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Anordnung zur Uberwachung und selbsttätigen Einregelung des Resonanzzustandes
der Erdschlußkompensation eines Netzes Bei den bisher bekannten odervorgeschlagenen
Einrichtungen zur selbsttätigen Regelung von Erdschlußspulen veränderlicher Induktivität
wird eineHilfsspannungbenutzt,die entwedereine von der Netzfrequenz abweichende
Frequenz hat oder die gleichfrequent ist, aber periodisch umgepolt wird. Erforderlich
werden diese Maßnahmen durch dasAuftreten von Nullpunktspannungen, die in kapazitiven
Unsymmetrien des Netzes ihre Ursache haben. Diese sollen wegen der Veränderlichkeit
ihrer Phase keinen Einfluß auf das Regelorgan nehmen, das mit einer Vergleichsspannung
fester Phasenlage arbeitet..
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DieseForderungenbezüglichderHilfsspannung bedingen .aber einen erheblichen
Aufwand, der einen großen Teil der gesamten Einrichtung ausmacht. Infolgedessen
wird die Anordnung wesentlich verteuert und kompliziert.
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Nach der Erfindung wird eine Verbesserung dadurch erzielt, daß bei
einer Anordnung der vorgenannten Art eine mit der Netzfrequenz gleichfrequente Hilfsspannung
so groß gewählt
wird, daß, unabhängig von der Phasenlage der Nullpunktspannung,
eine zur Löschung ausreichende genaue Regelung der Erdschlußspule gewährleistet
ist. Insbesondere wird die Hilfsfrequenzspannung 1 2mal größer bemessen als die
höchsten im gesunden unkompensierten Netz durch kapazitiv e Unsymmetr ien auftretenden
Nullpunktspannungen.
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Die Erfindung wird im nachstehenden an Hand der Zeichnung noch näher
erläutert.
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Fig. i zeigt das S tromdiagramm einerResonanzabstimmung, bei der der
Erzeuger der Hilfsspannung e in Reihe mit der Erdschlußspule liegt, wie dies die
Fig. -2 zeigt. Dort ist X die regelbare Erdschlußspule. Die Stromquelle für dieHilfsspannungeist
durcheinenTransformator gegeben. K bedeutet die Kapazität des Res_>nanzkreises,
insbesondere die Kapazität der Leitung, und O den Dämpfungswiderstand der Anordnung.
Der Regelmotor 111 ist ein Zweiphasenmotor. Die eine Phase liegt in der Reihenschaltung
von Hilfsspannung e und Erdschlußspule, die andere wird von einemVergleichsstrom
JH durchflossen, der in Phase mit der Hilfsspannung e geregelt wird.
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Der Resonanzzustand ist erreicht,wennJ=J" zax in Phase mit der Hilfsspannung
e ist. Zwischen Jmaz und JH besteht alsdann keine Phasenverschiebung mehr.
In dem Regelmotor 11 kann sich für diesen Fall also kein Drehfeld ausbilden. Der
Regelmotor M bleibt damit in Ruhe.
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Hierbei ist die Nullpunktspannung e, am Sternpunkt des Transformators,
an den die Erdschlußspule angeschlossen ist, für das unkompensierte Netz zunächst
noch nicht berücksichtigt, also gleich Null angenommen. Ist eine Nullpunktspannung
eo vorhanden, so ergibt sich für den ungünstigsten Fall einer Phasenverschiebung
von a=45° zwischen eo und e das Diagramm nach Fig. 3. Im Resonanzfall würde dabei
der Strom J",ax in Phase mit e," = eo + e
sein müssen. Die Regeleinrichtung
macht aber den dem Endzustand der Regelung entsprechenden Strom J' phasengleich
mit J$. Der Resonanzkreis ist also verstimmt, da zwischen e,ej und J' der
Winkel 41, bestehenbleibt. Die Regelung ist dadurch mit einem gewissen Fehler behaftet.
Die folgenden Überlegungen zeigen den Weg, mit dem gemäß der Erfindung ohne Beseitigung
dieses Fehlers noch eine brauchbare Resonanzabstimmung zu erzielen ist.
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Die Resonanzabstimmung der Erdschlußkompensation will einen möglichst
geringen Reststrom im Erdschlußlichtbogen erzielen. Als Maß für die Vergrößerung
des Reststromes kann, wie die folgenden Überlegungen zeigen, das Verhältnis
angesehen werden.
| Gemäß Fig. 2 ist J'= ere8 |
| V22 i (X -K)2 |
Darin bedeutet
X = (o #
L; X -K = d X
o -- Dämpfung des Resonanzkreises in -S>
Der Reststrom im Erdschluß errechnet sich zu
gibt also unmittelbar die Vergrößerung des Reststromes an.
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Die Löschfähigkeit der Erdschlußkompensation hängt nun aber mehr noch
als vom Absolutwert des Reststromes von der Schnelligkeit ab, mit der rückzündende
Spannungsdifferenzen zwischen der kranken Phase und Erde auftreten, indem die kranke
Phase erst allmählich sich wieder auf ihre ursprüngliche Spannung gegen Erde aufschwingt.
Dieser Vorgang vollzieht sich am langsamsten bei genauer Abstimmung. Bei ungenauer
Abstimmung überlagert sich dem Einschwingvorgang eine Schwebung, die unter Einfluß
der von der Netzfrequenz jetzt etwas abweichendenEigenfrequenz desKreises entsteht.
Diese Schwebung beschleunigt den Spannungsanstieg. Eine Abweichung der Eigenfrequenz
von der Netzfrequenz um 5 % gibt noch einen ausreichend sanften Spannungsanstieg.
Sie entspricht einer Verstimmung der Induktivität von io %. Rechnet man gleichzeitig
mit einem Dämpfungswiderstand von io % des kapazitiven Widerstandes, so ist
Damitwird
Nach dem Kreisdiagramm (Abb. 3) ist dann aber P, = 45° und e = j.`2 # eo. Dieser
Wert kann als Grenzwert der Zusatzspannung für a=45° betrachtet werden. Für diesen
Winkel erreicht der Winkel P" der ein Maß für die Verstimmung ist, seinen Höchstwert.
Nun ist der Regelstrom J', der ja zusammen mit Hilfsstrom JH das Antriebsorgan
betätigt, von der Spannung e," in seiner Größe abhängig. Allgemein gilt e,e" = e
+ e.. Für a = o° ist e,e$ = e- e., für a = 18o° ist e,e$ = e + e..
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Da der letztere Wert durchaus möglich ist, muß auch aus diesem Grund
e > e. sein. Für den Fall e= [I2 eo kann die resultierende Spannung e", in den Grenzen
i : 4 schwanken. Der Regelstrom J' und damit das Drehmoment des Regelorgans
schwanken
in gleichem Maße bei konstantem Verstimmungsgrad. Da das Drehmoment auch noch in
weiten Grenzen mit dem Verstimmungsgrad schwankt, kann eine zusätzliche Vervierfachung
seines Änderungsbereichs nach praktischenErfahrungen als Grenze angesehen werden.
In diesem Falle würde bei =o % Dämpfungswiderstand die -Verstimmung höchstens =o
%, die Änderung der Eigenfrequenz 5 % und die Vergrößerung des Reststromes 40 betragen.
Dieser Fall kann als Grenze für eine noch brauchbare Resonanzabstimmung gelten.
Mit wachsender Zusatzspannung werden die Verhältnisse rasch günstiger. Für e =2
e. schwankt eres in den Grenzen i : 3. Die Verstimmung beträgt höchstens 5 %, die
Änderung der Eigenfreguenz2,5 %, dieVergrößening des Reststromes nur =i %.
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Hieraus ist ersichtlich, daß man bei einem selbsttätigen Resonanzabgleich
ohne Frequenzänderung und ohne Kommutienung der Hilfsspannung auskommen kann, wenn
die Hilfsspannung wenigstens
größer als die höchstmögliche Nullpunktspannung des unkompensierten gesunden Netzes
ist.