DE286058C

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Publication number: DE286058C
Application number: DENDAT286058D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Die Erfindung bezweckt eine selbsttätige Regelung der Spannung in Ein- oder Mehrphasen-Wechselstromleitungen bzw. Kraft- oder Transformatorstationen für normale Periodenzahlen.

In Fig. ι mögen I, I und II, II einen Teil einer Wechselstromleitung darstellen, die von links mit einef Spannung E gespeist wird und einen Strom / mit einer Wattkomponente / · cos φ und einer nacheilenden wattlosen Komponente / · sin φ führt. Der Strom sei unter einer Spannung V abzugeben, die beim Anwachsen der Stromstärke vom Wert O auf den Wert / um p Prozent zunehmen soll.

In einem der beiden Leiter liegt in an sich bekannter Weise die Niederspannungsspule eines Hilfstransformators t, dessen Unterspannung = e und dessen Oberspannung = a · e, dessen Übersetzungsverhältnis also α : ι ist.

so Die Oberspannungsspule desselben Transformators ist erfindungsgemäß in Reihe mit einem Kondensator C zwischen Hin- und Rückleitung geschaltet.

Wäre in Fig. 1 der Kondensator kurz geschlossen, so würde sich die bekannte Schaltung des Zusatztransformators ergeben, der die Spannung V gegen die Spannung E in einem nur von seinem Übersetzungsverhältnis abhängigen, also festen Betrag erhöhen würde.

Wären umgekehrt die beiden Wicklungen des Transformators kurzgeschlossen, so würde eine gleichfalls bekannte Schaltung (Kondensator parallel zum Verbrauchsstromkreis) übrigblei

ben, deren Erfolg eine teilweise Aufhebung der wattlosen Komponente des Nutzstromes wäre.

Die vorliegende Erfindung erzielt nun beide Wirkungen der Grenzfälle. Ihr Erfolg ist:

1. daß die Phasenverschiebung zwischen E und / kleiner wird als die zwischen V und /, und

2. daß die Spannung V gegen die Spannung E. gesteigert wird, aber nicht mehr um einen festen Betrag, sondern um

p = 100

Vc · sin ep
(α+ ΐ)·Ε

vom Hundert.

Da infolge der Schaltung der Kondensatorstrom i = — ist, so ändert sich auch die Kon-

densatorspannung V₀ und damit p im gleichen Verhältnis wie der Nutzstrom /.

Nimmt man beispielsweise eine Leitung, welche 125 KVA. bei E = 475 Volt / = 250 Ampere und cos φ = 0,8 also sin φ = 0,6 zu übertragen hat, so wird mit einem Kondensator von 9,7 Mikrofarad, welcher Spannungen bis zu 1500 Volt aushalten kann, bei 50 Perioden in der Sekunde eine Steigerung der Spannung V gegen E um 5 vom Hundert erzielt, wenn das Übersetzungsverhältnis des Transformators 55 : ι ist. Bei Erhöhung der Kapazität können Kondensatorspannung und Übersetzungsverhältnis entsprechend erniedrigt werden; nur die scheinbaren Leistungen des

Transformators und Kondensators sind durch die Bedingungen festgelegt und betragen hier 8,2 bzw. 6,8 KVA. Der Magnetisierungsstrom des Transformators und die Verluste in diesem und im Kondensator werden dieses Ergebnis natürlich beeinträchtigen, jedoch nur im Verhältnis zu den scheinbaren Leistungen dieser Einrichtungen.

Fällt also mit steigender Belastung der Anlagen die Spannung E, so kann durch diese Anordnung eine gleichbleibende Spannung V am Ende der Leitung erreicht werden, wie auch natürlich durch anderweitige Bemessung der Einrichtungen eine Überhöhung dieser Spannung erzielt werden kann.

Fig. 2 zeigt das Vektordiagramm des Vorganges. Hier ist die Spannung F und der ihr um den Winkel φ nacheilende Strom / gegeben. Mit letzterem ist infolge der Ver-

kettung durch den Transformator der Kondensatorstrom i — — phasengleich, daher ist V_c,

die Kondensatorspannung, um ^x/₄ Periode hinter / zurück. Aus Fig. 1 ergeben sich die Vektorgleichungen:

E+e —V=o E-Vc—α· e = o,
hieraus folgen die Vektorgleichungen:

a a

(α. +ι), e= V-Vc.

Erstere kommt im Dreieck 0-1-2, letztere im Dreieck 0-3-1 der Fig. 2 zur Darstellung.

Da in ersterem Dreieck die Seite 1-2 klein ist gegen die beiden anderen, läßt sich die Beziehung zwischen den wirklichen Werten V, E, Vc ohne erheblichen Fehler in der Form:

τ/ ^tt + ^x ^V'

V =

—- E -j sin φ

μ. α

schreiben. Hieraus ergibt sich für den Leerlauf die Spannung:

a + i

E,

die Spannungserhöhung wird also:

V-Vo Vcsin■

p = ioo ■

V₀

100

vom Hundert. Die oben geschilderte Anordnung kann ebensogut auf der freien Strecke als im Inneren von Transformatorenstationen ausgeführt werden, sofern nicht im letzten Fall eine Schaltung nach Fig. 3 bevorzugt werden sollte. Hier ist T der Stations-, t der Hilfstransformator. Eine Wicklung des letzteren, mit dem Kondensator in Reihe, ist so geschaltet wie in Fig. 1, nämlich zwischen die Pole des Nutzstromkreises. Die andere Wicklung dagegen ist vom Primärstrom des Stationstransformators durchflossen.

Sind die verschiedenen Stromstärken, wie in Fig. 3 angegeben, J₁, J₂, i und /, so ergeben sich, wenn man beide Transformatoren als verlustlos ansieht, die Beziehungen:

,6 C daraus:	• V ι · e	-Ji -Ji	= V	•Λ i
		i	Cl
da nun auch		h

i -I- J₂ - /,

so folgt:

a + ß

und i =

«7

Es wird also auch hier die Kondensatorspannung V_c um ¹Z₄ Periode hinter / zurückbleiben.

Es ergeben sich ferner die Vektorgleichungen :

E — ue = ßV und

e = V+ V₀, woraus

Vc

a+ß '_ft+ß

folgt. Das Dreieck 0-1-2 in Fig. 2 kann auch als Darstellung dieser Vektorgleichung gelten, man muß nur der Seite 1-2 die Bedeutung —^-t F_c geben, dann stellt 0-2 den Wert

j?
_s dar. Auch hier ist, weil Seite 1-2 klein

ist, gegen die beiden anderen eine Vereinfachung erlaubt, welche zur Gleichung:

F = ——- H ^-r F_c sin φ

a+ß a+ß

führt.

Als Spannungserhöhung läßt sich wie oben leicht ermitteln:

p = 100

a. · V₀ sin φ

vom Hundert. Natürlich kann man auch Fig. 3 dahin abändern, daß man die Sekundärwicklungen beider Transformatoren in Reihe und die Primärwicklungen parallel schaltet, wobei der Kondensator auf die Hochspannungsseite verlegt werden muß.

Bei Mehrphasenstrom können dieselben Schaltungen wie bei Einphasenstrom Verwendung finden. Die Einphasentransformatoren können aber auch durch einen Mehrphasentransformator ersetzt werden, wie dies für Dreiphasenstrom Fig. 4 bei Stern- und Fig. 5

bei Dreieckschaltung zeigt. Im letzteren Falle ist im Interesse der Übersichtlichkeit die Bewicklung nur eines Kernes dargestellt. Es ist dabei angenommen, Phase 2 eile der Phase 1 um ¹Z₃ Periode vor.

Da, wie aus dem Vektordiagramm (Fig. 2) hervorgeht, die Regelung auf dem Zurückbleiben der Kondensatorspannung hinter dem Strom beruht, so kann in allen Fällen der Kondensator durch einen übererregten Synchronmotor ersetzt werden. Mit Hilfe von regelbaren Widerständen . in den Hilfsstromkreisen kann der Grad der Spannungsregelung beeinflußt werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Spannung von Ein- oder Mehrphasen-Wechselstromleitungen bzw. Kraftoder Transformatorenstationen bei normalen Periodenzahlen durch die Anwendung von Hilfstransformatoren in Verbindung mit Kondensatoren oder übererregten Synchronmotoren, bei welchen die die zusätzliche Regelspannung liefernde Wicklung des Hilfstransformators vom Nutzstrom durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Wicklung jedes Hilfstransformators mit dem Kondensator oder übererregten Synchronmotor in Reihe und zwischen die Pole der Anlage geschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung jedes Hilfstransformators in Reihe mit einem Kondensator oder übererregtem Synchronmotor parallel zur Sekundärwicklung des Haupttransformators (T), die andere in Reihe zur Primärwicklung des Haupttransformators (T) geschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung jedes Hilfstransformators in Reihe zur Sekundärwicklung des Haüpttransformators (Γ), die andere in Reihe mit einem Kondensator" oder übererregtem Synchronmotor parallel zur Primärwicklung des Haupttransformators (T) geschaltet ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.