DE1563452A1

DE1563452A1 - Rundsteuerverfahren zur tonfrequenten Signaluebertragung von Energieversorgungsnetzen,vorzugsweise von uebergeordneten,grossen Versorgungsspannungsebenen

Info

Publication number: DE1563452A1
Application number: DE19661563452
Authority: DE
Inventors: Schmid Dr-Ing Hans
Original assignee: SCHMID DR ING HANS
Current assignee: SCHMID DR ING HANS
Priority date: 1966-09-06
Filing date: 1966-09-06
Publication date: 1970-02-19
Also published as: DE1563452B2

Description

Rundsteuerverfahren zur tonfrequenten Signalüberlagerung von Energieversorgungsnetzen,vorzugsweise von übergeordneten, grossen Versorgungsspannungsebenen. Die elektrische Energieverteilung aus der Verbundebene erfolgt in der nachfolgenden Stufe über zunächst weite Räume mittels grosser,galvanisoh geschlossener Inseln mit einem Verteilzermögen von je mehreren hundert MVä,wobei das mögliche Xnergieaufnahmevolumen je Insel begrenzt ist durch die fllr die Installation zulässige lurzsohlussleistung;ton $.B. 5000 UVA bei 110 kV verkettete Spannung.Von diesen grossen,überge= ordneten Versorgungsspamungsebenen erfolgt die regionale Verteilung in zahlreichen Punkten mittels mindestens einer Zwischenspannung auf die entsprechenden mittleren Ebenen und von da auf die Masse der Niederspannungsstationen der lokalen Verbraucher. - Die tonfrequente Signalüberlagerung der übergeordneten,grossen hnergieversorgungsnetze,die vorzüglich direkt der Verbundebene nachgeordnet sind,stellt,obwohl in den Grundlagen ehnlioh,wesentlich andere Gesichtspunkte in den Vordergrund, als die bis heute überwiegend praktizierte und geläufige Bundsteuertechnik der Mittelspannunganet$e, und ebenso andere Gesichtspunkte,als die Ueberlagerung regionaler Hochspannungsnetze von überwiegend kommunaler Prägung und Bedeutung.wie sie in Einzelfällen realisiert worden ist. Es sind vorallem Gesichtspunkte der Sicherstellung des Betriebes. denen bei grossen.zentralen Anlagemund Gruppen solcher Anlagemeine besondere und praktisch entscheidende Bedeutung zufällt. - Das vorliegende,erfindungsgemässe Verfahren beeinhaltet technische Fortschritt e. die dieser Lage in hohem Masse Rechnung tragen;vorallem auch dann,wenn übergeordnete,grosse Netze als Verband zu einer verwaltungstechnischen Einheit zusammengefasst 8tnd.
Vorerst einige Ausführungen zum Grundsätzlichen und Bekannten. Die Ueberlagerung von Einzelmetzen mit nur einer geografischen Einspeisestelle aus dem-übergeordneten Versorgungsnetz bietet als Einzelfall keine Sehwierigkeiten.Man verwendet je nach Höhe-der zu Grunde gelegten Steuerfrequenz und je nach netztechnischen Gegebenheiten Parallel- oder Reiheneinspeisung und etwelche geeigneten motorischen oder statischen Generatoren zur Erzeugung der tonfrequenten Signalleistung.
Bei der Ueberlagerung einzelner Netze. die betrieblich und verwaltungstedbnisch zu einem einheitlichen Verband zusammengefasst sind. die Sendeanlagen der einzelnen Netze also mit einheitlicher Steuerfrequenz arbeiten müssen.treten folgende Punkte in den Vordergrund: a) Das Ausstreuen der Signalspannungen der Sender der einzelnen Teilnetze in die den Ueberlagerungeebenen übergeordnete, gehe insame Ebene und entsprechende Gefahr der Störung von Nachbarnetzen durch das sogenannte Ueberspielen.
b) Teilweise galvanische Vermaschung einzelner Ueberlagerungsaetse des Verbandes und Interferenzgefahr bei zeitgleichem Betrieb mehrerer Anlagen.
Der Punkt a) hängt in erster Linie von Art und Grösse der Impedanz der übergeordneten Xbene ab.Oft genügt geeignete Mquenzwahl;sei es. dass verhältnismässig hohe Frequenzen bei Parallelüberlagerung durch die übergeordnete Kabelkapazität kurzgesehlossen,oder dass bei kleinen Werten der übergeordneten Impedanz und Reihenüberlagerung mit tieferen Frequenzen die Reihenrückschlusspannugen klein werden.IYirksame,aber kostspielige Mittel gegen das Ueberspielen sind stets etwelche Sperren oder Saugkreise in den überlagerten Ebenen oder in der übergeordneten Ebene.Das üblichste sind Parallelüberlagerung mit Sperre oder Reihenüberlagerung mit Saugkreis in dein überlagerten Ebenen oder zentrale Saugkreise in der übergeordneten Ebene.
Dem Punkt b) wird im Wesentlichen mit zwei bekannten Verfahren Rechnung getragen:Einerseits durch Nacheinandersenden der einzelnen .Anlagemohne Forderung an die Frequenz- und Phasenidentität des Signals;andererseits durch gleichzeitiges Senden der einzelnen Anlägen mit zeitgleicher Signalidentität, wobei nebst dem Synchronismus der Sendefrequenz auch deren Phasenlage bei den einzelnen Sendern konform gehalten wird. Die Fig.l zeigt schematisch zwei Sendeanlagen S1 und S2, deren Ueberlagerungsebenen I und II vermascht sind.
Beim Nacheinandersenden entsteht ein Ueberlappungsgebiet III, in welchem. die Empfänger bei Sendungen jeder Anlage anlaufen, was in diesem Gebiet lediglich Befehlswiederholung zur Folge hat.In der Fig.l ist S1 als Parallelüberlagerung auf die Schienenzuleitung und 8 2 als Reihenüberlagerung in zwei Abgängen dargestellt-Je nach den örtlichen Gegebenheiten werden die eine oder die andere Ueberlagerungsart zum Einsatz gebracht.Gelegentlich werden zusätzlich Sperr- und Saugkreise herangezogen;beispielsweise zur Sperrung eines Fremdabganges F oder zur Verbesserung einer Rückschlussimpedanz,wie in S2 dargestellt.Ebenso ist bekannt geworden die Ausnützung der Saugkreiswirkung von passiven Parallelankopplungen und der Sperrwirkung von passiben Reihenankopplungen.Bei sehr niedrigen Steuerfrequenzen,wo nur Reihenankopplungen in Frage kommen, ist indessen diese Wirkung,naturgegeben und gemäss-dem Primat der Sendeaufgabe,verhältnismässig gering.Sie ist denn auch in der bekannten Technikwie z.B. beim Verfahren des Nacheinandersendens,nur als zwangsläufige undbegrenzt wirksame Zugabe mitbenützt worden.Ueber diesen Stand hinaus, der die passive Sp errwirkung von Reihenanlagen elementar impliziert,sind indessen bis heute keine Verfahren mit diesbezüglich entscheidender Prägung entwickelt,bzw. bekannt geworden.
Bei gleichzeitiger,frequenzsynchroner und phasenkonformer Sendung von 8 1 und 82 werden die Ebenen I und II in einer einzigen Sendung der Gesamtheit der Sender voll ausgesteuert; man benötigt hierzu,inbesondere bei grösserer Senderzahl,ein umfangreiches Uebersteuersystem zur zeitgleichen Signaltastung, das besonders anspruchsvoll wird,wenn die Phasenbedingung nicht von der gemeinsamen Netzgrundwelle abgeleitet,sondern ebenfalls den einzelnen Sendern über dieses System zugeordnet wird.
Beide Verfahren,das des Nacheinandersendens mehrerer Anlagen und das des Gleichzeitigsendens mehrerer Anlagen,werden sowohl mit Parallelüberlagerung als auch mit Reihenüberlagerung angewendet.
Das Verfahren des Nacheinandersendens hat den grundsätzlichen Vorteil,dass jede einzelne Anlage allein über die gesamte Rücksehlussimpedanz R, der übergeordneten Ebene verfügt,womit unter vergleichsweisen Umständen günstigste Voraussetzungen für die Kleinhaltung der Ueberspielgefahr geschaffen sind.Diesem Vorteil steht der Nachteil einer verhältnismässig umständlichen Befehlsgabe gegenübender bestenfalls bei schneller Codeabwicklung in Kauf genommen werden kann.
Das Verfahren der zeitgleichen,frequenzsynchronen und phasenkonformen Ueberlagerung mit mehreren Sendern hat den letzteren Nachteil nicht-Dieses Verfahren hat dafür den gefährlichen Nachteil,dass sich alle beteiligten Sender mit der gleichen Rückschlussimpedanz R, der übergeordneten Ebene teilen müssen. ]las kann bei Parallelüberlagerung zu einer unzulässigen Spannungssupperposition in der übergeordneten Ebene fuhren und bei Reihenüberlagerung zu einer Verschlechterung des wirk- samen Reihenrückschlusses für jeden einzelnen Sender,bzw. ebenfalls zwangsläufig zu Spannungsadditionen inder Übergeordneten Ebene.
Die Gefahr des Ueberspielens aus der gemeinsamen,übergeordneten Ebene in Fremdnetze ist im Parallel- und im Reihenfall gegeben;sie wächst grundsätzlich mit wachsender Zahl der beteiligten Sender.
Die beiden bekannten Verfahren zur dezentralen Ueberlagerung eines grösseren Versorgungsgebietes durch einen Anlagenverband führen oft zu einer komplizierten,verschachtelten Systemtechnik, die betrieblich mühsam zu übersehen und zu handhaben ist,und die laufend zu Projektergänzungen und entsprechenden Baubewegungen führt,mit über längere Zeiträume schwer zu übersehendem Kostenanfall.Bei der frequenzsynehronen und phasenkonformen Ueberlagerung mehrerer Sender können,nebst den bereits genannten Supperpositionserscheinungen des gemeinsamen Rückschlusses,zudem leitungs- und-lastbedingte Phasendrehungen auftreten.Man war deshalb schon gezwungen vor den Sendungen die Phasenlagen der einzelnen Sender auf das Additionsmaximum mittlerer Netzpunkte einzukorrigieren.Dieser letztere Gesichts- punkt verunmöglicht praktisch die Abstützung der Phasenbedingung auf die gemeinsame Netzgrundwelle und erzwingt damit ein entsprechendes Uebersteuersystem mit komplizierten Betriebsanforderungen.
Aus Gründen der genannten Art ist man@seit langem bestrebt die zentrale Ueberlagerung auf höhere,übergeordnete Spannungsebenen heranzuziehen,ist aber aus einigen Anfängen regionaler Einzelnetze mittlerer Grösse bis zu ca. 60 kV und einer bisher einzigen 110 kV - Grossanlage eines städtisch konzentrierten Industriereviers in Deutschland nicht herausgekommen.älle diese Anlagen (Ueberlagerungen einzelner Hoehspannungsstichleitungen, als partielle Ergänzung im Rahmen von mittelspannungsüberlagerten Verblinden, können nicht als zentrale Hochspannungsanlagen angesprochen werden) bedienen sich,nebst Gründen der lokalen Netagegebenheiten,vorzüglich aus Sicherheitsgründen der Paralleleinspeisung,da diese den Netzbetrieb grundsätzlich weniger gefährdet als Reiheneinspeisung-Die Erfahrung hat aber gezeigt,dass eine entscheidende Ausweitung der Paralleleinspeisetechnik,über einzelne,besonders gelagerte Lokalobjekte hinaus, auf hohe,übergeordnete Spannungsebenen nicht möglich ist wegen zu grosser Fremdstörungsgefahr über die Verbundebene und da die Paralleleinspeisung prinzipiell und wirtschaftlich an verhältnismässig höhere Steuerfrequenzen gebunden ist.Die zentrale Aussteuerung grossräumiger,hoher Versorgungsspannungsebenen mit eingelagerten Städten und Industrieobjekten ist andererseits,abgesehen von besonders gelagerten Einzelfällen,nur mit sehr tiefen Steuerfrequenzen möglieh,was zwangsläufig auf Reihenüberlagerung ftihrt,also auf Ankopplungen,die in die Hauptversorgungsflüsse der Energieverteilung eingefugt werden müssen.Fragen der Betriebssicherheit nicken damit bei der zentralen Rundsteuerung grosser,übergeordneter Versorgungsnetze entscheidend in den Vordergrund.Diese Fragen betreffen vorallem die folgenden Punkte: 1) Praktisch absolute Sicherheit,äass der Energieversorgungsbetrieb durch die Bundsteueranlagen nicht beeinträchtigt werden kann.
2) Praktisch hundertprozentige Reservesicherstellung des Rundsteuerbetriebes.Dieser letztere Gesichtspunkt ist bei grossen,zentralen Anlagen ein grundsätzlicher,da Anlagenstörungen naturgemäss grössere Auswirkungen haben,als bei den dezentralen Anlagenverbänden der Mittelspsnnungsebenen. Ebenso muss der Ruadsteuerbetrieb bei grösseren Netzstörungen und entsprechenden Umdispositionen sichergestellt sein.
3) Sicherheit durch Einfachheit und Uebersichtlichkeit in der Betrieberührung. . 4) Sicherheit gegen Ueberapieletörung der Fresdnetse über die Verbundebene.
Um aus der bekannten,unbefriedigenden Sachlage heraus einen, auch wirtschaftlich günstigea,estscheidenden technischen Fortschritt zu erzielen,betrifft die vorliegende Erfindung ein Rundsteuerverfahren zur tonfrequenten Ueberlagerung von Energieversorgungsnetzen mittels direkter Aufprägung von tonfrequenten Signalen auf im Inselbetrieb gefahrene,galvanisch geschlossene Hochspannungsebenen,vorzüglich von grossen,übergeordneten Versorgungsnetzen,deren Abspannung auf Niederspannung über mindestens eine Zwischenspannungsebene erfolgt,wobei, abgesehen von internen Kraftwerken,die Energieversorgung je gal-

vanisch geschlossene Nochspannungsebene im allgemeinen mit

miestens zwei geografisch verschieden gelagerten,trans-

formatorischen Uebergabestellen aus der übergeordneten Verbundstelle bewerkstelligt wird und wobei diese transformatorischen Uebergabestellen je mit einer Tonfrequenzsendeanlage ausgerüstet sind,bestehend aus der Generatoranlage und an der Uebergabestelle sekundärseitig eingebauten,fUr Serieneinspeisung geeigneten Reihenankopplungen,welch letztere je aufgebaut sind aus einem Reihenankopplungstransformator mit den zugehörigen Schwingkreiselementen,derart,dass bei abgetrenntem Tonfrequenzgenerator die Kopplungen automatisch als passive Sperren für die Steuerfrequenz wirken und das dadurch gekennzeichnet ist,dass je galvanisch geschlossene Hochspannungsebene wahlweise stets nur von einer der geografisch verschieden gelagerten,trsusformatorischen Uebergabestellen aus tonfrequent, vorzugsweise im Frequenzbereich unterhalb der 5.Härmonitehen, berlagert und diese Ebene nur von dieser einen Stelle aus als Ganzes in einer und nur einer Sendung voll ausgesteuert wird,während die Tonfrequenzgeneratoren der iibrigen Uebergabestellen der galvanisch geschlossenen Ebene stillgelegt sind, wobei je Ueb ergabestelle die Sendeanlagen mit ihren Kopplungen nach Aufbau und Betriebsführung derart ausgelegt sind,dass einerseits,bezüglich der tonfrequenten Netz-Spannungsabfälle . der sendenden Anlage, stillgelegte Anlagen die Netzapeiseimpedanz in Richtung der übergeordneten Ebene an ihrer Uebergabestelle praktisch eliminieren und dass andererseits die stillgelegten Anlagen jederzeit als volle Reserve zur Verfügung stehen, sei es für die alleinige Aussteuerung der eigenen galvanischen Ebene oder zur Herauslösung aus dieser Ebene zwecks Anschluss an eine benachbarte galvanische Insel zur Aussteuerung der letzteren.

Das erfindungsgemässe Verfahren sei an Hand eines ßeispieles mit Hilfe der Fig.2 und den zugehörigen Ergänzungsfiguren 3 - 7 näher erläutert.Die Figuren enthalten schematisch nur das für das Verständnis Wesentliche;schaltungstechnische Einzelheiten sind weggelassen.Die Fig.2 zeigt einen beispielshaften Ausschnitt eines Energieversorgungsnetzes mit einer Verbundebene 220 kV und zwei galvanisch geschlossenen 110 kV - Hochspannungsebenen Lund II,welche je als grosse Hochspannungsspannungsebenen im Inselbetrieb gefahren werden und denen die tonfrequenten Signale aufzuprägen sind.Die Ebene I wird aus der übergeordneten Verbundebene gespeist durch zwei transformatorische Uebergabestellen Ü1 (2 mal 100 MVA -220/110kV) und Ü2 (2 mal 2U0 MVA -220/110kV).Die Ebene II enthalte der Uebersichtlichkeit wegen und als,wenn auch seltener Elementarfall,der als alleiniger Einzelfall im Rahmen der vorliegenden Erfindung lediglich in seiner Zuordnung zu benachbarten Inseln einen Sinn hat,nur eine Uebergabestelle Ü3 (1 mal 150MVA-220/110kV).. Zur Verdeutlichung üblicher Netzausdehnungen sind einige beispielsweise 110 kV-Leitungslängen,die hier als Freileitungen angenommen seien,in die Figur eingetragen.In dicht besiedelten Gebieten ist indessen stets auch mit grösseren oder kleineren 110 kV-Kabeleinschlüssen zu rechnen.Bei M sind zwei Uebergabestellen an die nachgeordneten Zwischenspannungen angedeutet, wie sie in grosser Zahl in den Versorgungsnetzen Z und II normalerweise vorhanden sind-Das Uebergabevolumen dieser Stellen an die Mittelspannung kann im Mittel mit je ca. 30 MVA angenommen werden.Die Ueberlagerung solcher nachgeordneter Zwischenspannungsebenen,sei es im Einzelfall des Kommunalbetriebes oder im Verbandsfall des Ueberlandbetriebes,ist Gegenstand der bisher überwiegenden Rundsteuertechnik.In der Fig.2 sind für die Rundsteueranlagen Sl,S2,S 3 Reihenüberlagerung der Transformatorzuleitungen zu den 110 kV-Schienen zu Grunde gelegt.Man kann die Reihenkopplungen auch in die 110 kV-Abgänge, gder in den Zug der Schienen bzw. in den Zug von Schienenkupplungsschaltern legen.Derartiges ist aber nur in besonderen Fällen von Interesse;etwa-wenn man grössere,an den Schienen angeschlossene Kraftwerke in den einbeziehen will.Beispiele von möglichen,direkten Kraftwerkeinspeisungen in die Ueberlagerungsebene sind in der Fig.2 mit K1 und g2 angedeutet.Direkte Reihenüberlagerung solcher Kraftwerke ist selten erforderlich.Wenn,dann ist das selbst bei grossen Kraftwerken im Rückschluss im allgemeinen nicht ohne künstliche Rückschlüsse möglich,also nicht ohae-zugeschaltete Baugkreise hinter den Kopplungen;dann aber sind solche Kraftwerke rundsteuertechnisch gleichwertig den transformatorischen Uebergabestellen mit ihren niederohmigen Rückschliissen der Verbundebene und können als solche aufgefasst und behandelt werden. Reihenkopplungen wirken,wie erwähnt,bei abgeschaltetem Sender als passive-Sperren für die Steuerfrequenz o Die Fig.3 enthält die hierfür gewählten Symbole.Die Fig.3a zeigt eine sendende, aktive Reihenkopplung mit zugeschaltetem Senderidie Fig.3b eine passive,als Sperre wirkende Reihenkopplung mit abgeschaltetem Soader.Die Darstalluiig von Schwingkreiselementen,die zum Reihenkoppluiagstransformator gehören, sind der Einfachheit halber weggelassen.Ihr Aufbe-i7, entspricht im Prinzip-den bekannten Möglichkeiten der Vierpole der Nachrichtentechnik, wobei zusätzliche Sicherheitsfragen,bedingt durch Spannungs-und Stromeinflüsse von der Netzseite her,berücksichtigt werden müssen

DLa be-spi.°lsseei,-#,0 petzausgangslage gemäss Fig.2 ist ver-

deutli cht, dt#mch ein vereinfachtes Tonfrequenz-Impedanzbild

derig@.@@R@?>2°bei sind eine Tunfrequenz von 200 IL- und durch-

schnit@l.c1 Strt-°ar ealrlzanzen der Uebcrgabetransformatoren,

eratspr "hend e::<r F?schlusspannung von 109a sowie vernach-

@.ssigber: Werte in @ä4@° Verbundebene angenommen-Die ton-

a.

f:c4@:f@v,ea@ete.aspeieimped:azen in Richtung der übergeordneten

Verbundebene sind im allgemeinen grössenordnungsmässig kleiner als die diesbezüglivhen 110 kV-Leitungsimpedanzen,was auch bezüglich der Lastilapedanzen gilt;bezogen auf 110 kV entsprechen z . B. 100 MW last 120 Ohm.

Für eine auf 110 kV aufgeprägte Tonfrequenz von 200 Hz wirken _ .. ., ..
die Uebergabestellen Ul,U2 bzw.U3 wie zusätzliche Lasten von 500.1000 bzw.375 MYA.An solchen Stellen bricht in weitem Umkreis die Signalspannung praktisch zusammen,oder es wird bei kurzen Ansteuerwegen eine untragbar hohe Signalenergie verbraucht.Die natürliche Sperrwirkung der gebräuchlichen, primär nach Gesichtspunkten der aktiven Sendeaufgabe gebauten Reihenkopplungen ist zu gering und bringt unter derartigen Verhältnissen nur eine unwesentliche Verbesserung. Das Verfahren der gleichzeitigen,frequenzsynchronen und phasenkonformen Betriebes aller Sender nimmt zwar die niedrigen Impedanzen bei S1,52 und S3 gleichzeitig in den Rückschluss. , Dieses Verfahren entfällt aber,unbesehen der bereits genannten betrieblichen Grtinde,weil,noch ausgeprägter als bei Mittelspannungsnetzen,bei sehr grossen und heterogenen Netzkomplexen die geografische Phasenidentität praktisch nicht sichergestellt werden kann,bzw. betrieblich tragbar auch nicht auf,an sich örtlich und zeitlich veränderliche,Snperpositionsmaaima einspielbar ist. Yorallem aber bricht bei Störung einer der sendenden Stellen ein unentbehrliches ,additives Glied aus der Kette aus. Demgegenüber hebt sich das erfindungsgemässe Verfahren am Beispiel der Fig.2 wie folgt abr:Yon den Uebergabestellen U1,U2 und U3 ,die je mit Reihensendeanlagen S1,S2 und S3 für eine beispielsweise Steuerfrequenz von 200 Hz,also einer Frequenz unterhalb der 5.Harmonischen,ausgerüstet sind, speisen TJ1 und Ü2 in das galvanisch vermaschte Netz I.Yon den beiden Sendeanlagen 5 1 und S2 sendet wahlweise nur die eine,während die andere für den Sendebetrieb stillgelegt ist und mit ihren, durch besonders hohes Sperrvermögen geprägten Reihenankopplungen derart arbeitet,dass die Netzeinspeiseimpedanz in Richtung der übergeordneten Verbundebene eliminiert wird;d.h. dass die tonfrequente Verbindung gegen die Verbundebene praktisch göffnet ist und dass dementsprechend diese Uebergabestelle die tonfrequenten sendenden .Anlage nicht beeinträchtigt.Die volle Aussteuerung der Ebene I wird dann mit einer Anlage in nur einer einzigen Sendung durchgeführt. Der Fall mehrerer Seadeanlagen je galvanische Insel wird also grundsätzlich stets auf den einfachsten Fall des Einzelbetriebes einer einzigen Sendeanlage,mit Aussteuerung in einer einzigen Sendung zurüekgeführt,wie er zur echten Veranschaulichung der Gleichwertigkeit zum Vornherein in der Ebene II angenommen ist.Im Sinne der Erfindung kann man deshalb je galvanische Insel mit mehreren Rundsteueranlagen von einem Verfahren der Gleichzeitigkeitsaussteuerung durch wahlweisen Sendebetrieb einer einzigen Sendeanlage und gezielter Betriebsunterdrückung der anderen Anlagen sprechen. Es soll kurz als "Verfahren der wahlweisen Dominierung einer einzigen Sendeanlage"bezeichnet werden-Sinngemäss kann man je galvanische Insel von der dominierten und ihren inversen Anlagen sprechen. - Bei Störungen des Tonfrequenzbetriebes feiner Anlage-der Ebene I beinhalten Hie Anlagen S1 bzw. S2 gegen- volle Betriebsreserve.Diesen Betriebsfall zeigt symbolisch die Fig.5.Für den Fall,dass der Tonfrequenzbetrieb der Einzelanlage 8 3 der Ebene II ausfällt,kann ein Teil der e.
Uebergabestelle U2 mit ihren Tonfrequenzanlagen-und Netzbestandteilen von der Ebene I abgetrennt und der Ebene II zugeschaltet werden.Das ist. in den Figuren 2,4 und 6 mit der ,strichpunktierten Linie t1 - t2 angedeutet.Derartige Netzverschiebungen sind bei Störungsfällen stets auch fCir den Versorgungsbetrieb vorgesehen.Das erfindungsgemässe Verfahren

beinhaltet auf diese Weise auch eine dem Netzbetrieb organisch

entsprech@endeell@fü.r die benachbarten galvanischen Inseln.Das

ist für das Beispiel der Fig.2 symbolisch arl Hand der Fig.6 dargestellt.Die Erläuterungen an Hand des Beispieles der Fig.2 machen unmittelbar die Fortsetzung auf weitere Ebenen III,IV ... verständlieh.Ein solches Beispiel zeigt symbolisch die Fig.7.Die Freizügigkeit in der Umgestaltung der galvanischen Inseln ist ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens.
Die vollständige Eliminierung der Einspeiseimpedanzen der Uebergabestellen durch die inaktivierten Sendeanlagen ist der theoretische Idealfall.Im Sinne einer praktisch ausreichenden und der Realisierung zugänglichen Näherung ist es vorteilhaft diese Elimination nur soweit durchzuführen, dass die gesperrten Uebergabestellen die tonfrequenten Signale nicht mehr beeinflussen,als ein an dieser Stelle zusätzlich installiertes,durehschnittlich übliches,örtliches Energieiibergabevolumen von der überlagerten Spannungsebene an die nachgeordnete Ebene.Bei einer Ueberlagerungsebene 110 kV beträgt dieses örtliche Uebergabevolumen nach unten durchschnittlich 30 MVA.Praktisch gerade noch zulässig ist es, im Sinne eines Zahlenbeispieles der untern Schranke,dass, bezogen auf eine Sendefrequenz von 200 Hz,auf eine verkettete Bezugsspannung der überlagerten Hochspannungsebene von 110 kV und auf 200 MVA dreiphasige Durchgangsleistung der Reihenankopplungen,der tonfrequente Sperrwiderstand der betriebsfertig montierten Ankopplungen ( der Einschluss des Montageanteils ist wesentlich) mindestens-350 Ohm pro Phase beträgt, entsprechend dem Widerstandswert einer dreiphasigen Uebergab eleistung an die nachgeordnete Ebene von höchstens 35 MVA. Bei andern Frequenzen verändert sich dieser Mindestohmwert proportional der Frequenz,da die Reaktanzen der Laufwege der Ausbreitung ebenfalls proportional der Frequenz folgen.Die Anforderungen an die irrversierten Reihensendeanlagen zur Einhaltung der Mindestohmwerte sind hoch.Es ist deshalb ein wesentliches Untermerkmal des erfindungsgemässen Verfahrens, dass, stützend zur Erzielung derartiger Werte,die Sendefrequenz unabhängig von Netzlast-und Netzfrequenzschwankungen auf mindestens 1% genau gehalten,bzw. entsprechend geregelt wird. Der erforderliche Regelaufwand wird hierbei insofern entlastet,als das erfindungsgemässe Verfahren von etwelchen Phasenbedingungen befreit. Im Rahmen dieser hochwertigen Merkmale der Reihenüberlagerung muss die Forderung der praktisch absoluten.Sicherheit der in die Hauptversorgungsflüsse eingeschalteten Reihenkopplungstransformatoren an die Spitze gestellt werden,Auch die-Sicherheit der tonfrequenzseitigen Elemente ist bedeutsam,. jedoch dieser Forderung nachgeordnet.In diesem Zusammenhang ist, es wichtig vorerst die wesentlichen Gesichtspunkte der Reihenkopplungen zu erläutern.Hierzu dienen die Figuren 8 - 16. In diesen sind durch`ehend bezeiebnet mit: R die Rückschlussimpedanz,N die Impedanz des auszusteuernden Netzes,RKT der Reihenkopplungstransformator,G der Tonfrequenzgenerator,TS das Tastschütz als Symbol für die Impulsmodulierung des Tonfrequenzgenerators.

Eine Reihenkopplung etwelcher Bauart kann nach ihrer Wirkung stets,wie in Fig.8 symbolisch dargestell t, auf einen tonfrequenten Ersatz-Parallelschwingkreis bzw. Ersatz-Sperrkreis mit Durchlässigkeit des Energieflusses von R nach N zurückgeführt werden.Die tonfrequente Arbeitsweise einer Reihenüberlagerungsanlage,insbesondere auch deren Sperreigenschaft bei abgetrenntem Generator bzw. Sender geht aus dieser Figur unmittelbar hervor.Im allgemeinsten Fall ist eine Reihen-

kopplung aufgobaut aus einem Reihenkopplungstransformator RKT

und einem Reaktenzvierpol gemäss Fig.9. Aus Ko s tengrtinden

benützt man m-is t die einfachste Form eines solchen Vierpolsd

die einer Querzweipolrektanz Q,wie in der Fig.10 dargestellt.

In der Fig.ll ist der Rehenkopplungstransformator dargestellt

dreh Jas 5,1--Ersatzbild mit der Hauptinduktivität H und den

St-reu:uduktivtä,°Len so Bei allen in frage kommenden Reihen-

kann stets die Streuinduktivität

@@ozgenübe r de.r H,upt.udul"tivität vernaeblässigt werden, so dass

jait e nureicheniler Täh@°@g das Ersatzschema der Fig.12 gilt.

C ei,'d b.r';er" a7ä #x @,:Mci Reihenkopplungen einige Bedeutung

erUng=@.Diz# einexdie soginannte Stromwandlerkopplung,ist mit

Hälfe dar F3g@::. l@ und 14,die andere,die sogenannte Trans-

formatorkopplung,mit Hilfe der Figuren"15 und 16 schematisch dargestellt.Die beiden Kopplungen sind wesentlich unterschiedlich;ihr Verhalten ist in manchen Punkten, sowohl bezüglich der Tonfrequenz- wie der Netzfrequenzeigenschaften, reziprok.

Die Strdmwandlerkopplung,bestehend gemäss Fig.l3 aus FM, L,C und Ck ,legt einen luftspaltlosen Reihentransformator IM zu Grunde,weleher tonfrequenzseitig mittels einem auf Netzfrequenz abgestimmten Serienresonanzwiderstand eines Serienkreises LC abgeschlossen ist.Der netzfrequente Reihenresonanzwiderstand ist die Bürde,welche grössenordnungsmässig höher als bei gebräuchlichen Wandlern liegt,da ein Netzspannungsabfall von ca. 40-50 Volt an der Resonanzbürde zu (runde gelegt werden muss,bzw. sich als tonfrequent noch brauchbar erwiesen hat.Der Saugkreis LC wird vom gesamten durch den RKT übersetzten Netzversorgungsstrom durchflossen.Diesbezüglieh ist das durch das Verhältnis der Generatorspannung UT zur Jlufprägespannung gegebene Uebersetzungsverhältnis günstiger bei niedrigen Netzspannungen,z.B. bei ldittelspannung.Das Uebersetzungsverhältnis kann nur begrenzt durch das Hoehsetzen der Spannung UT des Generators G beeinflusst werden.In der Praxis hat sich die Zugrundelegung einer Bezugs-Generatorspannung Ut von ca. 1000 Y/Phase als ausgewogener Kompromiss herausgebildet. Die Ueberlagerungsspannung an den Primärklemmen des Wandlers RKT ist im Mittelspannungsbereieh mit ca. 296 der Netzphasenspannung üblich.Geht man mit der Bezugs-Generatorspannung UT höher,wird der mit hochtransformierte Saugkreis hochohmiger und bei Netzkurzschluss tritt an Stelle der entlasteten Strombeanspruchung eine entsprechend gefährliche Spannungsbeanspruehung.Bei Ueberschlage,z.B. über Z, springt der Resonanabürdenwiderstand auf seinen Reaktanzwert,was praktisch sehundäeseitiges Oeffnen des Wandlers RKT bedeutet.Das Oeffnen der Sekundärseite führt im allgemeinen zur Zerstörung des Wandlers.Die Netzsicherheit des Reihenkopplungstransformators der Stro=wandlerkopplung ist eine Frage der Strom-und Spannungssicherheit seiner Resonanzbürde. Die tonfrequente Viirkungsweise der Stromwandlerkopplung versteht sich an Hand der Fig.14:FÜr die gesendete Tonfrequenz wird der Saugkreis LC überwiegend indüktiv.Dieser induktive eert wird mittels der Kapazität Ck im Sinne der Figa8 zu einem Sperrkreis kompensiert.Die parallel liegende Haupt-

induktivität H des, RKT ist zwar sehr grosssaber nicht ver-

nachlässigbar unc'mit kompensiert werden-Da H,zufolge des

luftspaltlosen Aufbaues des Eisenkernes,entsprechend der Schwankung des Lnergieflusses,stark permeabilitätsabhängig, und da die Auslegung des Saugkreises an die Notwendigkeiten des Netzbetriebes gebunden ist,kann mit der Stromwandlerkopplung keine stabile und grosse Sperrwirkung erzielt werden. Der innere biderstand des Tonfrequenzgenerators G ist klein und oft durchaus vergleichbar mit der Resonanzbürde des Saugkreises LC.Der Generator muss deshalb im allgemeinen mit einer geeigneten Reaktanz gegen gefährliche Netzstromabzweigung geschützt' Werden.Das ist in den Figuren 13 und 14 durch einen heihenresonanzkreis Z,mit Durchlässigkeit für Tonfrequenz und einem genügend hohen Reaktanzwert für die Netzfrequenz,.
d arge stellt.
Es ist wichtig diese und die nachfolgenden Zusammenhänge, zum Verständnis und zur ausführenden Anwendung der Erfindung, zu übersehen.
Die Transformatorkopplung,bestehend gemäss Fig.15 aus RKT und Ck ,ist,wie die Fig.16 zeigt,schaltungstechnisch einfacher.Hier wird allein die Hauptinduktivität H des Reihenkopplungstransformators RKT mit Hilfe einer Kapazität Ck im Sinne der Fig.8 zu einem Sperrkreis für die Tonfrequenz kompensiert.Da damit das gesamte Gewicht der Abstimmung auf der Induktivität H Tuht,muss diese im ganzen netz-und tonfrequenten Magnetisierungsbereich eine sehr gute Sionstanz aufweisen.Es kommt deshalb in diesem Fall für den Reihenkopplungstransformator nur Ausführung mit Luftspalt in Frage. Die Netzsicherheit konzentriert sich bei dieser Kopplung eindeutig nur auf den Reihenkopplungstransformator.Die Grenze zwischen starkstrombeansprachtem und tonfrequentem Teil der Schaltungen ist in den Figuren 13-18 mit der strichpunktierten Linie AA markiert.Während man bei der Stromwandlerkopplung daran interessiert ist den Netzstrom gegen diese Linie möglichst in#s Kleine zu transformieren,ist man bei der Transformatorkopplung,wenn auch hier nur zur Entlastung des TF-Materials,daran interessiert die.Netzspannuag gegen diese Linie in#s Kleine zu übersetzen,d.h. die Generatorspannung üT tief zu legen.Auch hier sind diesem Bestreben praktische Grenzen gesteckt.Die üblichen Phasenwerte für UT liegen bei 2-300 Yolt.Zufolge der Luftspaltausftihrung des Reihenkopplungstransformators IM ist die Transformatorkopplung bezüglich stabilen,tonfrequenten Sperreigenschaften gegenüber der Stromwandlerkopplung grundsätzlich überlegen.Auch bei der Transformatorkopplung muss der Netzstrom-durch den Generator Q mit einer geeigneten Reaktanz gebremst werden,wie in den Figuren 15 und 16 durch einen Resonanzkreis Z,mit Durchlässigkeit für Torfrequenz und einem genügend hohen Reaktanzwert ftüc die Netzfrequenz, dargestellt.

Die netzbeanspruchten Teile der Schaltungen der beiden grundsätzlichen Reihenkopplungstypen sind in den Figuren 13-l8 durch starke Linienführung hervorgehoben.Die Fragen der diesbezüglichen apparativen Netzsicherheit seien, da ihnen im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens besondere Bedeutung zukommt,an Hand der Figuren 17 und 18 näher erläutert: Bei der Stromwandlerkopplung_gemdes Pig.17 muss bei ge- schlossener Sekundärseite der Reihenkopplungstransformator RKT kurzschlussfest sein.Das bereitet keine besonderen Schwierigkeiten.Die Schwierigkeit liegt in der notwendigen Kurzschlussfestigkeit der Resonanzbürde LC.Zur Entlastung dieser Bürde,sowie insbesondere auch zur Minderung der Dauer- verluste in derselben,wird-sie üblicherweise durch einen Schalter S kurzgeschlosaen,der nur während der Durchgabe von Tonfrequenzimpulsprogrammen geöffnet wird.Bei mittleren Netzspannungen und dementsprechend verhältnismässig kleinen Durchgangsleistungen ist die Dimensionierung der hesonanzbürde noch beherrsohbar.Es ist hier sogar möglich zum zusätzlichen Schutz Ableiter AB zu verwenden.8ei hohen Netzspannungen mit den zugehörigen Uebersetzungaverhä.ltnissen und grossen Durchgangsleistungen wachsen die Schwierigkeiten über die, praktischen Möglichkeiten hinaus.Schutzmittel,wie Kurzschlusschalter S und.Ableiter AB, die in einem Bruchteil einer Viertelperiode die Resonanzbürde gegen dynamische Zerstörung sicher schützen, sind mit tragbarem aufwand nicht realisierbar.Kurzsohlussfester Aufbau. der Resonanzbürde und ihres entageanteils ist selbst bei sehr grossem Aufwand problematisch-Die Gefahr der dynamischen Oeffhung der Bürde,@ffie in Fig.17 mit 1 angedeutet oder beispielsweise die mit 2 angedeutete Gefahr eines Winduagsschlueses,der die hesonanzbürde auf den Reaktanzwert anhebt und damit praktisch ebenfalls öffnet,verbleibt auch im günstigsten Fall eine gefährliche Latenz.Damit verbleibt als entscheidende Gefährdung die stete Ubgliohkeit der grundsätzlichen Zerstörung der ir. die Hauptversorguagaflüsse eingefügten gopplungstransformatoren.Da pro Tag mit bis zu einer Stuade Oef#aungazeit des Schalters S gerechnet Werden

muss, darf darf die Unwahrschainliehkeit eines Netzkurz-

sehlusses w,es.d dieses kritischen Zustandes nicht ange-

nommen werden.iz Str®mwandlerkopplungen werden in erster

Linie im Mittelapauagabersich verwendet, da die verhältnis-

rssi.g kl gine Bauart Bier Reihenkopplungstransformatoren ' .

bei deu o;t playzew.Zen Stationen vorteilhaft sein kann;vor-

allem eher auc't C_#gShnlbcweil in diesem Bereich der in die

.sonnzbüxde vcriagerte Aufvand noch eine gewisse Frei-

ztigkeit in der iDutsgeteebnik und im

offen

l.äsat..Seer hichen NetssptmrTingen und grossen Durchgangsleistungen

fallen diese Punkte n".3ht in's Gewicht;andererseits können

hier,wie erlgutertejie Str®mwandlerkopplungen dem Netzbetrieb,

bßwe di.2 3icherhefft de.- 13Suptversorgungsadern nicht mehr in

wänaehn>a:$Ums» sicherstellen.

Bei der Transformatorkopplung ist die Netzsicherheit klar eingegrenzt auf die Kurzschlussfestigkeit des Reihenkopplungstransformators RKT,wie aus des Figuren 15 und 16 ersichtlich.Die gebräuchliche Bauart dieser Transformatoren legt indessen für die Kurzschlussfestigkeit lediglich Drosselbetrieb,also offene Sekundärseite,zu Grunde. Das ist gegeben durch die übliche Verwendung von Sicherungen Si in Verbtndung mit Ueberspannungsableitern AB,wie in Fig.18 dargestellt.

Bei Spannungsanstieg gegen AA im Netzkurzschlussfall unterbrechen die Sicherungen die Sekundärseite in einem Bruchteil einer Viertelperiode und entlasten so die Sekundärwicklung des RKT.Hierbei kann die Zerstörung der Ableiter AB in Kauf genommen werden.Wird die Spannung gegen 8A ausreichend in's Tiefe übersetzt,kann man auf die Ueberspannungeableiter und im Prinzip auch auf die Sicherungen verzichten. Es stellt dann die Kompensationskapazität Ck oft für den Netzstrom eine verhältnismässig hochohmige Belastung dar, so dass das Drosselverhalten des RKT auch hier erhalten bleibt.Bei fehlerhaftem Material auf der Tonfrequenzseite ist jedoch stets mit sekundärseitigemKurzschluss zu rechnen; sei es,dass,wie in Fig.18 mit 1 dargestellt,die Sicherungen überschlagen oder dass,wie mit 2 angedeutet,ein Isolationsdurchb brueh gegen Masse erfolgt.Fs ist beim erfindungsgemässen Verfahren deshalb auf Grund der hohen Anforderungen an die Netz- sicherheit zweckmässig,dass auf der Basis der an sich bekannten Reihenankopplungen der netzfrequente Reaktanzwert.
der Hauptinduktivität der in den Energiefluss eingeschalteten Heihenkopplungstransformatoren klein ist gegenüber der tonfrequen$seitigen Netzbürde,und dass dieser Wert zudem grössenordnungsmässig kleiner ist als die durchschnittliche Streureaktanz der mit den Kopplungstransformatoren in Reihe geschalteten Uebergabetransformatoren gleicher Durchgangsleistung,derart dass die heihenkopplungstransformatoren in diesem Bemessungsrahmen,:usammen mit der konstruktiven Gestaltung der ober- und unterspannungsseitigen Wicklungen, bei den für die Ueberlagerungsebenen vorgeschriebenen Kurzschlussleistungen(z.B. 5Ö00 MVA bei 110 kV) kurzschlussfest sind,gleichgültig ob in der ersten Viertelperiode eines Netzkurzschlusses die Bürde auf der Tonfrequenzseite dieser Transformatoren durch elektrische oder elektrodynamische Vorgänge kurzgeschlossen oder geöffnet wird.
Die Fig.19 zeigt .in einphasiger, schematischer Darstellung eine, im Prinzipiellen bekannte Schaltung einer heihen-Tonfrequenzanlage,wie sie sich für die Durchführung der vorliegenden, neuen Verfahrenstechnik beispielsweise eignet.Gegenüber dem Bekannten neu und besonders stützend und wichtig im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens sinäausgeprägte Merkmale und eine spezifische Systematik des Aufbaues der Anlage nach Gesichtspunkten der Betriebssicherheit und einer hiermit eng verkoppelten,einfachen und übersichtlichen Betriebshandhabung. Steuerschaltungen sind in der Fig.l9 Weggelassen. - Die Sendeanlage ist durch strichpunktierte Linien in folgende Abschnitte aufgeteilt: RKT = Reihenkopplungstransformator, TSA = Transformatorschaltanlage, KSA = Kondensatorschaltanlage, KAF =Kopplungsanpassungsfeld, GAF = Generatoranpassungsfeld und GE = Generatoreinheit. FM + TSA + gSA werden zusammengefasst als Kopplungseinheit KE und %U + GAF als Anpassungseinheit AE bezeichnet. TFK bedeutet das Tonfrequenzkabel über welches der Kopplungseinheit HE die Signalenergie von der Generatorseite her zugeführt wird. Diese Bezeichnungen gelten auch für die Blockdarstellung der Fig.21. - Wie in der Fig.19 dargestellt,wird der heihenkopplungstransformator RKT ober-« spannungsseitig mittels der Trenner T1 ,T2 in den Leitungszug eingeschlauft und kann mit Hilfe des Trenners T3 überbrückt werden.Praktiseh genügen meist Seile an Stelle dieser Trenner.Unterspannungsseitig kann der AKT mittels der Trenn-messer T von der Tonfrequenzseite abgekuppelt werden.Die Aufgabe der Sicherungen Sf und der Ableiter AB wurde bereits erörtert.Da der Reihenkopplungstransförmator auch einen unterspannungsseitigen Kurzschluss dynamisch und thermisch zu tragen hat,versteht es sich,dass auch die Verbindungen zu und innerhalb der Schaltungen TSA und KSA angemessen auszulegen sind.Zur Schonung des Tonfrequenzmaterials ist es vorteilhaft einen robusten,gesteuerten Schalter S vorzusehen,bezeichnet als Transformatorsteuerschalter,der"derart automatisch von der sendenden Anlage aus betätigt wird,dass er bei dieser Anlagewie auch bei den stillgelegten Anlagen, vor Beginn einer Sendung geschlossen und nach Beendigung der Sendung wieder göffhet wird. Zusätzlich zu den auch während des Impulstastzustandes bestehenden Sicherheitsvorkehrungen reduziert diese Massnahme die Wahrscheinlichkeit der Beanspruchung des Tonfrequenzmaterials auf die Sendezeiten.An Stelle des Schalters S kann man einen motorangetriebenen Trenner vorsehen,wenn man ein Kondensatorschütz KS mit verwendet,das den kapazitiven Netzstrom durch die Kompensationskapazität Ck abzuschalten vermag und das bei der automatischen Fernbetätigung in folgerichtiger Verriegelung mit dem Trenner zusammen arbeitet.Zweckmässig wird das Schütz gemäss Fig.18 angeordnet,so dass es eine zusätzliche Oeffnung der Verbindung nach der Generatorseite bewirkt.Die Bedeutung der Heaktanz Z,für die auch in der Fig.19 eine Reihenschaltung hC zu Grunde gelegt ist, als Netzstrombremse für den Generator G,ist bereits erörtert worden.Da sowohl rotierende als auch statische Wandler,die oft als Tonfrequenzgeneratoren benützt werden, einen kleinen innern yviderstand haben,stellt die Reaktanz Z auch einen entsprechenden Spannungsschutz dar.Die Reaktanz Z ist das Anpassungsglied des Generators an die Netzeigenschaften der Kopplung.Für die Modulation der Tonfrequenzspannung zu Signalimpulsen ist sekundärseitige Tastung mittels Tastschützen TS vorgesehen.Bei der Tastung tonfrequenter Ströme wird oft von der b ekannten,stufenweisen Abschaltung über mindestens einen Veiderstand mittels zweier oder mehrerer in Reihe geschalteter Schütze Gebrauch gemacht.Die Sekundärtastung am Ausgang der Generatoren hat gegenüber der Primärtastung in der Erregung motorischer Wandler oder im Steuereingang statischer bandler denVorteil, dass sie sich sofort auf potentielle Energiereserven,wie z.13. die kinetisebe Energie bei motorischen riandlern,abstützen kann und die nichtstationären Vorgänge der Mechanik und der magnetischen Felder z.T. auf die nachfolgende Impulspausen verlagert,was vorallem bei der intermittierenden Tastung kurzer Impulse von Interesse ist.Der Anzapftransformator AT dient der Regulierung des Bendespannungsniveaus je Kopplungseingang.Zusammen mit der Tastung verarbeitet er den Generatorausgang je Kopplung auf das gewünschte Informationsbild, das heisst auf den sogenannten Code,und auf den gewünschten Signalpegel.Die Zuordnung der Elemente Z,TS und AT als Generatoranpassungsfeld GAF je zu den einzelnen Kopplungen hat den Vorteil,dass der Generator bezüglich baulicher Anpassung entlastet wird und zu einer unabhängigen Einheit GE gestaltet werden kann. - Diese Unabhängigkeit ist stets gekoppelt an ein elektrisches ßrfordernis,das von jedem Rundsteuergenerator gewährleistet sein muss:Funktions- und Betriebssicherheit gegenüber praktisch beliebigen induktiven, reellen und kapazitiven Lasten,wie sie durch die Netzimpedanzverhältnisse vielgestaltig möglich sind.Enthalten muss auch der Kurzschlusspunkt sein,da der Generator bei Tastung auf einen Kurzschluss bis zur Sicherungsauslösung keinen Schaden nehmen darf.Derartige Kurzschlussbelastungen sind z.B. möglich bei Tastung auf die kleine heaktanz der Kapazität Ok bei Unterbruch der Sicherung S,. bei Tastung auf Netzkurrzschlüsse,Netzerdschlüsse oder bei,-Tastung auf Isolationsschlüsse im tonfrequenten Anlagenteil. - Die Erläuterungen an Hand des Beispieles der Fig.19 verdeutlichen,zusätzlioh zu den vorausgegangenen Erläuterungen,die Wichtigkeit auch der apparativen stützende Massnahme der durch das erfindungsgemässe Verfahren gewonnenen 100%#en Reserve-Diese Sicherheit soll die Operationen mit derartigen, Reserven auf ein Mindestmass reduzieren.Eine apperative @icher.tae@i@ diese Reserven erübrigt, darf bei den im Vordergrund stahenden sehr grossen Anlagen,bzw. Anlagenverbänden,nicht angen@smen Werden. Mit Blick auf diese apparative Sicherheit im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens ist es weiter zweckmässig, die erwähnten Abschnitte der an Hand der Fig.19 beschriebenen Sendeanlage als funktionsfertige Einheiten derart auszubilden,dass sie,aufgebaut aus anschlussfertigen ßaukomponenten,nur noch von Älemmleiste zu Klemmleiste zusammen-

geschlossen werden müssen,wobei die Freiz i eit in der

Montageanordnung gewährleistet ist,d.h. dassi ontage keine

Beeinflussung der wesentlichen Eigenschaften der Sendeanlage möglich ist;z.B. durch Verstimmung von bchwingkreisen.Ein derartiger Aufbau in funktionsfertigen Einheiten, der einen schnellen und anspruchslosen Wechsel von Teilapparaten gestattet,vervollständigt die im Vordergrund stehenden Sicherheitserfordernisse in wesentlichen betrieblichen Belangen.Der Aufbau in funktionsfertigen Einheiten mit ihren anschlussfertigen Baukomponenten ist durch das .Blockschema der Fig.21 zusammenfassend dargestellt.Die in den Figuren 19 und 21 festgehaltene heihenfolge des Zusammenschlusses der Baukomponenten und ihrer Elemente ist,mit Blick auf günstige Betriebs- und Sicherheitsbelange,wesentlich.
Ein Beispiel für eine Äopplungseinheit KE in Freiluftaufstellung zeigt die Fig.20.Der Reiheakopplungstransformator RKT ist fahrbar auf und wird mittels Trennmesser T mit einem Schrank $usammengeklinkt,der fahrbar auf der gleichen Schiene abgestellt ist und welcher die Sicherungs- und Schwingkreiselemente der Kopplung enthält. Da Sicherungsalemente explosiven Zerstörungen unterworfen sein können,sind sie in einem gesonderten Transformatorsehrank TSA untergebraeht,weloher auf den die Schwiagkreiselemente enthaltenden Kondensatorsehrank ESA abgesatzt ist. Die Montage der so gebildeten Kopplungseinheit KE besteht dieserweise lediglich einerseits im Anschluss der Seile Tl,.T2 an die Hochspannung und andererseits im Klemmleistenanschluss des Tonfrequenzkabels TFK,sowie den zugehörigen Steuer-und Meldeleitungen von der Generatorseite her.Bei den im Vordergrund stehenden sehr oben Netzspannungen und grossen Durchgangsleistungen empfie'lt es sich zu Gunsten der Netzsicherheit,der Tonfrequenzeigenschaften und der Betriebshandhabung die Kopplungseinheit in drei Einphaseneinheiten auszuführen. Das Kopplungsanpassungsfeld KAf,beeinhaltend die Reaktanz Z, sowie das Generatoranpassungsfeld GAF,beinhaltend den Anzapftransformator gT und die Tastung TS bilden zusammen in zwei anschlussfertigen Baukomponenten die funktionsfertige Anpassungseinheit AE.Ihr Standort ist zweckmässig bei der Generatoreinheit GE.

Die Generatoreinheit GE wird in drei ebenfalls anschluss-Baukomponenten G, SF und VF aufgeteilt.-G ist das lediglich die tonfrequente Signalenergie erzeugende Grundagregat.Das Schaltfeld SF enthält sämtliche Elemente für die automatische und manuelle Betriebsführung der Generatoreinheit,ferner sämtliche Instrumente für die Messung und Kontrolle, sowie sämtliche Elemente für die Ansteuerung der Anpassungseinheit und der Kopplungseinheit.Das Yerteilfeld YF ist eine Baukomponente,in der sämtliche Verbindungen zwischen der Kopplungseinheit gE,der Anpassungseinheit AE und der Generatoreinheit GE an Klemmleisten zusammenlaiifensDieses Feld ermöglicht,ohne Eingriff in die bestehende ßehaltunG,den Anschluss mindestens einer Weiteren Kopplungseinheit und einer weiteren Generatoreiaheit.An das Verteilfeld VF ist ferner ein üeberwachungstableau ÜT angeschlossen.Es registriert sämtliche Gefahrenmeldungen aus der Kopplungseinheit KE und der Anpassungseinheit AE und verarbeitet solche zu Alarmmeldungen auf die zentrale Warte.Zur weiteren Förderung der Sieherheit,insbesondere bei Netzkurzschluss während der .Tastung,also bei durchgehend geschlossener Verbindung zwischen RKT und G,ist es vorteilhaft diesen Schaltungszug durchgehend bis an die Klemmen des Generators G auf ein hohes Isolationsniveau gegen Masse zu setzen ,mindestens entsprechend der Spannungsreige 3 kV. Die gesamte Sendeanlage,bezeichnet mit Sendeeinheit SE, bestehend aus Generatoreinheit GE,Anpassungseiaheit AB und Kopplungseinheit KE,wird in ihrer Betriebs- und Befehlsab- wicklung von einer zentralen Bedienungsstelle aus mit Hilfe einer Kommandoeinrichtung geleitet.Die gebräuchlichen Kommandoeinrichtungen in der Rundsteuertechnik sind,mit Blick auf die zu steuernden Anlagen und auf die oft begrenzten Wartungsmöglichkeiten,überwiegend Starkstromgeräte.Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens,mit seinen vorzüglich grossen Anlagen und entsprechenden Wirkräumen,ist es wünschenswert und angemessen,Kommandoeinrichtungen mit grosser Be- fehlskapazität und entsprechender Funktionsbeweglichkeit einzusetzen.Es ist in diesem Sinne zweckmässig,die Kommandoeinrichtung zu unterteilen in ein Kommandosendegerät KSG und ein Kommandoempfangsgerät KEC+,wie im Blockschema der Fig.21 eingetragen,wobei das Kommandosendegerät als eine den iiorsehriften der Fernmeldetechnik entsprechende Einrichtung aufgebaut ist nach den Prinzipien und mit den Mitteln der Nachrichten- bzw. Informationstechnik,währead das Kommandoempfangsgerät die vom Sendegerät empfangenen Informationen umwandelt für die Verarbeitung in der Stark- stromanlage SF,und umgekehrt Betriebs-und Alarminformationen aus dem Schaltfeld SF in geeigneter Form an das Kommandosendegerät übermittelt.Dieser Aufbau der Kommandoeiarichtuag hat den grossen Vorteil,d.ass beim Sendegerät der Anschluss an die vorhandenen Uebertragungswege der Fernmeldetechnik hergestellt ist,und dass anspruchsvolle Funktionsabwieklungen,Programmierungen und deren Ueberwachung mit den bekannten, beweglichen und raumsparenden Operationskomponenten der Nachrichten- und Informationstechnik realisiert werden können. So ist es z.B. von Wichtigkeit die Sendeanlagen der einzelnen Vebergabestellen mit befehlsspeichernden Kommandosendegeräten Aart auszurüsten,dass im Störungsfalle der sendenden Anlage der Sendebetrieb ohne hemmenden Zeitverzug an eine der andern Anlagen der galvanisch geschlossenen Ebene übergeben werden kann.

Ia letzter Konsequenz zu den erörterten apparativea Mass-

nahmen ist es zweokmässig,die Sendeeinheiten SE für eine

einheitliche Leistung vorzusehen;s.B. für eine Netzdurch-

gangsleistuzg der Koppluagstraasformatoren RKT von 200 MW

und für ein toafregueates Uebernahmevermögea der Generator-

einheit GE entsprechend einer Netzlast von mindestens dem

1,5-fachen Wert dieser Durchgangsleistung.Das ermöglicht für

lange Zeiträume Freizügigkeit bezüglich Netzumdispositioaen und

Netzwachatum,sowie Einheitlichkeit der funktionsfertigen

Baueinheiten für die Gesamtheit der Anlagen.

Das erfindungsgemässe Verfahren stellt gegenüber dem bekannten

Stand der Technik einen wesentlichen Fortschritt dar,der

geeignet ist,die Fäudsteuertechnik,iasbesondere bei der Ueber-

lagerung grosser,übergeordneter Koohspannungsebenen,um einen

entscheidenden Schritt weiterzubringen.Es ist ein bewusst

angelegter Schritt zur Einfachheit,zur Abstraktioz,aus der

bekannten Vielfalt heraus,auf das Weseatliehe.Das Wesentliche

ist,nebst.der selbstverständlichen Erfüllung der eigentlichen

Rundateueraufgabe,bei den bei der Erfindung im Vordergrund

steheaden,übergeordneten,grossen Ueberlagerungsobjekten,

die Sicherheit; Sicherheit durch Einfachheit des Funkti®ns-

ausammenhanges,Einfachheit ia der Betriebsübersicht und in

der Betriebshandhabung.Gerade weil dieser wesentliche Schritt,

den das erfindungsgemässe Verfahren beinhaltet *Wach ist,

scheint es sweokdienlieh,das Puadameatale' dies® besonders zu

usteratreichea.Eigaung hierzu bat ein beispielsweises Bild

aus der Mathematik:Die konforme Abbildung eines Pölggoaauges

auf einen greis oder auf eine Gerade,bzw. die Transform@.erung

singulärer Punkte eines Bereiches zu Gunsten der fo-itieit

eines einzigen,z.B. eines ia#s Unendliche oder auf Null ab-

gebildeten Punktes.Diesem Bild entsprechend wurde in der

Beschreibung Ton einem Verfahren der Domiaierung einer eigzigea

Anlage und gezielter Inversion der andern Anlagen g@@.spchen:

Praktisch bringt dieser Schritt das Polgende:Befrcilüg vcn

der komplizierten Systemtechnik der 14ehrpunktsüberlagerung,

Befreiung von etwelchen Forderungen an die Phasenlage der

Steuerfrequenz,Schaffung einer stets verfügbaren vollen

Reserve,hreisügigkeit in der Umgestaltung der galvanischen

Inseln ohne Gebundenheit an ein anspruchvolles Uebersteuer-

system,Vergleichsweise gtinstigste Voraussetzung für kleine

Ueberspielgefahr,da nicht gleichzeitig mehrere Anlagen n#t

am Rückschluss partizipieren müssen.Zusätzlich zu den so ge-

schaffenen Sicherheiten,sind dem erfindungsgemässen Ver-

fahren wiitere stützende Uerkmale eingelagert.Das für die

Sicherheit des Netzbetriebes wesentliche,ist die Kurzschluss-

festigkeit der Reihenankopplungstransformatoren,unabhängig

davon,ob sie in der erstes Viertelperiode eines Kurzschlusses

an der Sekundarseite geöffnet oder geschlossen werden.Die

bis heute gebräuchlichen Reihenkopplungstrausformatoren er-

füllen eine solche Anforderung nieht.Die apparative Sicher-

heit wird weiter erfolgreich gestützt durch einen syste-

matischen Komponentenaufbau der Anlagen und durch eine ent-

sprechende Systematik der Montagetechnik.Gemessen an dieser,

gegenüber der bekannten Technik hertorstecheaden Optimierung

der Sieherheitsbelange,liegt das erfindungsgemässe Verfahren

auch wirtschaftlich gtinstig.Der Aufwand ist nicht grösser

als bei der llehrpunktüberlagerung.Die bei der letzteren bestehende,

theoretische ]Cizsparungsmögliehkeit an Signalenergie kann in

Wirklichkeit nicht nennenswert ausgeschöptt werden und wurde

auch im günstigsten Fall preislich nicht in'n Gewicht fallen.

Die Kosten bei Reihezüberlageruag etwelcher Art werden im

Wesentlichen durch die apparativen Notwendigkeiten des Netz-

betriebes bestimmt.Wenn man die durch das erfindungsgemässe

Verfahre4rzielte 100%-ige Reserve berücksichtigt,hält d..:e

bekannte Technik auch wirtschaftlich einem Vergleich nicht stand.

Claims

Pateatansprüche: 1. RundsteuerVeriahren zur tonfrequenten Ueberlagerung von Energieversorgungsnetzen mittels direkter Aufprägung von tonfrequenten Signalen auf im Inselbetrieb gefahrene, galvanisch geschlossenen Hochspannungsebenen,vorzüglich von grossen,übergeordneten Versorgungsnetzen,deren Abspannung auf Niederspannung über mindestens eine Zwischenspannungsebene erfolgt,wobei,abgesehen von internen Kraftwerken,die Energieversorgung je galvanisch geschlossene Hochspannungsebene im allgemeinen mit mindestens zwei, geografisch verschieden gelagerten,transformatorisehen Uebergabestellen aus der übergeordneten Verbundebene bewerkstelligt wird und Wobei diese transformatorischen Uebergabestellen je mit einer Tonfrequenzsendeanlage ausgerüstet sind,bestehend aus der Generatoranlage und an der Uebergabestelle sekundärseitig eingebauten,für Bike Serieneinspeisung geeigneten Reihenankopplungen,weloh letztere je aufgebaut sind aus einem Reihenankopplungstransformator mit den zugehörigen Schwingkreiselementen, derart dass bei abgetrenntem Tonfrequenzgenerator die Kopplungen automatisch als passive Sperren für die Steuerfrequenz wirken,dadureh gekennzeichnet,dass je galvanisch geschlossene Hochspannungsebene wahlweise stets nur der_geografisch verschieden gelagerten,transformatorischen Uebergabestellen aus tonfrequent,vorzugsweise im Frequenzbereich unterhalb der 5.Harmonischen,überlagert und diese Ebene nur von dieser einen Stelle aus als Ganzes:in einer und nur einer Sendung voll ausgesteuert wird,während die Tonfrequenzgeneratoren der übrigen Uebergabestellen der galvanisch geschlossenen Ebene stillgesetzt sind,wobei je Uebergabestelle die Sendeanlagen mit ihren Kopplungen nach Aufbau und Betriebsführung derart ausgelegt sind, dass einerseits,bezüglich der tonfrequenten Netz-Spannungsabfälle der sendenden Anlagestillgelegte Anlagen die Netzeinspeiseimpedanz in Richtung der übergeordneten Ebene an ihrer Uebergabestelle praktisch eliminieren und dass andererseits die stillgelegten Anlagen jederzeit als volle Reserve zur Verfügung stehen,sei es für die vollumfängliche,alleinige Aussteuerung der eigenen galvanischen Ebene oder zur Herauslösung aus dieser Ebene zwecks Anschluss an eine benachbarte galvanische Insel zur Aussteuerung der letzteren.
2. Verfahren nach Anspruch l,dadurch gekennzeiehnet,dass die Reihenankopplungen in ihrer Eigenschaft als passive Sperren derart ausgebildet sind, dass die tonfrequente Netzeinspeiseimpedanz der gesperrten Uebergabestellen die Netz-Spannungsabfälle der von der sendenden Stelle aufgeprägten tonfrequenten Signale nicht mehr beeinflusst, als ein an ter gesperrten Uebergabestelle zusätzlich installiertes,durchschnittlich übliches,örtliehes Energieübergabevolumen von der überlagerten Spannungsebene an die nachgeordnete Ebene.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,dadurch gekennzeichnet,dass die Steiierfrequenz,unabhängig Ton Last-und Netzfrequenzschwankungen auf mindestens 19b genau gehalten wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadureh gekennzeichnet,dass auf der Basis der an sich bekannten Reihenankopplungen der netzfrequente Beaktanzwert der Hauptinduktivität der in den Energiefluss eingeschalteten Reihenankopplungstransformatoren klein ist gegenüber der tonfrequenzseitigen Netzbürde und dass dieser Wert zudem grössenordnungsmässig kleiner ist als die durchschnittliche Streureaktanz der mit den Kopplungstransformatoren in Reihe geschalteten Uebergabetransformatoren gleicher Durchgangaleistung,derart dass die Reihenkopplungstransformatoren in diesem Bemessungsrahmen zusammen mit der konstruktiven Gestaltung der ober- und unterspannungsseitigen Wicklungen bei der für die Ueberlagerungsebene Torgeschriebenen Kurzschlussleistung (z-B- 5000 MVA bei 110 kV) kurzschlussfest sind,gleiehgültig ob in der ersten Viertelperiode eines Netzkurzschlusses die Bürde auf der Tonfrequenzseite dieser Transformatoren durch elektrische oder elektrodynamische Vorgänge kurzgeschlossen oder geöffnet wird., 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet,dass die mit Sendeeinheit (SE) bezeichnete Tonfrequenzsendeanlage,im Rahmen einer im Prinzip bekannten Schaltung in j funktionsfertige Einheiten mit von der Montage unabhängiger,tonfrequenter Abstimmstabilität aufgebaut ist,bestehend je aus anschlussfertigen Baukomponenten,die nur von Klemmleiste zu Klemmleiste zusammengeschlossen werden,wobei die funktionsfertigen Einheiten und ihre anschlussfertigen Baukomponenten das folgende beinhalten und,ausgehend von der Netzseite, mit allen Elementen in der nachfolgenden Reihenfolge $usammengeschaltet sind: Erstens:die mit Kopplungseinheit (KE) bezeichnete Reihenankopplung,bestehend aus den folgenden Baukomponenten: der Reihenkopplungstransformator (IM) mit den unterspannungsseitigen Trennmessern (T),die Transformatorsehaltaalage (Tal) mit den Sicherungselementen (Si),dem Transformatorsteuerachalter (S), den Spannungsschntzelementen (AB),die Kondensatorsohaltanlage (KSa) mit dem Kondensatorschütz (KS),der Kompensationskapazität (Ck), den Tonfrequenzkabelsicherungen (Sii), Zweitens:die den Kopplungseingang und den Generatorausgang gegenseitig anpassende Anpassungseinheit (U),bestehend aus den folgenden Baukomponenten:das Kopplungsanpassungsfeld (UP) mit der netastrombremsenden Reaktanz (Z),welche vorzugsweise aus einer auf die Steaarfrequenz abge- stimmten Reihenschaltung einer Jnduktivität (L) und einer Kapazität (C) aufgebaut ist,das Generatoranpassungsfeld (GAF) mit der Impuletastung (TS),dem lnzapftransformator (AT) Drittens: die mit Generatoreinheit (GE) bezeichnete Generatoranlage,bestehend aus den folgenden Baukonponenten:der die tonfrequente Signalenergie erzeugende Generator(G),das sämtliche Elemente flir die örtlich- manuelle und automatische,9on einem fernen Kommandogerät geleitete, Steuerung der Sendeeinheit (SE) enthaltende Schaltfeld (SF),das Verteilfeld (VF),in welchem sämtliche Verbindungen einerseits von der Kopplungseinheit und der Anpassungseinheit und andererseits vom Generator ((),dem Schaltfeld (SF) und vom Ueberwaehungstableau (ÜT) an zentralen Klemmleisten zusammenlaufen und in welchem auch die Elemente zur Kompensation des innern Spannungsabfalls des Generator (G) untergebracht sind. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,daduroh gekennze4chnet,dass die Reihenkopplung als funktionsfertige Fre'lufteinheit ausgeführt ist,wobei der Reihenkopplungstransformator fahrbar auf Schienen abgestellt und mittels angebauten Trennmesser mit einem Schrank zusammengeklinkt wird, der fahrbar auf der gleichen Schiene abgestellt ist und der in einem abgeschlossenen,anschlussfertigen Oberteil die Sicherungs- und Schutzelemente und in einem ebenfalls anschlussfertigen Unterteil die tonfrequenzseitigen Schwingkreiselemente der,als Ganzes funktionsfertig ausgebildeten,Reihenankopplung enthält. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet,class an den mit Sendeanlagen versehenen Energieübergabestellen Reihenankopplungen mit einer ein- heitlichen Versorgungsdurehgangsleistung und Generatoranlagen mit einer einheitlichen Tonfrequenzleistung zu Grunde gelegt sind. B. Verfahren nach dem Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, dass,bezogen auf eine von 110 kV, die einheitliche Versorgungsdurchgangsleistung der Reihenankopplungen 200 MW beträgt und dass die Tonfrequenzleistung der einheitlichen Generatoranlagen je ausreicht,ein Netzlastvolumen entsprechend mindestens dem 1,5 -.fachen Wert dieser Versorgungsdurchgangsleistung auszusteuern. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 8,dadureh gekennzeichnet,dass die tonfrequenzseitigen Schwingkreiselemente deriiKopplungen von den unterspannungsseitigen Klemmen der Reihenkopplungstransformatoren mittels eines Schalters,bezeichnet als Transformatorsteuerschalter, abgetrennt und an diese wieder zugeschaltet werden,insbesondere derart,dass bei der sendenden Anlage,dureh automatische Fernbetätigung von dieser Anlage aus,aueh bei den stillgelegten Anlagen vor Beginn einer Sendung dieser Schalter geschlossen und nachbBeendigung der Sendung wieder geöffnet wird. 10. Verfahren nach Unteranspruch 9,dadureh gekennzeichnet, dass an Stelle des Schalters ein moto@°@.ngetriebener Trenner vorgesehen ist,welcher mit einem Kondensatorschütz (gS), das den kapazitiven Netzstrom durch die Kompensationskapazität (C k) abzuschalten vermag,und das mit dem Motortrenner in folgerichtiger Verriegelung zusammenarbeitet. 11. Verfahren nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet,dass der.gesamte .Schaltungszug ab den Unterspannungsklemmen des Reihenkopplungstransformators (IM) bis zum Generatoreingang im Verteilfeld (VF) durchgegend auf ein hohes Isolationsniveau gegen Masse,entsprechend einem Vielfachen des Isolationsniveaus der tonfrequenten Betriebsspannung, gesetzt ist. 12. Verfahren nach einem der 1 bis 5,dadureh gekennseiahnet,dass die Kommandoeinriehtung,die die Betriebs- und Befehlsabwicklung der Sendeanlage von einer fernen Stelle aus leitet,aufgeteilt ist in ein Kommando- sendegerät (KSG) und %ommandoempfangsgerät (KEG),wobei das Kommandosendegerät als eine den Vorschriften der Fernmeldetechnik entsprechende Einrichtung aufgebaut ist nach den Prinzipien und mit den Mitteln der Nachrichten- technik bzw. der Informationsteohaik,währead das Kommando- empfangsgerät die vom Kommandosendegerät empfangenen _ Informationen umwandelt für die Verarbeitung im Stark- stromschaltfeld (SF),und umgekehrt Betriebs- und Alarm- informatioaen aus dem Schaltfeld (SF) in geeigneter Form an das Kommandosendegerät übermittelt. 13. Verfahren nach Anspruch 12,dadurch gekenn$eichnet,dass die Kommandosendegeräte der Sendeanlagen der einzelnen Ueber= gabestellen derart mit Befehlsspeichern ausgerüstet sind, dass im Störungsfalle der sendenden Anlage der Sendebetrieb ohne hemmenden Zeitverzug an eine andere Anlage der ge- meinsamen,galvanisch geschlossenen Hochspannungsebene übergeben werden kann. 14. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 12,äadureh gekena- zeichnet,dass an das Verteilfeld (Y7) eia Ueberwaehungs- tableau (ÜT) angeschlossen ist,das sämtliche Gefahren- meldungen aus der Kopplungseinheit (KZ) und der Anpassungs- einheit (AB) registriert und sie verarbeitet zu Alarm- meldungen über das Schaltfeld (SF) an die Alarmeinrichtung des Kommandosendegerätes (gSG).