DE974285C

DE974285C - Device for limiting the harmonic currents in long-distance lines and long-distance cables of power transmission systems

Info

Publication number: DE974285C
Application number: DEA12034D
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl-Ing Geise
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1941-10-22
Filing date: 1941-10-22
Publication date: 1960-11-17

Description

Zur Übertragung großer und größter elektrischer Leistungen eignet sich besonders bei großen Entfernungen der Gleichstrom besser als der bisher übliche Wechsel- oder Drehstrom. Besonders deutlich werden die Vorteile, wenn man statt oberirdischer Leitungen Kabel verwendet, weil Gleichstromkabel bei gleichem Materialaufwand für eine viel höhere Spannung benutzt werden können als Wechsel stromkabel.It is particularly suitable for the transmission of large and large electrical powers over long distances the direct current is better than the usual alternating or three-phase current. Especially clear are the advantages of using cables instead of overhead cables, because direct current cables can be used for a much higher voltage than AC power cord.

Die Übertragung geht dabei bekanntlich in der Weise vor sich, daß man beispielsweise an ein Drehstromnetz eine Gleichrichteranlage anschließt und von hier aus über Freileitungen oder Kabel den hochgespannten Gleichstrom zu der am anderen Ende der Leitungen befindlichen Wechselrichteranlage leitet, wo er wiederum in Drehstrom umgeformt wird.As is well known, the transfer takes place in such a way that, for example, an Three-phase network connects a rectifier system and from here via overhead lines or cables the high-voltage direct current to the inverter system located at the other end of the lines conducts, where it is in turn converted into three-phase current.

Solche Gleichrichteranlagen erzeugen aber nicht nur eine Gleichspannung, sondern auch noch Oberwellen, deren Frequenz von der Netzfrequenz des zugeführten Wechselstromes und der Phasenzahl abhängt. Bei ophasigen Gleichrichtern erhält man bekanntlich bei der Netzfrequenz von 50 Hz Oberwellen von 300, 600, 900, 1200 Hz usw., deren Effektivwert außer von der Betriebsspannung noch vom Aussteuerungsgrad des Gleichrichters be-Such rectifier systems not only generate a direct voltage, but also harmonics, the frequency of which depends on the network frequency of the supplied alternating current and the number of phases depends. With o-phase rectifiers, as is well known, harmonics are obtained at a mains frequency of 50 Hz of 300, 600, 900, 1200 Hz etc., the rms value of which apart from the operating voltage depends on the modulation level of the rectifier

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stimmt ist. Bei voll ausgesteuertem Gleichrichter erreicht der Effektivwert der Oberwelle höchster Ordnungszahl mit der Frequenz von 300 Hz den Betrag von etwa 6% der Gleichspannung, der bei geringerer Aussteuerung bis auf mehr als 20% der bei voller Aussteuerung auftretenden Gleichspannung zunehmen kann. Da nun längere Freileitungen und vor allen Dingen auch Kabelanlagen beträchtliche Kapazitäten aufweisen, müssen von ίο ihnen bedeutende Oherwellenladeströme aufgenommen werden, wenn hiergegen keine Maßnahmen getroffen werden.is true. When the rectifier is fully modulated, the rms value of the harmonic is highest Ordinal number with a frequency of 300 Hz is the amount of about 6% of the DC voltage, which at lower modulation down to more than 20% of the DC voltage occurring at full modulation can increase. There are now longer overhead lines and, above all, cable systems have considerable capacities, they have to take up significant Oherwellenladeströmungen if no measures are taken against this.

Rechnet man bei einem einphasigen Hochspannungskabel für 225 kV mit einer Kapazität von 0,25 μΡ/km, so nimmt bei einer Gleichspannung von 225 W und der bei ophasiger Schaltung vorhandenen 300-Hz-Oberwelilenspannung ein 150 km langes Kabel einen Oberwellenstrom von etwa 400 A auf. Wenn ein solches Kabel für einen ao normalen Betriebsgleichstrom von beispielsweise 200 A gebaut ist, so bedeutet dies eine völlig unzulässige zusätzliche Belastung. Man muß daher bestrebt sein, die Oberwellenstromaufnahme der Kabel möglichst zu begrenzen.If you calculate with a single-phase high-voltage cable for 225 kV with a capacity of 0.25 μΡ / km, it increases with a direct voltage of 225 W and the one available with o-phase switching 300 Hz harmonic voltage, a 150 km long cable produces a harmonic current of approx 400 A. If such a cable is suitable for an ao normal operating direct current of, for example 200 A is built, this means a completely inadmissible additional load. One must therefore strive to limit the harmonic current consumption of the cables as much as possible.

Es ist nun bereits bekannt, für die Oberwellenspannung an der die Oberwellen erzeugenden Station durch Zuschalten von Blindwiderständen einen Spannungsbauch entstehen zu lassen. Da jedoch mehrere Oberwellen vorhanden sind und diese sich auch im Betrieb ändern, bereitet es schon Schwierigkeiten, eine derartige Bemessung nut für die hauptsächliche Oberwelle, d. h. Produkt von Netzfrequenz und Phasenzahl, durchzuführen. Eine Begrenzung der Oberwellenströme in Fernleitungen und Fernkabeln von Kraftübertragungsanlagen für große elektrische Leistungen, die mit hochgespanntem oberwellenbehaftetem Gleichstrom mit Drosselspulen an beiden Enden der Übertragungsleitung betrieben werden, kann man erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß diese Drosselspulen eine solche Größe haben, daß die Eigenfrequenz der Reihenschaltung Drosselspulen—Kabel stets tiefer liegt als die tiefste Frequenz der zu begrenzenden Oberwellenströme des hochgespannten Gleichstroms.It is now already known for the harmonic voltage at the one generating the harmonics Station to create a voltage bump by connecting reactive resistors. There However, there are several harmonics and these also change during operation, it prepares already difficulties, such a dimensioning only for the main harmonic, d. H. product of network frequency and number of phases. A limitation of the harmonic currents in long-distance lines and long-distance cables of power transmission systems for large electrical power with High voltage harmonic direct current with inductors at both ends of the transmission line are operated, can be achieved according to the invention in that these inductors Have such a size that the natural frequency of the series connection of inductors — cables is always lower than the lowest frequency of the harmonic currents to be limited in the high voltage Direct current.

Die beschriebene Anordnung gemäß der Erfindung kann man zweckmäßigerweise auch in Verbindung mit Querkreisen aus Kondensatoren oder Resonanzkreisen verwenden, die vor den Drosselspulen an der Betriebsgleichspannung liegen. Zwischen den Querkreisen und den Gleich- oder Wechselrichtern können außerdem noch im Zuge der Gleichstromleitung weitere Drosselspulen liegen. Häufig wird aber die Induktivität der Gleich- oder Wechselrichtertransformatoren ausreichend sein, so daß diese letzteren Drosselspulen entbehrt werden können.The described arrangement according to the invention can also be used in conjunction with one another with cross-circuits made up of capacitors or resonance circuits, use those in front of the reactors are due to the DC operating voltage. Between the transverse circles and the equal or Inverters can also have additional inductors in the course of the direct current line lie. Often, however, the inductance of the rectifier or inverter transformers is sufficient so that these latter reactors can be dispensed with.

In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind zwei AusführuTigsbeispiele einer Einrichtung gemäß der Erfindung für erdungsfreien bzw. für Betrieb mit Nullpunktserdung dargestellt. In beiden Figuren sind gleiche bzw. entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.1 and 2 of the drawing are two AusführungsuTigsbeispiele a device according to the Invention shown for ungrounded or for operation with zero point earthing. In both figures the same or corresponding elements are provided with the same reference symbols.

ι ist eine an ein Drehstromnetz angeschlossene Gleichrichteranlage. Der von ihr erzeugte hochgespannte Gleichstrom wird über zwei Kabel 2 einer Wechselrichteranlage 3 zugeführt — und hier wiederum in Drehstrom umgeformt. Vor die Kabel 2 sind ernndungsgemäß Drosselspulen 5 geschaltet. In Verbindung hiermit sind außerdem noch weitere Drosselspulen 4 und Querkreise eingeschaltet, die in Form von Reihenresonanzkreisen 6, 7 bzw. 8, 9 ausgebildet und auf die hauptsächlichen Oberwellen abgestimmt sind.ι is a connected to a three-phase network Rectifier system. The high-voltage direct current it generates is transmitted via two cables 2 an inverter system 3 - and here again converted into three-phase current. In front of the cables 2 choke coils 5 are connected according to the nomination. In connection with this there are also others Choke coils 4 and cross circuits switched on, which in the form of series resonance circuits 6, 7 and 8, 9 are designed and matched to the main harmonics.

Die Bemessung der Drosselspulen und der Querkreise geschieht dabei folgendermaßen:The reactor coils and the cross circuits are dimensioned as follows:

Der sich aus der Reihenschaltung der Drosselspulen 5 und der Kabel 2 ergebende Scheinwiderstand muß bei den Frequenzen der zu begrenzenden Oberwellenströme mindestens den doppelten Wert des resultierenden Scheinwiderstandes der Querkreise 6, 7 und 8, 9 besitzen.The impedance resulting from the series connection of the choke coils 5 and the cables 2 must at least double the value for the frequencies of the harmonic currents to be limited of the resulting impedance of the cross circuits 6, 7 and 8, 9 have.

Der Scheinwiderstand der Drosselspulen 4 muß bei den Frequenzen der zu begrenzenden Oberwellenströme mindestens den doppelten Wert des resultierenden Scheinwiderstandes der Querkreise 6, 7 und 8, 9 besitzen.The impedance of the choke coils 4 must be at the frequencies of the harmonic currents to be limited at least twice the value of the resulting impedance of the cross circuits 6, 7 and 8, 9 own.

Statt der Einschaltung der Drosselspulen 4 kann die Induktivität der Gleich- bzw. Wechselrichtertransformatoren so hoch gewählt werden, daß sie die Wirkung der genannten Drosselspulen 4 mit übernimmt.Instead of switching on the choke coils 4, the inductance of the rectifier or inverter transformers can be used be chosen so high that it takes over the effect of the said choke coils 4 with.

Claims

PATENT CLAIMS:

I. Device for limiting harmonic currents in long-distance lines and long-distance cables of power transmission systems for large electrical power, with high voltage Direct current with harmonics with choke coils at both ends of the transmission line be operated over a large distance, characterized in that these inductors (5) are dimensioned so large that the natural frequency of the series connection of inductors and cables is always lower than the lowest frequency of the harmonic currents to be limited of high voltage direct current.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the choke coil cable resulting from the series connection Impedance at the frequencies of the harmonic currents to be limited at least the double the value reached, the cross circuits (6, 7 or 8, 9) made of capacitors or resonance circuits which are connected to the DC operating voltage in front of the choke coils (5).

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that between the Rectifier (i) or the inverter (3) and the cross circuits in the course of the direct current line further choke coils (4), whose impedance is at the frequencies of the to limiting harmonic currents at least the

double the value of the resulting impedance the transverse circles (6, 7 or 8, 9) has.

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that instead of being switched on a choke coil (4) between the rectifier or inverter and the cross circuits Inductance of the rectifier or inverter transformers is chosen so high that it takes over the effect of the choke coils (4).

Documents considered: German Patent No. 677218; Kammerloh er, "Hochfrequenztechnik III rectifier", 1942, pp. 220 to 222.

1 sheet of drawings

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