Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der elektrischen Spannung in elektrischen Versorgungsnetzen und/oder Verbraucheranlagen sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist an sich bekannt, die Spannungsregelung der Netze nur in zentralen Netzknoten der Hoch-oder Mittelspannungsnetze durchzuführen. Die weitere Transformation auf Niederspannungsniveau ist normalerweise nicht unter Last regelbar. Diese Netzstruktur ist auf die zentrale Energieversorgung ausgerichtet und hat den Nachteil, daß die durch Laständerung verursachten Spannungsschwankungen ab den Netzknoten bis zu den Endverbrauchern nicht mehr ausgeregelt werden können. Dadurch ist die ausnützbare Übertragungsleistung der Netzteile ab den Netzknoten eher durch den Spannungsabfall als durch die thermische Belastbarkeit limitiert.

Zur Spannungsregelung der Netze in den zentralen Netzknoten werden Regeltransformatoren vorgesehen. Regeltransformatoren dienen der stufenweisen Spannungsregelung elektrischer Netze durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses. Zu diesem Zweck enthalten Regeltransformatoren Regelwicklungen mit Anzapfungen, die mit Hilfe der Transformatorstufenschalter unter Last umgeschaltet werden. Während der Umschaltvorgänge darf weder der Laststromfluß unterbrochen noch die Wicklungsstufe zwischen den betroffenen Anzapfungen kurzgeschlossen werden. Die zweite Anforderung resultiert daraus, daß während jeder Umschaltung zweier benachbarter Anzapfungen notwendigerweise, auf Grund der ersten Anforderung kurzzeitig miteinander verbunden sind, und dadurch über den Schalter und die betroffene Teilwicklung ein Kreisstrom in Höhe des Transformator-Kurzschlußstromes fließt, dessen Wirkungen der Transformator,

vor allem im periodischen Betrieb, nicht standzuhalten vermag. Dieser Transformator-Kurzschlußstrom ist relativ hoch, da normalerweise der Innenwiderstand des Transformators klein ist. Darüber hinaus müßten die Stufenschalter der Transformatoren auf das periodische Schalten dieser hohen Kurzschlußströme abgestimmt sein.

Die Umschaltung im Stufenschalter des Transformators erfolgt aus obigen Grund auch nicht direkt, sondern mehrstufig, wobei während des Umschaltvorganges kurzzeitig Überschaltimpedanzen in die Stromkreise der Anzapfungen geschaltet werden, die den Kreisstrom begrenzen. Üblich sind sowohl ohmsche Überschaltimpedanzen im europäischen Raum, als auch induktive Überschattimedanzen im amerkanischen Raum. Für die mehrstufige Umschaltung werden mehrere Überschaitprinzipien angewendet, die nach den Erscheinungsbildern der Zeigerdiagramme der Umschaltvorgänge benannt sind. So spricht man dann von einer symmetrischen oder unsymmetrischen Fahnen-bzw. Wimpelschaltung.

Nachteilig bei den bislang angewendeten Maßnahmen zur Begrenzung des Kreisstromes ist, daß sie zu komplexen Überschaltprinzipien führen und komplexe Ausführungen der Regeltransformatoren erfordem.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das einerseits die obigen Nachteile vermeidet und das anderseits durch ein neues verbrauchernähres Anwendungsfeld der Spannungsregelung eine höhere und effizientere Ausnützung vorhandener Netze zuläßt bzw. gewährleistet.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Netzknoten des Versorgungsnetzes und/oder der Verbraucheranlage und mindestens einem Endverbraucher ein, eine hohe, den Kreisstrom im Fall

eines Kurzschlusses benachbarter Anzapfungen der Teilwicklungen auf die Größenordnung des Nennstromes begrenzenden, Streuimpedanz aufweisender Regeltransformator mit einem die Teilwicklungen des Regeltransformators umzuschaltenden Umschalter eingeschleift wird.

Mit der Erfindung ist es erstmals möglich eine Spannungsregelung in Netzen oder Verbraucheranlagen, in Nähe des Verbrauchers, auf Basis von Regeltransformatoren durchzuführen, die eine erhöhte Impedanz der Regelwicklung aufweisen, so daß ein vereinfachter Stufenschalter ohne Überschaltimpedanzen eingesetzt werden kann.

Durch die Liberalisierung und Dezentralisierung der elektrischen Energieversorgung und auf Grund der höheren bidirektionalen Auslastung der Netze werden die verbraucherseitigen Spannungsunterschiede zwischen Starklast-Bezug, Schwachlast und möglicherweise Einspeisung größer. Zur Spannungshaltung sollte daher eine Spannungsregelung auf der Ebene der Niederspannung oder eventuell auf der Ebene der Mittelspannung als wirtschaftliche Lösung durchgeführt werden.

Es ist weiters Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die vor allem einfach und robust im Aufbau ist und wirtschaftlich hergestellt werden kann.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens dadurch gekennzeichnet, daß der Regeltransformator als Längsregler mit einer Differenzleistung proportional zur auszuregelnden Spannungsdifferenz ausgebildet ist. Erfindungsgemäß werden also zur Spannungshaltung Längsregler in den Netzausläufern vorgesehen, bei denen die aus dem Stand der Technik bekannten und heute üblichen Überschalt-Impedanzen des Stufenschalters und damit die Widerstandskontakte entfallen. Dies ist vor allem deshalb möglich, da die Spannungsregelung an leistungsschwachen Netzpunkten durchgeführt wird.

Selbst eine erhöhte Impedanz eines derartigen Längsreglers wirkt sich nur gering auf den Gesamtinnenwiderstand des Netzes aus.

Die Notwendigkeit der Überschaltimpedanzen resultiert aus dem Faktum, daß Netzinnenwiderstand und Kurzschlußimpedanz von Regeltransformatoren aus Gründen der Spannungshaltung wesentlich kleiner als die Lastimpedanz sind, so daß die Kurzschlußströme wesentlich höher als die Betriebsströme sind.

Erhöht man die Kurzschlußimpedanz der Regelwicklung, z. B. durch Verbreiterung des Streuspaltes, so weit, daß der Kreisstrom im Fall des Kurzschlusses benachbarter Anzapfungen in der Größenordnung des Nennstromes liegt, so sind die zusätzlichen Überschaltimpedanzen nicht erforderlich, und der Stufenschalter vereinfacht sich auf einen gewöhnlichen Umschalter.

Die Regelwicklung kann sowohl als konzentrische als auch als Scheibenspulenwicklung mit den entsprechenden Anzapfungen ausgeführt sein. Dieses Prinzip ist sowohl bei Volltransformatoren mit Regelwicklung als auch bei Spartransformatoren für Längsregelung anwendbar. Die Regelwicklung kann sowohl über ein Wicklungsende als auch über eine Anzapfung mit der sekundären Stammwicklung bzw. Primärwicklung verbunden sein.

Da die Einrichtung für die Spannungsregelung von Netzausläufern in Frage kommt, liegt ihre Leistungsfähigkeit auf Basis der Durchgangsleistung im Bereich von einigen 10 kVA bis einigen 10 MVA.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Umschalter ein widerstandskontaktloser und ausschließlich Hauptkontakte aufweisender Lastumschalter. Wie bereits oben aufgezeigt, ist ein derart ausgebildeter Lastumschalter eine wirtschaftliche Lösung.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Umschalter ein widerstandskontaktloser Lastwähler. Ebenso ist diese Ausführung des Umschalters äußerst einfach im Aufbau und wirtschaftlich herstellbar.

Gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung kann der Umschalter auch auf Basis eines mehrstufigen Nockenschalters oder einer Kette von Relais oder Schützen oder einer Kette elektronischer Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, ausgebildet sein kann. Auch diese Ausführungen des Umschalters sind einfach im Aufbau und in einem robusten Betrieb äußerst zuverlässig.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Prinzipskizze bei Anordnung eines Spartransformators Fig. 2 eine Prinzipskizze bei Anordnung eines Volltransformators Fig. 3 einen Umschalter auf Basis von Schützen und Fig. 4 einen Umschalter auf Basis von Halbleitern.

Einführend sei festgehalten, daß in der beschriebenen Ausführungsform gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile bzw.

Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Weiters können auch Einzelmerkmale aus dem gezeigten Ausführungsbeispiel für sich eigenständige, erfindungsgemäße Lösungendarstellen.

Gemäß der Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung zwischen einem-mit dem Pfeil dargestellten-Netzknoten 1 und einem- ebenfalls nur mit einem Pfeil angedeuteten-Endverbraucher 2 aufgezeigt, wobei für die Regelung ein Regeltransformator 3 in der Ausführung eines Spartransformators vorgesehen ist. Dieser Spartransformator weist eine Regelwicklung mit Teilwicklungen 4 auf. Die Regelwicklung ist über eine Anzapfung 5, beispielsweise über eine Mittelanzapfung mit der Primärwicklung 6 des Spartransformators verbunden. Dies erlaubt sowohl eine Erhöhung ais auch eine Verringerung der endverbraucherseitigen Spannung. Die Anzapfungen 5 der Regelwicklung werden über einen Umschalter 7 wahlweise mit dem Ausgang zum Endverbraucher 2 verbunden. Die Ansteuerung des Umschalters 7 erfolgt mit der Ansteuereinrichtung 8 ungeregelt oder über einen Spannungsregler 10 geregelt. Die Umschaltungen erfolgen schrittweise, indem eine zur geschlossenen Schaltstrecke benachbarte Schaltstrecke geschlossen und danach die ursprüngliche Schaltstrecke geöffnet wird. Dadurch kann die endverbraucherseitige Spannung erhöht oder verringert werden. Darüber hinaus kann auf der Seite des Endverbrauchers 2 ein integrierter Überspannungsschutz 11 vorgesehen sein.

Zur Erhöhung der Kurzschlußimpedanz der Regelwicklung weist der Regeltransformator 3 in der Ausführungsart als Spartransformator einen verbreiterten Streuspalt 9 auf. Durch diese Erhöhung der Streuimpedanz wird der Kreisstrom im Falle eines Kurzschlusses auf die Größenordnung des Nennstromes begrenzt.

Gemäß der Fig. 2 ist wieder die Einrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung zwischen einem Netzknoten 1 und einem Endverbraucher 2 aufgezeigt, wobei für die Regelung ein Regeltransformator 3 in der Ausführung eines Volltransformators vorgesehen ist. Dabei erfolgt die Verbindung der Regelwicklung mit den Teilwicklungen 4 über ein Ende der Sekundärwicklung des Regeltransformators 3. An die Teilwicklungen 4 ist wieder ein Umschalter 7 mit seiner Ansteuereinrichtung 8 vorgesehen. Zur Erhöhung der Streuimpedanz

weist der Regeltransformator 3 ebenfalls wieder einen verbreiterten Streuspalt 9 auf. Die Streuimpedanz der Sekundären Stammwicklung 14 ist nicht erhöht.

Der Umschalter 7 ist als mehrstufiger Nockenschalter ausgeführt und korrespondiert mit den Anzapfungen 5 der Teilwicklungen 4.

Wie auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Regeltransformator 3 als Längsregler ausgebildet und weist eine Differenzleistung auf, die proportional der auszuregelnden Spannungsdifferenz ist.

Gemäß der Fig. 3 sind die Teilwicklungen 4 mit ihren Anzapfungen 5 mit einer Reihe von Schützen 10 verbunden, die die Spannungsregelung entsprechend dem Umschalter 7 in Fig. 1 und 2 durchführen. Die Ansteuerung der einzelnen Schütze 12 oder auch Relais erfolgt über Ansteuereinrichtungen 8, die mit einem Spannungsregler in Verbindung stehen.

Gemäß der Fig. 4 sind die Teilwicklungen 4 mit ihren Anzapfungen 5 mit einer Reihe von elektronischen Schaltern 13, insbesondere Halbleiterschaltern, verbunden, die die Spannungsregelung entsprechend dem Umschalter 7 in Fig.

1 und 2 durchführen. Die Ansteuerung der einzelnen Halbleiterschalter erfolgt über elektronische Einrichtungen, die mit dem Spannungsregler in Verbindung stehen.

Abschließend sei der Ordnung halber darauf hingewiesen, daß in der Zeichnung einzelne Bauteile und Baugruppen zum besseren Verständnis der Erfindung unpropotional und maßstäblich verzerrt dargestellt sind.

Es können auch einzelne Merkmale des Ausführungsbeispieles mit anderen Einzelmerkmalen oder jeweils für sich alleine den Gegenstand von eigenständigen Erfindungen bilden. Vor allem können die einzelnen in der Fig. gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den detaillierten Beschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.