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.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.
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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.
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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.
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Im nachstehenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung noch näher
erläutert, wobei noch verschiedene erfindungsgemäße Einzelheiten erkennbar werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.