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Anordnung zur Kompensierung des induktiven und insbesondere des Ohrnschen
Spannungsabfalles von Übertragungsleitungen Bei der Übertragung von Wechselstrom
bzw. Drehstrom auf Hochspannungsleitungen verursacht bekanntlich der induktive und
insbesondere der Ohmsche Spannungsabfall an der. Übertragungsleitung große Schwierigkeiten,
da die Stabilität der Übertragung gefährdet wird und infolge des Ohmschen Spannungsabfalles
auch die maximal übertragbare Leistung herabgesetzt wird. Um diesen Nachteil zu
beseitigen, ist es bekannt, die induktiven und die Ohmschen Spannungsabfälle an
der Übertragungsleitung durch eingeführte Gegenspannungen für jeden Belastungsfall
der Leitung ganz oder teilweise aufzuheben. Zu diesem Zweck ist in die Übertragungsleitung
an einer oder mehreren Stellen die Ständerwicklung einer asynchronen Maschine eingeschaltet,
deren Läufer sowohl in der Größe als auch in der Phasenlage regelbare Ströme derart
zugeführt werden, daß die Ständerwicklung der asynchronen Maschine in die Leitung
die gewünschten Spannungen einführt. Diese der Asynchronmaschine zugeführten Ströme
werden insbesondere mit Hilfe einer vom Strom der Fernleitung erregten Kommutatorhintermaschine
erzeugt. Damit die asynchrone Maschine ständig die gewünschte, im oder in der Nähe
des Synchronismus liegende Drehzahl aufweist, ist sie mit einer synchronen oder
asynchronen Gangmaschine,
die von der Fernleitung gespeist wird,
gekuppelt. Diese Gangmaschine hat einerseits die Leerlaufverluste der asynchronen
Maschine zu decken, anderseits muß sie der asynchronen Maschine die mechanische
Leistung zuführen, die für die Kompensierung des Ohmschen Spannungsabfalles der
Übertragungsleitung erforderlich ist.
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Abb. i der Zeichnung zeigt das Schema für eine derartige Anordnung.
i und 2 sind zwei Kraftwerke, die durch eine Fernübertragungsleitung für höchste
Spannung, z. B. d.oo kV, miteinander verbunden sind. Etwa in der -litte der Fernleitung
ist in diese über einen Transformator die Ständerwicklung einer asynchronen Maschine
3 eingeschaltet, die in der geschilderten Weise erregt wird. Die asynchrone lIaschiiie
ist mit einer Gangmaschine 4 gekuppelt, die wieder über einen Transformator von
der Fernleitung gespeist wird. Bei einer derartigen Anordnung ergeben sich nun bei
einem Kurzschluß an der Fernleitung noch wesentliche Schwierigkeiten. Bei einem
Kurzschluß an der Stelle 5 der Abb. i verbleibt an den Klemmen der Maschine noch
eine gewisse Restspannung, mit der es unter Umständen möglich ist, den Betrieb noch
aufrechtzuerhalten. Die Stützung der Drehzahl der Maschine d. ist wichtig, damit
nach dem Abschälten des Kurzschlusses die asynchrone Maschine 3 noch in Betrieb
ist. Findet aber der Kurzschluß an der Stelle 6 statt, so ist die Spannung der Gangmaschine
gleich Null, und sie kann ein Drehmoment für die Aufrechterhaltung der Drehzahl
der Maschine 3 nicht mehr hergeben.
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Die Erfindung betrifft nun eine Anordnung zur Aufrechterhaltung der
Drehzahl von solchen für die Kompensierung von mit beiden Enden an die Spannung
haltende Stationen angeschlossenen Übertragungsleitungen dienenden Reihenasynchronmaschinen
im Kurzschlußfall. Erfindungsgemäß ist zu beiden Seiten der Reihenasynchronmaschine
je eine mit ihr gekuppelte Gangmaschine an die Übertragungsleitung angeschlossen,
so daß bei einem Kurzschluß an der Übertragungsleitung die Anschlußstelle der einen
Gangmaschine mit der Kurzschlußstelle über die Impedanz der Reihenasynchronmaschine
verbunden ist.
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Abb. 2 der Zeichnung veranschaulicht diese Anordnung. Es sind zwei
Gangmaschinen .M und 7 vorgesehen, von denen mindestens eine bei einem Kurzschluß
auf der einen Seite der asynchronen Maschine 3 noch mit einer gewissen Restspannung
in Betrieb bleibt. Die Gangmaschinen werden an die Fernleitung mit Hilfe der Schalter
8 und 9 angeschlossen. Zweckmäßig "wird nun bei einem Kurzschluß auf der Fernleitung
die Gangmaschine, die der Kurzschlußstelle benachbart ist, abgeschaltet, da diese
Maschine zur Aufrechterhaltung der Drehzahl nichts beiträgt.
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Da bei einem Kurzschluß die Gangmaschine nur an einer verhältnismäßig
kleinen Restspannung liegt, so ist dafür zu sorgen, daß sie von der' asynchronen
Maschine 3 nicht mit nennenswertem Drehmoment belastet wird. Es ist daher zweckmäßig,
jene Stromkomponente im Sekundärteil der asynchronen Maschine, die zur Kompensierung
des Ohmschen Spannungsabfalles der Fernleitung dient, durch Beeinflussung der entsprechenden
Stromtransformatoren bzw. Doppeldrehregler auf den Wert Null zu bringen. Abb. 3
zeigt das Diagramm der asynchronen Maschine unter Vernachlässigung der Streuspannungen
und der Ohmschen Widerstände. h ist der von der Übertragungsleitung diktierte Ständerstroin
der asynchronen Maschine. J2 ist der Läuferstrom, der durch Stromtransforniierung,
z. B. mit Doppeldrehreglern, über einen Frequenzwandler der dreiphasigen Läuferwicklung
nach Größe und Phase regelbar zugeführt wird. 1.,1, stellt dabei diejenige Komponente
des Läuferfeldes dar, die der Ständerdurcliflutung J1 entgegenwirkt. J21 ist eine
Komponente des Läuferfeldes, die 9o° gegenül>erJ.", versetzt ist. Die DifterenzJ.,-Ji
ergibt den lIagnetisierungsstrom Ju, der zur Erregung der Maschine mit der Spannung
U erforderlich ist. Wie aus Abb. 3 zu erkennen ist. erfolgt die Blindleistungsregelung
der Asynchronmaschine durch Verstellen der Komponente J2b. da hierdurch die Spannung
L',, geregelt wird. Die Wirkleistungserzeugung der Asynclironmaschine wird jedoch
durch die Komponente J2", verstellt, da hierdurch die in Phase mit dein Strom 7i
liegende Komponente L,'", der Spannung geregelt wird. Die Stromkomponente J2x, wird
nun im Kurzschlußfall durch Eingriff in die Stromtransformatoren bzw. Doppeldrehregler
auf den Wert Null gebracht. Abb. q. der Zeichnung zeigt eine dafür geeignete Schaltung.
io ist der Leistungstransformator, mit dessen Hilfe die Ständer wicklung ii der
asynchronen Maschine in die Übertragungsleitung eingeschaltet ist. 1,3 ist die Läuferwicklung
der asynchronen -Maschine, die über einen Frequenzwandler 14 von den Stromtransformatoren
12 und 13 erregt wird. Es ist dabei angenommen, daß mit dem Stromtransforinator
12 die Stromkomponente J 2b der Abb. 3, reit dem Stromtransformator 13 die
Komponente J2", auf den Frequenzwandler 1.4 übertragen wird, der den Strom J2 dann
mit Schlupffrequenz der Läuferwicklung 15 zuführt. Durch passende Wahl der Schaltgruppen
der Transformatoren 12 und 13 wird erreicht, daß die Ströme der Sekundärwicklungen
dieser Transformatoren sich unter
einem Winkel von 9o° zusammensetzen.
Die Regelung des Stromübersetzungsverhältnisses wird in Abb. 4 dadurch erreicht,
daß die Primärwicklungen der Stromtransformatoren r2 und 13 mit regelbaren Anzapfungen
versehen sind. Um nun beim Kurzschluß die Komponente T21 gleich Null zu machen,
wird am Transformator 13 von der im Normalbetrieb benutzten Anzapfung 16
auf die Endanzapfung i7 übergeschaltet. Bei Verwendung von Doppeldrehreglern ist
eine entsprechende Verdrehung ebenfalls auf die Übersetzung Null bei Kurzschluß
vorzunehmen.
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Da bei Kurzschluß auf einer Seite der in die Übertragungsleitung eingeschalteten
asynchronen Maschine die Restspannung auf der anderen Seite, die praktisch durch
die Größe des Kurzschlußstromes und die Ständer- und Läuferimpedanz der asynchronen
Maschine bestimmt ist, verhältnismäßig kleine Werte annehmen kann, so kann trotz
der geschilderten Entlastung der asynchronen Maschine von der Wirkkomponente ein
Kippen der Gangmaschine eintreten, sofern als Gangmaschine eine asynchrone Maschine
dient. Bekanntlich fällt bei asynchronen .Motoren das Drehmoment quadratisch mit
der absinkenden Spannung ab. Es ist daher zweckmäßig, für den Antrieb der asynchronen
Maschine eine synchrone Gangmaschine zu verwenden, bei der bekanntlich das Drehmoment
nur linear mit der Spannung abfällt. Um diesem Abfall des Drehmoments bei sinkender
Spannung weiter entgegenzuwirken, kann man ferner die Erregung der synchronen Gangmaschine
in Abhängigkeit von dem Ansteigen des Kurzschlußstromes an der Übertragungsleitung
verstärken (Compöundierungsschaltung).Eine solche an sich bekannte Stromcompoundierung
ist beispielsweise in Abb. 5 dargestellt. Die Ständerwicklung ig der für den Antrieb
der nicht dargestellten Asynchronmaschine dienenden Gangmaschine liegt in Reihe
mit dem Stromtransformator 2o. Die Sekundärwicklung dieses Stromtransformators speist
über den Transformator 22 und über den Gleichrichter 23 die Erregerwicklung 24.
Dem Transformator 22 und damit auch der -Erregerwicklung 24 ist außerdem noch eine
spannungsabhängige Stromkomponente zugeführt, die über die Drosselspule 21 von den
Klemmen der Gangmaschine geliefert wird. Diese spannungsabhängige Komponente liefert
die Grunderregung für die synchrone Gangmaschine, die über den Transformator 18
und den Schalter 8 an die Hochspannungsübertragungsleitung angeschlossen ist.