DE896385C - Anordnung zur Kompensation des Erdschlussstromes in Hochspannungsnetzen - Google Patents

Anordnung zur Kompensation des Erdschlussstromes in Hochspannungsnetzen

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DE896385C
DE896385C DEA10875D DEA0010875D DE896385C DE 896385 C DE896385 C DE 896385C DE A10875 D DEA10875 D DE A10875D DE A0010875 D DEA0010875 D DE A0010875D DE 896385 C DE896385 C DE 896385C
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Germany
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earth fault
compensation
coil
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harmonic
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DEA10875D
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English (en)
Inventor
Werner Dr-Ing Habil Kraemer
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AEG AG
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AEG AG
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/08Limitation or suppression of earth fault currents, e.g. Petersen coil

Landscapes

  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

  • .Anordnung zur Kompensation des Erdschlußstromes in Hochspannungsnetzen Es sind bereits Anordnungen zur Kompensation des Erdschlußstromes mit Hilfe einer Erdschlußspule vorgeschlagen worden, die im Hinblick auf einen wirtschaftlichen Bau der Netztransformatoren für sehr hohe Spannungen besonders vorteilhaft sind und bei denen der Sternpunkt des betreffenden Netztransformators im Erdschlüßfalle nur um einen Teil der Phasenspannung angehoben wird, während der Rest der Phasenspannung von einer anderen Einrichtung übernommen wird, vorzugsweise von einer zweiten Wicklung der Erdschlußspule, die von einer am Leistungstransformator vorgesehenen Dreieckwicklung gespeist wird. Durch die dabei im Erdschlußfall eintretende Sättigungserhöhung in den beiden, zu den vom Erdschluß nicht betroffenen Phasen des Netzes gehörenden Schenkeln des Leistungstransformators können Oberwellen in dem über die Erdschlußspule fließenden Strom hervorgerufen werden, und es ist deshalb ebenfalls bereits vorgeschlagen worden, bei Anordnungen der vorbeschriebenen Art Maßnahmen zur Unterdrückung dieser Oberwellen vorzusehen.
  • Für die Oberwellen dreifacher Frequenz ist insbesondere bereits vorgeschlagen worden, die Kompensation dadurch zu bewirken, daß die Erdschlußspule in dem Maß gesättigt ausgeführt wird, daß sie von sich aus Oberwellen dreifacher Frequenz erzeugt, die den von den im Erdschlußfalle höhergesättigten Schenkeln des Leistungstransformators ausgehenden Oberwellen entgegengesetzt gleich sind und diese aufheben. Die Kompensation der dritten Oberwelle durch Anpassung der Kernsättigung der Erdschlußspule erfäßt aber nicht die Kompensation der ebenfalls in störendem Umfange vorhandenen fünften Oberwelle, für deren Beseitigung besondere Maßnahmen erforderlich sind.
  • Die Erfindung bringt gegenüber den bereits vorgeschlagenen Maßnahmen zur Unterdrückung der störenden Oberwelle, insbesondere der dritten und fünften Oberwelle, bei Anordnungen der in Rede stehenden Art eine wesentliche Verbesserung. Sie besteht in einer solchen Bemessung der Erdschlußspule, daß die Spannungsvektoren der beiden vom Erdschluß nicht betroffenen Phasen des Leistungstransformators im Erdschlußfalle einen solchen Winkel miteinander bilden, bei dem die Komponenten der zu kompensierenden Oberwellen gleichphasig und verhältnisrichtig mit den sie aufhebenden, von der Erdschlußspule erzeugten entsprechenden Oberwellen sind. Für die dritte und fünfte Oberwelle ist .dies ein Phasenwinkel der Spannungsvektoren im Erdschlußfalle von angenähert go°. Die Oberwellenkompensation kann in diesem Falle mit großer Genauigkeit und für mehrere Oberwellen zugleich durchgeführt werden.
  • Im nachstehenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung noch näher erläutert, wobei noch verschiedene erfindungsgemäße Einzelheiten erkennbar werden.
  • Fig. i zeigt zunächst den Aufbau der bereits vorgeschlagenen in Rede stehenden Anordnungen zur Unterdrückung des Erdschlußstromes in Hochspannungsnetzen. Der Drehstromtransformator i mit den Phasenwicklungen U, Tr, W ist in Stern geschaltet und mit seinem Sternpunkt o über die Erdschlußspule 2 an Erde gelegt, die beim Ausführungsbeispiel-noch eine zweite Wicklung 3 aufweist, welche von einer Tertiärwicklung 4 am Transformator i gespeist wird. Die Erdschlußspule 2 'ist spannungsmäßig nur für den Teil ED der Phasenspannung bemessen.
  • Fig. 2 zeigt das zugehörige Diagramm der Spannungsvektoren. Im Erdschlußfalle (dick ausgezogene Vektoren) wird der Sternpunkt o bis auf die Spannung der Erdschlußspule ED abgesenkt. Die Spannungsvektoren U und W schließen dann den Winkel a ein. Ist eine Kompensation der dritten und fünften Oberwellen angestrebt, was hauptsächlich der Fall sein wird, dann wird die Erdschlußspule 2 so berriessen, daß der Winkel a angenähert go° beträgt. Dies tritt ein, wenn die Spannung ED ungefähr 63 °/o der Phasenspannung entspricht. Aus Fig. 2 a, welche die Vektoren der Magnetisierungsströme Ja, _TV, Jw im Erdschlußfalle darstellt, kann man entnehmen, daß infolge der starken Sättigungsverminderung in dem Schenkel V der Magnetisierungsstrom Jy verschwindend klein ist und bei den weiteren Betrachtungen außer acht gelassen werden kann. Die zu den Strömen Ja und Jw gehörenden Oberwellenströme 1, a und J3 w bzw. J5 a und JSw bilden mit der Zeitachse (gestrichelte Linie t. = o) den Winkel ::L 3 - 45° bzw. :L 5 - 45°. Das bedeutet, wie die Diagramme nach Fig. 2 c ohne weiteres erkennen lassen, daß sie mit der negativen Richtung der Zeitachse einen Winkel von ± 45° bilden.
  • Hieraus folgt für die resultierenden Komponenten J3 bzw. J;, dieser Ströme, welche über die Erdschlüßspule fließen, zweierlei: Erstens sind diese Komponenten negativ geworden und sind damit gleichphasig mit den entsprechenden, von der Eisensättigung der Erdschlußspule erregten Oberwellen, zweitens stehen sie im gleichen Größenverhältnis zueinander wie im freien Magnetisierungsstrom, d. h. es ist In Fig. 3 sind die über die Erdschlußspule fließenden Ströme dargestellt. Andererseits hängt aber das Verhältnis - auch von der Induktion ab, so daß die Erdschlußspüle und die gesunden Schenkel des Leistungstransformators annähernd gleiche Induktion aufweisen müssen. Das Eisenvolumen der Erdschlußspule, die gleichzeitig im Erdschlußfalle der Kompensation der durch die eingetretene Sättigungserhöhung in den Transformatorschenkeln der gesunden Phasen hervorgerufenen dritten und fünften Oberwelle dient, errechnet sich für a = go° aus der Beziehung wobei 2$ A2; 0,8 - 1,2 23D ist. Dabei bedeutet VDraasel = das Eisenvolumen der Erdschlußspule, VK" = das Eisenvolumen des Leistungstransformators, n = dieOrdnungszahlderbetrachtetenOberwelle, Zn = die Phasenimpedanz der Oberwellen gegen Erde, Y" = der induktive Widerstand der Erdschlußspule für die Oberwelle n.
  • Danach würde man an sich für die verschiedenen Oberwellen auch verschiedene Eisenvolumen der Erdschlußspule erhalten. Da aber auf der anderen Seite der in der vorstehenden Beziehung abhängige Summand bei den tatsächlichen Netzverhältnissen klein ist gegenüber dem festen Summand, so wird das Volumen der Erdschlußspule VD rossei praktisch für alle Frequenzen gleich. Hinzu kommt noch, daß man größere Unterschiede durch- ein mäßiges Abweichen von dem vorstehend festgelegten Phasenwinkel im Erdschlußfalle ct = go° kompensieren kann.
  • Im übrigen erfolgt der Abgleich der Oberwellenkompensation durch die Erdschlußspule in bekannter Weise durch geringe Änderungen der Induktion mittels Wicklungsanzapfungen oder Luftspaltänderungen. Da außerdem die Erdschlußspule meistens in weiten Grenzen regelbar sein muß, um eine Anpassung an die schwankenden Netzverhältnisse vornehmen zu können, ist es zweckmäßig, für die Erdschlußspule eine Kombination zu benutzen, die aus einer nur wenig regelbaren hochgesättigten Drossel, an welcher die Oberwellenkompensation geregelt wird, und aus einer in weiten Grenzen regelbaren niedriggesättigten Drossel besteht, die zur Anpassung an die Netzverhältnisse dient, jedoch infolge ihrer geringen Sättigung keinen nennenswerten Einfluß auf die Oberwellenkompensation ausübt.
  • Handelt es sich um die Kompensation des Erdschlußstromes in zwei verbundenen Netzen, bei denen außer der Erdschlußspule für jedes Netzsystem noch eine für beide Systeme gemeinsame Saugspule vorgesehen ist, so ist es vorteilhaft, auch die Saugspule durch entsprechende Bemessung für die Oberwellenkompensation im vorbeschriebenen Sinne heranzuziehen. Auch weitere Abänderungen des Erfindungsgedankens sind selbstverständlich möglich. So kann man z. B. an Stelle einer entsprechenden Bemessung der Erdschlußspule das gewünschte Verhältnis der Oberwellen im freien Magnetisierungsstrom J,: J,, durch eine Hilfseinrichtung, z. B. durch eine Gleichstromvormagnetisierung, den Verhältnissen anpassen. Schließlich kann eine zusätzliche Beeinflussung der Kompensation durch Scheinwiderstände bzw. Resonanzkreise erfolgen, die in Reihe oder parallel zur Erdschlußspule liegen.

Claims (7)

  1. PATRNTANSPRÜcHr: i. Anordnung zur Kompensation des Erdschlußstromes in Hochspannungsnetzen mit Anheben des Sternpunktes des Leistungstransformators im Erdschlußfalle um nur einen Teil der Phasenspannung und mit Kompensierung der dann durch die Sättigungserhöhung in den gesunden Phasen des Leistungstransformators auftretenden Oberwellen im Erdschlußstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdschlußspule derart bemessen ist, daß die Spannungsvektoren der beiden gesunden Phasen des Leistungstransformators einen Winkel a miteinander einschließen, bei dem die Komponenten der zu kompensierenden Oberwellen gleichphasig und verhältnisrichtig mit den sie aufhebenden, von der gesättigten Erdschlußspule erzeugten Oberwellen sind.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, mit Kompensation der dritten und fünften Oberwelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Spannungsvektoren der gesunden Phasen im Erdschlußfalle angenähert go' beträgt.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eiseninduktion der Erdschlußspule annähernd gleich der Induktion in den Schenkeln der nicht vom Erdschluß betroffenen Phasen des Leistungstransformators nach Eintritt des Erdschlusses ist. q..
  4. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Einfluß des Netzwiderstandes hervorgerufenen Ungleichmäßigkeiten bezüglich der beiden Oberwellen durch geringes Abweichen des Winkels a vom Wert go' kompensiert werden.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdschlußspule aus einem hoch- und einem niedriggesättigten Teil besteht, von denen der hochgesättigte zum Abgleich der Oberwellenkompensation und der niedriggesätt.'gL-e zum Abgleich der Erdschlußkompensation dient.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch i bis 3, für zwei Netzsysteme mit Querkompensation, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Saugspule durch Angleichen ihrer Eiseninduktion zur Oberwellenkompensation im Erdschlußfalle beiträgt.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung des Oberwellenverhältnisses im freien Magnetisierungsstrom der Erdschlußspule an die Netzverhältnisse durch eine Hilfseinrichtung, insbesondere eine Gleichstromvormagnetisierung, erfolgt. B. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Beeinflussung der Oberwellenkompensation durch Scheinwiderstände bzw. Resonanzkreise erfolgt, die in Reihe oder parallel zur Erdschlußspule liegen.
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