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Anordnung zur Stromverteilung in symmetrischen Wechselstrom-insbesondere Dreh- stromnetzen
Die Stromversorgung von Streusiedlungen kommt wegen der grösseren Leitungslängen für den Anschluss der einzelnen Höfe oder Rotten wesentlich teurer als die Versorgung von geschlossenen Ortschaften. Ein wirksames Mittel zur Kostensenkung ist die Wahl einer möglichst grossen Spannung im Verteilnetz (Ortsnetz).
Man geht dabei so nahe als möglich an die Spannungsgrenze von 1000 Volt heran, von der an die Anlage den sogenannten Hochspannungsvorschriften unterliegen würde. Da jedoch Verbraucherspannungen, die die Grenze von 400/ 230 Volt überschreiten, insbesondere in landwirtschaftlichen Betrieben, aus Sicherheitsgründen nicht üblich sind, ist die Einschaltung von Transformatoren an den Abnehmerstellen erforderlich, durch die die Verteilspannung auf die gewünschte Verbraucherspannung herabgesetzt wird. Um die Anlagekosten weiter zu verringern, wird in solchen Anlagen das Verteilnetz ferner ohne Nulleiter ausgeführt.
Ein Nachteil derartiger Anlagen besteht darin, dass sich die Leerlaufverluste der Transformatoren, nachdem sie das ganze Jahr hindurch auftreten, ziemlich stark bemerkbar machen. Ein Mittel, diese Verluste weitgehend zu verringern, ist dadurch gegeben, dass statt normaler Transformatoren solche in Sparschaltung verwendet werden. Diese Transformatorschaltung schliesst aber anderseits nicht zu unterschätzende Gefahren in sich. Eine der unangenehmsten Erscheinungen ist in diesem Fall die, dass bei Auftreten einer Einphasenlast in dem als Vierleitersystem ausgeführten Verbrauchersystem der Strom auf dem zugehörigen Transformatorschenkel nur wieder durch einen im Verhältnis der Spannung kleineren Einphasenstrom kompensiert werden kann, der über die Erde abfliessen muss.
Diese Verhältnisse sind an Hand der Fig. 1 der Zeichnung erläutert. Mit 1 ist der das Verteilnetz speisende Transformator bezeichnet, der primärseitig an eine Hochspannungsfernleitung 2 angeschlossen ist und sekundärseitig das Verteilnetz 3 speist, 4 ist der Spartransformator an der Verbraucherstelle. Ist z. B. nu : eine Phase dieses Transformators durch einen Verbraucher 5 sekundär belastet, so ergibt sich gemäss der mit J1 und J2 bezeichneten Stromverteilung ein Kompensation3strom, der, wie strichliert angedeutet, vom geerdeten Stempunkt des Spartransformators zum geerdeten Sternpunkt des Transformators 1 fliesst.
Ein solcher dauernd vorhandener Stromfluss über die Erde bewirkt, abgesehen von Fernsprechstörungen, ein Austrocknen der Erde, wodurch deren meist ohnedies zu hoher Widerstand noch weiter verschlechtert wird, womit zusätzliche Gefahrenspannungen im Vierleiternetz hervorgerufen werden. Eine Unterdrückung des Erdstromes durch etwaiges Unterlassen der Erdung am Haupttransformator 1 gelingt nicht, da dann alle anderen Spartransfor- matoren mit ihren Belastungen als Ersatzweg eintreten.
Gemäss der Erfindung lassen sich die vorgenannten Nachteile bei symmetrischen Wechselstrom-, insbesondere Drehstromverteilnetzen ohne Nulleiter und mit belastbarem Nulleiter beim Verbraucher dadurch beseitigen, dass ein Transformator in Sparschaltung in solcher Ausbildung zur Verwendung kommt, dass der Eingangswiderstand für die Nullkomponenten auf der Oberspannungsseite auch bei kurzgeschlossener Unterspannungsseite von der Grössenordnung der Leerlaufimpedanz des Transformators ist und der Eingangswiderstand für die Nullkomponenten auf der Unterspannungsseite auch bei offener Oberspannungsseite von der Grössenordnung der Kurzschlussimpedanz des Transformators ist. Unter Eingangswiderstand ist hiebei der auf der primären bzw. sekundären Eingangsseite des Transformators gemessene Scheinwiderstand verstanden.
Eine besonders vorteilhaft praktische Ausführungs : orm der Erfindung ist in Fig 2 der Zeichnung im schematischen Schaltbild wiedergegeben.
Der bei U, V, W an das Verteilnetz 3 angeschlossene Transformator in Sparschaltung besteht pro Phase aus zwei Wicklungen 11 und 12, die in Zickzackschaltung das Unterspannungssystem mit belastbarem Nulleiter bilden, und aus einer dritten Wicklung 13, die in offener Sternschaltung an das Unterspannungssystem anschliesst und mit diesem zusammen das Oberspannungssystem ergibt. Die Anschlüsse auf der Sekundärseite des Transformators sind mit u, 'V, wund 0 bezeichnet. Die Ampèrewindungen der Nullkomponenten kompensieren sich auf jedem Schenkel zwischen den Wicklungen 11
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und 12, wie die in der Fig. 2 eingezeichneten Strompfeile andeuten.
Die Ströme der Nullkomponenten wirken mit den Ampèrewindungen der Wicklungen 13 auf die Schenkel magnetisierend, der Eingangswiderstand der Oberspannungsseite für die Nullkomponenten ist also hoch, nämlich in der Grössenordnung der Leerlaufimpedanz, u. zw. auch bei kurzgeschlossener Unterspannungsseite. Im Gegensatz dazu hat der Eingangswiderstand der Unterspannungsseite für die Nullkomponenten die Grössenordnung der Kurzschlussimpedanz, u. zw. auch bei offener Oberspannungsseite. Die Spartransformatorwicklung kommt durch die gemeinsame Funktion der Wicklungen 12 und 13 für Ober-und Unterspannung zustande und ist nur durch eine kleine Phasenverwerfung zwischen Ober-und Unterspannung unerheblich beeinflusst.
Spartransformatoren mit Phasenverwerfung von 30 0 zwischen Ober- und Unterspannung, also einer Art Zickzackschaltung, sind an sich bekannt, jedoch nicht in Verbindung mit belastbarem Nulleiter im Unterspannungssystem.
Der belastbare Nulleiter im Unterspannungssystem setzt voraus, dass dieses Unterspannungsystem aus zwei Wicklungsgruppen besteht, die gleiche Windungszahl haben und hinsichtlich der Nullkomponente entgegengesetzt geschaltet sind.
Dadurch ist es möglich, das material-und verlustsparende Prinzip des Spartransformators mit dem Prinzip der eine Nullpunktbelastung zulassenden Zickzackschaltung der Unterspannungswicklung zu kombinieren.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung ist der sichere und wirtschaftliche Betrieb bei ungestörter Anlage gewährleistet. Wicklungs-und Gestellschlüsse innerhalb der Transformatoren und Erdschlüsse sowie Leiterunterbrechungen können diesen Zustand stören und Ströme über die Erdverbindungen fliessen lassen. Sobald diese Ströme so gross sind, dass sie den Kurzschlussschutz der Anlage zum Ansprechen bringen, kann die Gefahr rasch beseitigt werden. Wegen der häufig unvermeidlich schlechten Beschaffenheit der Erdungsanlagen muss aber auch mit so hohen Widerstandswerten gerechnet werden, dass die Auslösung des Kurzschlussschutzes nicht mehr gewährleistet ist.
In weiterer Ausgestaltung der ) Erfindung lässt sich dieser Übelstand dadurch beheben, dass die bei Überstrom ansprechenden Streckenschalter des Netzes ausser mit Überstromauslösung auch mit einer Nullstrom- (Summenstrom-) Auslösung versehen sind. In diesem Fall ist man von der Grösse des Betriebsstromes unabhängig, denn der Nullstrom ist auch bei einphasige Belastung der Verbraucher wegen der Wirkung der erfindungsgemässen Transformatorschaltung solange null, als die Anlage störungsfrei ist.
In Fig. 3 ist eine Anlage mit derartigen Streckenschaltern gezeigt. 1 ist wie in Fig. l der Transformator zwischen Hochspannungsfernleitung 2 und Verteilnetz 3, das der Einfachheit halber nur aus zwei Strängen ?'. und. ?" bestehen soll ; tn jedem Strang liegt ein Streckenschalter 14, der in üblicher Weise mit einer durch 15 angedeuteten Überstromaustösung versehen ist. Ausser'der Überstromauslösung ist noch eine Nullstroin- auslösung 16 vorgesehen, die in an sich bekannter Weise aus Stromwandler 17 in jeder Phase besteht, die auf ein Relais 18 arbeiten, das bei seinem Ansprechen den Streckenschalter öffnet. Mit 4 sind die über Spartransformatoren angeschlossenen Verbraucher angedeutet.
Wenn man den Haupttransformator 1 oder den das Netz speisenden Generator mit kurzer Nullpunkterdung betreibt und so schaltet, dass er der Nullkomponente nur seine Kurzschlussimpedanz entgegensetzt (z. B. bei Dreiecksternschaltung des Transformators), so beträgt das Verhältnis der Nullimpedanz der ungestörten Strecken mit ihren Transformatoren zu der des Haupttransformators etwa zwei Zehnerpotenzen.
Der von der gestörten Strecke kommende Nullstrom fliesst daher praktisch fast zur Gänze über den Haupttransformator zur Erde und der Nullstrom, der über die gesunden Strecken und ihre
Spartransformatoren zur Erde fliesst, ist nur etwa oo des Nullstromes der gestörten Strecke.
Hiedurch wird eine hohe Selektivität der Aus- lösung der Streckenschalter bewirkt. Diese kann noch verbessert werden, wenn die Nullstrom- auslösung der Streckenschalter eine strom- abhängige Verzögerung besitzt.
Statt der selbsttätigen Streckenschalter mit zusätzlicher Nullstromauslösung können in den
Netzleitungen auch Schmelzsicherungen mit nach- geordneter Kurzschlussvorrichtung vorgesehen werden, wie Fig. 4 der Zeichnung zeigt. 19 sind die an Stelle von Streckenschaltern vorgesehenen
Schmelzsicherungen im Leitungsstrang, 20 ist ein Kurzschliesser, der durch Auslösen der -Klinke 21 unter der Wirkung der Feder 22 die drei Netzphasen kurzschliesst. Die Klinke wird im Störungsfall bei Auftreten eines Nullstromes in den Leitungen durch den Elektromagnet 23 ausgelöst, der von den Stromwandlern 17 ge- speist ist.
Besonders zweckmässig kann im gegebenen Fall
EMI2.1
sein, so dass aus ihm unmittelbar auch gleichzeitig die Verteilnetzspannung entnommen werden kann, um in der Nähe der Transformatorenstation gelegene Verbraucher direkt speisen zu können.
EMI2.2
symmetrischen Zweiphasennetz entsprechen.
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