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Anordnung zur Spannungsregelung Um die Netzspannung an der Anschlußstelle
von Verbrauchern konstant zu halten, ist es bekannt, parallel zum Verbraucher einen
Kondensator mit einer parallel geschalteten Drosselspule vorzusehen, die mit Gleichstrom
vormagnetisiert wird. Bei dieser bekannten Anordnung wird die Drosselspule vom gleichgerichteten
Wechselstrom der Drosselspule vormagnetisiert. Diese Anordnung hat den .Nachteil,
daß der Strombereich, in dem die Spannung der Drosselspule nahezu linear mit dem
Strom ansteigt, sehr groß ist, so daß ein Kondensator verhältnismäßig großer Kapazität
erforderlich ist, um eine Regelung der Spannung auch im kapazitiven Gebiet zu erreichen.
' Dieser Nachteil wird bei der Anordnung nach der Erfindung vermieden. Gemäß der
Erfindung dient als ruhendes Gerät zur Regelung der Gleichstromvormagnetisierung
der Drosselspule in Abhängigkeit von der Netzwechselspannung die Reihenschaltung
einer gesättigten Drosselspule und eines Kondensators, wobei diese Reihenschaltung
an das Wechselstromnetz angeschlossen ist. Bei einer solchen Anordnung ist es möglich,
die Magnetisierungslinie der Drosselspule bis zum Knie auszunutzen, so daß man,
um im kapazitiven Bereich zu regeln, mit einem Kondensator verhältnismäßig kleiner
Kapazität auskommt. Die Anordnung nach der Erfindung eignet sich insbesondere für
die Spannungsregelung in Ausläuferleitungen verzweigter Netze, bei denen die Spannung
sehr stark mit der Belastung schwankt.
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An sich ist es bereits bekannt, die Spannung eines Kleinabniehm;ers,
in den Ausläuferleitungen großer Netze mit stark schwankender "Spannung dadurch
konstant zu halten, daß man in die Leitung eine Drosselspule einschaltet und den
Spannungsabfall dieser Drosselspule, der zur Leitungsspannung hinzutritt, mit Hilfe
einer Gleichstromvormagnetisierung steuert. Die Gleichstromvormagnetisierung ist
dabei ' abhängig von der Stärke der Vormagnetisierung einer zweiten Induktivität
(Transformator oder Drosselspule), deren Arbeitspunkt in Abhängigkeit
von
dem Unterschied der Istwertspannung und der Sollwertspannung des Verbrauchers beeinflußt
wird. Bei dieser Anordnung werden also nicht Blindströme über die Leitung geschickt,
damit an der ausgedehnten Leitung selbst ein zur Regelung benötigter Spannungsabfall
erzwungen wird. Diese Regelung wird vielmehr an Ort und Stelle durch einen geeigneten
Spannungsabfall an der Drosselspule hergestellt. Die bekannte Regeleinrichtung kann
ferner die Spannung des Verbrauchers nur bei Stromabnahme des Verbrauchers regeln,
während die Anordnung nach der Erfindung auch eine Leerlaufregelung ermöglicht.
Entsprechend diesen Unterschieden besteht auch ein Unterschied in den Anwendungsgebieten.
Während die bekannte Einrichtung beim Kleinabnehmer selbst aufgestellt wird und
dementsprechend auch nur geringfügige Leistungen aufweist, muß die Einrichtung nach
der Erfindung für eine größere Leistung bemessen sein, damit die über die Leitungen
geschickten Blindströme die Spannung ausreichend beeinflussen können.
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Durch die Erfindung ist eine Einrichtung geschaffen, durch die einerseits
mit Hilfe über die Leitung geschickter Blindströme die Spannungsregelung durchgeführt
wird, andererseits aber für diese Spannungsregelung keinerlei bewegte Teile benötigt
werden, da die neue -Einrichtung vollständig aus ruhenden und keinerlei Abnutzung
unterworfenen Teilen zusammengesetzt ist. Dies ist für die Unterbringung der Regeleinrichtung
in bedienungslosen Unterstationen sehr vorteilhaft, da hier nur geringe Kontrollmöglichkeiten
bestehen. Für die Regelung der Spannung mit Hilfe in die Leitung geschickter Blindströme
hat man bisher synchrone oder asynchrone Blindleistungsmaschinen vorgesehen und
den Erregerstrom dieser Maschinen in Abhängigkeit von der Netzspannung geregelt.
Die Anordnung nach der Erfindung kann dieselbe Aufgabe erfüllen wie diese Blindleistungsmaschinen.
Sie enthält jedoch im Gegensatz zu diesen Maschinen nur ruhende, keiner ständigen
Wartung bedürftige Teile.
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In Fig. i der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Mit i ist die Ausläuferleitung bezeichnet, die über einen
Transformator 9 die nicht dargestellten Verbraucher mit Niederspannung speist. Parallel
zur Sekundärseite dieses Transformators 9 liegen ein Kondensator z und eine Drosselspule
3, die mit Gleichstrom vormagnetisiert wird. Gemäß der Erfindung wird die vormagnetisierende
Steuergleichspannung der Drosselspule 3 in Abhängigkeit von der Netzwechselspannung
über ruhende Geräte geregelt. Hierzu ist die Vormagnetisierungswicklung .1 an eine
Gleichrichteranordnung 5 angeschlossen, die z. B. aus Trockengleichrichtern in Graetzschaltung
bestehen kann. Die Steuerung der Gleichstromvorniagnetisierung in Abhängigkeit von
der Netzwechselspannung erfolgt durch ein mit eisengesättigter Drosselspule ausgerüstetes
Steuerglied, das im Ausführungsbeispiel aus einem an sich bekannten Spannungsresonanzkreis
(Kondensator 6 und gesättigte Drosselspule ; ) besteht, über welchen die
Gleichrichteranordnung 5 an die Verbraucherspannung angeschlossen ist. Dieser Spannungsresonanzkreis
wird so bemessen, daß der Strom im Resonanzkreis bei nur wenig wachsender Spannung
am Resonanzkreis beträchtlich ansteigt; so daß innerhalb dieses Bereiches eine außerordentlich
starke Änderung des aufgenommenen Stromes und damit auch des Vormagnetisierungsgleichstromes
in Abhängigkeit von der Spannung erfolgt. Versucht die Spannung zu steigen, so wird
die Vormagnetisierung der Drosselspule 3 größer, der Blindstrom der Drosselspule
steigt. Die Folge davon ist, daß in der Ausläuferleitung der Spannungsabfall größer
wird, wodurch die Spannung am Transformator 9 wieder nahezu auf ihren ursprünglichen
Wert gebracht wird. Man kann dadurch erreichen, daß z. B. zwischen der geringsten
und der höchsten Blindleistungsaufnahme der Drosselspule 3 die gesamte Spannungsänderung
nur 3 °;ö oder noch weniger beträgt. Vorteilhaft schaltet man noch parallel zu diesem
Spannungsresonanzkreis einen Kondensator 8, der ermöglicht, bei der niedrigsten
Betriebsspannung den Vormagnetisierungsstrom gleich Null zu machen. Da die Anordnung
ohne bewegliche Teile arbeitet, ist sie sehr betriebssicher. Statt des in Fig. i
dargestellten magnetischen Verstärkers kann man auch andere magnetische Verstärker
zur Beeinflussung der Größe des Vormagnetisierungsgleichstromes verwenden. Man kann
aber auch andere Anordnungen anwenden; beispielsweise könnte man die Heizung einer
Röhre von der Netzspannung abhängig machen und den Anodengleichstrom zur Erregung
der Gleichstromvormagnetisierungswicklung q. der Drosselspule 3 benutzen. Vorzugsweise
wird man dabei einen Eisemvasserstoffwiderstand in Reihenschaltung in den Heizstromkreis
legen, damit, wenn die Spannung einmal durch irgendwelche Ursachen zu hoch ansteigt,
die Drosselspule 3 nicht überlastet oder der Heizfaden der Röhre nicht zerstört
wird.
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,Ulan kann die Steuerung der gleichstromvormagnetisierten Drosselspule
auch in an sich bekannter `.'eise über Zwischenverstärker aus Steuerdrosselspulen
und Gleichrichtern vornehmen, indem man den Vormagnetisierungsgleichstrom
der
Drosselspule 3 abhängig macht von der Stärke der Vormagnetisierung einer Zwischeninduktivität
(Transformator oder Drosselspule), deren Arbeitspunkt auf der Magnetisierungslinie
in Abhängigkeit von der Netzspannung durch Gleichstr omvormagneti$.ierung beeinflußt
wird. Hierzu könnte man beispielsweise die Gleichrichteranordnung 5 des Ausführungsbeispiels
auf die Gleichstromvormagnetisierungswicklung einer Drosselspule einwirken lassen
und den Wechselstrom dieser Drosselspule gleichrichtern und der Gleichstromvormagnetisierungswicklung
q. der Drosselspule :3 zuführen.
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Die Größe der Drosselspule 3 richtet sich nach dem verlangten Regelbereich
der Blindleistung. Für die Blindleistungsregelung zwischen Null und dem Kapazitätsnennleistungsbetrag
ist die Nennleistung der Regeldrosselspule annähernd gleich der Kapazitätsnennleistung
zu wählen. Wird auch verlangt, daß eine B.lindstromregelung bis in den induktiven
Bereich möglich ist, so ist die Nennleistung der Drosselspule größer als die Nennleistung
des Kondensators zu wählen. -Wie 'bereits erwähnt, ist die Anordnung nur schematisch
dargestellt. So wird man z. B., um die zweiten Oberwellen, die durch die Gleichstromvormagnetisierung
auftreten, zu unterdrücken, zwei. Drosselspulen verwenden, die vom Gleichstrom in
entgegengesetztem Sinn vormagnetisiert «erden, oder man wird eine dreischenklige
Drosselspule verwenden, bei der die Wechselstromwicklungen auf den Außenschenkeln
liegen, während der Innenschenkel die Gleichstromvormagnetisierungswicklung trägt.
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Um die Gleichstromsteuerleistimg gering zu halten, kann man der Drosselspule
noch eine weitere Wicklung geben, 'die in Abhängigkeit vom aufgenommenen Strom der
Drosselspule erregt wird, indem man beispielsweise in die Zuleitung zur Drosselspule
einen Stromwandler einschaltet, der über Trockengleichrichter die Graetzscher Schaltung
diese zweite Vormagnetisierungswicklung erregt.
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Im Ausführungsbeispiel liegt parallel zum Kondensator z die mit Gleichstrom
vormagnetisierte Drosselspule 3. Diese kann man auch ersetzen durch die an sich
bekannte Reihenschaltung aus einer eisengesättigten Drosselspule und einer weiteren
Drosselspule, deren Arbeitspunkt auf der Magnetisierungslinie durch Änderung ihrer
Gleichstromvormagnetisierung eingestellt wird. Man erreicht dadurch, daß man mit
verhältnismäßig geringem Aufwand die Blindstromaufnahme dieser Reihenschaltung bei
konstanter Spannung ändern kann. Die Reihenschaltung einer eisengesättigten Drosselspule
und einer gleichstromvormagnetisierten Drosselspule ist beispielsweise in der deutschen
Patentschrift 615 786 beschrieben. Auch bei dieser Reihenschaltung kann man die
gleichstromvormagnetisierte Drosselspule, wie vorher beschrieben, vom Hauptstrom
her über Gleichrichter erregen, so daß man mit einer besonders geringen Steuerleistung
auskommt.
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Statt dieser Reihenschaltung kann man auch eine einzige Drosselspule
verwenden, bei der nur ein Teil des Eisens durch die Gleich= stromvormagnetisierung
wesentlich beeinflußt wird. Hierzu kann man beispielsweise den sättigenden Hauptfluß
durch Unterteilung des Schenkels aufspalten und den abgespaltenen Schenkelteil mit
Gleichstrom vormagnetisieren. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise eine sechsschenklige
Drosselspule mit zwei Außenschenkeln und vier Innenschenkeln verwenden. Die beiden
auf der gleichen Seite der Symmetrieachse liegenden Innenschenkel «-erden von einer
gemeinsamen Wechselstromwicklung erregt, ebenso die beiden auf der anderen Seite
der Symmetrieachse liegenden, wobei die beiden Wechselstromwicklungen in -Reihe
geschaltet sind. Von den genannten Schenkelpaaren wird jeweils .ein Schenkel zusätzlich
mit Gleichstrom so vormagnetisiert, daß die geradzahligen Oberwellen verschwinden.
Aber auch andere Ausbildungen sind möglich.
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Das Ausführungsbeispiel ist für eine einphasige Anordnung gezeichnet.
Bei Drehstromanordnungen verwendet man dreiphasige Drosselspulen mit gemeinsamem
Eisenkern, oder es können auch drei einphasige Drosselspulen vorgesehen «erden.
Um die infolge der Sättigung auftretenden fünften und siebenten Oberwellen zu unterdrücken,
kann man z. B. zwei Drehstromeinheiten vorsehen, von denen die eine in Stern und
die andere in Dreieck oder in Zickzack geschaltet ist, wobei jede Drehstromeinheit
wieder aus zwei gleichen Drosselspulen besteht, die vom Gleichstrom in entgegengesetztem
Sinn vormagnetisiert werden, damit auch die geradzahligen Oberwellen verschwinden.
Es können auch andere Anordnungen gewählt werden, um die durch die Sättigung auftretenden
Oberwellen zu unterdrücken.
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In Fig.2 ist dargestellt, wo man die beschriebene Anordnung aufstellen
wird. In Fig. 2 ist mit i o das Kraftwerk bezeichnet. welches über Leitungen, also
etwa Kabel, wenn es sich um ein Stadtnetz handelt, die Umspannstationen i i mit
beispielsweise 3o kV .speist. Von diesen führen etwa 3 kV-Ausläuferleitungen zu
den einzelnen Transformatoren 9, welche die Verbraucher mit z. B. 380;`22o Volt
speisen. An diese Transformatoren wird nun die beschriebene Anordnung auf der Unterspannungsseite
angeschlossen,
damit gerade auch der Streuspannungsabfall der Ausläufertransformatoren
wirksam zur Spannungsregelung beiträgt. Verwendet man in einer Mehrzahl oder in
allen Endpunkten der Ausläuferleitungen solche Anordnungen gemäß der Erfindung,
so kann man erreichen, daß am Rande des Netzes ein zweites durch Blindstromregelung
aufrechterhaltenes Spannungsniveau erzielt wird, das andere .Spannungsniveau liefert
die Zentrale, so daß man damit eine gleichmäßigere Spannungsverteilung im ganzen
Netz erhält. Aber auch bereits die Anordnung am Ende eines einzigen Ausläufers ermöglicht
schon für diesen eine gute Spannungsregelung.
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Die Anordnung nach der Erfindung ist auch vorteilhaft für andere Netzpunkte,
bei denen eine stark von der Belastung abhängige Spannung herrscht. Wird beispielsweise
unmittelbar von der Zentrale ein Abnehmer mit stark schwankender Leistung über einzelne
hoch belastete Stichleitung gespeist. so kann man auch parallel zu diesem Abnehmer
die Anordnung gemäß der Erfindung schalten.
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Den Kondensator und die Drosselspule wird man in Stadtnetzen mit Kabeln
gemeinsam mit dem Transformator in den Umspannsäulen oder unter Pflaster unterbringen
können. Bei Freileitungen kann man die Drosselspule und den Kondensator auf dem
Mast anordnen.
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Um an Leistungsschaltern zu sparen, kann man den aus Kondensator und
Drosselspule bestehenden Phasenschieber nur über einen Trennschalter mit dem Netz
verbinden, so daß er nur mit der Ausläuferleitung abgeschaltet werden kann.
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In den Fällen, in denen man Leerlaufverluste vermeiden will, kann
man einen Selbstschalter vorsehen, der den aus Drosselspule und Kondensator bestehenden
Phasenschieber abschaltet, sobald der von dieser Anordnung aufgenommene gemeinsame
Strom einen gewählten Grenzwert unterschreitet. Dadurch wird vermieden, da(.') der
Phasenschieber längere Zeit hindurch mit voll erregter Drosselspule betrieben wird,
da in diesem Zustand nur die Kapazitätsblindleistung vernichtet und dementsprechend
reine Verlustleistung aus dem Netz aufgenommen würde. Die Wiedereinschaltung der
Anordnung erfolgt in Abhängigkeit von der Spannung durch ein Spannungsrückgangsrelais.
Dieses Abschalten kann nur angewendet werden, wenn man nicht auch im induktiven
Bereich regeln will.