Ausführungsformen - Informationsportal regelbare Ortsnetztransformatoren

Zur Regelung der Spannung kann bei einem Transformator das Übersetzungsverhältnis durch Änderung der Windungszahl angepasst werden. Grundsätzlich ist es hierfür unerheblich, ob auf die Windungszahl auf der Oberspannungsseite (OS) oder Unterspannungsseite (US) eingegriffen wird. Üblicherweise wird die OS-Wicklung mit Anzapfungen ausgestattet, da diese aus konstruktiven Gründen leichter zugänglich ist. Zudem fließen OS-seitig geringere Ströme, die vom Stufenschalter leichter geregelt werden können [1]. Im Folgenden wird deshalb die Regelung auf der OS-Seite betrachtet.

Der prinzipielle Aufbau der OS-Wicklung eines RONT besteht aus einer Stammwicklung, einem Stufenschalter, einem Überschalttransformator (beim GRIDCON $^\textregistered$ ) und einem mit Anzapfungen versehenen Wicklungsteil – dies ist die sogenannte Regel- bzw. Stufenwicklung. Sie wird, wie in Abbildung 1 dargestellt, als selbstständige Zusatzwicklung in der Mitte der OS-Wicklung verlegt [2].

WicklungenKern — Abbildung 1: Modell der Wicklungen um den Eisenkern

Ein RONT kann beispielsweise mit 3, 4 oder 5 Anzapfungen ausgestattet werden, wodurch sich bis zu 9 verschiedene Übersetzungsverhältnisse ergeben. In den Zwischenstellungen mit zwei zugeschalteten Anzapfungen, den sogenannten Brückenpositionen, fließt aufgrund der Potentialdifferenz jeweils ein Ausgleichsstrom, der durch die Drosseln im Überschalttransformator begrenzt wird.

Abbildung 2 verdeutlicht die Funktion des Stufenschalters, indem schrittweise ein Schaltablauf von Position 1 bis hin zur nächsten Brückenposition dargelegt ist. Die Anzapfungen 1-5 befinden sich in der Stufenwicklung des RONT, die Schalter A1 und A2 sind an den Überschalttransformator angeschlossen. Die Darstellung orientiert sich an dem Schaltbild in der Betriebsanleitung des GRIDCON $^\textregistered$ iTAP $^\textregistered$ [3]. Zunächst sind beide Stufenschalter-Kontakte mit Anzapfung 1 verbunden, die Schalter A1 und A2 sind geschlossen (a). Schalter A2 wird geöffnet (b). Die Kontakte werden mit Hilfe einer Antriebseinheit so weit gefahren, dass sie mit den Anzapfungen 1 und 2 verbunden sind (c). Anschließend kann der Schalter A2 wieder geschlossen werden und der unterbrechungsfreie Umschaltvorgang ist abgeschlossen (d).

Umschaltvorgang1-4 — Abbildung 2: Umschaltvorgang des Stufenschalters mit den Anzapfungen 1-5 und den beiden Schaltern A1 und A2

Anzapfungen

Üblicherweise wird bei Regeltransformatoren die Nummerierung der Anzapfungen von der kleinsten bis hin zur größten Windungszahl durchgeführt. Beim GRIDCON $^\textregistered$ sind die Anzapfungen jedoch umgekehrt dazu nummeriert. Die maximale Windungszahl ist erreicht, wenn die Anzapfung 1 aufgeschaltet ist. Soll die Ausgangsspannung des RONT erhöht werden, muss eine Anzapfung mit höherer Nummer gewählt werden, um die OS-Windungszahl zu verringern. Damit ist ein konformer Zusammenhang zwischen Nummerierung der Anzapfungen und Veränderung der Unterspannung hergestellt. Alle in diesem Grundlagen-Kapitel zur Berechnung der Modell-Parameter verwendeten Bezeichnungen beziehen sich auf die Nomenklatur des GRIDCON $^\textregistered$ , welche zur besseren Veranschaulichung in Abbildung 3 dargestellt ist.

Nomenklatur_neu2 — Abbildung 3: Nomenklatur für die RONT-Anzapfungen

Überschalttransformator

Der GRIDCON $^\textregistered$ ist mit einem Überschalttransformator ausgestattet. Dieser ermöglicht den Betrieb in den Brückenpositionen, indem er für eine Reduzierung des Ausgleichsstromes sorgt. Die Funktionsweise wird anhand von Abbildung 4 erklärt.

Ausgleichsstrom_neu — Abbildung 4: Ausgleichsstrom in den Brückenpositionen

In den Brückenpositionen liegt an der Anzapfung mit der jeweils größeren Windungszahl eine höhere Spannung an. Die Potentialdifferenz zwischen den Eingängen a und c ist gleich der Stufenspannung $U_\mathrm{Stufe}$ des gewählten RONT. Der sich ergebende Ausgleichsstrom $I_\mathrm{A}$ wird aufgrund der in den beiden zueinander entgegengesetzt gewickelten Drosselspulen entstehenden Magnetfelder beschränkt. Es wird angenommen, dass sich der Laststrom $I_\mathrm{L}$ in den Zwischenpositionen näherungsweise jeweils zur Hälfte auf beide Kontakte aufteilt.

Sind beide Kontakte des Stufenschalter-Wählers mit der gleichen Anzapfung verbunden, so ergibt sich an den Eingängen a und c des Überschalttransformators keine Potentialdifferenz und über beide Kontakte fließt jeweils wiederum in etwa der halbe Laststrom $I_\mathrm{L}$ . Die in den Drosselspulen auftretenden Magnetfelder heben sich gegenseitig auf und es fließt kein Ausgleichsstrom. Zu berücksichtigen sind in diesem Fall lediglich die geringen Kupferverluste.

Quellen

[1] Heuck, Klaus; Dettmann, Klaus-Dieter: Elektrische Energieversorgung. Erzeugung, Transport und Verteilung elektrischer Energie – für Studium und Praxis. 5. Aufl. Braunschweig : Vieweg, 2002.
[2] Vidmar, Milan: Die Transformatoren. 3. Aufl. Basel : Birkhäuser, 1956.
[3] Maschinenfabrik Reinhausen GmbH: Betriebsanleitung für den Laststufenschalter GRIDCON $^\textregistered$ iTAP $^\textregistered$ . Regensburg : Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, 2013.