DE971017C

DE971017C - System for the transmission of high AC power over very large distances

Info

Publication number: DE971017C
Application number: DES9597D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Bauer; Dipl-Ing Helmut Wilhelms
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-07-11
Filing date: 1942-07-11
Publication date: 1958-11-27

Description

Anlage zur Übertragung hoher Wechselstromleistungen auf sehr große Entfernungen Die erste Drehstromkraftübertragungsanlage, die eine größere Entfernung überbrückte, wurde im Jahre =89z in Betrieb genommen. Sie verband das Kraftwerk Lauffen am Neckar mit etwa z75 km entfernten Verbrauchern im Ausstellungsgelände der Stadt Frankfurt am Main. Im Kraftwerk Lauffen war ein Synchrongenerator aufgestellt, der von einer Wasserturbine angetrieben wurde. Die Spannung des Synchrongenerators wurde am Anfang der Übertragungsleitung über einen Transformator von 5o auf i5 0oo V heraufgesetzt und am Ende der Leitung in Frankfurt am Main über einen weiteren Transformator auf iooV abgespannt. Als Verbraucher waren ein Asynchronmotor und ein Lampenschild mit iooo Glühlampen vorgesehen. Die Problematik des Zusammenarbeitens von mehreren Synchronmaschinen über größere Entfernungen war zu dieser Zeit noch nicht vorhanden und deswegen auch noch nicht erkannt worden.System for the transmission of high alternating current powers to very large ones Distances The first three-phase power transmission that covers a greater distance bridged, was put into operation in the year = 89z. They connected the power plant Lauffen am Neckar with consumers about 75 km away on the exhibition grounds of the city of Frankfurt am Main. A synchronous generator was installed in the Lauffen power station, which was powered by a water turbine. The voltage of the synchronous generator was at the beginning of the transmission line via a transformer from 5o to i5 0oo V raised and at the end of the line in Frankfurt am Main via another Transformer unhooked to iooV. As consumers were an asynchronous motor and a lampshade with iooo light bulbs provided. The problem of working together of several synchronous machines over longer distances was still at that time does not exist and therefore has not yet been recognized.

Im Laufe der Entwicklung ist man dazu übergegangen, die Verbrauchergebiete durch eine oder mehrere Fernleitungen mit den Kraftwerken zu verbinden. Die Kraftwerke arbeiten untereinander im Verbundbetrieb zusammen. Die über jede Leitung übertragbare Leistung ist dabei bestimmt durch die bekannten Stabilitätsbedingungen, die für den Anschluß von Synchronmaschinen am Anfang und am Ende der Leitung erfüllt sein müssen.In the course of development one has moved on to the consumer areas to be connected to the power plants by one or more long-distance lines. The power plants work together in a network. The one that can be transmitted via any line Performance is determined by the known stability conditions that are used for the connection of synchronous machines at the beginning and at the end of the line must be fulfilled have to.

Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Anlage zur Übertragung hoher Wechselstromleistungen auf sehr große Entfernungen an ein Verbrauchergebiet mit synchronen und asynchronen Verbrauchern, bei der zur Energieübertragung mehrere Fernleitungen dienen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß eine der Fernleitungen, die mit den übrigen nicht im Verbundbetrieb zusammengeschlossen ist, ausschließlich zur Speisung von nichtsynchronen Verbrauchern (z. B. Elektrolyseanlagen, Elektroöfen, Asynchronmotoren) dient, während über andere der genannten Fernleitungen auch synchrone Verbraucher angeschlossen sind. Das hat den Vorteil, daß unter sonst gleichen Bedingungen eine wesentlich höhere Gesamtübertragungsleistung erzielt werden kann.The subject of the invention relates to a transmission system high AC power very long distances to one Consumer area with synchronous and asynchronous consumers for energy transmission serve several trunk lines. The essence of the invention is that one of the Transmission lines that are not linked to the rest of the network, exclusively for feeding non-synchronous consumers (e.g. electrolysis systems, Electric furnaces, asynchronous motors) is used, while other of the above-mentioned long-distance lines synchronous consumers are also connected. This has the advantage that under otherwise A significantly higher overall transmission capacity can be achieved under the same conditions can.

Unter der Voraussetzung, daß an beiden Enden der Übertragungsleitung Synchronmaschinen angeschlossen sind, welche stabil parallel laufen sollen, darf zwischen Anfang und Ende der Leitung nur ein Phasendifferenzwinkel von etwa 15 bis 23 elektrischen Graden herrschen, wenn die Übertragung dynamisch stabil bleiben soll. Speist das Kraftwerk dagegen nur Verbraucher nichtsynchroner Art, so spielt die Phasendifferenz zwischen Anfang und Ende der Leitung keine Rolle. Es läßt sich nachweisen, daß für das Verhältnis zwischen der bei asynchronem Betrieb übertragbaren Höchstleistung und der bei synchronem Betrieb aus Stabilitätsgründen höchstzulässigen Wirkleistung folgende Beziehung gilt: Hierin bedeutet N.2 = Verbraucherwirklast, U1 = Spannung am Anfang der Leitung, U2 = Spannung am Ende der Leitung, z9 = Phasendifferenzwinkel der Synchronmaschinen zwischen Anfang und Ende der Leitung, y = Phasenwinkel bei Kurzschluß.Assuming that synchronous machines are connected to both ends of the transmission line, which should run in a stable manner in parallel, only a phase difference angle of about 15 to 23 electrical degrees may exist between the beginning and end of the line if the transmission is to remain dynamically stable. If, on the other hand, the power plant only supplies non-synchronous consumers, the phase difference between the beginning and the end of the line is irrelevant. It can be demonstrated that the following relationship applies to the ratio between the maximum power that can be transmitted in asynchronous operation and the maximum active power permitted in synchronous operation for reasons of stability: N.2 = active load load, U1 = voltage at the beginning of the line, U2 = voltage at the end of the line, z9 = phase difference angle of the synchronous machines between the beginning and end of the line, y = phase angle in the event of a short circuit.

Der cos y ist bei gegebener Leiteranordnung eine konstante Größe. Für Aluminium-Einfachleitungen von 12o bis 24o qmm Querschnitt ist yp etwa gleich 6o bis 75°, d. h. cos y = o,5 bis o,26. Für cos yp = 0,5 ist in Fig. a der Zeichnung das Wirkleistungsverhältnis als Funktion des Winkels Ü aufgetragen, und zwar unter der Voraussetzung, daß das Verhältnis zwischen den Spannungen U1 und U2 konstant ist. In Fig. 2 ist umgekehrt ?i = a5° const, während das Spannungsverhältnis U,: U2 sich ändert.The cos y is a constant value for a given conductor arrangement. For aluminum single cables with a cross section of 12o to 24o qmm, yp is approximately equal to 6o to 75 °, ie cos y = 0.5 to 0.26. For cos yp = 0.5, the effective power ratio is shown in Fig. A of the drawing plotted as a function of the angle U, provided that the ratio between the voltages U1 and U2 is constant. Conversely, in FIG. 2,? I = a5 ° const, while the voltage ratio U 1: U 2 changes.

Für wirtschaftliche Übertragungen kommt die Wirkleistung Nw2.max nicht in Frage, weil die notwendige kapazitive Belastung zur Erzeugung der größten Wirkleistungsübertragbarkeit unerträglich hoch ist. Außerdem ist der Wirkungsgrad verhältnismäßig schlecht. Setzt man Wirkungsgrade von o,8 oder o,7 voraus, so erhält man die in Fig. 3 dargestellten Verhältnisse: Für die Wirkungsgrade n = ö,8 und 71 = o,7 sind in dieser Figur wiederum für cos y = 0,5 die übertragbare Wirkleistung Nw2" im Verhältnis zur Wirkleistung N"2el.o für e = a5° in Abhängigkeit von dem Verhältnis U1: U2 aufgetragen. Es ergibt sich daraus, daß bei der Übertragungsanlage nach der Erfindung eine wesentlich höhere Ausnutzung der Übertragungsleitung erreicht wird.The real power Nw2.max is out of the question for economical transmissions because the capacitive load necessary to generate the greatest real power transferability is unbearably high. In addition, the efficiency is relatively poor. Assuming efficiencies of 0.8 or 0.7, one obtains the relationships shown in FIG. 3: For efficiencies n = δ.8 and 71 = o.7 in this figure, cos y = 0.5 again the transferable active power Nw2 "in relation to the active power N" 2el.o for e = a5 ° as a function of the ratio U1: U2 plotted. It follows that in the transmission system according to the invention, a significantly higher utilization of the transmission line is achieved.

Der Erfindungsgedanke ist sowohl auf vorhandene Anlagen als auch auf neu zu errichtende anwendbar. In bereits bestehenden Übertragungsanlagen liegen zumeist die Verbraucher großer Leistungen zwischen zwei oder mehr Kraftwerken und erhalten eine betriebssichere mehrseitige Speisung. Erhöht sich nun die Verbraucherleistung so weit, daß sie nicht mehr stabil übertragen werden kann, so kann man dieselbe in zwei oder mehr Teillasten - je nach der Zahl der versorgenden Kraftwerke - unterteilen und jeder Teillast ein Kraftwerk zuordnen, die dann unter sich asynchron laufen können. Dies ist schaltungstechnisch in allen Fällen durchführbar, da Anlagen, wie sie dem Erfindungsgedanken zugrunde liegen, stets finit einem Mehrfachsammelschienensystem bzw. mit Längstrennung in den Sammelschienen ausgerüstet sind. Die Betriebssicherheit, mit der jede Teillast versorgt wird, sinkt zwar, jedoch ist es bei geeignetem Aufbau der Schaltanlage möglich, bei Ausfall einer Fernleitung die wichtigsten Verbraucher unter vorübergehender Abschaltung der minder wichtigen auf die anderen Fernleitungen bzw. Kraftwerke zu verteilen.The idea of the invention is both on existing plants and on newly built applicable. Are in existing transmission systems mostly the consumers of large outputs between two or more power plants and receive a reliable multi-sided power supply. Now the consumer performance increases so far that it can no longer be stably transmitted, one can do the same into two or more partial loads - depending on the number of supplying power plants and assign a power plant to each partial load, which then run asynchronously among themselves can. In terms of circuitry, this can be carried out in all cases, since systems such as they are based on the idea of the invention, always finite to a multiple busbar system or are equipped with longitudinal separation in the busbars. The operational safety, with which each partial load is supplied, although it sinks, but it is with a suitable structure of the switchgear, the most important consumers in the event of a pipeline failure with the temporary disconnection of the less important to the other long-distance lines or to distribute power plants.

Für Neuanlagen kommt zusätzlich die Anwendbarkeit der Erfindung für den Fall in Frage, daß sowohl das Kraftwerk als auch der Großverbraucher ortsgebunden sind und zwischen beiden eine Entfernung herrscht, die eine stabile Übertragung der Leistung mit wirtschaftlichen Mitteln nicht mehr zuläßt.The invention can also be used for new systems the case in question that both the power station and the large-scale consumer are fixed to a location and there is a distance between the two that allows stable transmission the performance with economic means no longer allows.

Der im Betrieb von Anlagen möglicherweise auftretende hohe Spannungsabfall kann sowohl am Anfang als auch am Ende der Leitung durch geeignete Maßnahmen, wie höhere Erzeugerspannung, Regeltransformatoren, Kondensatoren, gesättigte Drosselspulen usw., kompensiert werden.The high voltage drop that may occur during the operation of systems can be done both at the beginning and at the end of the line by suitable measures such as higher generator voltage, regulating transformers, capacitors, saturated reactors etc., can be compensated.

Claims

PATENT CLAIM: System for the transmission of high alternating current powers over very large distances to a consumer area with synchronous and asynchronous Consumers, in which several long-distance lines are used for energy transmission, thereby marked that one of the long-distance lines, which is not in interconnected operation with the rest is connected, exclusively for feeding non-synchronous consumers (e.g. electrolysis systems, electric ovens, asynchronous motors) is used while over others synchronous consumers are also connected to the above-mentioned long-distance lines. Into consideration Drawn pamphlets: ETZ, 62 (19q.1), p.738ff.