Einrichtung zum selbsttätigen Ein- und Ausschalten von Löschspulen zum Schutze von Hochspannungsnetzen. .Feim Normalbetrieb von Hochspannungs netzen, insbesondere solchen, bei :denen die Teilkapazitäten der INTetzleiter gegen Erde nicht alle den gleichen Wert haben, ergibt sich bekanntlich er Nachteil, dass sich bei Verwendung von Erdungsinduktivitäten (Löschspulen) zum Erdschlussschutz -die Span nung des Netzes gegen Erde umsomehr ver lagert,
je näher die Löschspule auf Resonanz mit der Summe der genannten Kapazitäten abgestimmt ist. Lm diese Verlagerung zu vermeiden, ist daher die sogenannte Disso- nanzabstimmung der Löschspulen vorge schlagen worden, welche die Spannungsver lagerung des Netzes in engen Grenzen hält, ohne die Löschfähigkeit der Schutzeinrich tung wesentlich herabzusetzen.
Eine andere Möglichkeit, die Spannungsverlagerung zu vermieden, besteht .darin, dass im Normal betrieb des Netzes die Löschspule .durch einen Stromkreis von sehr geringem Wider stand überbrückt wird, der aber im Falle eines Erdschlusses selbsttätig geöffnet wird, so dass also im Normalbetrieb die Spannungs verlagerung nahezu auf Null gebracht wird, im Erdschlussfalle dagegen die Löschspule in voller Wirksamkeit ist. Hierfür sind aber Selbstschalter erforderlich, die unter dem Einfluss der Spannung zwischen Nullpunkt und Erde stehen und die in kürzester Zeit beim Anstieg dieser Spannung den Über brückungsstromkreis unterbrechen.
Nun sind aber Schalter gewöhnlicher Art für diesen Zweck ganz ungeeignet, .da sie viel zu träge arbeiten und für die in Frage kommenden Abschaltleistungen viel zu gross ausfallen. Es ist nämlich zu beachten, dass die maximal am Schalter auftretende Spannung gleich der Phasenspannung des Netzes und der im Erd- schlussfalle auftretende Strom in der Über brückung von der Grössenordnung .des Erd- schlussstromes sein kann.
Die Abschalt- leistung entspricht also der Grössenordnung nach dem Produkt aus Phasenspannung X Erdschlussstrom. Derartige Schalter erfordern zur Abschaltung eine relativ lange Zeit und in dieser ist das Netz ungeschützt.
Diese Nachteile werden, aber vollkommen vermieden, wenn man erfindungsgemäss als Schalter gittergesteuerrte Vakuumzellen ver wendet, die den Stromkreis selbsttätig in ausserordentlich kurzer Zeit abschalten und dabei ohne Schwierigkeit für die genannten Spannungen und Ströme bemessen werden können.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Einrichtung zum selbsttätigen Ein- und Aus schalten von Löschspulen zum Schutze von Hochspannungsnetzen, bei welcher im Nor malbetrieb des Netzes die Löschspule durch einen -die Verlagerungsspannung auf einen kleinen Wert herabsetzenden Stromkreis überbrückt ist, in welchem sich gitterge steuerte Vakuumzellen befinden, deren Gitter in Abhängigkeit von der Grösse der Span nung zwischen Netznullpunkt und Erde so gesteuert werden, .dass beim Steigen dieser Spannung über.
einen, gewissen Wert .der Stromdurchgang .durch die Vakuumzelle ge sperrt und damit .der Überbrückungskreis unterbrochen ist, während beim Herabsinken der .Spannung unter diesen Wert das Gitter ein Potential erhält, welches den Strom durchgang freigibt.
Als Ventilzellen könnte man, weil es sich um den Durchfluss von Wechselstrom han delt, Zellen verwenden, die nur Elektronen emittierende Elektroden besitzen, sei es, dass sie als "Glühkathoden" oder als Quecksilber elektroden ausgebildet sind. Eine vorteil haftere Ausbildung der Einrichtung ergibt sich aber aus der Verwendung zweier Va kuumventilzellen entgegengesetzter Durch lassrichtung, die sich im Überbrückungs stromkreis in Parallelschaltungbefinden und die gleichzeitig und im gleichen ;Sinne ge steuert werden.
Der Erfindungsgegenstand soll nun an hand der Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 3 näher erläutert werden.
In Fig. 1 'bedeutet C die totale Teil kapazität des Netzes gegen Erde, L die Löschspule, U eine Überbrückungsleitung, TV,, TT. zwei parallel geschaltete Ventilzellen entgegengesetzter Durchlassrichtung. Es sei angenommen, dass das Potential .der Gitter G, bezw. G^ so eingestellt ist, dass .der Strom durchgang durch die Zellen V,
. und V2 ±rei- g o egeben ist. Die Löschspule befindet sich dann über die Ventilzellen im Kurzschluss und das Netz ist somit direkt geerdet. Dies bedeutet aber keineswegs, dass die Überbrük- kungsleitung U stromfrei ist.
Die auf den Erdungskreis wirkende Unsymmetriespan- # nung ruft in .ihm einen Unsymmetriestrom hervor, der sich über den Überbrückungskreis U schliesst. Der Unsymmetriestrom hat .die Frequenz .des Netzes. An der Löschspule L tritt als Folge dieses Stromes aber eine ,Span- nung auf, welche gleich ist dem Spannungs verbrauch des Überbrückungskreises.
Dieser setzt sich aus dem Spannungsabfall im Wi derstand dieses Kreises und in den Vakuum zellen zusammen. Verwendet man als Ventil zellen Quecksilberdampfröhren, dann beträgt der Lichtbogenabfall zirka 20 Volt. Ent sprechend der Spannung an der Löschspule geht somit auch ein Teil des Unsymmetrie- stromes durch diese Spule.
Um .den Strom durchgang durch die Ventilzellen V, und V#- nach beiden Richtungen zu ermöglichen, sind .sie mit entgegengesetzter Durchlassrich- tung parallel geschaltet, das heisst es ist die Anode .9 ., mit der Kathode K" die Anode AZ mit der Kathode K, verbunden.
Es muss nun dafür Sorge getragen werden, dass bei Zunahme der Spannung an der Löschspule (also im Erdsehlussfalle) der ,Stromdurchgang durch beide Ventilzellen, von denen jede nur die Halbwellen gleichen Vorzeichens durch lässt, selbsttätig gesperrt wird.
Hierzu dient die durch -die Steuertransformatoren T,, T2, rS'P und den Steuergleichrichter G, gebildete Einrichtung, welche den Gittern G, bezw. G2 gegenüber ihren Kathoden K, bezw. K2 bei kleiner Löseh.spulenspannung ein positives (Durchlass-), bei .grosser Löschspulenspannung dagegen ein negatives (Sperr-) Potential er teilen.
Die Arbeitsweise dieser Einrichtung ist folgende: Die Primärwicklungen P, und Pz der Transformatoren T, und TZ sind in Reihe geschaltet und diese Reihe wird von der Spannung der Sekundärwicklung Qp des Spannungstransformators Sp bespeist, wel cher primär an der Uschspulensspannung liegt. Die Spannung an der Reihe P1 und FZ ist also proportional der Spannung an der Löschspule.
Die Transformatoren T, und T--, besitzen nun je zwei Sekundärwicklungen und es ist je eine "Sekundärwicklung .des Transformators T1 einer Sekundärwicklung des Transformators T= entgegengeschaltet, so dass an diesen beiden Wicklungsreihen die Differenz der Sekundärspannungen herrscht.
Die eine Sekundärwicklungsreihe ist nun zwischen Kathode K, und Gitter G, der Ven tilröhre V,, die andere zwischen Kathode KZ und Gitter G;, der Ventilröhre V@ geschaltet.
Die Übersetzurg der Tran:sformatorwicklung ist so gewählt, dass die Spannung an der Sekundärwicklung von T, grösser ist als die an der Sekundärwicklung von T2. Der An- sehluss der Sekundärwicklungsreihe an die Elektroden erfolgt nun so, dass die an .dieser Reihe herrschende resultierende Spannung das Gitter gegenüber der Kathode positiv aufladet.
Zur Umkehr der Richtung der Gitterspannung beim Anstieg der Lös6h- spulenspannung dient die gleichstromge speiste Wicklung Y auf dem Mittelschenkel des Transformators T,. Diese Wicklung er zeugt im Eisen des Transformators T, ein Gleichstromfeld, welches das Eisen der beiden äussern Schenkel in entgegengesetztem Sinne sättigt.
Die MMK des Wechselstromes wirkt daher während einer Halbwelle auf dem :einen Schenkel im iSinne, im andern gegen den Sinn der Gleichstromsätt boung, für die andere Halbwelle kehrt sich der Sinn der MMK in beiden Schenkeln entsprechend um. Man erreicht dadurch eine symmetrische Form der beiden Halbwellen der Sekundär spannung und einen annähernd sinusförmigen Verlauf der Spannungskurven.
Man kann nun die Verhältnisse sehr anschaulich dar stellen, wenn man die Magnetisierungskurven der beiden Magnetkreise mit verschiedenen Vorzeichen über der gleichen Abszisse auf trägt und die Nullpunkte ihrer Koordinaten um den doppelten Wert der Gleichstrom erregung i. auseinanderrückt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die beiden Nagneti- sierungskurven haben einen Schnittpunkt P miteinander, und zwar beim Wert der erzeug ten Gleichstromsättigung (.siehe Fig. 2, Punkt P).
Dieser Schnittpunkt P ist nun der Ausgangspunkt für die sich über die Gleichstromerregung überlagernde Wechsel strom.erregung. Ob diese vom Punkt P aus von links nach rechts, oder 'bei Stromumkehr von rechts nach links aufgetragen wird, in jedem Falle addiert .sie sich in dem einen Kreis zur Gleichstromerregung, während sie sich im andern Kreis von ihr subtrahiert, die gesamte Fluxänderung in .den in Reihe liegenden Spulen entspricht aber der :Summe .der Fluxänderungen in -den beiden Kreisen.
Es ist aus der Fig. 2 zu ersehen, dass die Grösse der Fluxänderung also auch die Grösse der Primärspannung ET, des Transformators T, von der Grösse der Gleichstromerregung i,. abhängt. Wählt man sie entsprechend ,dem Wert i. max., dann hat bei einer Wech- selstromerregung i". die Spannung<B>ET,</B> den in der Nähe von P liegenden Wert.
Für den am Gleichrichter G, auftretenden mini malen Wert von E, (Eg min:.) hat die Span- nuttg _ET, .d-en an der linken Seite der Fig. 2 angegebenen Wert, der aber erheblich grösser ist als der bei der Spannung Eg max. auf tretende.
Im Gegensatz hierzu ist die am Transformator T, herrschende Spannung ET2 kleiner geworden und bei richtiger Wahl des Spannungsverhältnisses
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lässt sich errei chen, dass die Differenz der Spannungen <B><I>(EI</I></B> T,<I>-</I> Er") das Vorzeichen umkehrt. Durch die Gleichstromsättigung wird also die durch den Wechselstrom erzeugte Feld änderung in den Schenkeln von T,. verkleinert, so dass wegen -der verkleinerten Impedanz des Transformators T,
gegenüber der von T2 ein grösserer Teil der Primärspannung an den Klemmen von T, gemessen wird, als vor her. Demgemäss wächst unter dem Einfluss der Gleichstromerregung die Sekundärspan nung des Transformators T2 relativ zu der :des Transformators T, Für eine gewisse Spannung uud Gleichstromerregung wird .sie gleich, .das heisst die resultierende Spannung an der Reihe der Sekundärwicklungen ist Null.
Die Gitter haben das Potential der Kathode und sperren den Stromdurchgang durch die Ventilzellen V, und V=. Bei, wei terer Steigerung der Gleichstromerregung überwiegt die Spannung an der Sekundär wicklung des Transformators T. gegenüber der an T, und die Gitter werden relativ zur Kathode negativ aufgeladen. Es ist nur noch notwendig, .die Gleichstromerregung der Wicklung Y selbst von der Löschspulen- spaunung abhängig zu machen.
Dies wird mit Hilfe des Steuergleichrichters G, und ,der ,Sekundärwicklung 0p erreicht, welche ebenfalls auf dem (Spannungstransformator Sp untergebracht ist. Die Spannung am Gleichrichter G1 ist proportional .der Lösch- spulenspannung, demgemäss ist auch .der Gleichstrom proportional dieser Spannung.
Um die Zeitkonstante dieses Erregerkreises klein zu halten, ist der ohmsche Widerstand W in .diesen Gleichstromkreis eingeschaltet. Das erzeugte Gleichstromfeld kann dadurch konstant gehalten werden, dass auf dem Mittelschenkel des Transformators T1 eine in sich kurzgeschlossene Wicklung oder Win dung D angebracht ist. Die beschriebene Gittersteuerung wirkt also ;derart, dass bei kleiner :Spannung an der Löschspule die Gitter ein den Strom durchlassendes positives.
Potential erhalten, während ihnen, wenn die Löschspulenspannung einen gewissen Wert überschreitet, ein gegenüber ihrer Kathode negatives Potential .erteilt würde, welches -den Stromdurchgang sperrt. Der Überbrückungs kreis öffnet .oder schliesst sieh somit auto matisch, wenn die Spannung an der Lösch- spule steigt oder fällt.
Diese Einrichtung eignet sich nun aber ganz besonders auch zur selbsttätigen Ein stellung der Löschspule auf den der jeweiligen Netzlänge angepassten Wert. Zu diesem Zweck wird in den Überbrückungskreis I7 eine Weohselstrommaschine H. eingeschaltet, wel che nach Art .einer gleichstromerregten Syn chronmaschine gebaut sein kann.
Man wird zweckmässig die Frequenz .dieser Hilfs maschine von der Netzfrequenz verschieden wählen, um den Einfluss der Netzfrequenz auf die Messung des jeweiligen Blindleit- wertes der aus C und L gebildeten Kom bination auszuschalten.
Soll die Löschspule stets auf einen bestimmten Kompensations- grad
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eingestellt sein, wo den rezi- proken Wert des Verhältnisses der gewählten Induktivität L,d-er Löschspule zu der Induk- tivität L' der auf Resonanz abgestimmten Löschspule bedeutet, dann ist es vorteilhaft, .die Frequenz co,t der Hilfsmaschine so zu wählen,
däss für sie sich L und C in Reso nanzabstimmung befindet. Ist o die Be triebsfrequenz des Netzes, dann ist
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Bei einer Einstellung der Löschspule auf den gewünschten Wert von v wird -dann der Strom der Hilfsmaschine stets .ein Minimum sein.
Um aber zu erkennen, ob bei abweichen- ,der Einstellung der Löschspuleninduktivität diese zu gross oder zu klein ist, ist es not wendig, festzuhalten, ob der Strom .der Hilfs maschine in .diesem Falle kapäzitiven oder induktiven Charakter hat.
Zu diesem Zwecke wird man ihn in Beziehung zur Spannung der Hilfsmaschine, oder besser noch zur Spannung einer zweiten Hilfsmaschine HZ von gleicher Frequenz und Phase setzen, indem man ein wattmetrisches Instrument B sowohl vom Strom der Hilfsmaschine Hl, wie auch von der Spannung der Hilfsmaschine HZ speist.
Da die an .den Klemmen der Hilfs maschine H2 herrschende :Spannung nur die Frequenz
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aufweist, scheidet der Ein- fluss der ;Stromkomponente von Netzfrequenz für die Messung vollständig aus.
Die beiden synchron miteinander zu betreibenden Hilfs maschinen Hl und HZ wird man zweckmässig von .einem gemeinsamen @Synchranmotor M unter Zwischenschaltung einer entsprechen den Geschwindigkeitsübersetzung betreiben, wobei der Motor M vom gegebenen Netz aus gespeist werden kann. Das Instrument .B kann nun nach Art eines Anzeig einstrumen- tes, eines Relais. oder eines Reglers ausgebil det sein.
Im letztgenannten Falle wird man es so ausbilden, .dass es den Kontakt J, wel cher Windungen der Löschspule zu- oder ab schaltet, so beeinflusst, .dass der Reglerstrom stets seinem Minimalwert zustrebt. Dadurch wird die Einstellung der Löschspule auf den gewünschten bestimmten Kompensationsgrad selbsttätig erreicht.
Das Verhalten und die Wirkungsweise der beschriebenen. Einrichtung im Netzbetrieb ist nun folgende: Bei gesundem Netz ist wegen der Ver- stimmungder Löschspuledie Spannungsver lagerung des Netzes gegen Erde, also die Spannung an -der Löschspule selbst sehr ge ring (El in Fig. 3). Die Gitter der Vakuum zellen erhalten deshalb ein den Stromdurch gang freigebendes (positives) Potential.
Da mit ist aber der Überbrückungskreis ge schlossen und .die Spannung an der Lösch- spule auf einen sehr kleinen Wert (E2) ge bracht. Der Strom der Hilfsmaschina H, betätigt nun den Regler E in der Weise, dass auch bei Änderungen der Netzlänge, also bei Ab- und Zuschalten von Netzteilen die Löschspule stets auf den bestimmten Kompensationsgrad v eingestellt wird. Tritt nun ein Erdschluss auf, dann ;
steigt die .Span nung an der Löschspule auf den Wert der Phasenspannung (En), die Gitter erhalten ein den Stromdurchgang sperrendes (negatives) Potential und so wird der Überbrückungs stromkreis automatisch geöffnet. Die LÖSCh- spule unterdrückt den Erdschlussstrom an der Fehlerstelle. Ist der Erdschluss besei tigt, dann sinkt die Spannung an der Lösch- spule wieder auf den Wert E,
so dass die Gitter den Stromdurchgang durch den Über brückungskreis freigeben und diesen schlie- ssen. Dieses Spiel wird sich in jedem Erd- schlussfalle wiederholen.
Bei Netzen sehr hoher Spannung kann man für die ganze Einrichtung oder einen Teil .davon Spannungswandler verwenden, so dass .die Hilfsmaschinen und Apparaturen in Niederspannungskreisen liegen.
Es kann vorteilhaft sein, die Überbrük- kung der Löschspule in den Sekundärkreis eines primär parallel zur Löschspule ange sehlossenen Transformators zu legen, um die erforderliche Schalteinrichtung nur für .die beliebig niedrig wählbare ,Spannung .dieses Stromkreises zu bemessen.