DE516104C - Einrichtung zur Zerlegung eines Netzes in erdschlussunabhaengige Teile - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 26. JANUAR 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Zusatz zum Patent 469562

Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. Februar 1930 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 16. Dezember 1925.

Der Zusammenschluß von Hochspannungsnetzen kann entweder durch magnetische Kupplung der Systeme über Transformatoren mit zwei oder mehr getrennten Wicklungen oder durch elektrische Verknotung, sei es durch direkten metallischen Übergang, sei es tinter Zwischenschaltung eines Zusatztransformators, erfolgen. Man hat es als nachteilig empfunden, daß die Verwendung von Isoliertransformatoren die Zulassung eines Spannungsabfalles bedingt, der bei wechselnder Übertragungsrichtung mit entgegengesetztem Vorzeichen in Erscheinung tritt, also auch nicht durch Wahl eines geeigneten Übersetzungsverhältnisses ausgeglichen werden kann. Dazu kommt der hohe Preis einer solchen Kupplungseinheit, deren Eigenleistung der vollen Durchgangsleistung entspricht, und die weitere Verteuerung durch die erheblichen Dauerverluste. Man hat daher vielfach den zweiten Weg als wirschaftlich erträglicher befunden und den elektrischen Zusammenschluß gewählt. Soweit Niveaudifferenzen in der Betriebsspannung auszugleichen waren, wurden Zusatztransformatoren eingeschaltet, denen kleine Eigenleistung und minimaler Spannungsabfall bei geringen Verlusten zukommt. Da Zusatztransformatoren genau wie Leistungstransformatoren für eine Spannungsregelung unter Last eingerichtet werden können, weisen sie für Netzkupplung eine Anzahl günstiger Eigenschäften auf. Sie haben jedoch mit dem unmittelbaren metallischen Zusammenschluß der Netze ein zuweilen unwillkommenes Verhalten bei Erdschluß gemeinsam. Jeder Erdschluß des einen Systems überträgt sich ungedämpft auf das zweite mit ihm elektrisch zusammenhängende System. Es muß also beispielsweise ein großes, in der Verbundwirtschaft maßgebendes Netz alle Erdschlußstörungen eines angeschlossenen kleinen Betriebes mitmachen. Ebenso erfährt dieses zweite kleinere Netz vom Augenblicke des Zusammenschlusses an zahlreiche Störungen, die ihren Ursprung im Netz der größeren Anlage haben. Es wäre also erwünscht, unter Beibehaltung der Vorteile der elektrischen Netzkupplung die Übertragung von Erdschlußstörungen von einem Netz in das andere zu unterbinden.

Eine Lösung dieser Aufgabe liegt bereits in dem Hauptpatent 469 562 vor. Auf dem dort angegebenen Wege ist es möglich, die in einem der beiden Systeme zustande gekommene Un-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Raoul Willheim in Berlin-Oberschöneiveide.

symmetrie der Leiterspannungen in einer an der Kupplungsstelle zwischengeschalteten Wicklung derart abzubauen, daß das jenseits dieser Wicklung beginnende zweite System die symmetrische Einstellung der Leiter gegen Erde praktisch beizubehalten vermag. Es fließt nun ein verhältnismäßig geringer Strom zwischen der Fehlerstelle und dem gesunden Netz, der die Wicklung im Sinne eines Abbaues der unsymmetrischen Spannungskomponente magnetisiert. Da überdies die als Trennspule arbeitende Wicklung alle Funktionen eines Zusatztransformators mit seinen Vorteilen übernehmen kann, wird dem oben geschilderten Mangel der Kupplung über Zusatztransformatoren tatsächlich abgeholfen. Das Anwendungsgebiet dieser Lösung ist jedoch durch die Verknüpfung der Erdschlußtrennung mit der Magnetisierung des Kernes durch einen vom gesunden Netz gelieferten Strom beschränkt. Soll das zweite Netz nämlich von einem im ersten eingetretenen Erdschluß praktisch unbetroffen bleiben, so wird man in ihm eine Nullpunktsverlagerung von etwa 10 v, H. der Phasenspannung zulassen. Das Netz sei nun in bezug as auf seine Erdkapazität gut kompensiert. Dann läßt es bei einer Nullpunktsverlagerung, welche der vollen Phasenbildung entspricht, entsprechend der verbleibenden Leitfähigkeit den sogenannten Erdschlußreststrom zur Erde durch, und somit unter dem Einfluß einer 10 v. H. betragenden Verlagerung nur 10 v. H. dieses Reststromes. Da dieser selbst zu etwa 10 v. H. des kapazitiven Eidschlußstromes anzusetzen ist, beträgt der im gesunden Netz zur Erde übertretende Strom rund 1 v. H. des kapazitiven Erdschlußstromes dieses Netzteiles. Der Rückschluß dieses Stromes erfolgt über die im andern Netzteil liegende Störungsstelle und über die an der Übergangsstele zwischengeschaltete Trennspule. Letztere wird von dem durchtretenden Strom derart magnetisiert, daß die Störspannung, welche bei Erdschluß immer entgegengesetzt gleich der Phasenspannung des kranken Leiters ist, bis auf einen geringen Teil, eben die verbleibende kleine Nullpunktsverlagerung des gesunden Netzes, abgebaut wird. Alsdann muß ein Strom, der nur 1 v. H. des kapazitiven Erdschlußstromes ausmacht, zur Magnetisierung des Kernes derart ausreichen, daß mindestens 90 v. H. der Phasenspannung als Gegen-EMK in der Trennspule induziert werden. Hierbei ist induktiver Überschuß im Reststrom vorausgesetzt. Bei reinem Wirkstrom oder bei kapazitivem Überschuß wird die Bedingung noch etwas schärfer. Um dieser Forderung zu entsprechen, wird man in der Regel einen bedeutenden Mehraufwand an- Kupfer benötigen. Denkt man sich als Trennspule die eine Wicklung eines Leistungstransformators verwendet, so ist diese geeignet, im Normalbetrieb den Nennström dauernd zu führen und im Erdschlußbetrieb überdies ungefähr die Phasenspannung abzubauen. Der Magnetisierungsstrom einer solchen Wicklung würde in der Größenordnung von 5 v.H. des Normalstromes liegen, d.h./_m = 0,05 /„. Als Magnetisierungsstrom steht je Phase ein Drittel des früher ermittelten, vom gesunden Netz gelieferten Erdstromes zur Verfügung. Es ist also J_1n = 0,0033 J_e, wenn wir unter J _e den kapazitiven Erdschlußstrom verstehen. Daraus folgt J_n = 0,066 Je, bzw. auf Leistungen umgerechnet, wenn E die Phasenspannung bedeutet, 3 E · J_n = 0,2 E ' Je- Bei dieser Auslegung würde die Durchgangsleistung der Trennspule 20 v. H. der Erdschlußleistung eines Netzes nicht übersteigen können.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Anordnung, welche die Ausführbarkeit einer Trennspule gemäß dem Patent 469 562 auch in kompensierten Netzen sichert. Das wird dadurch erzielt, daß der für den Abbau der Störspannung erforderliche Magnetisierungsstrom nicht dem gesunden, sondern dem kranken Netz entnommen wird. Voraussetzung für die Anwendbarkeit ist die Verfügbarkeit einer Erd-Stromlöscheinrichtung beliebiger Art in der Übergabestation. Diese Löscheinrichtung kann an eins der beiden Netze unmittelbar oder über einen Transformatornullpunkt angeschlossen sein. Die durch die Mitwirkung dieser Löscheinrichtung erzielte Erdschlußunabhängigkeit ist bei beliebigem Anschluß eine gegenseitige, wie im folgenden gezeigt werden soll.

Als Beispiel werde eine Trenneinrichtung gemäß Abb. 4 des Patents 469562 gewählt. Abb. ι zeigt eine entsprechende Anordnung gemäß vorliegender Erfindung in dreiphasiger Darstellung. Hierin bedeuten I und II die zu kuppelnden Netzabschnitte, ß die an der Übergabestelle zwischengeschaltete Trenneinrichtung iog mit den drei Serienwicklungen P₁, fn, p₃ und den drei Sekundärwicklungen S₁, s₂, s₃. Der magnetische Kreis entspricht einer Kerntype mit Rückschlußschenkeln. Die beiderseits in Stern geschalteten Sekundärwicklungen S₁, S₂, S₃ bedeuten für den dreiphasigen Betriebsstrom einen Kurzschluß, so daß dieser kein Hindernis vorfindet. In die Sekundärwicklung kann natürlich der Erregerstromkreis für eine dreiphasige Zusatzspannung eingeschaltet werden. Dem einen der beiden Sternpunkte wird nun der Strom einer Löscheinrichtung c, die an einen Leistungstansformator b mit nichtgezeichneter Sekundärwicklung angeschlossen oder dreiphasig, z. B. als Löschtransformator, ausgeführt sein kann, zugeführt. Dieser Strom tritt am anderen Sternpunkt zur Erde über. Das Verhalten der Anordnung läßt sich leichter übersehen, wenn das Ersatzschaltbild Abb. 2 zu Hilfe genommen wird. Dieses benutzt die Tatsache, daß alle Erdschlußvorgänge einer einphasigen Darstellung zugänglich sind. Für jedes System kann man dessen

Nullpunkt setzen mit der gegebenenfalls daran angeschlossenen Löscheinrichtung c; dreiphasige Wicklungen, wie die Trennspule mit der Primärwicklung ρ und der Sekundärwicklung s, können wegen der Gleichphasigkeit der Ströme und Spannungen des betrachteten Störzustandes in eine zusammengefaßt werden. Der Erdschluß des Systems I, welcher zunächst betrachtet werden so]l,werde durch eine eingeprägte EMK E

ίο veranschaulicht, welche den Nullpunkt auf die Spannung E gegen Erde bringt. Die Sollwerte des Potentials sind in die Abbildung eingetragen. Wenn zur Herstellung dieses Zustandes Magnetisierungsamperewindungen / · N₂ erforderlich sind, so ergibt sich die Induktivität der Löscheinrichtung zu

Unter dieser Annahme wird in der Sekundärwicklung, dem Übersetzungsverhältnis -^ ent-

•"'1

N
sprechend, E · ~ verbraucht und in der Serien

wicklung eine Gegen-EMK£ geweckt. Der Netznullpunkt II bleibt also auf dem Potential Null. Es fließt ihm auch kein Strom zu, so daß eine Verlagerung hintangehalten ist.

Auch im Falle einer Erdschlußstörung im Netz II, die in Abb. 3 in gleicher Darstellung zum Ausdruck gebracht ist, tritt die gewünschte Wirkung ein. Netz II liefert von der Erdschlußstelle aus einen Strom /' durch die Trennspule und die Löscheinrichtung, der jedoch nicht in das Netz I eindringt, sondern von der Löscheinrichtung abgesaugt wird. Die eingetragenen Potentialwerte, welche in der Serienwicklung den Sollwerten entsprechen, in der Sekundär-

wicklung sodann vom Übersetzungsverhältnis bedingt sind, zeigen, daß die Löscheinrichtung jetzt einen Strom

vE.^.JL ^J N₁ wL

aufnimmt. Über L wurde oben bereits verfügt, also ist

N₂ N₁

N,

1—

N₁

Das heißt aber, daß die jetzt gemäß Abb. 3 zur Verfügung stehenden magnetisierenden Amperewindungen /' · (N₁ — N₂) den im Falle der Abb. 2 benötigten vom Betrage / · N₂ genau äquivalent sind. Damit ist bewiesen, daß die Einrichtung, wenn sie im Falle der Abb. 2 die Phasenspannung in der Richtung von I nach II abbaut, dies auch im Falle der Abb. 3 in der Richtung von II nach I besorgt.

Um die erforderliche Übereinstimmung zwischen dem Strom, der Löscheinrichtung und dem Magnetisierungsstrom zu erzielen, wird man zunächst bei der Auslegung das Windungsver- 6g

hältnis -^ entsprechend wählen und die Löscheinrichtung mit entsprechenden Anzapfungen versehen. Selbstverständlich können in beiden Netzen weitere Löscheinrichtungen installiert sein; ebenso ist es möglich, auf bekannte Art einen Teil des von der Löscheinrichtung aufgenommenen Stromes abzuzweigen und nur diesen für die Magnetisierung der Trennspule zu benutzen. Die Löscheinrichtung selbst arbeitet in beiden Netzen mit und liefert im Erdschlußfalle den Kompensationsstrom / bzw. /'.

N Diese Ströme sind gleich für iV₂ = —¹. In

diesem speziellen Falle ist die induktive Erd-Schlußleistung / · E, worin E die Phasenspannung des Drehstromsystems bedeutet, zur Hälfte von der Trennspule selbst aufgebracht, so daß auch eine nennenswerte Materialersparnis an der Löscheinrichtung entsteht, die beiden Netzen zugute kommt.

Ein anderer Grenzfall wäre durch N₂ — N₁ vorgestellt. Die Erdschlußspule hat hier wegen ωΖ, = O ganz zu entfallen. Netz I erhält einen Zuwachs an Kompensationsleistung entsprechend go der Magnetisierungsleistung der Trennspule, Netz II ist über die beiden gegensinnig arbeitenden Wicklungen der Einrichtung praktisch starr geerdet.

Die übertragbare Leistung ist wie folgt zu

errechnen: In jeder Phase wirkt — / N₂ ma-

gnetisierend. Um die Phasenspannung abzubauen, sind etwa 5 v. H. der Nenn-AW, also 0,05 /„ N₁ erforderlich. Somit ist

τ 3/n —

N und weiter L — 3 J_n · E = 20 · -J (J E). Für

den Fall N₂ = — kann also, wie noch beispielsweise angeführt sei, die zehnfache in der Station ausgenutzte Löschleistung als dreiphasige Durchgangsleistung der Trennspule zur Verwendung gelangen.

Wird schließlich der Strom der Löscheinrichtung nicht direkt, sondern über einen Serientransformator in die Sekundärwicklung der Trennspule eingeleitet, so wird man auch in der ng

Wahl des Übersetzungsverhältnisses -r? voll-

kommen frei.

Es bereitet keine Schwierigkeiten, den Gegenstand der Erfindung auf alle im Patent 469 562 behandelten oder gestreiften Aufführungsformen auszudehnen.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ι. Einrichtung zur Zerlegung eines Netzes in erdschlußunabhängige Teile nach Patent 469 562, dadurch gekennzeichnet, daß die in den «-Phasen induzierten elektromotorischen Kräfte von einem aus dem gestörten Netzteil gelieferten Strom herrühren.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem gestörten Netzteil gelieferte Strom aus Löscheinrichtungen bezogen ist, die im Erdschlußfalle unter einer der NuUpunktsverlagerung proportionalen Spannung stehen.

   3, Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Löscheinrichtung nur an einer Seite der Trennstelle eingebaut ist und sowohl hinsichtlieh der Löschwirkung als auch hinsichtlich der Entkopplung bei Erdschlüssen zu beiden Seiten der Trennstelle mitwirkt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen