Regelung von Transformatoren

Für die Regelung von Transformatoren gibt es drei unterschiedliche Arten hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Spannung:

Längsregler

Bei einem Längsregler wirkt die Zusatzspannung in Längsrichtung zur Spannung in der Hauptwicklung. Die Phasenlage des geregelten Spannungszeigers bleibt gleich. Infolgedessen verändert der Längsregler die Knotenspannung und beeinflusst Blindstromverteilung in parallelen bzw. vermaschten Leitungen. Die Wirkstromverteilung bleibt dagegen weitgehend unverändert. Das Prinzipschaltbild und die Wirkungsweise der Längsregelung zeigt Abbildung 2.

Querregler

Beim Querregler liegt zu dem Spannungszeiger der Hauptwicklung U1 eine um 90 Grad phasenverschobene Spannung ∆Uq an. Diese wird aus der im Spannungsdreieck der Leiter-Spannung jeweils gegenüberliegenden Leiter-Leiter-Spannung abgeleitet. Die Querregelung ändert praktisch nur die Phasenlage der Ausgangsspannung. Ihre Beträge ändern sich nur unwesentlich. Mit Hilfe der Querregelung wird vorzugsweise der Wirkleistungstransport im Netz beeinflusst. Ihr Prinzip ist anhand einer Sternschaltung in Bild 3 dargestellt. Technologisch einfacher lässt sie sich aber mit einer Drehstromwicklung in Dreieckschaltung realisieren.

Schrägregler

Beim Schrägregler wird zu dem Spannungszeiger U1  eine in der Regel 60° phasenverschobene Spannung ∆Us hinzugefügt bzw. abgezogen. Ein Schrägregler befindet sich in seiner Wirkung auf den Wirk- und Blindleistungstransport zwischen einem Längs- und Querregler. Er ist technologisch einfacher zu realisieren als ein Querregler. Sein Prinzip ist in Abbildung 4 dargestellt.

Regeltransformatoren im Verteilungsnetz

Verteilungsnetze werden in der Regel als Strangnetze betrieben. Die Transformatorregelung wird hier nur für die Regelung der Netzspannung benötigt. Eine Beeinflussung von Wirk- und Blindleistungstransporten (Lastflussregelung) ist üblicherweise nicht erforderlich. Deshalb sind alle Regeltransformatoren im Verteilungsnetz (UW-Transformator, RONT) als Längsregler ausgeführt.

Die Realisierung eines Spannungslängsreglers für den Einsatz im Verteilungsnetz kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. So wäre es vorstellbar, den (ungeregelten) Ortsnetztransformator zu belassen und eine Regeleinheit z. B. in Ausführung als Spartransformator direkt vor dem Ortsnetztransformator auf der Mittelspannungsseite zu platzieren. Eine solche Lösung wird hier als Vorschaltgerät bezeichnet und ist vom Schema her in Abbildung 5 zu sehen.

Genauso könnte man umgekehrt eine derartige Regeleinheit auf der Niederspannungsseite zwischen dem Ortsnetztransformator und der Sammelschiene einsetzen (Abbildung 6). Analog dazu könnte man von einem Nachschaltgerät sprechen.

Spannungsregelsystem nur in einem Strang

Wird ein Spannungsregelsystem nur in einem Strang vorgesehen, ist die heute weit verbreitete Bezeichnung Einzelstrangregler treffend (Abbildung 7). Bedenkt man aber, dass sowohl das Nachschaltgerät als auch der Strangregler sich eigentlich nur in der Durchgangsleistung unterscheiden, es also nur eine Frage der Auslegung hinsichtlich der Strombelastung ist, wird verständlich, dass oftmals nur der Begriff Strangregler für Lösungen außerhalb des eigentlichen MS/NS-Transformators gebraucht wird. Eine klare Trennung hinsichtlich der Durchgangsleistung ist dennoch nicht möglich, weil bei einem kleinen Ortsnetz mit einem 160-kVA-Transformator derselbe Strangregler eingesetzt werden kann wie bei einem großen Ortsnetz mit einem einzelnen Strang, der typischerweise ebenfalls bis 160 kVA oder noch mehr belastet werden kann.

Auch mit Blick auf die Technologie sind einige Besonderheiten zu beachten. So lässt sich ein Strangregler auf Basis einer Spartransformatorlösung, aber auch auf Basis eines Zwischentransformators mit galvanisch getrennten Wicklungen verwirklichen. Bei letzterem steigt zwar der Kostenaufwand deutlich, aber es können theoretisch auch andere Spannungen auf Teilstrecken gefahren werden (Abbildung 8). Zudem können Strangregler auch zur Regelung von nur einer Phase ausgebildet werden, was bei hohen unsymmetrischen Lasten vorteilhaft ist.

Regelbare Ortsnetztransformatoren (RONT)

Bei einer Spannungsregelung durch Eingriff in das Übersetzungsverhältnisses des Ortsnetztransformators z. B. durch einen Laststufenschalter handelt es sich wirklich um einen regelbaren Ortsnetztransformators (RONT). Dabei kann die Änderung der Windungszahlen auf der Oberspannungsseite als auch auf der Unterspannungsseite realisiert werden (Abbildung 9).

Heute wird der Begriff RONT manchmal auch als Oberbegriff für die Spannungsregelung auf Transformatorenbasis verwendet. Um eine saubere und unmissverständliche Begriffsverwendung zu ermöglichen, wird die Einteilung gemäß Abbildung 10 vorgeschlagen.