DE971695C - Anordnung zum Anschluss von Kondensatoren an ein Wechselstromnetz - Google Patents

Description

Es wurde eine Anordnung zum Anschluß von Kondensatoren an ein Wechselstromnetz mit Mitteln zur wahlweisen Zu- oder Abschaltung der Kondensatoren vorgeschlagen, bei der zur Erleichterung der Schaltvorgänge verwendete Dämpfungswiderstände derart frequenzabhängig ausgebildet sind, daß ihr Widerstand bei höheren Frequenzen wesentlich höher ist als bei Betriebsfrequenz. Der Dämpfungswiderstand kann dabei

ίο aus einem ohmschen Widerstand bestehen, dem eine Drosselspule oder ein Spannungsresonanzkreis parallel geschaltet ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Dämpfungseinrichtung dadurch verbessert, daß in den Parallel- Stromkreis aus einer Drosselspule mit Parallelwiderstand eine Hilfsspannung eingeschaltet ist, die im normalen Betrieb der Spannung am Parallelwiderstand in annähernd gleicher Größe entgegenwirkt, während beim Schaltvorgang dieses Gleichgewicht der Spannungen nicht vorhanden ist. Die Anordnung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß im normalen Betrieb in dem Parallelwiderstand nur ein kleiner oder gar kein Strom fließt und daß dementsprechend die Dauerbetriebsverluste in dem Parallelwiderstand auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.

Anordnungen nach der Erfindung sind an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.

In Fig. ι ist ein Kondensator 1 über einen Schalter 2 an ein Wechselstromnetz 3 angeschlossen. Als Dämpfungseinrichtung dient eine Drossel-

809 745/38

spule 4 mit Parallelwiderstand 5 zwischen dem Kondensator ι und dem Schalter 2. In dem Parallelstromkreis liegt außer dem Parallelwiderstand 5 die Sekundärwicklung 7 eines Hilfstransformators, dessen Primärwicklung 6 mit der Drosselspule 4 in Reihe geschaltet ist. Der Eisenkern des Hilfstransformators 6-7 ist so bemessen, daß er im Sättigungsgebiet arbeitet, sobald die Spannung an der Primärwicklung 6 ein bestimmtes Maß überschreitet. Das Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Wicklungen 6 und 7 ist so bemessen, daß im Dauerbetrieb die Spannung an der Sekundärwicklung 7 etwa ebenso groß und entgegengesetzt gerichtet ist wie die Spannung an der Drosselspule 4. Dementsprechend fließt im Dauerbetrieb in dem Parallelwiderstand 5 nur ein vernachlässigbar kleiner oder gar kein Strom, und es treten in diesem Widerstand auch keine Verluste auf. Wenn beim Schalten des Kondensators 1, beispielsweise beim Ausschalten, die Spannung an der Drosselspule 4 wesentlich anwächst, so gelangt der Eisenkern des Transformators 6-7 in den Sättigungsbereich seiner Magnetisierungskennlinie. Es ändert sich deshalb das Verhältnis zwischen den Spanüungen an der Sekundärwicklung 7 und an der Primärwicklung 6. Die Spannung an der Sekundärwicklung 7 ist in diesem Betriebszustand wesentlich kleiner als die Spannung, welche an der Drosselspule 4 und dementsprechend an dem Parallelwiderstand 5 liegt. Es kann jetzt durch den Parallelwiderstand 5 ein Strom fließen, so daß dieser Widerstand seine Funktion als Dämpfungswiderstand für den Schaltvorgang ausüben kann. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 liegt die Sekundärwicklung 7 des Hilfstransformators in Reihe mit dem Parallelwiderstand 5 nicht unmittelbar an der Drosselspule 4, sondern an einer Sekundärwicklung 41 dieser Drosselspule. Im übrigen ist auch hier der Transformator 6-7 so ausgelegt, daß bei erhöhter Spannung die Spannung an der Sekundärwicklung 7 der Spannung an der Sekundärwicklung 41 nicht mehr das Gleichgewicht hält und in dem Parallelwiderstand 5 daher ein Strom fließen kann. Der Parallelwiderstand 5 kann in diesem Betriebszustand als Dämpfungswiderstand für die Schaltvorgänge wirken. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß der ohmsche Parallelwiderstand 5 in einem Stromkreis liegt, dessen Spannung von der Spannung des Hauptstromkreises unabhängig gewählt werden kann. Die Drosselspule 4 besitzt zweckmäßig einen Eisenkern mit Luftspalt. Der Eisenkern kann dabei so ausgebildet werden, daß er sich bei Kurzschlüssen im Kondensator 1 sättigt und die an der Primärwicklung der Drosselspule 4 dann auftretende volle Netzspannung nur noch zum Teil auf die Sekundärseite übertragen wird. Die Kurzschlußleistung, für die der Parallelwiderstand 5 auszulegen ist, kann dadurch erheblich herabgesetzt werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 dadurch, daß die Primärwicklung 6 des Hilfstransformators an die Netzspannung angeschlossen ist. Das Übersetzungsverhältnis der beiden Wicklungen 6 und 7 ist so bemessen, daß die Spannung an der Sekundärwicklung 7 im Dauerbetrieb der Spannung an der Drosselspule 4 etwa das Gleichgewicht hält. Sobald beim Schalten des Kondensators 1 und bei den hiermit verbundenen Einschwingvorgängen die Spannung der Drosselspule 4 anwächst, überwiegt diese Spannung die Spannung an der Sekundärwicklung 7, und es fließt in dem Parallelwiderstand 5 ein dämpfend wirkender Strom. Bei der Schaltung nach Fig. 3 ist es nicht erforderlich, daß der Hilfstransformator 6-7 bei den Schaltvorgängen im Sättigungsbereich arbeitet.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform für eine Anordnung nach der Erfindung dargestellt, bei der ähnlich wie bei der Schaltung nach Fig. 3 die Primärwicklung des Hilfstransformators von der Netzspannung gespeist wird. In diesem Fall sind die Primärwicklungen eines in Stern geschalteten Hilfstransformators zu den zu schaltenden Kondensatoren parallel geschaltet.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Schaltung der Fig. 4, bei der ähnlich wie bei der Schaltung nach Fig. 2 die Sekundärwicklungen des Hilfstransformators an Sekundärwicklungen der Dämpfungsdrosselspulen angeschlossen sind.

Wenn die zu schaltenden Kondensatoren über einen Transformator an das speisende Wechselstromnetz angeschlossen sind, kann die Gegenspannung im Parallelstromkreis der Dämpfungsdrosselspule und des Parallelwiderstandes einer Tertiärwicklung dieses Transformators entnommen werden.

In Fig. 6 ist eine solche Schaltung dargestellt. Es ist dabei angenommen, daß die Sekundärwicklungen eines Transformators 8 zwischen dem Wechselstromnetz 3 und den Kondensatoren 1 eine so hohe Streuung besitzen, daß eine besondere Dämpfungsdrosselspule nicht erforderlich ist. Die Parallelwiderstände 5 sind mit Tertiärwicklungen 9 des Transformators 8 in Reihe geschaltet. Es ist dabei dafür zu sorgen, daß beim Transformator 8 die Streuung zwischen Primär- und Tertiärwicklung klein ist gegenüber der Streuung zwischen Primär- und Sekundärwicklung. Dient der Transformator 8 gleichzeitig noch zur Speisung von anderen Verbrauchern, so daß sich die Sekundärspannung des Transformators infolge der verschiedenen Spannungsabfälle verändert, so ist es zweckmäßig, die Spannung der Tertiärwicklungen 9 in die Mitte zwischen die höchste und niedrigste Spannung der Sekundärwicklung des Transformators 8 zu legen.

Eine weitere Ausführungsform für Anordnungen nach der Erfindung besteht darin, daß die Hilfsspannung im Parallelstromkreis der Drosselspule und des Parallelwiderstandes einer Sekundärwicklung der Dämpfungsdrosselspule selbst entnommen wird. Es werden also die Drosselspule 4 und der Hilfstransformator 6-7 in den Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 zu einem gemeinsamen Apparat vereinigt, wie es in der Schaltung der Fig. 7 ange-

geben ist. Die Wicklung der Drosselspule 4 und die Sekundärwicklung 7 des Hilfstransforraators sind auf dem gleichen Eisenkern angeordnet, bzw. die Kerne der beiden Wicklungen sind so ausgebildet, daß sie einen gemeinsamen Magnetpfad bilden. Man kann bei einer dreiphasigen Schaltung entweder drei einphasige Kerne von der Form verwenden, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, oder man kann entsprechend Fig. 9 einen dreiphasigen Kern vorsehen. Der Eisenkern der Wicklungen der Drosselspule 4 erhält dabei einen wesentlich größeren Querschnitt als der Eisenkern der die Gegenspannung erzeugenden Sekundärwicklungen 7. Außerdem liegen zwischen den beiden Kernen Luftspalte. Im Dauerbetrieb ist der Kern der Sekundärwicklungen 7 ungesättigt, und es schließt sich der Fluß der Drosselspulen 4 im wesentlichen über den Kern der Sekundärwicklungen 7. Beim Einschwingvorgang erhöht sich der Fluß ent-

»0 sprechend der steigenden Spannung an der Wicklung der Drosselspule 4. Der Kern der Sekundärwicklungen 7 wird gesättigt, und es schließt sich ein wesentlicher Teil des Flusses der Drosselspulen 4 auf Wegen, die nicht mit den Sekundärwicklungen 7 verkettet sind. Dementsprechend ändert sich das Übersetzungsverhältnis zwischen den Spannungen an der Wicklung der Drosselspule 4 und an der Sekundärwicklung 7, so daß bei höheren Spannungen an der Wicklung der Drosselspule 4 die Spannungen an der Sekundärwicklung 7 wesentlich weniger stark anwachsen und daher den Spannungen an den Wicklungen der Drosselspule 4 nicht mehr das Gleichgewicht halten.

Die beschriebenen Schaltungen können noch durch eine Zusatzeinrichtung ergänzt werden, durch die Schwingungen berücksichtigt werden, welche beim Ausschaltvorgang auftreten können und ein Vielfaches der normalen Eigenschwingungsfrequenz aufweisen. Für solche Schwingungen kann eine mit dem Parallelwiderstand 5 der beschriebenen Schaltungen in Reihe geschaltete Wicklung einen zu hohen induktiven Widerstand aufweisen und dadurch eine Dämpfung unmöglich machen. Es ist daher vorteilhaft, parallel zu diesen Wicklungen, also parallel zu den Sekundärwicklungen 7 der Schaltungen nach den Fig. 1 bis 5 und 7, einen ohmschen Widerstand zu legen, dessen Ohmwert etwa fünf- bis zehnmal so groß ist wie der Scheinwiderstand der Sekundärwicklung 7 bei Normalfrequenz.

Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für Kondensatoren, welche zur Blindleistungslieferung an Wechselstromnetze angeschlossen sind und zur Anpassung an den jeweiligen Blindleistungsbedarf zu- oder abgeschaltet werden. Die Erfindung kann jedoch auch zur Erleichterung der Schaltvorgänge bei anderen Kapazitäten, insbesondere bei Kabelstrecken, dienen, deren Abschaltung bei Leerlauf wegen der verhältnismäßig hohen Kapazität vielfach zu Schwierigkeiten geführt hat. Bei solchen Kabelabzweigungen ist es vorteilhaft, die zur Kurzschlußbegrenzung vorgesehenen Längsdrosselspulen gleichzeitig als Dämpfungsinduktivitäten mitzubenutzen, indem parallel zu ihnen ohmsche Widerstände angeordnet werden.

Untersuchungen haben ergeben, daß eine unzulässige Erhöhung (Aufschaukelung) der Spannung vermieden wird, wenn die Dämpfung, d. h. das Verhältnis zwischen aufeinanderfolgenden Stromoder Spannungsamplituden, kleiner als 0,4 gemacht wird. Bei kleiner Kondensatorleistung und bei Spannungen bis etwa 20 kV kann man auch noch bis zu einer Dämpfung von 0,5 bis 0,6 gehen, ohne Schwierigkeiten befürchten zu müssen. Die Dämpfung kleiner als 0,1 zu machen, hat keinen Wert. Man wird den ohmschen Widerstand parallel zur Dämpfungsdrosselspule auch nicht kleiner machen, als unbedingt notwendig ist, weil sonst der Einschaltstromstoß bei einer Rückzündung unnötig groß würde und der Widerstand im Kurzschlußfall auch einen größeren Strom aushalten müßte, wodurch er teurer wird. Versuche haben gezeigt, daß eine gute Dämpfung erreicht wird, wenn die Dämpfungsdrosselspule mindestens die dreifache, zweckmäßig die vierfache Induktivität wie die vor der Drosselspule liegende Leitung einschließlich der Induktivitäten etwa vorhandener Transformatoren hat. Der ohmsche Widerstand wird zweckmäßig so bemessen, daß sein Widerstandswert im Bereich des 0,5- bis 2fachen, vorwiegend 0,5- bis ifachen Scheinwiderstandes der Dämpfungsdrosselspule bei der Einschwingungsfrequenz liegt.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Anschluß von Kondensatoren an ein Wechselstromnetz mit Mitteln zur wahlweisen Zu- oder Abschaltung der Kondensatoren, bei der zur Erleichterung der Schaltvorgänge verwendete Dämpfungswiderstände derart frequenzabhängig ausgebildet sind, daß ihr Widerstand bei höheren Frequenzen wesentlich höher ist als bei Betriebsfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß in den Parallelstromkreis aus einer Drosselspule mit Parallelwiderstand eine Hilfsspannung eingeschaltet ist, die im normalen Betrieb der Spannung am Parallelwiderstand in annähernd gleicher Größe entgegenwirkt, während beim Schaltvorgang dieses Gleichgewicht der Spannungen nicht vorhanden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfstransformator vorgesehen ist, dessen Sekundärwicklung mit dem Parallelwiderstand in Reihe geschaltet ist (Fig. i).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern des Hilfstransformators so bemessen ist, daß er gesättigt ist, sobald die der Primärwicklung zugeführte Spannung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Hilfstransformators mit der Dämpfungsdrosselspule in Reihe geschaltet ist (Fig. 1).

5· Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung des Hilfstransformators über den Parallelwiderstand an eine Sekundärwicklung der Dämpfungsdrosselspule angeschlossen ist (Fig. 2).

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Hilfstransformators an die Netzspannung angeschlossen ist (Fig. 3).

7. Anordnung nach Anspruch 6 zum Anschluß von Kondensatoren an ein Drehstromnetz, dadurch gekennzeichnet, daß die in Stern geschalteten Primärwicklungen des Hilfstransformators zu den zu schaltenden Kondensatoren parallel geschaltet sind (Fig. 4).

8. Anordnung nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen eines primärseitig zu den zu schaltenden Kondensatoren parallel geschalteten Hilfstransformators in Reihenschaltung mit den Parallel widerständen an Sekundärwicklungen von Dämpfungsdrosselspulen angeschlossen sind (Fig. 5).

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung für den Parallelstromkreis der Dämpfungsdrosselspule und des Parallelwiderstandes in einer Tertiärwicklung eines Transformators erzeugt wird, über den die zu schaltenden Kondensatoren an das Wechselstromnetz angeschlossen sind (Fig. 6).

10. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung von einer Sekundärwicklung der Dämpfungsdrosselspule erzeugt wird (Fig. 7).

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsdrosselspule und die zur Erzeugung der Hilfsspannung dienende Wicklung einen gemeinsamen Magnetpfad besitzen, in den Luftspalte geschaltet sind, und daß der Querschnitt des mit der Dämpfungsdrosselspule verketteten Magnetpfades wesentlich größer ist als der Querschnitt des Magnetpfades der die Hilfsspannung erzeugenden Wicklung.

12. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Hilfsspahnung erzeugende Wicklung durch einen Widerstand überbrückt ist, dessen Ohmwert etwa fünf- bis zehnmal so groß ist wie der Scheinwiderstand der Wicklung bei Normalfrequenz.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen,

O809 745/33 3.59