Einrichtung<B>zur</B> Regelung der Leistungsverteilung anf parallelgesehalteten oder ringförmig geschlossenen elektrischen Leitungen. Wenn zwei oder mehr elektrische Leitun gen parallel geschaltet sind und über sie eine bestimmte Leistung transportiert wird, dann sind die auf den einzelnen Leitungen fliessen den Ströme durch den Widerstand der ein zelnen Leitungen bestimmt.
In elektrischen Netzen, die mit Gleichstrom betrieben wer den, ist für die Bestimmung dÜ Ströme nur der ohrnsche Widerstand massgebend, während bei Wechselstromnetzen auch der induktive Widerstand der Leitungen und etwa einge schalteter Transformatoren und Drosselspulen in Betracht zu ziehen ist.
Die durch den Widerstand bedingte Ver teilung des Stromes auf die verschiedenen Leitungen ist nun nicht immer diejenige, welche für den Betrieb tatsächlich erwünscht ist; so ist zum Beispiel bei der Parallel schaltung einer elektrischen Freileitung und eines Kabels die Stromverteilung zwischen Freileitung und Kabel, wenn sie mit Wechsel strom betrieben werden, derart ungleich- mässig, dass künstliche Mittel für die Rege lung der Stromverteilung notwendig sind. In andern Fällen sind die parallelgeschalteten Leitungen zwar von annähernd gleicher Bau art, durchlaufen aber ganz verschiedene Ge genden oder verbinden kreisförmig elektrische Netze oder Kraftwerke, die verschiedenen Gesellschaften gehören.
In diesem Fall muss dafür gesorgt werden, dass je zwei Gesell schaften gegenseitig denjenigen Strom aus tauschen können, der ihren Bedürfnissen ent spricht, und zwar unabhängig vom Stromaus tausch zwischen zwei andern Gesellschaften in dem gleichen Ring. Da der Stromfluss in einem derartigen Ring aber ebenso wie bei einfachen parallelgeschalteten Leitungen durch den ohrnschen und induktiven Widerstand der Leitungen bedingt ist, müssen hier ebenfalls künstliche Mittei für die Beeinflussung des Stromverlaufes zur Anwendung kommen.
Den zuletzt behandelten Fall stellt Abb. 1 dar. Die drei Kraftwerke<I>A, B, C</I> sind durch eine ringförmige Leitung verbunden, über die sich der Stromaustausch zwischen je zwei Kraftwerken vollzieht. Wenn zwischen dem Werk A und dem Werk B, sowie zwischen B und C bestimmte Ströme ausgetauscht werden, dann entstehen auf der Leitung<I>AB</I> und BC Spannungsabfälle, die durch die Ströme und die Impedanzen der Leitungen bestimmt sind. Hierdurch ist auch der Span nungsabfall zwischen A und C festgelegt.
Da anderseits durch die Bauart der Leitung AC deren Impedanz bestimmt ist, so ist der not wendige Ausgleichstrom auf der Leitung AC gegeben. Eine den Betriebsbedingungen der Kraftwerke A und C entsprechende Regelung des Stromes auf der Leitung<B>AG'</B> ist möglich durch die Einfügung einer bestimmten Span nung an irgend einer Stelle des Kreises. Eine derartige Einfügung von Spannungen ge schieht im allgemeinen mit Hilfe von Regel transformatoren.
Die gebräuchlichen Regeltransformatoren geben nur Spannungen, .die in der gleichen Richtung liegen wie die Betriebsspannung. Für die Regelung der Leistung auf parallel geschalteten Leitungen oder in ringförmigen Netzen sind aber auch Zus < itzsparrrrungen notwendig, die auf der Betriebsspannung senkrecht stehen, da in einem Wechselstrom- system im allgemeinen nicht nur absolute Differenzen der Spannungen, sondern auch Verdrehungen der Spannungsvektoren gegen einander vorkommen.
Abb. 2 zeigt beispiels weise in der bekannten Vektordarstellung das Spannungsdiagramm für das in Abb. 1 dar gestellte Leitungssystem mit einem bestimm ten Betriebszustand. Der Vektor EA bedeutet dabei die Betriebsspannung (pro Phase) in dem Kraftwerk A, während E$ bezw. Ec die Betriebsspannung in den Kraftwerken B und C darstellen. Auf der Leitung<I>AB</I> herrscht der Spannungsabfall FAB, auf der Leitung BC der Spannungsabfall EBo.
Zwischen den Enden der Leitung AC be steht der Spannungsabfall EAC. Dieser Span nungsabfall hat, wenn die Leitung AC ge schlossen ist, einen Strom auf ihr zur Folge, der durch die Impedanz der Leitung AC be- stimmt ist. Wenn die Leitung, ohne sie zu unterbrechen, vollständig stromlos gemacht werden soll, dann muss \der Spannungsabfall EAc durch eire genrau entgegengesetzt gerich tete und gleich grosse Hilfsspannung Eh auf gehoben werden, welche etwa durch einen in die Leitung AG eingeführten Regeltransfor mator erzeugt werden kann.
Da die Spannung Eh gegenüber der Betriebsspannung sowohl in A wie in C um einen bestimmten Winkel verschoben ist, wird man diese Hilfsspannung entsprechend dem derzeitigen Gebrauch der Praxis aus zwei senkrecht zueinander stehen den Spannungen zusammensetzen, welche durch zwei Regeltransformatoren erzeugt werden.
Im allgemeinen wird jedoch nicht die Ab- .sieht bestehen, die Leitung AC stromlos zu machen, sondern man wird nur einen nach Grösse und Richtung bestimmten Strom auf ihr einstellen wollen, der eine bestimmte Wirk- und Blindleistung auf der Leitung überträgt.
Wenn man eine derartige Einstellung reit Hilfe von zwei Regeltransformatoren herbei führen will, von denen der eine eine in Rich tung der Betriebsspannung liegende und der andere eine senkrecht dazu stehende Span nungskomponente hergibt, dann wird man bei der Handhabung dieser beiden Regelgeräte auf Schwierigkeiten stossen, die darin be stehen, dass eine Verstellung jeder einzelnen Komponente gleichzeitig eine Veränderung des Wirkstromes und des Blindstromes her vorbringt.
Will rnan also eine Veränderung des Wirkstromes allein hervorrufen, ohne den Blindstrom zu verändern, dann muss man beide Regeleinrichtungen verstellen, und zwar so, dass die beim Verstellen der einen Ein richtung unfreiwillig miterzielte Änderung des Blindstromes durch entsprechendes Ver stellen der andern Einrichtung wieder rück gängig gemacht wird. Die Handhabung ist bedeutend einfacher, wenn die eine Einrich tung nur den Wirkstrom, die andere aber nur den Blindstrom verändert.
Dies wird in wiederholter Anwendung der Erfindung da durch erreicht, dass beide Zusatzspannungen gegenüber der Phasenspannung des Netzes an der Einbaustelle des Regeltransformators von vorneherein um einen bestimmten Winkel verschoben werden, der weder 0 noch 90 beträgt.
Die Auffindung des erfindungsgemäss an zuwendenden Verdrehungswinkels soll an dem etwas einfacheren Beispiel von zwei parallel laufenden Leitungen gezeigt werden. Gemäss Abb. 3, in der alle Leitungen nur einphasig dargestellt sind, wird über die beiden parallel laufenden Leitungen 7n und<I>n</I> eine bestimmte Wirk- und Blindleistung transportiert, die sich auf die beiden Leitungen entsprechend deren Impedanzen verteilt, sich auf der Sam melschiene 11 vereinigt und von dort irgend einem Verbraucher, zum Beispiel dem Motor zugeleitet wird.
Um eine beliebige Ver teilung der Leistung auf beide Leitungen zu ermöglichen, wird eine Hilfsspannung Eh ein gefügt, die durch einen zum Beispiel in un mittelbarer Nähe der Sammelschiene 1 ein gebauten Reguliertransformator erzeugt wird. Die Richtung dieser Hilfsspannung wird daher gemäss dem oben Gesagten auf die Sammel- schienenspannung F., bezogen. Die Wirkung dieser Hilfsspannung kann so aufgefasst wer den, als ob sie einen kreisförmig geschlosse nen Strom durch die Leitungen m und n treibt, durch den der Strom in der einen Lei tung verstärkt, der in der andern dagegen abgeschwächt wird.
Die Richtung dieses Stromes gegenüber der Zusatzspannung ist bestimmt durch den Impedanzwinkel des Ringes, der aus den Impedanzen der beiden Leitungen<I>m</I> und n einschliesslich etwa ein geschalteter Transformatoren T besteht. Ist die eingefügte Zusatzspannung Eh gleichge richtet mit der Betriebsspannung A,, dann wird sie einen Strom @7h hervorbringen, der ihr um einen Winkel a nacheilt, wie in Abb. 4 veranschaulicht. Dieser Winkel berechnet sich aus der Gleichuri ,
EMI0003.0021
worin X der induktive, R der ohmsche Wi derstand des greises ist.
Der Strom Jh lässt sich zerlegen in einen Wirkstrom Jh, und einen Blindstrom Jhh, ändert also sowohl die Wirk-, als auch die Blindleistung. Soll die Zusatzspannung und der von ihr erzeugte Strom Jli aber nur eine Veränderung des Wirkstromes in den Leitungen hervorbringen, soll also der von der Zusatzspannung erzeugte Strom in die Richtung der Phasenspannung des Netzes fallen, dann muss die Zusatzspan nung gegenüber der Phasenspannung des Netzes um den obengenannten Winkel a ver dreht werden, so wie dies in Abb.5 gezeigt ist.
Soll eine zweite Spannung Eh nur dazu dienen, den Blindstrom zu regeln, dann muss sie gegenüber der Phasenspannung des Netzes um den Winkel a + 90 verschoben sein. Die Zusatzspannung E@ bezw. Fh, die gegen über der Phasenspannung des Netzes um einen bestimmten Winkel<I>a</I> bezw. <I>a</I> + <I>90 </I> verschoben ist, kann in einem einzigen Zu satztransformator z dadurch erzeugt werden, dass dieser von zwei Erregertransformatoren pi oder p2 gespeist wird (Abb. 6),
deren Se kundärwicklungen in Reihe geschaltet sind und deren Primärwicklungen von Spannungen verschiedener Phasenlage gespeist werden. Der vorausberechnete Winkel<I>a</I> bezw. <I>a</I> -f- <B>901</B> wird dadurch erreicht, dass das Übersetzungs verhältnis der beiden Erregertransformatoren entsprechend aufeinander abgestimmt wird. Wenn die Möglichkeit vorgesehen werden soll, den Winkel a aus betrieblichen Gründen hin und wieder zu ändern, dann können die Er regertransformatoren Anzapfungen a erhalten, die nach Abschaltung des Regulieraggregates, also in stromlosem Zustand, eine Umzapfung der Erregertransformatoren und eine Ände rung ihres Übersetzungsverhältnisses erlauben.
Die Primärwicklung des einen Erregertrans formators pi wird von einer verketteten Span nung, die des andern (p2) aber von einer Pha senspannung des Netzes gespeist. Bei einem Drehstromsystem bedeutet dies, dass die Pri märwicklungen der für die drei Phasen erfor derlichen Erregertransformatoren p1 in Drei eck geschaltet an das Netz angelegt werden, während die Primärwicklungen der Erreger transformatoren p2 in Stern geschaltet an das Netz angeschlossen werden.
Anstatt je drei Transformatoren zu verwenden, können na türlich die drei für die drei Phasen erforder lichen Zusatztransformatoren z in einen ein zigen vereinigt werden, ebenso die Zusatz transformatoren p1 und p2.
Um an Material zu sparen, können die Erregertransformatoren p1 und p2 magnetisch vereinigt werden. Dies ist auf folgendem Wege möglich: Der Erregertransformator p1 ist primär in Dreieck geschaltet, so dass der magnetische Hauptfluss in seiner Wicklung mit den verketteten Spannungen des Systems in Phase ist.
Der Erregertransformator p2 ist in Stern geschaltet und der magnetische Hauptfluss seiner Phasen hat demnach die Lage der Phasenspannungen. Wenn man für die Unterbringung der Wicklungen beider Transformatoren ein dreischenkliges Eisen gestell mit dreieckigem Grundriss verwendet, wie dies in den Anfangszeiten für Drehstrom transformatoren verwendet wurde, darin kann man auf die senkrecht stehenden Schenkel die Wicklungen des Erregertransformators p2 aufbringen, auf die wagerecht liegenden Joche die Wicklungen des Erregertransformators p1, da der Fluss in den Jochen jeweils die Diffe renz von zwei Flüssen in den Schenkeln dar stellt;
also bezüglich Grösse und Phasenlage der verketteten Spannung entspricht, die sich aus der Differenz zweier Phasenspannungen zusammensetzt.
In erst teilweise ausgebauten Netzen wird es häufig vorkommen, dass Regeltransforma toren, die nur eine zur Phasenspannung des Netzes parallele Zusatzspannung liefern, be reits vorhanden sind. In diesem Fall ist es nach Fertigstellung des Ringschlusses nur möglich, einen Reguliertransformator aufzu stellen, der eine derart gerichtete Sparrnungs- komponente abgibt, dass entweder nur die Wirklast oder die Blindlast damit beeinflusst wird. Auch dies ist jedoch eine Benutzung des Erfindungsgedankens, da die Handhabung der Regeleinrichtung bereits dadurch erleich tert wird, dass wenigstens mit dem einen Regel aggregat nur eine Grösse beeinflusst wird.
Es gibt schliesslich noch Fälle, in denen von zwei parallelgeschalteten Leitungen die eine mit einem Strom von konstanter Grösse und konstantem Phasenwinkel belastet ist, während die andere mit einem Strom von konstantem Phasenwinkel, aber- verschiedener Grösse belastet werden soll. In diesem .Falle wird man der Zusatzspannung des Regelaggre gates eine derartige Richtung geben, dass sie auf der regulierten Leitung einen Strom von dem gewünschten Phasenwinkel hervorruft.