DE457637C - Einrichtung zur Kompensation des Lade- und des Erdschlussstroms kapazitiv unsymmetrischer Netze - Google Patents

Description

In einem Netz, dessen einzelne Phasen verschiedene Kapazität gegen Erde aufweisen, beispielsweise bei einer Mehrphasenleitung, bei welcher zu einer Phase eine Reserveleitung — sei es während längerer Zeit, sei es während des Ersatzes der betreffenden Phase durch die Reserveleitung — parallel liegt, zeigt sich infolge der Unsymmetrie eine Spannungsverlagerung, d. h. die Spannungen der einzelnen Phasen gegen Erde sind verschieden. Diese Spannungsverlagerung bleibt auch bestehen, wenn der Lade- und der Erdschlußstrom des Netzes durch Drosselspulen kompensiert werden, welche zwischen

is die einzelnen Phasen und Erde geschaltet und auf die Kapazität der betreffenden Phasen abgestimmt sind. In unsymmetrischen Netzen mit Kompensation des Erdschlußstroms durch eine Nullpunktdrosselspule kann die Spannungsverlagerung dadurch beseitigt werden, daß in den Kreis der Nullpunkt drosselspule Spannungen eingeführt werden, die dem Netz über geeignete Transformatoren entnommen werden.

Die Erfindung ermöglicht die Beseitigung der Spannungsverlagerung bei den bereits erwähnten Netzen mit Kompensierung des Lade- und des Erdschlußstroms durch zwischen die einzelnen Phasen und Erde geschaltete Drosselspulen. Zu diesem Zwecke wird gemäß der Erfindung ebenfalls eine Spannung in eine Nullpunktverbindung eingeführt, diese Spannung jedoch in anderer Weise als bisher gewonnen. Es wird nämlich der Ladestrom der Phase größter Kapazität nicht durch eine einzige zwischen Phase und Erde geschaltete Drosselspule kompensiert, sondern die Überschußkapazität dieser Phase für sich durch eine zwischen diese Phase und Erde geschaltete Drosselspule kompensiert und der durch diese fließende Kompensationsstrom der Überschußkapazität dazu benutzt, um an einer Impedanz eine Spannung hervorzurufen, die in das symmetrische System der Kompensationsspulen eingeführt wird, das von den Kompensationsspulen der anderen Phase oder Phasen und der Kompensationsspule der Symmetriekapazität der die größere Kapazität besitzenden Phase gebildet wird.

In der Zeichnung veranschaulicht dieAbb. 1 zunächst die Zerlegung der Kapazität der Phase größter Kapazität und der kompensierenden Drosselspulen, h und i bezeichnen die beiden Leitungen eines sogenannten Einphasensystems. Der Leitung i sei eine Reserveleitung r parallel geschaltet. Die Leitungen h und i mögen dieselbe Kapazität C)₁ = Ci gegen'Erde besitzen, die Reserveleitung r die Kapazität C₁-. Der Ladestrom der Leitung h wird durch die zwischen die Leitung und Erde geschaltete Drosselspule Lj₁ kompensiert, derjenige der miteinander verbundenen Leitungen i und r nicht durch eine

gemeinsame Drosselspule, sondern durch zwei getrennte Drosselspulen L₁ und L_n von denen die erste gleich Lj₁ gewählt ist und den Ladestrom der Leitung % kompensiert, während die zweite den Ladestrom der Reserveleitung r kompensiert. Bei Mehrphasenleitungen würden die weiteren Phasen durch Drosselspulen von der Größe Lj₁ zu kompensieren sein.
Gemäß Abb. 2 ist nun in den Stromkreis

ίο der Drosselspule L_r eine Impedanz ζ geschaltet, die im wesentlichen induktionsfrei ist. Die an dieser Impedanz auftretende Spannung wird nach Umkehrung ihrer Richtung, was durch einen Transformator p, q geschehen kann, in das symmetrische System der Drosselspulen Lj₁ und Lj, und zwar zwischen deren Zusammenschlußpunkt 0 und Erde, eingeführt. Die Größe der Impedanz s kann durch Versuch festgestellt, aber auch durch Rechnung bestimmt werden.

Hat beispielsweise die Reserveleitung r dieselbe Kapazität gegen Erde und denselben Verluststrom wie die Leitungen h und i und bezeichnet Z_c die Impedanz des Systems: Leitung einer Phase — Erde, ferner Z₁ die Impedanz jeder der Drosselspulen Lj₁, L₁, L_n Z₂ diejenige von z, so ergibt sich die vollständige Beseitigung der Spannungsverlagerung für das Einphasensystem, wenn

₇ _ Z₁ (z_c + Z₁)

und für das Dreiphasensystem, wenn
Z = ^Zl & + ^

2 (3 Z_c + 2 Z₁)

Unter Berücksichtigung des Umstandes, daß die Verlustkomponente von Z_c und Z; gegenüber ihrer kapazitiven bzw. reaktiven Komponente klein sind, ergibt sich aus diesen Formeln* daß Z₂ nur eine kleine kapazitive Komponente besitzt. Man wird sich daher damit begnügen, für 2 einen Ohmschen Widerstand zu benutzen, gegebenenfalls aber diesem noch einen kleinen Kondensator parallel schalten.

Die Impedanz ζ liegt bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 2 parallel zur Primärwicklung p des Saugtransformators p, q, sie kann aber ebensogut auch auf der Sekundärseite liegen oder an eine besondere (Tertiär-) Wicklung des Saugtransformators angeschlossen werden. Auch kann sie auf diese verschiedenen Stellen in beliebigem Verhältnis aufgeteilt werden. Ferner kann sie regel- bar ausgeführt sein, um sie genau einstellen zu können, bzw. um Änderungen der Netzkapazität durch Zu- oder Abschaltung von Netzteilen zu folgen.

Wird die Impedanz ζ so gewählt, daß die Spannungsverlagerung vollständig beseitigt wird, dann wird dadurch, wie die Theorie ergibt, gleichzeitig erreicht, daß der im Erdschlußfall auftretende Erdschlußreststrom denselben Wert hat, gleichgültig, welche Phase Erdschluß hat.

Beim Ersatz einer Phase durch ein Reservekabel würden etwa folgende Schaltvorgänge aufeinanderzufolgen haben:

1. Zusammenschalten von Reservekabel (r) und Ergänzungsdrosselspule (L,.),

2. Anlegen des Reservekabels an die auszutauschende Phase (beispielsweise i),

3. Zusammenschalten dieser Phase mit der Ergänzungsspule,

4. Lösung der Verbindung I,

5. Abschalten der auszutauschenden Phase und der Ergänzungsspule.

Die Schaltvorgänge lassen sich in einfachster Weise gegeneinander verriegeln und nach Auswahl der auszutauschenden Phase durch einen einzigen Schalter ausführen. Die Teilschritte 2 und 3 können auch gleichzeitig oder in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Während des gesamten Schaltvorganges bleibt die richtige Kompensation der Lade- und des Erdschlußstroms aufrechterhalten. Mit Schwingungen verläuft nur der Schaltvorgang 2 (Anlegen des Reservekabels an die auszutauschende Phase). Die übrigen Vorgänge, auch der Vorgang 5, verlaufen prak-

j tisch spurlos am Netz.

\ Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 3 sind die Drosselspulen Lj₁ und Lj mit Sekundärwicklungen Sj₁ und Si versehen. Die Sekundärwicklungen, welche als Schubwicklungen bezeichnet werden mögen, sind so gegeneinandergeschaltet, daß im störungsfreien Betrieb kein nennenswerter Strom in dem Schubwicklungsstromkreis fließt. An den Schubwicklungen liegen nötigenfalls regelbare Drosselspulen Dj₁ und D^. In mehrphasiger Anordnung sind alle Schubwicklungen hintereinandergeschaltet. Im Dreiphasensystem entsteht dieserart die Dreieckschaltung der Schubwicklungen. Die zur Kompensation des Erdschlußstroms dienende Spule d ist zwischen dem Verbindungspunkt 0 der Primärwicklungen L₁₁ und L₁ und Erde angeschlossen, und in dieser Verbindung liegt, wie bei Abb. 2, die Sekundärwicklung q des Saugtransformators p, q.

Bei richtiger Bemessung der Spule d nimmt der Nullpunkt h im Erdschlußfall die Phasenspannung an. Die Spulen Lj₁ und L₁- sind daher auch im Erdschlußfall nur der Phasenspannung ausgesetzt, während bei der Anordnung nach Abb. 2 im Erdschlußfall die Spannung an einer von ihnen auf den doppelten Betrag steigt. Analog würde im Dreiphasennetz im Erdschlußfall die Spannung an zwei Spulen auf den i,732fachen Betrag der

Phasenspannung steigen. Mit Rücksicht hierauf müssen die mit Eisenkern ausgeführten Drosselspulen bei Abb. 2 so bemessen sein, daß sie im störungsfreien Betrieb nur schwach gesättigt sind, so daß also das Material schlechter ausgenutzt ist. Im Gegensatz hierzu können bei der Anordnung nach Abb. 3 die Drosselspulen L_n und L₁ für normale Sättigung gebaut werden. Auch ist in diesem Falle eine Anpassung an den jeweiligen Blitidleistungsbedarf des Netzes ■ möglich, während bei der Anordnung nach Abb. 2 jede Veränderung der Abstimmung der Drosselspulen die Abstimmung im Erdschlußfall in Mitleidenschaft zieht. Zu dieser Anpassung dienen am besten die erwähnten Drosselspulen D_n und D_t. Die Blindleistung dieser Drosselspulen kann mehr oder weniger auch auf die Primärwicklungen L_h und L₁ verlegt werden, indem diese mit größerer Reaktanz ausgeführt werden, als bei Transformatoren üblich ist. Im Grenzfall können die Drosselspulen Dj₁ und D₁ ganz fortfallen.
An dem Verhalten der Anordnung nach Abb. 3 ändert sich nichts, wenn an Stelle der Drosselspule d ein Transfonnator mit sekundärer induktiver Belastung tritt. Die Spulentransformatoren L₁,, S_n und Lf, S₁ können getrennte Eisenkerne erhalten oder durch einen gemeinsamen magnetischen Rückschluß auch magnetisch verkettet sein.

Zum Schlüsse sei noch bemerkt, daß es bekannt ist, in unsymmetrischen Netzen mit Nullpunkterdungsdrosselspule die letztere entsprechend der kleinsten Phasenkapazität zu bemessen und zwischen d^:e Phasen größerer Kapazität und Erde Drosselspulen zu legen, die die Überschußkapazitäten dieser Phasen kompensieren.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Kompensation des Lade- und des Erdschlußstroms kapazitiv unsymmetrischer Netze, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschußkapazität der Phase größerer Kapazität für sich durch eine Drosselspule (Z₇.) kompensiert und deren Strom dazu benutzt wird, an einer Impedanz (2) eine Spannung hervorzurufen, die über einen Transformator (p, q) in das symmetrische System der die übrigen Phasen kompensierenden Drosselspulen (L_n) und der die Symmetriekapazität der ersten Phase kompensierenden Drosselspule (L,·) eingeführt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die symmetrischen Kompensationsspulen (L_n, L,-) aller Phasen als sekundär belastbare Transformatoren ausgebildet sind, die durch Schubwicklungen (Sj₁, S₁) verkettet sind, und daß ihr Verbindungspunkt über die zur Kompensation des Erdschlußstroms dienende Induktivität (d) und über die Sekundärwicklung (q) des im Anspruch 1 genannten Transformators geerdet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenkerne der von den Kompensationsspulen und Schubwicklungen der einzelnen Phasen gebildeten Transformatoren zu einem gemeinsamen, mehrphasigen Eisenkern zusammengefaßt sind.
4. 4. Verfahren zum Ersatz einer Leitung durch eine Reserveleitung unter Benutzung der Einrichtung nach Anspruch 1 oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reserveleitung (r) mit der Ergänzungsspule (L_r) zusammengeschaltet, beide gleichzeitig oder nacheinander mit der auszutauschenden Phase verbunden, dann voneinander getrennt und schließlich die auszutauschende Phase und die Ergänzungsspule abgeschaltet werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.