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Anordnung zur Uberwachung der Resonanzabstimmung in durch ErdschlußlöschsEulen
geschützten Netzen Es ist eine bekannte betriebliche Notwendigkeit, in gelöschten
Netzen die Einstellung der Erdschlußspulen dahingehend zu -über= wachen, daß bei
Veränderungen im Netz die Induktivität der Erd= schlußspulen den neuen Netzverhältnissen
angepaßt wird, um für den Erdschlußfall möglichst günstige Löschbedingungen, d.
h. ei= nen minimalen Reststrom, zu gewährleisten. Die Anpassung der Löschinduktivität
erfolgt in neuerer Zeit durch stufenlos re= gelbare Tauchkernspulen und die Kontrolle
der Abstimmung vird entweder an Hand des sogenannten Netzplanes vorgenommen, aus
dem ersichtlich ist, mit welchen Erdschlußströmen bei bestimmten Netz= verhältnissen
zu rechnen ist, oder wird selbsttätig arbeitenden Abstimmungskontrolleinrichtungen
überlassen.
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Ein bekanntes automatisierbares Abstimmungsverfahren beruht auf der
Tatsache, daß im Resonanzfall einem Schwingkries nur Wirk= leistung zuzuführen ist,
während die Blindleistung, einmal ante= stoßen, zwischen dem induktiven und dem
kapazitiven Energiespdicher hin und herpendelt. Dem zu überwachenden Netz wird eine
zu= sätzliche Spannung zugeführt und es wird dann die Tauchkernspule so lange verstellt,
bis die dem aus Tauchkernspule und Netzkapa= zität gebildeten Schwingkreis zugeführte
Blindleistung Null wird (deutsche Pat.Schrift 630.999, 760.151 und 761.177). Dieses
Ver= fahren hat den Nachteil, daß es einer Hilfsstromquelle mit netz= fremder Frequenz
bedarf, daß also die Bereitstellung bedeutender Meßenergie in Form von Umformersätzen
oder Umrichtern erforder= lich ist und daß die Abstimmung mit einem Fehler behaftet
ist, der der Differenz zwischen Meßfrequenz und Netzfrequenz troportional ist.
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Ein weiteres Verfahren macht sich den Umstand zunutze, daß in jedem
Netz eine Unsymmetrie der Erdkapazitäten gegeben ist, die auch im erdschlußfreien
Netzzustand eine sogenannte Verlagerungs= spannung des Spannungsnullpunktes verursacht,
und daß diese Ver= lagerungsspannung im Resonanzfall ihr Maximum annimmt. Bei diesem
Verfahren wird also der absolute Wert der Verlagerungsspannung als Maß für die erzielte
Abstimmung genommen (siehe die deutsche Pat.
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Anmeldung L 18.t17 oder den Aufsatz "Neue selbsttätige Regelung stufenloser
Petersen-Spulen", W. Krämer, VDE-Fachberichte 13. Band 1949, S. 52 ff.). Ein Regler,
der nur das Betragsmaximum der Ver= lagerungsspannung aufsicht, ist in seiner Wirkungsweise
vom Ver= lauf dieser Kurve in Abhängigkeit von der Verstellung der Petersen-Spule
abhängig. Dieser Verlauf wird vom Verhältnis der Verlustwi= derstände zu den Blindwiderständen
bestimmt, deren Verhältnis je= doch von Netz zu Netz in großem Ausmaße schwankt,
sodaß für den Einsatz eines solchen Reglers umfangreiche Untersuchungen erfor derlich
sind. Überdies kann dieses Verhältnis auch für ein be= stimmtes Netz durch Änderung
des Isolationspegels, durch Austausch von Spulen usw. so verändert werden, daß es
zum Ausfall einer sol= chen Regelung kommen kann.
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Ein weiterer bekannter Vorschlag zur Überwachung des Abstimmungs=
grades (siehe "Ein neuer Abstimmungsmesser für Erdschlußlöschspu= len", B. Mengele,
Eut, 17. 5. 36, S. 229 ff.) geht dahin, künst= lich einen geringen Erdschluß zu
schaffen und den Verlauf der da= mit verursachten zusätzlichen Sternpunktverlagerung
zu überwachen.
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Der Nachteil dieses Vorschlages liegt darin, daß vor der Kontrolle
der Abstimmung in der Meßeinrichtung der Effekt der natürlichen Verlagerung des
Netzes von Hand kompensiert werden muß, sodaß eine Automatisierung der Abstimmungskontrolle
nur mit großem Auf wand möglich wäre.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen Weg zur Ab= stimmungskontrolle
von Erdschlußspulen aufzuzeigen, welcher mit Netzfrequenz arbeitet, von den zufälligen
Schwankungen der Ver
lustwiderstände im Netz unabhängig ist und
mit verhältnismäßig geringem gesätetechnischen Aufwand auskommt. Dieser Weg ist
auch besonders geeignet zur Automatisierung der Einstellung von Erd= schlußlöschspulen
und kommt somit dem Trend nach unbesetzten Netzstationen gerade in Mittelspannungsnetzen
entgegen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Überwachung der Resonanzabstimmung
in durch Erdschlußlöschspulen geschütSGn Net= zen, wobei in erfindungsgemäßer Weise
in das zu überwachende Netz zvischen Sternpunkt-und Erde verschiedene Wirkwiderstände
einge= schaltet verden, bei den verschiedenen Wirkviderständen der'pha= senwinkel
der Verlagerungsspannung mit der fixen Phasenlage einer Bezugsspannung verglichen
wird und der Resonanzzustand dadurch erfasst wird, daß die Phasenlage zwischen der
Verlagerungsspan= nung und der Bezugsspannung trotz sich ändernder Wirkwiderstände
die gleiche bleibt.
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Der erfindungsgemäße Vorschlag soll nachstehend an Hand theoreti=
scher Überlegungen näher erläutert und begründet werden. In Fig. 1 ist ganz schematisch
das Ersatzschaltbild eines mit einer Unsymme= trie (repräsentiert durch die zusätzliche
Erdkapazität n C der Phase 1) behafteten Dreiphasennetzes dargestellt. Die Speisespan=
nung ist mit lot angedeutet, die drei gleichen Erdkapazitäten mit C, die Löschinduktivität
mit L und die Wirkwiderstände mit R. Un= tervirft man ein solches Netz der Behandlung
mit Hilfe der symme= trischen Komponenten, so ergibt sich der 4ber die kapazität
ß C Fließende
| Strom zu * { [/ 3KSC - |
| » C +vX?Co |
| Strom |
wobei die Mitkomponente der Spannung der Phase 1 ist, velche voraussetzungsgemäß
mit der zusätzlichen tapazitAt a C behaftet ist. Diese Spannung soll nachstehend
als treibende Spannung be= zeichnet werden.
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Die Verlagerungsspannung xd,, Netzmittelpunktes gegen Erde be= rechnet
sich sodann nach folgender Formel:
An Hand dieser Gleichung läßt sich die Abhängigkeit der Verla=
gerungsspannung aJ0von der Einstellung der Erdschlußlöschspule interpretieren. Zunächst
läßt sich aus ihr die Tatsache entneh= men, daß die Verlagerungsspannung im Resonanzfall
ihr Maximum erreicht, ein Umstand, den sich das beim Stand der Technik an zweiter
Stelle geschilderte Abstimmungsverfahren zunutze macht.
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Fur die Abstimmung der Erdschlußlöschspule auf ein gegebenes Netz
sind sämtliche Größen der obigen Gleichung als konstant an= zusehen, mit Ausnahme
der Spuleninduktivität L. Nach der Ortskur= ventheorie beschreibt diese Gleichung
in der RX-Ebene einen Kreis durch den Ursprung. Um die Aussage einer solchen Ortskurve
zu verdeutlichen, soll jedoch ihre Skalierung nicht in absoluten Werfen der Induktivität
erfolgen, sondern in dem bezogenen Maß der Verstimmuncr v. deren Definition wie
folat ist:
Mit Benutzung der obenstehend definierten Verstimmung v kann 0 durch nachstehende
Gleichung wiedergegeben verden.
In Fig. 2 ist die im Nenner der Gleichung ur #' tretende Ge= rade und der durch
Inversion am Einheitskreis entstehende Kreis durch den Ursprung dargestellt. Durch
den im Zähler stehenden Zeiger mit einem fixen Betrag multipliziert und um 900 gedreht
ist als endgültiges Ergebnis in Fig. 3 das rreisdiagramm der Verlagerungsspannung
0 innerhalb der feststehenden verketteten Spannungen dargestellt. Der für die Praxis
interessante Teil dieser Ortskurve vom Fehlen einer Erdschlußspule (Verstimmung
v t 1) ttber die ideale Abstimmung (v = O) bis zu einer leichten Überkompensation
(v<O) ist in dieser Figur stark ausgezogen.
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Als für den nachstehend geschilderten erfindungsgemäßen Weg zur tiberwachung
des Abstimmungsgrades einer Erdschlußlöschspule we= sentlicher Umstand ist diesem
Diagramm zu entnehmen, daß bei Re= sonanzabstimmung (v = 0) der Phasenwinkel zwischen
der Verlage= rungsspannung 2 (Null-System) und der treibenden Spannung (Mitkomponente
der Spannung jener Phase, velche mit einer zu=
sätzlichen Erdkapazität
behaftet ist) ein rechter Winkel ist und dies unabhängig von der Größe der in dem
Netz vorhandenen Wirk= widerstände R. Zeigt sich also, daß trotz sich ändernder
Wirk= widerstände der genannte Phasenwinkel ein rechter bleibt, so ist das ein Kriterium
dafür, daß die Resonanzabstimmung gegeben ist.
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Weicht anderseits dieser Winkel vom rechten Winkel nach der einen
oder anderen Richtung ab, -so ist das ein Zeichen dafür, daß Unter-oder Überkompensation
vorliegt, und man kann abhängig vom Ergebnis dieses Phasenvergleiches die erforderliche
Verstellung der Erd= schlußlöschspule veranlassen, Natürlich kann das Ergebnis dieses
Phasenvergleiches auch über einen Regler erfaßt und zur automati= schen Verstellung
der Erdschlußlöschspule im gewünschten Sinn ver= wendet werden.
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Nun ist aber in der Praxis die für die Erläuterung des erfindungs=
gemäßen Vorschlages getroffene Annahme1 daß nur eine Phase mit ei= ner zusätzlichen
Erdkapazität a c behaftet ist, nicht zutreffend.
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Vielmehr besitzen alle drei Phasen verschiedene Erdkapazitäten und
man müßte, um den tatsächlich gegebenen Verhältnissen gerecht zu werden, zwei verschieden
große zusätzliche Erdkapazitäten # C1 und A C2 in Rechnung stellen. Demgemäß setzt
sich die treibende Spannung # anteilig aus zwei Mitkomponenten zusammen, die weder
einzeln noch in ihrer Summe meßtechnisch erfaßt werden können Man kann sich aber
einfach dadurch helfen, daß man die Phasenlage der Verlagerungsspannungt mit der
fixen Phasenlage einer Bezugs= spannung vergleicht und kann aus dem Umstand, daß
sich diese pha= senlage bei Veränderung der Wirkwiderstände im Netz nicht verän
dert, schließen, daß die Erdschlußspule auf Resonanz mit der Netz kapazität abgestimmt
ist. Ändert sich die Phasenlage zwischen den beiden genannten Spannungen bei Veränderung
der Wirkwiderstände im Netz, so ist die Induktivität der Erdschlußldschspule in
der einen oder anderen Richtung zu verändern. Der gerätetechnische Aufwand für die
erfindungsgemäße Überwachung ist sehr einfach. Zur Ver= änderung der Wirkwiderstände
können der Erdschlußlöschspule ein oder mehrere ohm'sche Widerstände in Serie oder'parallelgeschal=
tet werden, die im normalen Betrieb überbrückt oder ausgeschal= tet sind und nur
für den Uberwachungsvorgang eingeschaltet werden.
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In Fig. 4 ist dies durch den Widerstand R1 und den Schalter S an=
gedeutet,
Für den Vergleich der Phasenlage zweier Spannungen sind entsprechende Meßschaltungen
bekannt.
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Im Hinblick auf die Automatisierung der jeweils optimalen Abstim=
mung hat der erfindungsgemäße Weg gegenüber jenem bekannten Verfah= ren, welches
den absoluten Wert der Verlagerungsspannung als Re= gelkriterium nimmt, den folgenden
Vorteil. In Fig. 5 ist in einem Diagramm die Abhängigkeit des Absolutwertes der
Verlagerungaspan= nung vom Abstimmungsgrad dargestellt. Dem Diagramm ist zu entneh=
men, daß durch einen bestimmten, vom Maximum verschiedenen Abso= lutwert der Verlagerungsspannung
nur ausgesagt ist, daß eine Ver= stimmung vorliegt, nicht aber ob Unter- oder Überkompensation
ge= geben ist und daher die Entscheidung über die Verstellrichtung der Löschinduktivität
zunächst noch offen ist. Im erfindungsgemäßen Fall hingegen ändert, wie dies die
Fig. 6 erkennen läßt, der Pha= senwinkel beim Übergang vom Unter- zur Überkompensation
sein Vor= zeichen und dieses gibt daher schon bei der ersten Messung einen Hinweis
für die Richtung, in der die Löschspule zu verstellen ist.
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Das ist, wie leicht einzusehen ist, ein wesentlicher Vorteil für die
Automatisierung des Abstimmungsvorganges abhängig von dem Meßergebnis.