-
Anordnung zur Regelung oder Stabilisierung von Wechselstromfernleitungeji
Es ist bekannt, zur Spannungsregelung von Wechselstromfernleitungen längs der Leitung
Drosselspulen zu verteilen, die im normalen Betrieb oberhalb des - Knies der Magnetisierungskurvearbeiten.
Durch die Verwendung derartiger Drosselspulen; bei denen bei geringer Änderung der
-aufgedrückten Spannung bereits eine große Änderung des aufgenommenen Blindstromes
hervorgerufen wird, kann man erreichen, daß an der Leitung bei veränderlicher Belastung
keine allzu großen Spannungsänderungen mehr auftreten können. Mit einer solchen
Einrichtung ist es jedoch nicht ohne weiteres möglich, Leistungen zu übertragen,
welche über die natürliche Leistung der Fernleitung hinausgehen, da dann der Fernleitung
kapazitive und nicht induktive Blindleistung entnommen werden muß.
-
Erfindungsgemäß werden daher außer der gesättigten Drosselspule noch
Kondensatoren vorgesehen, die stufenweise nacheinander ein-oder ausgeschaltet werden.
Dadurch erreicht man eine Verringerung der erforderlichen Nennleistung- der eisengesättigten
Drosselspule; denn. würde man z: B. bei Leitungen, die weit über die natürliche
Leistung hinaus belastet werden sollen, die-also Zusatzkondensatoren haben. müssen,
die Kondensatoren nicht stufenweise ausschaltbar machen, so wäre .es notwendig,
die gesättigten Eisendrosselspulen für die gesamte Leitungskapazität einschließlich
der noch hinzugekommenen Kompensationskondensatoren auszulegen. Die gesättigten
Eisendrosselspulen müßten also für eine große Nennleistung bemessen werden, da im
Leerlauf der Leitung, z. B. in ein und derselben Station, die gesättigte Drosselspule
nicht nur die kapazitive. Blindleistung der Leitung, sondern auch die der Zusatzkondensatoren
kompignsieren müßte. Man kann auch zur Verringerung der Nennleistung der eisengesättigten
Drosselspule bei Übertragung von Leistungen, die unterhalb der natürlichen Leistung
der Fernleiteng liegt, erfindungsgemäß ungesättigte Drosselspulen (Drosselspulen
mit Luftspalt) vorsehen, die stufenweise ein- und ausschaltbar sind. Man erreicht
dadurch außer der Verringerung .der Größe der eisengesättigten Drosselspule noch
den Vorteil, daß man die Spannung besser konstant halten kann, als wenn man lediglich
nur eine eisengesättigte-Drosselspule vorsehen würde. Zweckmäßig wird man sowohl
stufenweise ein- und ausschaltbarewn@gesättigteDroisselspulen als auch Kondensatoren
vorsehen.
-
Die- Kondensatoren oder ungesättigten Drosselspulen werden entsprechend
dem Betriebszustand .der Leitung zu- oder abgeschaltet, während die- gesättigten
Drosselspulen fest mit der Leitung verbunden sind und ihren Magnetisierungsstrom
unmittelbar und in kürzester Zeit bei Änderung der Spannung verstärken oder schwächen.
Zur Steuerung der Drosselspulen kann man beispielsweise ein von: der Spannung der
Fernleitung abhängiges Relais verwenden, welches, sobald die Spannung unter einen
bestimmten Wert sinkt, die Drosselspulen nacheinander ab- und.
die
Kondensatoren- zuschaltet, während beim Steigen der Spannung über einen bestimmten
Grenzwert-Kondensatoren--ab- und-Drosselspulen zugeschaltet werden. Man kann auch
beispielsweise das Regelkriterium für die .selbsttätige Steuerung der Zusatzdrosselspulen
und Kondensatoren abhängig machen von einem Relais, welches vom Strom der Fernleitung
beeinflußt wird, oder abhängig von einem- Relais, das anspricht, sobald die Summe
aus der induktiven Blindleistung der von der Station zu" kompensierenden Leitungsabschnitte
und der kapazitiven Blindleistung derselben Abschnitte und der am Ort der Kompensierungseinrichtung
der Leitung entnommenen Blindleistung-vom Werte Null oder von einem von der Größe
des Wirkstromes der Station abhängigen Betrag abweicht. Solche Blirndleistungskompensationerelais
sind an sich bekannt und beispielsweise in der ETZ i9-9, S.979;981, beschrieben.
Man kann das Zu--und Abschalten der ungesättigtert Drosselspulen bzw. der. Kondensatoren
auch abhängig vomBelastungszustand -der gesättigten Drosselspüle machen, also abhängig
von der Blindleistung dieser Drossel-. spule. Man trifft dann die Anordnung so,
daß, -sobald die Leistung der eisengesättigten. Drosselspule .einen bestimmten Wert
unter-bzw. überschreitet, ab-oder Kondensatoren zu- bzw. Zusatzdrosselspulen zu-
oder Kondensatoren- abgeschaltet werden. Man. kann durch.. die Verwendung von Kondensatoren
und ungesättigten Drosselspulen erreichen, däß die gesättigten Drosselspulen im
Mittel annähernd stets die gleiche Blindleistung aufnehmen, wenn man die Stufengröße
entsprechend - klein hält. Gegenüber Anordnungen, bei denen lediglich ungesättigte
- Drosselspulen öder Kondensatoren zu- oder abgeschaltet werden, erreicht man -
durch die Anordnung nach der Erfindung den Vorteil, daß die Stabilität der Anlage
erhöht wird, da die dauernd angeschlossenen gesättigten Drosselspulen ihre Blindleistungsaufnahme
fast augenblicklich, d. h. innerhalb i/lap Sek., den betriebsmäßig geforderten-Verhältnissen
anpassen.
-
Man kann die Anordnung auch so treffen, daß das Zu- und Abschalten
der Kondensatoren-von einem von den elektrischen Verhältnissen in der Leitung abhängigen
Relais, z. B. einem Blindleistungskompensatiönsrelais oder einem: Spannungsrelais,
erfolgt, daß aber der von diesem Relais an `die Steuereinrichtung für die ungesättigten
Drosselspulen und die Kondensatoren gegebene Befehl nur- ausgeführt werden kann,
sobald die Blindleistung der gesättigten Drosselspule einen bestimmten Wert über=
bzw. unterschreitet. Man kann dann die Empfindlichkeit des Spannungsreglers bzw.
des Blindleistungskompensationsrelais höher halten. Das Spannungsrelais schließt
beispielsweise beim Sinken der Spannung unter den normalen Wert einen Kontakt, wodurch
ein Befehl zum Zuschalten von Kondensatoren bzw: zum Abschalten von ungesättigten
Drosselspulen gegeben wird. Dieser Befehl kann jedoch erst an die Stufenschalteinrichtung
für die -Kondensatorenund die ungesättigten Drosselspulen weitergegeben- werden,
sobald die Blindleistung der eisengesättigten Drosselspulen einen bestimmten Wert
unterschreitet. Umgekehrt wird ein Befehl zuni Abschalten von Kondensatoren bzw.
zum Zuschalten von ungesättigten Drosselspulen erst weitergegeben, wenn die Blindleistung
der eisengesättigten Drosseln einen bestimmten Wert überschreitet. In entsprechender
Weise kann man auch, wenn beispielsweise das Blindleistungskompensationsrelais den
Befehl gibt, ungesättigte Drosselspulen zu- bzw. Kondensatoren abzuschalten; den
Befehl sperren, bis die Blindleistung der gesättigten Drosselspule einen bestimmten
Wert überschreitet, oder wenn das Kompensationsrelais einen Befehl zum Abschalten
von ungesättigten Drosselspulen bzw. zum Zuschalten von Kondensatoren gibt, kann
man diesen Befehl so lange sperren, bis- die Blindleistung- der gesättigten Drosselspule
einen bestimmten Wert unterschreitet.
-
Da es bei Verwendung beispielsweise eines Blindleistungskompensationsrelais,
welches also unabhängig von der Höhe der tbertragungsspannung jeweils das Gleichgewicht
der verschiedenen Blindleistungen der zu kompensierenden Leitungsabschnitte aufrechtzuerhalten
sucht, unter Umständen vorkommen kann"daß, wenn etwa aus irgendeinem. Grunde die
Spannung der Generatoren .des Kraftwerkes erhöht wird, das Kompensatiönsrelais einen
Befehl zum Zuschalten eines Kondensators : bzw. zum Abschalten einer ungesättigten
Drosselspule gibt, obwohl die gesättigte Drosselspule bereits am oberen Ende ihres
Regelbereiches angelangt ist, so kann man die Anordnung auch so' treffen, daß das
Zuschalten von Kondensatoren bzw. das Abschalten von ungesättigten Drosselspulen
gesperrt wird, wenn die Blindleistung der gesättigteriDrosselspuleeinenbestimmten
oberen Grenzwert erreicht. In entsprechender Weise wird dann auch ein Befehl zum
Zuschalten von .ungesättigten Drosseln und zum Abschalten von Kondensatoren gesperrt,
wenn die eisengesättigte Drosselspule am unteren Ende ihres Regelbereiches angelangt
ist.
-
In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Blindleistungskompensation
und Stabilisierung von Fernleitungen dargestellt.
i ist die Wechselstromfernleitung,
die der Einfachheit halber einphasig dargestellt ist. Längs der Leitung verteilt
und parallel zur Leitung geschaltet liegen gesättigte Drosselspulen?, von denen
im Ausführungsbeispiel zwei gezeichnet sind. Diese Drosselspulen sind also so- bemessen,
daß sie bei der normalen Spannung im Sättigungsbereich arbeiten. Außerdem sind noch
Luftdrosselspulen 3 und Kondensatoren 4 vorgesehen, die an die Leitung angeschlossen
oder von ihr abgeschaltet werden können: Der Befehl zum Zu- und Abschalten. der
ungesättigten Drosselspulen und der Kondensatoren erfolgt im Ausführungsbeispiel
durch das Blindleistungsrclais 5, welches von der Spannung der Fernleitung i und
dem Strom der gesättigten Drosselspule 2 erregt wird. Bei einer bestimmten von dieser
aufgenommenen Blindleistung steht das Relais 5 in der Mittellage. Über- oder unterschreitet
die von der Drosselspule 2 aufgenommene Blindleistung einen vorbestimmten Höchst-
oder Mindestwert, so schlägt .das Relais- 5 nach oben oder unten aus. Bei einer
Kontaktgabe nach oben wird ein Befehl zum Zuschalten von ungesättigten Drosselspulen
bzw. zum Abschalten von Kondensatoren gegeben, bei der Kontaktgabe nach unten ein
Befehl zurr Zuschalten von Kondensatoren bzw. zum Abschalten von ungesättigten Drosselspulen.
Die Steuereinrichtung zum Zu- und Abschalten der ungesättigten Drosselspulen und
der Kondensatoren ist im Ausführungsbeispiel der Einfachheit halber nicht gezeichnet.
Sie kann in an sich bekannter Weise so ausgebildet sein, daß bei einem Ausschlag
des Relais 5 nach oben die Kondensatoren 4 mit Zeitverzögerung nacheinander ab-
und hierauf die ungesättigten Drosselspulen 3 nacheinander mit Zeitverzögerung Leingeschaltet
werden, während bei einem Ausschlag des Relais 5 nach unten in umgekehrter Reihenfolge
die ungesättigten Drosselspulen 3 ab- und die Kondensatoren 4 zugeschaltet werden.
-
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Es sei angenommen, daß
alle drei Zusatzkondensatoren 4 eingeschaltet sind und daß das Relais 5 in der Mittellage
steht. Steigt nun beispielsweise durch Entlastung der Fernleitung die Spannung;
so nimmt die gesättigte Drosselspule :2 eine erhöhte Blindleistung auf. Sobald diese
einen vorgeschriebenen Wert überschreitet, schlägt das Relais nach oben aus, und
es wird ein Kondensator abgeschaltet. Macht das Relais auch nach Abschaltung dieses
Kondensators weiter Kontakt, so wird nach einer bestimmten Zeit ein weiterer Kondensator
abgeschaltet, hierauf der nächste, dann wird eine Drosselspule zugeschaltet usf.;
und zwar so lange, bis das Relais den oberen Kontakt freigibt. Fällt die Spannung
der Leitung und unterschreitet die von der gesättigten-Drosselspule 2 aufgenommene
Blindleistung einen bestimmten Wert, so werden die ungesättigten Drosselspulen 3
ab- und die Kondensatoren 4 zugeschaltet.
-
Die Größenverhältnisse zwischen der Leistung der gesättigten Drosselspule
:2 und der Leistung der einzelnen Stufen können beispielsweise so gewählt werden,
daß der Unterschied zwischen den Grenzwerten der Drosselspulenblindleistung; d.
h. zwischen der Differenz aus der größten und kleinsten Blindleistung, welche die
gesättigte Drosselspule noch aufnehmen kann, wenn sie im Sättigungsbereich arbeitet
und nicht überlastet werden soll, also der Unterschied der Blindleistungen bei der
höchsten und niedrigsten Arbeitsspannung, mindestens gleich oder etwas größer ist
als die Leistung einer Regelstufe: In diesem Ralle muß man die Ansprechempfindlichkeit
des Reglers, beispielsweise des Blindleistungsrelais 5, welches die Stufenstetterüng
beeinflußt, so wählen, daß das Zu- und Abschalten der Einzelstufen ungefähr bei
Erreichen der Leistungsgrenze der gesättigten Drosselspüle nach :der einen oder
anderen Richtung erfolgt. Die Schaltgeschwindigkeit der Stufenschaltung kann abhängig
gemacht werden von der überlastungs= fähigkeit der gesättigten Drosselspule. Je
länger man diese überlasten kann, um so kleiner darf die Schaltgeschwindigkeit gewählt
werden. Will man die Blindleistung der gesättigten Drosselspulen im normalen Betrieb
näher an dem mittleren Wert halten, um eine größere Reserve beim Auftreten etwaiger
Blind- oder Wirklaststöße zu erhalten, so muß man die Größe der einzelnen Stufen
entsprechend kleiner wählen. Wählt: man beispielsweise die Blindleistung einer ungesättigten
Drosselspule bzw: eines Kondensators so, daß sie gleich ist der Hälfte der Differenz
,de Grenzblindleistungen der gesättigten Drosselspule 2, so kann man die Ansprechempfindlichkeit
des Reglers so wählen, daß er etwa bei Abweichung der Blindleistung der gesättigten
Drosselspule um 1/2 der Leistung einer Stufe von der Mittelstellung anspricht. Man
--hat dann die Gewähr, @daß bei plötzlich. auftretendem Blindleistungsbedarf :die
gesättigte Drosselspule noch vor dem Eingreifen der Stufenschalter für die ungesättigten
Drosselspulen bzw. die Kondensatoren regelt, ohne ihre Grenzblindleistungen zu überschreiten.
Verwendet man Spannungs-oder Blindleistungs- oder ähnliche Relais, so -muß man die
Empfindlichkeit dieser Relais entsprechend der Stufengröße und der Charakteristik
der gesättigten Drosselspule wählen..
In Fig. 2 sind -das Diagramm
der gesättigten Drosselspule 2 allein, d: h. die Abhängigkeit des Stromes von der
Spannung, und ferner die gleichen Kurven-- der gesättigten Dro§selspule aufgetragen,
zu der parallel eine. öder zwei ungesättigte. Drosselspulen oder Kondensatoren gelegt
sind. Die mittlere Kurve in Fig. 2 zeigt - die Abhängigkeit zwischen-der Spannung
und. dem Strom für: die gesättigte Drosselspule allein. -Durch a-b ist derjenige
Bereich- angedeutet, in welchem die gesättigte.Drosselspule arbeiten. soll. Der
obere Punkt b ist gegeben durch die Nennblindleistung der Drosselspule, .der untere
a durch die Krümmung der Charakteristik. Wird nun.-eine ungesättigte Drosselspule
zugeschaltet, so erhält man als resultierende Charakteristik dieser aus gesättigter
und ungesättigter Drosselspule bestehenden Anordnung die rechts von der- mittleren
Kurve liegende Kurve; wird eine weitere-ungesättigte Drosselspule eingeschaltet,
so erhält man die rechts außen liegende Kurve. Werden zur gesättigten Drosselspule.
ein oder zwei Kondensatoren parallel geschaltet, -so erhält man. die linken beiden
Kurven. Bei dieser- Anordnung ist die Stufengrölle ungefähr gleich 2/3 der Differenz
der Grenzblindleistungen der gesättigten Drosselspule gewählt.. Man wird .dann das,
Relais ansprechen lassen, sobald die Blindleistung der gesättigten Drosselspule
von dem Mittelwert um ungefähr 1/3 der Differenz ihrer Grenzblindleistungen abweicht.
-
Wie, bereits erwähnt, kann man die gesättigte Drosselspule auch lediglich
allein in Verbindung mit ein-. und ausschaltbaren Zusatzkondensatoren verwenden.
Man muß- dann die gesättigte Drosselspule entsprechend größer wählen und erst Kondensatoren
zuschalten, sobald man sich der natürlichen Leistung der Fernleitung nähert. Es
wird also dann in einem größeren Bereich die gesättigte Drosselspule allein wirksam
sein, und erst wenn ihre Blindleistung einen bestimmten Wert unterschreitet, werden
Zusatzkondensatoren zugeschaltet werden. Wie erwähnt, kann man auch unter Umständen
lediglich mit ungesättigten Zusatzdrosselspulen allein auskommen.
-
Die - eisengesättigte Drosselspule wird zweckmäßig so ausgebildet;
daß ihre Streuung sehr -.gering ist: Man wird. also' die Drosselspule mit viel Eisen
. und wenig Kupfer bauen. - Um den Einfluß des Luftfeldes noch zu verringern bzw.
den Anstieg der Magnetisierungskurve im Sättigungsbereich weniger steil zu machen,
kann man noch in Reihe mit -der gesättigten Drosselspule einen Kondensator schalten
oder für die Drosselspule Eisenlegierungen verwenden, deren Magnetisierungskurve
einen starken Knick aufweist.
-
Die Drosselspule 2 bedingt wegen der Eisensättigung Oberwellen im
Magnetisierungsstrom. Schaltet mal bei einem Dreiphasennetz diese Drosselspuren
in Stern oder in Dreieck, wobei die Drosselspulen auf getrennten Kernen oder auf
einem gemeinsamen Eisengerüst-angeordnet werden, so treten aus Symmetriegründen
keine dritten Oberwellen im Strom mehr auf. -Will man auch noch andere Oberwellen
im Magnetisierungsstrom, z: B. die fünfte, unterdrücken, so kann man dies in an
sich bekannter Weise dadurch machen, daß man parallel zu der Drosselspule Resonanzkreise
legt, die auf die zu unterdrückenden Oberwellen abgestimmt sind. Besonders-zweckmäßig
ist es, die gesättigten Drosselspulen oberwellenarm auszuführen. Hierzu kann man,
wie bereits "vorgeschlagen, die Drosselspulen mit einem vierten Schenkel versehen
oder sie aus drei Einzeldrosselspulen zusammensetzen und außer der primär in Stern
geschalteten Wicklung eine besondere Dreieckswicklung aufbringen, die über einen
Wechselstromwiderstand, beispielsweise eine Drosselspule, geschlossen ist. Diese
kann dann so bemessen werden, daß im aufgenommenen Magnetisierungsström der gesättigten
Drosselspulenkeine fünften Oberwellen mehr auftreten können. Man kann auch beispielsweise
die gesättigten Drosselspulen in Dreieck- schalten, wenn man statt einer Zusatz=
drossel deren drei-verwendet,-die symmetrisch auf die einzelnen Phasen der Dreieckswicklung
aufgeteilt sind und die untereinander durch eine besondere Wicklung induktiv oder
durch' einen gemeinsamen Eisenkern magnetisch so verkettet sind,- daB sich die magnetisierenden
Amperewindungen der Grundwelle gegenseitig herausheben. Die Zusatzdrosselspule bzw.
die Zusatzdrosselspulen werden zweckmäßig so bemessen, daß sie bei der zur Unterdrückung
der fünften Oberwelle günstigsten Spannung gesättigt sind, da man, dann auch bei
wechselnder Netzspannung immer eine gute Unterdrückung der Oberwellen erreicht.
Um bei jeder Netzspannung eine vollständige Unterdrückung der fünften Oberwelle
zu erreichen, kann man auch parallel zu der gesättigten- Zusatzdrosselspule einen
Kogdensator und vor diese Parallelschaltung eine ungesättigte Drosselspule schalten.
-
Besonders, zweckmäßig =ist es, wenn man zwei oder mehrere Drosselspulen,
wie bereits vorgeschlagen, so ausbildet, daß die Oberwellen im resultierenden Magnetisierungs=
strom verschwinden. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise die Drosselspule der
einen Station in Stern und die der anderen in Drei-.eck schalben, ' Man erreicht
dann, wenn man
der in Stern geschalteten Drosselspule keinen vierten
Schenkel oder bei Vorhandensein eines solchen noch eine besondere Dreieckswicklung
gibt, daß die fünften und siebenten Oberwellen der gesättigten Drosselspulen der
beiden Stationen verschwinden. Statt die Drosselspule in der einen Station in Stern,
in der nächsten in Dreieck, in der übernächsten wieder in Stern zu schalten, kann
män auch in der einen Station die Drosselspule in Stern, in der zweiten in Zickzack,
in der dritten wieder in Stern usf. schalten. Wesentlich ist, daß die Schaltung
stets so getroffen wird, daß: der resultierende Magnetisierungsstrom der gesättigten
Drosselspulen vorzugsweise von der fünften und siebenten Oberwelle befreit ist.
Man kann dies auch durch unterschiedlichen Aufbau des Eisenkernes erreicheiii, indem
man beispielsweise in der einen Station die Drosselspule mit viertem Schenkel versieht
und in Stern schaltet, während in der nächsten Station die Drosselspule ohne vierten
Schenkel, aber auch mit Sternschaltung ausgeführt wird. Man kann auch durch entsprechende
Verdrehung der an den Drosselspulen anliegenden Spannungen; beispielsweise mit Hilfe
von vorgeschalteten Drehtransformatoren, erreichen, daß zumindestens eine Oberwelle;
beispielsweise die fünfte, verschwindet.
-
Man kann auch, wie bereits vorgeschlagen, -statt einer Eisendrossel
in einer Station zwei oder mehrere verwenden, die man dann zweckmäßig so ausbildet,
daß die Oberwellen im resultierenden Magnetisierungsstrom verschwinden. Bei Verwendung
von vier Drosselspulen in einer Station kann man beispielsweise alle Oberwellen
bis zur dreiund7-wanzigsten kompensieren. Die-- Drosselspulen werden dann beispielsweise
so geschaltet, dB die Grundwellen ihrer Flüsse um 15° gegeneinander versetzt sind.
Sie werden so bemessen, daß sie gleichartig verzerrte Stromkurven besitzen -und
daß sich die Blindleistungen der Drosselspulen, deren Grundwellenflüsse jeweils
um 15° versetzt sind, verhalten wie 1,67 : 2;63 : 1,67 : 0;707.