Ortsnetz-Transformator Die Erfindung betrifft einen Ortsnetz-Transformator zur

Transformation einer Mittelspannung im kV-Bereich in eine Spannung zur Ortsnetzversorgung.

Die herkömmliche Stromerzeugung aus beispielsweise fossilen Energieträgern war zu praktisch 100% zentral und die derzei ^¬ tigen Stromnetze sind auf diese Situation ausgelegt. Es ist dabei stets mit einem Spannungsabfall vom Ortsnetz-Transfor ^¬ mator hin zu den Anschlüssen wie Privathaushalten zu rechnen. Derzeit findet aber die Erzeugung von Strom aus regenerativen Quellen einen großen Zuwachs. Im Gegensatz zur althergebrachten Stromerzeugung erfolgt ein nicht unerheblicher Teil der Erzeugung von Strom aus regenerativen Quellen dezentral, beispielsweise in privaten Haushalten oder Kleinanlagen statt. Dadurch kann es zunehmend zu der bisher unmöglichen Situation kommen, dass sich der Leistungsfluss entlang von Stichleitungen im Ortsnetz umkehrt, wofür jedoch das Ortsnetz nicht ausgelegt ist. Die Folge sind Spannungsänderungen im Ortsnetz, die die Grenze von +/- 10% der Sollspannung überschreiten können. Auch im Mittelspannungsnetz sind Spannungsüberhöhungen möglich, beispielsweise durch angeschlossene Windenergie ^¬ anlagen. Diese ziehen ebenfalls eine erhöhte Spannung im Nie ^¬ derspannungsnetz (Ortsnetz) nach sich. Eine bekannte Möglichkeit, mit diesen Problemen umzugehen, besteht in dem deutlichen Ausbau der Ortsnetze, d.h. einer Erhöhung des im Ortsnetz verlegten Kabelquerschnitts. Das führt zu einer Verringerung des Spannungsabfalls über die Ka ^¬ bel und damit auch zu einer Verringerung von Spannungsüberhö- hungen im Ortsnetz. Dies ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Ortsnetz-Transformator anzugeben, mit dem das eingangs genannte Problem vermindert wird. Diese Aufgabe wird durch einen Ortsnetz-Transformator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Ortsnetz-Transformator für die Ortsnetz- Spannungsversorgung weist ein Aktivteil mit Primär- und Se- kundärwicklungen zur Wandlung einer primären Mittelspannung in eine sekundäre Ortsnetz-Spannung auf, wobei das Aktivteil in einem Trafokessel mit Kühl- und Isolierflüssigkeit ange ^¬ ordnet ist. Weiterhin umfasst der Ortsnetz-Transformator eine Mehrzahl von Schalteinrichtungen zur Anpassung des Verhält- nisses zwischen der Primärspannung und der Sekundärspannung, wobei die Schalteinrichtungen sekundärseitig zwischen Abgriffen der sekundärseitigen Wicklungen und dem Sternpunkt der sekundärseitigen Wicklungen geschaltet sind. Schließlich sind die Schalteinrichtungen im Trafokessel im Bereich der Kühl- und Isolierflüssigkeit angeordnet.

Die Primärspannung ist dabei eine Mittelspannung im Bereich einiger kV, beispielsweise 10 kV, 20 kV oder 30 kV. Die Se ^¬ kundärspannung ist eine Spannung zur lokalen Versorgung eines Ortsnetzes oder Stadtnetzes, beispielsweise 230V einphasig bei 400V Leiter-Leiter-Spannung.

Die Schalteinrichtungen sind beispielsweise derart ausgestal ^¬ tet, dass mittels einer geeigneten Ansteuerung die Sekundär- Spannung in Schritten variierbar ist.

Durch die vorteilhafte Anordnung der Schalteinrichtungen im Trafokessel wird erreicht, dass Durchführungen der Anzapfun ^¬ gen der sekundären Wicklungen aus dem Trafokessel heraus un- nötig sind. Weiterhin wird erreicht, dass die Kupferleitungen von den Anzapfungen zu den Schalteinrichtungen kurz ausfallen. Schließlich wird noch zusätzlich erreicht, dass eine Kühlung der Schalteinrichtungen automatisch mit stattfindet, da die Schalteinrichtungen mit in der Kühl- und Isolierflüssigkeit angeordnet sind.

Ferner ist vorteilhaft, dass der angegebene Aufbau modular ist, d.h. neben einem Aufbau mit 3 oder 5 Anzapfungen können ohne großen Zusatzaufwand auch Aufbauten mit mehr Anzapfungen realisiert werden. Dabei sind keine substantiellen Änderungen nötig, sondern es muss lediglich die Anzahl der Schalteinrichtungen angepasst werden und entsprechende Anzapfungen vorgesehen werden.

Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass eine separate Span ^¬ nungskontrolle für die drei Phasen ermöglicht ist. Mit ande ^¬ ren Worten lässt sich das Übersetzungsverhältnis des Orts- netz-Transformators für die Phasen einzeln kontrollieren. Dadurch kann auch dann eine Verbesserung des Spannungswerts erreicht werden, wenn im Ortsnetz eine sehr ungleichmäßige Be ^¬ lastung der Phasen auftritt. Bevorzugt umfassen die Schalteinrichtungen jeweils eine Pa ^¬ rallelschaltung aus einem steuerbaren mechanischen Schalter und wenigstens einem steuerbaren Halbleiterschalter. Damit ist gleichzeitig eine verlustfreie Stromleitung im Normalzu ^¬ stand gegeben, d.h. wenn gerade nicht geschaltet wird, wäh- rend gleichzeitig eine schnell schaltbare Überbrückung bei Umschaltung des Spannungsniveaus ermöglicht ist. Damit ist eine unterbrechungsfreie Umschaltung vorteilhaft ermöglicht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schalteinrichtungen jeweils einen bistabilen mechanischen Schalter umfassen. Dabei ist zweckmäßig der steuerbare mechanische Schalter ein bistabiler Schalter. Dadurch wird erreicht, dass in den

Schalteinrichtungen keinerlei Leistung benötigt wird, solange keine Umschaltung stattfindet, da zum einen keine Halteleis- tung für den mechanischen Schalter nötig ist, der Stromfluss über den mechanischen Schalter läuft und nicht etwa über Halbleiter und zum anderen der Transformator auch im spannungslosen Zustand eine definierte Schaltgruppe aufweist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schalteinrichtungen im Trafokessel unterhalb der Wicklungen angeordnet sind. „Unter ^¬ halb" bezeichnet dabei den Bereich zwischen der Unterkante der Wicklungen und dem Kesselboden. Bei dieser Anordnung befinden sich die Schalteinrichtungen in einem Bereich der Kühl- und Isolierflüssigkeit, der durch die wärmebedingte Konvektion noch vergleichsweise kühl ist. Dadurch ist eine gute Kühlung der Schalteinrichtungen gewährleistet.

Zweckmäßig umfasst der Ortsnetz-Transformator eine Steuereinrichtung zur Erfassung von Spannung und/oder Strom wenigstens einer der Phasen und zur Steuerung der Schalteinrichtungen anhand der erfassten Werte. Die Steuerung erfolgt zweckmäßig derart, dass eine Abweichung von im Ortsnetz auftretenden Spannungswerten von wenigstens einem vorgebbaren Sollspannungswert für das Ortsnetz verringert wird.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn Spannung und/oder Strom in al- len Phasen separat ermittelt werden. Damit ist dann ein Aus ^¬ gleich von Spannungsunterschieden zwischen den Phasen im Ortsnetz möglich.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Steuereinrichtung und Transformator in unmittelbarer örtlicher Nähe zueinander aufgebaut. Sie können dabei bei ^¬ spielsweise eine bauliche Einheit bilden, also als ein Ge ^¬ samtgerät gestaltet sein. Alternativ kann beispielsweise die Steuereinrichtung ein externes und vom Transformator separa- tes Gerät sein, das aber in direkter Umgebung des Transforma ^¬ tors angeordnet ist.

Dadurch erfolgt vorteilhaft die Steuerung der Arbeit des Transformators ausschließlich aus lokal beim Transformator verfügbaren Informationen, indem die Spannung im Bereich des Transformators erfasst und verarbeitet wird. Eine Fernsteue ^¬ rung ist also vorteilhaft nicht erforderlich. Ebenso ist kei- ne Fernmessung beispielsweise von Spannungsdaten erforderlich.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin- dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung eines

Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezug auf die Figu ^¬ ren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen. Dabei zeigen Figur 1 und 2 Schnittansichten eines Ortsnetz-Transforma ^¬ tors,

Figur 3 ein elektrisches Schaltbild für die Sekundär ^¬ seite des Ortsnetz-Transformators mit Schalt ^¬ einrichtungen und

Figur 4 eine Schalteinrichtung.

Die Figuren 1 und 2 zeigen Schnittansichten eines Ortsnetz- Transformators 10, im Falle der Figur 1 eine Seitenansicht und Figur 2 eine Frontansicht. Dabei macht ein Transformator- kessel 11 den Hauptteil des Ortsnetz-Transformators 10 aus.

Im Transformatorkessel 11 ist in etwa auf halber Höhe das Ak ^¬ tivteil 12 des Ortsnetz-Transformators 10 mit Wicklungen 311, 312, 313 untergebracht. Zum oberen Abschluss des Transforma ^¬ torkessels 11 hin führen Kupferleitungen zu Durchführungen durch die Wand des Transformatorkessels 11. Diese Durchfüh ^¬ rungen münden in Anschlusselementen für die Phasen des Ortsnetzes und der Mittelspannung.

Zum unteren Teil des Transformatorkessels 11 hin sind aus dem Aktivteil 12 Anschlüsse 14 von Anzapfungen der Wicklungen

311, 312, 313 herausgeführt. Die Anschlüsse führen jeweils zu einem Eingangsanschluss von im unteren Teil des Transforma ^¬ torkessels 11 angeordneten Schalteinrichtungen 13. Die Ausgangsanschlüsse der Schalteinrichtungen 13 sind wiederum über eine waagrecht zuunterst im Transformatorkessel 11 angeordne ^¬ te Busleitung 21 miteinander und mit einem Neutralleiteran- schluss 16 verbunden. Durch die gezeigte Anordnung befinden sich die Schalteinrichtungen 13 in jenem Teil des Transformatorkessels 11, der un ^¬ ter normalen Bedingungen am kühlsten sein wird, da das im Bereich des Aktivteils 12 aufgeheizte Kühl- und Isolierflüssig- keit nach oben streben wird. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass die durch die Anordnung der Schalteinrichtungen 13 im Transformatorkessel 11 zusätzliche aufwändige und teuere Durchfüh ^¬ rungen aus dem Transformatorkessel 11 unnötig sind. Die elektrische Beschaltung ist in den Figuren 3 und 4 verdeutlicht. Figur 3 zeigt schematisiert die Sekundärspulen 311, 312, 313. An diesen sind zu einem Ende der Spule hin Anzapfungen 32 angeordnet, im vorliegenden Beispiel genau fünf Anzapfungen 32 pro Sekundärspule 311, 312, 313. Die letzte der Anzapfungen 32 ist dabei das jeweilige Spulenende selbst. Jede der Anzapfungen 32 ist mit dem Eingangskontakt 135 je einer Schalteinrichtung 13 verbunden. Die Ausgangskontakte 134 sämtlicher Schalteinrichtungen 13 sind wiederum zusammengeführt und mit dem Neutralleiteranschluss 16 verbunden.

Der Aufbau der Schalteinrichtungen 13 in diesem Beispiel ist in Figur 4 verdeutlicht. Jede der Schalteinrichtungen 13 um- fasst eine Parallelschaltung eines bistabilen mechanischen Schalters 131 mit einer Serie aus einem Widerstand 133 und einem antiparallel geschalteten Thyristorpaar 132. Die Parallelschaltung ist dabei auf ihren beiden Seiten mit dem Eingangskontakt 135 und dem Ausgangskontakt 134 verbunden. Aus Figur 4 ist auch ersichtlich, dass die Schalteinrichtungen 13 keine bevorzugte Betriebsrichtung haben und somit auch mit vertauschtem Ein- und Ausgangskontakt 134, 135 verwendet wer ^¬ den können. Die jeweiligen Steuerkontakte der einzelnen Elemente sind zusammen oder getrennt voneinander zu einer Steuerungseinrichtung 33 geführt. Figur 4 zeigt die Schalteinrichtung 13 mit geschlossenem bistabilen Schalter 131. Dies wird im normalen Betriebsfall nur bei drei der Schalteinrichtungen 13, pro Phase eine, der Fall sein. Bei den anderen Schalteinrichtungen 13 ist der bistabi- le Schalter geöffnet und das Thyristorpaar 132 inaktiv und somit kein Stromfluss möglich. Besonders vorteilhaft ist bei der vorliegenden Schalteinrichtung 13, dass der bistabile Schalter 131 ebenso wenig wie die anderen Elemente im norma- len Betrieb Leistung benötigt. Ebenso ergibt sich ein sehr geringer Durchgangswiderstand, da der Strom nicht durch Halb ^¬ leiter geleitet wird. Insgesamt wird dadurch - abseits einer Änderung der Spannung - ebenso wenig Leistung gebraucht wie bei einem Transformator des Standes der Technik ohne Span- nungsregelung .

Die Steuerungseinrichtung 33 ist in diesem Beispiel ausgestaltet, Messwerte für die Spannung aufzunehmen und auszuwerten. Dazu werden beispielsweise die gemessenen Spannungen mit einem Sollspannungswert von 230 V oder 400 V verglichen. Wird eine deutliche Abweichung festgestellt, dann ist eine Ände ^¬ rung des Spannungsniveaus auf einer der Phasen im Ortsnetz notwendig. Dann wird das Übersetzungsverhältnis umgeschaltet. Vorteilhaft ist, dass dies spezifisch für die Phase oder Pha- sen stattfinden kann, bei denen die Änderung nötig ist, unabhängig von den anderen Phasen. Die Umschaltung findet unterbrechungsfrei statt, indem zuerst eine Stromleitung über Thy ^¬ ristorpaare 132 hergestellt wird. Das Konzept der Umschaltung ist beschrieben in der DE 10 2008 064 487 AI.