DE641335C - Einrichtung zum Betriebe elektrischer Netze - Google Patents

Description

Bekanntlich sind besondere- Maßnahmen erforderlich, wenn große, von getrennten Kraftwerken versorgte Netzsysteme miteinander gekuppelt werden sollen, weil damit u. a. die Lastverteilung, Kurzschluß- und Stabilitätsverhältnisse verändert werden; man ist daher bestrebt, derartige Kupplungspunkte auf eine kleine Anzahl zu beschränken. Ähnlich, wenn auch nicht ganz so schwierig, Hegen die Verhältnisse bei dem Zusammenschluß großer ausgedehnter Netzabschnitte, die von einem Kraftwerk oder mehreren Kraftwerken gemeinsam gespeist werden.
Es wurde daher als ein Nachteil empfunden, daß man einen neuen Kupplungspunkt schaffen muß, wenn die Aufgabe zu lösen ist, wie beispielsweise bei der Bahnstromversorgung, aus Gründen der «Reserve, tariflicher Abmachungen o. dgl. einen Stromabnehmer an zwei Netzabschnitte anzuschließen, so daß bei Abschaltung eines Netzabschnittes die Stromlieferung von dem zweiten Netzabschnitt aufrechterhalten wird.

Die Erfindung sucht also die Aufgabe zu lösen, an verschiedene Netzpunkte, deren Verbindungsleitungen zu den Kraftwerken verschiedenen Änderungen ausgesetzt und deren Netzgrößen wie Spannung und Frequenz gegebenenfalls voneinander unabhängig sind, den gleichen Verbraucher anzuschließen. Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäß eine insbesondere regelbare Drosselspule verwendet, welche mit ihren Enden an die Netzpunkte geschaltet ist und welche die Verbraucher über eine Windungsanzapfung speist.

Es ist zwar bekannt, Drosselspulen im Netzbetrieb zu verwenden, die eine gewünschte Leistungverteilung auf mehrere parallele Leitungen sichern. Die einzelnen parallelen Leitungen werden am Anfang und am Ende an die Enden je einer Drosselspule angeschlossen, mit einer Anzapfung der Drosselspule am Anfang der parallelen Leitungen wird die eine Sammelschiene und mit einer Anzapfung der Drosselspule am Ende der parallelen Leitungen wird der eine Pol des Verbrauchers verbunden. Hierdurch sucht man zu erreichen, daß eine gewünschte Lastverteilung auf die parallelen Leitungen, die verschiedene Leitungskonstanten besitzen, sichergestellt wird. Man hat auch solche Drosselspulen dazu verwendet, um beim Anschluß von Generatoren an mehrere Sammelschienen die Größe des Kurzschlußstromes zu begrenzen. Die Drosselspule ist dabei so geschaltet, daß die Amperewindungen der normalen Belastungsströme sich gegenseitig aufheben, so daß im normalen Betrieb die Selbstinduktion der Drosselspule sehr klein ist.

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

■ Richard Tröger in Berlin-Zehlendorf.

Erst beim Auftreten eines Kurzschlusses wird die Selbstinduktion wirksam und begrenzt dadurch die Höhe des Kurzschlußstromes.

Bei den bekannten Einrichtungen handelt es sich also lediglich darum, Netzpunkte, die von vornherein zwangsläufig auf gleicher Spannung und Frequenz gehalten werden, miteinander zu verbinden. Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß es ίο mit Drosselspulen auch möglich ist, Abnehmer an Netzpunkte anzuschließen, deren Verbindungsleitungen zu den Kraftwerken ver-" schiedenen Änderungen ausgesetzt sind, bei - denen beispielsweise durch Zu- und Abschaltung von Verbrauchern die Spannung sich dauernd ändert und bei denen auch die Phasenlage zwischen Strom und Spannung stetigen Veränderungen unterworfen ist. Bisher ist es überhaupt nicht gelungen, solche Netzpunkte in irgendeiner Weise miteinander zu verbinden, eine Aufgabe, die erst durch die e.rfindungsgemäße Anwendung von Drosselspulen in der gekennzeichneten Weise gelang.

Abb. ι zeigt grundsätzlich die Aufgabenstellung: R₁ und R₂ bedeuten" zwei gleichnamige Phasen zweier Netzabschnitte, T₁ und T₂ die zugehörigen Transformatoren, η die Entnahmestelle für den Verbraucher. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß je nach der Lage der Spannungsvektoren in den beiden Netzabschnitten, die, obwohl die Abschnitte an einer entfernten Stelle zusammengeschlossen sind, stark gegeneinander phasenverschoben sein können, ein ständiger Energieaustausch über die Transformatoren T₁ und T₂ stattfinden wird, der so groß sein kann, daß dabei die Nennleistung der Transformatoren, die nach der Größe der Lastentnahme bei η bemessen zu werden pflegt, weit überschritten wird. Eine Möglichkeit, diesen Lastausgleich, der von den Netzverhältnissen abhängt und je nach der Lastentnahme der übrigen Verbraucher starken Schwankungen unterworfen ist, zu regeln, ist nicht gegeben; noch viel weniger ist es möglich, die Last bei η nach einem vorgeschriebenen Schlüssel auf die beiden Netzabschnitte zu verteilen.

Abb. 2 zeigt eine Lösungsmöglichkeit im Rahmen der Erfindung. JT bedeutet die Drosselspule, welche die beiden Netzabschnitte verbindet, und η die Entnahmestelle, die über verschiedene Anzapfstellen mit der Drosselspule.? verbunden werden kann. Während durch die Drosselspule, abgesehen von dem Magnetisierungsstrom, jeglicher Stromübergang zwischen den Netzabschnitten verhindert wird, setzt die Drosselspule der Stromlieferung an den Abnehmer praktisch keinen Widerstand entgegen. Die zur Entnahmesteile« fließenden Ströme in den Wicklungs" teilen der Drosselspule rechts und links (Abb. 2) der Entnahmestelle sind nämlich entgegengesetzt gerichtet; ihre magnetisierenden Wirkungen heben sich bis auf den beliebig klein zu halten Streufluß auf. Aus dem Gleichgewicht der Amperewindungszahlen folgt, daß

τ 7 τ γ /_τ\

T — =^-· T Jl — .7 Jn,

Jo. — ₇ Jn-

(2)

(3)

Jw ^v ?2 bedeuten dabei Nutzstromentnahme und deren auf die beiden Netzabschnitte entfallenden Anteile, Z₁₁, Z₁, Z₂ die Windungszahlen der Drosselspule und der zu den beiden Netzabschnitten gehörigen Teile. Die Gleichungen (1) bis (3) besagen, daß man durch Änderung des Windungszahlverhältnisses Z₁: Z₂ bzw. der Anzapfung der Drosselspule £■ die Stromanteile J₁ und /₂ der beiden Netzabschnitte an der Gesamtabgabe/„ beliebig regeln kann. Damit ist gleichzeitig die Aufgabe gelöst, den Lastanteil der Netzabschnitte zu regeln.

Wird der Einfachheit halber angenommen, daß die Spannungen in den beiden Netzabschnitten einander angenähert gleich sind und daß die Phasenverschiebung S- zwischen den Spannungsvektoren der Netzabschnitte normale AVerte nicht überschreitet, so gilt mit großer Annäherung für das Verhältnis der auf die beiden Netzabschnitte entfallenden Lastanteile für die Scheinlast:

Z,

und für die Wirklast:

N.

(4)

15)

COS

φ_η — Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auf der Entnahmeseite bei 11.

Damit ist die Regelbarkeit der Leistung durch die Wahl der Anzapfung an der Dros- no seispule (Änderung von Z₁ und Z₂) für beliebige Nutzlast und für beliebige Verschiebungen £ zwischen den Spannungen der beiden Netzabschnitte bewiesen.

Die Beispiele der Abb. 3 und 4 stellen grundsätzlich die gleiche Einrichtung dar, lediglich mit dem Unterschied, daß hierbei die Drosselspule und ihre Wirkungsweise mit den Transformatoren der beiden Netzabschuitte vereinigt sind. Diese Ausführungen werden vorzugsweise dann in Frage kommen, wenn die Stromabgabe ohnehin eine

Claims (4)

Umspannung bedingt. In diesen Abbildungen sind der Einfachheit wegen die Anzapfungen zur Veränderung der Windungszahlen Z1 und Z3 fortgelassen. Es ist ohne weiteres ersiehtlieh, daß mit diesen Schaltungen die gleiche Aufteilung der Leistungsanteile auf die beiden Xetzäbschnitte wie bei der Anordnung gemäß Abb. 2 eingeregelt werden kann, wenn man die Wicklungen Z1 und Z2 mit entsprechenden ίο Anzapfungen versieht. Dabei ist es grundsätzlich gleichgültig, ob man diese Anzapfungen an den Primär- oder an den Sekundärwicklungen oder an allen Wicklungen anbringt. Die Anordnung gemäß Abb. 4 unterscheidet sich dadurch von derjenigen gemäß Abb. 3, daß der Kern für den magnetischen Rückschluß (Mittelschenkel) nur den durch den Spannungsunterschied der beiden XTetzabschnitte hervorgerufenen Fluß aufzunehmen hat und daher kleiner bemessen werden kann. Für die symmetrische Mehrphasenausführung würde dieser Unterschied belanglos sein, da sich hierbei die Flüsse der Phasen jedes Xetzabschnittes untereinander ausgleichen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß sich das beschriebene Verfahren der Lastverteilung statt auf zwei auf beliebig viele Xetzabschnitte — beispielsweise auf 11 Netzabschnitte, wobei 11 > 2 ist — erweitern läßt, ohne daß dadurch an dem Erfindungsgedanken etwas geändert wird. Zu diesem Zweck ist es nur erforderlich, mehrere, nämlich a — ι Drosselspulen zu verwenden, von. denen eine Drosselspule mit ihren Enden an zwei Xetzpunkte angeschlossen ist, während die folgenden Drosselspulen mit ihrem einen Ende an die Anzapfung der vorhergehenden Drosselspule, mit ihrem anderen Ende an einen weiteren Xetzpunkt angeschlossen sind. Um beispielsweise die Last bei η bei der Schaltung nach Abb. 2 auf drei Xetzabschnitte zu verteilen, muß man so vorgehen, daß man. wie in Abb. 5 dargestellt ist, das eine Wicklungsende der Drosselspule 5" statt mit R* mit der Anzapfung einer weiteren Drossel 6"., verbindet, deren beide Enden an R.z und R3 angeschlossen sind. Die erste Drossel 5" erzwingt dann die Unterteilung der Ströme zwischen den Abschnitten R1 einerseits und R2 und R~ anderseits, und die zweite Drosselspule Λ\> erzwingt die Unterteilung des von R2 und R3 herrührenden Summenstromes, womit die -Möglichkeit gegeben ist, die Leistungsverteiluiig auf die drei Abschnitte in weiten Grenzen zu regeln. Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Anschluß von Verbrauchern an solche Nctzpunkte, bei denen der eine Netzteil auf gleiche Frequenz mit dem anderen Über eine Umrichteranordnung gebracht wird, bei der die Sekundärspannung hinsichtlich ihrer Phase nicht stetig,-sondern nur sprungweise geändert werden, kann. Eine solche Einriebtung wird beispielsweise dazu verwendet, um ein 5operiodiges Netz mit einem i62/3periodigen Netz gleichzeitig zur Speisung eines Verbrauchers zu verwenden. An das 5operiodige Netz sei nun eine Umrichteranordnung geschaltet, die durch das i62/3periodige Netz gesteuert wird. In an sich bekannter Weise soll dabei die Steuerung so erfolgen, daß sich die beiden Spannungsvektoren nicht dauernd in Gleichlauf befinden, sondern daß dieser Gleichlauf immer erst nach einem Nach- oder Voreilen des einen Spannungsvektors durch ein sprungweises Verschieben desselben erzwungen wird. Würde man solche Netzpunkte unmittelbar miteinander verbinden, dann würden größere Ausgleichsströme auftreten, die von einem Netz in das andere fließen. Der Netzbetrieb würde dann empfindlich gestört und die ordnungsmäßige Lastverteilung auf die beiden Netze \*erhindert werden- Erst durch die Zwischenschaltung einer Drosselspule, die mit ihren Anzapfungen mit dem Verbraucher verbunden ist, werden Netzbetrieb und Regelung der Lastverteilung unter den gestellten Bedingungen überhaupt ermöglicht. Patesttanspeüche:

1. Einrichtung zum Betrieb elektrischer Netze, dadurch gekennzeichnet, daß an verschiedene Netzpunkte, deren Verbindungsleitungen zu den Kraftwerken verschiedenen Änderungen ausgesetzt und deren Netzgrößen wie Spannung und Frequenz gegebenenfalls voneinander unabhängig sind, Verbraucher über eine insbesondere regelbare, die Last verteilende Drosselspule angeschlossen sind, welche mit ihren Enden an die Netzpunkte angeschlossen ist und welche die Verbraucher über eine Wicklungsanzapfung speist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule gleichzeitig die Sekundärwicklung von Netztransformatoren darstellt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und I₁ gekennzeichnet durch ihre Verwendung zum Anschluß eines Verbrauchers an Xetzpunkte. von denen der eine auf gleiche

. Frequenz mit dem anderen über eine l'nirichtcranordnung gebracht wird, die einen Synchronismus durch fprungweises Verschieben des Spannungsvektors des einen Netzes herbeiführt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß eines Verbrauchers an η (η > 2) Netzpunkte η — ι Drosselspulen vorgesehen sind, von denen eine Drosselspule mit ihren Enden an zwei Netzpunkte angeschlossen ist, während die folgenden Drosselspulen mit ihrem einen Ende an die Anzapfung der vorhergehenden Drosselspule, mit ihrem anderen Ende an einen weiteren Netzpunkt angeschlossen sind.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen