Welche Funktion hat ein Laststufenschalter?

Ausführliche Erklärung

Um seine Funktion zu verstehen, erklären wir, warum es benötigt wird und wie es funktioniert.

1. Das Kernproblem: Spannungsschwankungen

In einem elektrischen Energiesystem ist die Spannung an einem bestimmten Punkt nicht konstant. Es schwankt aufgrund von:

Unterschiedliche Lasten: Wenn ein großer Industriemotor startet, zieht er einen großen Strom, was zu einem vorübergehenden Spannungsabfall (einem „Einbruch“) bei anderen Kunden auf derselben Leitung führt. Umgekehrt kann es zu Spannungsspitzen kommen, wenn die Last plötzlich entfernt wird.

Leitungsverluste: Da Strom über weite Strecken durch Stromleitungen transportiert wird, verursacht der Eigenwiderstand der Leitungen einen Spannungsabfall. Die Spannung am Ende einer langen Zuleitung ist niedriger als am Umspannwerk.

Kunden und Geräte benötigen eine relativ stabile Spannung, um ordnungsgemäß und effizient zu funktionieren. Eine zu hohe oder zu niedrige Spannung kann das Gerät beschädigen oder seine Lebensdauer verkürzen.

2. Die Lösung: Anpassen des Windungsverhältnisses

Ein Transformator arbeitet nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, wobei das Spannungsverhältnis proportional zum Windungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärwicklung ist:

V_primär / V_sekundär ≈ N_primär / N_sekundär

Ein OLTC ändert dieses Windungsverhältnis (N_primär / N_sekundär) physisch, indem er verschiedene „Anzapfungen“ (Verbindungspunkte) an der Transformatorwicklung anschließt. Durch die Auswahl einer anderen Anzapfung wird die Anzahl der aktiven Windungen in der Wicklung effektiv erhöht oder verringert, wodurch die Ausgangsspannung erhöht oder verringert wird.

So ERHÖHEN Sie die Sekundärspannung: Der Stufenschalter wählt eine Stufe, die die Anzahl der Windungen in der Primärwicklung verringert (oder sie in der Sekundärwicklung erhöht).

Um die Sekundärspannung zu senken: Der Stufenschalter wählt eine Anzapfung, die die Anzahl der Windungen in der Primärwicklung erhöht (oder sie in der Sekundärwicklung verringert).

3. Die größte Herausforderung: Die Änderung „On-Load“ durchführen

Die größte technische Herausforderung besteht darin, dass man den Stromkreis nicht einfach öffnen kann, um die Anzapfungen zu wechseln, während der Transformator Laststrom liefert. Eine Unterbrechung des Stromkreises unter Last würde einen starken Lichtbogen erzeugen, der den Stufenschalter zerstören und möglicherweise eine Explosion verursachen würde.

 

Wie ein OLTC dieses Problem löst:
Ein OLTC ist ein komplexer mechanischer Schalter mit einem ausgeklügelten Übergangsmechanismus. Die gebräuchlichste Methode verwendet Lastumschalter und Übergangswiderstände.

Es überbrückt kurzzeitig zwei benachbarte Abzweigungen.

Es verwendet Widerstände, um den zirkulierenden Strom zwischen den Anzapfungen vorübergehend zu begrenzen.

Anschließend überträgt er den Laststrom von der alten Anzapfung auf die neue Anzapfung.

Schließlich trennt es den alten Wasserhahn.

Dieser gesamte Vorgang erfolgt im Bruchteil einer Sekunde und gewährleistet einen reibungslosen Übergang ohne Unterbrechung des Stromflusses.

 

Die wichtigsten Funktionen und Zwecke zusammengefasst:

Spannungsregelung: Die Hauptfunktion. Es hält trotz Schwankungen der Primärspannung oder der Last eine stabile sekundäre Ausgangsspannung aufrecht.

Blindleistungssteuerung: Durch die Steuerung der Spannung trägt der OLTC indirekt zur Steuerung des Blindleistungsflusses im Netzwerk bei, was für die Systemstabilität von entscheidender Bedeutung ist.

Sicherung der Stromqualität: Sie stellt sicher, dass Kunden eine Spannung innerhalb einer bestimmten Toleranz (z. B. 230 V ±10 %) erhalten, und schützt so ihre Geräte und Maschinen.

Systemstabilität: Durch die Verwaltung der Spannungsprofile im gesamten Stromnetz wird ein Spannungszusammenbruch verhindert, ein Zustand, der zu weit verbreiteten Stromausfällen führen kann.

 

Wo werden OLTCs eingesetzt?

OLTCs sind fast immer zu finden an:

Leistungstransformatoren in Übertragungs- und Verteilungsstationen.

Große Verteilungstransformatoren zur Versorgung von Industriekomplexen oder großen Flächen.