DE102008012325A1

DE102008012325A1 - Einrichtung zum Anschließen einer einphasigen Versorgungsleitung an ein dreiphasiges Versorgungsnetz

Info

Publication number: DE102008012325A1
Application number: DE102008012325A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. Gruber; Ulrich Halfmann; Wolfgang Recker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2009-09-10
Also published as: US20110005879A1; PL2250044T3; RU2446064C1; PT2250044E; EP2250044A1; WO2009109453A1; AU2009221349A1; ZA201005755B; US8462522B2; EP2250044B1; AU2009221349B2; ES2524469T3; DK2250044T3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Anschließen mindestens einer einphasigen Versorgungsleitung (4, 14, 15), die insbesondere die Oberleitung einer Eisenbahnstrecke speist, an ein dreiphasiges Versorgungsnetz (1). Dabei steht mindestens ein Transformator (2, 16, 20, 21) primärseitig mit dem Versorgungsnetz (1) und sekundärseitig mit der mindestens einen einphasigen Versorgungsleitung (4, 14, 15) sowie mit einem Erdungspunkt (10) in Verbindung. Es ist vorgesehen, dass mit der mindestens einen einphasigen Versorgungsleitung (4, 14, 15) und mit dem Erdungspunkt (10) eine Symmetriereinrichtung (8) in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Anschließen mindestens einer einphasigen Versorgungsleitung, die insbesondere die Oberleitung einer Eisenbahnstrecke speist, an ein dreiphasiges Versorgungsnetz, wobei mindestens ein Transformator primärseitig mit dem Versorgungsnetz und sekundärseitig mit der mindestens einen einphasigen Versorgungsleitung und mit einem Erdungspunkt oder mit einer Rückleitung in Verbindung steht.
„Einphasige Versorgungsleitung” kann für ein sogenanntes Autotransformatorsystem stehen.
Zur Versorgung eines Verbrauchers steht ein dreiphasiges Drehstromnetz zur Verfügung. An dieses dreiphasige Drehstrom-Versorgungsnetz müssen häufig einphasige Versorgungsleitungen angeschlossen werden, die z. B. die Oberleitung einer Eisenbahnstrecke speisen. Bei der Überleitung elektrischer Energie aus dem dreiphasigen Drehstrom-Versorgungsnetz in eine oder mehrere einphasige Versorgungsleitungen kommt es zu erheblichen Unsymmetrien im Drehstrom-Versorgungsnetz. Diese führen zu unerwünschten Strömen und auch zu unerwünschten Spannungen.
Eine Einrichtung zum Anschließen einphasiger Versorgungsleitungen an ein dreiphasiges Versorgungsnetz, mit der solche Unsymmetrien verringert oder sogar vermieden werden sollen, ist in der DE 198 28 404 C1 beschrieben. Die dort erwähnte so genannte V-Schaltung benötigt stets zwei Transformator-Wicklungspaare, die zwei elektrisch voneinander isolierte Streckenabschnitte über separate einphasige Versorgungsleitungen versorgen. Um Unsymmetrien weitgehend zu vermeiden, benötigt diese Schaltung auch eine zusätzliche Phasentrenn stelle. Zur weiteren Verringerung der Unsymmetrien sind zusätzliche induktive und kapazitive Lasten vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Anschließen mindestens einer einphasigen Versorgungsleitung an ein dreiphasiges Versorgungsnetz anzugeben, die mit möglichst wenigen Phasentrennstellen, insbesondere auch ohne Phasentrennstelle, auskommt, um die erwünschte Reduzierung der Unsymmetrien zu erreichen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass mit der mindestens einen einphasigen Versorgungsleitung und mit dem Erdungspunkt eine Symmetriereinrichtung in Verbindung steht.
Als Erdungspunkt kann eine Rückleitung dienen.
Durch den Einsatz dieser speziellen Symmetriereinrichtung ist es erstmals in einfacher und kostengünstiger Weise möglich, Unsymmetrien, die bei der Überleitung elektrischer Energie aus dem dreiphasigen Drehstrom-Versorgungsnetz in eine oder mehrere einphasige Versorgungsleitungen entstehen, zu beseitigen, und zwar unabhängig vom Zustand der mindestens einen einphasigen Versorgungsleitung. Unerwünschte Ströme im dreiphasigen Versorgungsnetz werden dabei auf der Sekundärseite kompensiert.
Die Symmetriereinrichtung ist beispielsweise ein Stromrichter. Beispielsweise ist dieser Stromrichter ein dreiphasiger selbstgeführter Spannungszwischenkreisstromrichter.
Es hat sich herausgestellt, dass derartige Stromrichter besonders vorteilhaft als Symmetriereinrichtung zu verwenden sind. Durch die Symmetriereinrichtung werden vorteilhaft Stromkomponenten in die einphasigen Versorgungsleitungen eingeprägt, die die Unsymmetrien beseitigen.
Es wird der besondere Vorteil erzielt, dass man mit standardisierten Bauteilen auskommt. Sogar eine Nachrüstung bestehender Einrichtungen ist schnell und zuverlässig möglich.
Beispielsweise sind der Symmetriereinrichtung eingangsseitig eine induktive Last und eine kapazitive Last zugeordnet. Dadurch können Unsymmetrien noch kostengünstiger beseitigt werden.
Beispielsweise ist die Symmetriereinrichtung dreiphasig und die induktive Last ist zwischen die zweite und die dritte Phase und die kapazitive Last ist zwischen die erste und die dritte Phase der Symmetriereinrichtung geschaltet. Dadurch wird ein optimaler Nutzen erzielt.
Beispielsweise ist nur eine einzige einphasige Versorgungsleitung vorhanden und es ist nur ein einziger Transformator vorhanden, der dreiphasig ist, wobei die erste von drei Ausgangsphasen des Transformators mit der einphasigen Versorgungsleitung, die zweite der drei Ausgangsphasen des Transformators mit der ersten Phase der Symmetriereinrichtung, die dreiphasig ist, und die dritte der drei Ausgangsphasen des Transformators mit dem Erdungspunkt verbunden ist und wobei die zweite Phase der Symmetriereinrichtung mit der einphasigen Versorgungsleitung und die dritte Phase der Symmetriereinrichtung mit dem Erdungspunkt verbunden ist.
Mit dieser Schaltung wird der besondere Vorteil erzielt, dass keine Phasentrennstelle mehr erforderlich ist. Außerdem kommt man mit nur einem einzigen Transformator aus. Durch die gewählte Anschaltung der Symmetriereinrichtung werden Unsymmetrien beseitigt.
Nach einem anderen Beispiel sind zwei durch eine Trennstelle getrennte einphasige Versorgungsleitungen vorhanden und die erste Phase der Symmetriereinrichtung, die dreiphasig ist, ist mit der ersten einphasigen Versorgungsleitung und die zweite Phase der Symmetriereinrichtung ist mit der zweiten einphasigen Versorgungsleitung verbunden, während die dritte Phase der Symmetriereinrichtung mit dem Erdungspunkt verbunden ist.
Hiermit wird der Vorteil erzielt, dass nur eine Symmetriereinrichtung notwendig ist, um zwei getrennte einphasige Versorgungsleitungen unter Vermeidung von Unsymmetrien zu versorgen.
Ausgehend von dieser Schaltung für zwei durch eine Trennstelle getrennte einphasige Versorgungsleitungen ist nach einem ersten Beispiel vorgesehen, dass ein Transformator vorhanden ist, der dreiphasig ist, und dass die erste von drei Ausgangsphasen des Transformators mit der ersten einphasigen Versorgungsleitung, die zweite der drei Ausgangsphasen des Transformators mit der zweiten einphasigen Versorgungsleitung und die dritte der drei Ausgangsphasen des Transformators mit dem Erdungspunkt verbunden ist.
Beispielsweise ist nur ein einziger Transformator vorhanden, der dreiphasig ist.
Es wird der Vorteil erzielt, dass nur ein Transformator erforderlich ist, um zwei getrennte einphasige Versorgungsleitungen zu versorgen.
Beispielsweise sind mindestens zwei Transformatoren vorhanden, die jeweils dreiphasig und parallel geschaltet sind. Verfügbarkeit und/oder Leistung werden dadurch vergrößert.
Ein dreiphasiger Transformator kann ein Transformator mit um 90° versetzten Sekundärspannungen bzw. ein Scott-Transformator sein.
Nach einem zweiten Beispiel ist vorgesehen, dass zwei Transformatoren vorhanden sind, die jeweils zweiphasig sind und dass die erste von zwei Ausgangsphasen des ersten Transformators mit der ersten einphasigen Versorgungsleitung und die erste von zwei Ausgangsphasen des zweiten Transformators mit der zweiten einphasigen Versorgungsleitung verbunden ist und dass von jedem Transformator jeweils die zweite von zwei Ausgangsphasen mit dem Erdungspunkt verbunden ist. Die Symmetriereinrichtung kann also auch vorteilhaft zusammen mit zweiphasigen Transformatoren eingesetzt werden.
Beispielsweise ist zu dem einen oder zu dem anderen der beiden zweiphasigen Transformatoren oder zu jeweils beiden zweiphasigen Transformatoren mindestens ein weiterer zweiphasiger Transformator parallel geschaltet.
Mit der Einrichtung nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass Unsymmetrien bei der Versorgung einphasiger Versorgungsleitungen aus einem dreiphasigen Drehstrom-Versorgungsnetz mit einfachen Mitteln zuverlässig reduziert oder sogar beseitigt werden können. Auch ist eine Nachrüstung bestehender Einrichtungen möglich. Besonders geeignet ist die Einrichtung für die Energieversorgung der Oberleitung der Eisenbahn.
Ausführungsbeispiele der Einrichtung zum Anschließen einer einphasigen Versorgungsleitung an ein dreiphasiges Versorgungsnetz nach der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert:
1 zeigt eine Einrichtung mit nur einer einphasigen Versorgungsleitung ohne Trennstelle und mit einem dreiphasigen Transformator.
2 zeigt eine Einrichtung mit zwei einphasigen Versorgungsleitungen, die durch eine Trennstelle getrennt sind, und mit nur einem dreiphasigen Transformator.
3 zeigt eine Einrichtung mit zwei einphasigen Versorgungsleitungen, die durch eine Trennstelle getrennt sind, und mit zwei zweiphasigen Transformatoren.
4 zeigt eine Symmetriereinrichtung mit zusätzlichen Mitteln zur Verringerung von Unsymmetrien.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.
In 1 ist an ein dreiphasiges Versorgungsnetz 1 primärseitig ein dreiphasiger Transformator 2 angeschlossen. Die erste Ausgangsphase 3 des Transformators 2 ist mit einer einphasigen Versorgungsleitung 4 verbunden. Von dieser einphasigen Versorgungsleitung 4 gehen Zuleitungen 5 aus, die die Oberleitung einer Eisenbahnstrecke speisen. Die zweite Ausgangsphase 6 des Transformators 2 ist mit der ersten Phase 7 einer Symmetriereinrichtung 8, die dreiphasig ist, verbunden. Die dritte Ausgangsphase 9 des Transformators 2 ist mit einem Erdungspunkt 10 verbunden. Die zweite Phase 11 der Symmetriereinrichtung 8 ist mit der einphasigen Versorgungsleitung 4 und die dritte Phase 12 der Symmetriereinrichtung 8 ist mit dem Erdungspunkt 10 verbunden. Auf einfache Weise werden durch diese Schaltung unerwünschte Unsymmetrien vermieden.
In den 2 und 3 sind zwei durch eine Trennstelle 13 getrennte einphasige Versorgungsleitungen 14, 15 vorhanden. Die erste Phase 7 der Symmetriereinrichtung 8, die dreiphasig ist, ist mit der ersten einphasigen Versorgungsleitung 14 und die zweite Phase 11 der Symmetriereinrichtung 8 ist mit der zweiten einphasigen Versorgungsleitung 15 verbunden. Die dritte Phase 12 der Symmetriereinrichtung 8 steht mit dem Erdungspunkt 10 in Verbindung.
In 2 steht ein einziger dreiphasiger Transformator 16 primärseitig mit dem dreiphasigen Versorgungsnetz 1 in Verbindung. Die erste Ausgangsphase 17 des Transformators 16 steht mit der ersten einphasigen Versorgungsleitung 14 in Verbindung. Die zweite Ausgangsphase 18 des Transformators 16 steht mit der zweiten einphasigen Versorgungsleitung 15 in Verbindung. Die dritte Ausgangsphase 19 des Transformators 16 ist mit dem Erdungspunkt 10 verbunden. Parallel zum Transformator 16 können ein oder mehrere gleiche Transformatoren geschaltet sein.
In 3 sind zwei zweiphasige Transformatoren 20 und 21 vorhanden. Primärseitig ist der erste zweiphasige Transformator 20 an die zweite und dritte Phase und der zweite zweiphasige Transformator 21 an die erste und dritte Phase des dreiphasigen Versorgungsnetzes 1 angeschlossen. Die erste Ausgangsphase 22 des ersten zweiphasigen Transformators 20 ist mit der ersten einphasigen Versorgungsleitung 14 verbunden. Entsprechend ist die erste Ausgangsphase 23 des zweiten zweiphasigen Transformators 21 mit der zweiten einphasigen Versorgungsleitung 15 verbunden. Von jedem der beiden zweiphasigen Transformatoren 20 und 21 ist jeweils die zweite Ausgangsphase 24 und 25 mit dem Erdungspunkt 10 verbunden. Die Symmetriereinrichtung 8 kann also auch mit zweiphasigen Transformatoren 20 und 21 kombiniert sein, was besonders bei einer Nachrüstung sinnvoll ist. Parallel zu den Transformatoren 20 und 21 oder parallel zu einem der beiden Transformatoren 20 oder 21 können ein oder mehrere gleiche Transformatoren geschaltet sein.
4 zeigt eine Symmetriereinrichtung 8, die den in den übrigen Figuren gezeigten Symmetriereinrichtungen 8 entspricht, und zur kostengünstigeren Vermeidung von Unsymmetrien mit einer induktiven Last 26 und mit einer kapazitiven Last 27 verbunden ist. Dazu ist die induktive Last 26 zwischen die zweite Phase 11 und die dritte Phase 12 der Symmetriereinrichtung 8 geschaltet, während die kapazitive Last 27 zwischen die erste Phase 7 und die dritte Phase 12 der Symmetriereinrichtung 8 geschaltet ist.
Mit der Einrichtung zum Anschließen mindestens einer einphasigen Versorgungsleitung 4, 14, 15 an ein dreiphasiges Versorgungsnetz 1 werden nach der Erfindung unerwünschte Unsymmetrien der Netzströme und der Netzspannung vermindert oder sogar beseitigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19828404 C1 [0004]

Claims

Einrichtung zum Anschließen mindestens einer einphasigen Versorgungsleitung (4, 14, 15), die insbesondere die Oberleitung einer Eisenbahnstrecke speist, an ein dreiphasiges Versorgungsnetz (1), wobei mindestens ein Transformator (2, 16, 20, 21) primärseitig mit dem Versorgungsnetz (1) und sekundärseitig mit der mindestens einen einphasigen Versorgungsleitung (4, 14, 15) und mit einem Erdungspunkt (10) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass mit der mindestens einen einphasigen Versorgungsleitung (4, 14, 15) und mit dem Erdungspunkt (10) eine Symmetriereinrichtung (8) in Verbindung steht.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetriereinrichtung (8) ein Stromrichter ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter ein dreiphasiger selbstgeführter Spannungszwischenkreisstromrichter ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Symmetriereinrichtung (8) eingangsseitig eine induktive Last (26) und eine kapazitive Last (27) zugeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetriereinrichtung (8) dreiphasig ist und dass die induktive Last (26) zwischen die zweite Phase (11) und die dritte Phase (12) und die kapazitive Last (27) zwischen die erste Phase (7) und die dritte Phase (12) der Symmetriereinrichtung (8) geschaltet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine einzige einphasige Versorgungsleitung (4) vorhanden ist und dass nur ein einziger Transformator (2) vorhanden ist, der dreiphasig ist, und dass die erste (3) von drei Ausgangsphasen des Transformators (2) mit der einphasigen Versorgungsleitung (4), die zweite (6) der drei Ausgangsphasen des Transformators (2) mit der ersten Phase (7) der Symmetriereinrichtung (8), die dreiphasig ist, und die dritte (9) der drei Ausgangsphasen des Transformators (2) mit dem Erdungspunkt (10) verbunden ist und dass die zweite Phase (11) der Symmetriereinrichtung (8) mit der einphasigen Versorgungsleitung (4) und die dritte Phase (12) der Symmetriereinrichtung (8) mit dem Erdungspunkt (10) verbunden ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei durch eine Trennstelle (13) getrennte einphasige Versorgungsleitungen (14, 15) vorhanden sind und dass die erste Phase (7) der Symmetriereinrichtung (8), die dreiphasig ist, mit der ersten einphasigen Versorgungsleitung (14), die zweite Phase (11) der Symmetriereinrichtung (8) mit der zweiten einphasigen Versorgungsleitung (15) und die dritte Phase (12) der Symmetriereinrichtung (8) mit dem Erdungspunkt (10) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transformator (16) vorhanden ist, der dreiphasig ist, und dass die erste (17) von drei Ausgangsphasen des Transformators (16) mit der ersten einphasigen Versorgungsleitung (14), die zweite (18) der drei Ausgangsphasen des Transformators (16) mit der zweiten einphasigen Versorgungsleitung (15) und die dritte (19) der drei Ausgangsphasen des Transformators (16) mit dem Erdungspunkt (10) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein einziger Transformator (16) vorhanden ist, der dreiphasig ist.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Transformatoren (16) vorhanden sind, die jeweils dreiphasig und parallel geschaltet sind.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Transformatoren (20, 21) vorhanden sind, die jeweils zweiphasig sind, und dass die erste (22) von zwei Ausgangsphasen des ersten Transformators (20) mit der ersten einphasigen Versorgungsleitung (14) und die erste (23) von zwei Ausgangsphasen des zweiten Transformators (21) mit der zweiten einphasigen Versorgungsleitung (15) verbunden ist und dass von jedem Transformator (20, 21) jeweils die zweite (24, 25) von zwei Ausgangsphasen mit dem Erdungspunkt (10) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem einen oder zu dem anderen der beiden zweiphasigen Transformatoren (20, 21) oder zu jeweils beiden zweiphasigen Transformatoren (20, 21) mindestens ein weiterer zweiphasiger Transformator parallel geschaltet ist.