AT107804B

AT107804B - Einrichtung zum Schutze von Schwachstromanlagen gegen Beeinflussung von Starkstromleitungen.

Info

Publication number: AT107804B
Authority: AT
Inventors: Reinhold Dr Ruedenberg
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1925-08-29
Filing date: 1926-08-24
Publication date: 1927-11-10

Description

Einrichtung zum Schutze von Schwachstromanlagen gegen Beeinflussung von Stark- stromleitungen.

Zum Schutze von Schwf. chstromanlagen, insbesondere Leitungen (Freileitungen und Kabeln) gegen Beeinflussung von Stsrkstromanlagen hat man bereits geerdete Schutzleiter verwendet, die in der Nähe der Leitung verlegt wurden. Bei Kabeln hat man den Kabelmantel bereits als Schutzleiter verwendet. Es hat sich nun gezeigt, dass diese geerdeten Leiler selbst bei grossen Querschnitten keinen vollkommenen Schutz der Leitung gewährleisten.

Die Schutzwirkung kann gemäss der Erfindung erhöht werden, wenn man die Impedanz des Schutzleiters wenigstens für die Störfrequenzen durch äussere Mittel vermindert. Ist der induktive Widerstand des Sehutzleiters für die Grösse der Impedanz in erster Linie massgebend, so ist die Verminderung des induktiven Widerstandes zwecks Verbesserung der Schutzwirkung lohnend ; besitzt die Schutzleitung dagegen im wesentlichen Ohmschen Widerstand, so wird die Verminderung der Dämpfung des Schutzleiters am einfachsten zum Ziele führen.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 sind die Leitungen eines Schwachstromkabels, 2 ist ein im Kabel isoliert verlegter Schutzleiter. Die Isolierung des Schutzleiters trägt zur Vereinfachung der elektrischen Verhältnisse bei und schliesst Störungen der Schutzwirkung infolge von Witterungseinflüssen aus. Der Schutzleiter 2 ist an seinen Enden über die Kondensatoren 3 und 4 geerdet. Die Kondensatoren 3 und 4 sind so bemessen, dass sie den Richtwiderstand des Schutzleiters für die Störfrequenz herabsetzen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Sehutzleiter an seinen Enden über je zwei Kombinationen von Kapazität und Induktivität in Reihenschaltung geerdet ist. Die zu schützenden Leitungen sind mit 5, die Schutzleitung ist mit 6 bezeichnet. 7 und 8 sind die aus Induktivität und Kap'tzität in Reihenschaltung bestehenden Kombinationen, die derart bemessen sind, dass der Richtwiderstand des Schutzleiters für je zwei Störungsfrequenzen erheblich vermindert ist.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der induktive Widerstand und der Ohmsche Widerstand der Schutzleitung vermindert und daher die Schutzwirkung wesentlich erhöht ist. 9 sind die zu schützenden Leiter, 10 ist der Schutzleiter. 11 und 12 sind zwei je an den Enden der Leitungen angeordnete Induktivitäten, 13 und 14 zwei Kapazitäten, die mit den Induktivitäten 11 und 12 in Reihe geschaltet sind. Der Schutzleiter bildet einen Schwingungskreis, der sich aus den Kapazitäten 13, 14, den Induktivitäten 11 und 12 und der Induktivität bzw. Kapazität der Leitung 10 zusammensetzt.

Durch Veränderung der Kapazitäten bzw. Induktivitäten kann man den induktiven Widerstand für die Störungsfrequenzen vermindern. Zur Verminderung des Ohmschen Widerstandes, d. h. zur Verminderung der Dämpfung des Kreises ist die Vakuumröhre 1-5 vorgesehen, zwischen deren Gitter und Kathode die Induktivität 11 eingeschaltet ist. An Stelle der Vakuumröhre kann auch eine Reihenschlussmaschine oder andere dämpfungsvermindemde Mittel treten.

In dem Anodenkreis der Röhre liegt die Spule 16, die auf die Induktivität 11 zurückwirkt. Die gegenseitige Induktion zwischen den beiden Spulen wird so eingestellt, dass die Dämpfung des Sehwingungskreises gering ist (Selbsterregung muss vermieden werden.

Man kann durch geeignete Vorrichtungen die Dämpfungsverminderun'5 für alle Frequenzen annähernd gleichmässig erfolgen lassen. In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für diesen Zweck dargestellt. 17 sind die gestörten Leitungen, 18 ist der Schutzleiter. Am linken Ende ist dieser Leiter unmittelbar geerdet, zwischen das rechte Ende des Schutzleiters und der Erde sind der Widerstand 19, die Vakuumröhre 20 und die Batterie 21 eingeschaltet. Vom Widerstand 19 ist eine Spannung abgezweigt, die an das Gitter der Vakuumröhre 22 gelegt ist. Im Anodenkreis dieser Röhre liegt der Widerstand 23, an welchen das Gitter der Röhre 20 angeschlossen ist. Steigt der Strom z.

B. infolge einer induzierten Spannung im Sehutzleiter 18 in dem durch den Pfeil 24 angedeuteten Sinne, so erhöht sich die Spannung am Widerstand 19, d. h. die Spannung zwischen Gitter und Kathode der Röhre 22 sinkt bzw. wird negativ. Dadurch wird der Anodenstrom dieser Röhre geringer und am Gitter der Röhre 20 vermindert sich die negative Spannung. Der Anodenstrom dieser Röhre wird also steigen. Das Ansteigen des Anodenstromes in der Richtung der in dem Schutzleiter auftretenden Ströme bzw. Spannungen kommt einer Widerstandsvenninderung des Schutzleiters gleich. Die dämpfungsvermindernden Anordnungen werden zweckmässig in die End-bzw. Zwisehenstationen der Sehwachstromleitung verlegt.

Um die Schwachstromleitungen gegen mehrere Frequenzen zu schützen, kann man mit Hilfe der beschriebenen Mittel den Richtwiderstand für jede Störfrequenz vermindern. Es ist aber auch möglieh, mehrere Schutzleiter vorzusehen und diese mit den schon angegebenen Mitteln auf die verschiedenen Störungsirequenzen, z. B. Grundfrequenz und dritte Oberschwingung (z. B. 50 bzw. 150 Perioden pro Sekunde), abzugleichen.

Besonders vollständig lassen sich Störungen in Schwachstromleitungen kompensieren, wenn man in den Schutzleiter eine oder mehrere Kapazitäten einschaltet und die Spannung an einer der Kapazitäten auf die Schwachstromleitung überträgt.
Fig. 5 der Zeichnung zeigt diese Anordnung an einem Beispiel. 25 ist die gegen die Starkstromleitung 26 zu schützende Sehwachstromleitung. 27 ist der an zwei Stellen geerdete Sehutzleiter, in den
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Transformators 29 und die etwa noch vorhandenen Schaltelemente sind derart gegeneinander abgeglichen, dass die von der Schutzleitung nach der Schwachstromleitung übertragene Spannung gerade die von der Starkstromleitung her induzierte aufhebt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen die Spannungs-und Stromverhältnisse für eine derartige Kompensation der Störfrequenz an Vektordiagrammen. Fig. 6 zeigt das Vektordiagramm der Ströme und Spannungen
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Schutzleiter 27 die Spannung M erzeugt. Diese Spannung bringt im Sohutzleiter den Strom 32 zum Fliessen. Der Strom 32 verursacht im Schutzleiter einen induktiven Spannungsabfall, der durch die Spannung 33 gedeckt werden muss, sowie einen Ohmschen Spannungsabfall 34. Dem induktiven Spannungsabfall wirkt der kapazitive Spannungsabfall des Kondensators 28 entgegen, der durch eine Spannung überwunden werden muss, die dem Vektor 35 entspricht. Die zur Aufrechterhaltung des Stromes 32 im Sehutzleiter notwendige Spannung setzt sich also aus dem Vektor 34 und dem Vektor 36 zusammen und entspricht der vom Störfeld induzierten Spannung 31.

Der Vektor 36 ist die Summe der Vektoren 33 und 35. In der zu schützenden Schwachstromleitung 25 wird durch das Störfeld der Starkstromleitung 26 die Spannung 31 induziert, welche die gleiche Grösse hat wie die im Schutzleiter induzierte Spannung (Fig. 3). Zu dieser Spannung kommt noch die vom Schutzleiter induzierte Spannung 33'hinzu, die je nach der magnetischen Verkettung zwischen Sehutzleiter und der gestörten Schwachstromleitung annähernd ebenso gross ist wie der induktive Spannungsabfall im Schutzleiter. Der Spannungsabfall am Kondensator 28 wird zunächst auf die zu schützende Leitung nicht übertragen.

Um nun in die Leitung 25 die Summe aller von aussen induzierten Spannungen mögliehst zu vermindern, wird mit Hilfe des Transformators 29 noch die Spannung 37 eingeführt, die das Spannungsdreieek schliesst.

Diese Spannung wird von dem Spannungsabfall am Kondensator 28 abgeleitet, u. zw. durch entsprechende Polung des Transformators, so dass ihre Phase um 1800 gedreht wird. In ihrer Grösse lässt sie sich mit Hilfe eines geeignet bemessenen Übersetzungsverhältnisses des Transformators leicht auf den notwendigen Betrag einstellen. Da die Spannung 37 mit der Spannung 35 nicht genau um 180 in ihrer Phase verschoben ist, so muss, falls eine vollständige Kompensation der Störfrequenz erzielt werden soll, die Phase der vom Kondensator 28 abgeleiteten Spannung 35 durch geeignete Mittel gedreht werden ; denn sonst würde sich eine geringe Restspannung ergeben.

Die zur vollständigen Beseitigung dieser Restspannung notwendige Phasenverschiebung der Spannung 37 gegenüber der Spannung 35 lässt sich durch Einschaltung eines Ohmschen Widerstandes oder einer Selbstinduktion in den Stromkreis des Transformators herbeiführen.

Besitzt die Schwaclistromleitung eine oder mehrere Doppelleitungen, so kann man, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist, auf dem Transformator 29 mehrere Sekundärwicklungen 38 anordnen und diese in die einzelnen Sohwachstromleitungen einschalten. Die Sekundärwicklung enthält dann die Zweige
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dann einen solchen Wicklungssinn besitzen, dass sich die magnetischen Felder des in der Doppelleitung hin-und zurückfliessenden Stromes aufheben.

Die Spannung des Kondensators 28 kann nicht nur mit Hilfe eines Transformators, sondern auch auf andere Weise, z. B. durch kapazitive Kopplung übertragen werden.

Verläuft die gestörte Leitung nur eine kürzere Strecke in der Nähe der störenden Leitung, so kann man zwecks Materialersparnis den Schutzleiter nur längs des gestörten Teiles der Leitung verlegen,
Bei ungünstigen Erdungsverhältnissen kann es unter Umständen zweckmässig sein, anstatt der Erdrückleitung einen blank oder isoliert in der Erde verlegten Draht zu benutzen.

Der Schutz eines gemäss der Erfindung abgeglichenen Schutzdrahtes erstreckt sich nicht nur in unmittelbare Nähe des Schutzleiters, sondern ist insbesondere bei oberirdisch verlegten Schutzleitern noch in der Entfernung von einigen Metern wirksam. Mn kann deshalb z. B. bei Freileitungen den Schutzleiter unterhalb der Freileitung anordnen bzw. in der Erde selbst verlegen. Man erreicht dadurch eine Verminderung der Induktivität des Schutzleiters. Im allgemeinen ist es aber am günstigsten, den
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1.

Einrichtung zum Schutze von Schwachstromanh1ssPn gegen Beeinflussung von Starkstromleitungen mit einem an zwei oder mehreren Stellen geerdeten Schutzleiter, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtwiderstand des Schutzleiters wenigstens für die Störfrequenzen durch äussere Mittel vermindert ist.

Claims

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung des Ohmschen Widerstandes des Schutzleiters dämpfungsvern1Ìndernde Mittel (rückgekoppelte Vakuumröhren, Reihen- schlussmaschinen) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dämpfungsvermindernden Mittel in den sowieso vorhandenen End-oder Zwisehenstationen der Schwachstromleitung angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität des Schutzleiters mit Hilfe von Kondensatoren verringert wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schutzleiter oder zwischen Schutzleiter und Erde Kombinationen von Ksp. zität und Induktivität in Reihenschaltung eingefügt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schutzleiter vorgesehen sind, deren Richtwiderstand für verschiedene Störfrequenzen vermindert ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzleiter ganz oder nahezu auf die Störfrequenzen abgeglichen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schutzleiter vorgesehen sind, die ganz oder nahezu auf die verschiedenen Störfrequenzen abgeglichen sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzleiter nur längs des gestörten Teiles der Leitung verlegt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzleiter möglichst inmitten des gestörten Leitungsbündels liegt.

11. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabfall an der in den Schutzleiter eingeschalteten Kap zität auf die gestörte Leitung übertragen wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabfall an der Kapazität durch Transformatoren auf die gestörte Leitung übertragen wird. EMI3.2

14. Einrichtung nach Anspruch 13, d ; durch gekennzeichnet, d. ss eine Reihe von bifikren Sekundär- wicklungen für verschiedene Schwaehstron leitungen auf demselben Übertrager angeordnet ist. EMI3.3 des Übertragers von Eins verschieden iEt.

16. Einrichtung nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis des Übertragers gleich Eins ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Übertragerkreis ein Widerstand zum Zwecke der Phasenverschiebung der übertragenen Spannung eingeschaltet ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Übertragerkreis eine Selbstinduktion zum Zwecke der Phasenverschiebung der übertragenen Spannung eingeschaltet ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse des Kondensators, das Übersetzungsverhältnis des Übertragers und die etwa ncch vorhandenen Abstimmittel derart gegen- EMI3.4