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Anordnung zur Stabilisierung von elektrischen Kraftübertragungen Die
Erfindung- betrifft eine Anordnung zur Erhaltung der Stabilität von elektrischen
Kraftübertragungen in Störungsfällen, z. B. bei Kurzschlüssen oder auch bei Erdschlüssen
in Netzen mit fester Nullpunkterdung, bei der im Störungsfalle eine Ersatzbelastung
der einspeisenden Generatoren durch regelbare Widerstände, insbesondere regelbare
Wasserwiderstände, vorgenommen wird.
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Tritt ein derartiger Fehler z. B. in einer langen Fernleitung für
22o kV oder auch 400 kV auf, so erfahren die elektrischen Größen, die bis dahin
für den Stabilitätsgrad der betreffenden übertragungsleitung maßgebend waren, eine
sprunghafte Veränderung. Insbesondere gilt dies von der Belastung der Maschinen.
Ein Teil dieser Maschinen kann durch die Abschaltungen entlastet werden, ein anderer
Teil kann zusätzliche Last aufnehmen. Die Polräder der Maschinen werden im ersten
Fall voreilen, im zweiten Fall nacheilen wollen. Es besteht dann die Gefahr, daß
bei dem Versuch, die Maschinengruppen wieder zusammenzuschalten, die Polradwinkel
bereits zu groß geworden sind, so daß ein stabiler Betrieb nicht mehr herbeigeführt
werden kann.
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Um ein derartiges starkes Auseinanderlaufen der Polräder der Generatoren
zu vermeiden, ist es bekannt, die Generatoren während der Unterbrechungszeit sofort
anderweitig durch ohmschen Widerstand zu belasten. Hierfür haben sich insbesondere
Wasserwiderstände gut bewährt. So werden beispielsweise in Wasserkraftwerken häufig
Wasserwiderstände verwendet, welche die von den
Generatoren gelieferte
Energie dann übernehmen, wenn sich etwa zufolge eines Netzkurzschlusses scharfe
Lastabsenkungen ergeben oder eine plötzliche Entlastung der Generatoren auftritt.
Dabei erfolgt das Umschalten des Generators bzw. der Generatoren auf die stets betriebsbereit
gehaltenen Wasserwiderstände gewöhnlich selbsttätig und unmittelbar nach dem Ausfallen
des Netzschalters. Nachteilig ist dabei aber, daß diese Ersatzbelastungswiderstände
ihrerseits eine feste Größe aufweisen und daher in den wenigsten Fällen mit der
tatsächlichen Größe der Maschinenbelastung imAugenblick desAuftretens desNetzfehlers
übereinstimmen werden. Man könnte daran denken, den Widerstand in an sich bekannter
Weise regelbar zu machen und ihn bei Eintreten des Störungsfalles so einzustellen,
wie es die Verhältnisse vorteilhaft erscheinen lassen. Als nachteilig ergibt sich
aber hierbei, daß das Einstellen der Widerstände Zeit erfordert, innerhalb welcher
die Polräder der Maschinen bereits zu sehr auseinanderlaufen können. Infolgedessen
werden auch durch solche Maßnahmen die vorher für die Aufrechterhaltung der Stabilität
maßgeblich gewesenen Betriebsbedingungen nicht wieder in befriedigender Weise gesichert.
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Um nun in dieser Hinsicht eine Verbesserung zu erzielen und um sicherzustellen,
daß beispielsweise eine infolge eines Erdschlusses vom Netz abgeschaltete Phase
durch den ihr zugeordneten Wasserwiderstand eine künstliche Belastung erhält, die
der Belastung der beiden anderen, noch im Betrieb befindlichen Phasen entspricht,
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die regelbaren Belastungswiderstände laufend
selbsttätig so eingeregelt werden, daß dieGröße ihres jeweiligen wirksamen Widerstandswertes
dem . augenblicklichen Leistungsanteil des zugehörigen einspeisenden Generators
entspricht, und daß die Regeleinrichtungen der einzelnen Belastungswiderstände nicht
in Abhängigkeit von der zugehörigen Phase, sondern zyklisch vertauscht von einer
benachbarten Phase eingesteuert werden. Eine derartige Anordnung läßt sich mit verhältnismäßig
einfachen Mitteln verwirklichen. Sie verhindert einAuseinanderfallen der einspeisenden
Generatoren und damit ein Zusammenbrechen der Stabilität im Störungsfalle.
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Die Vorsteuerung des noch nicht eingeschalteten Belastungswiderstandes
kann, wie vorbeschrieben, nicht nur durch die jeweils vorliegende Generatorbelastung
erfolgen, sondern auch durch andere Betriebsdaten. Insbesondere erscheint hierfür
derPolradwinkel der einzelnen Maschinen geeignet. Durch laufende Überwachung desselben
kann die Steuerung der Ersatzbelastungswiderstände nicht nur als Vorsteuerung arbeiten,
sondern auch während des Störungsfalles selber arbeiten, indem sie die Belastung
jeweils so einregelt, daß der Polradwinkel innerhalb der für die Stabilität notwendigen
Grenzen bleibt.
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Bei Netzen mit freiem oder induktiv geerdetem Nullpunkt sind die Leistungsschalter
im allgemeinen dreipolig ausgeführt, wobei die einzelnen Pole als Einheit gleichzeitig
geschaltet werden. Bei starr oder annähernd starr geerdeten Netzen, in denen jeder
Erdschluß zu einem Kurzschluß wird, können die drei Pole der Leistungsschalter zweckmäßig
auch einphasig schaltbar vorgesehen werden, so daß bei Erdschluß in einer Phase
der dann entstehende Erdkurzschluß abgeschaltet werden kann, ohne daß die beiden
anderen gesunden Phasen mitgeschaltet werden. Die elektrische Verbindung zwischen
zwei Maschinengruppen ist dann zwar verschlechtert, aber nicht vollständig unterbrochen.
Entsprechendes gilt von der Stabilität, die zwar verschlechtert ist, aber im verminderten
Maße noch weiterbesteht.
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Um in einem solchen Schaltzustand die Stabilität zu verbessern, wird
der vorbeschriebene Wasserwiderstand zweckmäßig in drei einphasige Elemente aufgelöst,
die voneinander unabhängig gesteuert werden, und zwar erfolgt die Steuerung, wie
grundsätzlich bereits erwähnt, so, daß z. B. der Wasserwiderstand der Phase
U von der Phase V, der Wasserwiderstand der Phase V von der Phase
W und der Wasserwiderstand der Phase W
von der Phase U gesteuert wird.
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Die Steuerung läßt sich ferner dadurch verfeinern, daß man die induktive
Belastung mitberücksichtigt. Für diesen Zweck sind regelbare induktive Widerstände
geeignet, die im übrigen in sinngemäß gleicher Weise wie die Wirkwiderstände gesteuert
werden können. Geeignet hierfür sind z. B. gleichstromvormagnetisierte Drosselspulen,
deren Gleichstromerregung entsprechend beeinflußt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung
in zwei Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i handelt es sich um eine dreiphasige
Fernleitung i, die über Generatoren .2 und 3 an zwei Stellen gespeist wird. Tritt
z. B. .ein Phasenkurzschluß an der Netzstelle q. auf, dann wird - gegebenenfalls
nach vorheriger und erfolglos verlaufener Kurzschlußfortschaltung - die fehlerhafte
Leitungsstrecke über die Netzschalter 5 und 6 abgeschaltet. Die auf die einspeisenden
Generatoren entfallenden Leistungsanteile erfahren dadurch eine sprunghafte Veränderung,
wodurch die Stabilität der Kraftübertragung gefährdet wird. Um diese trotzdem aufrechtzuerhalten,
sind an den Einspeisungsstellen besondere regelbare Wasserwiderstände 7 vorgesehen,
deren bewegliche Elektroden 8 mehr oder weniger in die Widerstandsflüssigkeit eingetaucht
werden können und dadurch den Widerstandswert der Anordnung verändern. Die Steuerung
dieser regelbaren Widerstände erfolgt durch eine selbsttätige Regeleinrichtung 9
an sich bekannter Art in der Weise, daß der Augenblickswert des Widerstandes der
Größe des jeweiligen Leitungsanteiles des zugehörigen Generators entspricht.
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Die Einschaltung der stets in diesem Sinne vorgesteuerten Widerstände
erfolgt im Störungsfalle selbsttätig über die Trennschalter io, die im normalen
Betriebszustand die Widerstände von der Kraftübertragungsleitung i abtrennen. Zweckmäßigerweise
sind
die Netzschalter 5 bzw. 6 mit den zugehörigen Trennschaltern io der Widerstände
in geeigneter Weise unmittelbar gekuppelt.
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Die Anordnung nach Fig.2 zeigt eine dreiphasige Kraftübertragung,
bei der jedoch im Störungsfalle nur die kranke Phase abgeschaltet wird. Die Fernleitung
enthält bei diesem Ausführungsbeispiel die beiden Transformatoren i i und 12. Der
eine Netzschalter 6 ist in dem mittleren, zwischen den Transformatoren i i und 12
liegenden Leitungsteil angeordnet. Die Sternpunkte der Transformatoren ii und 12
sowie der Generatoren2 und 3 sind geerdet.
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Tritt in einer solchen Anordnung an der Netzstelle4 einErdschluß auf,
so wirkt dieser alsKurzschluß. Es genügt jedoch, nur die kranke Phase einpolig abzuschalten.
Dabei ist es zweckmäßig, die geerdeten Belastungswasserwiderstände für alle drei
Phasen getrennt auszuführen. Die Wirkungsweise ist im übrigen die gleiche wie bei
dem vorbeschriebenen Beispiel, jedoch mit der Maßgabe, daß die Einsteuerung des
Belastungswiderstandes für die kranke Phase unter Berücksichtigung der von den beiden
gesunden Phasen übernommenen Leistungsanteile erfolgt. Neben Kraftübertragungen
mittels langer Fernleitungen kann auch bei anderen Kraftübertragungseinrichtungen,
wie z. B. bei elektrischen Schiffsantrieben für große Schiffe, von der Erfindung
mit besonderem Vorteil Gebrauch gemacht werden.