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Schaltanordnung zur Lieferung, Regelung oder Überwachung des Heizstromes
in einem nach Patent 610419 geheizten Hochspannungskabel Zusatz zum Patent 610419
Die Erfindung bezieht sich auf Hochspannungskabel mit ausgeglichener Erwärmung,
die durch einen Heizstrom auf nahezu gleichmäßiger Temperatur gehalten werden. Von
den bisher zu diesem Zweck vorgeschlagenen, mit dem Kabel verbundenen Geräten ist
zum mindesten ein Teil unmittelbar reit dem hochspannungsführenden Leiter des Kabels
leitend verbunden, wodurch eine isolierte Aufstellung der Geräte und die Anwendung
besonderer Vorsichtsmaßregeln erforderlich ist.
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Die nachstehend beschriebenen Schaltungen gestatten, die zur zusätzlichen
Heizung -und Temperaturüberwachung dienenden Geräte ä@uf Erdpotential zu bringen.
Dies wird dadurch ermöglicht, daß diese Apparate nicht an der Hochspannungsseite
der Sekundärwicklung des Betriebstransformators, sondern auf. der Nullpunktseite
angeschlossen sind, die normalerweise keine Spannung gegen Erde führt. Diese Schaltung
bedingt zwar, da@ß der Heizstrom den Transformator durchfließt, doch ist es andererseits
oft erwünscht, auch den Transformator auf gleichmäßiger Temperatur zu halten, zumal
es im Wesen der Erfindung liegt, daß eine Überlastung nicht auftreten. kann, da
die Wärmewirkung des Heizstromes niemals die des höchstzulässigen Betriebsstro@m@es
überschreitet. Ferner gestattet die Schaltung die einfache und gefahrlose Bedienung
der Geräte und eine leichtere Ausführung der Isolierung.
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Die-Wirkungsweise sei an einigen Ausführungsformen erläutert.
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Gemäß der Erfindung ist es grundsätzlich möglich, die Nullpunkte der
Sekundärwicklung des den Betriebsstrom., liefernden und der Pririiärwicklung des
den. Betriebsstrom aufnehmenden Transformators unter Zwischenschaltung einer geeigneten
Heizstromquelle mit Hilfe einer besonderen, in den Zeichnungen nicht dargestellten
Leitung zu verbinden. In vielen Fällen können zu dieser Verbindung bereits vorhandene
Aushilfsadern oder, wenn ein zweites Kabel mit je einem eigenen Transformator am
Anfang und Ende vorhanden ist, dieses Kabel samt seinen Transformatoren
verwendet
werden. Diese Schaltung .gibt eine vorzügliche Heizung der Kabel, kann aber unter
Umständen durch die
| vom Heizstrom hervorgerufene zusätzlich( |
| gnetisierung des Eisens unerwünschte |
| wellen. hervorrufen. |
| Nach der in Abb. i schematisch wie- |
gegebenen Schaltung sind diese Nebenerscheinungendadurch ausgeschaltet, daß sich
die magnetischen Wirkungen der Heizströme auf den Eisenkern des Transformators gegenseitig
aufheben.
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In Abb. i bedeutet U V W die drei Phasen einer Drehstromanlage.
Jeder der Leiter 8; 8', 8" ist in ran sich bekannter Weise in zwei gegeneinander
isolierte Teilleiter aufgeteilt, die an einem Ende unmittelbar zu einer Schleife
verbunden sind. Dort ist ein Transformator mit den Wicklungen 9, 9', g" angeschlossen.
Sein hochspannungsseitiger Sternpunkt kann in üblicher Weise, gegebenenfalls über
Erdschlußstromlöschspulen oder Widerstände, geerdet sein. In der Zeichnung ist das
nicht dargestellt.
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Am anderen Ende sind die Teilleiter einer jeden Phase ,an die zugehörigen
Doppelwicklungen 7, 7' und 7" ;eines Transformators angeschlossen. 6, 6' und 6"
sind dessen Niederspannungswicklungen. 18 ist die Stromquelle oder der Verbraucher.
Die Wicklung 7 einer jeden Phase ist in. mindestens zwei gegeneinander isolierte
Wicklungen aufgeteilt, die möglichst genau gleiche @elektrische Eigenschaften haben
sollen. Das kann z. B. dadurch erreicht werden, daß bei der Herstellung der Wicklungen
zwei gleichsinnig gewickelte parallele oder zwei verdrillte Drähte auf den Spulenkörper
auflaufen. Grundsätzlich ist auch die Verwendung von zwei Transformatoren mit hinreichend
gleichen Eigens,cliaften möglich. Insbesondere können auf diese Weise auch die in
Abb.4 dargestellten isolierten Drähte 38, 39 'und 4o, die zur Überwachung
der Temperatur dienen, bis zu den an Erdpotential liegenden überwachungsgeräten
geführt werden, ohne daß das magnetische Feld des Transformators einen. störenden
Einfloß auf die Maßschleife ausübt. Die Isolierung der Teilwicklungen gegeneinander
mu ,ß hierbei nur dem Spannungsabfall der in den Leiterschlaufen 8, 8' und 8" fließenden
Heizströme widerstehen. Diese Spannung ist gegenüber der Betriebsspannung aber stets
klein, so daß die Isolierung keine Schwierigkeiten bereitet.
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Die dem Nullpunkt zugewendeten Enden der Wicklungen 7, 7' und 7" sind
bei Verwendung nur eines Gerätes i o gemäß Abb. i gruppenweise parallel geschaltet
und über die gegebenenfalls auch mit geteilter Wicklung ausgeführte Erdschlußlöschspule
i g an die Klemmen i i und 12 des Gerätes i o so angeschlossen, daß für den Heizstrom
drei parallel geschaltete Schleifen 8; 8' und 8" entstehen. In dem Gerät i o besteht
zwischen den Klemmen i i, 12 und 13 in jedem Fall eine leitende Verbindung.
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Dient das Gerät io zur Heizung, so müssen diese Verbindungen ebenso
wie die TeilwIclC-lvn;gen 7, 7' und 7" folgender Bedingung genügen: Die Widerstände
der beiden Zweige i i; 13 und 12, 13 müssen im gleichen Verhältnis
zueinander stehen wie die Widerstände der angeschlossenen Teilleiter. Dann herrscht
in der Spannungsverteilung völlige Gleichheit: Das Magnetfeld in den Schenkeln der
Transformatoren wird nämlich die beiden parallel geschalteten gleichen. Kreise einer
jeden Phase gleich induzieren., und die natürliche Stromverteilung .auf die: beiden
Teilletter wird so erfolgen, daß gleichmäßige Stromdichte herrscht. Das ist der
normale Betriebsfall bei voller Belastung der Kabel; er gibt die geringste Leitererwärmung.
13 ist dann Gleichheitspunkt der Spannung (hier Sternpunkt) und kann gegebenenfalls
unmittelbar an Erde gelegt weiden. An Steile der Erds.chlußstromlöschspule ig kann.
auch ein Erdungswiderst:and gewählt werden.
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Der im Kabel fließende Betriebsstrom kann dadurch gemessen werden;
daß die beiden Teilleiter ran -einen mit zwei Erregerwicklungen gleicher Windungszahl
versehenen Stromwandler angeschlossen werden. In der an das Amperemeter angeschlossenen
Sekundärwicklung ist dann der Strom stets dem vom Kabel übertragenen Betriebsstrom
proportional. Der Heizstrom in der Leiterschleife hat auf das Amperemeter keine
Einwirkung, da die beiden Erregerwicklungen auf die Sekundärwicklung gleich stark,
aber in, entgegengesetztem Sinn induzierend wirken. Bei bekanntem Betriebsstrom
kann nun der.erforderliche Heizstrom eingestellt werden.
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Dient das Gerät i o zur Heizung, so ruß es zur Lieferung eines entsprechenden
Gleich-oder Weichselstromes geeignet sein.. Zu bemessen ist es- für die bei niedrigster
Belastung aufzubringende zusätzliche Heizleistung: Wird. Gleichstrom gewählt, so
kann. mit Vorteil eIne kollektorlose Gleichstrommaschine gewählt werden, da deren
Schleifringe durch die insbesondere bei Erd- und Kurzschlüssen auftretenden höhen
Stromstärken. weniger gefährdet werden als ein Kollektor. Eine besonders vorteilhafte
Anordnung ergibt sich, wenn die Wicklung dieser Maschine symmetrisch ausgeführt
wird, so da:ß sich die magnetisüe; senden Wirkungen des Betriebsstromes in den Kreisaal.
i i, 13 und 12, 13 auf die Eisenteile der Maschine gegenseitig aufheben.
Die Veränderlichkeit der zusätzlichen He' :zwixkung
ist daain durch
die Veränderlichkeit der Gleichstromspannung gegeben.
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Wird zur Heizung Wechselstrom gewählt,, so ist das Gerät io der in
Abb. 2 dargestellte Transformator. 1i, 12 ist die-in der elektrischen Mitte 13 angezapfte
Sekandäxwicklung. Die elektrische Mitte der Transformatorenwicklung ist jener Punkt,
der sie im Verhältnis der Widerstände der Teilleiter teilt. Dann kann der Betriebsstrom
in der mit einer regelbaren Spannung gespeisten Primärwicklung 14 keine Spannung
induzieren, während die Wicklung 14 in den aus den Teilleitern gebildeten Schleifen
einen willkürlich einstellbaren Heizstrom hervorruft.
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Grundsätzlich ist es möglich, jede der doppelten Phasenwicklungen
7, 7' und 7" mit je einem Heizapparat i o, i o' und i o" zu versehen und die Spa;nnungsgleichheitspunkte
13, 13' und I Y' dieser Geräte zu :einem gemein.-samen Nullpunkt zusammenzuschließen;
dadurch wird der Vorteil erreicht, daß die Heizung einer jeden einzelnen Phase für
sich reguliert werden kann. In diesem Fall ist diie Anwendung kollektorloser Gleichstrommaschinein
besonders vorteilhaft.
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In der eben beschriebenen Schaltung können die drei Heizgeräte wegfallen,
wenn gemäß Abb.3 jede der am Kabel liegenden Doppelwicklungen 7, 7' und 7" an dem
dem Nullpunkt zugewendeten Ende mit an sich bekannten Stufenschaltern versehen wird,
deren Wanderkontakte 15 und 16 zum gemeinsamen Nullpunkt
13 führen. Stehen die beiden Kontakte 15 und 16 auf gleichen
Anz.apfungen, so herrscht völlige Gleichheit und somit gleichmäßige Stromdichte
in den. Teilleitern des Kabels. Stehen sie auf verschiedenen Kontaktstufen, so wird
in der einen Leiterhälfte eine größere Spannung erzeugt als in der anderen, so daß
in der aus den Teilleiteim gebildeten Schleife ein Strom fließen wird. An sich ist
nur ein Stufenkontakt an einer Wicklungshälfte nötig. -Durch Wahl von je einem Wanderkontakt
an jeder Teilwicklung wird aber ein weiterer Vorteil erreicht; Kontakt 15 kann.
z. B. .so eingestellt werden, daß am Ende des Kabels die verlangte Spannung herrscht,
und Kontakt 16 .so, daß in der Leiterschleife ein. Heizstrom von ;ausreichender
Stärke fließt.
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Handelt es sich nicht um Drehstrom, sondern um Evnphasenwechselstrom,
so sind nur zwei Phasen, z. B. U -und V, vorhanden.
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Soll mit der geschilderten Anordnung die Temperatur der Leiter überwacht
werden., so ist jede Phase des Transformators mit je einer für eine der Meßleitungen
38, 39, 40 (Abb. 4) bestimmten weiteren, .den Wicklungen 7, 7', 7" entsprechenden
Wicklung auszuführen. An diese sind'hochspannungsseitig die Hilfsleiter 38, 39,
4o, nullpunktseitig aber die Pole einer für die Temperaturmessung mit eingelegten
Hilfsleitern bekanntgewordenen und an Stelle des Gerätes i o zu setzenden. Meßbrücke
oder Meßschaltung anzuschließen.