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Es sind Einrichtungen bekannt, die den Zweck haben, bei Hochspannungsleitungen den Erdschlussstrom, d. h. denjenigen Strom, welcher bei einer zufälligen Verbindung eines Leiters mit Erde durch die Verbindung fliesst, auf ein unschädliches Mass herabzudrucken. Derjenige Strom, welcher trotz der angewendeten Kompensation noch durch die Erdschlussverbindung hindurchfliesst und welcher gewöhnlich als Erdschlussreststrom bezeichnet wird, darf ein bestimn, tes Mass nicht überschreiten, wenn die Kompensation praktisch Bedeutung haben soll. Die Grösse des Erdschlussreststromes muss nän lieh unter demjenigen kritischen Wert bleiben, bei welchem ein Lichtbogen noch dauernd bestehen kann.
Der Erdschlussreststrom setzt sich aus mehreren, von verschiedenen Ursachen herrührenden Teilen zusammen.
Ein Teil rührt von derjenigen Verstimmung her, welche gewählt wurde, um Resonanzerscheinungen im erdschlussfreien Betrieb zu vermeiden. Ein zweiter Teil rührt davon her, dass die Kompensationseinrichtung, die im wesentlichen aus einer in bestimmter Weise geschalteten Drosselspule besteht, nicht a ! s reiner Blindwiderstand, sondern teilweise auch als Wirkwiderstand wirkt. Ein dritter Teil des Erdschluss- reststromes rührt von den höheren Harmonischen der Netzspannung bzw. des Erdschlussstromes her.
Diese höheren Harmonischen, die bisher nur wenig beachtet wurden, können unter Umständen so gross werden, dass das Ergebnis der Kompensierung wieder in Frage gestellt wird. Es ist nun Zweck der Erfindung, den ebengenannten Übelstand zu beseitigen, also eine Kompensationseinrichtung anzugeben, bei welcher nicht nur wie bisher die Grundwelle des Erdschlussstromes kompensiert wird, sondern gleichzeitig ein oder mehrere Oberwellen.
Die Erfindung stellt eine Weiterbildung der bekannten Vorrichtungen zur Kompensation des Erdschlussstromes dar und lässt sich bei jeder der bekannten Ausführungsformen dieser Vorrichtungen anwenden, von denen in den Fig. 1-3 einige Beispiele dargestellt sind. Bei der Anordnung nach Fig. 1 stellt 1 einen die Hochspannungsleitung speisenden Transformator oder Generator dar. Zwischen den Sternpunkt dieses Transformators oder Generators und Erde ist die zur Kompensation des Erdschluss- stromes dienende Drosselspule 2 geschaltet. Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist der Sternpunkt des Transformators oder Generators 1 unmittelbar geerdet und im Zuge der Leitungen befindet sich ein Reihen-
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geschaltet ist ; die beiden Sternpunkte sind miteinander über eine Drossel 2 verbunden.
Nach Fig. 3 ist der Sternpunkt der Primärwicklung 4 eines besonderen Hilfstransformators an Erde gelegt, während seine Sekundärwicklung 5 im offenen Dreieck geschaltet und die Enden der offenen Dreieckschaltung über die Drossel 2 geschlossen sind. Im normalen Betriebszustand ist die Drossel 2 und die Verbindung zwischen Sternpunkt und Erde stromlos. Bekommt dagegen eine der Phasen der Hochspannungsleitung etwa an der Stelle 6 Erdschluss, so fliesst durch die Drossel 2 und durch die Erdverbindung des Sternpunktes ein Strom, welcher den Erdschlussstrom des Netzes bis auf den erwähnten Reststrom kompensiert.
Gemäss der Erfindung wird nun in allen Kompensationsschaltungen die bisher benutzte einfache Drossel durch ein verwickelteres Gebilde ersetzt, welches positive und negative Blindwiderstände enthält, also einerseits Drosseln bzw. deren Äquivalente und anderseits Kondensatoren. Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen dieser Gebilde.
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Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist die einfache Drossel 2 ersetzt durch die Reihenschaltung einer Drossel 7 mit einer Parallelschaltungsgruppe, bestehend aus einer weiteren Drossel 8 und einem Kondensator 9. Durch passende Verfügung über die Blindwiderstände der beiden Drosseln und des Kondensators kann man durch diese Anordnung eine Kompensation für drei Frequenzen erreichen, also beispielsweise für die Grundwelle, für die dritte und für eine weitere Harmonische, z. B. die fünfte Harmonische.
Wie sich leicht zeigen lässt, muss bei vollkommener Kompensierung der Blindwiderstand der Gesamtanordnung für jede andere als die dritte Harmonische umgekehrt proportional der Periodenzahl sein, für die dritte Harmonische selbst dagegen unendlich gross bzw. praktisch ausreichend gross sein.
Soll also die Anordnung nach Fig. 4 dazu dienen, die Grundwelle, die dritte und die fünfte Harmonische zu kompensieren, so muss der Widerstand der gesamten, in der Fig. 4 dargestellten Anordnung für die dritte Harmonische unendlich und für die fünfte Harmonische gleich dem fünften Teil des Blindwiderstandes für die Grundwelle sein. Dies ist, wie die Rechnung zeigt, dann der Fall, wenn der Blindwiderstand der Drossel'7 gleich 36%, derjenige der Drossel 8 gleich 56'9% und derjenige des Kondensators 9 gleich-512% desjenigen Wertes gewählt wird, den der Blindwiderstand einer einfachen, auf Resonanz
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Es ist auch möglich, ausser der Grundwelle noch mehr als zwei Oberwellen zu unterdrücken. Zu diesem Zwecke wird die Anzahl der aus Drosselspule und Kondensator bestehenden Parallelsehaltungsglieder, von denen die Ausführungsbeispiele des Hauptpatentes nur je eines aufweisen, vermehrt. Die Fig. 6-8 zeigen hiefür Ausführungsformen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 sind mit der Drosselspule 1 zwei Parallelschaltungsglieder
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beispielsweise die dritte, fünfte, neunte und elfte Harmonische beseitigt werden, so werden die einzelnen Elemente so bemessen, dass der gesamte Blindwiderstand für die Grundwelle gleich demjenigen einer gewöhnlichen, auf Resonanz abgestimmten Erdschlussspule ist, dass dagegen für die fünfte und elfte Harmonische der Blindwiderstand nur 1/5 5 bzw. 1/"dieses Wertes beträgt und endlich für die dritte und neunte Harmonische unendlich gross wird.
Um dies zu erreichen, müssen in dem gewählten Beispiel die Einzelelemente folgende Blindwiderstände aufweisen :
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<tb>
<tb> l........................ <SEP> 24'07
<tb> 3........................ <SEP> 59-27
<tb> 5..........,..,.......... <SEP> 9'14
<tb> 2........................-533-4
<tb> 4
<tb>
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in den früheren Fällen ist auch hier statt der unmittelbaren die transformatorische Verbindung des Kondensators mit der zugehörigen Induktivität statthaft, wie z. B. in Fig. 7 dargestellt ist.
Bekanntlich werden die zur Kompensation des Erdschlussstromes dienenden Einrichtungen häufig auf verschiedene Stationen des Netzes verteilt. Würde man in solchen Fällen auch die Einrichtungen, welche für die Kompensation der Oberwellen erforderlich sind, in entsprechender Weise unterteilen
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komplizierte Einrichtungen erforderlich werden. Um diesen Übelstand zu vermeiden, kann die Einrichtung in diesem Falle so getroffen werden, dass von der Gesamtzahl der zu kompensierenden Oberwellen
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nur eine bestimmte Anzahl in einer Station, die übrigen in andern Stationen kompensiert werden. Die Kompensation der Grundwelle kann dabei in bekannter Weise den zu den betreffenden Stationen gehörigen Streekenteilen angepasst werden.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel. In einer Station wird die aus den Einzelelementen 1, 2,3 bestehende Einrichtung verwendet, in einer andern Station diejenige aus den Einzelelementen 5, 6, 7.
Erstere dient zur Kompensation der dritten und fünften Oberwelle und eines Teiles der Grundwelle, letztere zur Kompensation der dritten und siebenten Oberwelle und des restlichen Betrages der Grundwelle. Die Aufteilung der Grundwelle kann beliebig erfolgen. Wählt man sie z. B. insbesondere so, dass 1 und 5 zwecks Austauschbarkeit den gleichen Blindwiderstand besitzen, so sind die Einzelelemente, wie die Rechnung zeigt, wie folgt zu ben'essen :
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<tb>
<tb> 1........................ <SEP> 5N
<tb> 3........................ <SEP> 86'0
<tb> 5............,.......,... <SEP> 52'4
<tb> 7........................ <SEP> 223'3
<tb> 8........................-774-0
<tb> 6........................ <SEP> - <SEP> 2010'0
<tb>
Die zuletzt beschriebene Unterteilung der Kompensationseinriehtungm ist naturgen'äss nicht unbedingt an das Vorhandensein mehrerer Stationen geknüpft. Es ist auch bei einer einzigen Station
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dieser Station oder aber auch gemeinschaftlich an den Nullpunkt nur ein und desselben Apparates anzuschliessen, mit andern Worten die beiden Einrichtungen unmittelbar parallel zu schalten.
Der transformatorisehe Anschluss der Kondensatoren 2 und 6 ist gleichfalls iroglich, ebenso wie auch für die Grundwelle oder für eine oder mehrere Harmonische eine gewisse Verstimmung Platz greifen kann unter gleich-
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Hinsichtlich der Ausführungsbeispiele, die ermöglichen, ausser der Grundwelle noch eine Oberwelle nicht dreifacher Ordnungszahl zu unterdrücken, ist beachtlich, dass hiebei die Unterdrückung der Grundwelle und der Oberwelle in getrennten, sich praktisch gegenseitig nicht beeinflussenden Vorrichtungen bewerkstelligt werden kann. In der Fig. 9 bedeutet 1 eine Sammelschiene, die mit dem Nullpunkt eines oder mehrerer Leistungstransformatoren in Verbindung steht.
Zwischen diese Sammelschiene und Erde ist einerseits eine Drosselspule mit der Induktivität Li, anderseits ein Reihenschwingungskreis, bestehend aus einer Drossel mit der Induktivität L2 und einem Kondensator mit der Kapazität 0 angeschlossen.
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resultierende Blindwiderstand der Anordnung sowohl bei der Grundfrequenz, wie bei der Frequenz der zu kompensierenden Oberwelle je einen vorgeschriebenen Wert annimmt, so dass sich die eingangs vor- geschrieben Abstimmbedingung einhalten lässt.
Da aber über drei Bestimmungsgrössen verfügt werden kann, steht noch ein weiterer Freiheitsgrad zur Verfügung. Dieser wird nach der Erfindung dazu ausgenutzt, dass die Kompensation der Grundwelle und der Oberwelle in der Weise voneinander unabhängig gemacht wird, dass das Vorhandensein der
Drossel LI die Abstimmung auf die Oberwelle, das Vorhandensein des Schwingungskreises die Abstimmung auf die Grundwelle nicht wesentlich beeinflusst.
Es kann dies gemäss der Erfindung dadurch geschehen, dass die Eigenfrequenz des Reihenschwingungskreises gleich oder etwas kleiner als die Frequenz der zu kompensierenden Oberwelle gewählt wird. Mit der Festsetzung der Eigenfrequenz des Reihenschwingungskreises werden die drei Bestimmungsgrössen LI, L2 und C eindeutig festgelegt. Je näher man mit der Eigenfrequenz an die Frequenz der zu kompensierenden Oberwelle herangeht, desto besser wird die Unabhängigkeit der Oberwellen-und Grundwellenabstimmung erreicht, desto kleiner wird die Kondensatorbatterie (gemessen nach ihrer Leistung), desto empfindlicher aber wird die Abstimmung, desto grösser wird der Einfluss der Periodenzahlschwankungen und der Ohmschen Verluste.
Für die tatsächliche Festsetzung der Eigenfrequenz ist daher ein Kompromiss zwischen diesen einander widersprechenden Forderungen zu schliessen.
Die Art der Bemessung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es soll neben der Grundwelle noch die fünffache Oberwelle kompensiert werden. Es sei angenommen, dass der Blindwiderstand der Drossel Li bei 50 Perioden 100 Ohm betrage. Die Eigenfrequenz des Schwingungskreises sei zu 240 Perioden gewählt, während die Grundfrequenz 50 Perioden beträgt. Dann ergeben sich die Blindwiderstände der einzelnen Bestandteile bei 50 Perioden zu
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Der Blindwiderstand des Schwingungskreises bei 50 Perioden beträgt 1272 Ohm kapazitiv. Er ist also gross gegen den Blindwiderstand der Drossel L1.
Der resultierende Blindwiderstand der ganzen Einrichtung beträgt 108 Ohm und unterscheidet sieh somit nur unwesentlich vom Blindwiderstand der
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Drossel L1 allein. Die Blindwiderstände bei 250 Perioden (der Frequenz der fünffachen Oberwellen) betragen :
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Der resultierende BJindwiderstand des Schwingungskreises bei 250 Perioden beträgt daher 20 Ohm induktiv, oder wie erforderlich, den fünften Teil von 100 Ohm ; ihm gegenüber ist der Blindwiderstand der Drossel LI (500 Ohm) bei 250 Perioden gross. Der resultierende Blindwiderstand der ganzen Einrichtung beträgt etwa 19 Ohm, weicht also von demjenigen des Schwingungskreises nicht wesentlich ab.
Das Zahlenbeispiel zeigt, dass sich in der Tat die praktische Unabhängigkeit der Grundwellenund der Oberwellenkompensation erreichen lässt. Sinngemäss ist dies auch bei Oberwellen anderer Ordnungszahlen ohne weiteres möglich. Hiemit wird erreicht, dass Erdschlussspulen und Schwingungkreise ganz unabhängig voneinander, also z. B. auch an verschiedenen Stellen des Netzes, eingebaut werden können. Wird der Schwingungskreis abgeschaltet, verschwindet lediglich die Kompensation der Oberwelle ; wird die Spule abgeschaltet, verschwindet lediglich die Kompensation der Grundwelle.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Kompensation des Erdschlussstromes von Hochspannungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation an Stelle einer einfachen Drosselspule (2) zwecks Unterdrückung der Oberwellen ein aus Drosselspulen und Kondensatoren bzw. deren Gleichwerten zusammengesetztes Gebilde dient, dessen resultierender Blindwiderstand bei den zu unterdrückenden Oberwellen ausser der dritten Harmonischen umgekehrt proportional der Periodenzahl, für die dritte Harmonische dagegen sehr gross gegenüber dem Blindwiderstand der Grundwelle ist (Fig. 1, 2,3).