DE619518C - Einrichtung zur Ermittlung des Kompensationsgrades von Hochspannungsanlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 10. OKTOBER 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE

Zusatz zum Patent 615

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. März 1929 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 12. Januar 1929.

Das Hauptpatent 615688 betrifft eine Einrichtung, mit welcher der Erdschhißkompensationszustand eines mit Löscheinrichtungen versehenen Netzes angezeigt wird.

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Lösung einer erweiterten Aufgabe, nämlich mit der Anzeige des Kompensationszustandes von aus Doppelleitungen aufgebauten Hochspannungsnetzen, bei welchen die beiden .Zweige der Doppelleitungen im ganzen Netz oder in einem Teil betriebsmäßig elektrisch nicht verbunden sind. Häufig wird in einem solchen Netz die Aufgabe gestellt, daß einerseits bei Erdschlüssen in dem einen oder anderen der beiden Teilnetze der Erdschlußstrom auf ein möglichst geringes Maß herabgedrückt werden soll und daß anderseits, wenn in einem der beiden Teilnetze ein Erdschluß auftritt, im anderen Teilnetz keine unzulässige Nullpunktspannung durch kapazitive Einwirkung influenziert werden soll. Diesem Zweck dienen bekannte Einrichtungen, welche als Verallgemeinerung der ebenfalls bekannten Erdschlußspule aufgefaßt werden können.

Das Prinzip einer solchen Einrichtung geht aus Abb. ι hervor, in welcher C die Teilkapazität des einen, C" die Teilkapazität des anderen Teilnetzes gegen Erde und C die gegenseitige Kapazität der beiden Teilnetze bedeutet. D' und D" sind zwei Erdschluß- 3" spulen, welche bei richtiger Abstimmung auf die zugehörigen Kapazitäten C und C" die Erdschlußströme bei Erdschluß in jedem der beiden Teilnetze im wesentlichen zum Verschwinden bringen. Die Drossel D, welche auf die Kapazität C abgestimmt ist, dient der gegenseitigen Entkopplung der beiden Systeme oder, wie man sich auch ausdrücken kann, der Querkompensation, so daß beim Auftreten eines Erdschlusses in einem der beiden Teilnetze die im anderen Teilnetz infhienzierte Nullpunktspannung auf einen Kleinstwert herabgedrückt wird. Es ist eine ganze Anzahl weiterer S chaltungsVarianten bekanntgeworden, die unter Verwendung von Drosseln oder Transformatoren oder beiden die Aufgabe der Erdschlußkompensation beider Netze und Querkompensation lösen. Es genügt jedoch, die Erfindung zunächst in ihrer Anwendung auf die Schaltung nach Abb. ι zu beschreiben und dann die erforderlichen Abänderungen anzugeben, wenn an Stelle dieser Schaltung eine andere äquivalente tritt.

Zum Verständnis der Erfindung ist außer dem Prinzipschema der Abb. 1 auch noch die

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Hans Piloty in Berlin-Wilmersdorf.

Kenntnis der wirklichen Schaltung des Netzes erforderlich. Ein Beispiel für eine solche Schaltung ist in"Abb. 2 dargestellt. Im Zuge einer aus den Abschnitten L₁, L₂, L₃ bestehenden Doppelleitung liegen eine Reihe von Stationen, von welchen zwei, nämlich die Stationen St₁ und St₂, dargestellt sind. Die schematische Darstellung ist einpolig, und die Buchstaben L₁ und L₁" kennzeichnen die beiden Zweige des Abschnittes L₁ der Doppelleitung. Entsprechendes gilt von den anderen Abschnitten. Jede Station besitzt Doppelsammelschienen, z. B. die Station .SY₁ die Sammelschienen S₁ und S₁"; in dem dargestellten Betriebsfall arbeiten die beiden Systeme unabhängig voneinander. Demgemäß ist an jede der beiden Sammelschienen in jeder der Stationen auch ein besonderer Transformator angeschlossen, beispielsweise in der Station V^i₁ die Transformatoren T₁ und T₁". Die Nullpunkte der Hochspannungswicklung dieser beiden Transformatoren sind durch eine· Drosselschaltung· gemäß Abb. 1-miteinander und mit Erde verbunden, diejenigen "25 der Transformatoren der Station St₁ beispielsweise durch die Drosseln D₁, D₁ und D₁". Die Drosseln sind üblicherweise regelbar, z. B. durch Wicklungsanzapfungen. Die kleinen Rechtecke im Schaltungsschema der Abb. 2 bedeuten Schalter, deren Stellung für den Betriebszustand der Leitungsabschnitte und Spulen maßgebend ist. Selbstverständlich können auch mehr Schalter vorhanden sein. Es sind jedoch nur die unumgänglich erforderlichen gezeichnet, um die Darstellung zu vereinfachen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, welche den den Schalterstellungen und Spulenanzapfungen entsprechenden Kompensationsz-ustand des Netzes anzeigt. Für die Beurteilung des Kompensationszustandes ist aber jetzt im Gegensatz zum Hauptpatent die Angabe eines einzigen Instrumentes nicht ausreichend. Es ist vielmehr erforderlich, den Kompensationszustand eines jeden der drei aus je einem Kondensator und einer parallel geschalteten Drosselspule gebildeten Teilkreise der Abb. 1 getrennt anzuzeigen. Demgemäß wird erfindungsgemäß die Einrichtung nach-dem Hauptpatent verdoppelt und durch eine besondere Einrichtung' zur Ermittlung des Querkompensationsgrades ergänzt.

Ein Ausführungsbeispiel, welches dem Schältschema der Abb. 2 entspricht, zeigt Abb. 3. Der oberste Teil der Abb. 3 zeigt ein aus Hilfsschienen gebildetes Blindschema, dessen - Verbindungen ■ dem Hochspannungsschaltbild entsprechen. Beiden Zweigen der Doppelleitungen sind je zwei Schienensätze zugeordnet, deren einzelne Teile den gleichbenannten in Abb. 2 entsprechen. So bedeutet beispielsweise L₁ in Abb. 3 diejenige Schiene, welche den Leitungsabschnitt L₁ in Abb. 2, S₂" denjenigen Schienensatz, welcher der Sammelschiene S₂" in Abb. 2 entspricht. Beide Hälften der Doppelleitung sind also durch einen Doppelschienensatz in Blindschema dargestellt. Die Kontakte k in Abb. 3 entsprechen den gleichgelegenen, durch kleine Rechtecke dargestellten Starkstromschaltern in Abb. 2. Das Schienensystem kann von einer Hilfsstromquelle aus unter Spannung gesetzt werden, und zwar erfolgt die Stromzuführung an denjenigen Abschnitten, welche den Sammelschienen einer solchen Station entsprechen, in welcher sich Kompensationsspulen befinden. Diese Stromzuführung kann durch einen Umschalter oder auch, wie in Abb. 3 der Einfachheit halber angenommen, 'durch einen Stecker s erfolgen, welcher in Buchsen der Stationsschienen eingesteckt werden kann. Wird der Stecker beispielsweise in die Buchse der Station 1 gesteckt (Schienend/ und .SV"), so werden den Meßinstrumenten die zugehörigen Größen (Leitwerte von Kapazität und Induktanz jeder der beiden Hälften gegen Erde, gegenseitige Kapazität und Induktanz) derjenigen Leitungsabschnitte zugeführt, welche mit den Sammelschienen der ausgewählten Station in Verbindung stehen. Die Verbindung erfolgt durch Vermittlung der Kontakte k, deren Stellung der Stellung der Starkstromschalter entspricht und welche entweder von Hand richtig eingestellt oder durch eine Fernsteuereinrichtung zwangsläufig gesteuert werden.

Die kapazitiven Widerstände der drei maßgebenden Teilkapazitäten (entsprechend Abb. 1) eines jeden Leitungsabschnittes sowie die Reaktanzen der drei Teilstufen eines jeden Kompensationsspulensatzes werden durch die entsprechend bezeichneten Gleichstromwiderstände der Abb. 3 abgebildet. Letztere sind regelbar entsprechend den betriebsmäßig veränderbaren - Anzapfungen der durch sie dargestellten Spulen. Ihr Widerstandswert wird entweder von Hand oder durch Fernsteuerung oder durch Fernmessung dem jeweilig eingestellten Reaktanzwert der wirklichen Spulen angepaßt. Die drei Instrumente T₁, J₂ no und J₁₂ geben den Kompensationszustand der drei Teilkreise wieder. Jedes der drei Instrumente ist als Differentialamperemeter ausgeführt. Die Messungen des Erdschlußkompensationsgrades jedes der beiden Systerne für sich erfolgt in der aus dem Hauptpatent bekannten Weise. Der linken Wicklung eines jeden der beiden Instrumente J₁ und Z₂ wird ein Strom zugeführt, welcher der Summe der Leitwerte sämtlicher Widerstände C bzw. C" proportional ist. Diese Summe ist ihrerseits proportional dem Erd-

schlußstrom desjenigen Netzteiles des einen oder anderen Zweiges der Doppelleitungen, welcher mit den Sammelschienen der ausgewählten Station in Verbindung steht. Der rechten Wicklung dieser beiden Instrumente wird in umgekehrter Richtung ein Strom zugeführt, welcher der Summe der Leitwerte der Widerstände D' bzw. D" proportional ist, die ihrerseits allen mit den ausgewählten Sammelschienen in Verbindung stehenden Erdschlußspulen entsprechen. Jedes der beiden Instrumente zeigt demnach die Differenz des Erdschlußstromes und Kompensationsstromes einer der beiden Doppelleitungshälften an.

Neu ist die Einrichtung zur Messung des Querkompensationsgrades. Sie ist sinngemäß in der gleichen Weise ausgebildet, nur muß hier dem Umstand Rechnung getragen werden, daß sowohl die gegenseitige Kapazität

ao eines bestimmten Leitungsabschnittes als auch der Leitwert der Querkompensationsspule einer bestimmten Station nur dann für den Kompensationszustand der ausgewählten Station von Einfluß sind, wenn sowohl der eine als auch der andere Leitungszweig des Abschnittes bzw. sowohl die eine als auch die andere Sammelschiene der Station mit den Sammelschienen· der ausgewählten Stationen paarweise in Verbindung stehen. Diese Aufgäbe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abbil dungs widerstände für 'die gegenseitigen Kapazitäten bzw. Induktanzen zweipolig unter Vermittlung des Blindschemas mit dem übrigen Teil des Stromkreises in Verbindung stehen im Gegensatz zu den der Erdschlußkompensationsmessung dienenden Widerständen, welche mit der Stromquelle bzw. dem betreffenden Meßinstrument einpolig fest verbunden sind. Beispielsweise sind in der Schaltung der Abb. 3 die Abbildungswiderstände C₁, C₂ für die gegenseitigen Teilkapazitäten der einzelnen Leitungsabschnitte einerseits über die oberste dem System 1 zugehörige Schiene des Blind-Schemas (Steckkontakt α) mit dem positiven Pol der Stromquelle, auf der andern Seite über die unterste dem System 2 zugehörige Schiene (Kontakt d) und die linke Wicklung des zugehörigen Instrumentes mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden. Die Abbildungswiderstände D₁, D₂ für die gegenseitigen Induktanzen stehen analog auf der einen Seite über die zweite dem System 1 zugehörige Schiene (Kontakt b) und die rechte Wicklung¹ des. Instrumentes J₁₂ mit dem negativen Pol der Stromquelle auf der anderen Seite über die dritte dem System 2 gehörige Schiene (Kontakt c) mit dem positiven Pol der Stromquelle in Verbindung.

Nicht immer erfolgt die Querkompensation nach dem in Abb. 1 dargestellten Prinzip.

Eine andere häufig angewendete Anordnung wird beispielsweise durch Abb. 4 veranschaulicht. Sie unterscheidet sich von der in Abb. ι dargestellten dadurch, daß das aus den Drosselspülen D, D', D" gebildete Dreieck durch den äquivalenten Stern D_a, D_b, D_c ersetzt ist. In diesem Falle ist die in Abb. 3 dargestellte Schaltung nicht ohne weiteres anwendbar, da für den Kompensationsgrad jeder der drei Kapazitäten C, C" und C nicht nur eine, sondern alle drei Drosselspulen von Einfluß sind. Um auch hier das gewünschte Ergebnis, nämlich die Anzeige des Kompensationsgrades der drei Kapazitäten, zu erhalten, wird nach der Erfindung ohne Rücksicht auf die wirkliche Schaltung der Kompensationszustand der äquivalenten Kreise nach Abb. ι genau so angezeigt, als ob nicht die wirkliche Schaltung, sondern die Schaltung der Abb. 1 vorhanden wäre. Wie dies im einzelnen geschehen kann, sei an Hand der Abb. S bis 7 erläutert.

Sind' die Drosselspulen z. B. nach Abb. 4 geschaltet und ihre Reaktanzen wieder durch Ersatzwiderstände abgebildet, so besteht die Aufgabe darin, für jeden Spulensatz drei Ströme zu bilden, welche den Leitwerten der äquivalenten Dreieckschaltung proportional sind. Abb. 5 a zeigt die in Stern geschalteten drei Widerstände a, b, c, die den Reaktanzen der drei Drosselspulen D_a, D_b und D_c der Abb. 4 entsprechen, während in Abb. 5 b die aus den drei Widerständen x, y, ζ bestehende äquivalente Dreieckschaltung dargestellt ist. Der Widerstand χ der Dreieckschaltung läßt sich aus den Widerständen der Sternschaltung gemäß den Beziehungen

x=b-\-c-{

a.

berechnen. Legt man andererseits zwischen die Punkte α und b der Sternschaltung eine Spannung U_x, wie in Abb. 5a gezeichnet, und schließt die äußeren Klemmender Widerstände α und c über ein Amperemeter kurz, so besteht zwischen der angelegten Spannung U_x und dem das Instrument durchfließenden Strom J_x die Beziehung

Vergleicht man aber die beiden Gleichungen, so sieht man ohne weiteres, daß bei gegebener Spannung U_x der Strom J_x dem Leitwert des Widerstandes χ proportional ist. Dasselbe Ergebnis erhält man, wie sich leicht zeigen läßt, wenn man Spannungs- und Stromanschluß vertauscht, also die Spannung zwischen die Klemmen α und c, das Amperemeter zwischen die Klemmen α und b legt. Ströme, welche den Leitwerten der Widerstände y

und z der Dreieckschaltungen entsprechen, erhält man durch cyclische Vertauschung der Anschlüsse.

Wendet man die gefundene Regel auf den Fall der- Kompensationsmessung an, so erhält man eine Schaltung, welche im Prinzip durch Abb. 6 dargestellt ist. -Diese Schaltung enthält Abbil'dungswiderstände für die Drosseln D_a, Dt, D₀ der Abb. 4, und zwar je zwei Abbildungswiderstände für jede der Drosseln sowie die drei Instrumente J₁, J₂ und ■ J₁₂, welche auch in der Schaltung der Abb. 3: vorkamen. Die Speisung der linken Spulen dieser Differentialamperemeter erfolgt in genau derselben Weise wie in Abb. 3, diejenige der rechten Spulen jedoch in der gezeichneten Art, welche eben den Regeln der Abb. 5 a und 5 b entspricht. In dieser einfachen Darstellung ist noch keine Rücksicht auf die Auswahl derjenigen von mehreren parallel geschalteten Spulensätzen genommen, welche mit der ausgewählten Station, deren Kompensationszustand gemessen werden soll, in Verbindung stehen.

Die auch dieser Forderung Genüge leistende, der Schaltung gemäß Abb. 3 entsprechende Schaltung ist in Abb. 7 dargestellt. Sie enthält weiter nichts als die sinngemäße Anwendung der Umrechnungsschaltung nach Abb. 6 für die Sternidreieckumwandlung auf die Schaltung der Abb. 3. Die Bezeichnungen sind dieselben mit Ausnahme der Abbildungswiderstände für die Drosseln, welche nunmehr Abb. 4 entsprechen. Der Stromlauf für die Abbildungswiderstände der Teilkapazitäten ist derselbe geblieben. Nur der Stromlauf für die Abbildungswiderstände der Drosseln hat sich entsprechend Abb. 6 verändert. Mit Hilfe dieser Einrichtung kann der mit der Überwachung des Kompensationszustandes beauftragte Beamte erkennen, ob die Anzapfungen der Drosselspulen für den jeweils vorhandenen Netzzustand richtig eingestellt sind oder nicht. Er kann aber für den Fall, daß der gewünschte Kompensationsgrad nicht vorhanden ist, nicht ohne weiteres feststellen, welche Umschaltung«! vorzunehmen sind·, um den gewünschten Zustand zu erreichen, da sich bei der Umschaltung einer Drossel die Abstimmung aller drei Resonanzkreise ändert. Der Beamte wäre also darauf angewiesen, durch probeweise Umschaltung der Drosselspulen im Netz zu ermitteln, wie sich der Kompensationszustand verbessern, läßt. Dieses Verfahren ist insbesondere dann umständlich, wenn die einzelnen Drosselsätze in verschiedenen von der Kommandostelle entfernten Stationen aufgestellt sind.

Um die Gewinnung von Anhaltspunkten für 'die erforderliche Veränderung der Spulenanzapfung zu erleichtern, kann -man ein sogenanntes Probierschaltbild vorsehen, d. h. eine .Einrichtung, welche der in Abb. 4 bzw. Abb. 7 dargestellten entspricht, in der aber die Schalter Stellungen und Spulenanzapfungen nicht dem tatsächlich vorhandenen Schaltzustand des Netzes entsprechen, sondern von Hand, z. B. mit Hilfe von Schaltstöpseln, willkürlich eingestellt werden können. Mittels einer derartigen Einrichtung kann der betreffende Beamte, ohne irgendeine Umschaltung im Netz vorzunehmen, alle beliebigen Schaltzustände nachbilden und auf diese Weise ermitteln, wie die Kompensationsspulen umzuschalten sind, damit der gewünschte Zustand eintritt. Die Probiereinrichtung kann unter Umständen teilweise mit der Meßeinrichtung nach Abb. 4 bzw. Abb. 7 vereinigt werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Ermittlung des Kompensationsgrades von Hochspannungsanlagen nach Patent 615 688, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihrer Anwendung für solche Netze, die betriebsmäßig in zwei oder mehr miteinander nicht leitend verbundene, einander kapazitiv beeinflussende Teilnetze zerfallen können und' in welchen in bekannter Weise mittels Drosselspulen oder Transformatoren oder deren Kombination der Erdschlußstrom beider Teilnetze kompen- . siert ist (Erdschlußkompensation) sowie die kapazitive Einwirkung des einen Teilnetzes auf das, andere im Erdschlußfalle aufgehoben ist (Querkompensation), für jedes Teilnetz eine besondere Meßeinrichtung für den Erdschlußkompensationsgrad und außerdem eine Meßeinrichtung für den Querkompensationsgrad vorgesehen ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Paare von durch ein Blindschaltbild gesteuerten Meßkreisen vorhanden sind, von denen das erste die Differenz der Leitwerte der Kapazität gegen Erde einerseits, der Induktanz gegen Erde andererseits des ersten Teilnetzes, das zweite die entsprechende Differenz des zweiten Teilnetzes, das dritte die Differenz der Leitwerte der gegenseitigen Kapazität einerseits und der gegenseitigen Induktanz andererseits in je einem Meßinstrument zur Anzeige bringt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den gegenseitigen Teilkapazitäten bzw. Induktanzen entsprechenden Abbildungswiderstände doppelpolig unter Vermitt-

   lung des Blindschaltbildes mit den übrigen Teilen des Meßkreises in Verbindung stehen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihrer Anwendung für solche Netze, in welchen die Erdschlußkompensation beider Teilnetze sowie die Querkompensation durch einen oder mehrere Sätze in Stern geschalteter Drosselspulen erfolgt, deren drei Anschlußpunkte bzw. mit einem Nullpunkt des einen Teilnetzes, einem Nullpunkt des anderen Teilnetzes und Erde in Verbindung stehen, die den Drosselspulen entsprechenden Meßkreise so geschaltet sind, daß den Anzeigeinstrumenten Meßgrößen zugeführt werden, welche den Leitwerten der Induktanz gegen Erde des einen Teilnetzes, der Induktanz gegen Erde des anderen Teilnetzes sowie der gegenseitigen Induktanz proportional sind.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Drosselsatz ein oder mehrere Sätze aus drei sterngeschalteten, den Reaktanzen der Drosselspulen proportionalen Abbildungswiderständen entsprechen, die so mit einer Spannungsquelle und mit den! Klemmen der Meßinstrumente in Verbindung stehen, daß in jedem Meßinstrument ein Strom fließt, welcher dem Leitwert einer Seite eines Widerstandsdreiecks entspricht, das dem vorhandenen Widerstandsstern äquivalent ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen