Anordnung zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einstellbarer Impedanz

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit mehreren einphasigen Transformatoren, die jeweils einen mit einem Fluid befüllten Transformatortank aufweisen, in dem ein Kern mit wenigstens einer Wicklung an- geordnet ist, wobei die Wicklungen der einphasigen Transformatoren zumindest teilweise unter Ausbildung eines Sternpunktes miteinander verbunden sind.

Eine solche Anordnung ist dem Fachmann aus der ständigen Pra- xis bekannt. So werden Anordnungen, die aus drei einphasigen Transformatoren bestehen, beispielsweise in der Hochspannungsgleichstromübertragung eingesetzt. Hierbei werden die Wicklungen der einphasigen Transformatoren über externe Verbindungsleitungen miteinander verschaltet, wobei u.a. ein Sternpunkt ausgebildet ist. Jeder einphasige Transformator verfügt über einen Tank auf Erdpotenzial. Innerhalb des Tanks ist ein Kern mit einem Kernschenkel angeordnet, der von einer Oberspannungs- und einer Unterspannungswicklung konzentrisch umschlossen wird.

Transformatoren haben je nach Auslegung ihrer Wicklung einen festgelegten Impedanzverlauf, der auch als Kurzschlussspan- nungsverlauf bezeichnet werden kann. Aufgrund ihres Kurz- schlussspannungsverlaufs ist ihr Einsatzort auf bestimmte An- Wendungen, beispielsweise innerhalb eines Energieversorgungs ^¬ netzes, festgelegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs ge ^¬ nannten Art bereitzustellen, deren Kurzschlussspannungsver- lauf oder deren Impedanz an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden kann. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, dass die Wicklungen jeweils über eine Umschalteinheit und eine Drosselwicklung mit dem Sternpunkt verbunden sind, wobei die Drosselwicklung mehrere Anzapfungen aufweist und die Umstelleinheit zur Aus- wähl der Anzapfung eingerichtet ist, über die die jeweilige Wicklung mit dem Sternpunkt verbunden ist.

Erfindungsgemäß sind die Wicklungen der einphasigen Transformatoren unter Ausbildung eines Sternpunkts miteinander ver- schaltet. Um die Impedanz oder den Kurschlussspannungsverlauf der gesamten Anordnung verändern zu können, weist der Strompfad zwischen den Wicklungen und dem Sternpunkt eine Drossel sowie eine Schalteinheit auf, mit der die Anzahl der Windun ^¬ gen der Drossel oder Drosselwicklung im Strompfad zwischen der Transformatorwicklung und dem Sternpunkt verändert werden kann. Eine Anzapfung der Drosselwicklung ermöglicht beispielsweise eine vollständige Umgehung oder einen so genann ^¬ ten Bypass der Drossel, so dass diese wirkungslos verbleibt. Eine andere Anzapfung hingegen ist beispielsweise mit der oberen Windung der Drossel verbunden, so dass alle Windungen der Drosselwicklung in den Strompfad zwischen Transformatorwicklung und Sternpunkt geschaltet sind. Mit anderen Worten entfaltet die Drossel in dieser Stellung ihre maximale Wir ^¬ kung, so dass die Induktivität der gesamten Anordnung am höchsten ist. Eine weitere Anzapfung ist beispielsweise mit der mittleren Windung der Drossel verbunden.

Grundsätzlich ist die Anzahl der Anzapfungen der Drosselwicklung beliebig. Die Drossel kann erfindungsgemäß eine Ring- kerndrossel, eine Stabkerndrossel eine Luftdrossel oder der ^¬ gleichen sein. Die Drosselwicklung kann weiterhin einen fer- romagnetischen Kern aufweisen. Der Kern kann aus voneinander isolierten Blechen oder einem ferromagnetischen Pulver bestehen, um Wirbelstromverluste möglichst zu vermeiden.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Transformator ein so genannter „Wander-,, oder „Resiliency"-Transformator ist, der einfach transportiert und schnell Vorort aufgebaut werden kann, so dass dieser schnell von Einsatzort zu Einsatzort transportiert werden kann. Die flexible Impedanz der Anord ^¬ nung erweitert somit das Anwendungsspektrum eines solchen Resiliency-Transformators oder einer solchen Resiliency- Anordnung beträchtlich.

Die Umschalteinheit kann im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Gemäß einer Variante ist die Umschalteinheit ein Leistungsstufenschalter oder ein Laststu- fenschalter. Stufenschalter sind am Markt erhältlich. Deren

Ausgestaltung ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt, so dass an dieser Stelle auf eine genauere Ausführung deren Ausge ^¬ staltung verzichtet werden kann. Abweichend davon ist die Umschalteinheit eine nur stromlos schaltbare Umklemmeinheit . Die Umschalteinheit kann im Rahmen der Erfindung kostengünstig ausgestaltet sein. Eine flexible und schnelle Anpassung der Impedanz der Anordnung ist im Rahmen der Erfindung nicht immer notwendig. Ist die Anordnung beispielsweise an einem Ort aufgestellt und wurde eine erfor ^¬ derliche Impedanz eingestellt, ist eine weitere gegebenen ^¬ falls dynamische Anpassung der Impedanz nicht mehr erforderlich. Erst wenn nach ein paar Jahren die Anordnung wieder an einen anderen Aufstellort überführt werden muss, ist gegebe- nenfalls die Umklemmeinheit erneut zu betätigen.

Gemäß einer bevorzugten Variante ist die Umklemmeinheit daher von Hand betätigbar. Beim Aufbau oder der Montage der Anordnung Vorort kann - wenn die Drosselwicklung im Transformator- tank angeordnet ist - beispielsweise mit Hilfe eines Handlo ^¬ ches im Transformatortank, dem die Umklemmeinheit gegenüberliegt, der Transformatortank leicht geöffnet werden. Das Handloch ermöglicht daher den Zugang zur Umklemmeinheit. Die Umklemmeinheit verfügt in der Regel über mehrere An ^¬ schlüsse, beispielsweise in Gestalt von stiftförmigen Steck ^¬ kontakten, die miteinander über eine U-förmige Kabelverbindung verbunden werden können. Diese U-förmige Kabelverbindung kann von Hand auf ausgewählte Anschlussstifte der Umklemmeinheit aufgesteckt werden. Einige Anschlüsse der Umklemmeinheit ist dabei mit einer zugeordneten Anzapfung der Drossel verbunden.

Vorteilhafterweise sind die Umschalteinheit und die Drossel ^¬ wicklung außerhalb des Transformatortanks angeordnet und über eine Kabelverbindung mit einer oder den Wicklungen des Transformators verbinden. Gemäß dieser Ausgestaltung kann der Transformator unabhängig von der Drossel und der Umschalteinheit konzipiert und hergestellt werden. Umschalteinheit und Drosselwicklung müssen jedoch als separate Komponenten konzipiert und hergestellt werden. So ist die Drosselwicklung bei ^¬ spielsweise in einem Drosselgehäuse angeordnet. Das Drossel- gehäuse kann mit Isolierfluid oder Luft befüllt sein.

Gemäß einer bevorzugten Variante sind die Umschalteinheit und die Drosselwicklung daher innerhalb des Transformatortanks angeordnet. Auf diese Art und Weise ist eine kompakte Anord- nung bereitgestellt, die flexibel an die jeweilige Anforde ^¬ rung angepasst werden kann. Darüber hinaus entfällt das Er ^¬ fordernis, die Drosselwicklung in einem gesonderten Gehäuse anzuordnen . Wie bereits ausführt wurde, ist es vorteilhaft, wenn die

Umklemmeinheit im Inneren des Transformatortanks angeordnet und einem Einstellhandloch im Deckel des Transformatortanks zugewandt ist. Gemäß einer abweichenden Variante ist die Umklemmeinheit elektronisch betätigbar. Mit Hilfe einer elektronischen

Umklemmeinheit kann die erfindungsgemäße Anordnung besonders einfach und falls nötig auch dynamisch an den jeweiligen Aufstellungsort angepasst werden.

Vorteilhafterweise ist jeder Transformatortank mit wenigstens einer Durchführungssteckbuchse ausgerüstet, die einen

Durchführungsbuchsenkontakt isoliert am Transformatortank hält, wobei der Durchführungsbuchsenkontakt über eine An ^¬ schlussverbindung mit einer der Wicklungen verbunden ist. Gemäß dieser Variante ist jeder einphasige Transformator mit steckbaren Durchführungen ausgerüstet, so dass eine schnelle Installation der Anordnung Vorort ermöglicht ist. Dabei ist die Durchführungssteckbuchse fluiddicht am Transformatortank 4 befestigt. Die Durchführungssteckbuchse weist eine

Buchsenwand auf, die aus einem elektrisch nicht leitenden Ma ^¬ terial gefertigt ist. Die Durchführungswand trägt den

Durchführungsbuchsenkontakt, der in einer Seitenansicht ein geschlossenes Ende der Durchführungssteckbuchse ausbildet. Dabei begrenzt die einseitig offen liegende Durchführungswan ^¬ dung einen Innenkonus, der formkomplementär zu einem Außenkonus an der Einführseite als Hochspannungsdurchführung ausgebildet ist. Der Aufbau der Hochspannungsdurchführung ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. So weist jede Durchführung einen Innenleiter auf, der sich in einer Längsrichtung durch einen Durchführungsisolator erstreckt. An der Einführseite bildet der Durchführungsisolator den besagten Außenkonus aus, der passend zum Innenkonus der Durchführungssteckbuchse form ^¬ komplementär ist. Die Einführseite weist üblicherweise an seiner Außenseite eine flexible Schicht aus einem elektri ^¬ schen Nichtleiter - z.B. Silikon - auf, so dass nach dem Einführen des Außenkonus in den Innenkonus das Bilden von Luft ^¬ löchern vermieden ist. Auf diese Weise ist eine so genannte Edelfuge ausgebildet und die elektrische Festigkeit der ein ^¬ gesteckten Durchführung in der Steckbuchse erhöht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn jeder Transformatortank eine Kabelsteckbuchse aufweist, die ein Kabelbuchsenkontakt isoliert am Transformatortank hält, wobei der

Kabelbuchsenkontakt mit einer Wicklung verbunden ist, die bei Betrieb auf einem Hochspannungspotenzial liegt.

Während eine Buchse des Transformatortanks zum Einführen ei ^¬ ner Hochspannungsdurchführung vorgesehen ist, gibt es eine weitere Buchse am Transformatortank, die formkomplementär zu einem Kabelstecker ausgebildet ist. Der Kabelstecker kann in die formkomplementäre Steckbuchse eingeführt werden, so dass ein Kontakt des Innenleiters des Kabels mit dem

Kabelbuchsenkontakt und somit mit der Wicklung des jeweiligen Transformators hergestellt ist. Der Kabelstecker und die Ka- belbuchse sind für Hochspannungen ausgelegt und weisen die hierfür notwendige Spannungsfestigkeit auf.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn jeder Transformatortank eine Sternpunktsteckbuchse aufweist, die einen Sternpunktkon- takt isoliert am Transformatortank hält, wobei der Sternpunktkontakt mit wenigstens einer der Wicklungen verbunden ist. Gemäß dieser Variante ist auch die Ausbildung des Stern ^¬ punkts über eine flexible Kabelverbindung ermöglicht. Im Üb ^¬ rigen gelten hier die Ausführungen, die zur Durchführungs- steckbuchse und zur Kabelsteckbuchse gemacht wurden, hier entsprechend .

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn jeder einphasige Transformator modular aufgebaut ist und ein Tankmodul, einen Ausdeh- nungsbehältermodul und ein Kühlmodell aufweist, wobei die be ^¬ sagten Module lösbar miteinander verbunden sind.

Die Module dieses Transformators können unabhängig voneinan ^¬ der transportiert werden. Die Module sind darüber hinaus zu ^¬ mindest teilweise bereits mit einem Isolierfluid, beispiels- weise einem mineralischen oder einem Esteröl, befüllt. Zweckmäßige Ölventile dienen zum sicheren Verschließen der jeweiligen Module beim Transport. Die Module werden bei der Monta ^¬ ge Vorort über Verbindungsleitungen miteinander verbunden, wobei Entlüftungsöffnungen zum Anlegen eines Vakuums in der Verbindungsleitung vorgesehen sein können. Ist beispielsweise ein Ausgang des Tankmoduls mit dem Eingang des Kühlmoduls über eine Verbindungsleitung verbunden und wurde die Verbindungsleitung evakuiert, können die Ventile von Transformatortank und Kühlmodul geöffnet werden, so dass das Isolierfluid aus dem Transformator in das Kühlungsmodul überführt werden kann, wobei die Gefahr von Luftverunreinigungen oder Feuchtigkeit durch die Evakuierung der Zwischenleitung vermieden wurde . Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin ^¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anord ^¬ nung, und

Figur 2 einen einphasigen Transformator der Anordnung gemäß Figur 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht verdeutlichen.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausfüh ^¬ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung 1, die drei einphasige Transformatoren 2, 3 und 4 aufweist. Dabei ist je ^¬ der einphasige Transformator nur schematisch und nur durch den jeweiligen Transformatortank 5 sowie zwei Hochspannungsdurchführungen 6 und 7 dargestellt. Ferner ist ein Hochspannungskabelausgang 8 erkennbar. Weitere Komponenten der einphasigen Transformatoren 2, 3 und 4, wie beispielsweise Kühlmodul, Ausgleichsgefäßmodul und dergleichen, wurden aus Grün ^¬ den der Übersicht nicht dargestellt.

Es sei darauf hingewiesen, dass neben den zwei gezeigten Hochspannungsdurchführungen jeder einphasige Transformator auch weitere Hochspannungsdurchführungen als Eingang und/oder als Ausgang aufweisen kann.

Die gezeigten Hochspannungsdurchführungen 6 und 7 sind für unterschiedliche Eingangsspannungen ausgelegt. So ist bei ^¬ spielsweise die Hochspannungsdurchführung 6 mit einer Freiluftleitung über einen Freiluftanschluss verbindbar, die für Spannungen von etwa 350kV ausgelegt ist. Bei kleineren Eingangsspannungen, beispielsweise bei Freiluftleitungen in einer Größenordnung von 180 oder 230kV, kommt die Hochspan- nungsdurchführung 7 zum Einsatz. Die Hochspannungsdurchführung 6 kann dann demontiert werden. Jede Hochspannungsdurchführung 6 oder 7 ist als steckbare Durchführung ausgeführt. Dabei weist jede Hochspannungsdurchführung 6 oder 7 eine konusförmige Einführseite auf, die formkomplementär zu einer Durchführungssteckbuchse ausgebildet ist. Die Durchführungs ^¬ steckbuchse ist als so genanntes Geräteanschlussteil fluid- dicht an einer Öffnung im Tank befestigt. Hierzu eignet sich beispielsweise ein Befestigungsflansch der Durchführungs- steckbuchse. Vom Befestigungsflansch aus ragt eine

Buchsenwand in das Innere des Transformatortanks hinein, wo ^¬ bei am geschlossenen Ende der Durchführungsbuchse ein

Durchführungsbuchsenkontakt isoliert gehalten ist, in den der Einführkontakt der Durchführung eingeführt werden kann. Die Innenwand der Durchführungsbuchse begrenzt einen Innenkonus, der formkomplementär zum Außenkonus der Steckbuchse ausgebil ^¬ det ist.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die einphasigen Transformatoren jeweils zwei Wicklungen in Gestalt einer Un- terspannungs- und Oberspannungswicklung auf. Die beiden Wicklungen sind mit ihrem einen Ende mit einem gemeinsamen Sternpunkt 9 verbunden. Hierzu weist jeder Transformatortank 5 eine Sternpunktsteckbuchse 10 auf, in die der Stecker eines Verschaltungskabels 11 eingeführt ist. Aufgrund dieser Steck ^¬ verbindung ist der Innenleiter des Verschaltungskabels 11 mit dem Ende der Hochspannungs- und Unterspannungswicklungen innerhalb des Transformatortanks 5 verbunden. Das Verschal- tungskabel ist an seiner von der Sternpunktsteckbuchse 10 ab- gewandten Seite an eine Schalteinheit 12 angeschlossen, die in Figur 1 als Stufenschalter ausgebildet ist. Jeder der Stufenschalter 12 weist mehrere Ausgangskontakte auf, die über Verbindungsleitungen 13 mit Anzapfungen einer Drosselwicklung verbunden sind. Die Drosselwicklung ist in einem Drosselge- häuse 14 angeordnet und ausgangsseitig mit dem Sternpunkt 9 über ein Sternpunktkabel 15 verbunden. Die Schalteinheit 12 ist so ausgebildet, dass der mit dem Innenleiter des Ver ^¬ schaltungskabels 12 verbundene Kontakt je nach Schaltstellung mit einer der Verbindungsleitungen 13 und somit mit einem der Anzapfungen der Drosselwicklung 14 verbunden werden kann.

Auf diese Art und Weise kann die Impedanz der gesamten Anord- nung flexibel an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden .

Figur 2 zeigt einen einphasigen Transformator 6 für ein weiteres Beispiel der erfindungsgemäßen Anordnung. In Figur 2 ist nur einer der einphasigen Transformatoren der Anordnung dargestellt. Die anderen einphasigen Transformatoren sind jedoch identisch ausgeführt.

In dieser Darstellung ist erkennbar, dass der Transformator 6 einen Transformatortank 5 sowie die beiden Hochspannungsdurchführungen 6 und 7 aufweist, die jeweils mit ihrem Innen ^¬ leiter mit einer Durchführungssteckbuchse 16 beziehungsweise 17 verbunden sind. Die jeweilige Durchführungssteckbuchse 16, 17 ist über eine Eingangsauswahlsteckeinheit 18 mit einer Oberspannungswicklung 19 des einphasigen Transformators 2 verbunden. Die Eingangsauswahlsteckeinheit kann von Hand so betätigt werden, dass entweder die Durchführungssteckbuchse 16 oder die Durchführungssteckbuchse 17 mit der Oberspan ^¬ nungswicklung 19 verbunden ist. Die Oberspannungswicklung 19 umschließt eine Unterspannungswicklung 20, wobei beiden Wicklungen 19 und 20 konzentrisch zu einem Kernschenkel 21 eines ansonsten nicht weiter verdeutlichten Kerns angeordnet sind. Die Unterspannungswicklung 20 ist mit einer Kabelsteckbuchse 22 verbunden, an der die gewünschte Ausgangshochspannung, beispielsweise eine Spannung von etwa 130kV, abgegriffen werden kann. Hierzu ist ein zur Kabelsteckbuchse passender Ka ^¬ belstecker in die Kabelsteckbuchse 22 einzuführen.

Bei der in Figur 2 dargestellten Variante der Erfindung sind die Drosselwicklung der Drossel 14 sowie die Schalteinheit 12 im Inneren des Transformatortanks 5 angeordnet. Darüber hin ^¬ aus ist in Figur 2 erkennbar, dass die Drosselwicklung konzentrisch um einen weichmagnetischen Eisenkern 23 angeordnet ist. Um die Schalteinheit 12 von außen betätigen zu können, ist diese über eine zweckmäßige Kraftübertragungsmechanik 24, wie beispielsweise Wellen, Hebel, Getrieben oder dergleichen, mit einer außerhalb des Transformatortanks 5 angeordneten Auswahleinheit 25 verbunden. Die Auswahleinheit 25 ermöglicht über die Mechanik 24 Kontakte der Schalteinheit 12 so mitei ^¬ nander zu verbinden, dass die gewünschte Anzapfung der Drosselwicklung 14 mit dem sternpunktseitigen Ende der Oberspan- nungs- und Unterspannungswicklung 19 und 20 verbunden ist.