Geerdete Hochspannungs-Leitungsanlage. Drahstromleitungen mit sehr hoher Span nung werden häufig mit geerdetem Null punkt ausgeführt, damit bei etwaigen Erd schlüssen einer Phase keine wesentliche Span nungserhöhung an den andern Phasen ein treten kann. Diese Erdung gestattet aber den Strömen dreifacher Frequenz und ihren Oberschwingungen, die in Generatoren durch nicht sinusförmige Feldkurve, vor allem aber in Transformatoren durch den Einfluss der Eisensättigung entwickelt werden; den LTb.-rtritt in die Erde.
Die dreifach perio- digen Spannungen besitzen bekanntlich in den Wicklungen jedes Drehstromsystems gleiche Phasen, so dass sie alle in Parallel schaltung zwischen der Erde und der Fern leitung verlaufen und die letztere auf ein.- so hohe dreifach periodige Spannung laden können, dass starke Einwirkungen auf be nachbarte .Schwachstromleitungen erfolgen, die deren B?trieb unmöglich machen.
Gemäss vorliegender Erfindung werden in die Erdleitung geerdeter Ilochspannungs- Leitungsanlagen unmittelbar oder mittelbar Einrichtungen eingeschaltet, .die den höheren Harmonischen entgegenwirken, und zwar könnten es Einrichtungen sein, die den höheren Stromharmonischen den Weg durch die Erde infolge Dämpfung versperren, oder Einrichtungen, die den höheren Spannungs harmonischen durch Gegen-EMKe gleicher Frequenz und Grösse entgegenwirken. Es können aber auch beide Einrichtungen in .die selbe Leitungsanlage eingebaut werden.
Die Zeichnung veranschaulicht einige Schaltbilder solcher Einrichtungen. In der Fig. 1 sind 1 die Hochspannungsleitungen und 2 die in Stern geschalteten und an ihrem Nullpunkt geerdeten Hochspannungswicklun gen eines Betriebstransformators. In. die Erd- leitung ist eine Kette aus schwingungs fähigen Elementen, bestehend aus den Selbst induktionen 3 und den Kapazitäten 4, ge schaltet. Eine Kettenleitung aus solchen Schwingungselementen, genannt Spulen leitung, lässt, wie den Ausführungen im Ar chiv für Elektrotechnik, 1919, Seite 91, zu entnehmen ist, keinen Strom hindurchtreten, dessen Frequenz über der Eigenfrequenz jedes Elementes liegt.
Wenn die Schwin gungselemente genügend frei von 'Widerstand sind, so genügt die Anwendung von drei oder vier einzelnen Schwingungskreisen, um die höheren Harmonischen fast vollständig abzudämpfen. Dagegen können Ströme, de ren Frequenz unterhalb der Eigenfrequenz der Elemente liegen, fast ungeschwächt- durch die Kettenleitung hindurchtreten. Legt man nun die Eigenfrequenz der Elemente zwischen die Grundschwingung und die dreifache Oberschwingung des S-.#,stems, legt man sie beispielsweise bei 50periodigen Netzen in die ungefähre Grösse von 100 Per/Sek.,
so ist durch die Anordnung eine vollkommene Er dung des Transformator-Nullpunktes in be- zug auf die 50periodigen Spannungen erzielt und eine fast vollkommene Isolierung des Transformators gegenüber den 150periodigen Spannungen und den höheren Oberwellen.
.T-?m den Betriebsstrom normaler Frequenz möglichst wenig abzudämpfen, ist es zweck mässig, die Selbstinduktion recht klein zu machen. Die Kondensatoren müssen dann zur Erzielung der begebenen Eigenfrequenz sehr grosse Kapazität erhalten. Zweckmässigerweise erzielt man dieselbe durch Anwendung elek- trodynamischer Kondensatoren, als ' -elche, wie in Fig. 2 gezeichnet, beispielsweise fremderregte Gleichstrommaschinen (Vibra- tor nach Napp) dienen können.
Die K ondensatorwirkung dieser Gleich strommaschinen ergibt sich aus folgender >ü berlegung Die an den Klemmen der Drosselspule 7 herrschende Wechselspannung treibt einen ZVechs-@Istrom durch den Anker der Gleich strommaschine B. Infolge des Gleichstrom erregerfeldes 9 wird der Anker daher im Takte des Wechselstromes hin und her pen deln. Dadurch wird von dem Erregerfeld in dem Anker eine Wechselspannung entspre chender Frequenz erzeugt, die der durch die Drosselspule aufgedrückten Wechselspannung das Gleichgewicht hält.
Die beim Pendeln auftretende Richtkraft und damit das auf den Anker ausgeübte Drehmoment ist am grössten, wenn der Anker den grössten Pendel ausschlag besitzt. Dementsprechend muss in diesem Moment auch der Wechselstrom sein Maximum erreichen. Da anderseits die im Anker erzeugte Gegenspannung ihr llZazimum erreicht, wenn der Anker mit seiner grössten Geschwindigkeit durch die Nullage hindurch geht, so sind Strom und Spannung um 90 in der Phase gegeneinander verschoben. Der Strom eilt dabei, wie bei einem Kondensator, der aufgedrückten Wechselspannung am 90 in der Phase vor.
Denn wenn die Spannung am grössten ist, ist. ähnlich wie bei einem Kondensator die im schwingenden S,-#-stem aufgespeicherte Energie am ,grössten, während bei einer Drosselspule bekanntlich die auf gespeicherte Energie dann Null ist.
In der Fig. 2 sind 5 die Hochspannungs leitungen, 6 die Transformatorwicklun,gen, 7 die Selbstinduktionen, 8 die Gleichstrom anker und 9 die zugehörigen, fremderregten Magnetspulen, die an den mit -E-- und bezeichneten Sammelschienen angeschlossen sind. Man kann den CTleichstrommaschinen durch passend bemessene Schwungmassen leicht erhebliche wirksame Kapazität ver leihen.
Die Grösse der Maschinen braucht da bei nicht sehr erheblich zu sein, da. sie nur relativ kleine Spannungen und Ströme zu führen haben, denn der Hauptbetriebsstrom bei Störungen im Netz fliesst nicht so sehr durch sie, als vielmehr durch die Serie der Selbstinduktionen 7 hindurch.
Während die Fil-. 1 und 2 Einrichtungen veranschaulichen, die die höheren Strom harmonischen abdämpfen und diesen den Weg durch die Erde versperren, veranschaulichen die Fig. 3 und 4 Einrichtungen, bei denen Cremen-EMKe gleicher Frequenz, Phase und Grösse den höhern Spannungsharmonischen ent gegenwirken.
In der Fig. 3 sind 10 die Hoch- spannungsleitungen,1.1 in Stern geschaltete und mit ihrem Nullpunkt an Erde gelegte Hoch spannungswicklungen und 12 in Dreieck ge schaltete, sekundäre Phasenwicklungen eines Betriebstransformators. An letzteren ist ein Synchronmotor 13 geschaltet, der den Ein phasen-Oberfeldgenerator 14 antreibt. Dieser drüuli:t in die Erdleitung der Wicklungen 11 unmittelbar die Gegen-EMKe dreifacher Fre quenz.
Die Einschaltung des Oberfeldgene- rators 14 in die Erdleitung der Phasenwick lungen 11 kann auch mittelbar durch einen Einphasentransformator erfolgen.
Die Grösse der dreifach periodigen Span nung kann durch Regeln der Erregung des Generators 14, vermittelst des Widerstands reglers 15, ihre Phase durch Regeln der Phase zwischen den Ständerspannungen des Generators 14 und des Motors 13, beispiels weise durch Statorverdrehung, .eingestellt werden. Die Leistung des Frequenzumformers 13-14 braucht nur der Leistung der im Netz vorhandenen dreifach periodigen Oberschwin gungen angemessen sein. Die Apparatur fällt also im allgemeinen verhältnismässig klein aus.
Anstatt des rotierenden Synchron-Fre- quenzumformers 13-14 kann man auch einen statischen Frequenzumformer anwen den, was in Fig. 4 dargestellt ist. Die ge öffnete Dreieckwioklung 18 des ungeerdeten Transformators 17-18, der als statischer Frequenzumformer wirkt,
wird in die Erd- leitung des Betriebstransformators 20 ge- srhaltet. Die Stärke des dreifach periodigen Stromes kann durch Windungsänderung am Transformator 17-18 primär oder sekundär geregelt werden. Eine dreifach periodige Rückwirkung dieses Transformators auf das Netz tritt nicht auf, da. derselbe isolierten Sternpunkt hat und die Kapazität der Hoch spannungsleitung gegen Erde stets klein ge halten werden kann.