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Einrichtung zur Regelung von Wechselstromfemleitungen Gegenstand der
Erfindung ist eine Einrichtung zur Kompensierung oder annähernden Kompensierung
der Blindleistungen und Stabilisierung langer Fernleitungen mit Hilfe von längs
der Leitung verteilten Phasenschiebern, beispielsweise von Synchronmaschinen. Gemäß
der Erfindung werden die Phasenschieber vom Netz oder von einer Hilfswechselspannung
aus über gesteuerte Gleichrichter erregt, und es ist ein an sich bekanntes Relais
vorgesehen, welches auf das Gleichgewicht der induktiven Blindleistung. der Fernleitung,
der kapazitivenBlindleistung der Fernleitung, der am Ort der Kompensierungseinrichtung
zugeführten Blindleistung und gegebenenfalls eines gewissen Bruchteiles der Wirkleistung
der Station anspricht, und welches, wenn die vom Phasenschieber aufgenommene kapazitive
Blindleistung zu groß oder die von ihm aufgenommene induktive Blindleistung zu klein
ist, den Gleichrichter sperrt, während bei zu großer, vom Phasenschieber aufgenommenen
induktiven Blindleistung oder bei zu kleiner von ihm aufgenommenen kapazitiven Blindleistung
der Gleichrichter stromführend wird, so daß sich im Beharrungszustand ein fortwährendes
Ein- und Ausschalten des Gleichrichters einstellt. Man erreicht durch die Anordnung
den Vorteil, daß die Empfindlichkeit des Steuerrelais gesteigert werden kann und
daß durch die außergewöhnlich schnelle Regelung die Stabilität der Fernleitung gewährleistet
ist, auch dann, wenn Leistungen übertragen werden, die über die natürliche Leistung
der Fernleitung hinausgehen. Um die Stabilität solcher Fernleitungen durch geeignete
Blindstromregelung längs der Strecke zu steigern, kommt es bekanntlich darauf an,
daß die Blindleistungsbedürfnisse der Leitung in jedem Augenblick so schnell befriedigt
werden, daß die Spannung an den Regelpunkten annähernd konstant bleibt. über die
Stabilisierungsfähigkeit eines angeschlossenen Blindstromaggregates entscheidet
nun in erster Linie das Maß, um welches sich die Blindleistung mit der Spannung
ändert. Diese Größe wird bei gleichbleibender Streuung von Maschinen verschiedener
Nennleistung immer mit der Maschinenleistung wachsen und fallen.
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Die Erfindung gibt nun ein Mittel an die Hand, um die Stabilität der
Fernleitung zu gewährleisten, da die gemäß der Erfindung außergewöhnlich schnell
geregelten Maschinen in der Lage sind, die erforderliche Blindleistung rechtzeitig
zu liefern, ohne daß die Gefahr besteht, daß einzelne Phasenschieber überlastet
werden, wie es bei Anwendung der für Generatoren bekannten Schnellregelung mit gittergesteuerten
Gleichrichtern in Abhängigkeit von der Spannung für die Rege-
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längs der Leitung verteilter Phasenschieber der.Fall, wäxe.r.Wqllte man eine derartige
für Generatoren bekannte Regelung auch für längs. der. Leitung: verteilte Phasenschieber
anwenden, so würde der Nachteil auftreten, daß einzelne Phasenschieber überlastet
werden können. Tritt nämlich eine Belastungsänderung auf, so ändert sich die Spannung
auf der ganzen Leitung. Infolgedessen würden, wenn die Phasenschieber in den einzelnen
Stationen über gittergesteuerte Röhren von einem Spannungsregler gesteuert werden,
die Regler in allen den Stationen ansprechen, in welcher die Spannungsänderung den
Anspruchwert des Reglers überschreitet. Da aber gerade durch die Anwendung von gittergesteuerten
Röhren eine sehr schnelle Regelung stattfindet, andererseits aber nicht alle Regler
absolut genau gleich gebaut werden können, so hätte dies zur Folge, daß ein Phasenschieber
die gesamte Blindleistung auf sich zieht und dadurch überlastet wird.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung ist dies vermieden, denn obwohl
die Anordnung nach der Erfindung eine außerordentlich schnelle Regelung gewährleistet,
führt sie doch nicht dazu, .daß_ einzelxxe Phasenschieber die. gesamte Blindleistung
auf sich ziehen können. Dies rührt davon her, daß die Regelung nicht in Abhängigkeit
von der Spannung erfolgt, sondern daß ein Relais verwendet wird, welches, wie oben
erwähnt, auf das Gleichgewicht bestimmter Leistungskomponenten anspricht, so daß
sich die einzelnen Regler gegenseitig nicht beeinflussen können. Man hat also durch
die Anordnunng nach der Erfindung die Vorteile einer sehr schnellen Reffielung der
Blindleistung, ohne daß man die Nachteile, die bei einem Schnellregelverfahren mit
gittergesteuerten Gleichrichtern in Abhängigkeit von der Spannung auftreten, in
Kauf nehmen muß.
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Eine weitere Verbesserung der Anordnung läßt sich noch erreichen,
wenn man den schnell geregelten Phasenschieber nur noch zur Lieferung kleiner Blindleistungen
heranzieht, also -lediglich zur Erhöhung der Stabilisierungsgrenze verwendet, -
während die bei Übertragung jeder Leistung erforderlichen zusätzlichen Blindleistungen
z. B: durch Drosselspulen oder Kondensatoren oder beide, die stufenweise ein- und
ausschaltbar sind,- übernommen werden. Die Anordnuhg hat den Vorteil, daß man ohne
übermäßig hohe Kosten -für die Schnellerregung, auskommt, da die zur Erzielung einer
gewissen Regelgeschwindigkeit erforderliche Erregerleistung um so kleiner ist, je
kleiner die geregelte Maschine ist. Durch die Anordnung nach der Erfindung erreicht
man den Vorteil, daß eine hohe Ansprechempfindlichkeit des Blindleistungskompensationsrelais
erzielbar ist, und daß man eine störende Beeinflussung zwischen den Kompensationsstationen
und der Spannungsz°egelung in dem Kraftwerk vermeidet. Die parallel zu diesem schnell
geregelten Aggregat liegenden Stufendrosseln oder Kondensatoren können beispielsweise
in Abhängigkeit von der Spannung der Leitung oder anderen Größen, beispielsweise
in Abhängigkeit von der aufgenommenen Blindleistung des schnell geregelten Aggregates,
gesteuert werden, zweckmäßig derart, da der Blindstrom dieses Aggregates
auf einen günstigen Mittelwert, . beispielsweise den Wert Null, geregelt wird, indem
bei zu großer, vom Schnellaggregat aufgenommenen induktiven Blindleistung Drosselspulen
zu-oder Kondensatoren abgeschaltet werden, während bei zu großer, vom Schnellaggregat
aufgenommener kapazitiver Blindleistung Drosselspulen ab- oder Kondensatoren zugeschaltet
werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
i ist die Wechselstromfernleitung, die der Einfachheit halber einphasig dargestellt
ist. a sind die Synchronmaschinen, die in den einzelnen längs der Leitung verteilten
Stationen aufgestellt sind und von denen der Einfachheit halber nur zwei gezeichnet
sind. Jede Synchronmaschine- ist an die Tertiärwicklung eines Transformators 3 angeschlossen,
dessen Primärwicklung an der Fernleitung liegt und dessen Sekundärwicklung die in
der Zeichnung nicht dargestellten Verbraucher speist.- Der Phasenschieber wird im
Ausführungsbeispiel mittels des Transformators 5 über den gesteuerten Gleichrichter
4 erregt. - Der .eine Schleifring des Läufers der Synchronmaschine z ist mit der
Kathode des Gleichrichters 4, der andere mit dem sekundären Sternpunkt des Transformators
5 verbunden, an dessen Phasenwicklungen die Anoden des Gleichrichters 4 angeschlossen
sind. Außerdem ist noch der eine Schleifring über einen Widerstand 6 mit einer Hilfsanode
io des Gleichrichters 4 verbunden. Der Gleichrichter besitzt besondere Steuerelektroden,
die über Widerstände 7 an eine Batterie 8 oder an eine andere Gleichstromquelle
angeschlossen werden können. Diese Gleichspannung wird durch das Blindleistungskompensationsrelais
9 angelegt. Dieses Blindleistungskompensationsrelais ist an sich bekannt und beispielsweise
in der ETZ. 1929, s. 979/8i, beschrieben. Es kann etwa so 'ausgebildet sein, daß
es auf das Gleichgewicht der induktiven und kapazitiven Blindleistung der Fernleitung
und der von der Station gelieferten Blindleistung anspricht; es kann aber auch so
ausgebildet
sein, daß es, wie in der Veröffentlichung beschrieben,
auf das Gleichgewicht dieserBlindleistungen und eines bestimmten Bruchteiles der
Wirkleistung der Station anspricht, um auch den Ohmschen Spannungsabfall auf der
Leitung zu kompensieren bzw. überzukompensieren. Während bei der bekannten Anordnung
das Relais bei Abweichung der Gleichgewichtsbedingung nach der einen oder anderen
Seite ausschlägt und durch Schließen eines Kontaktes die Zufuhr der Blindleistung
steuert, ist im vorliegenden Falle das Relais so ausgebildet, daß es bei zu großer
vom Phasenschieber aufgenommener kapazitiver Blindleistung oder bei zu kleiner von
ihm aufgenommener induktiver Blindleistung einen Kontakt schließt, während es ihn
bei zu großer vom Phasenschieber aufgenommener induktiver Blindleistung oder bei
zu kleiner von ihm aufgenommener kapazitiver Blindleistung wieder öffnet. Beim Schließen
des Kontaktes wird über die Schutzwiderstände 7 die Sperrspannung der Batterie 8
an die Steuerelektroden des Erregergleichrichters 4 angeschlossen. Dadurch wird
das Erregerfeld der Maschine vom Netz getrennt. Das Feld der Maschine sucht den
Erregerstrom aufrechtzuerhalten, so daß die Hilfsanode io ein positives Potential
gegenüber der Kathode des Gleichrichters erhält und ein Lichtbogen zwischen der
Hilfsanode und der Kathode entsteht, durch. welchen sich die Energie des magnetischen
Feldes der Erregerwicklung ausgleicht. Zur Beschleunigung bzw. Beeinflussung der
Abklinggeschwindigkeit des Feldes ist noch ein Widerstand 6 vorgesehen. Wird jetzt
infolge des abklingenden Eiregerstromes die von der Maschine aufgenommene induktive
Blindleistung zu groß, so. schlägt das Relais nach links aus, und der Phasenschieber
2 wird von dem Transformator 5 über den Gleichrichter hoch übererregt, so daß die
von ihm aufgenommene induktive Blindleistung verringert wird und das Kompensationsrelais
schnell wieder zum Ansprechen kommt und die Erregung im nächsten Augenblick wieder
gänzlich unterbindet. Es ergibt sich also ein dauerndes Pulsieren des Reglers um
den einzuregelnden Grenzwert herum. Die Amplitude der Reglerschwingungen wird durch
Verwendung möglichst trägheitsfreier Steuerrelais bzw. kleinster Schaltwege klein
gehalten.
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Man kann die Anordnung auch so durchführen, daß das Relais beispielsweise
bei Ausschlag nach links Kontakt macht und dadurch eine Spannung an die Steuerelektroden
anlegt, durch welche die Sperrspannung so weit vermindert wird, daß der Gleichrichter
zündet. Öffnet das Relais dann seinen Kontakt, so wird der Gleichrichter wieder
unterbrochen. An Steile eines Quecksilberdampfgleichrichters kann auch ein anderer
gasgefüllter Gleichrichter- verwendet--verden. Es können beispielsweise auch Elektronenröhren
verwendet werden.
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Außer der schnell geregelten Synchronmaschine 2 sind noch Drosselspulen
12 und Kondensatoren 13 vorgesehen, die nacheinander an die Feuerleitung angeschlossen
bzw. von ihr abgetrennt werden. Zur Steuerung dieser Drosselspulen und Kondensatoren
dient ein Blindleistungsrelais 14, welches die Blindleistung des Phasenschiebers
2 mißt. Sobald die vom Phasenschieber aufgenommene kapazitive Blindleistung einen
bestimmten Wert erreicht, gibt das Relais nach oben Kontakt; sobald die vom Phasenschieber
aufgenommene induktive Blindleistung einen bestimmten Wert erreicht, schließt das
Relais den unteren Kontakt. Durch Schließung des oberen Kontaktes wird an die nicht
dargestellte Steuerschaltung für die Drosselspulen i2 und Kondensatoren 13 ein Kommando
gegeben, die Drosselspulen ab- bzw. die Kondensatoren zuzuschalten. Bei Schließen
des unteren Kontaktes wird das Kommando gegeben, Drosselspulen zu- bzw. Kondensatoren
abzuschalten. Die Steuerschaltung für die Kondensatoren und Drosselspulen kann in
an sich bekannter Weise so ausgebildet werden, daß, sobald das Relais nach oben
Kontakt macht, - nacheinander in bestimmten Zeitabständen die Drosselspulen ab-
und die Kondensatoren zugeschaltet werden, während bei einer Kontaktgabe des Relais
14 nach unten in umgekehrter Reihenfolge die Kondensatoren ab- und die Drosselspulen
zugeschaltet werden. Die Größenverhältnisse zwischen der schnell geregelten Maschine
und der Leistung der normalen statischen Blindleistungslzompensationseinrichtungen
wird zweckmäßig so gewählt, daß der Unterschied zwischen den Grenzwerten der Maschinenleistung
etwas größer ist als die Leistung einer Regelstufe. Da die maximal käpazitiv aufzunehmende
Blindleistung zu der maximal aufzunehmenden induktiven Blindleistung der Maschine
sich etwa verhält wie :2 : i, so muß also in diesem Falle die Größe der Regelstufe
kleiner sein, als der dreifachen maximal aufzunehmenden induktiven Blindleistung
des Phasenschiebers entspricht. In diesem Falle mini dann die Ansprechempfindlichkeit
des Reglers, der die Stufensteuerung beein-6ußt, so gewählt werden, daß das Zu-
und Abschalten der Regelstufen ungefähr beim Erreichen der Leistungsgrenze des Phasenschiebers
nach der einen oder anderen Richtung erfolgt. Das Blindleistungsrelais wird dann
so eingestellt, daß das Relais ungefähr
bei t/4 der maximal kapazitiv
aufzunehmenden Blindleistung in der Ruhelage steht, und die Unempfindlichkeit wird
so gewählt, daß annähernd beim Erreichen der Grenzwerte der Phasenschieberleistung
das Relais nach oben oder unten Kontakt macht: Will man die Blindleistungsmaschine
im normalen Betrieb näher an ihrer Mittelstellung halten, um eine größere Reserve
beim Auftreten etwaiger Blind- oder Wirklaststöße zu erhalten, so kann man die Stufenregelung
entsprechend feinstufiger wählen, beispielsweise die Stufen halb so groß wie oben
angegeben, wobei dann eine Stufe etwa bei Abweichung der Blindleistung des Schnellaggregates
um '-/,-der Stufenleistung zu- oder abgeschaltet wird. Die Schaltgeschwindigkeit
kann abhängig gemacht werden von der überlastungsfälv.gkeit -des schnell geregelten
Aggregates, d. h. sie wird um so kleiner gewählt, je geringere Zeit das Aggregat
eine größere Blindleistung verträgt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Es sei angenommen, daß
sämtliche Drosselspulen und Kondensatoren ausgeschaltet sind. Ist die von der Blindleistungsmaschine
aufgenommene induktive Blindleistung zu groß oder die von ihr aufgenommene kapazitive
Blindleistung zu klein, so schlägt das Blindleistungskompensationsrelais 9 nach
links aus. Dadurch wird der Phasenschieber hoch erregt und nimmt eine kleinere induktive
oder eine größere kapazitive Blindleistung auf. Das Relais kommt zurück und schließt
seinen Kontakt und unterbindet damit sofort die Erregung des Phasenschiebers. -Das
Spiel wiederholt sich, und der Phasenschieber liefert im Mittel eine bestimmte Blindleistung,
'die etwa dem Grenzwert entspricht, bei dem das Relais gerade seine Schaltlage wechselt.
Wird nun beispielsweise die Leitung belastet, so muß mehr kapazitive Blindleistung
der Leitung entnommen werden. Die Maschine muß also mehr kapazitive Blindleistung
aufnehmen. Der Kontakt wird zunächst längere Zeit geöffnet, bis der Erregerstrom
stark genug geworden ist, daß die von der Maschine aufgenommene kapazitive Blindleistung
den erforderlichen Wert überschreitet. Hierauf schließt das Relais seinen Kontakt,
und das Öffnen und Schließen setzt sich weiter fort, so daß im Mittel eine etwas
größere kapazitive Blindleistung als vorher.. aufgenommen wird. Überschreitet diese
einen bestimmten Grenzwert, so werden Kondensatoren zugeschaltet. Wird die Fernleitung
entlastet, so werden die Kondensatoren ab- und Drosselspulen zugeschaltet.