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Anordnung zur Aufrechterhaltung eines dreiphasigen Spannungssternes
an Drehstromgeräten bei zweipoligem Kurzschluß Die in Drehstromnetzen ohne Erdung
am häufigsten auftretende Art des Kurzschlusses ist der sogenannte zweipolige Kurzschluß,
bei dem zwei Netzleiter über einen geringen Widerstand miteinander verbunden werden.
Ein solcher zweipoliger Kurzschluß bewirkt, daß sich der an den Verbrauchern zur
Verfügung stehende Spannungsstern je nach der Schwere des Kurzschlusses mehr oder
weniger stark verformt. Bei völligem Kurzschluß, d. h. bei widerstandsloser Verbindung
der beiden Netzleiter, fallen die beiden zugehörigen Phasenspannungen des Spannungssternes,
die vorher einen Winkel von rao elektrischen Graden einschlossen, in eine Richtung
zusammen, und zwar so, daß sie beide mit der Spannung der gesunden Phase in Gegenphase
liegen. Ihre Größe vermindert sich dabei auf die Hälfte des normalen Betrages. Bei
leichteren Kurzschlüssen, d. h. also bei größeren Überbrückungswiderständen, bleibt
ein gewisser Phasenwinkel zwischen den beiden gestörten Phasen aufrechterhalten,
jedoch ist dieser meist ziemlich klein. Es gibt nun eine ganze Reihe von Verbrauchergeräten,
bei denen sich eine Änderung der absoluten Größe der Phasenspannungen wesentlich
weniger störend bemerkbar macht als die bei zweipoligem Kurzschluß auftretende Änderung
der Phasenwinkel. Das ist insbesondere bei Verbrauchergeräten der Fall, bei denen
das dreiphasige Spannungssystem zur Erzeugung eines Drehfeldes benutzt wird. Im
Fall eines zweipoligen Kurzschlusses wird dann statt des Drehfeldes nur noch ein
Wechselfeld erzeugt, so daß die betreffenden Verbraucher außer Betrieb gesetzt werden.
Als Beispiel hierfür sei ein Kontaktgleichrichter zur Gleichrichtung des Drehstromes
genannt. An sich muß bei einem solchen Kontaktgleichrichter die Belastung im Kurzschlußfall
abgeschaltet werden. Ändert sich jedoch im Kurzschlußfall auch der Spannungsstern
des Drehstromnetzes in der oben angegebenen Weise, so muß das Drehstromnetz ebenfalls
von dem Kontaktgleichrichter abgeschaltet werden, da andernfalls selbst bei Leerlauf
bzw. kleiner Last oder Grundlast wegen der
Verschiebung der Schaltzeitpunkte
gegenüber der Phasenlage der Spannungen keine einwandfreie Kommutierung zu erreichen
ist: Es kommt hinzu, däß der Kontaktgleichrichter im allgemeinen durch einen Drehstrommotor
angetrieben werden muß, der bei der erwähnten Verformung des Spannungssternes nicht
mehr arbeitsfähig ist und stehenbleiben würde. Daher ist auch nach Wiederkehr der
normalen Spannungsverhältnisse erst ein neues Synchronisieren erforderlich, bevor
die Belastung wieder eingeschaltet werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, die erwähnte Verformung
des Spannungssternes bei zweipoligem. Kurzschluß zu verhindern bzw. wieder auszugleichen
und an den Verbrauchergeräten einen Spannungsstern aufrechtzuerhalten bzw. wieder
zu erzeugen, dessen einzelne Spannungsvektoren zumindest angenähert die normale
gegenseitige Phasenverschiebung besitzen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe
dadurch gelöst, daß in jede Phase zwischen das Netz und das Verbrauchergerät zwei
Zusatzspannungen eingeführt werden, deren jede mit einer der beiden anderen Phasenspannungen
einen Phasenwinkel von etwa go elektrischen Graden einschließt. Die Größe dieser
Zusatzspannungen wird zweckmäßig so gewählt, daß sie etwa das
fache der Größe der Phasenspannungen beträgt. Zur Erzeugung der Zusatzspannungen
können Schaltungen aus Blind- und Wirkwiderständen benutzt werden, die aus dem Drehstromnetz
gespeist werden, und die vor allem die gewünschte Phasendrehung der Zusatzspannungen
gegenüber den Spannungen des Drehstromnetzes ergeben. Die Erfindung ist jedoch keineswegs
auf diese Mittel zur Erzeugung der Zusatzspannungen beschränkt. Für das Beispiel
des Kontaktstromrichters würde dies bedeuten, daß bei betriebsmäßig dauernder Zuführung
der Zu- ', satzspannungen zu den normalen Phasen-Spannungen des Transformators das
Spannungsdreieck hinsichtlich Größe und Phase nahezu erhalten bleibt, so daß der
Gleichrichter drehstromseitig nicht abgeschaltet zu werden braucht. Wenn man zur
Blindleistungserspärnis die Zusatzspannungen aber nicht dauernd benutzt, sondern
sie erst im Fehlerfall 'kurz vor dem Herausfallen des Gleichstro@rnrückstromschalters
einführt, dann kann der Gleichrichter mit seiner dauernd angeschlossenen Grundlast
bei dem zweipoligen NetzkurzschluB weitergefahren werden. Auch der Antriebssynchro,nmotor
bleibt in Betrieb. Ein Abschalten des Drehstrom-Schalters erfolgt nicht, die Last
kann sofort nach Behebung der Unsymmetrie im Netz wieder zugeschaltet werden. Die
Zusatz-Spannungen werden nach Behebung der Störung wieder abgeschaltet; das Synchronisieren
und Anlassendes Kontaktstromrichters wird erspart.
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Die Erfindung möge an Hand der in den Fig: i und 2 der Zeichnung dargestellten
Spannungsdiagramme näher erläutert werden. Fig. i stellt zunächst das Spannungsdiagramm
im störungsfreien Betrieb dar, wie es sich bei Anwendung der Erfindung für den Verhraucheranschluß
ergibt. Das Netz 'bzw. der zur Speisung des Verbrauchers vorgesehene Transformator
liefert die drei um z2o elektrische Grade gegeneinander verschobenen Spannungen
R, S und T. In die Phase R wird nun zunächst eine Zusatzspannung UZT eingeführt,
die der Spannung der Phase T um go elektrische Grade nacheilt. Als weitere Zusatzspannung
wird die Spannung UZs' eingefügt, die der Spannung der Phase S um go elektrische
Grade voreilt. Beide Zusatz-Spannungen sind im vorliegenden Fall so gewählt, daB
ihre Größe gleich dem
fachen der ursprünglichen Phasenspannungen ist. Durch Addition der beiden Zusatzspannungen
zu der ursprünglichen Spannung der Phase R ergibt sich nunmehr eine Gesamtphasenspannung
an dem Verbraucher von der Größe 0R'. Sinngemäß werden auch in die Phasen S und
T Zusatzspannungen eingefügt, die in Fig. i entsprechend bezeichnet sind. So eilt
beispielsweise in der Phase S .die Zusatz-Spannung UZR der Spannung der Phase 1'Z
um 9o elektrische Grade nach, die Zusatzspannung UZ.' -der Spannung der Phase T
um go elektrische Grade vor. Endgültig ergibt sich ein Spannungsstern, dessen Phasenspannungen
0R', OS' und 0T' 2-,5mal so groß sind wie die von dem speisenden Transformator erzeugten
Phasenspannungen 0R; OS und 0T.
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Fig. 2 zeigt nun, wie sich dieses Spannungssystem bei einem zweipoligen
Kurzschluß verändert. Es ist dabei ein satter Kurzschluß angenommen, bei dem also
die Spannungen der Phasen R und S in ein und dieselbe Richtung und in Gegenphase
zur Spannung der Phase T fallen. Für die Phase T fallen nunmehr die
beiden Zusatzspannungen, die ja senkrecht auf den Spannungen ORbzw. OS liegen, in
eine Richtung, sind jedoch in Gegenphase zueinander und heben sich somit gegenseitig
auf: Der Punkt T' fällt also mit dem Punkt T zusammen, so daß sich die in dieser
Phase zur Verfügung stehende Spannung unter den vorausgesetzten Verhältnissen auf
das
fache ihres vorherigen Betrages vermindert. Aber auch in den Phasen R und S fallen
die Zusatzspannungen alle in
eine Richtung, da ja die Phasenspannungen,
abgesehen vom Vorzeichen, ebenfalls alle die gleiche Richtung haben. Die Zusatzspannungen
UZT und UZT' behalten dabei ihre ursprüngliche Größe, da ja die Spannung
0T unverändert bleibt. Die Zusatzspannungen UzR und UzS gehen jedoch auf die Hälfte
ihres ursprünglichen Wertes zurück. Der endgültige Spannungsstern besteht somit
aus den Spannungen 0T-07, 0R und OS'. Wie man sieht, beträgt die Phasenverschiebung
zwischen diesen Spannungen annähernd i2o elektrische Grade, und auch die gegenseitigen
Größenverhältnisse sind annähernd erhalten geblieben.
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Im allgemeinen wird es nicht möglich sein, für die Phasenverschiebung
der Zusatzspannungen gegenüber den Phasenspannungen, aus denen sie gebildet werden,
genau 9o elektrische Grade einzuhalten. Es ergeben sich dann Verschiebungen, die
sich im normalen Fall lediglich in einer gewissen Verdrehung des endgültigen Spannungssternes
bemerkbar machen und die im Kurzschlußfall an Stelle des über der Phase T symmetrischen
Spannungssternes eine unsymmetrische Lage der Spannungen 0R' 'und 0S' entstehen
lassen. Diese Abweichungen lassen sich aber so klein halten, daß keine Schwierigkeiten
dadurch bedingt werden können.
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In Fig. 3 ist die Schaltung für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Der Verbraucher i, an dem das dreiphasige Spannungssystem bei zweipoligem
Kurzschluß aufrechterhalten werden muß, erhält seine Grundspannungen aus den Phasen
R, S und T eines Transformators. Die Zusatzspannungen, die in diese Phasen eingeführt
werden, werden durch die Transformatorwicklungen r, s und t erzeugt,
die auf dem gleichen Kern untergebracht sein können. Um die Phasenverschiebung von
annähernd c)o elektrischen Graden zu erzeugen, liegt in Reihe mit jeder der Phasenwicklungen
y, s und t eine Reihenschaltung aus einer Induktivität 2 und einem Ohmschen Widerstand
3. Dabei muß der Widerstand 3 sehr klein sein gegenüber der Induktivität 2, so daß
der Strom hinsichtlich seiner Phasenlage im wesentlichen durch die letztere bestimmt
wird. Parallel zu den Widerständen 3 liegen nicht näher bezeichnete Primärwicklungen
von Transformatoren 4, deren jeder zwei ebenfalls nicht näher bezeichnete Sekundärwicklungen
besitzt. Da der Strom in dem. Widerstand 3 unter der Einwirkung der Induktivität
2 gegenüber der Spannung der speisenden Transformatorwicklung um 9o elektrische
Grade nacheilt, so sind auch die Spannungen in den Wicklungen der Transformato,ren
q. um 9o elektrische Grade gegenüber den erstgenannten Spannungen verschoben. Die
eine Sekundärwicklung jedes Transformators q. dient zur Entnahme einer um 9o elektrische
Grade voreilenden, die andere zur Entnahme einer um 9o elektrische Grade nacheilenden
Spannung. Durch entsprechende Schaltungen der Sekundärwicklungen in bezug auf die
Phasen R, S und T lassen sich dann die Spannungsverhältnisse gemäß Fig. i ohne weiteres
herstellen.
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Hinsichtlich des Anwendungsgebietes der Erfindung sei noch gesagt,
daß sie besonders dann von Vorteil ist, wenn es sich um Verbrauchergeräte handelt,
die zumindest im Kurzschlußfall nur einen verhältnismäßig niedrigen Stromverbrauch
haben oder erhalten können. Das ist, wie schon erwähnt, beispielsweise bei Kontaktgleichrichtern
der Fall, wenn sie mit Grundlast gefahren werden. Ähnliche Verhältnisse sind jedoch
auch bei bestimmten Meßgeräten gegeben, die ebenfalls nur einen sehr geringen Eigenverbrauch
aufweisen.