DE502770C

DE502770C - Device for compensation of the earth fault current of high voltage lines

Info

Publication number: DE502770C
Application number: DEA47413D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1926-04-01
Filing date: 1926-04-01
Publication date: 1930-07-19

Description

Es sind Einrichtungen bekannt, die den Zweck haben, bei Hochspannungsleitungen den Erdschlußstrom, d. h. denjenigen Strom, welcher bei einer zufälligen Verbindung eines Leiters mit Erde durch die Verbindung fließt, auf ein unschädliches Maß zurückzudrücken. Derjenige Strom, welcher trotz der angewendeten Kompensation noch durch die Erdschlußverbindung hindurchfließt und welcher gewöhnlich als Erdschlußreststrom bezeichnet wird, darf ein bestimmtes Maß nicht überschreiten, wenn die Kompensation praktisch Bedeutung haben soll. Die Größe des Erdschlußreststromes muß nämlich unter demjenigen kritischen Wert bleiben, bei welchem ein Lichtbogen noch dauernd bestehen kann. Der Erdschlußreststrom setzt sich aus mehreren, von verschiedenen Ursachen herrührenden Teilen zusammen. Ein Teil rührtThere are devices known which have the purpose of high-voltage lines the earth fault current, d. H. the current which, in the event of a random connection, one Conductor with earth flowing through the connection, to be pushed back to a harmless level. That current, which despite the applied compensation still through the earth fault connection flows through it and which is usually referred to as residual current to earth, must not be a certain amount exceed if the compensation is to be of practical importance. The size of the Earth fault residual current must namely remain below the critical value at which an arc can still persist. The residual current to earth is suspended several parts resulting from different causes. A part stirs

ao von derjenigen Verstimmung her, welche gewählt wurde, um Resonanzerscheinungen im erdschlußfreien Betrieb zu vermeiden. Ein zweiter Teil rührt davon her, daß die Kompensationseinrichtung, die im wesentlichen ausao from the detuning that was chosen to prevent resonance phenomena in the to avoid earth fault-free operation. A second part arises from the fact that the compensation device, which essentially consists of

»5 einer in bestimmter Weise geschalteten Drosselspule besteht, nicht als reiner Blindwiderstand, sondern teilweise auch als Wirkwiderstand auftritt. Ein dritter Teil des Erdschlußreststromes rührt von den höheren Harmonischen der Netzspannung bzw. des Erdschlußstromes her. Diese höheren Harmonischen, die bisher nur wenig beachtet wurden, können unter Umständen so groß werden, daß das Ergebnis der Kompensierung wieder in Frage gestellt wird. Es ist nun Zweck der Erfindung, den eben genannten Übelstand zu beseitigen, also eine Kompensationseinrichtung anzugeben, bei welcher nicht nur, wie bisher, die Grundwelle des Erdschlußstromes kompensiert wird, sondern gleichzeitig eine oder mehrere Oberwellen. Die Erfindung stellt eine Weiterbildung der bekannten Vorrichtungen zur Kompensation des Erdschlußstromes dar und läßt sich bei jeder der bekannten Ausführungsformen dieser Vorrichtungen anwenden, von denen in den Abb. 1 bis 3 einige Beispiele dargestellt sind. Bei der Anordnung nach Abb. ι stellt 1 einen die Hochspannungsleitung speisenden Transformator oder Generator dar. Zwischen den Sternpunkt dieses Transformators oder Generators und Erde ist die zur Kompensation des Erdschlußstromes dienende Drosselspule 2 geschaltet. Bei der Anordnung nach Abb. 2 ist der Sternpunkt des Transformators, oder Generators 1 unmittelbar geerdet, und im Zuge der Leitungen befindet sich ein Reihentransformator 3 mit freiem magnetischen Rückschluß, dessen Sekundärwicklung beiderseitig in Stern geschaltet ist; die beiden Sternpunkte sind miteinander über eine Drossel 2 verbunden. Nach Abb. 3 ist der Sternpunkt der Primärwicklung 4 eines besonderen Hüfstransformators an Erde gelegt, während seine Sekundärwicklung 5 im offenen Dreieck geschaltet und die Enden der offenen Dreieckschaltung über die Drossel 2 geschlossen»5 a choke coil switched in a certain way exists, not as a pure reactance, but partly also as an effective resistance occurs. A third part of the residual current to earth is due to the higher harmonics the mains voltage or the earth fault current. These higher harmonics, which have so far received little attention, can possibly become so large that the result of the compensation is called into question again. It is now Purpose of the invention to eliminate the above-mentioned deficiency, that is, a compensation device specify in which not only, as before, the fundamental wave of the earth fault current is compensated, but one or more harmonics at the same time. The invention represents a further development the known devices for compensation of the earth fault current and can be used in each of the known embodiments Use these devices, some examples of which are shown in Figs. 1 to 3 are shown. In the arrangement according to Fig. 1, 1 represents the high-voltage line feeding transformer or generator. Between the star point of this transformer or generator and earth is the choke coil 2 serving to compensate for the earth fault current is switched. In the The arrangement according to Fig. 2 is the neutral point of the transformer or generator 1 directly grounded, and in the course of the lines there is a series transformer 3 with free magnetic yoke, the secondary winding of which is connected in star on both sides is; the two star points are connected to one another via a throttle 2. According to Fig. 3, the star point is the primary winding 4 of a special secondary transformer is connected to earth while its secondary winding 5 connected in an open delta and the ends of the open delta connection are closed via the choke 2

sind. Im normalen Betriebszustand ist die Drossel 2 und die Verbindung zwischen Sternpunkt und Erde stromlos. Bekommt dagegen eine der Phasen der Hochspannungsleitung etwa an der Stelle 6 Erdschluß., so fließt durch die Drossel 2 und durch die Erdverbindung des Sternpunktes ein Strom, welcher den Erdschlußstrom des Netzes bis auf den erwähnten Reststrom kompensiert. Gemäß der Erfindung wird nun in allen Kompensationsschaltungen die bisher benutzte einfache Drossel durch ein verwickelteres Gebilde ersetzt, welches positive und negative Blindwiderstände enthält, also einerseits Drossein bzw. deren Äquivalente und andererseits Kondensatoren. Die Abb. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen dieser Gebilde. Bei der Anordnung nach Abb. 4 ist die einfache Drossel 2 ersetzt durch die Reihenschaltung einer Drossel 7 mit einer Parallelschaltungsgruppe, bestehend aus einer weiteren Drossel 8 und einem Kondensator 9. Durch passende. Verfugung über die Blindwiderstände der beiden Drosseln und desare. In the normal operating state, the throttle is 2 and the connection between the star point and earth de-energized. On the other hand, receives one of the phases of the high-voltage line ground fault at about 6., then flows through the throttle 2 and through the Earth connection of the star point a current, which the earth fault current of the network up compensated for the residual current mentioned. According to the invention, the one previously used is now used in all compensation circuits simple throttle replaced by a more intricate structure, which is positive and negative Contains reactances, so on the one hand throttles or their equivalents and on the other hand Capacitors. Figs. 4 and 5 show two embodiments of this structure. In the arrangement according to Fig. 4, the simple throttle 2 is replaced by the series connection a choke 7 with a parallel group consisting of a further choke 8 and a capacitor 9. By matching. Disposal of the reactances of the two chokes and the

^a5 Kondensators kann man durch diese Anordnung eine Kompensation für drei Frequenzen erreichen, also beispielsweise für die Grundwelle, für die dritte und für eine weitere Harmonische, z. B. die fünfte Harmonische. ^a 5 capacitor can be compensated for three frequencies by this arrangement, so for example for the fundamental wave, for the third and for a further harmonic, z. B. the fifth harmonic.

Wie sich leicht zeigen läßt, muß bei vollkommener Kompensierung der Blindwiderstand der Gesamtanordnung für jede andere als die dritte Harmonische umgekehrt proportional der Periodenzahl sein, für die dritte Harmonische selbst dagegen unendlich groß bzw. praktisch, ausreichend groß sein. Der Blindwiderstand ist also im vorliegenden Falle außer für die dritte Harmonische wesentlieh anders zu bemessen als bei einer bekannten geerdeten Hochspannungsleitungsanlage, bei welcher in die Erdleitung aus Drosselspulen und Kondensatoren gebildete Vorrichtungen eingefügt sind, die die Aufgabe haben, den höheren Stromharmonischen infolge Dämpfung den Weg durch die Erde zu versperren. Soll also die Anordnung nach Abb. 4 dazu dienen, die Grundwelle, die dritte und die fünfte Harmonische zu kompensieren, so muß der Widerstand der gesamten, in der Abb. 4 dargestellten Anordnung für die dritte Harmonische unendlich und für die fünfte Harmonische gleich dem fünften Teil des Blindwiderstandes für die Grundwelle sein. Dies ist, wie die Rechnung zeigt, dann der Fall, wenn der Blindwiderstand der Drossel 7 gleich 360/0, derjenige der Drossel 8 gleich 56,90/0 und derjenige des Kondensators 9 gleich —5120/0 desjenigen Wertes gewählt wird, den der Blindwiderstand einer einfachen, auf Resonanz abgestimmten Erdschlußspule haben müßte. Die Zahlenwerte ändern sich selbstverständlich, wenn beispielsweise für die Grundwelle nicht vollkommene Kompensation, sondern absichtlich eine bestimmte Verstimmung gewünscht wird. Ferner ändern sich die Werte, wenn sich in den Drosselspulen trotz reichlicher Luftspalte der Einfluß magnetischer Sättigung geltend machen sollte.As can easily be shown, with perfect compensation the reactance must inversely proportional to the overall arrangement for any harmonic other than the third harmonic the number of periods, for the third harmonic itself, however, it should be infinitely large or, in practical terms, sufficiently large. Of the In the present case, reactance is essential except for the third harmonic to be dimensioned differently than with a known earthed high-voltage power line system, in which devices formed from reactors and capacitors in the earth line are inserted, which have the task of the higher current harmonics as a result of attenuating the way through the earth to block. So if the arrangement according to Fig. 4 is to serve the fundamental wave, the to compensate for the third and fifth harmonic, the resistance of the entire, The arrangement shown in Fig. 4 for the third harmonic infinite and for the fifth harmonic equal to that be the fifth part of the reactance for the fundamental wave. This is how the bill shows, then the case when the reactance of the reactor 7 is 360/0, the one the inductor 8 is 56.90 / 0 and that of the capacitor 9 is -5120/0 of that Value is selected which the reactance of a simple earth-fault coil tuned to resonance would have to have. The numerical values change of course, if for example for the fundamental wave not complete compensation, but deliberately wanted a certain detuning will. Furthermore, the values change when in the choke coils despite being abundant Air gaps should assert the influence of magnetic saturation.

Bei Fortfall der Drossel 7 der Abb. 4 könnte die verbleibende Parallelschaltung von Drossel 8 und Kondensator 9 zweckmäßig zur Kompensation für die Grundwelle und die dritte Harmonische benutzt werden. Dabei müßte der Blindwiderstand der Drosselspule für die Grundwelle gleich 88,90/0 und derjenige des Kondensators gleich —-8oo0/0 des Blindwiderstandes der einfachen Drosselspule gewählt werden. Bei der Anordnung nach Abb. 5 tritt an Stelle der Drossel 8 ein Transformator 8, welcher primär in Reihe mit der Drossel 7 und sekundär auf den Kondensator 9 geschaltet ist. Der Transformator 8 muß dabei für großen Leerlaufstrom gebaut sein, und der hierdurch bedingte Blindwiderstand tritt an Stelle des Blindwiderstandes der Drossel 8 der Abb. 4.If the throttle 7 of Fig. 4 is omitted, the remaining parallel connection of Choke 8 and capacitor 9 useful to compensate for the fundamental wave and the third harmonic can be used. The reactance of the choke coil would have to be for the fundamental wave equal to 88.90 / 0 and that of the capacitor equal to -8oo0 / 0 the reactance of the simple choke coil can be selected. In the arrangement According to Fig. 5, instead of the choke 8, there is a transformer 8, which is primarily in series is connected to the choke 7 and secondary to the capacitor 9. The transformer 8 must be built for large no-load currents, and the reactance caused by this takes the place of the Reactance of the choke 8 in Fig. 4.

Bei der Bemessung der Drosselspule 7 ist der Blindwiderstand derjenigen Apparateteile zu berücksichtigen, die mit ihr in Reihe geschaltet sind, also beispielsweise der Blindwiderstand des Haupttransformators der Abb. ι für. einen durch seinen Sternpunkt fließenden Strom. Um diesen Blindwiderstand verringert sich derjenige der Drosselspule 7 gegenüber dem rechnungsgemäß sich ergebenden Wert. Dabei ist zu berücksichtigen, daß der Blindwiderstand des Haupttransformators, der im Gegensatz zu den Erd- too schlußdrosseln gewöhnlich ohne Luftspalte ausgeführt wird, für verschiedene Wellen nicht einfach proportional der Periodenzahl ist. Bei genügender Größe dieses Blindwiderstandes erübrigt sich die Drossel 7 vollständig. When dimensioning the choke coil 7, the reactance is that of those parts of the apparatus to be taken into account that are connected in series with it, for example the reactance the main transformer of Fig. ι for. one by its star point flowing stream. That of the choke coil is reduced by this reactance 7 compared to the calculated value. It must be taken into account that the reactance of the main transformer, which in contrast to the earth too circuit throttles are usually designed without air gaps, for different shafts is not simply proportional to the number of periods. With a sufficient size of this reactance the throttle 7 is completely unnecessary.

Claims

Patent claims:

1. Device for compensation of the earth fault current of high voltage lines, characterized in that for compensation instead of a simple choke coil for the purpose of suppression the fundamental wave and one or ■ two harmonics in from inductors and capacitors or their equivalents composite structure is used, the resulting reactance in the to suppressing harmonics except for the iao third harmonic inversely proportional the number of periods, for the third

Harmonics, on the other hand, are practically sufficiently large compared to the reactance the fundamental wave is.

2. Device according to claim i, characterized in that for compensation a structure is used, which consists of the series connection of an inductance (7 in Fig. 4) with the parallel connection of another Inductance (8) and a capacitance (9) or an electrically equivalent circuit.

3. Device according to claim 1 or i, characterized in that the inductance lying in series with other apparatus is wholly or partly replaced by its reactance.

1 sheet of drawings