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Anordnung zur Spannungsregelung von Wechselstromfernleitungen Es ist
bekannt, zur -Spannungsregelung von Wechselstromfernleitungen Kompensierungseinrichtungen
(Synchronmaschinen; Asynchronmaschinen, Drosselspulen) zu verwenden, die längs der
Leitung verteilt sind und die je nach dem Betriebszustand der Leitung dieser die
erforderliche Blindleistung zuführen. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden,
jede Kompensierungseinrichtung in einzelne Stufen zu unterteilen, die nacheinander,
beispielsweise in Abhängigkeit von der Spannung der Fernleitung, mit Zeitverzögerung
zwischen der Schaltung zweier Stufen ein- und ausgeschaltet werden.
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Um bei plötzlicher Entlastung der Leitung einen zu großen Spannungsanstieg
zu verhindern, ist bereits vorgeschlagen worden, ein besonderes Relais zu verwenden,
das bei einer großen Spannungssteigerung anspricht und bewirkt, daß ein Teil oder
alle induktiven Regelstufen der Kompensierungseinrichtung gleichzeitig eingeschaltet
werden, also die Verzögerung zwischen der Schaltung zweier Stufen aufgehoben wird.
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Die Schalter, mit denen die induktiven Regelstufen zugeschaltet werden,
besitzen aber selbst bei Ausführung als Schnellschalter eine gewisse Verzögerung.
Um auch bei den in den ungünstigsten Fällen möglichen sprunghaften Spannungserhöhungen,
die durch plötzliche Entlastung auftreten können, die induktiven Kompensierungsmittel
sofort wirksam werden zu lassen, werden gemäß der Erfindung Überschlagsstrecken,
Ventilableiter, Kugelfunkenstrecken u. ä. vorgesehen, durch deren Ansprechen sämtliche
oder ein Teil der induktiven Kompeilsierungsmittel eingeschaltet werden. Zweckmäßig
legt man die einzelnen Überschlagsstrecken parallel zu den Kontakten der Schalter,
mit denen die einzelnen induktiven. Regelstufen zu- oder abgeschaltet werden. Da
eine auf der Fernleitung auftretende Spannungssteigerung in gleicher Höhe oder,
wenn, wie üblich, die Schalter im Sekundärkreis eines Netztransformators liegen,
in prozentual gleicher Höhe an den offenen Schalterkontakten auftritt und die Überschlagsstrecke
praktisch sofort anspricht, wird durch die Erfindung bei plötzlicher Spannungssteigerung
ein sofortiger Einsatz der induktiven Kompensierungsmittel erreicht.
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Um zu verhindern, daß die Überschlagsstrecken bereits durch die normalen
Schaltüberspannungen, die im Augenblick der Kontaktunterbrechung der Schalter auftreten,
zum Ansprechen kommen, trifft man die Anordnung zweckmäßig so, daß die Ansprechspannung
der Überschlagsstrecken bei geöffnetem Schalter kleiner ist als bei geschlossenem
Schalter bzw. während der Ausschaltbewegung. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise
dem Schalter einen besonderen Ruhekontakt geben und die Überschlagsstrecken zwischen
Arbeitskontakt
und Ruhekontakt des Schalters legen. Zweckmäßig trifft
man dabei die Anordnung so, daß der Ruhekontakt erst nach vollendeter Einschaltbewegung
unterbrochen und bei der Ausschaltbewegung erst nach nahezu vollendeter Ausschaltbewegung
geschlossen wird. Man kann auch die Uberschlagsstrecken mit einer beweglichen Elektrode
ausrüsten, die in Abhängigkeit von der Stellung des zugehörigen Schalters so gesteuert
wird, daß der Elektrodenabstand bei geschlossenem Schalter größer als bei offenem
Schalter ist.
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Um den Überschlagslichtbogen möglichst rasch zum Verlöschen zu bringen,
wird vorteilhaft ein besonderes Relais vorgesehen, das beispielsweise von der Spannung
der Fernleitung oder von dem im Überspannungsableiter fließenden Strom beeinfiußt
wird und das bei seinem Ansprechen die Einschaltung sämtlicher Schalter der induktiven
Kompensierungsmittel bewirkt.
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In der Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar für die Spannungsregelung von Wechselstromfernleitungen, wobei die zugeführte
Blindleistung durch Zu-und Abschalten von Drosselspulen geregelt wird.
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In der Figur ist nur eine Station mit ihrer Kompensierungseinrichtung
gezeichnet, in den anderen Stationen der Fernleitung ist die Anordnung die gleiche.
Die Fernleitung i ist der Einfachheit halber einphasig dargestellt. Über den Transformator
12o ist die Sammelschiene 12z mit der Fernleitung verbunden. An die Sammelschiene
122 können die Drosselspulen 145, 155 und 165 über die Schalter 14o, 150 und 16o
angeschlossen werden. Die Schalter besitzen Ein- und Ausschaltspulen mit Selbstunterbrechungskontakten
und werden durch die Kippschütze 4, 5, 6 ein- oder ausgeschaltet. Die Kippschütze
besitzen Einschaltspulen 41, 51, 61 und Ausschaltspulen 42, 52, 62. Für die Einschaltspulen
ist ein Sammelleitungspaar io und ii vorgesehen. An der einen Sammelleitung io liegt
über Verriegelungskontakte 43 des Schützes 4 das eine Ende der Einschaltspule des
Schützes 5. An der anderen Sammelleitung ii liegen das eine Ende der Einschaltspule
des Schützes 4 und über Verriegelungskontakte 53 des Schützes 5 das eine Ende der
Einschaltspule des Schützes 6. In entsprechender Weise ist für die Ausschaltspulen
der Schütze ein Sammelleitungspaar 12 und 13 vorgesehen. An der Sammelleitung 12
liegt über Verriegelungskontakte 66 des Schützes 6 das eine Ende der Ausschaltspule
des Schützes 5, an der Sammelleitung 13 liegen das eine Ende der Ausschaltspule
des Schützes 6 und über Verriegelungskontakte 56 des Schützes 5 das eine Ende der
Ausschaltspule des Schützes q.. Die zweiten Enden sämtlicher Ein- und Ausschaltspulen
liegen an dem negativen Pol der Hilfsspannungsquelle. Jedes Schütz besitzt außerdem
noch je zwei Kontakte 44, 45 bzw. 54, 55 bzw. 64, 65. Durch Überbrückung der Kontakte
44 bzw. 54 bzw. 64 wird die Einschaltspule des Schalters 145 bzw. 155 bzw. 165 eingeschaltet,
durch Überbrückung der Kontakte 45, 55 bzw. 65 die entsprechende Ausschaltspule.
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Zur periodischen Umschaltung dient eine Umschaltrelaisanordnung, die
aus den beiden Klapprelais 2 und 3 besteht. Ihre Einschaltspulen 22 bzw. 32 liegen
über Widerstände 2i bzw. 31 dauernd an Spannung. Die Wider-- stände sind so bemessen,
daß der Erregerstrom der Schaltspulen gerade so groß ist, um das einmal angezogene
Relais festzuhalten, das abgefallene aber nicht wieder anzuziehen. Das Anziehen
der Relais geschieht durch Kurzschließen der Widerstände.
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Die beiden Relais sind in an sich bekannter Weise so zusammengeschaltet,
daß das Relais 2 in der einen Stellung eines Steuerschalters über Kontakte des Relais
3 so erregt wird, daß es die gleiche Schaltlage einnimmt wie das Relais 3, während
in der anderen Stellung des Steuerschalters das Relais über Kontakte des Relais
2 so erregt wird, daß es die entgegengesetzte Schaltlage einnimmt wie das Relais
2. Als Steuerschalter, durch welchen die Relais zum Schaltlagenwechsel angeregt
werden, dient das Verzögerungsrelais 9o, welches durch die beiden Kontakte
93 und 94 die Bewegung der Relais 2 und 3 steuert. Die Erregerspule 22 des
Relais 2 wird, wenn das Relais 3 abgefallen ist und das Verzögerungsrelais die untere
Schaltlage einnimmt, über die Kontakte 94 des Verzögerungsrelais und den Umschaltköntakt
33 des Relais 3 kurzgeschlossen, die Schaltspule 32 des Relais .3 wird bei angezogenem
Relais 2 über die Kontakte 93 und den Umschaltkontakt 23 kurzgeschlossen,
wenn das Verzögerungsrelais die obere Schaltstellung einnimmt. Bei angezogenem Relais
3 wird der Widerstand 21 des Relais 2, wenn das Verzögerungsrelais die untere Schaltlage
einnimmt, über die Kontakte 94 des Verzögerungsrelais und den Umschaltkontakt 33
des Relais 3 kurzgeschlossen, während der Widerstand 31 des Relais 3 in der oberen
Schaltstellung des Verzögerungsrelais und bei abgefallenem Relais?, über die Kon-'
takte 93 und den Umschaltkontakt 23 kurzgeschlossen wird. Die Schaltung ist
also in dem Ausführungsbeispiel so getroffen, daß in der unteren Schaltstellung
des Verzögerungsrelais 9o die beiden Relais die gleiche Schaltlage einnehmen, bei
angezogenem Verzögerungsrelais dagegen die entgegengesetzte. Das Relais 2 besitzt
außerdem noch einen Umschaltkontakt 24, durch welchen die Sammelleitungen 12 und
13_ umgeschaltet werden. In entsprechender Weise besitzt das Relais 3 einen Umschaltkontakt
34,
durch den die Sammelleitungen io und ii umgeschaltet werden. Das Einschalten der
Schütze bzw. Drosselspulen erfolgt in dem Ausführungsbeispiel durch das Relais 126,
welches beispielsweise von der Spannung der Fernleitung erregt wird. Dieses Steuerrelais
legt bei Abweichung der Spannung von dem vorgeschriebenen Wert entweder durch Schließen
seines Einschaltkontaktes die Erregung des Einschaltrelais 7 oder durch Schließen
seines Ausschaltkontaktes die des Ausschaltrelais 8 an Spannung. Beim Ansprechen
des Einschaltrelais wird durch Schließen der Kontakte 73 den Sammelleitungen io
und ii Spannung zugeführt und durch Schließen der Kontakte 72 das Verzögerungsrelais
go erregt. Beim Ansprechen des Ausschaltrelais 8 wird durch Schließen der Kontakte
83 den Sammelleitungen 12 und 13 Spannung zugeführt und durch Schließen der Kontakte
82 das Verzögerungsrelais erregt. In der Verbindungsleitung der Kontakte 72 und
82 zum positiven Pol der Batterie liegt das thermische Relais 113 in Selbstunterbrechungsschaltung,
zu dem parallel die Signallampe 114 liegt. An Stelle des thermischen Relais kann
auch ein anderes Zeitrelais in Selbstunterbrechungsschaltung verwendet werden. Bei
dauerndem Stromdurchgang öffnet das thermische Relais seinen Kontakt, so daß die
Lampe 114 aufleuchtet und anzeigt, daß ein Fehler in der Anlage aufgetreten ist.
Parallel zum Ein- bzw. Ausschaltkontakt des Relais 126 liegt eine Lampe 84 bzw.
85, welche durch längeres Brennen anzeigt, daß die vorhandenen Drosseln zur Regelung
der Spannung nicht mehr ausreichen.
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Das Relais 2 besitzt einen Umschaltkontakt 26 und das Relais 3 einen
Umschaltkontakt 36. Parallel zu diesen Umschaltkontakten liegen die Erregerspule
gi und die Drossel 97 des Verzögerungsrelais go. Die Umschaltkontakte sind
derart miteinander verbunden, daß ein Kurzschluß der Relaiswicklung immer bei derjenigen
relativen Schaltstellung der beiden Relais 2 und 3 stattfindet, welche dem eingeschalteten
Zustand des Verzögerungsrelais entspricht. Ferner besitzt das Relais 2 noch Umschaltkontakte
25 und das Relais 3 Umschaltkontakte 35, über welche die Verbindungsleitung der
Kontakte 73 und 83 des Ein- und des Ausschaltrelais zum positiven Pol der Spannungsquelle
derart geführt ist, daß den Sammelleitungen nur dann Strom zugeführt wird, wenn
die Relais sich in derjenigen relativen Schaltlage befinden, die dem angezogenen
Zustand des Verzögerungsrelais entspricht.
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An Stelle der beiden Klapprelais 2 und 3 mit den Vorschaltwiderständen
können auch Kipprelais treten, die in an sich bekannter Weise so zusammengeschaltet
sind, daß in der einen Stellung eines Steuerschalters das erste Relais über Kontakte
des zweiten so erregt ist, daß es die gleiche Schaltstellung einnimmt wie das zweite,
und daß in der anderen Stellung des Steuerschalters das zweite Relais über Kontakte
des ersten so erregt wird, daß es die entgegengesetzte Schaltlage einnimmt wie das
erste.
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Um zu verhindern, daß beim Abschalten aller Schütze die Umschaltrelaisanordnung
weiter erregt bleibt, erfolgt die Erregung des Ausschaltrelais 8 über die Kontakte
46 des ersten Schützes 4. In entsprechender Weise erfolgt die Erregung des Einschaltrelais
7 über Kontakte 63 des Schützes 6, um nach Einschalten sämtlicher Schütze die Umschaltrelaisanordnung
abzuschalten.
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Um eine Überlastung der Schaltspulen der Schalter i4o bis 16o zu verhindern
oder um anzuzeigen, daß einer der Schalter hängengeblieben ist, liegt in der Verbindungsleitung
vom positiven Pol der Batterie zu den Ein- und Ausschaltspulen der Schalter ein
thermisches Relais iii in Selbstunterbrecherschaltung mit einer parallel geschalteten
Signallampe 112.
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Um bei plötzlichen Spannungssteigerungen sämtliche Drosselspulen sofort
wirksam werden zu lassen, sind parallel zu den Schaltern 140, 150 und 16o Funkenstrecken
141, 151 und i6i geschaltet. Da sich eine Spannungserhöhung auf der Fernleitung
in prozentual gleicher Höhe an den offenen Kontakten der Schalter bemerkbar macht,
so sprechen die Funkenstrecken bei einer bestimmten Überspannung, die man durch
entsprechende Wähl des Abstandes der Elektroden einstellen kann, an und verbinden
die Drosselspulen mit der Leitung. Um den Lichtbogen an den Funkenstrecken wieder
zu löschen, ist ein Relais iio vorgesehen, das über den Stromwandler 1.71 von dem
Strom in der Funkenstrecke i6i beeinflußt wird. Im Stromkreis dieses Relais liegt
außerdem noch der Kontakt 67 des letzten Schützes 6. Bei Überschlag der Funkenstrecke
i6i spricht das Relais iio an und schließt seine Kontakte 123 und i25, so daß die
beiden Sammelleitungen io und ii an Spannung gelegt und die einzelnen Schütze 4
bis 6 und damit die Schalter 14o bis i6o eingeschaltet werden. Gleichzeitig wird
der Kontakt i2i geöffnet und damit die Verbindungsleitung des Steuerrelais 126 zur
Spannungsquelle unterbrochen, so daß die Umschaltrelaisanordnung ausgeschaltet ist.
Der Kontakt 67 am letzten Schütz dient dazu, nach Einschalten aller Schütze das
Relais iio wieder zum Abfallen zu bringen, üm zu verhindern, daß infolge des Unterschiedes
zwischen der Anzugs- und Abfallspannung des Relais iio durch ein einmaliges Ansprechen
dieses Relais eine dauernde Verriegelung der selbsttätigen Zu- und Abschaltvorrichtung
vorkommt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:
Steigt
die Spannung der. Fernleitung, so schließt das Relais 126 seinen linken Kontakt,
wodurch das Einschaltrelais 7 über die Kontakte 63 des Schützes 6 erregt wird. Das
Einschaltrelais spricht an und schließt seine Kontakte 72 und 73. Durch Schließen
der Kontakte 72 wird das Verzögerungsrelais go über den Widerstand 98 erregt,
zieht an und schließt seine Kontakte 93. Uber diese und über die Kontakte
23 wird der Widerstand 31 des Relais3 kurzgeschlossen, so daß das Relais 3 angezogen
wird und die Sammelleitung io mit dem Kontakt 73 verbindet, der durch den Umschaltkontakt
35 des angezogenen Relais 3 und den Umschaltkontakt 25 des abgefallenen Relais 2
mit dem positiven Pol der Batterie verbunden ist. Die Sammelleitung io erhält also
Spannung, und die Einschaltspule des Schützes 5 wird über die geschlossenen Kontakte
43 des Relais 4 erregt, das Schütz zieht an, schließt seine Kontakte 54, wodurch
die Einschaltspule des Schalters i5o erregt wird, der Schalter zieht an und legt
die Drosselspule parallel zur Leitung.
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Bei angezogenem Relais 3 wird gleichzeitig über den Kontakt 36 dieses
Relais und den Kontakt 26 des Relais 2 die Erregerspule des Verzögerungsrelais kurzgeschlossen,
so daß dieses nach einer bestimmten Zeit wieder abfällt. Nach seinem Abfallen schließt
es den Kontakt 94, wodurch jetzt über den Kontakt 33 des Relais 3 der Widerstand
21 des Relais 2 kurzgeschlossen wird, so daß das Relais 2 gleichfalls angezogen
wird. Ist durch Einschalten der Drosselspulei55 die Spannung nicht genügend abgesenkt,
so bleibt das Relais i26 weiter erregt, und das Verzögerungsrelais wird wieder angezogen,
da durch Anziehen des Relais?, der Kurzschluß seiner Erregerwicklung aufgehoben
ist. Bei angezogenem Relais go wird dann über den Kontakt g3 und 23 die Einschaltspule
32 des Relais 3 kurzgeschlossen, so daß dieses abfällt und die Leitung ii mit dem
positiven Pol der Batterie verbindet. Die Einschaltspule des Schützes 6 wird infolgedessen
erregt, das Schütz wird angezogen und schaltet die Drosselspule 165 an die Leitung.
Durch Einschalten des letzten Schützes ist die Erregung des Einschaltrelais 7 durch
Öffnen der Kontakte 63 unterbrochen worden, so daß die Umschaltrelaisanordnung spannungslos
wird.
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Das Ausschalten der einzelnen Schütze erfolgt in ähnlicher Weise.
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An Stelle der Kippschütze können auch Klappschütze mit einer zusätzlichen
Halte- und Gegenwicklung verwendet werden. Die Einrichtung kann auch so getroffen
werden, daß die Schalter selbst unmittelbar von der Umschaltrelaisanordnung gesteuert
werden.
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Als Kippschütze verwendet man zweckmäßig Kippschütze mit besonderen
Hilfskontakten zur Selbstunterbrechung der Schaltspulen, wobei wenigstens die Hilfskontakte
von einem Kippsystem gesteuert werden, das beim Überschreiten einer labilen Gleichgewichtslage
die Hilfskontakte und den Anker selbsttätig in die neue Schaltstellung führt. Ein
solches Kippschütz besteht beispielsweise aus zwei symmetrisch zum Anker liegenden,
durch eine Feder verbundenen Kontaktarmen, die um einen auf dem Anker derart angeordneten
Drehpunkt beweglich sind, daß erst kurz vor Beendigung der Bewegung des Ankers die
Bewegung der Kontaktarme vor sich geht.
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Bei plötzlichen Spannungssteigerungen werden bei geöffneten Schaltern
die Funkenstrecken 141 bis i6i durchschlagen und schließen die Drosseln sofort an
die Sammelschiene 122 an. Durch den Strom in der Funkenstrecke i6i wird dabei das
Relais izo erregt, das die beiden Sammelleitungen io und ix unter Spannung setzt,
wodurch sämtliche Schütze 4 bis 6 und Schalter i4o bis 16o eingeschaltet werden,
so daß der Lichtbogen an den Funkenstrecken unterbrochen wird.
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Um ein Ansprechen der Funkenstrecken bei einer Ausschaltung einer
Drosselspule infolge der Abschaltüberspannung zu vermeiden, versieht man zweckmäßig
die Funkenstrecken, wie in Fig. 2 für eine Funkenstrecke dargestellt ist, mit einer
beweglichen Elektrode, die derart von dem zugehörigen Schalter gesteuert wird, daß
bei ausgeschaltetem Schalter die Entfernung der Elektroden geringer, bei eingeschaltetem
Schalter dagegen größer ist, 165 ist die Drosselspule, welche über den Schalter
16o an die Sammelschiene i22 angeschlossen werden kann. Dieser Schalter besitzt
außer seinem Hauptarbeitskontakt für die Drosselspule noch einen Hilfsruhekontakt
162. Die untere Elektrode der Funkenstrecke i6i ist mit einem Hebelarm 169 verbunden,
der um den Punkt 168 drehbar ist, Auf den Hebelarm wirkt nach unten die Feder 166,
nach oben der Elektromagnet 164, in dessen Erregerstromkreis der Ruhekontakt i62
liegt. 167 ist ein Anschlag für den Hebel. Bei geöffnetem Schalter ist der Ruhekontakt
162 geschlossen. Die Erregerspule des Magnets 164 wird über die Batterie 163 erregt
und dadurch die untere Elektrode der oberen genähert. Wird der Schalter geschlossen,
so wird der Stromkreis unterbrochen, und die Feder 166 zieht den Hebel 169 nach
unten.- Bei geschlossenem Schalter und während der Ausschaltbewegung ist daher die
Entfernung zwischen den Elektroden-größer und wird durch Einstellung des Anschlages
167 so gewählt, daß die Funkenstrecke bei den normalen Abschaltüberspannungen nicht
ansprechen kann.