DE19906457B4

DE19906457B4 - Elektrische Energieübertragungsstrecke

Info

Publication number: DE19906457B4
Application number: DE1999106457
Authority: DE
Inventors: Christian Tuttas
Original assignee: Tuttas Christian Dr-Inghabil
Current assignee: Tuttas Christian Dr-Inghabil
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2019-02-17
Also published as: DE19906457A1

Abstract

Elektrische Energieübertragungsstrecke mit deutlich reduzierten Kurzschlußströmen bei einem Leitungsfehler, dadurch gekennzeichnet, daß zwei möglichst gleich aufgebaute, m-phasige Leitungen (1) am Anfang und Ende auf die Sekundärwicklungen (2) und (3) von zwei m-phasigen Transformatoren geführt sind, die auf jeder Seite baugleich ausgeführt sein sollten und deren in Reihe geschaltete Primärwicklungen (4) und (5) den Eingang (6) und Ausgang (7) der Energieübertragungsstrecke bilden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Energieübertragungsstrecke.

Die elektrische Energie wird heute üblicherweise durch dreiphasige Wechselstromsysteme (Drehstromsysteme) übertragen. Daneben gibt es aber auch ein- und zweiphasige Systeme, die überwiegend zur Bahnstromversorgung dienen.

Eine Energieübertragungsstrecke besteht in der Regel aus einem Eingangstransformator zum Anschluß des Generators, einer Leitung (Freileitung, Kabel) für den Energietransport und einem Ausgangstransformator zum Anschluß der Verbraucher.

Selbst bei sorgfältiger Planung und Ausführung einer Übertragungsstrecke können im Betrieb Leitungsfehler auftreten. So haben zwei- und dreipolige Fehler auf einer Drehstromleitung kurzschlußartige Ströme zur Folge. Sie müssen innerhalb weniger 100 ms durch Abschaltung oder dreipolige Kurzunterbrechung (KU) beseitigt werden, um Personen und Anlagenteile nicht zu gefährden. Das Auftreten eines mehrpoligen Fehlers ist immer mit einer Beeinträchtigung des Energietransports zum Verbraucher verbunden. Selbst kurze Versorgungsunterbrechungen können in Industriebetrieben technologische Prozesse empfindlich stören und hohe Folgeschäden verursachen.

Bei einpoligen Fehlern liegen die Verhältnisse etwas anders. Zwar können auch hier kurzschlußartige Ströme auftreten. Sie lassen sich aber durch spezielle Maßnahmen auf relativ kleine Werte begrenzen. Dazu müssen die Sternpunkte von Ein- und Ausgangstransformator isoliert oder über Petersenspulen geerdet werden. Man spricht dann nicht mehr von einem Kurzschluß, sondern von einem Erdschluß. Dieser ist durch einen geringen Fehlerstrom im „kranken" Leiter und überhöhte Erdspannungen an den beiden „gesunden" Leitern gekennzeichnet. Eine erdschlußbehaftete Leitung braucht nicht unbedingt abgeschaltet zu werden. Sie läßt sich weiter zum Energietransport nutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Energieübertragungsstrecke so aufzubauen, daß bei einem ein- oder mehrpoligen Leitungsfehler keine kurzschlußartigen, sondern nur geringe, erdschlußartige Fehlerströme fließen, die nicht zwangsläufig abgeschaltet zu werden brauchen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere in der Erhöhung der Versorgungszuverlässigkeit von Energieübertragungsstrecken. Bei einem Leitungsfehler und KU-Maßnahmen zu seiner Beseitigung wird der Energiefluß zum Verbraucher nicht beeinträchtigt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
1 die grundsätzliche Ausbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energieübertragungsstrecke mit zwei einphasigen Leitungen,
2 die Strom- und Spannungsverteilung längs der Energieübertragungsstrecke im ungestörten Betrieb,
3 die Strom- und Spannungsverteilung längs der Energieübertragungsstrecke bei einem Leitungsfehler,
4 eine abweichende Ausbildung der Energieübertragungsstrecke mit Spartransformatoren,
5 eine weitere Ausbildung der Energieübertragungsstrecke mit zwei dreiphasigen Leitungen.
Die Ausbildung nach 1 besteht aus zwei einphasigen, vorzugsweise gleich aufgebauten Energieübertragungsstrecken, die an ihren Ein- und Ausgängen in Reihe geschaltet sind. Jede Teilstrecke setzt sich zusammen aus einem Eingangstransformator mit der Primärwicklung 4 und der Sekundärwicklung 2, einer Leitung 1 sowie einem Ausgangstransformator mit der Primärwicklung 5 und der Sekundärwicklung 3. Die Leitung 1 ist mit den Sekundärwicklungen 2 und 3 verbunden. Die beiden Teilstrecken sind am Ein- und Ausgang miteinander verknüpft. Dabei bilden die in Reihe geschalteten Primärwicklungen 4 der Eingangstransformatoren die Eingangsklemmen 6 der Energieübertragungsstrecke. Auf die Ausgangsklemmen 7 sind die in Reihe geschalteten Primärwicklungen 5 der Ausgangstransformatoren geführt. Der Generator wird mit dem Eingang, die Verbraucher werden mit dem Ausgang der Übertragungsstrecke verbunden.
2 zeigt das Verhalten des Systems im ungestörten Betrieb unter der Voraussetzung, daß alle Transformatoren gleich aufgebaut sind und ein Übersetzungsverhältnis von Primärspannung : Sekundärspannung = 1 : 2aufweisen. Die sich einstellende Strom- und Spannungsverteilung braucht nicht weiter kommentiert zu werden.
Interessanter ist das Verhalten im Fehlerfall. 3 stellt die Strom- und Spannungsverteilung bei einem Leitungskurzschluß dar. Die fehlerbehaftete Leitung fällt für den Energietransport aus, da die Leiterspanung näherungsweise auf Null zusammenbricht. Die Energie wird nun vollständig von der „gesunden" Leitung übertragen, deren Leiterspannung auf den doppelten Wert von 2 U ansteigt. Die in Reihe geschalteten Transformatorprimärwicklungen erzwingen auf ihren Sekundärseiten eine Stromververteilung, die auch durch einen Leitungsfehler nicht gestört wird. Somit ergibt sich ein Kurzschlußstrom von I_k = 0. Die Leitung braucht daher nicht abgeschaltet zu werden.
Ein Fehlerstrom von I_k = 0 ist nur theoretisch möglich. Aufgrund der in 3 angedeuteten Leitungskapazitäten C wird sich immer ein geringer Reststrom einstellen: Ik = IF = 2UωC
Dieser Wert läßt sich noch weiter reduzieren, wenn die Leiterkapazitäten durch Ladestromkompensationsdrosselspulen kompensiert werden.
Im Energieübertragungssystem nach 1 sind KU-Maßnahmen zur Fehlerbeseitigung möglich, ohne daß es zu einer Unterbrechung des Energietransports kommt. Der Fehlerstrom erlischt, wenn die fehlerbehaftete Leitung am Anfang und Ende kurzgeschlossen wird. Nach Aufhebung des Kurzschlusses stehen dann wieder beide Leitungen für den Energietransport zur Verfügung. Das günstige Fehlerverhalten der Energieübertragungsstrecke ist nicht mehr gegeben, wenn auf beiden Leitungen gleichzeitig ein Kurzschluß auftritt. In diesem Fall fließen große Fehlerströme, die eine sofortige Abschaltung beider Leitungen notwendig machen.
An der Wirkungsweise der in 1 dargestellten Energieübertragungsstrecke ändert sich nichts, wenn statt zwei n Teilstrecken eingangs- und ausgangsseitig in Reihe geschaltet werden. Bei einer Transformatorübersetzung von 1 : n steigt im Fehlerfall die Spannung U_F an den „gesunden" Leitern nur noch auf UF = (nU)/(n + 1)an, der Fehlerstrom I_F erhöht sich dagegen auf IF = nUωC.
Nach 4 können die Transformatoren am Ein- und Ausgang der Energieübertragungsstrecke auch durch kostengünstigere Spartransformatoren 8 und 9 ersetzt werden. Mit dieser Ausführungsform lassen sich aber nur zwei Teilstrecken speisen.
Die elektrische Energieübertragungsstrecke kann sinngemäß auch mehrphasig aufgebaut sein. So ist die Ausbildung nach 5 durch zwei ein- und ausgangsseitig in Reihe geschaltete, dreiphasige Übertragungsstrecken gekennzeichnet. Die Mehrphasigkeit hat keinen Einfluß auf das Fehlerverhalten des Systems. Auch hier können sich bei einem Leitungsfehler (ein-, zwei- oder dreipolig) nur geringe, erdschlußartige Ströme ausbilden, die nicht unbedingt abgeschaltet zu werden brauchen.

Claims

Elektrische Energieübertragungsstrecke mit deutlich reduzierten Kurzschlußströmen bei einem Leitungsfehler, dadurch gekennzeichnet, daß zwei möglichst gleich aufgebaute, m-phasige Leitungen (1) am Anfang und Ende auf die Sekundärwicklungen (2) und (3) von zwei m-phasigen Transformatoren geführt sind, die auf jeder Seite baugleich ausgeführt sein sollten und deren in Reihe geschaltete Primärwicklungen (4) und (5) den Eingang (6) und Ausgang (7) der Energieübertragungsstrecke bilden.
Elektrische Energieübertragungsstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Reduktion der Fehlerströme die Leitungen (1) mit Ladestromkompensationsdrosselspulen versehen sind, die die Leitungskapazitäten kompensieren.
Energieübertragungsstrecke nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei, vier oder mehr Leitungen (1) am Anfang und Ende von jeweils drei, vier oder mehr Transformatoren gespeist werden, deren Primärwicklungen (4) und (5) in Reihe geschaltet sind.
Energieübertragungsstrecke nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei m-phasige Leitungen (1) am Anfang und Ende von jeweils zwei m-phasigen Spartransformatoren (8} und (9) gespeist werden.