WO2024017645A1 - Elektrisches betriebsmittel mit stufenschalter - Google Patents

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electrical equipment
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control unit
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Laurenc KIRCHNER
Sebastian Rehkopf
Karsten Viereck
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices

Definitions

  • the invention relates to an electrical equipment comprising at least one control winding with winding taps, at least one partial winding and a tap changer for changing a transmission ratio, an impedance or a voltage used for excitation of the electrical equipment.
  • reactive power control represents an essential component of safe, efficient and loss-minimized network management.
  • Suitable operating resources are already known from the prior art both for network regulation in the steady-state range and for dynamic voltage regulation.
  • controllable transformers, phase shifters or controllable shunt reactors are used to control stationary network operation.
  • static synchronous compensators (STATCOM) or static reactive power compensators (SVC) are used to control dynamic network behavior.
  • the resources for control in the dynamic range will become increasingly relevant in the foreseeable future for a secure supply of network operations due to the energy transition and the integration of decentralized energy generation into network operations, since the feed-in from renewable energies is less easy to plan.
  • Another area of application in which the aforementioned time ranges play a role are electrolysis systems for hydrogen production, in which rectifier transformers controlled by tap changers are used.
  • Particularly relevant for participation in the balancing energy market is the possibility of control in the dynamic time range in order to be able to provide the network with positive or negative balancing energy as quickly as possible.
  • the improved concept is based on the idea of combining a classic tap changer, as is well known from the prior art, with a power electronic tap changer in series. Since the power electronic tap changer can change its switching position quickly, namely within milliseconds, and can assume any position, it enables the voltage to be quickly adjusted to rapidly changing load and feed conditions. The steady state range is operated with the classic tap changer, covering the largest possible control range. In this way, a great deal of flexibility can be achieved for network management as well as system and process management.
  • an electrical equipment which has at least one main winding, at least one control winding with winding taps, at least one partial winding and a tap changer for changing a gear ratio, an impedance or a voltage used for excitation of the electrical equipment.
  • the electrical equipment can be designed as a controllable transformer, as a phase shifter transformer, as a controllable choke or as a controllable transformer with a capacitor.
  • the electrical equipment is designed as a controllable transformer and the tap changer is designed to change the transmission ratio of the controllable transformer.
  • the electrical equipment is designed as a controllable throttle and the tap changer is designed to change the impedance of the controllable throttle.
  • the electrical equipment comprises a first inductive arrangement and a second inductive arrangement.
  • the actual voltage in the first inductive arrangement excites the second inductive arrangement and thereby increases the performance of the first inductive arrangement.
  • an exciter transformer, a first inductive arrangement is supplemented by a booster transformer, a second inductive arrangement.
  • the voltage used to excite the booster transformer is changed using the tap changer. The arrangement makes it possible to set the operating parameters of the tap changer, current and voltage, more flexibly, especially for units with high output.
  • the electrical equipment is designed as a phase shifter transformer.
  • Phase-shifting transformers are special power transformers that can specifically influence the phase angle of the voltage or the electrical load flow via an overhead line by introducing a transverse voltage or an oblique voltage.
  • the phase shifter transformer includes a series transformer and an excitation transformer.
  • the tap changer is designed to set a specific phase shift by changing the transmission ratio of the excitation transformer.
  • the tap changer comprises a first module for connecting the winding taps of the control winding and a second module with semiconductor switching elements for quickly connecting, counter-switching or bridging the at least one partial winding.
  • the Second module includes at least one submodule with semiconductor switching elements and a bypass switch.
  • the at least one partial winding is at least as large as a portion of the control winding located between two adjacent winding taps of the control winding.
  • the at least one partial winding has a certain number of turns, which is at least as large as the smallest number of turns present between two adjacent winding taps of the control winding.
  • the number of turns of the several partial windings can be integer multiples of one another.
  • the first module is designed as an on-load tap changer, in particular as a rapid resistance switch for uninterrupted switching between different winding taps of the control winding of the electrical equipment and has a selector for the power-free preselection of the winding tap of the electrical equipment to which the switch is to be made, as well as a diverter switch for the actual, uninterrupted switching from the previously connected winding tap to the new, preselected winding tap.
  • the selector usually has two movable selector contacts, which cover the winding taps.
  • the diverter switch usually has switching contacts and resistors for the actual load transfer.
  • the switching contacts are designed, for example, as vacuum interrupters.
  • the resistors serve to limit the circulating current flowing briefly in the diverter switch during the switching process and are also referred to as switching resistors.
  • the first module is designed as a reactor switch.
  • the reactor switching principle the circulating current is limited by chokes, also known as reactors.
  • the electrical equipment has several partial windings and the second module has several sub-modules with semiconductor switching elements. At least one partial winding is assigned to each sub-module and each sub-module is designed for rapid connection, counter-connection or bridging of the at least one assigned partial winding. Bridging specifically means that no current flows through the respective partial winding.
  • a submodule comprises, for example, four commutation cells that are designed as a bridge circuit.
  • a commutation cell comprises two thyristor paths connected in anti-parallel, whereby a path can also consist of several thyristors connected in series.
  • bypass switch is designed to bridge the second module with the at least one submodule with semiconductor switching elements.
  • the bypass switch is designed as a circuit breaker or load disconnector.
  • the tap changer can be actuated in a predefined operating mode in which the bypass switch is closed and the at least one submodule is bridged with semiconductor switching elements.
  • the tap changer when the tap changer is in the predefined operating mode, only the first module is used to change the transmission ratio, the impedance or the voltage used for excitation of the electrical equipment.
  • the second module when the tap changer is in the predefined operating mode, the second module assumes a neutral position in which the at least one partial winding is bridged. Bridged, i.e. H. at potential, but not carrying current.
  • the semiconductor switching elements of the second module are connected to one another in such a way that a bypass is formed for the at least one partial winding.
  • the advantage of this embodiment is that the electrical equipment can be operated with the first module without interruption, while the bypass switch carries the continuous current and thus bridges the semiconductor switching elements. This may be necessary, for example, if the second module is being serviced or there is a malfunction due to a failure of the power supply for controlling the semiconductor switching elements.
  • the tap changer in the predefined operating mode, losses caused by the semiconductor switching elements of the second module can be avoided.
  • the tap changer is operated in a predefined, second operating mode in which the change in the transmission ratio, the impedance or the voltage used for excitation is carried out by means of the second module he follows.
  • the advantage of this embodiment is that when the tap changer is operated in the second operating mode, the mechanics and the electrically switching contacts of the first module are protected and its service life is extended due to less wear on the corresponding components.
  • the first module comprises a first control unit
  • the second module comprises a second control unit
  • the electrical equipment comprises a system controller which is designed to actuate the first and second control units.
  • the second module and the first control unit and the second control unit and the system controller are each arranged in a separate housing.
  • the second module and the first control unit and the second control unit and the system controller are arranged in a common housing.
  • the second module and the second control unit are arranged in a common housing.
  • the second module and the first control unit are arranged in a common housing.
  • the second module and the second control unit and the system controller are arranged in a common housing.
  • the second module and the first control unit and the system controller are arranged in a common housing.
  • the second module and the first control unit and the second control unit are arranged in a common housing.
  • the first control unit and the second control unit are arranged in a common housing.
  • the first control unit and the second control unit and the system controller are arranged in a common housing.
  • the second module is arranged in a housing of the electrical equipment.
  • bypass switch is arranged in a separate housing or in a common housing with the second module.
  • the first control unit comprises a motor drive.
  • the motor drive is preferably designed to operate the selector contacts and the switching contacts of the on-load tap changer to connect the winding taps of the control winding.
  • the motor drive can be designed as a direct drive without an intermediate gear.
  • the second control unit is designed, for example, as a microcontroller.
  • the second control unit is designed to actuate the at least one or more sub-modules or their associated commutation cells in a suitable manner, such that the at least one or more partial windings are quickly switched on or off the control winding or are bridged.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an electrical equipment according to the improved concept in a schematic representation
  • Figure 2 shows a second embodiment of the electrical equipment according to the improved concept in a schematic representation
  • Figure 3 shows a third embodiment of the electrical equipment according to the improved concept in a schematic representation
  • Figure 4 shows a preferred embodiment of a method according to the improved concept.
  • a first embodiment of an electrical equipment 1 according to the improved concept is shown in a schematic representation.
  • the electrical equipment 1 is designed here, for example, as a single-phase controllable transformer.
  • the controllable transformer 1 has a main winding 2, a control winding 3 with n winding taps and two partial windings 4 and 5 on the primary or secondary side.
  • the partial winding 5 has a larger number of turns than the partial winding 4, for example three times as many turns.
  • the number of turns of the partial winding 4, and consequently also that of the partial winding 5 is greater than the smallest number of turns present between two adjacent winding taps, for example between n and n + 1, of the control winding 3.
  • the number of partial windings is not limited to two. In principle, several partial windings can also be provided, the number of windings of which can each have an integer multiple of the partial winding 4.
  • the transformer 1 has a tap changer 6 for changing the transmission ratio of the transformer 1.
  • the tap changer 6 comprises a first module 7 for connecting the winding taps n, n+1 of the control winding 3 and a second module 8 connected in series with the first module 7 for connecting, counter-connecting or bridging the partial windings 4, 5.
  • the first module 7 is for Control is provided in the steady state range and the second module 8 is provided for control in the dynamic time range.
  • the first module 7 is preferred as an on-load tap changer consisting of a selector for power-free preselection of the winding taps n, n+1 and a load changeover switch for uninterrupted switching from the previously connected winding tap n to the new, preselected winding tap n+1.
  • the on-load tap changer can have a preselector, which can be designed as a coarse step or turner.
  • the first module 7 is shown in a very simplified manner in FIG.
  • the second module 8 preferably has two submodules 9, each with four commutation cells in an H-bridge circuit.
  • a commutation cell here has a pair of thyristors connected in anti-parallel.
  • a sub-winding 4 or 5 is assigned to each sub-module 9 and each sub-module 9 is designed to switch the respective sub-winding 4 or 5 on or off the control winding 3 quickly, ie within 10 to 1000 milliseconds, by means of the commutation cells or semiconductor switching elements, or to bridge the respective partial winding 4 or 5, such that the partial winding 4, 5 has a certain potential, but no current flows through it.
  • the second module 8 has a bypass switch 10, which is arranged in a connecting line 14 parallel to the second module 8 and is designed to bridge the second module 8 or the two sub-modules 9.
  • the connecting line 14 opens into a load derivation 15.
  • the first module 7 includes a first control unit 1 1, which is preferably designed as a motor drive, particularly preferably as a direct drive without an intermediate gear, which operates the selector and the diverter switch.
  • the second module 8 is controlled by a second control unit 12.
  • the second control unit 12 is designed to actuate the two sub-modules 9 or their associated commutation cells in a suitable manner, such that the two partial windings 4 and 5 are quickly switched on or off to the control winding 3, or are bridged.
  • the second control unit 12 is designed to actuate the bypass switch 10.
  • the first control unit 11 and the second control unit 12 are actuated by a system controller 13 depending on one another.
  • FIG. 2 a second embodiment of the electrical equipment according to the improved concept is shown in a schematic representation.
  • the electrical equipment 1 from FIG. 2 reference is made to the previous explanations regarding the electrical equipment from FIG.
  • FIG. 2 shows an electrical equipment 1, which is designed as a controllable throttle. Such arrangements are used to control reactive power in the energy supply network.
  • the controllable throttle 1 also has a coarse step winding 16 and a coarse step controller 17.
  • the coarse stage controller 17 can assume a first position in which it contacts a first end A of the coarse stage winding 16 and a second position in which it contacts a second end B of the coarse stage winding 16. If the coarse step controller 17 is in the first position, no current flows through the coarse step winding 16. However, if the coarse step controller 17 is in the second position, current flows through the coarse step winding 16 and is therefore added to the main winding 2 and the control winding 3. In this way the Control range of throttle 1 increased.
  • the throttle 1 is housed in a boiler 18 and has a core 19 on which the windings 2, 3, 16, 4, 5 are arranged.
  • the on-load tap changer 7 is also arranged in this boiler 18.
  • the electrical lines of the on-load tap changer 7 and the windings 2, 3, 16, 4, 5 are led out of the boiler 18 via bushings 20. Outside the boiler 18, for example, flexible lines can be connected to the bushings 20, which in turn lead to the second module 8 and/or the control units 11, 12.
  • the second module 8, which is shown here in simplified form, and the bypass switch 10 are arranged together in a first housing 21 and the first control unit 11, the second control unit 12 and the system controller 13 are arranged together in a second housing 22 .
  • the housings 21 and 22 can be designed as commercially available control cabinets or containers and can be arranged directly on the boiler 18 of the throttle 1 or the electrical equipment or in spatial proximity, for example within the substation in which the equipment 1 is located. It is also possible to arrange the second module 8, the bypass switch 10, the control units 11 and 12 as well as the system controller 13 in a common housing or to provide separate housings for the individual units.
  • Figure 3 shows a third embodiment of the electrical equipment according to the improved concept in a schematic representation.
  • the electrical equipment 1 from FIG. 3 reference is made in an analogous manner to the previous explanations regarding the electrical equipment from FIGS .
  • an electrical equipment 1 is shown, which is designed as a phase shifter transformer.
  • the phase shifter transformer 1 is designed here as a single-phase example.
  • the phase shifter transformer 1 shown in Figure 3 is designed as a cross-controller for active power control and has a two-core design consisting of a series transformer 23 and an excitation transformer 24, each of which is arranged on a core.
  • the excitation transformer 24 has a primary side with a main winding 2 and a secondary side comprising a control winding 3 with n winding taps and two partial windings 4 and 5 and one On-load tap changer 6.
  • a voltage is coupled out on its primary side via the excitation transformer 24 and this is regulated in size on the secondary side via the control winding 3 and the two partial windings 4 and 5 by means of the on-load tap changer 6 as an additional voltage.
  • this additional voltage generated in the excitation transformer 24 is connected in a delta. This results in a phase shift of the additional voltage by 90 degrees compared to the input voltage at the phase shifter transformer.
  • phase shifter transformer in the form of a phase shifter transformer is not limited to the embodiment shown.
  • the phase shifter transformer can be designed in a symmetrical or asymmetrical two-core design, in a single-core design with a control winding in the star point, as a cross-regulator or skew regulator, or as an autotransformer with two iron circuits and a grounded booster circuit.
  • Figure 4 shows a flowchart of an advantageous embodiment of a method according to the improved concept, in particular a method for commissioning an electrical equipment 1 according to one of the embodiments, as explained in connection with Figures 1 to 3.
  • a circuit breaker assigned to the electrical equipment 1 is open, that is, the circuit between the electrical equipment and a corresponding energy network to which the electrical equipment is assigned is interrupted. In other words, the electrical equipment is separated from the associated energy network.
  • the bypass switch 10 is in an open state.
  • the bypass switch 10 is now closed in step a.
  • a next step b the circuit breaker is closed and the electrical equipment 1 is thus connected to the energy network.
  • increased inrush currents can occur.
  • the second module is already ready for operation and can be used to change the gear ratio, the impedance or the voltage used for excitation of the electrical equipment 1.
  • the second module 8 is in the neutral position commutated, in which the partial windings 4 and 5 are bridged, i.e. no current flows through them.
  • the bypass switch 10 is opened again. Now the second module 8 is also ready for operation and can be used alongside the first module 7 to change the gear ratio, the impedance or the voltage used for excitation of the electrical equipment.
  • the combination of a classic on-load tap changer, a first module, with a power electronic tap changer, a second module enables the realization of a large control range with a cost-effective and space-saving arrangement at high potential.
  • the second module for fast control in the dynamic control range which is more expensive than the first module, can be designed to be optimized for the respective application. Consequently, the second module can only be designed accordingly for that part of the control for which the power electronics-based second module offers an advantage due to its speed of sound.
  • the combined solution is significantly more space-saving than a purely power electronics-based solution.
  • a large degree of flexibility can be achieved with a comparatively small space requirement for network management and furnace operation.

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Abstract

Elektrisches Betriebsmittel (1) umfassend - wenigstens eine Regelwicklung (3) mit Wicklungsanzapfungen (n, n+1) und wenigstens eine Teilwicklung (4, 5), - einen Stufenschalter (6) zur Änderung eines Übersetzungsverhältnisses, einer Impedanz oder einer zur Erregung verwendeten Spannung des elektrischen Betriebsmittels (1), wobei - der Stufenschalter (6) ein erstes Modul (7) zur Beschaltung der Wicklungsanzapfungen (n, n+1) der Regelwicklung (3) und ein zweites Modul (8) zur schnellen Zuschaltung, Gegenschaltung oder Überbrückung der wenigstens einen Teilwicklung (4, 5) umfasst, - das zweite Modul (8) wenigstens ein Untermodul (9) mit Halbleiterschaltelementen und einen Bypass-Schalter (10) umfasst.

Description

ELEKTRISCHES BETRIEBSMITTEL MIT STUFENSCHALTER
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Betriebsmittel umfassend wenigstens eine Regelwicklung mit Wicklungsanzapfungen, wenigstens eine Teilwicklung und einen Stufenschalter zur Änderung eines Übersetzungsverhältnisses, einer Impedanz oder einer zur Erregung verwendeten Spannung des elektrischen Betriebsmittels.
Bei der Regelung von Energieversorgungsnetzen wird zwischen zwei unterschiedlichen Zeitbereichen unterschieden. Im sogenannten Steady-State- Bereich wird mit geeigneten Betriebsmitteln in einem Energieversorgungsnetz ein stationärer Arbeitspunkt eingestellt, der einen sicheren Betrieb des Netzes bei geringen Last- und Einspeiseschwankungen ermöglicht. Hierbei erfolgt die Regelung im Minuten-Zeitbereich. Im dynamischen Bereich wird mit geeigneten Betriebsmitteln auf dynamische Schwankungen im Netz reagiert, die beispielsweise durch Fehler oder schnelle und gegebenenfalls nur vorübergehende Änderungen in der Einspeise- und Lastsituation hervorgerufen werden können. In diesem Fall ist eine sehr schnelle Regelung im Bereich von Millisekunden erforderlich, um das Netz stabil zu halten.
Da sich mit der jeweiligen Einspeise- und Lastsituation auch der Blindleistungsbedarf ändert, stellt die Blindleistungsregelegung eine wesentliche Komponente der sicheren, effizienten und verlustminimierten Netzführung dar.
Sowohl für die Netzregelung im Steady-State-Bereich als auch für die dynamische Spannungsregulierung sind geeignete Betriebsmittel aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So werden zur Regelung des stationären Netzbetriebs beispielsweise regelbare Transformatoren, Phasenschieber oder regelbare Shunt-Reaktoren verwendet. Zur Regelung bei dynamischem Netzverhalten kommen zum Beispiel statisch synchrone Kompensatoren (STATCOM) oder statische Blindleistungskompensatoren (SVC) zum Einsatz.
Insbesondere die Betriebsmittel zur Regelung im dynamischen Bereich werden auf absehbare Zeit für eine versorgungssichere Netzbetriebsführung aufgrund der Energiewende und der Integration dezentraler Energieerzeugung in den Netzbetrieb immer relevanter, da die Einspeisung durch erneuerbare Energien weniger gut planbar ist.
Neben der Regelung von Energieversorgungsnetzen spielen die zuvor erwähnten unterschiedlichen Zeitbereiche auch bei der Energieversorgung von Lichtbogenöfen eine wesentliche Rolle. Entsprechende Ofentransformatoren zur Versorgung von Lichtbogenöfen enthalten in der Regel Stufenschalter, mit welchen eine Leistungsregelung des Ofentransformators im Bereich einiger Sekunden bis Minuten ermöglicht wird. Aufgrund sich schnell ändernder Betriebsbedingungen in Lichtbogenöfen, wie z.B. das Abreißen der zur Schmelze genutzten Lichtbögen, kommt es in Lichtbogenöfen jedoch auch häufig zu unerwünschten Netzrückwirkungen wie z.B. Flicker, mit Zeitkonstanten im Millisekundenbereich. Zur Begrenzung dieser Netzrückwirkungen kommen üblicherweise ebenfalls aufwändige und kostenintensive Kompensationsanlagen (SVC) zum Einsatz.
Ein weiteres Einsatzgebiet, in welchem die zuvor genannten Zeitbereiche eine Rolle spielen, sind Elektrolyseanlagen zur Wasserstoffgewinnung, bei welchen mittels Stufenschaltern geregelte Gleichrichtertransformatoren zum Einsatz kommen. Für die Teilnahme am Regelenergiemarkt ist insbesondere die Möglichkeit zur Regelung im dynamischen Zeitbereich relevant, um dem Netz möglichst schnell positive oder negative Regelenergie zur Verfügung stellen zu können.
Ein Betriebsmittel, welches sowohl die Regelung im Steady-State-Bereich bzw. Sekundenbis Minutenbereich als auch im dynamischen bzw. Millisekundenbereich kombiniert ermöglicht, ist bisher aus dem Stand der Technik noch nicht bekannt geworden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept zur Regelung von Energieversorgungsnetzen oder Energieversorgungsanlagen anzugeben, welches eine kombinierte, flexible Regelungslösung zur Bedienung beider Zeitbereiche angibt, die zudem kostengünstig, platzsparend und verlustarm ist im Betrieb und in der Herstellung.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, einen klassischen Stufenschalter, wie er aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist, mit einem dazu in Reihe befindlichen, leistungselektronischen Stufenschalter zu kombinieren. Da der leistungselektronische Stufenschalter schnell, nämlich im Millisekundenbereich seine Schaltungsposition ändern und dabei jede beliebige Stellung einnehmen kann, ermöglicht dieser ein schnelles Anpassen der Spannung an sich schnell ändernde Last- und Einspeiseverhältnisse. Mit dem klassischen Stufenschalter wird der Steady-State-Bereich bedient, wobei ein möglichst großer Regelbereich abgedeckt wird. So kann für die Netzführung und auch die Anlagen- bzw. Prozessführung ein großes Maß an Flexibilität erzielt werden.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein elektrisches Betriebsmittel angegeben, das wenigstens eine Stammwicklung, wenigstens eine Regelwicklung mit Wicklungsanzapfungen, wenigstens eine Teilwicklung und einen Stufenschalter zur Änderung eines Übersetzungsverhältnisses, einer Impedanz oder einer zur Erregung verwendeten Spannung des elektrischen Betriebsmittels umfasst.
Das elektrische Betriebsmittel kann als regelbarer Transformator, als Phasenschiebertransformator, als regelbare Drossel oder als regelbarer Transformator mit Kondensator ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das elektrische Betriebsmittel als regelbarer Transformator und der Stufenschalter zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses des regelbaren Transformators ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das elektrische Betriebsmittel als regelbare Drossel und der Stufenschalter zur Änderung der Impedanz der regelbaren Drossel ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das elektrische Betriebsmittel eine erste induktive Anordnung und eine zweite induktive Anordnung. Mit der Ist-Spannung in der ersten induktiven Anordnung wird die zweite induktive Anordnung angeregt und dadurch die Leistung der ersten induktiven Anordnung erhöht. Mit anderen Worten wird gemäß dieser Ausführungsform ein Erreger-Transformator, eine erste induktive Anordnung, um einen Booster-Transformator, eine zweite induktive Anordnung, ergänzt. Die Änderung der zur Erregung des Booster-Transformators verwendeten Spannung erfolgt mittels des Stufenschalters. Durch die Anordnung ist es insbesondere bei Einheiten mit großer Leistung möglich, die Betriebsparamater des Stufenschalters, Strom und Spannung, flexibler einzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das elektrische Betriebsmittel als Phasenschiebertransformator ausgebildet. Phasenschiebertransformatoren sind spezielle Leistungstransformatoren, die durch Einbringen einer Querspannung oder einer Schrägspannung den Phasenwinkel der Spannung bzw. den elektrischen Lastfluss über eine Freileitung gezielt beeinflussen können. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Phasenschiebertransformator einen Serientransformator und einen Erregertransformator. Der Stufenschalter ist dazu ausgebildet, über die Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Erregertransformators eine bestimmte Phasenverschiebung einzustellen.
Der Stufenschalter umfasst ein erstes Modul zur Beschaltung der Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung und ein zweites Modul mit Halbleiterschaltelementen zur schnellen Zuschaltung, Gegenschaltung oder Überbrückung der wenigstens einen Teilwicklung. Das zweite Modul umfasst wenigstens ein Untermodul mit Halbleiterschaltelementen und einen Bypass-Schalter.
Gemäß einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Teilwicklung mindestens so groß wie einer zwischen zwei benachbarten Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung liegender Anteil der Regelwicklung. Mit anderen Worten besitzt die wenigstens eine Teilwicklung eine bestimmte Windungszahl, die mindestens so groß ist wie die kleinste vorhandene Windungszahl zwischen zwei benachbarten Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung. Für den Fall, dass das elektrische Betriebsmittel mehrere Teilwicklungen aufweist, so können die Windungszahlen der mehreren Teilwicklungen ganzzahlige Vielfache voneinander sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Modul als Laststufenschalter, insbesondere als Widerstandsschnellschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung des elektrischen Betriebsmittels ausgebildet und weist einen Wähler zur leistungslosen Vorwahl derjenigen Wicklungsanzapfung des elektrischen Betriebsmittels, auf die umgeschaltet werden soll, sowie einem Lastumschalter zur eigentlichen, unterbrechungslosen Umschaltung von der bisherig beschalteten Wicklungsanzapfung auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung auf. Für die leistungslose Vorwahl der Wicklungsanzapfungen weist der Wähler in der Regel zwei bewegliche Wählerkontakte auf, welche die Wicklungsanzapfungen beschälten. Der Lastumschalter weist für die eigentliche Lastumschaltung üblicherweise Schaltkontakte und Widerstände auf. Die Schaltkontakte sind beispielsweise als Vakuumschaltröhren ausgebildet. Die Widerstände dienen zur Begrenzung des kurzzeitig, während des Umschaltvorganges im Lastumschalter fließenden Kreisstroms und werden auch als Überschaltwiderstände bezeichnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste Modul als Reaktorschalter ausgebildet. Gemäß dem Reaktorschaltprinzip wird der Kreisstrom durch Drosseln, die auch als Reaktoren bezeichnet werden, begrenzt.
Gemäß einer Ausführungsform weist das elektrische Betriebsmittel mehrere Teilwicklungen auf und das zweite Modul mehrere Untermodule mit Halbleiterschaltelementen. Jedem Untermodul ist wenigstens eine Teilwicklung zugeordnet und jedes Untermodul ist zur schnellen Zuschaltung, Gegenschaltung oder Überbrückung der wenigstens einen, zugeordneten Teilwicklung ausgebildet. Überbrückung, das bedeutet konkret, dass die jeweilige Teilwicklung nicht stromdurchflossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Untermodul beispielsweise vier Kommutierungszellen, die als Brückenschaltung ausgebildet sind. Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Kommutierungszelle jeweils zwei anti-parallel geschaltete Thyristorpfade, wobei ein Pfad auch aus mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren bestehen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Bypass-Schalter dazu ausgebildet, das zweite Modul mit dem wenigstens einen Untermodul mit Halbleiterschaltelementen zu überbrücken.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Bypass-Schalter als Leistungsschalter oder Lasttrennschalter ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Stufenschalter in einem vordefinierten Betriebsmodus betätigbar, in dem der Bypass-Schalter geschlossen und das wenigstens eine Untermodul mit Halbleiterschaltelementen überbrückt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird, wenn sich der Stufenschalter in dem vordefinierten Betriebsmodus befindet, nur das erste Modul zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses, der Impedanz oder der zur Erregung verwendeten Spannung des elektrischen Betriebsmittels verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nimmt das zweite Modul, wenn sich der Stufenschalter in dem vordefinierten Betriebsmodus befindet, eine neutrale Stellung ein, in der die wenigstens eine Teilwicklung gebrückt ist. Gebrückt, d. h. auf Potential, aber nicht stromdurchflossen. Mit anderen Worten, die Halbleiterschaltelemente des zweiten Moduls werden derart zueinander verschaltet, dass ein Bypass für die wenigstens eine Teilwicklung gebildet wird.
Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass das elektrische Betriebsmittel mit dem ersten Modul ohne Unterbrechung betrieben werden kann, während der Bypass-Schalter den Dauerstrom führt und somit die Halbleiterschaltelemente brückt. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn das zweite Modul gewartet wird oder eine Störung bedingt durch einen Ausfall der Spannungsversorgung für die Steuerung der Halbleiterschaltelemente vorliegt. Zudem können durch den Betrieb des Stufenschalters in dem vordefinierten Betriebsmodus Verluste durch die Halbleiterschaltelemente des zweiten Moduls vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Stufenschalter in einem vordefinierten, zweiten Betriebsmodus betrieben, in dem die Änderung des Übersetzungsverhältnisses, der Impedanz oder der zur Erregung verwendeten Spannung mittels des zweiten Moduls erfolgt.
Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass beim Betrieb des Stufenschalters im zweiten Betriebsmodus die Mechanik und die elektrisch schaltenden Kontakte des ersten Moduls geschont und bedingt durch weniger Verschleiß der entsprechenden Bauteile dessen Lebenszeit verlängert wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erste Modul eine erste Steuereinheit, umfasst das zweite Modul eine zweite Steuereinheit und umfasst das elektrische Betriebsmittel eine Systemsteuerung, die dazu ausgebildet ist, die erste und die zweite Steuereinheit zu betätigen.
Gemäß einer Ausführungsform sind das zweite Modul und die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit und die Systemsteuerung jeweils in einem separaten Gehäuse angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform sind das zweite Modul und die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit und die Systemsteuerung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform sind das zweite Modul und die zweite Steuereinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform sind das zweite Modul und die erste Steuereinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform sind das zweite Modul und die zweite Steuereinheit und die Systemsteuerung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform sind das zweite Modul und die erste Steuereinheit und die Systemsteuerung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform sind das zweite Modul und die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit und die Systemsteuerung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform ist das zweite Modul in einem Gehäuse des elektrischen Betriebsmittels angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Bypass-Schalter in einem separaten Gehäuse oder mit dem zweiten Modul in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Steuereinheit einen Motorantrieb. Der Motorantrieb ist bevorzugt dazu ausgebildet, die Wählerkontakte und die Schaltkontakte des Laststufenschalters zur Beschaltung der Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung zu betätigen. Der Motorantrieb kann als Direktantrieb ohne zwischengeschaltetes Getriebe ausgebildet sein.
Die zweite Steuereinheit ist beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Steuereinheit dazu ausgebildet, das wenigstens eine oder die mehreren Untermodule bzw. deren zugeordneten Kommutierungszellen in geeigneter Weise zu betätigen, derart, dass die wenigstens eine oder die mehreren Teilwicklungen schnell der Regelwicklung zu- oder gegengeschaltet werden oder überbrückt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen
Figur 1 eine erste Ausführungsform eines elektrischen Betriebsmittels gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung;
Figur 2 eine zweite Ausführungsform des elektrischen Betriebsmittels gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung;
Figur 3 eine dritte Ausführungsform des elektrischen Betriebsmittels gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung;
Figur 4 eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept. In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform eines elektrischen Betriebsmittels 1 gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung gezeigt.
Das elektrische Betriebsmittel 1 ist hier beispielhaft als regelbarer Transformator einphasig ausgebildet. Der regelbare Transformator 1 weist auf der Primär- oder Sekundärseite eine Stammwicklung 2, eine Regelwicklung 3 mit n Wicklungsanzapfungen und zwei Teilwicklungen 4 und 5 auf. Die Teilwicklung 5 besitzt eine größere Windungszahl als die Teilwicklung 4, beispielsweise eine drei Mal so hohe Windungszahl. Außerdem ist die Windungszahl der Teilwicklung 4, und folglich auch die der Teilwicklung 5 größer als die kleinste vorhandene Windungszahl zwischen zwei benachbarten Wicklungsanzapfungen, beispielsweise zwischen n und n+1 , der Regelwicklung 3.
Die Anzahl der Teilwicklungen ist nicht auf zwei beschränkt. Es können grundsätzlich auch mehrere Teilwicklungen vorgesehen sein, deren Wicklungszahl jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Teilwicklung 4 aufweisen kann.
Des Weiteren weist der Transformator 1 einen Stufenschalter 6 zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators 1 auf. Der Stufenschalter 6 umfasst ein erstes Modul 7 zur Beschaltung der Wicklungsanzapfungen n, n+1 der Regelwicklung 3 sowie ein in Reihe zum ersten Modul 7 geschaltetes zweites Modul 8 zur Zuschaltung, Gegenschaltung oder Überbrückung der Teilwicklungen 4, 5. Das erste Modul 7 ist zur Regelung im Steady- State-Bereich vorgesehen und das zweite Modul 8 zur Regelung im dynamischen Zeitbereich.
Bevorzugt ist das erste Modul 7 als Laststufenschalter bestehend aus einem Wähler zur leistungslosen Vorwahl der Wicklungsanzapfungen n, n+1 und einem Lastumschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung von der bisherig beschalteten Wicklungsanzapfung n auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung n+1 . Zudem kann der Laststufenschalter einen Vorwähler aufweisen, der als Grobstufe oder Wender ausgeführt sein kann. Zur besseren Übersichtlichkeit ist das erste Modul 7 in Figur 1 jedoch stark vereinfacht dargestellt.
Das zweite Modul 8 weist bevorzugt zwei Untermodule 9 mit jeweils vier Kommutierungszellen in H-Brückenschaltung auf. Eine Kommutierungszelle weist hier jeweils ein antiparallel geschaltetes Thyristoren-Paar auf. Jedem Untermodul 9 ist jeweils eine Teilwicklung 4 oder 5 zugeordnet und jedes Untermodul 9 ist dazu ausgebildet, mittels der Kommutierungszellen bzw. Halbleiterschaltelemente die jeweilige Teilwicklung 4 oder 5 schnell, d. h. innerhalb von 10 bis 1000 Millisekunden, der Regelwicklung 3 zu- oder gegenzuschalten, oder die jeweilige Teilwicklung 4 oder 5 zu überbrücken, derart, dass die Teilwicklung 4, 5 ein bestimmtes Potenzial aufweist, jedoch nicht stromdurchflossen ist.
Des Weiteren weist das zweite Modul 8 einen Bypass-Schalter 10 auf, der in einer zu dem zweiten Modul 8 parallelen Verbindungsleitung 14 angeordnet und dazu ausgebildet ist, das zweite Modul 8 bzw. die zwei Untermodule 9 zu überbrücken. Die Verbindungsleitung 14 mündet in einer Lastableitung 15.
Das erste Modul 7 umfasst eine erste Steuereinheit 1 1 , die bevorzugt als Motorantrieb, besonders bevorzugt als Direktantrieb ohne zwischengeschaltetes Getriebe ausgebildet ist, der den Wähler und den Lastumschalter betätigt.
Das zweite Modul 8 wird von einer zweiten Steuereinheit 12 gesteuert. Die zweite Steuereinheit 12 ist dazu ausgebildet, die zwei Untermodule 9 bzw. deren zugeordneten Kommutierungszellen in geeigneter Weise zu betätigen, derart, dass die zwei Teilwicklungen 4 und 5 schnell zur Regelwicklung 3 zu- oder gegengeschaltet, oder überbrückt werden. Außerdem ist die zweite Steuereinheit 12 dazu ausgebildet, den Bypass-Schalter 10 zu betätigen.
Die erste Steuereinheit 11 und die zweite Steuereinheit 12 werden von einer Systemsteuerung 13 in Abhängigkeit voneinander betätigt.
In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform des elektrischen Betriebsmittels gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung dargestellt. Bezüglich des elektrischen Betriebsmittels 1 aus der Figur 2 wird auf die vorangegangenen Erläuterungen zu dem elektrischen Betriebsmittel aus Figur 1 in analoger Weise Bezug genommen und im Folgenden lediglich auf die Unterschiede und Ergänzungen zum dem elektrischen Betriebsmittel 1 aus Figur 1 eingegangen.
Figur 2 zeigt ein elektrisches Betriebsmittel 1 , das als regelbare Drossel ausgebildet ist. Derartige Anordnungen werden zur Blindleistungsregelung im Energieversorgungsnetz eingesetzt. Die regelbare Drossel 1 weist neben einer Stammwicklung 2, einer Regelwicklung 3 mit n Wicklungsanzapfungen und zwei Teilwicklungen 4 und 5 zusätzlich eine Grobstufenwicklung 16 und einen Grobstufenregler 17 auf. Der Grobstufenregler 17 kann eine erste Stellung, in der er ein erstes Ende A der Grobstufenwicklung 16 kontaktiert, und eine zweite Stellung, in der er ein zweites Ende B der Grobstufenwicklung 16 kontaktiert, einnehmen. Befindet sich der Grobstufenregler 17 in der ersten Stellung, ist die Grobstufenwicklung 16 nicht stromdurchflossen. Befindet sich der Grobstufenregler 17 hingegen in der zweiten Stellung, so wird die Grobstufenwicklung 16 von Strom durchflossen und folglich zur Stammwicklung 2 und der Regelwicklung 3 hinzuaddiert. Auf diese Weise wird der Regelbereich der Drossel 1 erhöht.
Die Drossel 1 ist in einem Kessel 18 untergebracht und weist einen Kern 19 auf, an dem die Wicklungen 2, 3, 16, 4, 5 angeordnet sind. Ebenso ist der Laststufenschalter 7 in diesem Kessel 18 angeordnet. Über Durchführungen 20 werden die elektrischen Leitungen des Laststufenschalters 7 und der Wicklungen 2, 3, 16, 4, 5 aus dem Kessel 18 herausgeführt. Außerhalb des Kessels 18 können an die Durchführungen 20 beispielsweise flexible Leitungen angeschlossen werden, die wiederum zu dem zweiten Modul 8 und/oder den Steuereinheiten 1 1 , 12 führen.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform sind das zweite Modul 8, welches hier vereinfacht dargestellt ist, und der Bypass-Schalter 10 gemeinsam in einem ersten Gehäuse 21 angeordnet und die erste Steuereinheit 11 , die zweite Steuereinheit 12 und die Systemsteuerung 13 gemeinsam in einem zweiten Gehäuse 22 angeordnet. Die Gehäuse 21 und 22 können dabei als handelsübliche Schaltschränke oder Container ausgebildet sein und unmittelbar an dem Kessel 18 der Drossel 1 bzw. des elektrischen Betriebsmittels oder aber in räumlicher Nähe, beispielsweise innerhalb des Umspannwerkes, in dem sich das Betriebsmittel 1 befindet, angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, das zweite Modul 8, den Bypass-Schalter 10, die Steuereinheiten 1 1 und 12 sowie die Systemsteuerung 13 in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen oder aber jeweils separate Gehäuse für die einzelnen Einheiten vorzusehen.
Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des elektrischen Betriebsmittels gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung. Bezüglich des elektrischen Betriebsmittels 1 aus der Figur 3 wird auf die vorangegangenen Erläuterungen zu dem elektrischen Betriebsmittel aus den Figuren 1 und 2 in analoger Weise Bezug genommen und im Folgenden lediglich auf die Unterschiede und Ergänzungen zu dem elektrischen Betriebsmittel 1 aus den Figuren 1 und 2 eingegangen.
In Figur 3 ist ein elektrisches Betriebsmittel 1 dargestellt, das als Phasenschiebertransformator ausgebildet ist. Zum Zwecke der besseren Übersichtlichkeit ist der Phasenschiebertransformator 1 hier beispielhaft einphasig ausgebildet. Der in Figur 3 gezeigte Phasenschiebertransformator 1 ist als Querregler zur Wirkleistungsregelung ausgebildet und weist ein Zweikerndesign bestehend aus einem Serientransformator 23 und einem Erregertransformator 24, die jeweils auf einem Kern angeordnet sind, auf. Der Erregertransformator 24 weist eine Primärseite mit einer Stammwicklung 2 und eine Sekundärseite umfassend eine Regelwicklung 3 mit n Wicklungsanzapfungen und zwei Teilwicklungen 4 und 5 sowie einen Laststufenschalter 6 auf. Über den Erregertransformator 24 wird auf dessen Primärseite eine Spannung ausgekoppelt und diese auf der Sekundärseite über die Regelwicklung 3 und die beiden Teilwicklungen 4 und 5 mittels des Laststufenschalters 6 als Zusatzspannung der Größe nach geregelt. Im Serientransformator 23 wird diese, im Erregertransformator 24 erzeugte, Zusatzspannung im Dreieck geschalten. Daraus resultiert eine Phasenverschiebung der Zusatzspannung um 90 Grad gegenüber der Eingangsspannung am Phasenschiebertransformator.
Das in Figur 3 gezeigte elektrische Betriebsmittel in Form eines Phasenschiebertransformators ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Der Phasenschiebertransformator kann gleichermaßen in einem symmetrischen oder unsymmetrischen Zweikerndesign, in einem Einkerndesign mit Regelwicklung im Sternpunkt, als Querregler oder Schrägregler, oder auch als Autotransformator mit zwei Eisenkreisen und einem geerdeten Boosterkreis ausgebildet sein.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer vorteilhaften Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept, insbesondere eines Verfahrens zur Inbetriebnahme eines elektrischen Betriebsmittels 1 gemäß einer der Ausführungsformen, wie sie im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 erläutert wurden.
In der Ausgangssituation ist ein dem elektrischen Betriebsmittel 1 zugeordneter Leistungsschalter geöffnet, das heißt der Stromkreis zwischen dem elektrische Betriebsmittel und einem entsprechenden Energienetz, dem das elektrische Betriebsmittel zugeordnet ist, ist unterbrochen. Mit anderen Worten, das elektrische Betriebsmittel ist von dem zugehörigen Energienetz getrennt. Gleichermaßen befindet sich der Bypass-Schalter 10 in einem geöffneten Zustand.
Zur Inbetriebnahme des elektrischen Betriebsmittels wird nun in einem Schritt a der Bypass- Schalter 10 geschlossen. In einem nächsten Schritt b wird der Leistungsschalter geschlossen und damit das elektrische Betriebsmittel 1 mit dem Energienetz verbunden. Mit der Anbindung des elektrischen Betriebsmittels 1 an das Netz kann es zu erhöhten Einschaltströmen (sog. Inrush-Effekt) kommen. Diese fließen jedoch über den geschlossenen Bypass-Schalter 10 des zweiten Moduls 8, sodass die Untermodule 9 mit den Halbleiterschaltelemente dabei nicht beschädigt werden. Ab diesem Zeitpunkt ist das zweite Modul bereits betriebsbereit und kann zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses, der Impedanz oder der zur Erregung verwendeten Spannung des elektrischen Betriebsmittels 1 verwendet werden. In einem nächsten Schritt c wird das zweite Modul 8 in die neutrale Stellung kommutiert, in der die Teilwicklungen 4 und 5 gebrückt, das heißt nicht stromdurchflossen sind. In einem nächsten Schritt d wird der Bypass-Schalter 10 wieder geöffnet. Nun ist auch das zweite Modul 8 betriebsbereit und kann neben dem ersten Modul 7 zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses, der Impedanz oder der zur Erregung verwendeten Spannung des elektrischen Betriebsmittels genutzt werden.
Die Kombination eines klassischen Laststufenschalters, eines ersten Moduls, mit einem leistungselektronischen Stufenschalter, einem zweiten Modul, ermöglicht die Realisierung eines großen Regelbereiches bei gleichzeitig kostengünstiger und platzsparender Anordnung auf hohem Potential. Denn das im Vergleich zu dem ersten Modul kostenintensivere zweite Modul für die schnelle Regelung im dynamischen Regelbereich kann für die jeweilige Anwendung optimiert ausgelegt werden. Folglich kann das zweite Modul nur für den Teil der Regelung, für den das leistungselektronisch basierte zweite Modul aufgrund seiner Schallgeschwindigkeit einen Vorteil bietet, entsprechend ausgelegt sein. Hinzu kommt, dass die kombinierte Lösung deutlich platzsparender ist als eine rein leistungselektronisch basierte Lösung. Zusammengefasst kann mit der erfindungsgemäßen Lösung ein großes Maß an Flexibilität mit vergleichsweise geringem Platzbedarf für die Netzführung sowie den Ofenbetrieb gewonnen werden.
BEZUGSZEICHEN
Elektrisches Betriebsmittel
Stammwicklung
Regelwicklung erste Teilwicklung
5 zweite Teilwicklung
6 Stufenschalter erstes Modul von 6
8 zweites Modul von 6
Untermodul von 8
10 Bypass-Schalter erste Steuereinheit
12 zweite Steuereinheit
13 Systemsteuerung
Verbindungsleitung
15 Lastableitung
Grobstufenwicklung
Grobstufenregler
18 Kessel
19 Kern
20 Durchführung
21 erstes Gehäuse
22 zweites Gehäuse
23 Serientransformator
24 Erregertransformator
A erstes Ende von 16 B zweites Ende von 16 n-1 , n, ... n+4 Wicklungsanzapfungen

Claims

ANSPRÜCHE Elektrisches Betriebsmittel (1 ) umfassend
- wenigstens eine Regelwicklung (3) mit Wicklungsanzapfungen (n, n+1) und wenigstens eine Teilwicklung (4, 5), einen Stufenschalter (6) zur Änderung eines Übersetzungsverhältnisses, einer Impedanz oder einer zur Erregung verwendeten Spannung des elektrischen Betriebsmittels (1 ), wobei
- der Stufenschalter (6) ein erstes Modul (7) zur Beschaltung der Wicklungsanzapfungen (n, n+1) der Regelwicklung (3) und ein zweites Modul (8) zur schnellen Zuschaltung, Gegenschaltung oder Überbrückung der wenigstens einen Teilwicklung (4, 5) umfasst,
- das zweite Modul (8) wenigstens ein Untermodul (9) mit Halbleiterschaltelementen und einen Bypass-Schalter (10) umfasst. Elektrisches Betriebsmittel (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die wenigstens eine Teilwicklung (4, 5) mindestens so groß ist wie einer zwischen zwei benachbarten Wicklungsanzapfungen (n, n+1 ) der Regelwicklung (3) liegender Anteil der Regelwicklung (3). Elektrisches Betriebsmittel (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 oder 2, wobei
- der Bypass-Schalter (10) dazu ausgebildet ist, das zweite Modul (8) mit dem wenigstens einen Untermodul (9) mit Halbleiterschaltelementen zu überbrücken. Elektrisches Betriebsmittel (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, wobei
- der Bypass-Schalter (10) als Leistungsschalter oder Lasttrennschalter ausgebildet ist. Elektrisches Betriebsmittel (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, wobei - der Stufenschalter (6) in einem vordefinierten Betriebsmodus betätigbar ist, in dem der Bypass-Schalter (10) geschlossen und das wenigstens eine Untermodul (9) mit Halbleiterschaltelementen überbrückt ist.
6. Elektrisches Betriebsmittel (1 ) nach Anspruch 5, wobei
- wenn sich der Stufenschalter (6) in dem vordefinierten Betriebsmodus befindet, nur das erste Modul (7) zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses, der Impedanz oder der zur Erregung verwendeten Spannung des elektrischen Betriebsmittels (1 ) verwendet wird.
7. Elektrisches Betriebsmittel (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, wobei
- das erste Modul (7) eine erste Steuereinheit (1 1 ) umfasst,
- das zweite Modul (8) eine zweite Steuereinheit (12) umfasst,
- das elektrische Betriebsmittel (1 ) eine Systemsteuerung (13) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die erste Steuereinheit (11 ) und die zweite Steuereinheit (12) zu betätigen.
8. Elektrisches Betriebsmittel (1 ) nach Anspruch 7, wobei
- das zweite Modul (8) und/oder die erste Steuereinheit (11 ) und/oder die zweite Steuereinheit (12) und/oder die Systemsteuerung (13) jeweils in einem separaten Gehäuse oder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
9. Elektrisches Betriebsmittel (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, wobei
- die erste Steuereinheit (11 ) einen Motorantrieb umfasst,
- der Motorantrieb als Direktantrieb ohne zwischengeschaltetes Getriebe ausgebildet ist.
10. Elektrisches Betriebsmittel (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, wobei
- der Bypass-Schalter (10) in einem separaten Gehäuse oder mit dem zweiten Modul (8) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist.
11 . Elektrisches Betriebsmittel (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, wobei - das erste Modul (7) als Widerstandsschnellschalter oder als Reaktorschalter ausgebildet ist.
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