DE641335C - Device for operating electrical networks - Google Patents

Device for operating electrical networks

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Publication number
DE641335C
DE641335C DEA74171D DEA0074171D DE641335C DE 641335 C DE641335 C DE 641335C DE A74171 D DEA74171 D DE A74171D DE A0074171 D DEA0074171 D DE A0074171D DE 641335 C DE641335 C DE 641335C
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DE
Germany
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network
choke coil
choke
sections
consumer
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Expired
Application number
DEA74171D
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German (de)
Inventor
Richard Troeger
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AEG AG
Original Assignee
AEG AG
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Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks

Description

Bekanntlich sind besondere- Maßnahmen erforderlich, wenn große, von getrennten Kraftwerken versorgte Netzsysteme miteinander gekuppelt werden sollen, weil damit u. a. die Lastverteilung, Kurzschluß- und Stabilitätsverhältnisse verändert werden; man ist daher bestrebt, derartige Kupplungspunkte auf eine kleine Anzahl zu beschränken. Ähnlich, wenn auch nicht ganz so schwierig, Hegen die Verhältnisse bei dem Zusammenschluß großer ausgedehnter Netzabschnitte, die von einem Kraftwerk oder mehreren Kraftwerken gemeinsam gespeist werden.
Es wurde daher als ein Nachteil empfunden, daß man einen neuen Kupplungspunkt schaffen muß, wenn die Aufgabe zu lösen ist, wie beispielsweise bei der Bahnstromversorgung, aus Gründen der «Reserve, tariflicher Abmachungen o. dgl. einen Stromabnehmer an zwei Netzabschnitte anzuschließen, so daß bei Abschaltung eines Netzabschnittes die Stromlieferung von dem zweiten Netzabschnitt aufrechterhalten wird.It is well known that special measures are required when large network systems supplied by separate power plants are to be coupled with one another, because this changes the load distribution, short-circuit and stability conditions, among other things; efforts are therefore made to limit such coupling points to a small number. Similar, if not quite as difficult, are the conditions in the amalgamation of large, extensive network sections that are fed jointly by one or more power plants.
It was therefore felt to be a disadvantage that a new coupling point had to be created if the task was to be solved, for example to connect a pantograph to two network sections for reasons of reserve, tariff agreements or the like in the case of the traction power supply, so that when a network section is switched off, the supply of electricity from the second network section is maintained.

Die Erfindung sucht also die Aufgabe zu lösen, an verschiedene Netzpunkte, deren Verbindungsleitungen zu den Kraftwerken verschiedenen Änderungen ausgesetzt und deren Netzgrößen wie Spannung und Frequenz gegebenenfalls voneinander unabhängig sind, den gleichen Verbraucher anzuschließen. Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäß eine insbesondere regelbare Drosselspule verwendet, welche mit ihren Enden an die Netzpunkte geschaltet ist und welche die Verbraucher über eine Windungsanzapfung speist.The invention seeks to solve the problem of different network points, their Connection lines to the power plants exposed to various changes and their network variables such as voltage and frequency may be independent of one another are to connect the same consumer. For this purpose, according to the invention a particularly adjustable choke coil is used, which is connected with its ends to the network points and which the Consumers feeds via a winding tap.

Es ist zwar bekannt, Drosselspulen im Netzbetrieb zu verwenden, die eine gewünschte Leistungverteilung auf mehrere parallele Leitungen sichern. Die einzelnen parallelen Leitungen werden am Anfang und am Ende an die Enden je einer Drosselspule angeschlossen, mit einer Anzapfung der Drosselspule am Anfang der parallelen Leitungen wird die eine Sammelschiene und mit einer Anzapfung der Drosselspule am Ende der parallelen Leitungen wird der eine Pol des Verbrauchers verbunden. Hierdurch sucht man zu erreichen, daß eine gewünschte Lastverteilung auf die parallelen Leitungen, die verschiedene Leitungskonstanten besitzen, sichergestellt wird. Man hat auch solche Drosselspulen dazu verwendet, um beim Anschluß von Generatoren an mehrere Sammelschienen die Größe des Kurzschlußstromes zu begrenzen. Die Drosselspule ist dabei so geschaltet, daß die Amperewindungen der normalen Belastungsströme sich gegenseitig aufheben, so daß im normalen Betrieb die Selbstinduktion der Drosselspule sehr klein ist.Although it is known to use choke coils in the network operation, which is a desired Secure power distribution over several parallel lines. The individual parallel lines are at the beginning and at the end connected to each end of a choke coil, with a tap of the choke coil at the beginning of the parallel lines there will be a busbar and with a tap the choke coil at the end of the one pole of the consumer is connected to parallel lines. Through this seeks one to achieve that a desired load distribution on the parallel lines that have different line constants, is ensured. You also have them Reactors used to help when connecting generators to multiple bus bars to limit the size of the short-circuit current. The choke coil is connected in such a way that that the ampere-turns of the normal load currents cancel each other out, so that in normal operation the self-induction of the choke coil is very small.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

■ Richard Tröger in Berlin-Zehlendorf. ■ Richard Tröger in Berlin-Zehlendorf.

Erst beim Auftreten eines Kurzschlusses wird die Selbstinduktion wirksam und begrenzt dadurch die Höhe des Kurzschlußstromes.The self-induction is only effective and limited when a short circuit occurs thereby the level of the short-circuit current.

Bei den bekannten Einrichtungen handelt es sich also lediglich darum, Netzpunkte, die von vornherein zwangsläufig auf gleicher Spannung und Frequenz gehalten werden, miteinander zu verbinden. Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß es ίο mit Drosselspulen auch möglich ist, Abnehmer an Netzpunkte anzuschließen, deren Verbindungsleitungen zu den Kraftwerken ver-" schiedenen Änderungen ausgesetzt sind, bei - denen beispielsweise durch Zu- und Abschaltung von Verbrauchern die Spannung sich dauernd ändert und bei denen auch die Phasenlage zwischen Strom und Spannung stetigen Veränderungen unterworfen ist. Bisher ist es überhaupt nicht gelungen, solche Netzpunkte in irgendeiner Weise miteinander zu verbinden, eine Aufgabe, die erst durch die e.rfindungsgemäße Anwendung von Drosselspulen in der gekennzeichneten Weise gelang. In the known facilities it is only a question of network points that inevitably must be kept at the same voltage and frequency from the outset to connect with each other. The invention is now based on the knowledge that it is ίο also possible with inductors, buyers to be connected to network points whose connecting lines to the power plants are exposed to various changes, for example due to switching on and off of consumers the voltage changes continuously and for which also the phase position is subject to constant changes between current and voltage. So far it has not been successful at all To connect network points to one another in any way, a task that only comes through the application of choke coils according to the invention succeeded in the manner indicated.

Abb. ι zeigt grundsätzlich die Aufgabenstellung: R1 und R2 bedeuten" zwei gleichnamige Phasen zweier Netzabschnitte, T1 und T2 die zugehörigen Transformatoren, η die Entnahmestelle für den Verbraucher. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß je nach der Lage der Spannungsvektoren in den beiden Netzabschnitten, die, obwohl die Abschnitte an einer entfernten Stelle zusammengeschlossen sind, stark gegeneinander phasenverschoben sein können, ein ständiger Energieaustausch über die Transformatoren T1 und T2 stattfinden wird, der so groß sein kann, daß dabei die Nennleistung der Transformatoren, die nach der Größe der Lastentnahme bei η bemessen zu werden pflegt, weit überschritten wird. Eine Möglichkeit, diesen Lastausgleich, der von den Netzverhältnissen abhängt und je nach der Lastentnahme der übrigen Verbraucher starken Schwankungen unterworfen ist, zu regeln, ist nicht gegeben; noch viel weniger ist es möglich, die Last bei η nach einem vorgeschriebenen Schlüssel auf die beiden Netzabschnitte zu verteilen.Fig. Ι basically shows the task: R 1 and R 2 mean "two phases of the same name in two network sections, T 1 and T 2 the associated transformers, η the tapping point for the consumer. It is readily apparent that, depending on the position of the voltage vectors In the two network sections, which, although the sections are connected at a distant point, can be strongly out of phase with each other, a constant exchange of energy via the transformers T 1 and T 2 will take place, which can be so large that the rated power of the transformers, which is usually measured according to the size of the load withdrawal at η , is far exceeded. There is no possibility of regulating this load balancing, which depends on the network conditions and is subject to strong fluctuations depending on the load withdrawal of the other consumers; there is still a lot less is it possible to load the two networks at η according to a prescribed key to distribute sections.

Abb. 2 zeigt eine Lösungsmöglichkeit im Rahmen der Erfindung. JT bedeutet die Drosselspule, welche die beiden Netzabschnitte verbindet, und η die Entnahmestelle, die über verschiedene Anzapfstellen mit der Drosselspule.? verbunden werden kann. Während durch die Drosselspule, abgesehen von dem Magnetisierungsstrom, jeglicher Stromübergang zwischen den Netzabschnitten verhindert wird, setzt die Drosselspule der Stromlieferung an den Abnehmer praktisch keinen Widerstand entgegen. Die zur Entnahmesteile« fließenden Ströme in den Wicklungs" teilen der Drosselspule rechts und links (Abb. 2) der Entnahmestelle sind nämlich entgegengesetzt gerichtet; ihre magnetisierenden Wirkungen heben sich bis auf den beliebig klein zu halten Streufluß auf. Aus dem Gleichgewicht der Amperewindungszahlen folgt, daßFig. 2 shows one possible solution within the scope of the invention. JT means the choke coil, which connects the two network sections, and η the tapping point, which connects to the choke coil via various tapping points. can be connected. While the choke coil, apart from the magnetizing current, prevents any current transfer between the network sections, the choke coil offers practically no resistance to the supply of current to the consumer. The currents flowing to the extraction part "in the winding" parts of the choke coil on the right and left (Fig. 2) of the extraction point are directed in opposite directions; that

τ 7 τ γ /τ\τ 7 τ γ / τ \

T — =^-· T Jl — .7 Jn, T - = ^ - · T Jl - .7 Jn,

Jo. — 7 Jn- Yo. - 7 Jn-

(2)(2)

(3)(3)

Jw ^v ?2 bedeuten dabei Nutzstromentnahme und deren auf die beiden Netzabschnitte entfallenden Anteile, Z11, Z1, Z2 die Windungszahlen der Drosselspule und der zu den beiden Netzabschnitten gehörigen Teile. Die Gleichungen (1) bis (3) besagen, daß man durch Änderung des Windungszahlverhältnisses Z1: Z2 bzw. der Anzapfung der Drosselspule £■ die Stromanteile J1 und /2 der beiden Netzabschnitte an der Gesamtabgabe/„ beliebig regeln kann. Damit ist gleichzeitig die Aufgabe gelöst, den Lastanteil der Netzabschnitte zu regeln. Jw ^ v? 2 in this case mean the consumption of useful current and its shares allotted to the two network sections, Z 11 , Z 1 , Z 2 the number of turns of the inductor and the parts belonging to the two network sections. Equations (1) to (3) state that by changing the number of turns ratio Z 1 : Z 2 or tapping the choke coil £ ■ the current components J 1 and / 2 of the two network sections in the total output / “can be regulated as required. This simultaneously solves the task of regulating the load share of the network sections.

Wird der Einfachheit halber angenommen, daß die Spannungen in den beiden Netzabschnitten einander angenähert gleich sind und daß die Phasenverschiebung S- zwischen den Spannungsvektoren der Netzabschnitte normale AVerte nicht überschreitet, so gilt mit großer Annäherung für das Verhältnis der auf die beiden Netzabschnitte entfallenden Lastanteile für die Scheinlast:For the sake of simplicity, it is assumed that the voltages in the two network sections are approximately equal to each other and that the phase shift S- between the Voltage vectors of the network sections does not exceed normal A values, then also applies close approximation for the ratio of the two network sections Load shares for the apparent load:

Z,Z,

und für die Wirklast:and for the effective load:

N.N.

(4)(4)

15)15)

COSCOS

φη — Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auf der Entnahmeseite bei 11. φ η - phase shift between current and voltage on the extraction side at 11.

Damit ist die Regelbarkeit der Leistung durch die Wahl der Anzapfung an der Dros- no seispule (Änderung von Z1 und Z2) für beliebige Nutzlast und für beliebige Verschiebungen £ zwischen den Spannungen der beiden Netzabschnitte bewiesen.The controllability of the power through the selection of the tap on the Drosno seispule (change of Z 1 and Z 2 ) for any payload and for any shifts £ between the voltages of the two network sections has thus been proven.

Die Beispiele der Abb. 3 und 4 stellen grundsätzlich die gleiche Einrichtung dar, lediglich mit dem Unterschied, daß hierbei die Drosselspule und ihre Wirkungsweise mit den Transformatoren der beiden Netzabschuitte vereinigt sind. Diese Ausführungen werden vorzugsweise dann in Frage kommen, wenn die Stromabgabe ohnehin eineThe examples in Figs. 3 and 4 basically represent the same device, only with the difference that here the choke coil and its mode of operation with the transformers of the two network shutdowns are combined. These remarks will preferably come into question if the power output is already a

Claims (4)

Umspannung bedingt. In diesen Abbildungen sind der Einfachheit wegen die Anzapfungen zur Veränderung der Windungszahlen Z1 und Z3 fortgelassen. Es ist ohne weiteres ersiehtlieh, daß mit diesen Schaltungen die gleiche Aufteilung der Leistungsanteile auf die beiden Xetzäbschnitte wie bei der Anordnung gemäß Abb. 2 eingeregelt werden kann, wenn man die Wicklungen Z1 und Z2 mit entsprechenden ίο Anzapfungen versieht. Dabei ist es grundsätzlich gleichgültig, ob man diese Anzapfungen an den Primär- oder an den Sekundärwicklungen oder an allen Wicklungen anbringt. Die Anordnung gemäß Abb. 4 unterscheidet sich dadurch von derjenigen gemäß Abb. 3, daß der Kern für den magnetischen Rückschluß (Mittelschenkel) nur den durch den Spannungsunterschied der beiden XTetzabschnitte hervorgerufenen Fluß aufzunehmen hat und daher kleiner bemessen werden kann. Für die symmetrische Mehrphasenausführung würde dieser Unterschied belanglos sein, da sich hierbei die Flüsse der Phasen jedes Xetzabschnittes untereinander ausgleichen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß sich das beschriebene Verfahren der Lastverteilung statt auf zwei auf beliebig viele Xetzabschnitte — beispielsweise auf 11 Netzabschnitte, wobei 11 > 2 ist — erweitern läßt, ohne daß dadurch an dem Erfindungsgedanken etwas geändert wird. Zu diesem Zweck ist es nur erforderlich, mehrere, nämlich a — ι Drosselspulen zu verwenden, von. denen eine Drosselspule mit ihren Enden an zwei Xetzpunkte angeschlossen ist, während die folgenden Drosselspulen mit ihrem einen Ende an die Anzapfung der vorhergehenden Drosselspule, mit ihrem anderen Ende an einen weiteren Xetzpunkt angeschlossen sind. Um beispielsweise die Last bei η bei der Schaltung nach Abb. 2 auf drei Xetzabschnitte zu verteilen, muß man so vorgehen, daß man. wie in Abb. 5 dargestellt ist, das eine Wicklungsende der Drosselspule 5" statt mit R* mit der Anzapfung einer weiteren Drossel 6"., verbindet, deren beide Enden an R.z und R3 angeschlossen sind. Die erste Drossel 5" erzwingt dann die Unterteilung der Ströme zwischen den Abschnitten R1 einerseits und R2 und R~ anderseits, und die zweite Drosselspule Λ\> erzwingt die Unterteilung des von R2 und R3 herrührenden Summenstromes, womit die -Möglichkeit gegeben ist, die Leistungsverteiluiig auf die drei Abschnitte in weiten Grenzen zu regeln. Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Anschluß von Verbrauchern an solche Nctzpunkte, bei denen der eine Netzteil auf gleiche Frequenz mit dem anderen Über eine Umrichteranordnung gebracht wird, bei der die Sekundärspannung hinsichtlich ihrer Phase nicht stetig,-sondern nur sprungweise geändert werden, kann. Eine solche Einriebtung wird beispielsweise dazu verwendet, um ein 5operiodiges Netz mit einem i62/3periodigen Netz gleichzeitig zur Speisung eines Verbrauchers zu verwenden. An das 5operiodige Netz sei nun eine Umrichteranordnung geschaltet, die durch das i62/3periodige Netz gesteuert wird. In an sich bekannter Weise soll dabei die Steuerung so erfolgen, daß sich die beiden Spannungsvektoren nicht dauernd in Gleichlauf befinden, sondern daß dieser Gleichlauf immer erst nach einem Nach- oder Voreilen des einen Spannungsvektors durch ein sprungweises Verschieben desselben erzwungen wird. Würde man solche Netzpunkte unmittelbar miteinander verbinden, dann würden größere Ausgleichsströme auftreten, die von einem Netz in das andere fließen. Der Netzbetrieb würde dann empfindlich gestört und die ordnungsmäßige Lastverteilung auf die beiden Netze \*erhindert werden- Erst durch die Zwischenschaltung einer Drosselspule, die mit ihren Anzapfungen mit dem Verbraucher verbunden ist, werden Netzbetrieb und Regelung der Lastverteilung unter den gestellten Bedingungen überhaupt ermöglicht. Patesttanspeüche:Looping conditional. For the sake of simplicity, the taps for changing the number of turns Z1 and Z3 have been omitted from these figures. It is readily apparent that with these circuits the same distribution of the power components between the two Xetzäbschnitte can be regulated as in the arrangement according to Fig. 2, if the windings Z1 and Z2 are provided with appropriate taps. It is basically irrelevant whether these taps are attached to the primary or secondary windings or to all windings. The arrangement according to Fig. 4 differs from that according to Fig. 3 in that the core for the magnetic yoke (middle leg) only has to absorb the flux caused by the voltage difference between the two XTetz sections and can therefore be dimensioned smaller. This difference would be irrelevant for the symmetrical multi-phase design, since the flows of the phases of each Xetz section balance each other out. It is readily apparent that the described method of load distribution can be expanded to any number of network sections instead of two - for example to 11 network sections, where 11> 2 - without changing anything in the concept of the invention. For this purpose it is only necessary to use several, namely a - ι choke coils, of. where a choke coil is connected with its ends to two Xetzpunkt, while the following choke coils are connected with their one end to the tap of the previous choke coil, with their other end to a further Xetzpunkt. For example, in order to distribute the load at η in the circuit according to Fig. 2 over three Xetz sections, one must proceed in such a way that one. as shown in Fig. 5, which connects one winding end of the choke coil 5 "instead of R * with the tapping of another choke 6"., both ends of which are connected to R.z and R3. The first choke 5 "then forces the division of the currents between the sections R1 on the one hand and R2 and R ~ on the other hand, and the second choke coil Λ \> forces the subdivision of the total current originating from R2 and R3, which gives the possibility of distributing the power The invention is particularly suitable for connecting loads to those power points where one power supply unit is brought to the same frequency with the other via a converter arrangement in which the phase of the secondary voltage is not steady, - but can only be changed in leaps and bounds. Such a drive is used, for example, to use a 5-period network with an i62 / 3-period network to feed a consumer at the same time. 3-period network is controlled eration take place in such a way that the two voltage vectors are not constantly in synchronicity, but that this synchronicity is always enforced only after the one voltage vector has lagged or led by a sudden shifting of the same. If such network points were to be connected directly to one another, then larger equalizing currents would occur, which would flow from one network to the other. The network operation would then be severely disturbed and the proper load distribution on the two networks would be impaired - only through the interposition of a choke coil, which is connected to the consumer with its taps, network operation and control of the load distribution under the given conditions are made possible at all. Patesttans: 1. Einrichtung zum Betrieb elektrischer Netze, dadurch gekennzeichnet, daß an verschiedene Netzpunkte, deren Verbindungsleitungen zu den Kraftwerken verschiedenen Änderungen ausgesetzt und deren Netzgrößen wie Spannung und Frequenz gegebenenfalls voneinander unabhängig sind, Verbraucher über eine insbesondere regelbare, die Last verteilende Drosselspule angeschlossen sind, welche mit ihren Enden an die Netzpunkte angeschlossen ist und welche die Verbraucher über eine Wicklungsanzapfung speist.1. Device for operating electrical networks, characterized in that on different network points, their connection lines to the power plants different Subject to changes and their network variables such as voltage and frequency If necessary, consumers are independent of one another via a particularly controllable load-distributing one Choke coils are connected, which are connected with their ends to the network points and which feeds the consumer via a winding tap. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule gleichzeitig die Sekundärwicklung von Netztransformatoren darstellt. 2. Device according to claim 1, characterized in that the choke coil simultaneously represents the secondary winding of mains transformers. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und I1 gekennzeichnet durch ihre Verwendung zum Anschluß eines Verbrauchers an Xetzpunkte. von denen der eine auf gleiche3. Device according to claim 1 and I 1, characterized by its use for connecting a consumer to Xetzpunkte. of which the one on the same . Frequenz mit dem anderen über eine l'nirichtcranordnung gebracht wird, die einen Synchronismus durch fprungweises Verschieben des Spannungsvektors des einen Netzes herbeiführt.. Frequency with the other over a l'non-crane arrangement brought about a synchronism by shifting it in leaps and bounds of the voltage vector of one network. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3,4. Device according to claim 1 to 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß eines Verbrauchers an η (η > 2) Netzpunkte η — ι Drosselspulen vorgesehen sind, von denen eine Drosselspule mit ihren Enden an zwei Netzpunkte angeschlossen ist, während die folgenden Drosselspulen mit ihrem einen Ende an die Anzapfung der vorhergehenden Drosselspule, mit ihrem anderen Ende an einen weiteren Netzpunkt angeschlossen sind.characterized in that for connecting a consumer to η (η> 2) network points η - ι choke coils are provided, of which one choke coil is connected with its ends to two network points, while the following choke coils with their one end to the tap of the preceding choke coil , are connected at their other end to another network point. Hierzu ι Blatt ZeichnungenFor this purpose ι sheet of drawings
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2560385A (en) * 1940-03-14 1951-07-10 Cem Comp Electro Mec Autotransformer
DE1245485B (en) * 1961-04-20 1967-07-27 Bayer Ag Device for current limitation in alternating current circuits

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