DE675519C - Anordnung zur Regelung der Blindleistung mit Hilfe gesaettigter Drosselspulen, insbesondere zur Regelung der Blindleistung langer Fernleitungen - Google Patents

Anordnung zur Regelung der Blindleistung mit Hilfe gesaettigter Drosselspulen, insbesondere zur Regelung der Blindleistung langer Fernleitungen

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DE675519C
DE675519C DES123801D DES0123801D DE675519C DE 675519 C DE675519 C DE 675519C DE S123801 D DES123801 D DE S123801D DE S0123801 D DES0123801 D DE S0123801D DE 675519 C DE675519 C DE 675519C
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DES123801D
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Dipl-Ing Oskar Schmutz
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

Description

  • Anordnung zur Regelung der Blindleistung mit Hilfe gesättigter Drosselspulen, insbesondere zur Regelung der Blindleistung langer Fernleitungen Zur Regelung langer Fernleitungen ist es bekannt, längs der Leitung verteilt und parallel zur Leitung Drosselspulen zu schalten, die im normalen Betrieb gesättigt sind, d. h. im Knie oder oberhalb des Knies der Magnetisierungskurve arbeiten. Die Drosselspulen werden so bemessen, daß sie bei Leerlauf der Leitung gerade so viel Blindleistung aufnehmen, wie zur Kompensation der Leitung erforderlich ist. Durch die Sättigung der Drosselspule wird erreicht, daß sich schon bei einer geringen Änderung der Spannung die Blindleistungsaufnahme der Drosselspule sehr stark ändert. Da jedoch die- Kennlinie der gesättigten Drosselspule im Sättigungsbereich ansteigt, muß man zwischen Leerlauf und Vollast der Leitung eine durch diese Neigung bestimmte Spannungsschwankung, zulassen, falls man nicht die Blindleistungsaufnahme der Drosselspule durch Wicklungsumschaltung ändert.
  • Um dies zu vermeiden, ist es bereits bekannt, außer, einer eisengesättigten Drosselspule noch eine zweite Drosselspule geringerer Leistung vorzusehen, die mit der erstgenannten in Reihe geschaltet ist und deren Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskurve durch Gleichstromvormagnetisierung geändert wird. Die Reihenschaltung der beiden Drosselspulen evird parallel zur Leitung gelegt.
  • Die Erfindung betrifft eine Verbesserung dieser Anordnung, durch welche eine Ersparnis an Baustoffen erzielt wird und bei der außerdem nur eine einzige gegen Hochspannung zu isolierende Drosselspule je Phase vorgesehen ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der sättigende Wechselfluß der Drosselspule in mindestens zwei Teile aufgespalten und dem einenTeilfluß ein regelbarer Vormagnetisierungsgleichfluß überlagert wird. Durch diese Vormagnetisierung kann man verschiedene Größen des von der Drosselspule aufgenommenen Blindstromes bei der gleichen Spannung einstellen. Die Anordnung nach der Erfindung bietet gegenüber bekannten Anordnungen, bei denen der gesamte Wechselfluß der Drosselspule durch Gleichstromvormagnetisierung geändert wird, den Vorteil, daß für die Vormagnetisierungswicklung etwa nur der halbe Kupferaufwand notwendig ist.
  • Zweckmäßig wird bei der Anordnung nach der Erfindung ein mehrschenkliger Eisenkern vorgesehen, bei dem wenigstens zwei Schenkel in gleicher Richtung vom Wechselfluß durchsetzt werden, von denen dem einen ein veränderlicher Vormagnetisierungsgleichfluß überlagert wird. Vorteilhaft wird dabei die Gleichstromwicklung auf demjenigen Schenkel angeordnet, 'dem der veränderliche Vor-.' magnetisierungsgleichfluß überlagert wird:, Die den sättigenden W echselfluß erzeugende, Wicklung umfaßt die beiden Schenkel, die vön den beiden Teilflüssen durchsetzt werden. Der Eisenweg für den Vormagnetisierungsgleichfluß wird möglichst klein gemacht. Um giinstige Isolationsverhältnisse zu erhalten, wird die Vormagnetisierungswicklung innerhalb der Hochspannungswicklung angeordnet.
  • In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Fig. i besitzt die Drosselspule einen sechsschenkligen Eisenkern, der zur strichpunktiert gezeichnetenMittellinie symmetrisch ist. Jede Drosselspulenhälfte besitzt drei Schenkel 1, 2 und 3 bzw. i 1, 12 und 13. Die Wechselstromwicklungen 4 und 14, welche die Schenkel i und 2 bzw. ii und 12 umschließen, sind in Reihe geschaltet und liegen an dem Wechselstromnetz 7. Die Bemessung ist dabei so getroffen, daß die beiden Schenkel i und 2 bzw. ii und 12 im Arbeitsbereich gesättigt sind. Die Wicklungsschaltung ist so getroffen, daß der Wechselfluß in den Schenkeln i und 2 das entgegengesetzte Vorzeichen wie der Wechselfluß in den Schenkeln i i und 12 besitzt. Die Schenkel 3 und 13 dienen als Rückschlußschenkel. Der im Schenkel i erzeugte Wechselfluß schließt sich über das mittlere Joch und den Schenkel i i, wie es in der Figur strichliert angedeutet ist. Der Wechselfluß des Schenkels 2 schließt sich teilcveise über den Rückschlußschenkel 3 und den Schenkel 12, wie in der Figur strichliert angegeben.
  • In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen dem Fluß bzw. der Spannung U und dem Wechselstrom 7 der gesättigten Drosselspule dargestellt, und zwar gibt die Kennlinie a den Zusammenhang zwischen der Spannung an und dem Strom in der Drosselspule, wenn keine Gleichstromvormagnetisierung angeordnet wird.
  • Um nun die Blindleistungsaufnahme der Drosselspule bei gleichbleibender Spannung zu verändern, ist gemäß Fig. i eine Gleichstromwicklung 5 bzw. 15 auf den Schenkel i bzw. i i aufgebracht, die über einen regelbaren Widerstand 8 von einer Gleichstromquelle 9 gespeist wird. Die Wicklungsschaltung der Gleichstromwicklungen ist so getroffen, daß die von den Gleichstromwicklungen erzeugten Flüsse die gleiche Richtung besitzen. Die OOuerschnitte der Rückschlußschenkel 3 und i3 werden so gewählt, daß sie nicht gesättigt sind. Die Rückschlußschenkel bilden daher einen Weg von geringem magnetischem Widerstand zu den Schenkeln 2 und 12, so daß sich der Gleichfluß im Schenke1 i bzw. ii über den Schenkel 3 bzw._ 13, peie in der Figur strichpunktiert angedeutet bist, schließt.
  • -".. Werden nun die Gleichstromwicklungen und 15 von einem Gleichstrom durchflossen, so ändert sich der von der Drosselspule aufgenommene Blindstrom, und zwar wird er bei steigendem Gleichstrom bei gleichbleibender Wechselspannung größer. Ist die Gleichstromvormagnetisierung unendlich groß, so erhält man eine Kennlinie, wie sie in Fig. 2 mit b bezeichnet ist. Für endliche, konstante Werte der Gleichstromvormagnetisierung werden Charakteristiken cl, c_, c3 usw. mit den Arbeitspunkten A, Al, A= und A3 für eine bestimmte Netzspannung UA erhalten. Der Vormagnetisierungsgleichstrom zur Erzielung der Kurve cl ist größer als der zur Erzielung der Kurve c" dieser wieder größer als der zur Erzielung der Kurve c, Wie aus der Figur ersichtlich, kann man ohne weiteres durch Änderung der Gleichstromvormagnetisierung bei gleichbleibender Netzspannung verschieden große Blindströme der Drosselspule einstellen, oder mit anderen Worten, ändert sich die Spannung der Fernleitung, so kann man durch Änderung der Gleichstromvormagnetisierung die Blindleistungsaufnahme der Drosselspule so verändern, daß wieder die ursprüngliche Spannung der Leitung hergestellt wird.
  • Im Ausführungsbeispiel besitzt die Drosselspule noch zusätzliche Wicklungen 6 bzw. 16, die in der gleichen Weise wie die Primärwicklungen 4 und 14 geschaltet sind. und an welche z. B. Kondensatoren oder Oberwellen kompensierende Einrichtungen oder gegebenenfalls auch Verbraucher angeschlossen sein können.
  • Wie die Bemessung der Drosselspule im einzelnen zu treffen ist, sei im folgenden angegeben DamitbeiLeerlauf derLeitung dieLadeleistung der Leitung durch die induktive Blindleistung der Drosselspule kompensiert wird, ist ein bestimmter Blindstrom der Drosselspule erforderlich. Für diesen Blindstrom wird die Drosselspule ausgelegt. Dieser Strom ist in Fig. 2 mit JL bezeichnet. Die untere Grenze des Regelbereiches der Drosselspule ergibt sich daraus, daß unterhalb des Knies der Magnetisierungskurve die Drosselspule nicht mehr zu verwenden ist. Bezeichnet man diese Spannung mit UA, so maß man die Drosselspule so bemessen, daß ohne Gleichstromvormagnetisierung die im Abstand der Spannung UA zur Abszissenachse gezogene Parallele die Magnetisierungskurve der Drosselspule mindestens im Knie der Magnetisierungskurve schneidet. Man bekommt dadurch die Kenn- Linie a. Die Kurve b für unendlich großen Gleichstrom ist dadurch festgelegt, daß sie durch den Schnittpunkt der Parallelen zur Abszissenachse im Abstand UA mit der Parallelen zur Ordinatenachse im Abstand JL hindurchgehen muß. Aus diesen beiden Kennlinien a und b ergibt sich nun die Aufteilung des sättigenden Wechselflusses bzw. das Querschnittsverhältnis der Schenkel, die nur von dem Wechselfluß bzw. von dem Wechselfluß und dem überlagerten Gleichfluß durchsetzt werden. Es muß sich der gesamte -Querschnitt der vom sättigenden Wechselfluß durchsetzten Schenkel zum Querschnitt desjenigen Schenkels, der sowohl vom Wechselflüß als auch vom Gleichfluß durchsetzt wird, verhalten wie der Abstand der Kurve a im Sättigungsbereich von der Abszissenächse zum Abstand der beiden Kurven a und b voneinander. Man erreicht, wenn man die Drosselspule in dieser Weise bemißt, daß die Drosselspule am besten ausgenutzt ist. Im Fall der Fig, i würde also die oben angegebene Bemessung bedeuten, daß sich der Gesamtquerschnitt der Schenkel i und 2 zum O_uerschnitt des Schenkels 2 verhält wie der Abstand der Kurve a von der Abszissenachse zum Abstand der Kurve a von der Kurve b. Mit anderen Worten kann man auch sagen, däß sich der Gesamtquerschnitt der Schenkel i und 2 zum Ouerschnitt des Schenkels i verhält wie der größte Wechselfluß ohne Vormagnetisierung, also beim höchsten zulässigen Strom h, zum Wechselfluß im Knie der Kennlinie a.
  • In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem der Eisenweg, welchen der Gleichfluß durchsetzt, möglichst klein gehalten ist. Die Drosselspule besitzt wieder einen sechsschenkligen Eisenkern mit den Schenkeln 21, 22 und 23 bzw. 34 32 und 33. Die Wechselstromwiqklungen 24 bzw. 34 umschlingen jeweils die Schenkel 21, 22 und 23 bzw. 31, 32 und' 33. Die Wechselstromwicklungen sind so geschaltet, daß die in den rechten drei Schenkeln entstehenden Wechselflüsse entgegengesetztes Vorzeichen wie die in den drei linken Schenkeln entstehenden Wechselflüsse haben. -,Infolgedessen schließen sich die Flüsse so, wie in der Figur strichliert angegeben. Die inneren Schenkel 21 und 22 bzw. 31 und 32 tragen Gleichstromwicklungen 25 und 26 bzw. 35 und 36. Die Gleichstromwicklungen sind so geschaltet, daß sich der Gleichfluß vom Schenkel ei über den Schenkel 22 schließt. Entsprechend schließt sich auch der Gleichfluß des Schenkels 31 über den Schenkel 32. Der Gesamtquerschnitt der Schenkel 21, 22 und 23 zum Querschnitt des Schenkels 23 verhält sich ungefähr wie der größte Fluß ohne Vorinagnetisierung zu dem Fluß, der im Knie der Magnetisierungskurve ohne Vormagnetisier-ung auftritt. Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist der Eisenweg für den Gleichfluß klein gehalten, was einen geringen Aufwand an Kupfer für die Vormagnetisierungswicklung zur Folge hat. Man kann sich die Fig. 3 aus der Fig. i dadurch entstanden denken, daß die Schenkel 3 und 13 weggelassen und die Schenkel i und i i aufgespalten worden sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 besitzt die Drosselspule noch miteinander in Reihe geschaltete- Wicklungen 27 bzw. 37, an welche ein Kondensator 28 angeschlossen ist, der so bemessen wird, daß längs der Leitung Leistungen übertragen werden können, die über der natürlichen Leistung der Leitung liegen.
  • Der symmetrische Aufbau bei den Fig. i und. 3 und auch bei den folgenden Figuren ist aus dem- Grunde gewählt worden, damit keine durch zwei teilbaren Oberwellen auftreten können. Bei der Anordnung nach Fig. 3 könnten auch z. B. die beiden inneren Schenkel weggelassen werden. Es würde sich dann der Gleichfluß über das Joch schließen, so daß dieses stärker ausgeführt werden müßte.
  • Es sollen .nun im folgenden die Vorgänge betrachtet werden, die sich bei einer Änderung im Netz abspielen. Zu diesem Zweck sind in Fig. q. noch einmal die Kennlinien a, b und c der Drosselspüle dargestellt. Für einen bestimriiten Belastungsfall der Leitung soll die Leitungskennlinie in Abhängigkeit vom Blindstrom eine Gerade sein, die in der Figur mit d bezeichnet ist. Der Vormagnetisierungsgleichstrom wird so. eingestellt, daß die gewünschte Spannung U,1 herrscht; der Arbeitspunkt ist also' A1. Wird nun plötzlich die Leitung belastet, so verschiebt sich die Kennlinie d, und in an,erhält eine neue-Kennlinie d, Der Blindstrom der Drosselspule ändert sich nicht etwa längs Aer Kurve ei, so daß der Schnittpunkt zwischen der Geraden d1 und der Kurve cl nicht erreicht wird, sondern bei einer plötzlichen Änderung ändert sich der Blindstrom längs der Kurve e, die ähnlich wie die Magnetisierungskurve - einer Drosselspule normaler Bauart verläuft.. Dies rührt daher, daß der Gleichfluß infolge des magnetischen Beharrungsvermögens im ersten Augenblick seine Größe beibehält. Der Gleichflüß bleibt also zunächst konstant, wobei der Erregerstrom vorübergehend sprungweise erniedrigt wird. Man kommt daher zunächst zum Punkt B2. Dieses Verhalten ist sehr vorteilhaft, weil, wie.aus» Fig. q. ohne weiteres zu erkennen ist, eine große Änderung des Wechselstromes die Folge ist. Die Drosselspule übt also vorübergehend eine günstige stabilisierende Wirkung aus.
  • Wird die Gleichspannung nicht verändert, so wird sich der Arbeitspunkt entsprechend der Zeitkonstante des Gleichfeldes von B2 nach Bz bewegen, wodurch sich praktisch wieder der ursprüngliche Blindstrom einstellt. Wird jedoch die Gleichspannung gleichzeitig mit dem Schaltvorgang im Netz entsprechend einer stationären, die Kurve C2 ergebenden Vormagnetisierung verringert, .so bleibt der Arbeitspunkt B2 bestehen, und es wird dieselbe stabilisierende Eigenschaft wie bei der normalen gesättigten Drosselspule erreicht. Die Verzögerung, mit der die Gleichspannungsänderung erfolgt, muß klein gegenüber der Zeitkonstante des Gleichfeldes sein.
  • Wird die Gleichspannung möglichst rasch auf Null oder auf einen negativen Wert verringert, so wird gegenüber der normalen gesättigten Drossel eine erhöhte stabilisierende Wirkung erhalten. Dies ist ohne weiteres bei Verwendung eines gesteuerten Gleichrichters zur Speisung der Gleichstromwicklung durch Zündpunktverschiebung möglich, wobei eine Lieferung in elektrische Energie umgesetzter magnetischer Energie des Gleichfeldes über den Gleichrichter in das ihn speisende Wechselstromnetz stattfindet und zugleich eine Umkehr der Vormagnetisierungseinrichtung vermieden wird. Man erreicht dadurch, daß der Vormagnetisierungsgleichstrom sehr rasch vermindert wird. Die Wechselspannung steigt dann wieder an, und die Gleichspannung wird nunmehr so geregelt, daß der Punkt A3 erreicht wird, in dem die Wechselspannung wieder ihren ursprünglichen Wert besitzt. Eine solche Regelung kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß man in Abhängigkeit von der Spannung und vorzugsweise auch in Abhängigkeit vom ersten Differentialquotienten der Spannung nach der Zeit die Zündpunktverschiebung vornimmt. Diese Beeinflussung der Gleichstromvormagnetisierung durch Änderung der Gleichspannung muß möglichst rasch erfolgen, damit eine erhöhte stabilisierende Wirkung erzielt wird. Vorzugsweise wird man die Geschwindigkeit so wählen, daß die Normalspannung wiederhergestellt ist, bevor etwa die im Netz vorhandenen Generatoren außer Tritt gefallen sind, also ungefähr in einer Zeit, die gleich oder kleiner als ein Viertel der Eigenschwingungsdauer der Generatoren ist. Ein Zahlenbeispiel zeigt, daß zur Verringerung des Blindstromes auf den halben Wert bei Aufwendung einer negativen Gleichspannung von i % der Wechselspannung bei Annahme gleicher Windungszahl für die Wechsel- und Gleichstromwicklungen nur eine Zeit von o,oz Sekunden erforderlich ist. _ Wie bereits erwähnt, ist es wesentlich, daß bei einem Schaltvorgang, der ein Absinken der Wechselspannung zur Folge hat, der Gleichstrom möglichst schnell zum Verschwinden gebracht wird. Zu diesem Zweck kann man auch in den Gleichstromkreis vorübergehend einen hohen Widerstand einschalten, oder man kann den Gleichstromkreis kurzzeitig unterbrechen, wobei zur Vermeidung von Überspannungen ein hoher Widerstand oder ein Kondensator parallel zur Gleichstromwicklung geschaltet wird. ` Die Stromunterbrechung kann durch besondere Schaltmaßnahmen mittels gesteuerter Gleichrichter folgen. Als Widerstand, den man im Gleichstromkreis einschaltet, kann mit Vorteil ein Widerstand mit gekrümmter Kennlinie, wie er für Ableiter angewendet wird, Verwendung finden.
  • Praktisch kann man die Regelung beispielsweise in der Weise vornehmen, daß im Gleichstromkreis ein Widerstand liegt, der durch einen Tirrilregle'r geöffnet und wieder kurzgeschlossen wird. Der Tirrilregler wird beispielsweise von der Spannung und dem ersten Differentialquotienten der Spannung nach der Zeit beeinflußt. Fällt die Spannung plötzlich, so wird der Widerstand längere Zeit in den Stromkreis eingeschaltet. Die Gleichspannung wird vermindert, der Gleichstrom nimmt ab. Wenn die Spannung wieder auf ihren Normalwert steigt, wird der Widerstand wieder kurzgeschlossen und wird daraufhin kurzzeitig eingeschaltet bzw. kurzgeschlossen, wie es bei einem normalen Tirrilragler üblich ist.
  • Man kann aber auch die Anordnung beispielsweise so treffen, daß beim Absinken der Spannung unter einen bestimmten Wert ein großer Widerstand eingeschaltet wird. Sobald die Spannung wieder über diesen Wert gestiegen ist, wird der Widerstand ausgeschaltet, und durch einen zweiten Spannungsregler wird jetzt die Feinregelung eines anderen Widerstandes in der Weise vorgenommen, daß die Wechselspannung wieder auf ihren ursprünglichen Wert erhöht wird. Statt einen großen Widerstand einzuschalten, kann man auch, wie bereits erwähnt, den Gleichstromkreis kurzzeitig öffnen.
  • Wie bereits erwähnt, kann die Regelung der Gleichspannung außer von der Netzspannung zur Erreichung einer besonders hohen Regelgeschwindigkeit auch zusätzlich von der Änderungsgeschwindigkeit der Netzspannung erfolgen. Die Regelung kann auch so vorgenommen werden, daß die Kompensationsgleichung des Netzabschnittes coCE2-coLIJ12-c»L2j22-EI sin9=0, wie sie beispielsweise in der ETZ.1929. S. 98o und 981, beschrieben ist, erfüllt ist. Zu diesem Zweck kann man das dort beschriebene Relais verwenden und dieses auf einen gesteuerten Gleichrichter, welcher die Vormagnetisierung für die Drosselspule liefert, in der Weise einwirken lassen, daß, wenn das Relais nach der einen Seite Kontakt macht, der Gleichrichter gesperrt wird, während er erregt wird, wenn das Relais nach der anderen Seite Kontakt macht, so daß sich ein fortwährendes Ein- und Ausschalten des Gleichrichters einstellt. Man bekommt dann eine außerordentlich schnelle Regelung der Gleichstromvormagnetisierung je nach den Netzverhältnissen. Die Regelung auf Grund der Kompensationsgleichung erlaubt die Anwendung höchster Regelgeschwindigkeiten zur Aufrechterhaltung der Spannung und damit der Stabilität, ohne daß gegenseitige Störungen der Regler in benachbarten Stationen ein und derselben Leitung zu befürchten sind.
  • Während bisher angenommen wurde, daß ein mechanisches Relais die Kompensationsgleichung nachbildet, kann diese auch elektrisch durch Addition von Spannungen nachgebildet werden und die Summenspannung auf das Steuergitter eines gesteuerten Gleichrichters einwirken.
  • In Fig. 5 ist eine solche Anordnung dargestellt. 50 ist die Freileitung, an welcher die Drosselspule 51 angeschlossen ist. Der Leitungsabschnitt links der Drosselspule ist mit 52, der Leitungsabschnitt rechts der Drosselspule mit 53 bezeichnet. Im linken Leitungsabschnitt fließt der Strom 1I, im rechten Leitungsabschnitt der Strom l2. Mit E sei die Spannung der Leitung bezeichnet.
  • Um das Schaltbild rasch überblicken zu können, sind die die einzelnen Summanden obengenannter Gleichung erzeugenden Vorrichtungen strichliert umrahmt. Im Schaltbild des Rechteckes C wird über den Stromwandler 54. und die Gleichrichteranordnung 55 an der Metallfadenlampe 56 eine Spannung ULI gewonnen, die dem Produkt co L1 l12 proportional ist. In gleicher Weise wird in der Schaltung des Rechteckes F durch den Stromwandler 57 und die Gleichrichteranordnung 58 eine Spannung UL2 an der Metallfadenlampe 59 gewonnen, die dem Produkt co L2122 proportional ist. Ferner wird im Schaltbild des Rechteckes E über den Spannungswandler 6o und die Gleichrichteranordnung 61, der ein Widerstand 62 vorgeschaltet ist, an der Metallfadenlampe 63 eine Spannung UC gewonnen, die dem Produkt ,ct CE2 proportional ist. Am Widerstand 64 des Rechteckes D wird eine Spannung Up gewonnen, die proportional dem Produkt l sin V, bei konstanter Spannung also annähernd proportional dem Produkt ET sin,cp ist. Zu diesem Zweck sind die beiden Enden des Widerstandes 64 über zwei Gleichrichter 65 an die Enden des Widerstandes 66 angeschlossen, der von einer Sekundärwicklung des Spannungswandlers 6o über eine Drosselspule 69 gespeist wird. Die mittlere Anzapfung des Widerstandes 66 ist mit dein einen Ende des Widerstandes 67 verbunden, dessen anderes Ende mit der Mitte des Widerstandes 64 verbunden ist und der über den Stromwandler 68 nach Maßgabe des die Drosselspule 51 durchfließenden Stromes gespeist wird. Die Drosselspule 69 dient zur Verschiebung des Stromes im Widerstand 66 gegenüber der Spannung des Wandlers 6o um 9o elektrische Grade. Die algebraische Summe der Spannungen ULI, UD, UC und UL2 wirkt im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.5 in Reihe mit einer Wechselspannung 74 in an sich bekannter Weise so auf das Steuergitter 7o des Entladungsgefäßes 71 ein, daß der Zündzeitpunkt in gewünschter Weise verschoben wird. Das Entladungsgefäß 71 wird dabei von der Wechselstromquelle 72 gespeist und liefert den Vormagnetisierungsstrom für die Gleichstromwicklung 73 der Drosselspule 5r. Ändert sich der Netzzustand, so wird sich die aus den vier Spannungen gebildete Gleichspannung ändern und damit der Zündpunkt des Entladungsgefäßes 71 verschoben werden.
  • Im Ausführungsbeispiel ist die Abbildung der Ouadrate der Ströme bzw. Spannungen durch die Anwendung von Metallfadenlampen erzielt worden. Statt deren kann man auch mit gesättigten Drosselspulen oder Elektronenröhren o. dgl. eine quadratische Kennlinie erzielen. In vielen Fällen genügt eine angenäherte Nachbildung der obengenannten Gleichung. Man kann auch die einzelnen Spannungen unmittelbar an verschiedene auf einem gemeinsamen Schenkel der Drosselspule angeordnete Gleichstromwicklungen anschließen, so daß die Kompensationsgleichung magnetisch nachgebildet wird. Man kann aber auch beispielsweise vier gesteuerte Gleichrichter vorsehen, die je eine auf einem gemeinsamen Schenkel der Drosselspule angeordnete Gleichstromwicklung speisen und wobei jeweils eine Gleichspannung auf das Steuergitter eines solchen gesteuerten Gleichrichters einwirkt.
  • Man kann endlich ein mechanisches Relais verwenden, welches auch noch die Ohmschen Verluste auf der Leitung berücksichtigt, also eine Kompensationsgleichung nachbildet, wie sie in der ETZ. 1929 auf S. 981 angegeben ist. Man kann auch die dort erwähnte Gleichung elektrisch oder magnetisch nachbilden.
  • In den Fig. z und 3 sind einphasige Drosselspulen dargestellt. Bei Drehstromanordnungen verwendet man drei solche Einzeldrosselspulen, oder es kann auch eine dreiphasigeDrosselspule mit gemeinsamemEisenkern vorgesehen werden. Ausführungsbeispiele dafür zeigen die Fig. 6, 7 und 8, bei denen die Anordnung auch gleichzeitig so getroffen ist, daß , die fünften und siebenten Oberwellen im -Magnetisierungsstroin aufgehoben sind.
  • In Fig. 6 sind drei einphasige Drosselspulen vorgesehen, wie sie bereits an Hand der Fig. i des näheren erläutert worden sind. Soweit die Teile mit denen der Fig. i übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen gewählt. Gleiche Teile der verschiedenen Einphasendrosselspulen sind ebenfalls mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Primärwicklungen 4, 14 der drei Drosselspulen sind in Stern geschaltet und an das Drehstromnetz 7 angeschlossen. Außer diesen drei Drosselspulen sind noch drei weitere Drosselspulen vorgesehen, deren Wicklungen 4' und 14' ebenfalls in Stern geschaltet sind. Die in Stern geschalteten Wicklungen 4 und iq.' der unteren Drosselspulen sind an die in Dreieck geschalteten Wicklungen 6 und 16 der oberen drei Drosselspulen angeschlossen. Die Wicklungen q.' und 14' brauchen daher nicht gegen Hochspannung isoliert zu werden. Die unteren drei Drosselspulen besitzen ferner noch Wicklungen 6' und 16', die in Dreieck geschaltet sind. Durch die angegebene Kaskadenschaltung der beiden Sätze von Drosselspulen und durch die Wicklungsschaltung wird erreicht, daß sich bei gleicher Magnetisierungsleistung der Drosselspulen im Magnetisierungsstrom, der vorn Netz bezogen wird, die fünften und siebenten Oberwellen herausheben. Die Vormagnetisierungswicklungen 5, 15 bzw. 5' und 15' sind alle in Reihe geschaltet und an eine Gleichstromquelle g, z. B. einen gesteuerten Gleichrichter, angeschlossen. Man könnte aber auch beispielsweise jeweils die beiden in Reihe geschalteten Wicklungen einer Drosselspule parallel zu den entsprechenden Wicklungen der anderen Drosselspule schalten und diese so entstehenden drei Parallelschaltungen miteinander in Reihe oder zueinander parallel schalten. An die in Dreieck geschalteten Wicklungen der oberen Drosselspulen sind noch Kondensatoren 32 angeschlossen.
  • In Fig. 7 ist eine dreiphasige Drosselspule dargestellt, die einen einzigen Eisenkern besitzt, der mit 8o bezeichnet ist. je Phase besitzt die Drosselspule sechs Schenkel, so daß im ganzen achtzehn Schenkel vorgesehen sind. Die Schenkel sind mit 81, 82, 83, 84, 85 und 86 bezeichnet, wobei für jede Phase die Bezeichnungen die gleichen sind. Die Hochspannungswicklungen 87, die an das Drehstromnetz 7 angeschlossen sind, umfassen jeweils sechs Schenkel und sind in Stern geschaltet. Sie erzeugen in den Schenkeln einen sättigenden Wechselfluß. Die Schenkel 81, 82, 84 und 85 tragen Gleichstromwicklungen 88, die so geschaltet sind, daß in den Schenkeln 81 und 82 und in den Schenkeln 84 und 85 jeweils der Gleichfluß entgegengesetztes Vorzeichen besitzt, so daß geradzahlige Oberwellen nicht auftreten können. Auf den Schenkeln 81, 82 und 83 sind ferner in Dreieck geschaltete Wicklungen 89 vorgesehen, während die Schenkel 84, 85 und 86 in Stern geschaltete Wicklungen go tragen. Die Stern-und die Dreieckswicklungen sind zueinander parallel geschaltet. Dadurch wird erreicht, daß die Flüsse in den Schenkeln 81, 82, 83 gegenüber denWechselflüssen in den Schenkeln 84, 85, 86 um 30 elektrische Grade versetzt sind. Um die Oberwellenkonipensation zu erreichen, muß außer der Versetzung um 3o elektrische Grade noch die Bedingung bestehen, daß die Flüsse gleiche Kurvenforiii besitzen, was dadurch erreicht wird, daß auf den Schenkeln 84, 85, 86 noch eine in Dreieck geschaltete Wicklung gi aufgebracht ist, so daß sich durch drei teilbare Oberwellen im Fluß nicht ausbilden können. Wie im einzelnen die Versetzung der Flüsse vorgenommen wird, ist nicht wesentlich. Wesentlich ist nur, daß die Flüsse so versetzt sind, daß sich die Oberwellen kompensieren, und daß die Flüsse gleiche Kurvenformen besitzen.
  • Man kann statt der in Fig. 7 dargestellten Anordnung mit achtzehn Schenkeln auch eine Drosselspule verwenden, die aus zwei Eisenkernen von je neun Schenkeln besteht, wobei durch Hilfswicklungen, z. B. durch Parallelschaltung einer Sternschaltung auf dem einen Eisenkern zu einer Dreieckswicklung auf dein anderen Eisenkern, eine Versetzung der Flüsse in den beiden Eisenkernen von 30 elektrischen Graden erreicht wird. Die Hauptwicklungen umfassen jeweils drei Schenkel des einen und drei Schenkel des anderen Eisenkernes.
  • In Fig. 8 ist in einem horizontalen Schnitt eine solche Anordnung schematisch dargestellt. Die beiden Eisenkerne, die mit ioo bzw. ioo' bezeichnet sind, besitzen jeweils drei mal drei Schenkel ioi, io2 und 103 bzw. 104, 105 und io6. Die Schenkel ioi und 102 tragen Gleichstromwicklungen io8. Die Schenkel 104 und io5 tragen Gleichstromwicklungen io8'. Diese sind z. B. so geschaltet wie die Gleichstromwicklung 88 der Anordnung gemäß Fig. 7, so daß also die Gleichflüsse in den Schenkeln ioi und io2 entgegengesetztes Vorzeichen besitzen und ebenso die Gleichflüsse in den Schenkeln 104 und 105. Die Schenkel ioi, 102 und iofl tragen Wicklungen iog, die in Dreieck geschaltet sind. Die Schenkel 104, 105 und io6 tragen Wicklungen i io, die unter sich in Stern und im übrigen parallel zu den in Dreieck geschalteten Wicklungen iog geschaltet sind. Durch diese Parallelschaltung der beiden Wicklungen wird ähnlich wie durch die Parallelschaltung der Wicklungen 89 und go bei der Anordnung nach Fig. 7 er'-eiclit, daß wieder eine Flußversetzung von 30 elektrischen Graden zustande kommt. Außerdem erhält noch der untere Eisenkern, ähnlich wie die rechten Schenkel der Anordnung gemäß Fig. 7, eine in Dreieck geschaltete, nicht gezeichnete Wicklung, damit der Eisenkern loo' dieselbe Kurvenform. des Flusses besitzt wie der obere Eisenkern loo, so daß sich im gemeinsamen Magnetisierungsstroin die fünften und siebenten Oberwellen herausheben. Die Hauptwicklung 107 umfaßt jeweils drei Schenkel des einen und drei Schenkel des anderen Eisenkernes. Die Hauptwicklung kann z. B. wieder in Stern geschaltet werden, ähnlich wie die Wicklung 87 der Anordnung gemäß Fig. 7. Man kann sich die Anordnung gemäß Fig. 8 aus der Anordnung nach Fig. 7 dadurch entstanden denken, daß jeweils drei von den sechs Schenkeln je Phase, welche einen um 3o elektrische Grade gegenüber dem Fluß in den anderen drei Schenkeln versetzten Fluß führen, nicht in einer Ebene mit diesen drei Schenkeln, sondern hinter diesen angeordnet sind und einem selbständigen Eisenkern angehören.
  • Die Drosselspulen gemäß der Erfindung sind nicht nur geeignet zur Blindstromregelung auf langen Fernleitungen, sondern überall da, wo es gewünscht wird, die Blindleistung zu ändern.

Claims (7)

  1. PATI:NTANSPKÜC111:: i. Anordnung zur Regelung der Blindleistung mit Hilfe gesättigter Drosselspulen, insbesondere zur Regelung der Blindleistung langer Fernleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß der sättigende Wechselfluß mindestens in zwei Teile aufgespalten ist und dem einen Teilfluß ein regelbarer Vormagnetisierungsgleichfluß überlagert ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrschenkliger Eisenkern finit wenigstens zwei in gleicher Richtung vom Wechselfluß durchsetzten Schenkeln, von denen mindestens dem einen ein veränderlicher Vormagnetisierungsgleichfluß überlagert ist, vorgesehen ist.
  3. 3. Anordnung nach Artspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorniagnetisierungswicklung auf demjenigen Schenkel aufgebracht ist, in dem der Vormagnetisierungsgleichfluß dem Wechselfluß überlagert ist, und daß die Wechselstromwicklung zugleich auch den benachbarten, nicht vom Vormagnetisierungsgleichfluß durchsetzten Schenkel mit umschließt. q..
  4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei vom Gleichfluß in entgegengesetztem Sinn durchsetzte Schenkel vorgesehen sind, die einander benachbart sind.
  5. 5. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromwicklung innerhalb der Hochspannungswicklung angeordnet ist.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der von den beiden Teilflüssen des sättigenden Wechselflusses durchsetzten Eisenteile zu dem Ouerschnitt des Teilflusses, dem kein Gleichfluß überlagert wird, verhält wie der größte noch zulässige Wechselfluß ohne Vormagnetisierung zu dem Wechselfluß im Knie der Sättigungskennlinie ohne Vormagnetisierung.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer der von der Netzspannung erregten Wechselstromwicklung und der Gleichstromwicklung noch eine Sekundärwicklung vorgesehen ist, an die Kondensatoren oder Vorrichtungen zur Kompensierung der Oberwellen oder gegebenenfalls auch Verbraucher angeschlossen sind. B. Anordnung nach Anspruch i, bei der die Gleichspannung zur Erzeugung des Vormagnetisierungsgleichflusses, die z. B. über gittergesteuerte Gleichrichter dem Netz entnommen wird, bei Belastungsänderungen im Netz selbsttätig geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Belastungsänderung im Netz eine so starke Gleichspannungsänderung vorgenommen wird, daß die Blindleistungen innerhalb einer Vierteleigenschwingungsdauer der Generatoren wieder ausgeglichen sind. g. Anordnung nach Anspruch i für Drehstrom, dadurch gekennzeichnet, daß außer den drei am Hochspannungsnetz liegenden Drosselspulen noch drei weitere Drosselspulen vorgesehen sind, die an eine Sekundärwicklung der erstgenannten angeschlossen sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE921150C (de) * 1951-02-20 1954-12-09 Kohlenscheidungs Ges Mit Besch Mit Kohlenstaub befeuerter Strahlungsrohrkessel
DE1200977B (de) * 1959-05-22 1965-09-16 Soudometal Sa Transformator fuer Lichtbogenschweissung

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