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Wenn zwei oder mehr elektrische Leitungen parallelgeschaltet sind und über sie eine bestimmte
Leistung transportiert wird, dann sind die auf den einzelnen Leitungen fliessenden Ströme durch den
Widerstand der einzelnen Leitungen bestimmt. In elektrischen Netzen, die mit Gleichstrom betrieben werden, ist für die Bestimmung der Ströme nur der Ohmsche Widerstand massgebend, während bei Wechsel- stromnetzen auch der induktive Widerstand der Leitungen und etwa eingeschalteter Transformatoren und Drosselspulen in Betracht zu ziehen ist.
Die durch den Widerstand bedingte Verteilung des Stromes auf die verschiedenen Leitungen ist nun nicht immer diejenige, welche für den Betrieb tatsächlich erwünscht ist ; so ist z. B. bei der Parallel- schaltung einer elektrischen Freileitung und eines Kabels die Stromverteilung zwischen Freileitung und Kabel, wenn sie mit Wechselstrom betrieben werden, derart ungleichmässig, dass künstliche Mittel für die Regelung der Stromverteilung notwendig sind.
In andern Fällen sind die parallelgeschalteten
Leitungen zwar von annähernd gleicher Bauart, durchlaufen aber ganz verschiedene Gegenden oder ver- verbinden kreisförmig elektrische Netze oder Kraftwerke, die verschiedenen Gesellschaften gehören.
In diesem Fall muss dafür gesorgt werden, dass je zwei Gesellschaften gegenseitig denjenigen Strom austauschen können, der ihren Bedürfnissen entspricht, u. zw. unabhängig vom Stromaustauseh zwischen zwei andern Gesellschaften in dem gleichen Ring. Da der Stromfluss in einem derartigen Ring aber ebenso wie bei einfachen parallelgeschalteten Leitungen durch den Ohmschen und induktiven Widerstand der Leitungen bedingt ist, müssen hier ebenfalls künstliche Mittel für die Beeinflussung des Stromverlaufes zur Anwendung kommen.
Den zuletzt behandelten Fall stellt Fig. 1 dar. Die drei Kraftwerke A, B, C sind durch eine ringförmige Leitung verbunden, über die sich der Stromaustausch zwischen je zwei Kraftwerken vollzieht.
Wenn zwischen dem Werk A und dem Werk B sowie zwischen B und C bestimmte Ströme ausgetauscht werden, dann entstehen auf der Leitung AB und BC Spannungsabfälle, die durch die Ströme und die Impedanzen der Leitungen bestimmt sind. Hiedurch ist auch der Spannungsabfall zwischen A und C festgelegt. Da anderseits durch die Bauart der Leitung AC deren Impedanz bestimmt ist, so ist der notwendige Ausgleichstrom auf der Leitung AC gegeben. Eine den Betriebsbedingungen der Kraftwerke A und C entsprechende Regelung des Stromes auf der Leitung AC ist möglich durch die Einfügung einer bestimmten Spannung an irgendeiner Stelle des Kreises. Eine derartige Einfügung von Spannungen geschieht im allgemeinen mit Hilfe von Regeltransformatoren.
Die gebräuchlichen Regeltransformatoren geben nur Spannungen, die in der gleichen Richtung liegen wie die Betriebsspannung. Für die Regelung der Leistung auf parallelgeschalteten Leitungen oder in ringförmigen Netzen sind aber auch Zusatzspannungen notwendig, die auf der Betriebsspannung senkrecht stehen, da in einem Wechselstromsystem im allgemeinen nicht nur absolute Differenzen der Spannungen, sondern auch Verdrehungen der Spannungsvektoren gegeneinander vorkommen. Fig. 2 zeigt beispielsweise in der bekannten Vektordarstellung das Spannungsdiagramm für das in Fig. 1 dargestellte Leitungssystem bei einem bestimmten Betriebszustand. Der Vektor Eu bedeutet dabei die Betriebsspannung (pro Phase) in dem Kraftwerk A, während EB bzw. Ec die Betriebsspannungen in den Kraftwerken B bzw. C darstellen. Auf der Leitung AB herrscht der Spannungsabfall E.
LB, auf der Leitung BC der Spannungsabfall EBc.
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Zwischen den Enden der Leitung AG besteht der Spannungsabfall E. 1C. Dieser Spannungsabfall hat, wenn die Leitung AC geschlossen ist, einen Strom auf ihr zur Folge, der durch die Impedanz der
Leitung AC bestimmt ist. Wenn die Leitung, ohne sie zu unterbrechen, vollständig stromlos gemacht werden soll, dann muss der Spannungsabfall Eau dutch eine genau entgegengesetzt gerichtete und gleichgrosse Hilfsspannung Eh aufgehoben werden, welche etwa durch einen in die Leitung ¯IC eingefügten Regeltransformator erzeugt werden kann.
Da die Spannung Eh gegenüber der Betriebsspannung sowohl in A wie in C um einen bestimmten Winkel verschoben ist, wird man diese Hilfsspannung entsprechend dem derzeitigen Gebrauch der Praxis aus zwei senkrecht zueinander stehenden Spannungen zusammensetzen, welche durch zwei Regeltransformatoren erzeugt werden.
Im allgemeinen wird jedoch nicht die Absicht bestehen, die Leitung AC stromlos zu machen. sondern man wird nur einen nach Grösse und Richtung bestimmten Strom auf ihr einstellen wollen, der eine bestimmte Wirk-und Blindleistung auf der Leitung überträgt.
Wenn man eine derartige Einstellung mit Hilfe von zwei Regeltransformatoren herbeiführen will, von denen der eine eine in Richtung der Betriebsspannung liegende und der andere eine senkrecht dazu stehende Spannungskomponente hergibt, dann wird man bei der Handhabung dieser beiden Regelgeräte auf Schwierigkeiten stossen, die darin bestehen, dass eine Verstellung jeder einzelnen Komponente gleichzeitig eine Veränderung des Wirkstromes und des Blindstromes hervorbringt.
Will man also eine Ver- änderung des Wirkstromes allein hervorrufen, ohne den Blindstrom zu verändern, dann muss man beide Regeleinrichtungen verstellen, u. zw. so, dass die beim Verstellen der einen Einrichtung unfreiwillig miterzielte Änderung des Blindstromes durch entsprechendes Verstellen der andern Einrichtung wieder rückgängig gemacht wird. Die Handhabung ist bedeutend einfacher, wenn die eine Einrichtung nur den Wirkstrom, die andere aber nur den Blindstrom verändert. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass beide Zusatzspannungen gegenüber der Phasenspannung des Netzes von vorn herein um einen bestimmten Winkel verschoben werden, der weder 00 noch 900 beträgt.
Die Auffindung des erfindungsgemäss anzuwendenden Verdrehungswinkels soll an dem etwas einfacheren Beispiel von zwei parallellaufenden Leitungen gezeigt werden. Gemäss Fig. 3 wird über die beiden parallellaufenden Leitungen 1n und n eine bestimmte Wirk-und Blindleistung transportiert, die sich auf die beiden Leitungen entsprechend deren Impedanzen verteilt. Um eine beliebige Verteilung der Leistung auf beide Leitungen zu ermöglichen, wird eine Hilfsspannung Eh eingefügt.
Die Wirkung dieser Hilfsspannung kann so aufgefasst werden, als ob sie einen kreisförmig geschlossenen Strom durch die Leitungen 1n und n triebe, durch den der Strom in der einen Leitung verstärkt, der in der andern dagegen abgeschwächt wird. Die Richtung dieses Stromes gegenüber der Zusatzspannung ist bestimmt durch den Impedanzwinkel des Ringes, der aus den Impedanzen der beiden Leitungen 111 und 11 ein- schliesslich etwa eingeschalteter Transformatoren T besteht. Ist die eingefügte Zusatzspannung Eh gleichgerichtet mit der Betriebsspannung E, dann wird sie einen Strom J/ ; hervorbringen, der ihr um einen Winkel or. nacheilt, wie in Fig. 4 veranschaulicht.
Dieser Winkel berechnet sich aus der Gleichung :
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worin X der induktive, R der Ohmsche Widerstand des Kreises ist. Der Strom J/, lässt sich zerlegen
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leistung. Soll die Zusatzspannung und der von ihr erzeugte Strom Ji, aber nur eine Veränderung des Wirkstromes in den Leitungen hervorbringen, soll also der von der Zusatzspannung erzeugte Strom in die Richtung der Phasenspannung des Netzes fallen, dann muss die Zusatzspannung gegenüber der Phasenspannung des Netzes um den obengenannten Winkel verdreht werden, so wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Soll eine zweite Spannung Fy, nur dazu dienen, den Blindstrom zu regeln, dann muss sie gegenüber der Senkrechten auf die Phasenspannung des Netzes ebenfalls um den Winkel'Y. verschoben sein.
Die erwähnten Zusatzspannungen Eh und E'h, die gegenüber der Phasenspannung des Netzes um einen bestimmten Winkel n, bzw. 7 + 900 verschoben sind, können erfindungsgemäss in je einem Zusatztransformator Z dadurch erzeugt werden, dass dieser von zwei Erregertransformatoren PI und P2 gespeist wird (Fig. 6), deren Sekundärwicklungen in Reihe und deren Primärwicklungen verschieden geschaltet sind, z. B. P1 in Dreieck, p2 in Stern. Durch die Stern-und Dreieckschaltung der Primärwicklungen wird erreicht, dass die Sekundärspannungen der beiden Erregertransformatoren einen gewissen Winkel miteinander einschliessen.
Die resultierende Spannung, welche sich aus den beiden Sekundärspannungen zusammensetzt, kann also durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses des einen oder der beiden Erregertransfonnatoren, sowohl in ihrer Grösse als auch in ihrer Phasenlage, geändert werden.
Der gewünschte Winkel zwischen der Zusatzspannung und der Phasenspannung des Netzes kann also erfindungsgemäss durch eine geeignete Bemessung der Übersetzungsverhältnisse der beiden Erregertransformatoren erreicht werden. Wenn die Möglichkeit vorgesehen werden soll, den Winkel α aus betrieblichen Gründen hin und wieder zu ändern, dann können die Erregertransformatoren Anzapfungen s erhalten, die nach Abschaltung des Regulieraggregates, also in stromlosem Zustand, eine Umzapfung der Erregertransformatoren und eine Änderung ihres Übersetzungsverhältnisses erlauben.
Die Primär-
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wicklung des einen Erregertransformators Pi wird erfindungsgemäss von einer verketteten Spannung, die des andern (P2) aber von einer Phasenspannung des Netzes gespeist. Bei einem Drehstromsystem bedeutet dies, dass die Primärwicklungen der für die drei Phasen erforderlichen Erregertransformatoren pi in Dreieck geschaltet an das Netz angelegt werden, während die Primärwicklungen der Erregertransformatoren P2 in Stern geschaltet an das Netz angeschlossen werden.
Anstatt je drei Transformatoren zu verwenden, können natürlich die drei für die drei Phasen erforderlichen Zusatztransformatoren z in einen einzigen vereinigt werden, ebenso die Zusatztransformatoren pi und P2'
In erst teilweise ausgebauten Netzen wird es häufig vorkommen, dass Regeltransformatoren, die nur eine zur Phasenspannung des Netzes parallele Zusatzspannung liefern, bereits vorhanden sind, so dass der Erfindungsgedanke nicht voll ausgeführt werden kann. In diesem Fall ist es nach Fertigstellung des Ringschlusses nur möglich, einen Quertransformator aufzustellen, der eine derart gerichtete
Spannungskomponente abgibt, dass entweder nur die Wirklast oder die Blindlast damit beeinflusst wird.
Auch dies ist jedoch eine Benutzung des Erfindungsgedankens, da die Handhabung der Regeleinrichtung bereits dadurch erleichtert wird. dass wenigstens mit dem einen Regelaggregat nur eine Grösse beeinflusst wird.
Es kann in andern Fällen erwünscht sein, Wirk-und Blindstrom nicht einzeln zu regeln, sondern die eine Leitung stets mit einem bestimmten Leistungsfaktor zu betreiben. In diesem Fall wird man die Spannungskomponente des einen Regelaggregates so richten, dass bei Veränderung dieser Spannungskomponente stets ein Kreisstrom zustande kommt, der mit der Phasenspannung des Netzes den bestimmten vorgeschriebenen Winkel einschliesst, also einen Strom mit einem bestimmten Leistungsfaktor hervorruft.
PATENT-ANSPRÜCHE : ]. Einrichtung zur Regelung der Leistungsverteilung auf parallelgesehalteten oder ringförmig geschlossenen Leitungen durch Einfügung einer Spannung bestimmter Grösse und Richtung an irgendeiner Stelle des Kreises, gekennzeichnet durch einen Zusatztransformator, dessen Zusatzspannung gegenüber der Phasenspannung des Netzes um einen bestimmten, während des Betriebes unveränderlichen, jedoch von 00 um 900 abweichenden Winkel verschoben ist.