-
Anordnung zur Erdschlußlöschung an Höchstspannungsleitungen Bei Höchstspannungsfreilleitungen
muß bekanntlich der Durchmesser der verwendeten Seile zur Vermeidung von unzulässig
hohen Koronaverlusten über einem bestimmten Mindestwert liegen. Diese Tatsache führt
zur Ausführung der bekannten: Kupferhohlseile, um den erforderlichen Durchmesser
bei wirtschaftlichen Querschnittsabmessungen zu erreichen. Bei den ebenfalls verwendeten
Stahl-Aluminium-Seilen liegen die Verhältnisse so, daß bis zu Spannungen von 2ao
kV der wirtschaftlich notwendige Aluminiumquerschnitt ein volles Seil ergab, dessen
äußerer Durchmesser den .Koronabedngungen noch entspricht. Bei den bisherigen Höehstspannungsübertragungen
bis z2o kV war es außerdem sowohl mit Kupferhohlseilen als auch mit Stahl-Aluminium-Vollseilen
möglich, den Durchmesser der Seile unter Einhaltung der Wirtschaftlichkeit auf einer
solchen Höhe zu halten, daß auch im Erdschlußfall, bei dem die Feldstärken an den
gesunden Leitern auf das r,5fache gegenüber den Feldstärken bei Normalbetrieb steigen,
noch keine zu großen Koronaverluste auftreten. Hohe Koronäverluste sind im Erdschlußfall
besonders störend, da sie die Erdschlußlöschung durch Überlagerung eines. Ohmschen
Erdschlußs.tromes sehr erschweren.
Fig. i der Zeichnung zeigt an
den Kuren a. b und c das Ansteigen der Koronaverluste --%-" in Abhängigkeit von
der Leitungsspannung. Die Kurve a. zeigt die Koronaverluste für ein Seil, wie es
normal für die heutigen :22o-lzV-Übertragungen angewendet -wird. Man sieht, daß
sowohl die Verluste bei Nennspannung von aoo 1;V als auch bei der i,5fachen Spannung
im Erdschlußfall von 3001A7 noch gering sind und im letzteren Fall noch zu keiner
Störung der Erdschlußlösehung führen.
-
Bei Steigerung der Übertragungsspannung für neue Großkraftübertragungen,
z. B. auf 4oo kV, muß der Durchmesser der Seile -wesentlich größer als für die 22o-kV-Leitungen
gewählt -werden. Die Kurve b in Fig. i zeigt z. B. die Koronaverluste für ein Seil.
das bei der _N.ennspannung von aoo. 1.:V etwa die gleichen Verluste aufweisen -würde
-wie die bisher normal verwendeten Seile der jetzigen 200-kV-Übertragung bei Nennspannungsbetrieb.
-
Aus der Fig. i erkennt man nun, daß im Erdschlußfall die Koronaerscheinungen
bei einer .ioo-l:V-Llbertragung -wesentlich ungünstiger -werden als bei einer @oo-I@V-LTbertragung,
-weil im Erdschlußfall die absolute Feldstärkenerhöhung an den gesunden Seilen bei
der .loo-kV-Ü. praktisch doppelt so hoch ist als bei der aoo-l:V-t;Tbertragung.
Deshalb reicht, -wie die Kurve b der Fig. i zeigt, für diese übertragungen ein Seildurchiness°r,
der im Normalbetrieb keine oder nur geringe Koronaerscheinungen zeigt, nicht mehr
aus, um auch im Erdschlußfall die Koronaerscheinungen in zulässigen Grenzen zu halten,
sondern es müssen hier, wie die Kurve c zeigt, Seile mit noch größerem Durchmesser
verwendet werden, damit auch im Erdschlußfall die Koronaverluste noch zulässig sind.
-
Die genauere Untersuchung zeigt nun, dar) mit zunehmender Übertragungsspannung,
beispielsweise mit der Verwendung einer Übertragungsspannung von aoo IX, die Durchmesser
der Seile für den Fall, daß auch im Erdschlußfall die Koronaerscheinungen in zulässigen
Grenzen liegen sollen, so groß sein müssen, daß durch die damit erhöhten Anlagekosten
der Leitung die Wirtschaftlichkeit der gesamten Übertragung stark beeinträchtigt
-wird.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung an Höchstspannungsleitungen,
die diesen Nachteil vermeidet, die aber andererseits auch das Auftreten von die
Erdschlußlöschung erschwerenden unzulässig hohen Koronaverlusten unterdrückt. Erfindungsgemäß
wird während der Dauer des Erdschlusses die Leitungsspannung auf ein derartiges
Maß herabgesetzt, daß die Koronaverluste in für die Erdschlußlöschlin- zulässigen
Grenzen bleiben. Der die Spaimungslieral)s2tzung bewirkende Schaltvorgang vollzieht
sich dabei etwa folgendermaßen: Beim Eintritt des Erdschlusses wird entweder durch
Strom- oder Spannungsanregung die Umschaltung der Höchstspannungsleitung vom "Zormalbetrieb
auf Betrieb mit abgesenkter Spannung vollzogen. Der im ersten Augenblick bei voller
Betriebsspannung infolge der noch vorhandenen hohen Koronaverluste hohe Erdschlußreststroin
-wird dadurch infolge der Herabsetzung der Koronaströme auf ein solches Maß verringert,
dali nunmehr der mit dem übrig bleibenden Erdschlußstrom gespeiste Erdschlußliclitbogen
von selbst auslöscht. Sobald das geschehen ist, -wird -wieder auf normalen Betrieb
tungeschaltet. Während bei der bisher bekannten Erdschluß-Fortschaltung zur Löschung
des Erdschlußlichtbogens eine vollständige Abschaltung der fehlerhaften Strecke
vorgesehen ist, bleibt bei der Einrichtung nach der Erfindung die fehlerhafte Strecke
lediglich finit einer etwas verminderten Spannung ini P:-trieb. Dies ergibt wesentliche
Vorteile. Bei der bekannten Erdschlußfortschaltung muß zur sicheren Auslöschung
des ErcIschlußlichtbogens die Leitung eine gewisse Zeit abgeschaltet sein. Dies
hat aber zur Folge. daß beim Wiedereinschalten die Spannungsvektoren eine die Stabilität
gefährdende Phasenabweichung aufweisen können, was hei der Anordnung nach der Erfindung
nicht der Fall ist.
-
Fig. i der Zeichnung zeigt noch. (-lag die Koronaverluste für ein
gegebenes Seil außerordentlich stark mit der Spannung anwachsen. Aus einer Betrachtung
der Kurve b geht z. B. hervor, daß eine Herabsetzung der Spannung von hoo 1X im
Erdschlußfall um etwa i5 °.'o bereits eine Verringerung der auftretenden
Koronaverluste auf etwa 1(1o des Wertes hei 6oo kV ergibt. Während die Koronav-erluste
bei 6oo kV im Erdschlußfall °ilie starke Beeinträchtigung der Erdsclilußlösclittng
bewirken -würden, macht eine gemäß der Erfindung um etwa i j °/u herabgesetzte Spannung
infolge der Verminderung der Koroliaverluste noch eine einwandfreie Erdschlußlöschung
möglich. Ohne Anwendung der Erfindung müßte im beschriebenen Fall zur Erzielung
für die Ercischlußlöschung erträglicher Koronav2rluste ein -wesentlich stärkeres
und daher unwirtschaftliches Seil gewählt -werden.
-
Die Herabsetzung der Spannung an der Höchstspannungsleitung -während
des Erdschlusses kann mit verschiedenen Mitteln herbeigeführt -werden. Man kann
zunächst daran denken, die gewünschte Spannungsabsenkung
durch Herabregelung
der die Leitung speisenden Generatoren zu erreichen. Es ist dabei aber zu beachten,
daß eine derartige Schwächung der Generatorerregung zu einer unerwünschten Erschwerung
der Stabilitätsverhältnisse führen kann, da untererregte Generatoren bekanntlich
leicht zu Pendelungen neigen.
-
Es ist daher vorteilhafter, die Herabsetzung der Leitungsspannung
mit Hilfe von. Transformatoren herbeizuführen, wobei man entweder für diese Umschaltung
besondere Zusatztransformatoren vorsehen kann oder auch an den bereits. vorhandenen,
Leitungstransformatoren Umschaltungen vornehmen. kann.
-
Die Fig. 2, 3 und 4 der Zeichnung zeigen Ausführungsbeispiele für
eine derartige Spannungsherabsetzung mit Hilfe von Transformatoren. In Fig. 2 ist
i eine HöchstslJannungs.-leitüng von 4oo kV, 2 ist der die Leitung speisende Transformator,
3 die Erdschlußdrossel. Die Niederspannungsseite des Transformators 2 ist .über
die beiden parallelgeschalteten Verbindungsleitungen 4 und 5 an die ioo-kV-S-ammelschiene
6 angeschlossen. In die Verbindungsleitung 4 ist ein spannungsherabsetzender Zusatztransformator
7 eingeschaltet. Mit Hilfe der Schalter 8 und 9 kann der Transformator 2 wahlweise
über die Leitung 5 unmittelbar an die Sammelschiene 6 angeschlossen werden oder
über die Leitung 4 über den die Spannung herabsetzenden Zusatztransformator. Im
Normalbetrieb: wird die Unterspannungswicklung des Haupttransformators 2 über den
Schalter 9: direkt gespeist. Im Erdschlußfall wird- der Schalter 9 geöffnet und
kurz, darauf der Schalter 8 geschlossen, so daß nunmehr die Speisung des Haupttransformators
mit entsprechend verminderter Spannung erfolgt. Bei der Anordnung der Fig. 3 ist
2 wieder der die Leitung i speisende Haupttransformator. Die Niederspannungswicklung
dieses Transformators besitzt eine Anzapfung 12, und mit Hilfe der Schalter io und
i i kann die Niederspannungswicklung wieder entweder über diese Anzapfung oder über
die äußeren Wicklungsenden an die Sammelschiene 6 angeschlossen werden. Im Erdschlußfall
wird der Schalter i i geöffnet und kurz darauf der Schalter io, der die äußeren
Enden speist, geschlossen. Auf diese Weise wird ebenfalls die gewünschte Herabsetzung
der Spannung im Erdschlußfall bewirkt. Bei der Anordnung der Fig. 4 ist die Anzapfung
auf der Niederspannungsseite des Transformators 2 in den Sternpunkt des Transformators
verlegt. Mit Hilfe der Schalter 13 und 14 kann der Sternpunkt entweder an der Anzapfung
der Niederspannungswicklung gebildet werden oder an den rechten äußeren Enden. Bei
den Anordnungen der Fig. 2 bis 4 sind zweckmäßig die beiden Schalter 8 und 9 b:zw.
io und ii oder 13 und 714 nacheinander zu betätigen, um einen Kurzachluß des die
Spannung herabsetzenden Zusatztransformators bzw. des. entsprechenden Wicklungsteiles
am Haupttrans.formato,r2 über die beiden Schalter zu vermeiden. Man könnte aber
auch die Schalter gleichzeitig betätigen, wenn man durch Einschaltung von Widerständen
oder Drosselspulen ein zu starkes Ansteigen des kurzzeitig auftretenden Kurzschlußstromes.
verhindert. Beispielsweise könnte man: zu diesem Zweck Wasserschalter (Expansionsschalter)
mit eingebauten Dämpfungswiderständen benutzen.
-
F'ig. -5 der Zeichnung zeigt eine Relaisschalturig, bei der in Abhängigkeit
von dem Erdschlußs.trom (öderderErdschlußspannung) an der Hochspannungswicklung
des Transformators 2 die beiden Schalter 8 und 9 nacheinander aus- und eingeschaltet
werden und dadurch die Spannungsherabsetzung entweder gemäß Fig. 2 öder gemäß Fig.
3 und q. bewirkt wird. In den. Stromkreis der Erdschlußdrossel 3 des Haupttransformators
2 ist ein Stromtransformator 15 eingeschaltet, dessen Sekundärwicklung ein Ü"berstromrelais
16 speist. Das überstromredais besitzt einen Schalthebel 17, der im urierregten
Zustand des Relais die Leitung i8 an den Pluspol der Gleichstromquelle i9 legt,
während bei Erregung des Relais. 16 durch den Stromtransformator 15 der Schalthebel
17 die Leitung 20 an den Pluspol der Gleichstromquelle anschließt. Die Leitung 2o
ist über die Ausschaltspule2i des Schalters 9 und über die im geschlossenen Zustand
des Schalters 9 geschlossenen Kontatke 22 mit dem negativen Pol der Stromquelle
i9 verbunden. Die Einschaltspule 23 des Schalters 8 ist einerseits unmittelbar reit
dem positiven Pol der Stromquelle ig verbunden, andererseits über die im geöffneten
Zustand des Schalters 8 geschlossenen Kontakte 24 und über die im geöffneten Zustand
des. Schalters 9 geschlossenen Kontakte 25 mit dem negativen Pol der Stromquelle
i9 verbunden. Wenn daher im Erdschlußfall der Stromtransformator 15 erregt wird
und dementsprechend der Schalthebel 17 an die Leitung 2o angeschlossen wird, so
wird zunächst durch Erregung der Spule 2i der Schalter 9 geöffnet. Dadurch werden:
die Kontakte 25 geschlossen, so daß auch die Einschaltspule 23 des Schalters 8 von
der Stromquelle 19 aus erregt wird und den Schalter 8 schließt. Ein gleichzeitiges
Schließen der Schalter 8 und 9 ist infolge der Sperre durch denn Kontakt 25 nicht
möglich. Nach dem öffnen des Schalters 9 und dem Schließen des Schalters .8 ist
die Höchstspannungsdeitung an die verminderte Spannung angeschlossen.
Zach
dem Aufhören des Erdschlusses verbindet das überstromrelais 16 infolge
Weg-
fall seiner Erregung die Leitung 18 mit dem Pluspol der Stromquelle ig.
Wenn man zunächst annimmt, daß die Kontakte 26 des Zeitrelais 27 geschlossen sind;
sor wird dadurch einerseits die Ausschaltspule 29 des Schalters 8 über die im geschlossenen
Zustand des Schalters 8 geschlossenen Kontakte 3o an den negativen Pol der Stromquelle
ig angeschlossen und dadurch der Schalter 8 geöffnet. Andererseits wird in Parallelschaltung
die Einschaltspule 28 des Schalters g über die im geöffneten Zustand des Schalters
g geschlossenen Kontakte 31 und über die im geöffneten Zustand des Schalters 8 geschlossenen
Kontakte 32 an den negativen Pol der Stromquelle ig angeschlossen und dadurch der
Schalter g geschlossen. Durch die gegenseitige Verriegelung mit Hilfe der Kontakte
32 wird also -wiederum dafür gesorgt, daß beim Rückschalten des Transformators 2
auf die volle Leitungsspannung ein gleichzeitiges Schließen der Schalter 8 und g
und damit ein Kurzschluß vermieden wird.
-
Bei der Betätigung der Relaisanordnung über den Stromkreis 2o sind
kurze Zeit sowohl der Schalter 8 als: auch der Schalter g geöffnet. Die Höchstspannungsleitung
ist also kurzzeitig abgeschaltet. Dies kann zur Folge haben. daß das Ü'berstromrelais
16 in der Erdverbindung der Löschspule wieder abfällt, so daß die Leitung 2o von
dem Pluspol der Stromquelle ig abgetrennt wird und die Leitung 18 Erregung von der
Stromquelle ig aus bekommt. Da beide Schalter geöffnet sind und dementsprechend
die Kontakte 31 und 32 geschlossen sind, so würde die Einschaltspule 28 Strom bekommen
und den Schalter g -,wiederum schließen. Die beabsichtigte Verminderung der Leitungsspannung
durch Offnen des Schalters g und Schließen des Schalters B wäre also nicht zu erzielen.
Um dies zu vermeiden, ist in die Leitung 18 ein Zeitrelais 27 eingeschaltet, dessen
Erregerstromkreis über die bei geöffnetem Schalter g geschlossenen Kontakte 33 an
die Gleichstromquelle ig angeschlossen ist. Wenn also der Schalter g geöffnet ist,
so bekommt das Zeitrelais 27 Erregung und öffnet für eine li gewisse Zeit die Kontakte
26 und unterbricht dadurch den Stromkreis 18. Dadurch wird der geschilderte Nachteil,
der infolge des Abfallens der Kontakte am Stromrelais 16 eintreten könnte, unterdrückt,
da bei der kurzzeitigen Abschaltung der Höchstspannungsleitung i infolge des Offenstehens
der Schalter 8 und g ein Wiedereinschalten des Schalters g durch das Zeitrelais
infolge Unterbrechung des Stromkreises 18 verhindert wird. Zach einer gewissen Zeit,
nach der die Umschaltung auf die verminderte Spannung bereits voll durchgeführt
ist, werden die Kontakte 26 am Zeitrelais wieder geschlossen, so daß nach dem endgültigen
Wegfall des Erdschl:ü@sses die oben geschilderte Rückschaltung auf die volle Leitungsspannung
ohne Beeinträchtigung durch das Zeitrelais durch die übrigen Relais, wie geschildert,
durchgeführt werden kann.
-
Wie bereits erwähnt, wird man die Schaltfolge der Schalter 8 und g
möglichst rasch hintereinander legen, um den geöffneten Zustand beider Schalter
möglichst abzukürzen. Um eine schnelle Schaltfolge der beiden Schalter zu erreichen,
kann dabei das Einschaltkommando für den Schalter 8 mit einer gewissen Voreilung
gegeben «-erden, wie dies an sich bereits für ähnliche Schaltvorgänge bekannt ist.
Statt die Schalter 8 und g elektrisch derart miteinander zu kuppeln, daß die Schalter
gleichzeitig nicht geschlossen sein können, könnte man auch eine mechanische Kupplung
für denselben Zweck vorsehen.
-
Für die Speisung der Höchstspannungsleitung mit verringerter Spannung
während des Erdschlusses müssen sämtliche die Fernleitung speisenden Haupttransformatoren
mit einer der geschilderten Spannungsabsenkvorrichtungen ausgerüstet «-erden. Um
nun im Erdschlußfall eine gleichzeitige Spannungsabsenkung an den Haupttransformatoren
zu erzielen, kann man die einzelnen Spannungsabsenkvorrichtungen über irgendwelche
Zwischenhilfsmittel synchron steuern. Derartige synchrone Steuerungen sind an sich
bekannt. Beispielsweise kann man das Telenerg-System für diesen Zweck benutzen.