DE588663C

DE588663C - Vorrichtung zur selbsttaetigen Spannungsregelung von Wechselstromfernleitungen

Info

Publication number: DE588663C
Application number: DES87721D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Zur Megede
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1928-09-28
Filing date: 1928-09-28
Publication date: 1933-11-28

Description

Vorrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung von Wechselstromfernleitungen Es ist bekannt, bei elektrischen Übertragungsleitungen die durch die Ohmschen Widerstände, die Induktivitäten und Kapazitäten der Leitungen verursachten Spannungsänderungen durch besondere Phasenschieber auszugleichen. Als derartige Phasenschieber können beispielsweise Drosselspulen, Kondensatoren oder andere Blindstromquellen dienen. Durch den Ausgleich der Spannungsänderungen hat man den Vorteil, daß die Spannung beim Verbraucher die gleiche Größe besitzt wie die Spannung im Kraftwerk oder in der Unterstation. Bei fehlendem Ausgleich müßte beispielsweise bei einer langen Freileitung mit hoher Induktivität die Spannung im Kraftwerk um einen beträchtlichen Prozentsatz höher sein als die beim Verbraucher.
Bei veränderlicher Belastung ändert sich auch der Spannungsabfall. Es ist bekannt, diesen Änderungen dadurch Rechnung zu tragen, . daß man die Blindströme in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung reguliert. Um im Kraftwerk, an dem diese Blindstromregulierung erfolgt, die Verbraucherspannung festzustellen, bedürfte man jedoch einer besonderen Meßleitung oder einer sogenannten Nachbildung des Netzes. Die Nachteile einer besonderen Meßleitung sind offensichtlich; eine Nachbildung kann besonders bei komplizierten Netzen nur ein unvollkommenes Bild der tatsächlichen Spannungsverteilung geben. Andere bekannte Spannungsregelungen, bei denen Blindspannungen abhängig von der Belastung eingeführt werden, arbeiten unvollkommen und ermöglichen nur eine annähernde Anpassung der Spannung an die wechselnde Belastung.
Die Erfindung vermeidet die beschriebenen Nachteile. Erfindungsgemäß wird die selbsttätige Spannungsregelung durch in Abhängigkeit von der Leitungsbelastung zum.Ausgleich der Spannungsabfälle geregelte Blindströme (Blindspannungen) mit Hilfe eines cos 99-Reglers vorgenommen, dessen konstant zu haltender Regelwert durch zusätzliche Beeinflussung bei steigendem Wirkstrom der Fernleitung verringert, bei sinkendem Wirkstrom vergrößert wird.
Die Erfindung benutzt die aus der Leitungstheorie bekannte Tatsache, daß durch Beeinflussung des cos (p auch der Spannungsabfall in der Leitung verändert werden kann, und daß andererseits der Spannungsabfall auch von dem Wirkstrom in der Leitung abhängt. Bei Konstanthaltung der Spannung am Anfang und am Ende der Leitung steht der Gesamtblindstrom der Leitung in einer bestimmten, gesetzmäßig festlegbaren Beziehung zum Wirkstrom. Wird 'also für jede Größe des Wirkstromes das Verhältnis des Gesamtblindstromes zum Wirkstrom durch einen cos 9p-Regler gemäß dieser bestimmten gesetzmäßigen Beziehung konstant gehalten, dann erfüllt dieser cos (p-Regler die Aufgabe, die Spannung am Anfang und am Ende der Leitung konstant zu halten.
Abb. i zeigt eine Darstellung der Spannungsverhältnisse der Leitung. Die durch die Lade-, Wirk- und Magnetisierungsströme bedingten Spannungsverluste bzw. -erhöhungen stellen sich graphisch durch den Linienzug A B C D E F G dar. 0 A bezeichnet die Spannung beim Verbraucher, OG ist die Spannung im Kraftwerk. Das Dreieck AB C entspricht der durch den Ladestrom i, verursachten Spannungserhöhung. Das Dreieck CDE entspricht dem durch den Wirkstrom iu" das Dreieck EF G dem durch den Magnetisierungsstrom iB verursachten Spannungsverlust. Will man nun die Spannung auf der Leitung konstant halten, dann ist ein zusätzlicher Blindstrom nötig, dessen Spannungsabfalldreieck GHI so groß sein muß, daß die Spitze T auf dem um O mit 0A geschlagenen Kreise konstanter Spannung liegt. Wäre die Kompensation nicht vorhanden, dann müßte, wie oben ausgeführt, der Leitung am Anfang die Spannung entsprechend dem Vektor OG zugeführt werden, damit am Ende der Leitung noch die ver= langte Spannung 0A herrscht.
Bei Kompensation des Spannungsabfalles ABCDEFG braucht der Leitung auch am Anfang nur eine Spannung O1 - 0A = e zugeführt zu werden.
In dem Diagramm sind s die Induktanz der Leitung, r der Ohmsche Widerstand und Nach den mathematischen Beziehungen des die Impedanz der Leitung. Diagramms müssen die Koordinaten des Punktes I (x, y); der Kreisgleichung x2 -i- Y2 = R2 (i) genügen. Für x und y sind. folgende Werte einzusetzen: x=e-i's -Ir i".r+iBs-iphs, (2) Z'y+2".S-2By+2phY# Hierbei ist iph der zusätzliche Blindstrem. R ist gleich der verlangten Spannung e - 0I - 0A. Nach Einsetzen und mehrfacher Umformung, sowie wenn man für y2 -f- S2 = Z2 (4) setzt, erhält man folgende quadratische Gleichung: i@l@Z2-2iph(es-i,Z2+iBZ2)+i*2Z2+i,Z2+iRZ2-2ei,s+2ei",y+2eiBS-2i,iBZ2=o. 11 5 Nach Bildung der Wurzel heben sich verschiedene Glieder fort, und man erhält

setzt man

S

und

e. 2 b, ($)

z

dann erhält man

ipl, = iB - i@ -i- a - vag - 2 b i", (9)

a und b sind Konstanten, die sich für jeden Leitungsabschnitt aus der Betriebsspannung und den Leitungskonstanten ermitteln lassen. i, ist im allgemeinen ebenfalls konstant, da es nur von der konstant zu haltenden Spannung abhängt.
Schreibt man die Gleichung in der Form so erkennt man, daß der bei der Kompensation erforderliche Gesamtblindstrom sich als eine Funktion des Wirkstromes darstellen läßt.
Für die -Spannungsregulierung ist die Kenntnis des zur Kompensation von iB und i, notwendigen zusätzlichen Blindstromes iph nicht erforderlich. Will man die Spannung am Anfang und am Ende konstant erhalten, dann braucht nur so, reguliert zu werden, daß der Gesamtblindstrom der Gleichung (io) entspricht.
Nach der Erfindung wird entsprechend der Gleichung (io) der Blindstrom abhängig vom Wirkstrom reguliert. Da nun aber, wie Gleichung (io) zeigt, bei Konstanthaltung der Spannung am Anfang und Ende der Leitung der Blindstrom nur vom Wirkstrom abhängig ist, muß abhängig von dem Wirkstrom auf jeder Leitung auch ein bestimmter cos (p herrschen. Dieser ergibt sich zu Abb.2 zeigt eine besonders zweckmäßige und zugleich einfache Ausführungsform der Erfindung. Der zugesetzte Blindstrom wird hier über einen von dem cos (p-Regler 3 über Kontakte q. gesteuerten, nicht dargestellten Verstellmotor reguliert. Der cos p-Regler 3 ist über einen Spannungswandler 3 und einen Stromwandler 6 an das Netz angeschlossen. Im Stromkreis des cos (p-Reglers liegt eine Impedanz, die in der Abbildung als ein Ohmscher Widerstand 2 dargestellt ist, der von dem wattmetrischen Instrument i verstellt wird. Diese Verstellung erfolgt so, daß die Nullage des cos p-Reglers stets demjenigen cos V-Wert entspricht, der nach der Gleichung (i I) dem jeweiligen Wirkstrom des Instrumentes i zugehört. Hat der cos 9 der Leitung den Wert erreicht, der dem Wirkstrom des Instrumentes i und der Widerstandseinstellung 2 entspricht, dann befindet sich der cos (p-Regler 3 in seiner Nullage, und die Kontakte q. des Verstellmotorkreises sind unterbrochen.
Die Abhängigkeit der Widerstandseinstellung des cos (p-Reglers von einer gesetzmäßigen Beziehung läßt sich auf verschiedene Art erreichen. Eine Lösung würde die entsprechende Ausbildung des Widerstandes (verschiedener Durchmesser einer Spule) bieten. Vorteilhaft wäre unter Umständen auch die Einführung eines die beschriebene Gesetzmäßigkeit vermittelnden mechanischen Zwischengliedes, beispielsweise einer Schablone, zwischen wattmetrisches Instrument i und Widerstand 2., Stattdessen kann man auch ein wattmetrisches Instrument verwenden, dessen Eigencharakteristik der gewünschten Abhängigkeit des cos 9p von dem Wirkstrom der Leitung entspricht.
In Abb. 3 ist eine Schaltung für den Fall dargestellt, daß ein Unterwerk in eine Leitung eingeschaltet ist, das von zwei Seiten aus Strom erhalten kann. Die als wattmetrische Relais ausgebildeten Richtungsrelais ii'und i2 steuern Schalter 13 und rd.; durch deren Einwirkung ist jeweils diejenige cos p-Reglerschaltung 15 oder 16 eingeschaltet, durch die Strom in Richtung auf das Werk, das durch die Sammelschienen 17 dargestellt ist, fließt. Fließt von beiden Richtungen aus Strom nach den Sammelschienen 17, dann sind auch beide cos p-Regler i5 und 16 angeschlossen.
Statt jedem cos (p-Regler eine besondere Blindstromquelle zuzuordnen, kann man mehrere cos 9-Regler auf denselben Steuerapparat einer Blindstromquelle arbeiten lassen. In Abb. 3 geschieht dies beispielsweise dadurch, daß die Triebspulen der cos (p-Regler 15 und 16 beide auf den gleichen Waagebalken 18 arbeiten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung von Wechselstromfernleitungen durch Kompensation der durch die Ohmschen Widerstände, Induktivitäten und Kapazitäten verursachten Spannungsabfälle mit Hilfe von zusätzlich eingeführten, in Abhängigkeit von der Leitungsbelastung geregelten Blindströmen, gekennzeichnet durch einen cos (p-Regler zur Regelung der in` der Leitung zusätzlich eingeführten Blindströme, dessen konstant zu haltender Regelwert durch zusätzliche Beeinflussung bei steigendem Wirkstrom der Fernleitung verringert, bei sinkendem Wirkstrom vergrößert wird.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung derart erfolgt, daß der cos (p des Leitungstroines gleich dem gehalten wird.
3. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch ein in die Fernleitung eingeschaltetes wattmetrisches Instrument, das eine in den Stromkreis des cos (p-Reglers eingeschaltete Impedanz verstellt. q..
Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Zuleitung zu einem Kraftwerk oder einer Unterstation je eine der Einrichtungen nach den Ansprüchen i, 2 oder 3 vorgesehen ist und jeweils nur diejenigen Regeleinrichtungen eingeschaltet sind, durch die Strom in Richtung auf das Werk oder die Unterstation zufließt.
5. Einrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche cos #p-Regler gemeinsam eine Blindstromquelle steuern.
6. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5, gekennzeichnet durch ein wattmetrisches Instrument, dessen Eigencharakteristik der gewünschten funktionellen Abhängigkeit des cos p von dem Wirkstrom der Leitung entspricht.
7. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das wattmetrische Instrument und den Widerstand ein mechanisches Zwischenglied eingeschaltet ist, das die verlangte funktionelle Abhängigkeit .der Widerstandsverstellung vom Wirkstrom der Leitung vermittelt. B. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellwiderstand so ausgebildet ist, daß die lineare Verstellung seines Verstellkontaktes eine Änderung des eingeschalteten Gesamtwiderstandes entsprechend der gewünschten funktionellen Abhängigkeit veranlaßt.