DE262320C - - Google Patents
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/005—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection avoiding undesired transient conditions
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Description
KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
- JVl 262320 KLASSE 21 c. GRUPPE
Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. Januar 1912 ab.
Die Erfindung betrifft eine besondere Ausbildung und Schaltweise von Stromkreisen,
die zeitlich veränderliche elektrische Ströme führen, um das Auftreten von Überspannungen
infolge von Änderungen des elektrischen Zustandes des Stromsystems selbst oder auch
bei Freileitungen infolge von Wanderwellen frei werdender atmosphärischer Elektrizität
entweder in einzelnen oder sämtlichen Teilen
ίο des Stromkreises möglichst zu vermeiden, weil
sie eine stärkere Isolation erforderlich machen oder aus anderen Gründen schädlich sind.
Die eigentliche Ursache derartiger Überspannungen ist stets die Induktivität des
Stromkreises, wenn man von dem ungewöhnlichen Fall der Verkleinerung eines geladenen
Kondensators absieht. Die Induktivität kann unmittelbar oder im Zusammenwirken mit der
Kapazität des Stromkreises zu Uberspannungen führen. Im ersteren Falle werden Überspannungen
dadurch hervorgerufen, daß auf irgendeine Weise eine Abnahme des elektrischen Stromes in der Induktivität von solcher
Größe und mit solcher Geschwindigkeit verursacht wird, daß die durch die Abnahme
des elektromagnetischen Feldes induzierte elektromotorische Kraft zu der Klemmenspannung
oder erzeugenden elektromotorischen Kraft hinzukommt. Diese Erscheinung tritt bekanntlieh
häufig beim plötzlichen Ausschalten von Maschinen und Apparaten auf, die induktive
Eigenschaften besitzen. Die zweite Art von Überspannungen kommt in schwingungsfähigen
Stromkreisen oder -systemen, in denen also außer der Induktivität eine merkliche Wirkung
der Kapazität vorhanden ist, bei der Umwandlung von elektromagnetischer Energie in
elektrostatische oder umgekehrt vor, wenn sich die entgegengesetzten elektrischen Eigenschaf-,
ten, Induktivität und Kapazität, mit der erzeugenden Spannung in Reihenschaltung befinden
und die durch sie hervorgerufenen Teilspannungen sich teilweise oder ganz aufheben.
Derartige auf unvollkommener oder vollkommener Spannungsresonanz beruhende Über-Spannungserscheinungen
können beim Einschwingen wie im Beharrungs- oder eingeschwungenen Zustand und auch beim freien
Ausschwingen auftreten, und zwar sowohl in Schwingungsgebilden mit quasistationärer wie
auch in solchen mit nicht quasistationärer, sondern wellenförmiger Spannungs- und Stromverteilung.
Vollständige, mehr oder weniger scharfe Spannungsresonanz tritt in der Regel nur in Stromkreisen mit nahezu quasistationärem
Strom verlauf ein. In Wellenleitern und kombinierten Schwingungsgebilden entstehen
Überspannungen durch Reflexionserscheinungen von Wellen nach Art unvollkommener Spannungsresonanz.
Bei der ersten Art von Überspannungen, die lediglich von den durch das elektromagnetische
Feld des eigenen Stromes induzierten elektromotorischen Kräften herrühren, können
bedeutend größere Potentialdifferenzen auftreten als bei den auf Spannungsresonanz zurückzuführenden,
da die induzierte elektromotorische Kraft in einer Induktivität um so größer ist, je stärker ihr magnetisches Feld ist und
in je kürzerer Zeit ihr elektrischer Strom unterbrochen bzw. ihr magnetisches Feld vermindert
wird. Durch das Hinzukommen einer Spannungsresonanz, was möglich ist, können
ίο derartige Überspannungen noch vergrößert
werden. Man begegnet diesen Überspannungen bekanntlich durch die Benutzung von Ölschaltern,
da diese bei richtiger Konstruktion die Eigenschaft besitzen, die Strombahn in
dem Augenblick zu unterbrechen, in welchem der Strom nahezu auf den Wert 0 gesunken
ist. Die Ölschalter sind jedoch hinsichtlich dieser Wirkungsweise nicht absolut zuverlässig,
sondern versagen häufig bekanntlich gerade dann, wenn die Gefahr durch eine plötzliche
Stromunterbrechung besonders groß ist, nämlich bei Erd- oder Kurzschlüssen und Überlastungen,
bei denen der Strom oft außerordentlich große Werte annimmt.
Durch die Erfindung wird diese Unsicherheit im Betriebe vermindert bzw. völlig beseitigt,
und zwar durch geeignete Ausbildung des Stromkreises und geeignete Anordnung der Unterbrechungsstelle. Der Erfindungsgedanke
geht von der Erkenntnis aus, daß beim Schalten von Stromkreisen ohne jede Induktanz
oder Kapazität, z. B. solchen, die nur Glühlampen enthalten, keine Überspannungen
auftreten. Um dasselbe bei Stromkreisen mit Induktanz oder Kapazität oder mit beiden
Eigenschaften zu erreichen, müßte also die Schaltung so vorgenommen werden, daß von
ihr nur die Wattkomponente des betreffenden Stromkreises betroffen wird. Zu diesem Zwecke
sollen gemäß der Erfindung einerseits Maschinen, Apparate, Leitungen u. dgl. mit derart
bemessenen Nebenschlüssen von entgegengesetzter Eigenschaft wie der zu kompensierende
Stromkreis versehen werden, daß die so entstandenen Schwingungskreise nach dem Prinzip
der Stromresonanz vollkommen oder auch nur teilweise abgestimmt sind. In diesen Schwingungskreisen
sind bekanntlich die durch die Induktanz und Kapazität erzeugten Spannungskomponenten
ganz oder teilweise kompensiert, und Überspannungen können nicht auftreten, sondern nur solche Spannungen, die ganz oder
annähernd der aufgedrückten Spannung gleich sind. Andererseits sollen die Regulier-, Schalt-
oder Sicherheitsvorrichtungen zur Regelung der Spannung bzw. Energiezufuhr an solchen
Stellen angeordnet werden, daß sie den aus den Stromverzweigungen resultierenden oder
Gesamtstrom führen, der praktisch keine Phasenverschiebung gegen die erzeugende Spannung besitzt, so daß z. B. beim Ausschalten
desselben die Magnetisierungskomponente des betreffenden Stromzweiges praktisch
nicht mitunterbrochen wird.
Beispielsweise sollen Stromkreise mit der Wirkung von Induktivitäten mit Nebenschlüssen
von der Wirkung einer Kapazität versehen werden, die so bemessen oder erforderlichenfalls
vor dem Ausschalten von Hand oder selbsttätig so reguliert werden, daß sie die Magnetisierungskomponente des Stromes
der Induktivität nach dem Prinzip der Stromresonanz so weit aufheben bzw. lokalisieren,
daß die Unterbrechung des der Stromverzweigung zuzuführenden resultierenden Gesamtstromes
keine wesentliche Überspannung erzeugt. Bei vollständiger Stromresonanz ist der resultierende Strom gleich der Summe
der Wattkomponenten der verzweigten Ströme. In diesem Falle findet eine direkte Beeinfmssung
der Magnetisierungskomponente des Stromes der Induktivität bei der Unterbrechung
des Gesamtstromes überhaupt nicht statt. Deshalb tritt selbst bei momentaner Unterbrechung
des letzteren keine Spannungserhöhung an der Induktivität ein, sondern der Strom
im Schwingungsgebilde schwingt in gedämpften Schwingungen allmählich aus, bis alle
elektrische Energie in Wärme umgewandelt
ist. CjO
Besitzt beispielsweise der betreffende Stromkreis die Wirkung einer Kapazität (Kondensator,
übererregter Synchronmotor o. dgl.), so muß der zuzuschaltende Nebenschluß die Wirkung einer Induktivität besitzen.
Um die Überspannungen infolge von Wellenreflexion der fortzuleitenden Schwingungen
möglichst zu vermindern, soll gemäß der Erfindung die Wellenausbildung dadurch verringert
werden, daß die Leitung nach dem bekannten Thompsonschen System in bestimmten Abständen mit geeigneten Nebenschlüssen
versehen wird, so daß die Wellenausbildung für die zu übertragenden Periodenzahlen auf
die Partialwellen innerhalb der Leitungselemente beschränkt wird, also nach dem Prinzip
der Stromresonanz abgestimmte Schwingungskreise mit praktisch quasistationärer Spannungsverteilung entstehen. Die Regulier-,
Schalt- oder Sicherheitsvorrichtungen zur Regelung der Energiezufuhr sollen außerdem an
ebensolchen Stellen, wie zuvor angegeben, angeordnet werden.
In den Figuren sind einige Beispiele von Anwendungen der Erfindung schematisch ahgegeben.
Fig. ι stellt eine Kraftübertragung zwischen den Stationen Z und V dar. Der Wechselstromgenerator
G liefert die Energie mittels des Transformators T, über die Regulier-,
Schalt- oder Sicherheitsvorrichtung S und die Doppelleitung la, lb an den Transformator Tv
der Verbrauchsstelle V, der sie seinerseits an
den Verbrauchsapparat M, z. B. einen Motor, weitergibt. Es ist angenommen, daß die
Leitung bei Belastung einen der Spannung nacheilenden Strom aufnimmt, sich also wie
eine Induktivität verhält. Um die Magnetisierungskomponente bei der Regelung der
Energiezufuhr mittels der Einrichtung S nicht plötzlich zu verringern, ist sie durch den
ίο Nebenschluß Kt mit der Wirkung einer Kapazität
kompensiert und die Schaltvorrichtung S in der Bahn des resultierenden Stromes angeordnet.
Bei Anlagen mit stärkeren Belastungsänderungen muß die Kompensation der jeweiligen wattlosen Komponente des Belastungsstromes
durch entsprechende Regelung der wattlosen Komponente des Nebenschlusses, z. B. durch Zu- und Abschalten von Kondensatoren
oder Regulierung der Erregung von Synchronmotoren usw., von Hand oder.selbsttätig
mittels geeigneter Regulatoren, Relais o. dgl. oder direkt auf elektrischem Wege
durch Spannungsregulierung, Kompensierung, Kompoundierung o. dgl. geschehen.
Die Regulier- oder Schaltvorrichtung S wird außerdem zweckmäßig so eingerichtet, daß sie
stärkere Stromverminderung oderUnterbrechung nur bei Phasengleichheit des resultierenden
Stromes mit der Spannung zuläßt. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß sie
eine Sperrvorrichtung erhält, welche nach dem Ferrarisschen Prinzip als Differentialsystem
für die beiden wattlosen Stromkomponenten des Belastungskreises und des Kompensationsnebenschlusses
ausgebildet ist und bei Ungleichheit derselben in Tätigkeit tritt. In Betrieben mit plötzlichen starken Belastungsänderungen, wie z. B. bei Bahnen, muß die
Lokalisation bzw. Kompensation der wattlosen Ströme der jeweiligen Belastung entsprechend
möglichst momentan, also mit geeigneten Mitteln selbsttätig erfolgen. Als eine solche Reguliervorrichtung kann beispielsweise
das angegebene Differentialsystem nach Ferrarisschem Prinzip ebenfalls verwendet werden.
In Fig. ι ist die Ausbildung der Schaltvorrichtung 5. als Differentialsystem nach Ferrarisschem
Prinzip dadurch angedeutet, daß sie mittels der Stromtransformatoren // und Jj1
mit dem Belastungsstrom der Leilung la und dem des Kompensators Ki verbunden ist.
In den Fällen, in welchen der Generatorkreis merkliche Streuselbstinduktivität oder
Drosselspulen Da und Db zum Schutz gegen
Oberschwingungen, Wanderwellen oder direkte atmosphärische Entladungen usw. besitzt,
empfiehlt es sich, vor stärkerer Verminderung bzw. vollständiger Unterbrechung des Maschinenstromes
einen Nebenschluß Kg mit Kapazitätswirkung von genügender Größe für die
in Frage kommende Überspannungsenergie parallel zum Generatorkreis zu legen. Dieser
Nebenschluß wird zweckmäßig mit einem entsprechend bemessenen Dämpfungswiderstand
Wk bzw. W'u versehen, um beim Einschalten
oszillatorische Schwingungen zu verhüten. Die Vorrichtung zum Einschalten des Nebenschlusses
wird zweckmäßig derart zwangläufig mit der Schaltvorrichtung 5 verbunden, daß
diese vor der Stromverminderung den Neben-Schluß einschaltet und unmittelbar nach derselben
ihn wieder unterbricht.
In Fig. 2 ist eine Energieübertragung zwischen den entsprechend Fig. 1 ausgebildeten
Stationen Z und V über eine längere Fernleitung la, lb dargestellt. Es ist angenommen,
daß die Fernleitung infolge von Wellenausbildung Überspannungen besitzt. Um diese zu
vermindern, ist die Leitung mit Nebenschlüssen N1 bis Nn von geeigneter Wirkung in bestimmten
Abständen nach dem Thompsonschen System ausgerüstet. Einige Nebenschlüsse (N2 und 2V„_,) sind über die Widerstände w
im Nullpunkt geerdet, einerseits um zu verhüten, daß die Hin- oder Rückleitung bei
einem Erdschluß die Gesamtspannung erhält, oder daß Resonanzerscheinungen bei einem
Kurz- oder Erdschluß auftreten, andererseits um den Ausgleich von Ladungen der Leitung
infolge des elektrischen Erdfeldes und von Wanderwellen bei schneller Änderung - des
elektrischen Erdfeldes bei Freileitungen zu bewerkstelligen; hierzu erhalten Nebenschlüsse
mit der Wirkung einer Induktivität zweckmäßig gemeinschaftlichen Kraftlinienfluß für
die Symmetriehälften bzw. -phasen mit möglichst geringer Streuung, damit sich ihre Induktivität
für die in der Leitung gleichgerichteten Entladungsströme soweit wie möglich aufhebt. Die Regulier-, Schalt- oder Sicherheitsvorrichtungen
sind in Fig. 2 doppelpolig (S a, Sb) ausgebildet, da dies bekanntlich bei
Mehrfachleitungen für Wechselstrom höherer Spannung notwendig ist; weiter ist es erforderlich,
daß die vielpoligen Unterbrechungen gleichzeitig geschehen. Die Regulier-, Schaltoder
Sicherheitseinrichtungen 5 sind außerdem gemäß der Erfindung so angeordnet, daß sie
den resultierenden Gesamtstrom führen und dieser an den betreffenden Stellen in Phase
mit der Spannung sich befindet oder reguliert wird. An Stelle der Station Z kann auch
ein Verzweigungspunkt einer anderen Leitung oder eines Netzes angenommen werden, in
welchem Falle die Leitung la, lb als Teil einer
Energieübertragung anzusehen ist.
In Fig. 3 ist eine Energieübertragung entsprechend den Prinzipien nach Fig. 1 und 2
dargestellt, bei welcher am Anfang und Ende der Leitung la, lb Schutzvorrichtungen angebracht
sind, einerseits gegen das Eindringen von Einschaltwellen und höheren Harmonischen
der fortzuleitenden Periodenzahl in die Leitung zwecks Verhütung von Überspannungen infolge
von Reflexions- oder Resonanzerscheinungen, andererseits zur Abflachung der Stirn von
Wanderwellen atmosphärischer Elektrizität in Freileitungen und zu deren Fernhaltung von
Maschinen und Apparaten. Die bei der Station Z dargestellte derartige Schutzvorrichtung
besteht aus unterteilten Drosselspulen L1, L2,
ίο L3. . ., zu denen Nebenschlüsse K1, K2, K3.. .
mit der Wirkung einer Kapazität und mit Dämpfungswiderständen W1, w2, w3... parallel
geschaltet sind. Die auf diese Weise gebildeten einzelnen Stromverzweigungen bilden
bei verschiedener Abstimmung auf die höheren Harmonischen der zu übertragenden Periodenzahl
für diese Harmonischen und für die in Frage kommenden Wanderwellen hohe Widerstände
gegenüber den einfachen Drosselspulen, während sie für die zu übertragende Periodenzahl
verhältnismäßig kleine induktive Widerstände darstellen. Um ihre Wirkung namentlich
in bezug auf die Wanderwellen und Einschaltwellen noch zu erhöhen, sind die Neben-Schlüsse
Kn und N1 vorgesehen, durch welche
gleichzeitig die wattlose Stromkomponente der Leitung bzw. ihrer Verlängerung durch die
abgestuften Drosselspulen kompensiert wird. Die Schutzvorrichtung bei der Station V ist
als sogenannte künstliche Keilleitung ausgebildet, bei welcher das Verhältnis der Induktivität
U1 ... zu der Kapazität K\. . . allmählich
zu- oder abnimmt und zweckmäßig wesentlich kleiner zu wählen ist (größere Kapazität
bei gleicher Induktivität) als dasjenige der Leitung. Mittels der Nebenschlüsse K'„
und Ln sollen auch hier die wattlosen Stromkomponenten
der Verbrauchsapparate bzw. der ihnen vorgeschalteten künstlichen Leiterelemente
der zweckmäßig als Keilleitung ausgebildeten Schutzvorrichtung kompensiert und die Schutzwirkung gegen Überspannungen der
genannten verschiedenen Arten erhöht werden. Es mag noch hinzugefügt werden, daß die
in der Zeichnung dargestellten Einzelheiten an sich bekannt sind; die Erfindung beruht
lediglich in der besonderen Schaltung und Bemessung dieser Einzelheiten.
Durch die Beseitigung der verschiedenen Ursachen der Überspannungen gemäß der
Erfindung ist es möglich, die Isolation der ganzen Anlage, sowohl der Maschinen und
Apparate wie auch der Leitungen, wesentlich schwächer als bisher zu halten, da sie lediglich
mit Rücksicht auf die durch die Betriebsspannung gegebene Spannungsverteilung bemessen
zu werden braucht. Hierdurch ist besonders bei Hochspannungskraftübertragungen ein bedeutender Fortschritt erzielt, da
die Kosten für die Isolierung der Anlage wesentlich vermindert sind, was besonders für
die Verwendung von Kabeln von großer Bedeutung ist.
Die angegebene Schaltweise und Anordnung von Stromkreisen zur Verminderung von
schädlichen Überspannungen kann nicht nur bei Einfach- oder Doppelleitungen, sondern
auch bei beliebigen Mehrfachleitungen und mehrphasigen Wechselströmen angewandt werden.
Claims (1)
- Patent-Anspruch:Schaltweise für zeitlich veränderliche elektrische Ströme zwecks Verminderung oder Verhütung von Überspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromkreise durch Hinzufügung von Nebenschlüssen mit der Wirkung von Induktanzen oder Kapazitäten in einzelne hintereinander, parallel oder nach beiden Schaltungsarten liegende, nach dem Prinzip der Stromresonanz möglichst vollkommen abgestimmte Schwingungskreise mit praktisch quasistationärer Stromverteilung zerlegt sind und die Schalt- oder Regelungsvorrichtungen den resultierenden Strom einzelner, mehrerer oder sämtlicher Schwingungskreise bei jeder Belastung erst bei möglichst gleicher Phase mit der Spannung beeinflussen.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE262320C true DE262320C (de) |
Family
ID=519788
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020103443A1 (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-01 | Roy Chad J. | Automated inhalation toxicology exposure system |
-
0
- DE DENDAT262320D patent/DE262320C/de active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020103443A1 (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-01 | Roy Chad J. | Automated inhalation toxicology exposure system |
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