AT94070B

AT94070B - Sicherheitssystem zum selbsttätigen Abschalten fehlerhafter Teilstrecken von elektrischen Leitungsnetzen.

Info

Publication number: AT94070B
Authority: AT
Inventors: Martin Hoechstaedter
Original assignee: Martin Hoechstaedter
Filing date: 1921-08-13
Publication date: 1923-08-25

Description

Sicherheitssystem zum selbsttätigen Abschalten fehlerhafter Teilstrecken von elektrischen Leitungsnetzen.
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formatoren vorhanden sein würde, trotz der eingeschalteten Transformatoren nahezu erhalten bleibt. Ausserdem bleiben die beiden Ströme fast vollständig in Phase miteinander. Das Gleichgewicht zwischen den Strömen im Haupt-und Hilfsleiter ist ausserordentlich stabil und die Differenzrelais können sehr empfindlich eingestellt werden.

Ganz besonders günstig werden die Verhältnisse der Anordnung gemäss Fig. 1, was das Gleichgewicht zwischen den beiden Leitern und die Abwesenheit von Phasenverschiebung und Verzerrung des Stromes im Hilfsleiter gegenüber dem Strom im Hauptleiter anbetrifft, wenn das Übersetzungsverhältnis des ersten Transformators einer Teilstrecke kleiner ist als die Hälfte des Impedanzverhältnisses der beiden Leiter und wenn ferner der zweite Transformator, dessen sekundäre Wicklung umgekehrt zu der Sekundärwicklung des ersten Transformators geschaltet ist, eine kleinere primäre und eine grössere sekundäre Windungszahl als der erste Transformator besitzt.

Hiebei (und auch stets im folgenden) bedeutet die Bezeichnung erster"und zweiter"Transformator, dass bei der tatsächlichen Schaltung der beiden Transformatoren in einer Teilstrecke der Eisenkern des ersten Transformators durch seine beiden Spulen in verschiedenem Sinne, der Eisenkern des zweiten Transformators jedoch durch seine beiden Spulen in demselben Sinne magnetisiert wird. Diese Bezeichnungen beziehen sich somit lediglich auf die tatsächlichen Magnetisierungsverhältnisse in den Transformatoren selbst und sind unabhängig von der Richtung der Energieübertragung in der Teilstrecke, d. h. es ist gleichgiltig, an welchem Ende der Teilstrecke der erste"oder zweite"Transformator liegt.

Ein Beispiel möge die vorstehenden Darlegungen erläutern. Der Querschnitt des Hauptleiters sei das Dreissigfache des Querschnittes des Hilfsleiter. Das Impedanzverhältnis (Verhältnis der Widerstände) vom Hilfsleiter zum Hauptleiter hat also den Wert 30. Die Hälfte davon ist 15. Dann kann man in der Anordnung nach Fig. 1 folgende Windungszahlen wählen,
Windungszahl der Primärwicklung (13) = 12
Windungszahl der Sekundärwicklung (14) = 81
Windungszahl der Primärwicklung (23) = 6
Windungszahl der Sekundärwicklung (24) = 99
Es ist also das Übersetzungsverhältnis des ersten Transformators (13, 14 rechts in Fig.

1) 81/12 = = 6, 75, welche Zahl tatsächlich kleiner ist als 15, der Hälfte des Impedanzverhältnisses zwischen Hilfsund Hauptleiter. Ferner sit die Windungszahl 6 der Primärwicklung 23 des zweiten Transformators
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Anderseits ist die Windungszahl 99 der Sekundärwicklung 24 des zweiten Transformators grösser als die Windungszahl 81 der Sekundärwicklung 14 des ersten Transformators.

Durch die im Vorstehenden beschriebene verbesserte Anordnung werden bei jeder Belastung gleiche magnetische Verhältnisse im ersten und zweiten Transformator einer Teilstrecke herbeigeführt. Diese Anordnung gibt eine genaue Abgleichung und hat praktisch sehr grosse Vorteile. Beispielsweise kann die Einstellung der Auslöseorgane (Relais) mit ausserordentlicher Feinheit erfolgen, da im normalen Betrieb nicht nur das Verhältnis der Effektivwerte der Ströme, sondern auch Form und gegenseitige Lage der Kurven des Haupt-und Hilfsstromes für alle Belastungsverhältnisse unveränderlich sind. Anstatt die primäre Windungszahl der beiden Transformatoren verschieden zu nehmen, kann man auch die Eisenabmessungen der beiden Transformatoren entsprechend verschieden wählen oder auch beides kombinieren.

Die Sättigung der Transformatoren bietet nebenbei noch den Vorteil, dass erfahrungsgemäss solche gesättigte Transformatoren den'Hochfrequenz-und Stosswellen, welche die Leitung durchlaufen. einen kleineren Widerstand entgegensetzen als ungesättigte Eisenapparate.

Die genaue Abgleichung der beiden Transformatoren einer Teilstrecke zueinander und zum Impedanzverhältnis zwischen Hilfs-und Hauptleiter kann auch noch durch die folgenden Ausführungsformen herbeigeführt werden, die konstruktive Vorteile bieten.

In Fig. 2 ist eine Schaltung der Anordnung dargestellt, bei welcher die Primärwicklungen beider Transformatoren den unverzweigten Strom führen. Die Wirkung der Anordnung ist dieselbe wie in Fig. 1. aber die Wieklungsverhältnisse der Transformatoren sind anders zu berechnen. Man kann natürlich auch die Eisenverhältnisse ändern, in der folgenden Erläuterung ist aber der Einfachheit halber beispielsweise angenommen, dass die Eisenabmessungen beider Transformatoren dieselben sind. Wenn die Eisenkerne 15 und 25 gleich sind, so ergeben sich auch für die beiden Sekundärwicklungen-M und 24 gleiche Windungszahlen.

Die Primärwindungszahl des zweiten Transformators 23, 24 ; 25 muss wieder, wie oben, kleiner sein als die Primärwindungszahl des ersten Transformators 13, 14 ; 15. Dadurch aber, dass die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren nicht verschieden gewählt werden müssen, sonder gleiche Windungszahlen erhalten, wird ein Vorteil für die Serienfabrikation gewisser Transformatorentypen erzielt.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher die Primärwicklung 13 des Transformators 13, 14. 15 den verzweigten Strom, die Primärwicklung 23 des Transformators 23,24, 25 dagegen den unverzweigten Strom führt. Der Verzweigungspunkt 17 für die Leitung 2 liegt beim Transformator 13, 4. 15 zwischen dem Schalter 11 und der Primärwicklung 13. während der Verzweigungspunkt 26 beim anderen

Transformator zwischen den beiden Primärwicklungen liegt. Bei dieser Anordnung fällt allerdings der
Vorteil gleicher Sekundärwindungszahlen wieder fort.

Sie müssen so verschieden voneinander gewählt werden, dass die Windungszahl der Spule 24 des zweiten Transformators gleich der Summe der Windungs- zahlen der Spulen 13 und 14 ist. Diese Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, weil bei sonst gleichen
Verhältnissen die Windungszahl der Spule 24 etwas kleiner ist als bei der Anordnung nach Fig. 1.

Es ist auch möglich, für die Transformatoren Eisenkerne von verschiedenen Abmessungen zu wählen oder die Anwendung mehrerer Transformatoren an jedem Ende der Teilstrecke zu ermöglichen, wobei jeder Transformator in mehrere Transformatoren unterteilt oder mit mehreren Eisenkernen ver- sehen sein kann. Hiebei müssen auf jeden Fall mindestens zwei Transformatoren einer Teilstrecke voneinander verschieden sein und sie können mit verschiedenen Eisenkernen ausgeführt werden, wenn nur durch richtige Bemessung der Windungszahlen im Verhältnis zu den Eisenkernen und zum Ver- hältnis der Impedanzen von Hilfs- und Hauptleiter dafür gesorgt ist, dass die magnetische Induktion in den Eisenkernen stets dieselbe ist. Die Verhältnisse lassen sich im voraus berechnen.

In Fig. 4 ist eine solche Anordnung dargestellt. Die Sekundärspulen 14 und 24, die an die Abzweig- punkte 17 und 27 der Hauptleitung 1 angeschlossen sind, sind wieder gegeneinander geschaltet.

Die Aufgabe besteht wieder darin, diese Transformatoren so zu konstruieren, dass eine möglichst gleiche Spannung in allen Punkten der Teilstrecke zwischen den Parallelleitungen 1 und 2 hervorgerufen wird und dass trotzdem die normale Stromverteilung zwischen Haupt-und Hilfsleiter für jede Belastung der Teilstrecke erhalten bleibt. Ferner soll jede Phasenverschiebung und Verzerrung der beiden Ströme in den Leitungen 1 und 2 gegeneinander möglichst vermieden werden. Die Transformatoren sollen also im normalen Betrieb zwischen Haupt-und Hilfsleiter einen Potentialunterschied erzeugen, ohne einen merklichen Einfluss auf den durchfliessenden Strom auszuüben.

Es möge sich um eine zu schützende Leitung handeln, die eine sehr hohe Stromstärke führt. Hauptund Hilfsleiter werden also sehr ungleich sein, so dass der Hilfsleiter einen verhältnismässig nur schwachen
Teilstrom führt. In diesem Fall ist es zweckmässig, die Transformatoren unmittelbar auf die Leitungschienen bzw. auf eine Leitungsröhre aufzumontieren. Dies ist in Fig. 4 angedeutet, wo die Eisenkerne 15 und 25 aus Ringen bestehen, die einfach auf die Leiterstücke 13 und 23 aufgeschoben sind und die
Sekundärwicklungen 14 und 24 tragen.

Um den gewünschten Gleichgewichtszustand zwischen Haupt-und Hilfsleiter mit nur je einer Primärwicklung herbeizuführen, müssen die Eisenringe der Transformatoren verschiedene Durchmesser haben, da allein durch die Wahl der Windungen im Verhältnis zum Impedanzverhältnis der Leiter oder durch Veränderung der Eisenquerschnitte das Gleichgewicht nicht erzielt werden kann.

Die erforderliche Länge des Kraftlinienweges in beiden Eisenkernen lässt sich im Zusammenhang mit dem Impedanzverhältnis zwischen Hilfs-und Hauptleiter, den Windungszahlen der Transformatoren und den Eisenquerschnitten vorausberechnen.

Die Anordnung nach Fig. 4 eignet sich ganz besonders auch dazu, die Transformatoren aus Teiltransformatoren zusammenzusetzen, indem eine Mehrzahl von Eisenringen auf die gemeinsame Leitung 18 oder 23 aufgeschoben wird. Die Ringe können entweder einzeln oder gemeinsam mit den Sekundärwicklungen versehen werden. Auf diese Weise können mit wenigen vorhandenen Modellen die Transformatoren auf einfache Weise für die verschiedenen Leitungslängen und Stromstärken zusammengesetzt werden.

Die Vorteile der Anordnung bestehen besonders darin, dass für die Konstruktion der Trans- formatoren und für ihre Schaltung eine grosse Freiheit besteht und dass trotzdem wegen der gleichen magnetischen Induktion vollkommene Unabhängigkeit des Verhältnisses der Ströme in den parallelen Leitern vom Belastungszustand der Teilstrecke erzielt wird. Es ist also möglich, die Konstruktion der Transformatoren den jeweiligen elektrischen und räumlichen Verhältnissen in weitgehendem Masse anzupassen.

Für den praktischen Betrieb können zweckmässig die Transformatoren auf einer oder beiden Seiten mit Ohm'schen oder kapazitiven Widerständen überbrückt werden. Durch den Einbau der Widerstände darf natürlich das Gleichgewicht der Ströme im Haupt- und Hilfsleiter nicht gestört und die Empfindlichkeit der Anordnung für das Ausschalten im Fehlerfall nicht beeinträchtigt werden.

In Fig. 5 ist die Schaltung dargestellt. Der Widerstand 28 ist der Primärwicklung 13, Widerstand 29 der Sekundärwicklung 14 parallelgeschaltet. Parallel zu den Spulen 23 und 24 des anderen Transformators liegen die Widerstände 30 und 31.

Man kann verhältnismässig sehr kleine Ohmzahlen für die primären und sekundären Widerstände verwenden und auch die primären Ohmzahlen ziemlich unabhängig von den sekundären Ohmzahlen wählen ; die beiden primären Ohmzahlen und die beiden sekundären Ohmzahlen müssen aber unter sich im Verhältnis der Windungszahlen stehen, zu denen sie parallelgeschaltet sind.

Wenn also beispielweise der zweite Transformator die halbe Primärwindungszahl hat und 20% mehr Sekundärwicklungen als der erste, so muss auch sein primärer Parallelwiderstand die halbe Ohmzahl wie der Primärwiderstand des ersten, sein Sekundärwiderstand eine um 20% höhere Ohmzahl haben als der Sekundärwiderstand des ersten Transformators.

Claims

PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Sicherheitssystem zum selbsttätigen Abschalten fehlerhafte''Teilstrecken von elektrischen Leitungsnetzen, bei welchem parallel zu den Hauptleitern geschaltete Hilfsleiter an den Enden der Teilstrecken über Koppeltransformatoren mit den Hauptleitern verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass'das Übersetzungsverhältnis mindestens eines der an den Enden der Teilstrecke einzuschaltenden Koppeltransformatoren kleiner ist als das Impedanzverhältnis zwischen Hilfs-und Hauptleiter.

2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoren so bemessen und zueinander geschaltet sind, dass sie im normalen Betrieb magnetisch gesättigt sind.

3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten Trans- formater einer Teilstrecke, bei welchem die beiden Wicklungen entgegengesetzt magnetisieren, das Übersetzungsverhältnis kleiner ist als die Hälfte des Impedanzverhältnisses zwischen Hilfs-und Hauptleiter.

4. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim zweiten Transformator einer Teilstrecke, bei welchem die beiden Spulen in demselben Sinne magnetisieren, die primäre Windungszahl kleiner, die sekundäre Windungszahl jedoch grösser ist als beim ersten Transformator.

5. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Transformator einer Teilstrecke eine kleinere primäre Windungszahl hat als der erste und eine sekundäre Windungszahl, die gleich der Summe der Sekundär-und Primärwindungszahl des ersten Transformators ist.

6. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Transformator einer Teilstrecke eine kleinere primäre und die gleiche sekundäre Windungszahl hat als der erste Transformator.

7. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichet, dass die Eisenabmessungen, Windungszahlen und Wicklungseinrichtungen in beiden Transformatoren in einem solchen Verhältnis zueinander und zum Impedanzverhältnis der beiden Leiter stehen, dass die Transformatoren einer Teilstrecke im normalen Betrieb die gleiche magnetische Induktion aufweisen.

8. Sicherheitssystem nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoren an den beiden Enden der Teilstrecke verschiedene Eisenkerne haben.

9. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder beide Transformatoren aus mehreren Teiltransformatoren bestehen, derart dass mindestens zwei Teiltransformatoren einer Teilstrecke von einander-verschieden sind.

10. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoren durch Widerstände überbrückt sind, deren im selben Stromzweig liegende Ohmzahlen sich wie die von ihnen überbrückten Windungszahlen verhalten. EMI4.1