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Anordnung zur Wechselstrom-Energieübertragung auf weite Entfernungen
Bei der Energieübertragung mit Wechselstrom über weite Entfernungen setzen die Leitungswiderstände,
besonders die Blindwiderstände, der Größe der übertragbaren Leistung eine vorzeitige
Grenze. Man kann diese Grenze hinaufdrücken, wenn man die Leitung durch zusätzliche
Mittel kompensiert. Ein schon lange bekanntes Mittel besteht darin, durch Drosselspulen
parallel zur Leitung die natürlichen Parallelkapazitäten der Leitung auszugleichen.
Dies erfordert jedoch mit zunehmender Last das Abschalten der Drosselspulen, weil
sich dann die Reiheninduktivitäten der Leitung nachteilig bemerkbar machen. Man
kann zwar auch diese durch Reihenkondensatoren ausgleichen, doch besteht bei mit
konstanter Spannung betriebenen Leitungen die Gefahr, daß sie bei Kurzschlüssen
auf der Leitung durch die an ihren Klemmen auftretende hohe Spannung zu Schaden
kommen. Man hat neuerdings vorgeschlagen, diese Reihenwiderstände durch umlaufende
Maschinen auszugleichen, doch ist dieser Weg verhältnismäßig kostspielig. Ein
weiterer
Weg, die mit der üblichen Übertragung verbundenen Nachteile zu vermeiden, besteht
darin, die mit Drehstrom erzeugte Energie mit Gleichrichtern in Gleichstrom umzuformen
und am Empfangsort wieder in Drehstrom konstanter Spannung rückzuverwandeln. Für
diese Lösungen liegen bereits Ausführungen mit konstanter Spannung und mit konstantem
Strom auf der Fernleitung vor. Auch diese Lösungen verursachen einen erheblichen
Kostenaufwand. Ferner kann eine mit Gleichrichtern betriebene Fernleitung nicht
mehr die gleiche Betriebssicherheit aufweisen wie eine einfache Fernleitung, die
höchstens mit zusätzlichen Drosselspulen arbeitet.
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Die Erfindung zeigt, wie man eine Fernleitung sowohl in bezug auf
die Parallelblindwiderstände als auch auf die Reihenblindwiderstände vollständig
kompensieren kann, ohne Gefahr zu laufen, daß im Kurzschlußfall Beschädigungen an
Reihenkondensatoren auftreten. Dies geschieht dadurch, daß die durch Drosseln und
Kondensatoren völlig kompensierte Fernleitung durch Anordnungen bekannter Art mit
konstantem Strom und veränderlicher Spannung betrieben wird. Da bei einer derart
betriebenen Fernleitung auch im Kurzschlußfall der Strom nicht größer werden kann
als im Normalzustand, entfällt die Gefährdung der Reihenkondensatoren durch Überstrom.
Bei leerlaufender Leitung sind wohl die vollen Stromverluste vorhanden, dafür fehlen
hierbei die Koronaverluste, die sich erst mit zunehmender Belastung bemerkbar machen.
Die Anordnung arbeitet nur mit einfachsten ruhenden Geräten, Drosseln, Kondensatoren
und Umspannern und ist dadurch im Vorteil gegenüber den mit Maschinen oder Stromrichtern
arbeitenden Anordnungen.
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Ein Ausführungsbeispiel läßt den Erfindungsgedanken besser erkennen.
In Fig. i bezeichnet i ein Drehstromnetz konstanter Spannung, aus dem über eine
Fernleitung 2 Leistung in ein Netz 3 ebenfalls mit konstanter Spannung übertragen
werden soll. Dies geschieht über je eine ruhende Konstantstromanordnung bekannter
Art, bestehend aus Drosselspule d., Kondensator 5 und Umspanner 6 am Netz i bzw.
7, 8, 9 an Netz 3, die die Drehstromleistung konstanter Spannung und veränderlicher
Stromstärke in konstante Stromstärke bei veränderlicher Spannung umwandelt, und
umgekehrt. Die Fernleitung 2 ist mit Parallelkapazitäten io und Reiheninduktivitäten
i i behaftet. Beide werden durch Paralleldrosseln i2 und Reihenkondensatoren
13 ausgeglichen, so daß sich die Fernleitung für die speisende Konstantstromanordnung
wie ein Ohmscher Widerstand verhält. Der Spannungsabfall in diesem Widerstand hat
aber auf die Spannung im Netz 3 keinen Einfluß. Diese hängt nur von dem Strom l.,
in der Zweitwicklung des Umspanners 9 af, der bei völlig kompensierter Fernleitung
gleich dem Strom am Anfang der Leitung ist. Durch die Paralleldrosseln 12 wird der
Fehler ausgeglichen, der durch Leitungskapazitäten io verursacht wird. Die Reihenkondensatoren
13 könnten auch entbehrt werden, da der Strom J, in den Induktivitäten i i nur Spannungsabfälle
verursacht, die von der Konstantstromanordnung selbsttätig aufgebracht werden; doch
läßt sich nachweisen, dafi die Bemessung der für die Konstantstromanordnungen benötigten
Drosseln und Kondensatoren am günstigsten wird, wenn nur Wirkleistung über die Fernleitung
übertragen wird. Drosselleistung und Kondensatorleistung werden dann in jeder Konstantstromanordnung
gleich groß und gleich der übertragenen Wirkleistung. Es muß also beim Erzeuger
wie beim Verbraucher die übertragene Leistung noch je zweimal in Kondensatoren und
Drosseln untergebracht werden, ferner muß die Fernleitung durch Paralleldrosseln
und Reihenkondensatoren kompensiert sein. Diesem Aufwand stehen aber die Vorteile
der Anordnung gegenüber, die weder umlaufende Maschinen noch Stromrichter benötigt
und mit unbedingter Kurzschlußsicherheit arbeitet. Dadurch ergeben sich auch wesentliche
Vorteile für die Schalter, die nicht mehr die außerordentlich großen Kurzschlußleistungen
bewältigen müssen. Ein unzulässiger Betriebszustand ergibt sich nur bei Unterbrechung
der Leitung, jedoch nicht für diese selbst, sondern nur für die speisende Konstantstromanordnung,
bei der die Spannung am Kondensator, Drossel und Umspanner bei Wegfall des Zweitstrorns
ansteigt. Aber einmal ist einem Ansteigen ins Ungemessene eine natürliche Grenze
durch die in den magnetischen Kreisen auftretende Sättigung gesetzt. Außerdem kann
man durch die über einen gewissen Betrag ansteigende Spannung den unterbrochenen
Urnspannerstromkreis der Konstantstromanordnung kurzschließen lassen, so daß für
diese wieder der Leerlaufzustand besteht (Spannung Null beim normalen Strom). Der
Kurzschlußschalter muß hierbei nicht große Kurzschlußleistungen abschalten, sondern
nur dem \ enrrstrom einen Kurzschlußweg geben, der für ihn über die unterbrochene
Fernleitung nicht mehr besteht. Der Schalter arbeitet also unter günstigsten Verhältnissen.
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Der Strom in der Fernleitung bestimmt die Höhe der Spannung am Verbrauchsort.
Man kann daher durch Steigerung der Spannung am Erzeugungsort auch die Spannung
am Verbrauchsort steigern, unabhängig von
den Spannungsabfällen
auf der Leitung. Man kann aber auch die Spannung am Verbrauchsort dadurch regeln,
daß man das Übersetzungsverhältnis des Stromtransformators 9 ändert.
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Sollen aus einer Fernleitung mehrere Verbraucher gespeist werden,
so müssen sie über je eine Konstantstromanordnung angekuppelt werden, deren Zweitseite
in Reihe zur Fernleitung liegt. Eine derartige Schaltung ist in Fig. z angedeutet,
wo zu dem vorhandenen Verbrauchernetz 3 noch ein weiteres Verbrauchernetz 14 zugeschaltet
ist; dieses wird über die Drossel 15, den Kondensator 16 und den Umspanner 17 in
Reihe zur Fernleitung geschaltet.. Das Zu- und Abschalten erfolgt über den Kurzschlußschalter
18.
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Um die Stromwäi#meverluste in Zeiten schwacher Belastung herabzusetzen,
kann man die Leitung mit kleinerem Strom betreiben. Man muß dann aber die Spannung
in den Netzen 1, 3 und 14 durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses der Umspanner
6, 9, 17 wieder auf den alten Wert bringen.