Für Regeltransformatoren müssen je nach Betrachtungsstandpunkt und Anordnung bzw. Eingriffspunkt der Regeleinrichtung einige Elemente im üblichen T-Ersatzschaltbild als von der Stufenschalter-Position abhängige und damit allgemein veränderliche Größen aufgefasst werden.

Für eine OS-seitige Betrachtung eines Transformators mit einer auf der OS-Seite angebrachten Regelwicklung (z. B. GRIDCON®) erhält man das Ersatzschaltbild in Abbildung 1. Demnach sind selbst die Elemente der US-Wicklung veränderliche Größen, obwohl die US-Wicklung physisch unveränderlich ist. Dies erklärt sich daraus, dass die Elemente über das Übersetzungsverhältnis auf die OS-Seite umgerechnet werden und eben dieses von der Stufenschalter-Position bestimmt wird.

Die gezeichneten Elemente R_1 und R'_2 repräsentieren die Kupferverluste in den Wicklungen, X_1σ und X'_2σ die Streuinduktivitäten, die Eisenverluste R_Fe im Kern und die Hauptinduktivität X_h.

Würde man einen solchen OS-seitig geregelten RONT von der US-Seite her betrachten, so blieben der Kupferwiderstand R_2  und die Streureaktanz X_2σ konstant, siehe Abbildung 2.

Relevante Normen zur Berechnung der Ersatzschaltbild-Elemente

Zur Modellierung von RONT sind einige relevante Normen zu beachten. Darin sind u. a. die Kurzschlussverluste P_k und Leerlaufverluste P_0 in Abhängigkeit von der Bemessungsleistung, Verlustklasse und Kurzschlussimpedanz festgelegt [1]. Laut Norm DIN EN 60076 gibt es verschiedene Kategorien für die Änderung der Anzapfungsspannung [2]. Häufig wird bei RONT die Einstellung CFVV (Constant Flux Voltage Variation) mit konstantem Fluss verwendet. Dabei sieht eine Seite des Transformators eine eingeprägte, härtere Spannung, d. h. geregelt wird die andere, weichere Spannung. Bei Ortsnetztransformatoren ist die Mittelspannung (MS) die härtere und die Niederspannung (NS), welche über das Übersetzungsverhältnis ü eingestellt wird, die weichere Spannung. Somit muss beim GRIDCON® auf die OS-Seite geregelt werden, weil dann bei Abweichungen der Oberspannung weiterhin eine theoretisch konstante Unterspannung anliegt, welche in der Realität aufgrund der begrenzten, in diskreten Schritten wählbaren Anzahl an möglichen Stufenschalter-Positionen innerhalb einer festgelegten Regelbandbreite pendelt.

In Norm DIN EN 60076 ist außerdem beschrieben, dass sich die Nenngrößen eines Transformators auf die neutrale Stellung beziehen, welche vom Hersteller festgelegt werden muss. Dabei handelt es sich meistens um die mittlere Anzapfung [2]. Für die Berechnungen wird der Nennstrom I_N somit in der neutralen Position für die Nennspannung U_N und die Nennscheinleistung S_N ausgelegt, siehe Tabelle 1.

Für OS-seitig kleinere Windungszahlen wird das Übersetzungsverhältnis ü bei einer konstanten US-seitigen Windungszahl nach Gleichung (1) niedriger.

 

 Die angegebene Näherung gilt unter Vernachlässigung der vom Leerlaufstrom verursachten Spannungsänderung, da sich deren Einfluss im Allgemeinen kaum auswirkt [3]. Folglich kann die Unterspannung bei einer kleineren Oberspannung konstant gehalten werden, wobei der OS-seitige Strom den Nennstrom I_OS,N nicht überschreiten darf. Die übertragbare Scheinleistung ist deshalb in diesem Bereich kleiner als die Nennscheinleistung S_N des Transformators.

Größere Oberspannungen können auf eine konstante Unterspannung transformiert werden, indem ein höheres Übersetzungsverhältnis durch OS-seitig größere Windungszahlen aufgeschaltet wird. Die Scheinleistung darf maximal den Wert von S_N erreichen, weshalb der OS-seitige Strom in diesem Bereich auf kleinere Werte als I_OS,N begrenzt ist.

Berechnungshinweise

Im folgenden Abschnitt sind Hinweise zur Berechnung der Ersatzschaltbild-Elemente von regelbaren Transformatoren zusammengefasst. Dabei gibt es Unterschiede zwischen der neutralen Stellung und den sonstigen Positionen des Stufenschalters.

 

Neutrale Position

Alle Widerstände und Reaktanzen beziehen sich auf das einphasige Ersatzschaltbild in Sternschaltung für einen OS-seitig geregelten RONT bei OS-seitiger Betrachtung [4], siehe Abbildung 1. Dabei werden für die Kupferverluste und Streuinduktivitäten des Transformators die Näherungen

angenommen. Die Drosseln des Überschalttransformators verursachen im Vergleich zum Transformator selbst geringere Verluste. Da in der Literatur keine typischen Werte ermittelt werden konnten, wird für die Berechnungen auf die Angaben in zur Verfügung stehenden Datenblättern der J. Schneider Elektrotechnik GmbH zurückgegriffen, siehe Tabelle 2.

Der relative Leerlaufstrom i_0 beträgt bei dem im Feldversuch in Larrieden eingesetzten 630-kVA-RONT der Siemens Transformers Austria GmbH & Co. KG sowie in einem vorliegenden Prüfbericht eines weiteren 630-kVA-RONT der Starkstrom-Gerätebau GmbH jeweils ca. 0,1 % des Nennstroms. Bei kleineren Transformatoren sind die prozentualen Werte in der Regel wohl etwas höher. Für die Berechnungen werden deshalb in der Leistungsklasse 250 kVA ein i_0  von 0,3 % und bei 400-kVA-RONT ein i_0 von 0,2 % des Nennstroms angenommen. Demzufolge sind in der neutralen Stellung die Werte für die Nennscheinleistung S_N, die Verlustleistungen P_k und P_0, die relative Kurzschlussspannung u_k und den relativen Leerlaufstrom i_0 gegeben.