DE643056C

DE643056C - Anordnung zur Herabsetzung der Belastung desjenigen Leiters in verketteten Mehrphasennetzen, in dem der verkettete Strom fliesst

Info

Publication number: DE643056C
Application number: DES102631D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1931-12-31
Filing date: 1931-12-31
Publication date: 1937-03-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, mit Hilfe deren in verketteten Mehrphasensystemen die Belastung desjenigen Leiters herabgesetzt werden kann,, in dem der verkettete Strom fließt. Diese Anordnung ist besonders wichtig für Anlagen, in denen mehrere Einphasenbelastungen an ein Drehstromnetz angeschlossen werden sollen, beispielsweise für Elektroofenanlagen, in denen je zwei Einphasenöfen in verketteter Schaltung an ein Drehstromnetz angeschlossen werden.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem sei an Hand des Vektordiagramms in Fig. ι erläutert. Die Spannungsvektoren E₁ und E» stellen die verketteten Spannungen eines Mehrphasennetzes dar. Die beiden Spannungen können beispielsweise um den Phasenverschiebungswinkel φ = I2O^D verschoben sein. An die beiden Spannungen

ao seien zwei Einphasenbelastungen, beispielsweise zwei Elektroofen angeschlossen, welche dem Netz die beiden Ströme I₁ und I₂ entnehmen. Beide Ströme seien etwa gleich groß und um den gleichen Winkel φ₁ bzw. φ₂ nach-

eilend gegenüber ihren Spannungen in der Phase verschoben. Der Drehsinn der Vektoren ist durch den links oben gezeichneten Rundpfeil angegeben und ist in üblicher Weise dem Drehsinn des Uhrzeigers entgegengesetzt. In dem Leiter, in dem bei einer Verkettung der beiden Belastungen der verkettete Strom fließt, hat der Strom die Größe des Vektors I_v.

Die Größe des verketteten Stromes, welcher bekanntlich gleich der geometrischen Differenz zwischen den beiden Vektoren der unverketteten Ströme ist, wird erfindungsgemäß dadurch herabgesetzt, daß einem der beiden miteinander verketteten Stromkreise eine Zusatzbelastung zuschaltbar ist, deren Strom der entsprechenden Spannung gegenüber annähernd um einen Phasenwinkel von 90⁰ voreilt bzw. nacheilt. Die Zusatzbelastung kann entweder aus einem rein induktiven oder aus einem rein kapazitiven Widerstand bestehen. Dieser Widerstand ist so zu bemessen und derart zu einem der verketteten Stromkreise parallel zu schalten, daß der Phasenwinkel zwischen den unverketteten Strömen verkleinert wird.

Dje Erfindung sei an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. In Fig. 2 ist ein Vektordiagramm gezeichnet, welches dem Vektordiagramm der Fig. 1 entspricht. Die gegenseitige Phasenlage der Spannungsvektoren E₁ und E₂ bzw. der entsprechenden Stromvektoren I₁ und I₂ ist -die gleiche wie bei dem Vektordiagramm der Fig. 1. Die Phasenverschiebung φ_ν zwischen den beiden unverketteten Strömen J₁ und I₂ ist dadurch auf den Winkel φ_ν' herabgesetzt, daß ein Zusatzstromvektor I_c2 dem Vektor I₂ vektoriell

addiert ist. Der verkettete Strom /_v wird dadurch gegenüber dem Vektordiagramm der Fig. ι wesentlich kleiner.

Das in Fig. 2 gezeichnete Vektordiagramm entspricht einer Schaltung nach Fig. 3. An ein Drehstromnetz RST sind über einen Transformator 1 und einen Umschalter 2 zwei Elektroöfen 3 und 4 angeschlossen. Die beiden Belastungen sind, wie aus dem Schema ersichtlich, durch den mittleren Leiter miteinander verkettet. Zur Verbesserung der Belastung dieses mittleren Leiters, d. h. zur Herabsetzung des Stromes Z₁, in diesem Leiter, dient ein Kondensator 5, welcher durch einen Umschalter ö entweder zu dem Ofen 3 oder zu dem Ofen 4 parallel geschaltet werden kann. In der Zuleitung zu dem Kondensator liegt noch ein Trennschalter 7, mit dessen Hilfe der Kondensator spannungslos vom ^o verketteten Leiter getrennt werden kann.

Schaltet man nun den Kondensator 5 parallel zu dem Elektroofen 4, so erhält man für den verketteten Strom die Gleichung

Darin bedeutet l_ct den Strom des Kondensators 5 für den Fall, daß er zu der den Strom Z₂ führenden Belastung (Elektroofen 4) parallel geschaltet ist. Diese Vektorgleichung ist in dem Vektordiagramm der Fig. 2 dargestellt und ergibt die beschriebene Wirkung, daß der verkettete Strom Z₁, gegenüber dem Vektordiagramm nach Fig. 1, bei dem der kapazitive Zusatzstrom I_ci nicht vorhanden ist, verkleinert wird.

Bei dem den Vektordiagrammen der Fig. 1 und 2 entsprechenden Beispiel muß der Zusatzkondensator 5, wie beschrieben, zu dem Elektroofen 4 und nicht zu dem Elektroofen 3 parallel geschaltet werden. Denn für den Fall, daß der Kondensator 5 zu dem Elektroofen 3 parallel geschaltet wäre, würde die Gleichung gelten

r — i—i ^Λ /

worin I_n den kapazitiven Strom des Kondensators 5 für den Fall darstellt, daß der Kondensator zu dem Stromkreis, in dem der unverkettete Strom I₁ fließt, parallel geschaltet ist.

Das Vektordiagramm für diesen zweiten Fall ist in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet. Man sieht daraus, daß der verkettete Strom erheblich größer ist als bei der Schaltung, bei der der Kondensator 5 zu dem Elektroofen 4 parallel geschaltet war.

Als Zusatzbelastung wird zweckmäßig eine regelbare Belastung, also beispielsweise ein regelbarer Kondensator bzw. eine Gruppe von Kondensatoren mit zu- und abschaltbaren Einzelelementen, verwendet, damit der Zusatzstrom, welcher zur Verringerung der Phasenverschiebung zwischen den verketteten Strömen dient, den jeweils vorliegenden Belastungsverhältnissen am besten angepaßt werden kann.

..Die Erfindung läßt sich vorteilhaft mit einem Umschaltverfahren nach Patent 576639 anwenden. Dieses Verfahren besteht darin, daß zur Herabsetzung der Belastung des Leiters in verketteten Mehrphasenanlagen, in dem der verkettete Strom fließt, die Phasenanschlüsse in Abhängigkeit von dem Phasenwinkel, insbesondere in Abhängigkeit von dem Phasenwinkel zwischen den beiden unverketteten Belastungsströmen, vertauscht werden. Durch diese Anschlußvertauschung wird in ähnlicher Weise, wie dies durch das Verfahren nach der Erfindung erreicht wird, die Phasenverschiebung zwischen den unverketteten Strömen und damit die Größe des verketteten Stromes herabgesetzt. Wendet man beide \^rerfahren gleichzeitig an, so erhält man unter bestimmten Belastungsbedingungen eine weitere Verbesserung der Belastung desjenigen Leiters, in dem der verkettete Strom fließt.

In Fig. 3 ist in den Anschlußleitungen zwischen den Belastungen 3, 4 und dem Transformator i, wie bereits erwähnt, ein Umschalter 2 angeordnet, mit dessen Hilfe die Phasenanschlüsse der beiden Belastungen miteinander vertauscht werden können. Es sei dabei in diesem Falle angenommen, daß der Strom I₁ in dem Belastungswiderstand 3 mit der entsprechenden Spannung in Phase liegt, während der Strom I₂ in dem Belastungswiderstand 4 seiner Spannung gegenüber um den Winkel α nacheilt.

Steht der Umschalter 2 so, daß der Belastungswiderstand 3 an die Spannung E₁ und der Belastungswiderstand 4 an die Spannung E₂ angeschlossen ist, so ergibt sich das Vektordiagramm der Fig. 4. Der Strom I₁ (Belastungswiderstand 3) liegt in Phase mit der Spannung JS₁, der Strom I₂ (Belastungswiderstand 4) eilt der Spannung E um den Winkel α nach. Der verkettete Strom ist gleich /_v.

Vertauscht man die Phasenanschlüsse mit Hilfe des Umschalters 2 derart, daß der Belastungswiderstand 3 an die Spannung E₂ und der Belastungswiderstand 4 an die Spannung jEj angeschlossen wird, so ergibt sich das Vektordiagramm der Fig. 5. Der Strom I₂ liegt jetzt mit der Spannung E₂ in Phase, während der Strom Z₁ der Spannung Zi₁ um den Winkel α' nacheilt. Durch diese Umschaltung ist der verkettete Strom auf den Wert /,,' herabgesetzt.

Eine weitere Verringerung des verketteten iao Stromes wird nun erfmdungsgemäß dadurch erzielt, daß einem der beiden Belastungs-

Stromkreise ein Zusatzwiderstand mit etwa um 90⁰ vor- bzw. nacheilendem Strom zugeschaltet wird. In dem Ausführungsbeispiel muß parallel zu dem Belastungswiderstand 3, welcher nach dem Umschalten des Umschalters 2 an der Spannung E₂ liegt, der Kondensator 5 parallel geschaltet werden. Die Gleichung des verketteten Stromes ist dann folgende :

Das entsprechende Vektordiagramm ist in Fig. 6 gezeichnet. Es ist daraus ersichtlich, daß der verkettete Strom I_v" kleiner ist als der verkettete Strom /„'nach dem Diagramm in Fig. 5 und wesentlich kleiner als der verkettete Strom /,, nach dem Diagramm der Fig. 4.

Aus dem Ausführungsbeispiel, welches den Vektordiagrammen 4 bis 6 entspricht, geht hervor, daß die Vereinigung des Verfahrens nach der Erfindung mit dem Verfahren nach Patent 576 639 eine bedeutende Verbesserung der Belastungsverhältnisse in verketteten

₂g Mehrphasensystemen bedeutet. Es ist dabei gleichgültig, ob es sich um Drehstromnetze handelt oder um andere Mehrphasennetze, bei denen mindestens zwei Spannungsvektoren, deren einphasige Belastungen in ihren Stromkreisen miteinander verkettet sind, gegeneinander eine Phasenverschiebung haben. Die Entscheidung darüber, ob beide Verfahren gleichzeitig oder je eines der beiden Verfahren angewendet wird, hängt naturgemäß von den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen ab. Das Verfahren nach Patent 576 639 wird vorteilhaft nur dann angewendet, wenn die Ströme der Einphasenbelastungen ihren Spannungen gegenüber um verschiedene Winkel verschoben sind. Das Verfahren nach der Erfindung ist besonders dann geeignet, wenn die Ströme der miteinander verketteten Einphasenbelastungen ihren Spannungen gegenüber etwa um den gleichen Winkel verschoben sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Herabsetzung der Belastung desjenigen Leiters in verketteten Mehrphasennetzen, in dem der verkettete Strom fließt, dadurch gekennzeichnet, daß entweder eine rein induktive oder eine rein kapazitive Zusatzbelastung derart zu einem der verketteten Stromkreise parallel geschaltet ist, daß der Phasenwinkel zwischen den unverketteten Strömen verkleinert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zu schaltende Zusatzbelastung regelbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, insbesondere für induktive Belastungen, wie Elektroöfen, gekennzeichnet durch parallel zu den Belastungen zuschaltbare Kondensatoren.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zu schaltende Zusatzbelastung je nach den Belastungsverhältnissen der einen oder anderen Belastung zuschaltbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenanschlüsse gemäß Patent 576 639 in Abhängigkeit vom Phasenwinkel zwischen den unverketteten Strömen vertauschbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Ergänzungs blat t
zur Patentschrift 643 056 Klasse 21 d² Gruppe 43.

Vom Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden; DipiU-Ing. Josef Scherber in Berlin-Halensee.