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Verfahren und Einrichtung zur Kompensation des Wattreststromes in Mehrphasen-Hoehspannungs- netzen mit induktivem Erdsehlusssehutz.
Um den Erdschlussstrom eines Mehrphasen-Hochspannungsnetzes mit induktivem Erdschluss- schutz (Petersenspule, Bauchtransformator, Jonasspule) vollkommen zu kompensieren, ist es notwendig, ausser der kapazitiven Komponente des Erdschlussstromes auch die Wattkomponente dieses Stromes aufzuheben.
Während es mit den bekannten Löseheinrichtungen ohne weiteres möglich ist, die kapazitive
Komponente des Erdschlussstromes durch symmetrisch angeschlossene Induktivitäten mit gerader Spannungscharakteristik zu kompensieren, sind zur Aufhebung der Wattkomponente besondere Massnahmen erforderlich, durch welche im Erdsehlussfalle die Erdungsinduktivität von einer Spannung erregt wird, deren Vektor gegen den Vektor der Phasenspannung des erdgeschlossenen Netzleiters im nach- eilenden Sinne verschoben ist bzw. von einem Strom, dessen Vektor gegen den Vektor der Phasenspannung des erdgeschlossenen Netzleiters um mehr als 900 im nacheilenden Sinne verschoben ist. Im D. R P. Nr. 441121 z.
B. ist eine der Phasenzahl des Netzes entsprechende Zahl von Induktivitäten zwischen Erde und symmetrisch gelegenen Punkten eines an das Netz angeschlossenen Wicklungssystems geschaltet, wobei die Lage der Anschlusspunkte eine solche ist, dass die ihnen entsprechenden Sternspannungen sich weder in Phase noch in Gegenphase zu den Phasenspannungen des Netzes befinden.
Um nun aber den Kompensationsstrom dieser Induktivitäten genau in Gegenphase zum Erdsehluss- strom zu bringen, wurden die Induktivitäten so bemessen, dass die im Erdschlussfalle an der jeweils höchsten Spannung liegende Spule sich im Zustand hoher Eisensättigung befindet, während die an den niedrigeren Spannungen liegenden Spulen noch ungesättigte Eisenkerne besitzen. Der Kompensationsstrom wird in diesem Falle vorwiegend durch diejenige Spannung erzeugt, welche die hoehgesättigte Induktivität erregt, und diese Spannung ist gegen die Spannung der jeweils erdgesehlossenen Phase um einen Winkel im nacheilenden Sinne verschoben.
Daher ist auch der resultierende Strom in der Erdungsinduktivität gegen die Phasenspannung des erdgeschlossenen Netzleiters um mehr als 90 phasenverschoben. Das Mittel der hohen Eisensättigung hat aber den Nachteil, dass der induktive Kompensationsstrom stark ausgeprägte (vor allem dritte) harmonische Oberwellen auf\\ eist, so dass der Vorteil der völligen Kompensation des grundharmoniseben Erdschlussstromes durch das Auftreten stark ausgeprägter Oberharmonischer wieder aufgehoben wird.
Die vollkommene Kompensation des Erdschlussstromes könnte auch dadurch erreicht werden, dass man eine ungesättigte Erdungsinduktivität verwendet und diese im Erdschlussfalle unmittelbar an eine gegen die Spannung der erdgeschlossenen Phase nacheilende Spannung des gegebenen Wicklungsystems anlegt. Diese Einrichtung hat aber den Nachteil, dass unter Umständen der Erdsehlusssehutz zu spät einsetzt, da die Wahl des Ansehlusspunktes für die Löschinduktivität sich jeweils nach der Phase des im Erdschluss befindlichen Netzleiters richten muss. Aus diesem Grunde kann die Schutzeinrichtung erst wirksam werden, wenn selektiv wirkende Einrichtungen nach Eintritt des Erdschlusses den Anschluss auf mechanischem Wege hergestellt haben.
Nachteilig ist auch der Umstand, dass die ganze Induktivität ein-und ausgeschaltet werden muss. Dies bedingt Schalteinrichtungen für den vollen Erdsehlussstrom, der oft erhebliche Werte besitzt.
Um die Ein-und Ausschaltung der ganzen Löschinduktivität zu vermeiden, könnte man sie auch in bisher üblicher Weise als Polerdungsspule, Nullpunktdrossel oder Löschtransformator dauernd angeschlossen halten und im Erdschlussfalle in ihren Stromkreis eine Zusatzspannung einfügen, welche den
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in der Löscheinrichtung fliessenden Strom genau in Gegenphase zum Erdschlussstrom bringt.'Aber die Einfügung einer solchen Zusatzspannung in den durch den Erdschluss bereits stromführenden Strom-
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ist, eine kurzzeitige Drosselung des Stromes oder einen Kurzschluss von Wicklungsteilen oder gar eine vorübergehende Stromunterbrechung zu vermeiden.
Diese Nachteile lassen sich nun aber erfindungsgemäss dadurch vermeiden, dass die Aufhebung des Wattreststromes in einer besonderen zusätzlichen, einpolig geerdeten Induktivität erfolgt, welche beim Auftreten eines Erdschlusses an eine Spannung gelegt wird, welche in ihr einen Strom erzeugt, dessen Vektor gegen den Vektor der Phasenspannung des erdgeschlossenen Netzleiters um mehr als 900 im nacheilenden Sinne verschoben ist. Eilt die Hilfsspannung der Phasenspannung des erdgeschlossenen Netzleiters um 900 nach, dann ist die durch die Zusatzwirkung fliessende Komponente des gesamten induktiven Löschstromes um nahezu 900 gegen den Strom der Hauptinduktivität verschoben.
In diesem Falle kann die Hauptinduktivität, wie bisher, für möglichst vollkommene Kompensation der kapazitiven Komponente des Erdschlussstromes bemessen erden, ohne Rücksicht auf das Hinzutreten der den Wattreststrom kompensierenden Zusatzinduktivität. Es kann sogar in bereits bestehenden, durch induktive Erdung gegen die Folgen des Erdschlusses geschützten Hochspannungsnetzen noch nachträglich der Wattreststrom dadurch kompensiert werden, dass man die entsprechend erregte Zusatzinduktivität an geeigneter Stelle des Netzes an dieses anschliesst.
Hiezu ist im allgemeinen ein an das Hochspannungnetz angeschlossener Hilfstransformator notwendig, welcher die zur Erregung der Hilfsinduktivität erforderliche, gegen die Phasenspannung des erdgeschlossenen Netzleiters nacheilende Hilfsspannung liefert. Ferner sind Relais erforderlich, welche in Abhängigkeit von den Spannungen der Netzleiter gegen Erde die Zusatzinduktivität selektiv an die jeweils richtige Phasenspannung legt. Da die Zusatzinduktivität nur für den Wattreststrom zu bemessen ist, dieser aber nur wenige Prozente des Erdschlussstromes beträgt, so ist der Hilfstransformator und die Zusatzinduktivität nur für wenige Prozente der Erdschlussleistung zu bemessen.
Die ganze Einrichtung stellt also nur einen relativ kleinen Zusatzapparat zur normalen Löscheinrichtung dar. Es steht nichts im Wege, auch die Hauptinduktivität an den Hilfstransformator anzuschliessen, z. B. eine Nullpunktsdrossel (Lösehspule) an den Sternpunkt der Hilfstransformatorwicidung zu legen, aber in diesem Falle ist der Hilfstransformator dem ihn durchfliessenden Gesamtstrom ent- sprechend zu bemessen. Da im normalen Betrieb, also bei gesundem Netz, der Strom im Hilfstransformator sehr klein ist, ist er dabei in der weitaus grössten Betriebszeit schlecht ausgenutzt. Man kann ihn aber auch zur Kompensation des Ladestromes des Netzes heranziehen, indem man ihn mit grossen Luftspalten versieht.
Er nimmt dann einen grossen Magnetisierungsstrom auf, der den voreilenden Ladestrom des Netzes kompensiert und damit die Generatoren der Zentrale von der Lieferung dieser Ströme entlastet.
Im Erdschlussfalle addieren sich dann zu diesem Magnetisierungsstrom die Kompensationsströme geometriseh, und es sind die Leiterquerschnitte diesem Gesamtstrom entsprechend zu bemessen. Die Zusatz- induktivität kann an beliebiger Stelle des Hochspannungsnetzes angeschlossen werden. Sie kann aber auch in Teilinduktivitäten zerlegt werden, welche so auf das Netz verteilt anzuordnen sind, dass jedem für sich schaltbaren Netzteil eine entsprechende Teilinduktivität zugeordnet wird. Zum selektiven Anund Abschalten der Zusatzinduktivität können auch Nullspannungsrelais verwendet werden, welche zwischen Netzleiter und Erde geschaltet sind, wobei das Relais der jeweils erdgeschlossenen Netzphase die Zusatzinduktivität an den entsprechenden Wicklungspunkt des Hilfstransformators anschliesst.
Die Schalter selbst werden zweckmässig als Schnellschalter ausgebildet, damit die Kompensation des Erdschlussstromes in kürzester Zeit ihren vollen Grad erreicht.
Anstatt einen Hilfstransformator zu verwenden, kann auch der zum Anschluss der Hauptinduktivität dienende Transformator oder Generator mit Zusatzwicklungen zum Anschluss der Zusatzinduktivität versehen werden.
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es bedeutet N ein DreiphasenHochspannungsnetz mit den Leitern 1, 2 und 3. H ist ein Hilfstransformator zum Anschluss der Zusatzinduktivität Z, welche mit einem Pol an Erde E liegt. Der Hilfstransformator H trägt eine Wicklung a, a',
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Wenn z. B. der Netzleiter 3 Erdschluss hat, dann hat die Klemme c der Wicklung H Erdpotential, das Nullspannungsrelais Re ist spannungslos und schliesst den Schalter Se, während die Schalter Sa und Sb offen bleiben. Die Zusatzinduktivität ist dann an die zwischen den Klemmen e und 1','herrschende Spannung e, c'gelegt, die, wie aus der Figur ersichtlich, senkrecht steht auf der Spannung oe, welche die Phasenspannung des erdgeschlossenen Netzleiters darstellt. Der die Zusatzinduktivität durchfliessende Strom ist also nahezu um 180 gegen die Spannung oe verschoben, er ist also in Gegenphase zum Wattreststrom des Netzes.
Zur Aufhebung der kapazitiven Komponente des Erdschlussstromes ist in der Figur die Lösehspule L dargestellt, die an den Sternpul. 1kt 0 der Wirklung A, B, C des Transformators T
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angeschlossen ist. Bei entsprechender Bemessung des Transformators H kann die Löschspule L auch an den Sternpunkt o dieses Transformators angeschlossen werden. Sind die Einrichtungen getrennt angeordnet, dann ist es nicht erforderlich, dass sie räumlich beieinander stehen, sie können unabhängig voneinander bestehen und an beliebigen Punkten des Netzes aufgestellt erden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur völligen Kompensation des Erdschlussstromes in Hochspannungsnetzen mit induktivem Erdsehlussschutz, dadurch gekennzeichnet, dass ausser der die kapazitive Komponente des Erdschlussstromes kompensierenden, dauernd angeschlossenen Hauptinduktivität im Erdschlussfalle eine besondere einpolig geerdete Zusatzinduktivität derart an eine an das Hochspannungsnetz angeschlossene Wicklung gelegt wird, dass die Zusatzinduktivität durch eine gegen die Phasenspannung des jeweils erdgeschlossenen Netzleiters nacheilende Hilfsspannung erregt wird.