DE604913C

DE604913C - Phasenausgleich fuer spannungssymmetrische Drehstromnetze bei einphasiger Belastung

Info

Publication number: DE604913C
Application number: DEF73281D
Authority: DE
Original assignee: WILHELM FISCHER DR ING
Current assignee: WILHELM FISCHER DR ING
Priority date: 1932-04-22
Filing date: 1932-04-22
Publication date: 1934-10-31

Description

Phasenausgleich für spannungssymmetrische Drehstromnetze bei einphasiger Belastung Starke einphasige Belastung ist an Drehstromnetzen unerwünscht, da sie nicht nur durch den Spannungsabfall in den Leitungen die Symmetrie der Netzspannung stört, sondern auch eine zusätzliche mit der doppelten Netzfrequenz in den Leitungen pulsierende Leistung hervorruft. Viele Energieverbraucher sind aber ihrer Natur nach einphasig. Um die Schwierigkeit, diese an das Drehstromnetz anzuschließen, zu beheben, sind verschiedene Kunstschaltungen mit Umformern, Transformatoren u.-dgl. angegeben worden.
Es wird hier eine neue Schaltung angegeben, welche die praktischen Bedürfnisse genügend befriedigt und alle anderen Einrichtungen an Einfachheit übertrifft: Man schaltet an eine der beiden freien Phasen einen möglichst verlustfreien Blindwiderstand von entsprechender Größe.
Von Fortescue ist bekanntlich ein Weg angegeben worden, die Unsymmetrie - bei einphasiger Belastung ganz zu, beseitigen und gleichzeitig in allen drei Phasen einen Leistungsfaktor von der Größe z herzustellen, indem man in die zweite Phase einen Kondensator und in die dritte eine Selbstinduktion einschaltet. Die hierzu nötigen Kondensatoren sind aber bei großen Leistungen so teuer, daß -diese Schaltung nur in seltenen Fällen praktische Bedeutung haben wird.
Bei Genkin findet sich ferner rechnerisch die Bedingung, daß eine einphasige rein Ohmsehe Belastung R ausgeglichen werden kann wenn an eine der anderen Phasen ein Wechselstromwiderstand geschaltet wird vom Wert d. h. eine Kombination aus einem Blindwiderstand und einem Wirkwiderstand, welche den Betrag von R hat und einen Phasenwinkel von -h 6o'. Der Wirkwiderstandsanteil- hat dabei aber den beträchtlichen Wert r = 112 R, welcher entsprechende Verluste bedingt und die Wirtschaftlichkeit eines solchen Ausgleiches vollkommen ausschließt.
Ferner ist bekannt, bei Mehrphasentransformatoren oder zwei in Scottscher Schaltung geschalteten oder bei mehreren Einphasentransformatoren Drosseln und Kapazitäten zum Ausgleich zuzuschalten. Insbesondere kann man bei Scottscher Schaltung bzw. bei einem Zweiphasentransförmatör auch mit einer Drossel auskommen.
Nach der Erfindung kann diese Schaltung noch weiter dahin vereinfacht werden, daß man ohne Verwendung von Transformatoren lediglich in diejenige Phase, welche der mit dem Verbraucher Rd belasteten Phase a um r2o ° vorauseilt (Phase c), eine Drossel von bestimmtem Blindwiderstand z,, einschaltet, wie in Abb. r dargestellt ist. Die Größe des Blindwiderstandes im Verhältnis zum Belastungswiderstand Ra ist abhängig von dem geforderten wirksamen Leistungsfaktor des Netzes oder von der zugelassenen Unsymmetrie u. Eine vollkommene Symmetrie wird in der Praxis gar nicht gefordert. Auch der Leistungsfaktor des Netzes braucht nicht i zu sein. Die Stromlieferungstarife rechnen fast durchweg mit einem Normalleistungsfaktor von höchstens o,8. Ein Phasenausgleich ist befriedigend, wenn er diesen praktischen Bedingungen genügt.
Bezeichnet man das Verhältnis des Belastungswiderstandes Ra zum Ausgleichsblindwiderstand z" mit x, also x = Ralz,;, so ist der im Netz wirksame Leistungsfaktor Wird ein Leistungsfaktor von o,8 im Netz gewünscht, so folgt aus dieser Gleichung Die einzuschaltende Reaktanz z" ist also hier z. = Ra/x = 1,33 # Ra zu wählen.
Das unsymmetrische System der drei Linienströme j" J2, J3 läßt sich nach der Theorie zerlegen in zwei gegenläufige symmetrische Systeme J' und J". Die Unsymmetrie des Systems ist dann durch das Verhältnis u = J"/J' bestimmt. Es läßt sich weiter ableiten, daß und folglich ist. In obigem Zahlenbeispiel mit x = 0,75 wird somit 2a = 0,41- Man muß also, wenn man einen Leistungsfaktor von o,8 im Netz erreichen will, eine Unsymmetrie u von etwa 40°/o zulassen. Dies ist eine durchaus angängige Größe. Die einzelnen Linienströme sind hierbei L = 0,5=5' J.; J2 = J.; J3 = 0,75 - Ja.; die Abweichung vom Mittel Um = 0,755 # Ja) ist nicht größer als -I- 33 %. Dies stellt gegenüber der Einphasenbelastung einen praktisch durchaus befriedigenden Phasenausgleich dar.
Die Verhältnisse verschieben sich natürlich, wenn die Belastung der Phase a nicht rein ohmisch ist. Doch kann diese in bekannter Weise durch zusätzliche Kompensierungsmittel in der Phase a immer zu einer rein Ohmschen Belastung gemacht werden, so daß die bisher aufgestellten Grundsätze genau auch auf die auf cos p" = i kompensierte Einphasenbelastung angewandt werden können.
Bei nicht allzu großen Phasenverschiebungen in der Belastung a kann auf eine Kompensierung verzichtet werden. Für einen Leistungsfaktor von o,8 im Netz erhält man z. B. bei einem Leistungsfaktor der Belastung in der Phase a cos p" = o,9 für x den Wert x = 0,24 und für die Unsymmetrie .a = o,68. Wenn diese Unsymmeirie von 68 °/o noch zulässig ist, braucht man also im Belastungszweig nur auf cos 99" = o, g zu kompensieren.
Die Ergebnisse der ersten Ableitung ändern sich nicht, wenn man den induktiven Zusatz-Blindwiderstand z, in der c-Phase durch einen kapazitiven Zusatzblindwiderstand z, in der b-Phase ersetzt, wie in Abb. 2 dargestellt ist. Es ist dann nur x = R/zb zu setzen. Auch auf diese Weise ist der sehr einfache Phasenausgleich herzustellen durch Zuschalten eines entsprechenden Blindwiderstandes in einer der freien Phasen.
Die Blindwiderstände können natürlich in jeder beliebigen Weise dargestellt sein durch Drosseln bzw. Kondensatoren oder durch entsprechend erregte Blindleistungsmaschinen.
Tritt in der mit der Nutzlast belasteten Phase eine Änderung der Belastung ein, so kann durch an sich bekannte Mittel, wie Stromrelais u. dgl" dafür gesorgt werden, saß der in der zweiten Phase zugeschaltete Blindwiderstand selbsttätig entsprechend geändert wird, so daß der gewünschte Phasenausgleich erhalten bleibt.
Zur Anwendung kommt diese Anordnung besonders in dem Gebiet der Elektrowärme, wo verschiedene Ofenarten einphasig sehr viel bequemer zu bauen sind (z. B. Lichtbogenrollofen) oder überhaupt nur einphasig arbeiten können, wie z. B. Schweißanlagen und kernlose Induktionsöfen. Aber auch für normale Widerstandsöfen ist unter Umständen der einphasige Anschluß wesentlich vorteilhafter, insbesondere im Hinblick auf die Regelung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Phasenausgleich für spannungssymmetrische Drehstromsysteme bei einphasiger Belastung durch Zusatzbelastung in einer der beiden anderen Phasen, dadurch gekennzeichnet, daß an die voreilende Phase c ein induktiver bzw. an die nacheilende Phase b ein kapazitiver Blindwiderstand angeschlossen wird, dessen Betrag ein- bis dreimal so groß ist wie der Belastungswiderstand der Phase a.
2. Phasenausgleich nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Belastungsphase a der Leistungsfaktor bis auf mindestens o,9 kompensiert ist.
3. Phasenausgleich nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Veränderung des Belastungswiderstandes in der j .-Phase der zugeschaltete Blindwiderstand in der b- bzw. c-Phase selbsttätig entsprechend geändert wird.