Anordnung zur Begrenzung von Überströmen in Hochspannungswechselstromnetzen Das Hauptpatent betrifft eine Anordnung zur Be grenzung von Überströmen an der Kupplungsstelle von Hochspannungswechselstromnetzen, sowie von Aus gleichsströmen zwischen diesen Netzen im Kurzschluss- fall in einem dieser Netze oder bei Aussertrittfallen, wo bei in die Verbindung ein kapazitiver Blindwiderstand und ein induktiver Blindwiderstand eingeschaltet ist, die verschiedene Vorzeichen und im Normalbetrieb etwa die gleiche Grösse haben, so dass die Resonanzfrequenz dieses Reihenschwingkreises praktisch der Netzfrequenz entspricht,
wobei parallel zum Kondensator eine nur mit ihrem Kupferwiderstand behaftete eisengeschlossene sät- tigbare Drosselspule geschaltet ist und wobei mit der sättigbaren Drosselspule ein zusätzlicher ohmscher Wi derstand in Reihe liegt, der bei Sättigung der Drossel den resultierenden Leitwert der Anordnung überwiegend bestimmt.
Es ist schon die Verwendung eines Reihenschwing- kreises zur Strombegrenzung in Wechselstromnetzen und an der Kuppelstelle zweier Netze bekannt, bei dem der Kondensator durch einen relaisbetätigten Schalter im Kurzschlussfalle überbrückt wird. Bei Wiederkehr nor maler Verhältnisse wird über eine Zeitverzögerung die Überbrückung wieder aufgehoben. Da mechanische Schalter mit der bekannten Zeitverzögerung eingesetzt sind, erfüllt diese Anordnung nicht die gestellte Aufgabe des Hauptpatentes, den dynamischen Stromspitzenwert bereits abzuriegeln.
Eine weitere bekannte Anordnung zur Begrenzung von Kurzschlussströmen in Wechselstromleitungen be steht ebenfalls aus einer Kapazität und einer Indukti- vität in Reihenschaltung, die einen auf Resonanz abge stimmten Schwingkreis bilden. Hierbei wird die Kapa zität im überstromfalle durche eine Funkenstrecke, einen Gasentladungsableiter oder sonstige Gasentladungsge- fässe überbrückt. Durch dieses plötzliche Ansprechen des Nebenschlusses tritt eine ausserordentlich harte kurz zeitige Schalthandlung ein, die bei höheren Leistungen in Wechselstromnetzen sehr unerwünscht ist.
Ausserdem ist es heute noch mit sehr grossen Schwierigkeiten ver- bunden, wenn nicht gar unmöglich, solche Elemente wie Funkenstrecken und Gasentladungsableiter zur Über brückung eines der Blindwiderstände im Kurzschlussfalle für den gewünschten Leistungsbereich herzustellen.
Eine andere bekannte Vorrichtung zum Schutz von überstromempfindlichen Verbrauchern, wie z.B. von Ge räten mit Siliziumgleichrichtern oder Transistoren, be steht auch aus einem auf Resonanz abgestimmten Reihen schwingkreis, der im Nennbetrieb einen vernachlässig- baren Widerstand aufweist, wobei zur Kapazität eine möglichst verlustarme Sättigungsdrossel parallelgeschal tet ist, deren Induktivität im infolge Überstromes ge sättigten Zustand Schwingungen höherer Frequenz zum Zwecke einer Umladung des Kondensators ausführt,
so dass der durchfliessende Strom unter den Nennstrom herabgedrückt wird. Kippvorgang und rasche Umladun gen, deren sich diese Anordnung zur Strombegrenzung bedient, schliessen ihre Anwendung bei höherer Leistung in Starkstromanlagen praktisch aus. Auch wegen der Oberwellenrückwirkungen infolge der stark verzerrten Stromkurven ist die Anordnung im Netzbetrieb nicht tragbar.
Nur eine Anordnung gemäss dem Hauptpatent er füllt bei wirtschaftlicher Auslegung der Elemente die für Hoch= und Höchstspannungsnetze in Bezug auf Span- nungs- und Leistungsbereich gültigen Anforderungen. Ruhende Elektromagnetische Maschinen, wie Transfor matoren und Drosselspulen, und Kondensatoren kann man in jeder benötigten und gewünschten Auslegung her stellen. Insbesondere werden lichtbogenziehende Schalt geräte, wie Funkenstrecken und überspannungsableiter, und Leistungsschalter zum Anschalten des Kondensator nebenschlusses vermieden.
Die ersteren haben den Nach teil, dass sie durch die ausserordentlich leistungsstar ken Lichtbögen einem starken Verschleiss unterworfen sein würden, vorausgesetzt man könnte sie überhaupt für den benötigten Leistungsbereich wirtschaftlich fertigen. Die Leistungsschalter wiederum sind infolge des Umwegs über Fühl- und Betätigungselemente mit einem unver meidlichen Zeitverzug versehen, der sie für die gestellte Aufgabe, schon die dynamisch wirksamen Stromampli tuden des Kurzschlussstromes abzuriegeln, ungeeignet machen.
Nur das magnetische Schaltglied in Gestalt der Sättigungsdrossel, deren Sättigung und damit Schalt funktion durch das Ansteigen des kurzschlussstromab- hängigen Spannungsabfalls selbst bewirkt wird, kann den Anforderungen genügen.
Der Blindwiderstand dieser Drossel ist im nichtge sättigten Zustand im normalen Strombereich ent sprechend hoch, so dass die Kapazität mit der Haupt drossel einen nicht gestörten Reihenschwingkreis bildet. Erreicht der Spannungsabfall über dem Kondensator in folge eines Ansteigens des Stromes einen bestimmten Grenzwert, so gerät der Drosselkern in Sättigung und ihr induktiver Widerstand vermindert sich.
Infolge des nun wirksamen im wesentlichen Ohm'- sehen Nebenschlusses zum Kondensator ist die Reihen resonanz gestört und der Schwingkreis weist einen ge genüber vorher um ein Vielfaches vergrösserten resultie renden Widerstand auf, so dass der Strom in der Ver bindungsleitung wirksam begrenzt wird. Als Begren zungsstrom, also als Höchstwert des Dauerkurzschluss- stromes, kann durch die Begrenzungskupplung ein Wert erreicht werden, der dem Nennstrom nahe liegen kann.
Wenn man sich zum Ziel setzt, den Kurzschlussstrom möglichst genau auf die Grösse des Nennstromes zu be grenzen, so führt dies zwar der Rechnung nach zu gün stigen Werten, es ist aber dabei zu berücksichtigen, dass 1. für den Einschwingvorgang, der für die erste Halbwelle massgeblich ist, von ausschlaggebender Be deutung ist, wie gross der Strom in dem Augenblick war, als der Kurzschluss eintrat, und welche Phasenlage er zur Spannung hatte. Durch eine solche Überlagerung des vorhandenen Stromes mit den ersten Halbwellen des Einschwingstromes kann bereits eine Spannung an Haupt induktivität und Serien-Kondensator entstehen, die prak tisch für die Auslegung bestimmend ist und schon in der Gegend des doppelten Wertes liegt, der bei Nennstrom auftritt.
2. Ausserdem ist zu berücksichtigen, dass zwei Netze im allgemeinen deshalb gekuppelt werden, damit im Störungsfall das eine Netz sich an der Überlastung des anderen Netzes wesentlich beteiligt. Eine Begrenzung nur auf den Nennstrom als Übergabestrom würde eine solche selbsttätige Hilfeleistung stark herabsetzen, und es würde ein Auseinanderfallen des Betriebes begünstigt werden.
Mit Vorteil erfolgt die Auslegung der Elemente der Begrenzungskupplung so, dass der Dauerkurzschluss- strom durch die Begrenzungskupplung auf den 1,5- bis 2-fachen Wert des Nennstromes festgelegt wird. Hier durch kann erreicht werden, dass auch beim Störungs fall des einen Netzes das andere den überlaststoss we sentlich mitträgt, und es wird ausserdem ein genügend hohes synchronisierendes Moment von der elektrischen Seite zur Verfügung gestellt, so dass ein vorzeitiges Aus- sertrittfallen der Netze weitgehend vermieden wird.
Aber auch die unter 1, angeführte Bedingung wird bei einer Auslegung für den 1,5- oder 2-fachen Nenn strom wesentlich günstiger. Es steht jetzt mehr Zeit zur Verfügung, bis der anschwingende Kurzschlussstrom den Wert erreicht, der durch die Sättigungsinduktion der Sättigungsdrossel letzten Endes vorbestimmt ist. Gleich zeitig wird mit dieser Auslegung erreicht, dass Grösse und Phasenanlage des vorhandenen Stromes beim Ein tritt des Kurzschlusses sich bei der Überlagerung nicht mehr so stark auf die maximale Höhe der ersten Halb- wellen auswirken.
Es lässt sich rechnerisch und experi mentell nachweisen, dass bei Eintritt des Kurzschlusses nunmehr die ersten Halbwellen nicht wesentlich vergrös- sert sind gegenüber dem endgültig auftretenden Dauer strom im Kurzschlussfall.
Die vorbeschriebenen Vorteile lassen sich gemäss der Erfindung dadurch erzielen, dass das Grössenverhältnis des Blindwiderstandes der parallelgeschalteten Drossel in gesättigtem Zustand zum Blindwiderstand des Kon densators zwischen 0,1 und 1 liegt:
EMI0002.0028
und dass das Grössenverhältnis des Ohm'schen Wider standes im Parallelpfad zum Blindwiderstand des Kon- densators zwischen 0,3 und 2 liegt:
EMI0002.0032
Hierbei bedeutet X, die Reaktanz des Kondensators, Xzs die Reaktanz der gesättigten Drossel im Parallel zweig und R den Wert des Widerstandes im Parallel zweig.
In der anliegenden Zeichnung ist in Fig. 1 ein An wendungsbeispiel der Begrenzungskupplung zwischen einer Spannungsquelle mit der treibenden Spannung U und einem Verbrauchernetz, in dem durch den Blitzpfeil ein Kurzschluss angedeutet ist, dargestellt. Der Reihen schwingkreis besteht aus der linearen Induktivität L mit dem Blindwiderstand X, und aus dem Kondensator C mit der Reaktanz X, Der Nebenschluss zum Konden sator besteht aus der sättigbaren Drossel D mit der Reaktanz X7 im ungesättigten und der Reaktanz Xzs im gesättigten Zustand,
sowie aus einem Ohm'schen Wi derstand R.
Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Blindwiderstandskenn- linie der sättigbaren Drossel D. Ferner wird empfohlen, für diejenige Spannung Uzs, bei der die Sättigungsdrossel in den Sättigungswert übergeht, die halbe Netzspannung U- zu verwenden und im Grenzfall unterhalb des Scheitelwertes der Netzspannung zu bleiben.
Die erfindungsgemässe Bemessung der Elemente der Begrenzungskupplung stellt sicher, dass den Ansprüchen des Betriebes auf Parallelbetrieb Rechnung getragen wird, ein gleichmässig sicheres Arbeiten der Anordnung zuverlässig erfüllt ist und die Ausbildung einer über höhten ersten oder zweiten Halbwelle mit Sicherheit ver mieden wird.