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Netzkupplungstransformator Beim Zusammenschluß immer größerer Netzverbände
steigt die Kurzschlußleistung so sehr an, daß im Störungsfall Schwierigkeiten entstehen,
die bisher in den einzelnen Netzteilen nicht zu erwarten waren. Es sind nicht nur
Schalter, die in den einzelnen Netzteilen bisher den Kurzschlußanforderungen vollauf
gewachsen waren, jetzt überfordert und können die Abschaltung manchmal überhaupt
nicht mehr, mindestens aber erst nach einer größeren Zahl von Halbwellen vornehmen,
sondern es sind außerdem die Anlagenteile durch die dynamischen Kräfte als Auswirkung
der unerwartet hohen Kurzschlußströme sehr stark überbeansprucht. Dies kann zu Transformatorschäden,
zum Ausschlagen von Leitern und zu Störungen in Schaltanlagen führen.
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Der Umstand, daß nicht nur die thermischen Auswirkungen des Kurzschlußstromes
Schäden herbeiführen, sondern daß die dynamischen Wirkungen Beschädigungen und weitere
Störungen auslösen, zwingt zu einer Revision der Schutzvorstellungen. Es zeigt sich
dann, daß auch mit einem zusätzlichen Leistungsschalter, der der neuen Kurzschlußleistung
gewachsen ist, das schwächere Netz nur zum Teil geschützt werden kann, und daß selbst
dieser Hochleistungsschalter nicht imstande ist, die dynamischen Auswirkungen vollständig
abzuriegeln.
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Eine wirkliche Abhilfe kann nur erreicht werden, wenn eine Begrenzung
des Stromes sofort eingreift, also bereits das Einfließen der ersten Halbwelle des
Überstromes abriegelt. Erst dann sind die dynamischen Wirkungen von dem schwachen
Netz abgehalten, und die dort befindlichen Schalter sind keinen Überbeanspruchungen
mehr ausgesetzt und können daher in der normalen Zeit ihre Abschaltung vornehmen.
Auf diese Weise kann der Kurzschluß in der Normalzeit abgeschaltet werden. Es besteht
dann für alle anderen zusammengeschlossenen Kraftwerke auch gar nicht mehr die Möglichkeit,
in den ' Kurzschluß des schadhaften Netzes Kurzschlußströme zu liefern, und sie
sind nach Abschaltung des lokalen Kurzschlusses sofort wieder für den Normalbetrieb
bereit. Gerade wenn der Strom während der Fehlerzeit begrenzt ist, ist daher die
Fortsetzung des Normalbetriebes in sehr viel kürzerer Zeit möglich, und die Netze
fallen längst nicht so leicht auseinander, als dies ohne besondere Maßnahmen der
Fall wäre.
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Es wurde schon eine Lösung für diesen anzustrebenden Betrieb vorgeschlagen,
die darin besteht, daß im Normalbetrieb magnetisch übersättigte Drosseln in die
Kupplung eingeschaltet werden, die ohne jede Verzögerung beim überschreiten eines
einstellbaren Höchststromes als strombegrenzende Drosseln wirken und sofort nach
dem Absinken de§ Überstromes wieder eine enge Kupplung herbeiführen. Der zusätzliche
Aufwand, der für derartige Einrichtungen erforderlich ist, ist groß.
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Eine andere bekannte Anordnung macht von vormagnetisierten Transduktordrosseln
als Schaltglied Gebrauch. Sie dient zum Schutz von überstromempfmdlichen Anlageteilen
in Wechselstromkreisen, insbesondere von Siliziumgleichrichtern und besteht darin,
daß in den Sternpunkt des überstromempfindlichen Verbrauchers oder in den Sternpunkt
der Primärwicklung des den überstromempfindlichen Verbraucher speisenden Transformators
eine kurzgeschlossene Gleichrichterbrückenschaltung mit Transduktordrosseln eingeschaltet
ist, die im Normalbetrieb voll durchlässig ist und im überstromfall von einem Auslöseglied
voll gesperrt wird. Es handelt sich also, wenn eine direkte Speisung über einen
eigenen Transformator vorliegt, um einen normalen Drehstromtransformator mit drei
je mit Primär- und Sekundärwicklung normal und zentrisch bewickelten Schenkeln mit
einer zusätzlichen vom Transformator und seiner Bauweise vollkommen unabhängigen
Schutzschaltung für überstromempfindliche Anlagenteile. Die Schutzwirkung besteht
in der Schalthandlung der kurzgeschlossenen Gleichrichterbrückenschaltung mit Transduktordrosseln,
die wie ein normaler Schalter wirken und demgemäß mit gleicher Wirkung auch im Sternpunkt
des Verbrauchers liegen können.
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Die Verwendung von Transduktoren zu Schalthandlungen ist in der Technik
vielfach bekannt. Transduktoren oder magnetische Verstärker arbeiten mit der Magnetisierungskennlinie
des Eisenkernes, d. h. mit der Veränderung ihres magnetischen Widerstandes infolge
einer Steuerung über eine zusätzliche von einer Fremdquelle gespeiste Steuerwicklung.
Bei
Spannungswandlern für höchste .Spannungen und bei Prüftransformatoren, also Geräten
für sehr hohe Spannungen mit im allgemeinen kleineü Leistungen, ist die sogenannte
Kaskadenschaltung bekannt, bei der die Wicklungen auf verschiedenen Schenkeln angeordnet
werden. Mit dieser .1M aßnahme ist es möglich, die für den gesamten Spannungsbereich
erforderliche Isolation in rationeller und billigerer Weise für kleinere Teilspannungen
aufzuteilen. Die enge Verkopplung der Primär- mit der Sekundärseite erfolgt mit
auf Zwischenpotential liegenden sogenannten Ver- oder überkopplungswicklungen, die
die sonst auftretende magnetische Streuung auf ein erträgliches Maß absenken.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sollen nun die ohnehin notwendigen
Transformatoren zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe herangezogen werden. Die
bisher für solche Kupplungen eingesetzten Transformatoren entsprechen der oben beschriebenen
Aufgabe ganz und gar nicht. Sie werden meist als Spartransformatoren (F i g.1) ausgeführt
und übertragen nicht nur wegen der direkten elektrischen Verbindung, sondern auch
wegen der besonders kleinen Streuspannung Fehler von einem Netz in das andere mit
besonders hohen überströmen. Die Überströme in der Kupplungsstelle zweier Netze
werden wirksam begrenzt, wenn ein Netzkupplungstransformator eingebaut wird, bei
dem die den zu kuppelnden Kreisen zugeordneten Wicklungen auf verschiedenen Schenkeln
angeordnet sind, derart, daß hintereinander in Reihe geschaltete überkopplungswicklungen
konzentrisch zu den Netzwicklungen so angeordnet sind, daß sie den Streuwiderstand
im Normalbetrieb verringern, wobei erfindungsgemäß Mittel vorgesehen sind, die im
überstromfall einen hohen Widerstand in die Verbindungsleitung zwischen den überkopplungswicklungen
selbsttätig und überstromabhängig einbringen.
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Die bekannten überkopplungswicklungen dienen in bekannter Weise dazu,
eine engere Kopplung hervorzurufen, als dies durch den magnetischen Kern allein
bewirkt würde. Der Erfindungsgedanke besteht in der Maßnahme, den Stromkreis der
Überkopplungswicklungen zeitweise zu-unterbrechen, so daß eine vorübergehende sehr
lose Kopplung nur über den magnetischen Kreis, erreicht wird. Diese vorübergehende
Einschaltung eines größeren Widerstandes in die überkopplungswicklung - soll in
Abhängigkeit vom überstrom erfolgen, wobei eine möglichst verzögerungsfreie Wirkung
angestrebt wird.
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Das Ziel der zeitweisen weitgehenden Lösung der Kopplung zwischen
Primär- und S'ekundärwickIung kann zusätzlich noch dadurch verstärkt werden, daß.
magnetische Nebenschlüsse vorübergehend wirksam werden, die normalerweise abgeriegelt
sind, beispielsweise durch Kurzschlußwindungen. Diese Abriegelung wird dann gemäß
der Erfindung vorübergehend durch Einschalten größerer Widerstände oder durch Unterbrechung
des Stromflusses aufgehoben und sofort nach Unterschreitung des als Überstrom betrachteten
Stromes wieder geschlossen.
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Die beiden genannten Maßnahmen können auch gleichzeitig Anwendung,
finden.
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Für die Ausführung einer vorübergehenden Unterbrechung des Stromkreises
eignen sich in beiden Fällen gesteuerte Ventile, wie sie als Hg-Dampf-Stromrichter,
Ignitrons oder Halbleiterventile u`bIich sind, oder mit besonderem Vorteil magnetisch
übersättigte Kreise; die bei Normalstrom übersättigt und bei Überstrom in das magnetisch
nicht gesättigte Arbeitsgebiet gebracht werden, so daß sie eine erhöhte Induktivität
darstellen.
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In den Abbildungen sind- einige Ausführungsbeispiele dargestellt.
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F i g. '1 zeigt den üblicherweise verwendeten Spartransformator, F
i g. 2 den Transformator mit auf verschiedenen Schenkeln untergebrachten Wicklungen
1 und 2 und mit den überkopplungswicklungen 3-3', der auch im Normalbetrieb schon
eine höhere Streuspannung aufweist und somit besser als der in F i g .1 dargestellte
Spartransformator die Abriegelung im Störungsfall vornimmt. Hierbei ist der Zweipol
Z mit Schaltcharakteristik in den Stromfluß der beiden überkopplungswicklungen 3-3'
eingeschaltet und bestimmt den überkopplungsgrad.
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Der Transformator mit überkopplungswicklungen zeigt im Fall der F
i g. 3 die parallelgeschalteten steuerbaren Ventile 4 im Stromkreis der überkopplungswicklungen,
die ihn bei überstrom ganz oder teilweise sperren, und im Fall der F i g. 4 im Stromkreis
der überkopplungswicklungen einen Transduktor, der entsprechend der angegebenen
Lösung vormagnetisiert ist, mit gleicher Wirkung.
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Die F i g. 5 zeigt die Kombination der Auflösung der Verkopplung im
überstromfalle mit einem zusätzlich wirksam werdenden magnetischen Nebenschluß mit
einer Kurzschlußwicklung 6, deren Abschluß ebenfalls beispielsweise durch Stromrichter
oder durch magnetisch übersättigte Kreise verändert werden kann, wenn ein überstrom
auftritt, wobei im gezeigten Beispiel die Strombegrenzung mit übersättigtem Magnetkreis
vorgenommen ist. In diesem Beispiel ist zugleich von einer Besonderheit Gebrauch
gemacht. Ein einziger Transduktor 7 bewirkt im Normalbetrieb sowohl in den überkopplungswicklungen
3-3' für den Hauptfluß als auch in der Kurzschlußwicklung 6 für die Abriegelung
des magnetischen Nebenschlusses gleichzeitig. die Steuerung. Dies ist möglich,,
da für beide Aufgaben die Phasenlage im wesentlichen dieselbe ist.
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Die Ausführungsbeispiele sind nur schematisch und einphasig gezeichnet.
Bei der praktischen Ausführung können sowohl im Stromrichterteil als auch besonders
bei den Transduktoranordnungen Einsparungen erzielt werden, die im letzteren Fall
darin bestehen, daß ein und derselbe Gleichstromkreis die Vormagnetisierung für
alle Transduktorkerne vornimmt.