DE453993C - Anordnung zur Erhoehung der Hochfrequenzstromaufnahme eines Krafttransformators in einem Netz, dem ein Hochfrequenzfernmeldestrom ueberlagert ist - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Übertragung hochfrequenter Trägerströme für Fernmeldezwecke über elektrische Kraftnetze — hauptsächlich für drahtgerichtete Rundsendung — und bezweckt, die elektrischen Eigenschaften der Kraftverteilungstransformatoren für hohe Frequenzen abzuändern, weil sich gezeigt hat, daß diese unter gewissen Bedingungen unfähig sind, hochfrequente Ströme zu übertragen und weil auf diese Weise eine gleichförmigere Verteilung des Trägerstromes über das ganze Kraftnetz erzielt werden soll.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß in elekirischen Kraftverteilungsanlagen, denen Hochfrequenzströme überlagert werden, wie z. B. bei der Drahtrundsendung, zwischen etwa gleich weit von der Zentrale, in denen der Trägerstrom ins Netz eingeleitet wird, ent-

fernten Teilnehmern oft ein erheblicher Unterschied in der Empfangsstärke besteht. Diese Erscheinung gründet sich, wie sich gezeigt hat, in einigen Fällen auf die Tatsache, daß gewisse Krafttransformatoren, die nicht

dafür gebaut sind, Hochfrequenz durchzulassen, eine so hohe Eingangsimpedanz, vom Netz aus gesehen, haben, daß nur sehr wenig Hochfrequenzstrom durch die primären Windungen durchtreten kann und infolgedessen keinen.genügenden Hochfrequenzstrom in den Sekundärwindungen induzieren kann. Der Fehler kann durch Hochfrequenzumgehungsleitungen zwischen der Primär- und Sekundärwicklung behoben werden, dazu sind aber kostspielige, besonders unterzubringende und zu montierende Kondensatoren nötig.

Die vorliegende Erfindung bringt eine abweichende Lösung der Aufgabe und macht den Gebrauch von Umgermngskondensatoren überflüssig, vermindert die Kosten, die mit der Anwendung von Umgehungskondensatoren verbunden sein würden, erheblich und hat sich als eine bemerkenswerte Verbesserung der Leistungsfähigkeit herausgestellt.

Zur praktischen Ausführung dieser Erfindung wird eine Hilfsinduktanz in Reihe mit der Primär- oder Eingangswicklung eines Transformators geschaltet. Der Wert dieser Hilfsinduktanz wird vorzugsweise so gewählt, daß die effektive Gesamtinduktanz bei der in Betracht kommenden Frequenz für Primärwicklung und Hilfsinduktanz zusammen entweder praktisch Null ist oder auf einen gewünschten Betrag, der von den Erfordernissen des einzelnen Falles abhängt, vermindert ist. Durch die so ermöglichte vollkommene oder teilweise Abstimmung können verhältnismäßig starke Hochfrequenzströme durch die Primärwicklung des Krafttransformators durchgeschickt werden, und

diese verursachen einen entsprechenden Anstieg des Hochfrequenzstromes in den Windungen der Sekundärwicklung und infolgedessen in den Drahtsendungsempfangsappäraten des Teilnehmers oder der Teilnehmer. Da die Drahtrundsendung über elektrische Lichtnetze noch verhältnismäßig neu ist und umfassende Versuchsergebnisse fehlen, so mußten die Hochfrequenzfehler 'der verschiedenen Typen und Großen von Verteilungstransformatoren durch tatsächliche Versuche auf den von den verschiedenen Transformatoren bedienten Teilnehmerstationen festgestellt werden. Nachdem so das Vorhan- *5 densein der Fehler festgestellt war, ergab eine darauffolgende Untersuchung und Bestimmung der Hochfrequenzeigenschaften der Transformatoren die Gründe für diese Fehler und lieferte das jetzige Verfahren zur Ausgleichung.

Zum leichteren Verständnis der Beschreibung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.

Abb. ι ist ein Schema einer Kraftübertragungsstrecke, der ein Hochfrequenzträgerstrom überlagert sein soll, mit einem die Leiter überbrückenden Transformator.

Abb. 2, 3, 4 sind Reaktanz und Widerstandskurven.

Abb. 5 ist das Ersatzschema für die Hochfrequenzimpedanz der Primärwicklung des Transformators in Abb. 1.

Abb. 6 ist das Schema einer Kraftverteiiungsstrecke mit Transformator wie in Abb. r, jedoch mit einer Hilfsinduktanz in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators.

Abb. 7 ist ein Ersatzschema für die Primärwicklung des Transformators mit Hilfsinduktanz nach Abb. 6.

In Abb. ι sind 1 und 2 zwei Leiter in einer Kraftübertragungsstrecke, die niederfrequenten Kraftstrom, gewöhnlich von verhältnismäßig hoher Spannung, und außerdem einen Hochfrequenzsignal- oder -trägerstrom führt; 3 ist die Primärwicklung eines Krafttransformators 4 und ist zwischen die Leiter geschaltet. Die Sekundärwicklung 5 ist an ein Ortsverteilungsnetz 6, 7, 8 angeschlossen, und ihre Mitte ist gewöhnlich geerdet, wie bei 9 angedeutet. In das Netz 6, 7, 8 sind Lampen oder andere Energieverbraucher 10 und Rundsendeempfänger 11 eingeschaltet.

Der Hochfrequenzstrom /, der infolge der Hochfrequenzspannung B an den Klemmen der Primärwicklung durch diese fließen wird, ist gegeben durch

(i) J = E]Z₁

worin Z die für die betreffende Hochfrequenz wirksame Eingangsimpedanz des Transformators ist. Je niedriger der Wert von Z, um so größer ist für ein gegebenes E der Wert von /.

Die Impedanz Z setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, Widerstand und Reaktanz." Durch Versuche ist festgestellt, daß die Reaktanz eines Transformators, von der Hochspannungswicklung aus gesehen, sich mit der Frequenz in einer Weise ändert, die durch Kurve 12 in Abb. 2 veranschaulicht ist. Man sieht, daß bei der Frequenz ο oder bei Gleichstrom die Reaktanz ο ist; bei niedrigen Frequenzen hat sie einen verhältnismäßig niedrigen positiven Wert, d. h. die induktive Reaktanz überwiegt, sie wächst dann mit wachsender Frequenz zu einem positiven Höchstwert und fällt durch ο zu einem negativen Höchstwert, d. h. es besteht jetzt kapazitative Reaktanz, die sich mit weiterem Steigen, der Frequenz asymptotisch Null nähert.

Die Frequenz fo kann von der Größenanordnung einiger 1 ooo Perioden sein; ihr genauer Wert hängt von der Größe des Transformators, seiner Belastung und anderen Größen ab.

_ JDie Widerstandskomponente der Impedanz als Funktion der Frequenz ist durch die Kurve 13 der Abb. 3 gegeben und ist, wie dargestellt, durchweg positiv, indem sie bei fo einen hohen Wert erreicht.

Bei gegebener Frequenz/ ist die Impedanz, ausgedrückt durch

V·) ^ — V ' τ V— ■* ) g5

und da χ negativ, d. h. kapazitativ ist, so ist

worin f die Frequenz und C die in dem betreffenden Frequenzbereich wirksame Kapazität der Wicklung ist.

Vom Standpunkt der Leiter ι und 2 gesehen, hat der Transformator 4 bei der Frequenz f die Charakteristik wie eine Reihenschaltung aus Widerstand und Kapazität und kann als solche dargestellt werden, wie in Abb. 5 geschehen. Der den Kreis durchfließende Strom ist durch die Gleichung (1) gegeben.

Übliche Werte von r, x' und Z sind z. B. bei einem bestimmten i-Kilowatt-Transformator und bei einer Frequenz von 40 000 Perioden: r = 7 000 Ohm, x' = 530000hm, Z = 53 500 Ohm.

Aus Gleichung (1) ist es klar, daß man eine Vergrößerung des Stromes J durch eine Verkleinerung des Wertes von Z erhalten kann. Bei gleichbleibender Frequenz kann die Impedanz Z durch Verminderung einer ihrer beiden Komponenten, r oder x', vermindert werden—die letztere bietet die unmittelbarste Möglichkeit. Indem man in Reihe mit der

Primärwicklung 3 eine Hilfsinduktanz, wie in Abb. 6 dargestellt, anbringt, wird die kapazitative Reaktanz entweder ganz oder teilweise aufgehoben. In Abb. 6 ist die Hilfsinduktanz mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet.

Die Art, wie die kapazitative Reaktanz vermindert wird, ist durch die Kurve 12 und 14 der Abb. 2 und Kurve 15 der Abb. 4 dargestellt. Die Reaktanz einer reinen Induktanz ist gegeben durch

(4)

x" = 2 · π' f' L₁

worin / die Frequenz und L die Induktanz bedeutet.

Dies ist die Gleichung einer geraden Linie mit den Koordinaten x" und /, die durch die Kurve 14 in Abb. 2 dargestellt ist. Die tatsächliche Reaktanz des Kreises 16,3 der Abb. 6 ist die algebraische Summe der Ordinaten der Kurven 12 und 14, die die Kurve 15 der Abb. 4 ergeben, also ist in Abb. 4

Wenn x" = x' ist, wird natürlich x'" = o. Jetzt hat, gesehen vom Standpunkt der Leiter 1, 2, der Kreis (Abb. 6) die Charakteristik des Ersatzkreises in Abb. 7 und kann durch diesen dargestellt werden. Die Impedanz dieses Kreises ist

Z —

Benutzt man dievorher angegebenen Werte, bei denen x' = 53 000 Ohm ist und nimmt an, daß dieses um 50 Prozent vermindert werden soll, so ist ersichtlich x" = 26 500 Ohm. Aus (4) ergibt sich: L = 26 500/2 · π · f = 26 500/6,28 X 40 000 = 0,1055 Henry.

In die Sprache der Praxis übertragen heißt das, daß die Reaktanz der Primärwicklung des vorerwähnten Transformators bei 40 000 Perioden durch Vorschaltung einer Hilfsinduktanz von 0,1055 Henry ^auf die Hälfte vermindert werden kann. Nimmt man an, daß das Hochfrequenzspannungsgefälle an der Primärwicklung und Hilfsinduktanz in Reihe unverändert bleibt, so wird also der durch den Transformator fließende Hochfrequenzstrom annähernd verdoppelt.

In den meisten Wechselstromverteilungsnetzen enthalten die von der Kraftstation oder den Unterstationen ausgehenden Strekken je eine beträchtliche Anzahl von Transformatoren, von denen einige für die Aufnahme von Hochfrequenzträgerstrom geeigneter sind als andere. Es hat sich jedoch ergeben, daß die Mehrzahl dieser Transformatoren imstande ist, genügend Hochfrequenzstrom aufzunehmen, ohne eine Abänderung zu erfordern, d. h. daß sie keine Zuschaltung von Hilfsinduktanz erfordern. Tatsächlich hat es sich ergeben, daß gewöhnlich nur ein kleiner Prozentsatz der Transformatoren eine solche Behandlung erfordert. Gewöhnlich ist es nicht wünschenswert, die Hochfrequenzimpedanz eines schlechten Transformators so weit zu verändern, daß er soviel Hochfrequenzstrom wie möglich aufnimmt, sondern nur soviel, wie für einen befriedigenden Empfang an allen Teilnehmerstellen ausreichend erscheint.

Die Hilfsinduktanz muß natürlich so gebaut werden, daß sie den Kraftstrom, der gewöhnlich in der Nähe von 5 Ampere liegt, sicher aushält.

Wahrscheinlich wird die Reaktanz einer Hilfsimpedanz in der erforderlichen Größe niemals so groß ausfallen, daß sie den Kraftstrom wesentlich beeinflußt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erhöhung der Hochfrequenzstromaufnahme eines Krafttransformators in einem Netz, dem ein Hochfrequenzfernmeldestrom überlagert wird, gekennzeichnet durch eine der Primärwicklung des Transformators vorgeschaltete Hilfsinduktanz von solcher Größe, daß die Gesamtimpedanz aus induktiver Reaktanz der Hilfsinduktanz und aus kapazitativer Reaktanz der Primärwicklung für die Hochfrequenz wesentlich kleiner ist als die Impedanz der Primärwicklung bei dieser Frequenz allein.

2. Verfahren zur annähernden Ausgleichung der Empfangsstärke inWechselstromkraftverteilungsnetzen mit Zweigstrecken und Transformatoren in den Hauptleitungen und Zweigstrecken unter Benutzung der Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß festgestellt wird, an welchen Hochfrequenzfernmeldeempfangsstellen der Empfang schwach ist, darauf die Hochfrequenzcharakteristik der die schwachen Empfangsstellen bedienenden Transformatoren festgestellt wird, drittens der in Anordnungen nach Anspruch 1 erforderliche Betrag der Hilfsinduktanz für die besonders schlechten Transformatoren festgestellt und viertens eine Hilfsinduktanzspule von der ermittelten Induktanz mit den Primärwicklungen der besonders schlechten Transformatoren in Reihe geschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.