst mechanisch in Unordnung geraten ist.
Um in allen diesen Fällen li ein störungsfreies Weiterarbeiten ohne sofortiges Eingreifen
der zentralen Überwachungsmannschaft zu bewirken, empfiehlt sich die Zufügung der
folgenden Einrichtungen, die in Abb. 4 dargestellt sind.
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An den Stromwandler des Transformators C, wird in Reihe mit dem Einschaltrelais
0, das den Ölschalter des Transformators C, einschaltet, ein
weiteres Relais 0' angeschlossen, das den Ölschalter des Transformators
C3 einschal- ii tet, aber auf höheren Strom oder längere Zeit als
01 eingestellt ist. Diese Schaltung wird zyklisch auch für die übrigen Transformatoren
durchgeführt. Eine besonders zweckmäßige Schaltung sich dann, wenn der zweite Zyklus
i in umgekehrtem Sinne verläuft wie der erste. Beim Ansprechen eines zum zweiten
Zyklus gehörigen
Relais wird die Weiterschaltung immer auf diesem
zweiten Zyklus erfolgen. Infolge der höheren Einstellung der Relais wird also die
Schaltdauer ständig eine größere sein. Aus diesem Grunde ist es noch besser, den
zweiten Zyklus in dem gleichen Sinne anzuordnen wie den ersten, nämlich so, daß
immer ein Relais übersprungen wird. Es muß also beispielsweise der erste Transformator
den dritten zuschalten, der zweite denvierten, der dritte den fünften usw. Bei einer
Station mit einer geraden Anzahl von Transformatoren entsteht hierbei ein zweiter
offener Zyklus, der aber die Wirkungsweise nicht beeinträchtigt.
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Da das Schalten eines dieser Relais 0'1, 0"2 usw. einen Zustand der
Unregelmäßigkeit darstellt, in dem einer der im Zyklus liegenden Transformatoien
ausfällt, so sind diese Relais 0'1, 012 usw. mit einem zweiten Hilfskontakt versehen,
der wie die Hilfskontakte des Schalters X die Auslösespule des Schalters
S betätigt. Der Schaltvorgang ist folgender: Es sei z. B. der Transformator
C, eingeschaltet. Durch Steigen der Belastung über die Normalleistung des
Transformators tritt das Einschaltrelais 0, in Tätigkeit, um den Transformator
C, zuzuschalten. Infolge irgendeiner Störung a#n Ölschalter von
C2 kommt diese Zuschaltung nicht zustande. Dann tritt mit einer gewissen
Verzögerung das Relais 0'. in Tätigkeit und schaltet den Transformator
C3 ZU-Gleichzeitig wird durch die Hilfskontakte an Relais C 1 der
Schalter S ausgeschaltet und hierdurch das Alarmsignal in Tätigkeit gesetzt.
Infolge des Eintretens des Transformators C,
an Stelle von C, bleibt
also der Betrieb ungestört, und zwar auch bei längerem Weiterbestehen des Fehlers,
wenn, wie üblich, die Transformatorleistung des Unterwerks so bemessen ist, daß
noch bei Höchstbelastung ein Transformator in Reserve steht. Eine Störung kann nur
noch eintreten, wenn nur ein Transformator eingeschaltet ist und dieser defekt wird.
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Durch Ausschalten der Schalter S und Sek
(Abb. 4) kann
Umschaltung von selbsttätigem auf Handbetrieb erfolgen.
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Bei Drehstromnetzen mit ungleicher Belastung der Phasen werden die
Ein- und Ausschalteinrichtungen (Relais usw.) in mindestens zwei Phasen vorgesehen.
Hierbei sind die Kontakte der auf den gleichen Schalter wirkenden Einschaltvorrichtungen
der verschiedenen Phasen zueinander parallel, dagegen die Kontakte der entsprechenden
Ausschaltvorrichtungen in Reihe geschaltet, so daß die Zuschaltung eines neuen Transformators
schon bei Überlastung einer Phase, die Abschaltung eines Transformators dagegen
erst bei genügender Entlastung aller Phasen wirksam wird.
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Um die Schaltung der Anlage vollständig selbsttätig zu machen, sind
die Speiseleitungsschalter N in bekannter Weise als Schalter mit selbsttätiger
Wiedereinschaltung ausgebildet. Diese werden durch ein Gewicht mit Hemmwerk noch
zweimal in bestimmten Abständen selbsttätig wieder eingeschaltet, wenn sie infolge
eines eintretenden Überstroms ausgeschaltet werden. Bleiben sie dann nicht in Betrieb,
so Regt ein nicht vorübergehender Kurzschluß oder Erdschluß in der Falirleitung
vor, der beseitigt werden muß. Hiervon erhält die Zentralstelle durch das Ausbleiben
der Fahrdrahtspannung oder besser durch eine mit Hilfskontakten an den Ölschaltern
zu betätigende Alarmvorrichtung Kenntnis.