DE1563452B2

DE1563452B2 - Rundsteuereinrichtung zur tonfrequenten ueberlagerung von energieversorgungsnetzen

Info

Publication number: DE1563452B2
Application number: DE19661563452
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Schmid, Hans, Dr Ing , 8000 München
Priority date: 1966-09-06
Filing date: 1966-09-06
Publication date: 1973-06-20
Also published as: DE1563452A1

Description

Die elektrische Energieverteilung aus der Verbundebene erfolgt in der nachfolgenden Stufe über zunächst weite Räume mittels großer, galvanisch geschlossener Inseln mit einem Verteilvermögen von je mehreren hundert MVA, wobei das mögliche Energieaufnahmevolumen je Insel begrenzt ist durch die für die Installation zulässige Kurzschlußleistung von z. B. 5000 MVA bei 110 kV verkettete Spannung. Von diesen großen, übergeordneten Versorgungsspannungsebenen erfolgt die regionale Verteilung in zahlreichen Punkten mittels mindestens einer Zwischenspännung auf die entsprechenden mittleren Ebenen und von da auf die Masse der Niederspan-. nungsstationen der lokalen Verbraucher. Die tonfrequente Signalüberlagerung der übergeordneten, großen Energieversorgungsnetze, die vorzugsweise direkt der Verbundebene nachgeordnet sind, stellt, obwohl in den Grundlagen ähnlich, wesentlich andere Gesichtspunkte in den Vordergrund, als die bis heute überwiegend praktizierte und geläufige. Rundsteuertechnik der Mittelspannungsnetze und ebenso andere Gesichtspunkte, als die Überlagerung regionaler Hochspannungsnetze von überwiegend kommunaler Prägung und Bedeutung, wie sie in Einzelfällen realisiert worden ist. Es sind vor allem Gesichtspunkte der Sicherstellung des Betriebes, denen bei großen- zentralen Anlagen und Gruppen solcher Anlagen eine besondere und praktisch entscheidende B edeutung zufällt. ^

Vorerst einige Ausführungen zum Grundsätzlichen und Bekannten.

Die bekannte Überlagerung von Einzelnetzen mit nur einer geografischen Einspeisestelle aus dem übergeordneten Versorgungsnetz bietet als Einzelfall

ίο keine Schwierigkeiten. Man verwendet je nach Höhe der zugrunde gelegten Steuerfrequenz und je nach netztechnischen Gegebenheiten Parallel- oder Reiheneinspeisung und geeignete motorische oder statische Generatoren zur Erzeugung der tonfrequenten Signalleistung.

Bei der Überlagerung einzelner Netze, die betrieblich und verwaltungstechnisch zu einem einheitlichen Verband zusammengefaßt sind, wobei die Sendeanlagen der einzelnen Netze also mit einheitlicher Steuerfrequenz arbeiten müssen, treten folgende Punkte in den Vordergrund:

a) Das Ausstreuen der Signalspannungen der Sender der einzelnen Teilnetze in die den Uber-

₂. lagerungsebenen übergeordnete gemeinsame Ebene und entsprechende Gefahr der Störung von Nachbarnetzen durch das sogenannte Überspielen.

b) Teilweise galvanische Vermaschung einzelner Uberlagerungsnetze des Verbandes und Interferenzgefahr bei zeitgleichem Betrieb mehrerer Anlagen.

Der Punkt a) hängt in erster Linie von Art und Größe der Impedanz der übergeordneten Ebene ab. Oft genügt geeignete Frequenzwahl, sei es, daß verhältnismäßig hohe Frequenzen bei Parallelüberlagerung durch die übergeordnete Kabelkapazität kurzgeschlossen oder daß bei kleinen Werten der über- geordneten Impedanz und Reihenüberlagerung mit tieferen Frequenzen die Reihenrückschlußspannungen klein werden. Wirksame, aber kostspielige Mittel gegen das Überspielen sind stets Sperren oder Saugkreise in den überlagerten Ebenen oder in der übergeordneten Ebene. Das üblichste sind Parallelüberlagerung mit Sperre oder Reihenüberlagerung mit Saugkreis in den überlagerten Ebenen oder zentrale Saugkreise in der übergeordneten Ebene.

Dem Punkt b) wird im wesentlichen mit zwei bekannten Verfahren Rechnung getragen: Einerseits durch Nacheinandersenden der einzelnen, Anlagen ohne besondere Anforderungen an die Frequenz- und Phasenidentität des Signals, andererseits durch gleichzeitiges Senden der einzelnen Anlagen mit zeitgleieher Signalidentität, wobei nebst dem Synchronismus der Sendefrequenz auch deren Phasenlage: bei den einzelnen Sendern konform gehalten wird.

Die Fig. 1 zeigt schematisch zwei Sendeanlagen S₁ und S₂, deren Uberlagerungsebenen I und II vermascht sind.

Beim Nacheinandersenden entsteht ein Überlappungsgebiet III, in welchem die Empfänger bei Sendungen jeder Anlage anlaufen, was in diesem Gebiet lediglich Befehlswiederholung zur Folge hat. In der Fig. 1 ist S₁ als Parallelüberlagerung auf die Schienenzuleitung und S₂ als Reihenüberlagerung in zwei Abgängen dargestellt. Je nach den örtlichen Gegebenheiten werden die eine oder die andere Überlage-

rungsart zum Einsatz gebracht. Gelegentlich werden zusätzlich Sperr- und Saugkreise herangezogen; beispielsweise zur Sperrung eines Fremdabganges F oder zur Verbesserung einer Rückschlußimpedanz, wie in S₂ dargestellt. Ebenso ist die Ausnützung der Saugkreiswirkung von passiven Parallelankopplungen und der Sperrwirkung von passiven Reihenankopplungen bekanntgeworden. Bei sehr niedrigen Steuerfrequenzen, wo nur Reihenankopplungen in Frage kommen, ist indessen diese Wirkung, naturgegeben und gemäß dem Primat der Sendeaufgabe, verhältnismäßig gering. Sie ist denn auch in der bekannten Technik, wie z.B. beim Verfahren des Nacheinandersendens, nur als zwangsläufige und begrenzt wirksame Zugabe mitbenutzt worden. Über diesen Stand der Technik hinaus, der die passive Sperrwirkung von Reihenanlagen einschließt, sind indessen bis heute keine Verfahren mit diesbezüglich entscheidender Prägung entwickelt bzw. bekanntgeworden.

Bei gleichzeitiger frequenzsynchroner und phasenkonformer Sendung von S₁ und S₂ werden die Ebenen I und II in einer einzigen Sendung der Gesamtheit der Sender voll ausgesteuert; man benötigt hierzu, insbesondere bei größerer Senderzahl, ein umfangreiches Übersteuersystem zur zeitgleichen Signaltastung, das besonders anspruchsvoll wird, wenn die Phasenbedingung nicht von der gemeinsamen Netzgrundwelle abgeleitet, sondern ebenfalls den einzelnen Sendern über dieses System zugeordnet wird.

Beide bekannte Verfahren, das des Nacheinandersendens mehrerer Anlagen und das des Gleichzeitigsendens mehrerer Anlagen, werden sowohl mit Parallelüberlagerung als auch mit Reihenüberlagerung angewendet.

Das Verfahren des Nacheinandersendens hat den grundsätzlichen Vorteil, daß jede einzelne Anlage allein über die gesamte Rückschlußimpedanz R₀ der übergeordneten Ebene verfügt, womit unter vergleichsweisen Umständen günstigste Voraussetzungen für die Kleinhaltung der Überspielgefahr geschaffen sind. Diesem Vorteil steht der Nachteil einer verhältnismäßig umständlichen Befehlsgabe gegenüber, der bestenfalls bei schneller Codeabwicklung in Kauf genommen werden kann.

Das Verfahren der zeitgleichen, frequenzsynchronen und phasenkonformen Überlagerung mit mehreren Sendern hat den letzteren Nachteil nicht. Dieses Verfahren hat dafür den Nachteil, daß sich alle beteiligten Sender mit der gleichen Rückschlußimpedanz R₀ der übergeordneten Ebene teilen müssen. Das kann bei Parallelüberlagerung zu einer unzulässigen Spannungssupperposition in der übergeordneten Ebene führen und bei Reihenüberlagerung zu einer Verschlechterung des wirksamen Reihenrückschlusses für jeden einzelnen Sender bzw. ebenfalls zwangläufig zu Spannungsadditionen in der übergeordneten Ebene.

So ist in den »AEG-Mitteilungen 1954, Heft 5/6, Seite 223 bis 233« eine Darstellung und spezifische Interpretation des Rundsteuersystems AEG/Zellweger enthalten. Dieses System befürwortet und praktiziert eine Rundsteuertechnik mit zahlreichen Sendeanlagen auf den zahlreichen Mittelspannungsebenen mit verhältnismäßig hohen Frequenzen (1050/1350 Hz) mittels Aufprägung der tonfrequenten Signale über Parallelankopplungen.

Die Gefahr des Überspielens aus der gemeinsamen, übergeordneten Ebene in Fremdnetze ist im Parallel- und im Reihenfall gegeben; sie wächst grundsätzlich mit wachsender Zahl der beteiligten Sender.

Die beiden bekannten Verfahren zur dezentralen Überlagerung eines größeren Versorgungsgebietes durch einen Anlagenverband führen oft zu einer komplizierten, verschachtelten Systemtechnik, die betrieblich mühsam zu übersehen und zu handhaben ist und die laufend zu Projektergänzungen und entsprechenden Baubewegungen führt mit über längere

ίο Zeiträume schwer zu übersehendem Kostenanf all. Bei der frequenzsynchronen und phasenkonformen Überlagerung mehrerer Sender können außer den bereits genannten Supperpositionserscheinungen des gemeinsamen Rückschlusses zu dem leitungs- und lastbedingte Phasendrehungen auftreten. Man war deshalb schon gezwungen, vor den Sendungen die Phasenlagen der einzelnen Sender auf das Additionsmaximum mittlerer Netzpunkte einzukorrigieren. Dieser letztere Gesichtspunkt macht praktisch die Abstützung der Phasenbedingung auf die gemeinsame Netzgrundwelle unmöglich und erzwingt damit ein entsprechendes Ubersteuersystem mit komplizierten Betriebsanforderungen.

Aus Gründen der genannten Art ist man seit langern bestrebt, die zentrale Überlagerung auf höhere, übergeordnete Spannungsebenen heranzuziehen, ist aber aus einigen Anfängen regionaler Einzelnetze mittlerer Größe bis zu ca. 6OkV und einer bisher einzigen HOkV-Großanlage eines städtisch konzentrierten Industriereviers in Deutschland nicht herausgekommen. Alle diese Anlagen (Überlagerungen einzelner Hochspannungsstichleitungen, als partielle Ergänzung im Rahmen von mittelspannungsüberlagerten Verbänden, können nicht als zentrale Hoch-Spannungsanlagen angesprochen werden) bedienen sich, nebst Gründen der lokalen Netzgegebenheiten, vorzüglich aus Sicherheitsgründen der Paralleleinspeisung, da diese den Netzbetrieb grundsätzlich weniger gefährdet als Reiheneinspeisung. Die Erfahrung hat aber gezeigt, daß eine entscheidende Ausweitung der Paralleleinspeisetechnik, über einzelne, besonders gelagerte Lokalobjekte (z. B. geschlossene Großstadtnetze) hinaus, auf hohe, übergeordnete Spannungsebenen nicht möglich ist wegen zu großer Fremdstörungsgefahr über die Verbundebene und da die Paralleleinspeisung wirtschaftlich an verhältnismäßig höhere Steuerfrequenzen gebunden ist. Die zentrale Aussteuerung großräumiger, hoher Versorgungsspannungsebenen mit eingelagerten Städten und Industrieobjekten ist andererseits, abgesehen von besonders gelagerten Einzelfällen, nur mit sehr tiefen Steuerfrequenzen möglich, was vorzugsweise auf Reihenüberlagerung führt, also auf Ankopplungen, die in die Hauptversorgungsflüsse der Energieverteilung eingefügt werden müssen. Fragen der Betriebssicherheit rücken damit bei der zentralen Rundsteuerung großer, übergeordneter Versorgungsnetze entscheidend in den Vordergrund. Diese Fragen lassen sich in den folgenden der Erfindung als Aufgabe zugründe liegenden Forderungen zusammenfassen:

1. Praktisch absolute Sicherheit, daß der Energieversorgungsbetrieb durch die Rundsteueranlagen nicht beeinträchtigt werden kann.

2. Praktisch hundertprozentige Reservesicherstellung des Rundsteuerbetriebes. Dieser letztere

Gesichtspunkt ist bei großen, zentralen Anlagen ein grundsätzlicher, da Anlagenstörungen naturgemäß größere Auswirkungen haben, als bei den dezentralen Anlagenverbänden der Mittelspannungsebenen! Ebenso muß der Rundsteuerbetrieb bei größeren Netzstörungen und entsprechenden Umdispositionen sichergestellt sein.

3. Sicherheit durch Einfachheit und Übersichtlichkeit in der Betriebsführung.

4. Sicherheit gegen Überspielstörung der Fremdnetze über die Verbundebene.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer bekannten Rundsteuereinrichtung zur tonfrequenten Überlagerung von Energieversorgungsnetzen mittels direkter Aufprägung von tonfrequenten Signalen auf im Inselbetrieb gefahrene, galvanisch geschlossene Hochspannungsebenen, vorzugsweise von großen, übergeordneten Versorgungsnetzen, deren Abspannung auf Niederspannung über mindestens eine Zwischenspannungsebene erfolgt, wobei, abgesehen von internen Kraftwerken, die Energieversorgung je galvanisch geschlossene Hochspannungsebene über mindestens zwei geografisch an verschiedenen Stellen gelegenen, transformatorischen Übergabestellen aus der übergeordneten Verbundebene erfolgt und diese transformatorischen Übergabestellen je mit einer Tonfrequenzsendeanlage ausgerüstet sind, bestehend aus der Generatoranlage und aus an der Übergabesteile sekundärseitig eingebauten, für Serieneinspeisung geeigneten Reihenankopplungen, welch letztere je aufgebaut sind aus einem Reihenankopplungstransformator mit den zugehörigen Schwingkreiselementen, derart, daß bei abgetrenntem Tonfrequenzgenerator die Kopplungen automatisch als passive Sperren für die Steuerfrequenz wirken, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede galvanisch geschlossene Hochspannungsebene wahlweise stets nur von einer der transformatorischen Übergabestellen, überlagert und diese Ebene nur von dieser einen Stelle aus als Ganzes in einer und nur einer Sendung voll ausgesteuert wird, während die Tonfrequenzgeneratoren der übrigen Übergabestellen der galvanisch geschlossenen Ebene stillgelegt sind, wobei je Ubergabestelle die Sendeanlagen mit ihren Kopplungen nach Aufbau und Betriebsführung derart ausgelegt sind, daß einerseits bezüglich der tonfrequenten Netz-Spannungsabfälle der sendenden Anlage stillgelegte Anlagen die Netzspeiseimpedanz in Richtung der übergeordneten Ebene an ihrer Ubergabestelle praktisch eliminieren und daß andererseits die stillgelegten Anlagen jederzeit als volle Reserve zur Verfügung stehen, sei es für die vollumfängliche, alleinige Aussteuerung der eigenen galvanischen Ebene oder zur Herauslösung aus dieser Ebene zwecks Anschluß an eine benachbarte galvanische Insel zur Aussteuerung der letzteren. :

Die erfindungsgemäße Einrichtung sei an Hand eines Beispieles mit Hilfe der F i g. 2 und den zugehörigenErgänzungsfiguren 3 bis 7 näher erläutert. Die Figuren enthalten schematisch nur das für das Verständnis Wesentliche; schaltungstechnische Einzelheiten sind weggelassen. Die Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Ausschnitt eines Energieversorgungsnetzes mit einer Verbundebene 220 kV und zwei galvanisch geschlossenen 110 kV-Hochspannungsebenenl und II, welche je als große Hochspannungsebenen im Inselbetrieb gefahren werden und denen die tonfrequenten Signale aufzuprägen sind. Die Ebene I wird aus der übergeordneten Verbundebene gespeist durch zwei transformatorische Übergabestellen^ (2 mal 100MVA-220/110 kV) und U₀ (2 mal 200 MVA-220/110 kV). Die Ebene II enthalte der Übersichtlichkeit wegen und als (wenn auch seltener) Elementarfall, der als alleiniger Einzelfall im Rahmen der vorliegenden Erfindung lediglich in seiner Zuordnung zu benachbarten Inseln einen Sinn hat, nur eine Übergabestelle U₃ (1 mal 150 .MVA-220/110 kV). Zur Verdeutlichung üblicher Netzausdehnungen sind als Beispiel einige 110 kV-Leitungslängen, die hier als Freileitungen angenommen seien,

is in die Figur eingetragen. In dicht besiedelten Gebieten ist indessen stets auch mit größeren oder kleineren 110 kV-Kabeleinschlüssen zu rechnen. Bei M sind zwei Ubergabestellen an die nachgeordneten Zwischenspannungen angedeutet, wie sie in großer Zahl in den Versorgungsnetzen I und II normalerweise vorhanden sind. Das Übergabevolumen dieser Stellen an die Mittelspannung kann im Mittel mit je etwa 30 MVA angenommen werden. Die Überlagerung solcher nachgeordneter Zwischenspannungsebenen, sei es im Einzelfall des Kommunalbetriebes oder im Verbundfall des Überlandbetriebes, ist Gegenstand der bisher überwiegenden Ruhdsteuertechnik. In der F i g. 2 sind für die Rundsteueränlagen S₁, S_z, S₃ Reihenüberlagerung der Transformatorzuleitungen zu den 110 kV-Schienen zugrunde gelegt. Man kann die Reihenkopplungen auch in die 110 kV-Abgänge oder in den Zug der Schienen bzw. in den Zug von Schienenkupplungsschaltern legen. Derartiges ist aber nur in besonderen Fällen von Interesse, etwa wenn man größere, an den Schienen angeschlossene Kraftwerke in den Reihenrückschluß einbeziehen will. Beispiele von möglichen direkten Kraftwerkseinspeisungen in die Überlagerungsebene sind in der Fig. 2 mit K₁ und K₂ angedeutet. Direkte Reihenüberlagerung soleher Kraftwerke ist selten erforderlich. Wenn, dann ist das selbst bei großen Kraftwerken im allgemeinen nicht ohne künstliche Rückschlüsse möglich, also nicht ohne zugeschaltete Saugkreise hinter den Kopplungen; dann aber sind solche Kraftwerke rundsteuer-

technisch gleichwertig den transformatorischen Übergabestellen mit ihren niederohmigen Rückschlüssen der Verbundebene und können als solche aufgefaßt und behandelt werden. .. _{; :j} ' _; : .

Reihenkopplungen wirken, wie erwähnt, bei abgeschalteten! Sender als passive Sperren für die Steuerfrequenz. Die Fig. 3 enthält die hierfür gewählten Symbole. Die F i g. 3 a zeigt. eine sendende aktive Reihenkopplung mit zugeschaltetem Sender, die Fig. 3b eine passive, als Sperre wirkende Reihenkopplung mit abgeschaltetem Sender. Die Darstellung von Schwingkreiselementen, die zum Reihenkopplungstransformator gehören, sind ·; der Einfachheit halber weggelassen. Ihr Aufbau entspricht im Prinzip den bekannten Möglichkeiten der Vierpole der Nachrichtentechnik, wobeizusätzliche Sicherheitsfragen, bedingt durchSpannungs- undStromeinfiüsse von der Netzseite her, berücksichtigt werden müssen.

Die beispielsweise Netzausgängslage gemäß Fig. 2 ist verdeutlicht durch ein vereinfachtes Tonfrequenz-

Impedanzbild der Fig. 4. Hierbei sind eine Tonfrequenz von 200 Hz und durchschnittliche Streureaktanzen der Übergabetransformatoren, entsprechend einer Kurzschlußspannung von 10%, sowie vernach-

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lässigbare Werte in der Verbundebene angenommen. Die tonfrequenten Netzeinspeiseimpedanzen in Richtung der übergeordneten Verbundebene sind im allgemeinen größenordnungsmäßig kleiner als die diesbezüglichen 110 kV-Leitungsimpedanzen, was auch bezüglich der Lastimpedanzen gilt; bezogen auf 110 kV entsprechen z. B. 100 MW Last 120 Ohm.

Für eine auf 110 kV aufgeprägte Tonfrequenz von 200 Hz wirken die Übergabestellen U₁, U₂ bzw. U₃ wie zusätzliche Lasten von 500, 1000 bzw. 375 MVA. An solchen Stellen bricht in weitem Umkreis die Signalspannung praktisch zusammen oder es wird bei kurzen Ansteuerwegen eine untragbar hohe Signalenergie verbraucht. Die natürliche Sperrwirkung der gebräuchlichen, primär nach Gesichtspunkten der aktiven Sendeaufgabe gebauten Reihenkopplungen ist zu gering und bringt unter derartigen Verhältnissen nur eine unwesentliche Verbesserung. Das Verfahren des gleichzeitigen frequenzsynchronen und phasenkonformen Betriebes aller Sender nimmt zwar die niedrigen Impedanzen bei S₁, S₂ und S₃ gleichzeitig in den Rückschluß. Dieses Verfahren entfällt aber, umbesehen der bereits genannten betrieblichen Gründe, weil, noch ausgeprägter als bei Mittelspannungsnetzen, bei sehr großen und heterogenen Netzkomplexen die geografische Phasenidentität praktisch nicht befriedigend sichergestellt werden kann, bzw. betrieblich tragbar auch nicht auf an sich örtlich und zeitlich veränderliche Superpositionsmaxima einspielbar ist. Vor allem aber bricht bei Störung einer der sendenden Stellen ein unentbehrliches additives Glied aus der Kette aus.

Demgegenüber hebt sich die Erfindung am Beispiel der Fig. 2 wie folgt ab: Von den Übergabestellen U₁, U₂ und U₃, die je mit Reihensendeanlagen S₁, S₂ und S₃ für eine beispielsweise Steuerfrequenz von 200 Hz, also einer Frequenz unterhalb der 5. Harmonischen, ausgerüstet sind, speisen U₁ und U₂ in das galvanisch vermaschte Netz I. Von den beiden Sendeanlagen S₁ und S₂ sendet wahlweise nur die eine, während die andere für den Sendebetrieb stillgelegt ist und mit ihren durch besonders hohes Sperrvermögen geprägten Reihenankopplungen derart arbeitet, daß die Netzeinspeiseimpedanz in Richtung der übergeordneten Verbundebene eliminiert wird; d. h. daß die tonfrequente Verbindung gegen die Verbundebene praktisch geöffnet ist und daß dementsprechend diese Übergabestelle die tonfrequenten Spannungsabfälle der sendenden Anlage nicht beeinträchtigt. Die volle Aussteuerung der Ebene I wird dann mit einer Anlage in nur einer einzigen Sendung durchgeführt. Der Fall mehrerer Sendeanlagen je galvanische Insel wird also grundsätzlich stets auf den einfachsten Fall des Einzelbetriebes einer einzigen Sendeanlage mit Aussteuerung in einer einzigen Sendung zurückgeführt, wie er zur echten Veranschaulichung der Gleichwertigkeit von vornherein in der Ebene II angenommen ist. Im Sinne der Erfindung kann man deshalb je galvanische Insel mit mehreren Rundsteueranlagen von einer Einrichtung zur Gleichzeitigkeitsaussteuerung durch wahlweisen Sendebetrieb einer einzigen Sendeanlage und gezielter Betriebsunterdrückung der anderen Anlagen sprechen. Sie soll kurz als »Einrichtung zur wahrweisen Dominierung einer einzigen Sendeanlage« bezeichnet werden. Sinngemäß kann man je galvanische Insel von der dominierten und ihren inversen Anlagen sprechen. — Bei Störungen des Tonfrequenzbetriebes einer Anlage der Ebene I beinhalten die Anlagen S₁ bzw. S₂ gegenseitig eine volle Betriebsreserve. Diesen Betriebsfall zeigt symbolisch die Fig. 5. Für den Fall, daß der Tonfrequenzbetrieb der Einzelanlage S₃ der Ebene II ausfällt, kann fein Teil der Ubergabestelle Ü_o mit ihren Tonfrequenzanlagen und Netzbestandteilen von der Ebene I abgetrennt und der Ebene II zugeschaltet werden. Das ist in den Fig. 2, 4 und 6 mit der strichpunktierten Linie t_x-t₂ angedeutet. Derartige

ίο Netzverschiebungen sind bei Störungsfällen stets auch für den Versorgungsbetrieb vorgesehen. Die erfindungsgemäße Lehre beinhaltet auf diese Weise auch eine dem Netzbetrieb organisch entsprechende Reserveschaltung für die benachbarten galvanischen Inseln.

DasistfürdasBeispielder Fig. 2 symbolisch an Hand der Fig. 6 dargestellt. Die Erläuterungen an Hand des Beispieles der Fig. 2 machen unmittelbar die Fortsetzung auf weitere galvanische Ebenen III, IV . . . verständlich. Ein solches Beispiel zeigt symbolisch die Fig. 7. Die Freizügigkeit in der Umgestaltung der galvanischen Inseln ist ein wichtiger Vorteil der Erfindung.

Die vollständige Eliminierung der Einspeiseimpedanzen der Ubergabestellen durch die inaktivierten Sendeanlagen ist der theoretische Idealfall. Im Sinne einer praktisch ausreichenden und der Realisierung zugänglichen Näherung ist es vorteilhaft, diese Elimination nur soweit durchzuführen, daß die gesperrten Übergabestellen' die tonfrequenten Signale nicht mehr beeinflussen, als ein an dieser Stelle zusätzlich installiertes, durchschnittlich übliches, örtliches Energieübergabevolumen von der überlagerten Spannungsebene an die nachgeordnete Ebene. Bei einer Überlagerungsebene 110 kV beträgt dieses örtliche Übergabevolumen nach unten durchschnittlich 30 MVA. Praktisch gerade noch zulässig ist es, um ein an der unteren Grenze liegendes Zahlenbeispiel zu nennen, daß, bezogen auf eine Sendefrequenz von 200 Hz, eine verkettete Bezugsspannung der überlagerten Hochspannungsebene von 110 kV und 200 MVA dreiphasige Durchgangsleistung der Reihenankopplungen, der tonfrequente Sperrwiderstand der betriebsfertig montierten Ankopplungen (der Einschluß des Montageanteils ist wesentlich) mindestens 350 Ohm pro Phase beträgt, entsprechend dem Widerstandswert einer dreiphasigen Übergabeleistung an die nachgeordnete Ebene von höchstens 35 MVA. Bei andern Frequenzen verändert sich dieser Mindestohmwert proportional der Frequenz, da die Reaktanzen der Laufwege der Ausbreitung ebenfalls proportional der Frequenz folgen. Die Anforderungen an die inversierten Reihensendeanlagen zur Einhaltung der Mindestohmwerte sind hoch. Zur Erzielung derartiger Werte wird die Sendefrequenz unabhängig von Netzlast- und Netzfrequenzschwankungen auf mindestens 1 % genau gehalten bzw. entsprechend geregelt. Der erforderliche Regelaufwand wird hierbei dadurch vermindert, daß keine Phasenbedingungen zu berücksichtigen sind.

Im Rahmen der Reihenüberlagerung muß die Forderung nach praktisch absoluter Sicherheit der in die Hauptversorgungsflüsse eingeschalteten Reihenkopplungstransformatoren an die Spitze gestellt werden. Auch die Sicherheit der tonfrequenzseitigen Elemente ist bedeutsam, jedoch dieser Forderung nachgeordnet. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, vorerst die wesentlichen Gesichtspunkte der Reihenkopplungen zu erläutern. Hierzu dienen die F i g. 8 bis 16. In

diesen sind durchgehend bezeichnet mit: R die Rückschlußimpedanz, N die Impedanz des auszusteuernden Netzes, RKT der Reihenkopplungstransformator, G der Tonfrequenzgenerator, TS das Tastschütz als Symbol für die Impulsmodulierung des Tonfrequenzgenerators.

Eine Reihenkopplung beliebiger Bauart kann nach ihrer Wirkung stets, wie in Fig. 8 symbolisch dargestellt, auf einen tonfrequenten Ersatz-Parallelschwingkreis bzw. Ersatz-Sperrkreis mit Durchlässigkeit des Energieflusses von R nach N zurückgeführt werden. Die tonfrequente Arbeitsweise einer Reihenüberlagerungsanlage, insbesondere auch deren Sperreigenschaft bei abgetrenntem Generator bzw. Sender geht aus dieser Figur unmittelbar hervor. Im allgemeinsten Fall ist eine Reihenkopplung aufgebaut aus einem Reihenkopplungstransformator RKT und einemReaktarizvierpol V gemäß Fig. 9. Aus Kostengründen benützt man meist die einfachste Form eines solchen Vierpols, die einer Querzweipolrektanz Q, wie in der Fig. 10 dargestellt. In der Fig. 11 ist der Reihenkopplungstransformator dargestellt durch das Γ-Ersatzbild mit der Hauptinduktivität H und den Streuinduktivitäten s. Bei allen in Frage kommenden Reihenankopplungstransformatoren kann stets die Streuinduktivität gegenüber der Hauptinduktivität vernachlässigt werden, so daß mit ausreichender Näherung das Ersatzschema der Fig. 12 gilt. In der Praxis haben nur zwei dem St. d. T. angehörende Reihenkopplungen einige Bedeutung erlangt. Die eine, die sogenannte Stromwandlerkopplung, ist mit Hilfe der Fig. 13 und 14, die andere, die sogenannte Transformatorkopplung, mit Hilfe der Fig. 15 und 16 schematisch dargestellt. Die beiden Kopplungen sind wesentlich unterschiedlich; ihr Verhalten ist in manchen Punkten, sowohl bezüglich der Tonfrequenz- wie der Netzfrequenzeigenschaften, reziprok.

Die Stromwandlerkopplung gemäß Fig. 13 besteht aus RKT, L, C undC*; sie legt einen luftspaltlosen Reihentransformator RKT zugrunde, welcher tonfrequenzseitig mittels eines auf Netzfrequenz abgestimmten Serienresonanzwiderstandes eines Serienkreises LC abgeschlossen ist. Der netzfrequente Reihenresonanzwiderstand ist die Bürde, welche größenordnungsmäßig höher als bei gebräuchlichen Wandlern liegt, da ein Netzspannungsabfall von etwa 40 bis 50 Volt an der Resonanzbürde zugrunde gelegt werden muß, bzw. sich als tonfrequent noch brauchbar erwiesen hat. Der Saugkreis LC wird vom gesamten durch den RKT übersetzten Netzversorgungsstrom durchflossen. Diesbezüglich ist das durch das Verhältnis der Generatorspannung Ut zur Aufprägespannung gegebene Übersetzungsverhältnis günstiger bei niedrigen Netzspannungen, z. B. bei Mittelspannung. Das Übersetzungsverhältnis kann nur begrenzt durch das Hochsetzen der Spannung Ut des Generators G beeinflußt werden. In der Praxis hat sich eine Bezugs-Generatorspannung U_t von etwa 1000 V/Phase als ausgewogener Kompromiß herausgebildet. Die Uberlagerungsspannung an den Primärklemmen des Wandlers RKT ist im Mittelspannungsbereich mit ca. 2% der Netzphasenspannung üblich. Geht man mit der Bezugs-Generatorspannung Ut höher, wird der mit hochtransformierte Saugkreis hochohmiger und bei Netzkurzschluß tritt an Stelle der entlasteten Strombeanspruchung eine entsprechend gefährliche Spannungsbeanspruchung. Bei Überschlag, z. B. über L, springt der Resonanzbürdenwiderstand auf seinen Reaktanzwert, was praktisch sekundärseitiges öffnen des Wandlers RKT bedeutet. Das öffnen der Sekundärseite führt im allgemeinen zur Zerstörung des -Wandlers. Die Netzsicherheit des Reihenkopplungstransformators der Stromwandlerkopplung ist eine Frage der Strom- und Spannungssicherheit seiner Resonanzbürde.

Die tonfrequente Wirkungsweise der Stromwandlerkopplung versteht sich an Hand der Fig. 14. Für

ίο die gesendete Tonfrequenz wird der Saugkreis LC überwiegend induktiv. Dieser induktive Wert wird mittels der Kapazität Cf₁ im Sinne der Fig. 8 zu einem Sperrkreis kompensiert. Die parallel liegende Hauptinduktivität H des RKT ist zwar sehr groß, aber nicht vernachlässigbar und muß mit kompensiert werden. Da H, zufolge des luftspaltlosen Aufbaues des Eisenkernes, entsprechend der Schwankung des Energieflusses, stark permeabilitätsabhängig, und da die Auslegung des Saugkreises an die Notwendigkeiten des Netzbetriebes gebunden ist, kann mit der Stromwandlerkopplung keine stabile und große Sperrwirkung erzielt werden. Der innere Widerstand des Tonfrequenzgenerators G ist klein und oft durchaus vergleichbar mit der Resonanzbürde des Saugkreises LC. Der Generator muß deshalb im allgemeinen mit einer geeigneten Reaktanz gegen gefährliche Netzstromabzweigung geschützt werden. Das ist in den Fig. 13 und 14 durch einen ReihenresonanzkreisZ, mit Durchlässigkeit für Tonfrequenz und einem genügend hohen Reaktanzwert für die Netzfrequenz, dargestellt.

Es ist wichtig, diese und die nachfolgenden Zusammenhänge zum Verständnis der Erfindung zu kennen. Die Transformatorkopplung, gemäß Fig. 15, bestehend aus RKT und C_k, ist, wie die Fig. 16 zeigt, schaltungstechnisch einfacher. Hier wird allein die Hauptinduktivität H des Reihenkopplungstransformators RKT mit Hilfe einer Kapazität Ck im Sinne der F i g. 8 zu einem Sperrkreis für die Tonfrequenz kompensiert. Da damit das gesamte Gewicht der Abstimmung auf der Induktivität H ruht, muß diese im ganzen netz- und tonfrequenten Magnetisierungsbereich eine sehr gute Konstanz aufweisen. Es kommt deshalb in diesem Fall für denReihenkopplungstransformator nur Ausführung mit Luftspalt in Frage. Die Netzsicherheit konzentriert sich bei dieser Kopplung eindeutig nur auf den Reihenkopplungstransformator. Die Grenze zwischen starkstrombeanspruchtem und tonfrequentem Teil der Schaltungen ist in den Fig. 13 bis 18 mit der strichpunktierten LinieAA markiert. Während man bei der Stromwandlerkopplung daran interessiert ist, den Netzstrom gegen diese Linie möglichst ins Kleine zu transformieren, ist man bei der Transformatorkopplung, wenn auch hier nur zur Entlastung des TF-Materials, daran interessiert, die Netzspannung gegen diese Linie ins Kleine zu übersetzen, d. h. die Generatorspannung Ut tief zu legen. Auch hier sind diesem Bestreben praktische Grenzen gesteckt. Die üblichen Phasenwerte für Ut liegen bei 2 bis 300 Volt. Zufolge der Luftspaltausführung des Reihenkopplungstransformators RKT ist die Transformatorkopplung bezüglich stabilen, tonfrequenten Sperreigenschaften gegenüber der Stromwandlerkopplung grundsätzlich überlegen. Auch bei der Transformatorkopplung muß der Netzstrom durch den Generator G mit einer geeigneten Reaktanz gebremst werden, wie in den Fig. 15 und 16 durch einen Resonanzkreis Z, mit Durchlässigkeit für Ton-

frequenz und einem genügend hohen Reaktanzwert für die Netzfrequenz, dargestellt.

Die netzbeanspruchten Teile der Schaltungen der beiden grundsätzlichen Reihenkopplungstypen sind in den Fig. 13 bis 18 durch starke Linienführung hervorgehoben. Die Fragen der diesbezüglichen apparativen Netzsicherheit seien, da ihnen im Rahmen der Erfindung besondere Bedeutung zukommt, an Hand der Fig. 17 und 18 näher erläutert:

Bei der Stromwandlerkopplung gemäß Fig. 17 muß bei geschlossener Sekundärseite der Reihenkopplungstransformator RKT kurzschlußfest sein. Das bereitet keine besonderen Schwierigkeiten. Die Schwierigkeit liegt in der notwendigen Kurzschlußfestigkeit der Resonanzbürde LC. Zur Entlastung dieser Bürde, sowie insbesondere auch zur Minderung der Dauerverluste in derselben, wird sie üblicherweise durch einen Schalter 5 kurzgeschlossen, der nur während der Durchgabe von Tonfrequenzimpulsprogrammen geöffnet wird. Bei mittleren Netzspannungen und dementsprechend verhältnismäßig kleinen Durchgangsleistungen ist die Dimensionierung der Resonanzbürde noch beherrschbar. Es ist hier sogar möglich, zum zusätzlichen Schutz Ableiter AB zu verwenden. Bei hohen Netzspannungen mit den zugehörigen Übersetzungsverhältnissen und großen Durchgangsleistungen wachsen die Schwierigkeiten über die praktischen Möglichkeiten hinaus. Schutzmittel, wie Kurzschlußschalter S und Ableiter AB, die in einem Bruchteil einer Viertelperiode die Resonanzbürde gegen dynamische Zerstörung sicher schützen, sind mit tragbarem Aufwand nicht realisierbar. Kurzschlußfester Aufbau der Resonanzbürde und ihres Montageanteils ist selbst bei sehr großem Aufwand problematisch. Die Gefahr der dynamischen Öffnung der Bürde, wie in Fig. 17 mit 1 angedeutet, oder beispielsweise die mit 2 angedeutete Gefahr eines Windungsschlusses, der die Resonanzbürde auf den Reaktanzwert anhebt und damit praktisch ebenfalls öffnet, verbleibt auch im günstigsten Fall eine gefährliche Möglichkeit. Damit verbleibt als entscheidende Gefährdung die stete Möglichkeit der grundsätzlichen Zerstörung der in die Hauptversorgungsflüsse eingefügten Kopplungstransformatoren. Da pro Tag mit bis zu einer Stunde Öffnungszeit des Schalters 5 gerechnet werden muß, darf die Unwahrscheinlichkeit eines Netzkurzschlusses während dieses kritischen Zustandes nicht angenommen werden. Die Stromwandlerkopplungen werden in erster Linie im Mittelspannungsbereich verwendet, da die verhältnismäßig kleine Bauart der Reihenkopplungstransformatoren bei den oft gedrängt gebauten Stationen vorteilhaft sein kann; vor allem aber auch deshalb, weil in diesem Bereich der in die Resonanzbürde verlagerte Aufwand noch eine gewisse Freizügigkeit in der Montagetechnik und im Montageaufwand offen läßt. Bei hohen Netzspannungen und großen Durchgangsleistungen fallen diese Punkte nicht ins Gewicht; andererseits können hier, wie erläutert, die Stromwandlerkopplungen den Netzbetrieb bzw. die Sicherheit der Hauptversorgungsadern nicht mehr in wünschenswertem Maße sicherstellen.

Bei der Transformatorkopplung ist die Netzsicherheit klar eingegrenzt auf die Kurzschlußfestigkeit des ReihenkopplungstransformatorsjRKr, wie aus den Fig. 15 und 16 ersichtlich. Die gebräuchliche Bauart dieser Transformatoren legt indessen für die Kurzschlußfestigkeit lediglich Drosselbetrieb, also offene Sekundärseite, zugrunde. Das ist gegeben durch die übliche Verwendung von Sicherungen Si in Verbindung mit Überspannungsableitern AB, wie in F i g. 18 dargestellt. Bei Spannungsanstieg gegen AA im Netzkurzschlußfall ,unterbrechen die Sicherungen die Sekundärseite in einem Bruchteil einer Viertelperiode und entlasten so die Sekundärwicklung des RKT. Hierbei kann die Zerstörung der Ableiter AB in Kauf genommen werden. Wird die Spannung gegen

ίο AA ausreichend ins Tiefe übersetzt, kann man auf die Überspannungsableiter und im Prinzip auch auf die Sicherungen verzichten. Es stellt dann die Kompensationskapazität Ck oft für den Netzstrom eine verhältnismäßig hochohmige Belastung dar, so daß das Drosselverhalten des RKT auch hier erhalten bleibt. Bei fehlerhaftem Material auf der Tonfrequenzseite ist jedoch stets mit sekundärseitigem Kurzschluß zu rechnen, sei es, daß, wie in F i g. 18 mit 1 dargestellt, die Sicherungen überschlagen oder daß, wie mit 2 angedeutet, ein Isolationsdurchbruch gegen Masse erfolgt. Es ist beim erfindungsgemäßen Verfahren deshalb auf Grund der hohen Anforderungen an die Netzsicherheit zweckmäßig, daß auf der Basis der an sich bekannten Reihenankopplungen der netzfrequente Reaktanzwert der Hauptinduktivität der in den Energiefluß eingeschalteten Reihenkopplungstransformatoren klein ist gegenüber der tonfrequenzseitigen Netzbürde, und daß dieser Wert zudem größenordnungsmäßig kleiner ist als die durchschnittliche Streureaktanz der mit den Kopplungstransformatoren in Reihe geschalteten Ubergabetransformatoren gleicher Durchgangsleistung, derart, daß die Reihenkopplungstransformatoren in diesem Bemessungsrahmen, zusammen mit der konstruktiven Gestaltung der ober- und unterspannungsseitigen Wicklungen, bei den für die Überlagerungsebenen vorgeschriebenen Kurzschlußleistungen (z. B. 5000 MVA bei 110 kV) kurzschlußfest sind, gleichgültig ob in der ersten Viertelperiode eines Netzkurz-Schlusses die Bürde auf der Tonfrequenzseite dieser Transformatoren durch elektrische oder elektrodynamische Vorgänge kurzgeschlossen oder geöffnet wird. Die Fig. 19 zeigt in einphasiger, schematischer Darstellung eine im Prinzipiellen bekannte Schaltung einer Reihen-Tonfrequenzanlage, wie sie sich für die Durchführung der vorliegenden neuen Technik beispielsweise eignet. Gegenüber dem Bekannten neu und besonders wichtig im Rahmen der. Erfindung sind ausgeprägte Merkmale und eine spezifische Systematik des Aufbaues der Anlage nach Gesichtspunkten der Betriebssicherheit und einer hiermit eng verkoppelten einfachen und übersichtlichen Betriebshandhabung. Steuerschaltungen sind in der Fig. 19 weggelassen. — Die Sendeanlage ist durch strichpunktierte Linien in folgende Abschnitte aufgeteilt: RKT — Reihenkopplungstransformator, TSA = Transformatorschaltanlage, KSA = Kondensatorschaltanlage, KAF = Kopplungsanpassungsfeld, GAF = Generatoranpassungsfeld und GE = Generatoreinheit. RKT + TSA + KSA werden zusammengefaßt als Kopplungseinheit KE und KAF -f GAF als Anpassungseinheit AE bezeichnet. TFK bedeutet das Tonfrequenzkabel über welches der Kopplungseinheit KE die Signalenergie von der Generatorseite her zugeführt wird. Diese Bezeichnungen gelten auch für die Blockdarstellung der F i g. 21. — Wie in der F i g. 19 dargestellt, wird der Reihenkopplungstransformator RKT oberspannungsseitig mittels der Trenner T₁, T₂

in den Leitungszug eingeschleift und kann mit Hilfe des Trenners T₃ überbrückt werden. Praktisch genügen meist Seile an Stelle dieser Trenner. Unterspannungsseitig kann der RKT mittels ;der Trennmesser T von der Tonfrequenzseite abgekuppelt werden. Die Aufgabe der Sicherungen Si und der Ableiter AB wurde bereits erörtert. Da der Reihenkopplungstransformator auch einen unterspannungsseitigen Kurzschluß dynamisch und thermisch zu tragen hat, versteht es sich, daß auch die Verbindungen zu und innerhalb der Schaltungen TSA und KSA angemessen auszulegen sind. Zur Schonung des Tonfrequenzmaterials ist es vorteilhaft, einen robusten gesteuerten Schalter S vorzusehen, bezeichnet als Transformatorsteuerschalter, der derart automatisch von der sendenden Anlage aus betätigt wird, daß er bei dieser Anlage, wie auch bei den stillgelegten Anlagen, vor Beginn einer Sendung geschlossen und nach Beendigung der Sendung wieder geöffnet wird. Zusätzlich zu den auch während des Impulstastzustandes bestehenden Sicherheitsvorkehrungen reduziert diese Maßnahme die Wahrscheinlichkeit der Beanspruchung des Tonfrequenzmaterials auf die Sendezeiten. An Stelle des Schalters 5 kann man einen motorangetriebenen Trenner vorsehen, wenn man ein Kondensatorschütz KS mit verwendet, das den kapazitiven Netzstrom durch die Kompensationskapazität Ck abzuschalten vermag und das bei der automatischen Fernbetätigung in folgerichtiger Verriegelung mit dem Trenner zusammen arbeitet. Zweckmäßig wird das Schütz gemäß Fig. 18 angeordnet, so daß es eine zusätzliche Öffnung der Verbindung nach der Generatorseite bewirkt. Die Bedeutung der Reaktanz Z, für die auch in der Fig. 19 eine Reihenschaltung LC zugrunde gelegt ist, als Netzstrombremse für den Generator G, ist bereits erörtert worden. Da sowohl rotierende als auch statische Wandler, die oft als Tonfrequenzgeneratoren benützt werden, einen kleinen innern Widerstand haben, stellt die Reaktanz Z auch einen entsprechenden Spannungsschutz dar. Die Reaktanz Z ist das Anpassungsglied des Generators an. die Netzeigenschaften der Kopplung. Für die Modulation der Tpnfrequenzspannung zu Signalimpulsen ist sekundärseitige Tastung mittels Tastschützen TS vorgesehen. Bei der Tastung tonfrequenter Ströme wird oft von der bekannten stufenweisen Abschaltung über mindestens einen Widerstand mittels zweier oder mehrerer in Reihe geschalteter Schütze Gebrauch gemacht. Die Sekundärtastung am Ausgang der; Generatoren hat gegenüber der Primärtastung in der Erregung motorischer Wandler oder im Steuereingang· statischer Wandler den Vorteil, daß sie sich sofort ;auf potentielle Energiereserven, wie z. B. die kinetische Energie bei motorischen Wandlern, abstützen kann und die nichtstationären Vorgänge der Mechanik und der magnetischen Felder z.T. auf die nachfolgenden Impulspausen verlagert, was vor allem bei der intermittierenden Tastung kurzer Impulse: von- Interesse ist. Der Anzapftransformator AT (Fig. 19) dient der Regulierung des Sendespannungsniveaus je Kopplungseingang; Zusammen mit der Tastung verarbeitet er den Generatorausgang je Kopplung auf das gewünschte Informationsbild, das heißt auf den sogenannten Code und auf den gewünschten Signalpegel. Die Zuordnung der Elemente Z, TS und A T als Generatoranpassungsfeld GAF je zu den einzelnen Kopplungen, hat den Vorteil, daß; der: Generator bezüglich baulicher Anpassung entlastet wird und zu einer unabhängigen Einheit GE gestaltet werden kann. — Diese Unabhängigkeit ist stets gekoppelt an ein elektrisches Erfordernis, das bei jedem Rundsteuergenerator gewährleistet sein muß: Funktions- und Betriebssicherheit gegenüber praktisch beliebigen induktiven, realen und kapazitiven Lasten, wie sie durch die Netzimpedanzvefhältnisse vielgestaltig möglich sind. Auch der Kurzschlußpunkt muß berücksichtigt

ίο sein, da der Generator bei Tastung auf einen Kurzschluß bis zur Sicherungsauslösung keinen Schaden nehmen darf. Derartige Kurzschlußbelastungen sind z. B. möglich bei Tastung auf die kleine Reaktanz der Kapazität C* bei Unterbruch der Sicherung S{, bei Tastung auf Netzkurzschlüsse, Netzerdschlüsse oder bei Tastung auf Isolationsschlüsse im tonfrequenten Anlagenteil. — Die Erläuterungen an Hand des Beispieles der Fig. 19 verdeutlichen zusätzlich zu den vorausgegangenen Erläuterungen die Wichtigkeit auch der apparativen Sicherheit als stützende Maßnahme der durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnenen 100%igen Reserve. Diese Sicherheit soll die Operationen mit derartigen Reserven auf ein Mindestmaß reduzieren. Eine apparative Sicherheit, die diese Reserven erübrigt, darf bei den im Vordergrund stehenden sehr großen Anlagen bzw. Anlagenverbänden nicht angenommen werden.

Mit Blick auf diese apparative Sicherheit im Rahmen der Erfindung ist es weiter zweckmäßig, die erwähnten Abschnitte der an Hand der Fig. 19 beschriebenen Sendeanlage als funktionsfertige Einheiten derart auszubilden, daß sie, aufgebaut aus anschlußfertigen Baukomponenten, nur noch von Klemmleiste zu Klemmleiste zusammengeschlossen werden müssen, wobei die Freizügigkeit in der Montageanordnung gewährleistet ist, d.h. daß durch die Montage keine Beeinflussung der wesentlichen Eigenschaften der Sendeanlage, z. B. durch Verstimmung von Schwingkreisen möglich ist. Ein derartiger Aufbau in funktionsfertigen Einheiten, der einen schnellen und anspruchslosen-Wechsel, von Teilapparaten gestattet, vervollständigt, die im Vordergrund stehenden Sicherheitserfordernisse in wesentlichen betrieblichen Belangen. Der Aufbau: in funktionsfertigen Einheiten mit ihren anschlußfertigen Baukomponenten ist durch das-Blockschema der Fig: 21 zusammenfassend dargestellt. Die in den F i g. 19 und 21 festgehaltene Reihenfolge. des-,; Zusammenschlusses der Baukomponenten und ihrer Elemente ist, mit Blick auf günstige Betriebs-und Sicherheitsbelange, wesentlich.;.- ,:.- .: ;^di inn :<;-\;b!^;,3r.b /:,..;:■■■.. '■■'. Ein Beispiel für eine Kopplungseinheit .KjE in Freiluftaufstellung zeigt die Fig.r20. Der Reihenkopplungstransformator RKT ■ ist: fahrbar auf Schienen abgestellt und wird mittels; Trennmesser T mit einem Schrank zusammengeklinkt,-der fahrbar auf der gleichen Schiene abgestellt ist und welcher die Sicherungsund Schwingkreiselemente der Kopplung enthält. Da Sicherungselemente explosiven Zerstörungen unterworfen sein können, sind sie in einem gesonderten Transformatorschrank TSA untergebracht, welcher auf dem die Schwingkreiselemente enthaltenden Kondensatorschrank 2£&4 sitzt. Die Montage der so gebildeten Kopplungseinheit KE besteht somit lediglieh einerseits im Anschluß der Seile T₁, T₂ an die Hochspannung und andererseits im Klemmleistenanschluß des Tonfrequenzkabels TFK, sowie den zugehörigen Steuer- und Meldeleitungen von der Gene-

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ratorseite her. Bei den im Vordergrund stehenden sehr hohen Netzspannungen und großen Durchgangsleistungen empfiehlt es sich, zugunsten der Netzsicherheit, der Tonfrequenzeigenschaften und der Betriebshandhabung die Kopplungseinheit in drei Einphaseneinheiten auszuführen.

Das Kopplungsanpassungsfeld KAF, beinhaltend die Reaktanz Z, sowie das Generatoranpassungsfeld GAF, beinhaltend den Anzapftransformator A T und die Tastung TS, bilden zusammen in zwei anschlußfertigen Baukomponenten die funktionsfertige Anpassungseinheit AE. Ihr Standort ist zweckmäßig bei der Generatoreinheit GE (F i g. 21).

Die Generatoreinheit GE wird in drei ebenfalls anschlußfertige Baukomponenten G, SF und VF aufgeteilt.. G ist das lediglich die tonfrequente Signalenergie erzeugende Grundaggregat. Das Schaltfeld SF enthält sämtliche Elemente für die automatische und manuelle Betriebsführung der Generatoreinheit, ferner sämtliche Instrumente für die Messung und Kontrolle, sowie sämtliche Elemente für die Ansteuerung der Anpassungseinheit' und der Kopplungseinheit. Das Verteilfeld VF ist' eine Baukomponente, in der sämtliche Verbindungen zwischen der Kopplungseinheit KE, der Anpassurigseinheit.<4E und der Generatoreinheit GE an Klemmleisten zusammenlaufen. Dieses Feld ermöglicht den Anschluß mindestens einer weiteren Kopplungseinheit und einer weiteren Generatoreinheit ohne Eingriff in die bestehende Schaltung. An das Verteilfeld VF ist ferner ein Überwachungstableau ÜT angeschlossen. Es registriert sämtliche Gefahrenmeldungen aus der Kopplungseinheit KE und'der Aiipässüngseinheit AE und verarbeitet solche zu Alarmmeldungen auf die zentrale Warte. Zur weiteren Förderurig der Sicherheit, insbesondere bei Netzkurzschluß während der Tastung, also bei durchgehend geschlossener Verbindung zwischen RKT und G, ist es vorteilhaft, diesen Schaltungszug durchgehend bis an die Klemmen des Generators G auf ein hohes Isolationsniveau gegen Masse zu setzen, mindestens entsprechend der Spannungsreihe 3 kV.

Die gesamte Sendeeinheit, bestehend aus Generatoreinheit GE, Anpassungseinheit AE und Kopplungseinheit' KE, wird in ihrer Betriebs- und Befehlsabwicklung von einer zentralen Bedienungsstelle aus mit Hilfe einer Kommandoeinrichtung geleitet. Die gebräuchlichen Kommandoeinrichtungen in der Rundsteuertechnik sind, mit Blick auf die zu steuernden Anlagen und auf die oft begrenzten Wartungsmöglichkeiten, überwiegend Starkstromgeräte. Im Rahmen der Erfindung mit ihren vorzugsweise großen Anlagen und entsprechenden Wirkräumen ist es wünschenswert und angemessen, Kommandoeinrichtungeri mit großer Befehlskapazität und entsprechender Funktionsbeweglichkeit einzusetzen. Es ist in diesem Sinne zweckmäßig,'die Kommandoeinrichtung zu unterteilen in ein Kommandosendegerät KSG und ein Kommandoempfangsgerät KEG, wie im Blockschema der Fig. 21 eingetragen, ,wobei das Kommandosendegerät als eine den Vorschriften der Fernmeldetechnik entsprechende Einrichtung aufgebaut ist nach den Prinzipien und mit den Mitteln der Nachrichten- bzw. Infdrmationstechnik, während das Kommandoempfangsgerät die vom Sendegerät empfangenen Informationen umwandelt für die Verarbeitung in der Starkstromanlage SF, und umgekehrt Betriebs- und Alarminförmationen aus dem Schaltfeld SF in geeigneter Form an das Kommandosendegerät übermittelt. Dieser Aufbau der Kommandoeinrichtung hat den großen Vorteil, daß beim Sendegerät der Anschluß an die vorhandenen Ubertragungswege der Fernmeldetechnik hergestellt ist und das anspruchsvolle Funktionsabwicklungen, Programmierungen und deren Überwachung mit den bekannten beweglichen und raumsparenden Operationskomponenten der Nachrichten- und Informationstechnik realisiert werden können. So ist es z. B. von Wichtigkeit, die Sendeanlagen der einzelnen Übergabestellen mit befehlsspeichernden Kommandosendegeräten derart auszurüsten, daß im Störungsfalle der sendenden Anlage der Sendebetrieb ohne hemmenden Zeitverzug an eine der andern Anlagen der galvanisch

x5 geschlossenen Ebene übergeben werden kann.

In letzter Konsequenz zu den erörterten apparativen Maßnahmen ist es zweckmäßig, die Sendeeinheiten SE für eine einheitliche Leistung vorzusehen; z. B. für eine Netzdurchgangsleistung der Kopplungstransformatoren RKT von 200 MW und für ein tonfrequentes Ubernahmevermögen der Generatoreinheit GE entsprechend einer Netzlast von mindestens dem l,5fachen Wert dieser Durchgangsleistung. Das ermöglicht für lange Zeiträume Freizügigkeit bezüg-Hch Netzumdispositionen und Netzwachstum, sowie Einheitlichkeit der funktionsfertigen Baueinheiten für die Gesamtheit der Anlagen.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt gegenüber dem bekanntenStand der Technik einen wesentlichen Fortschritt dar, der geeignet ist, die Rundsteuertechnik, insbesondere bei der Überlagerung großer, übergeordneter Hochspannungsebenen, um einen entscheidenden Schritt weiterzubringen. Das Wesentliche ist, nebst der selbstverständlichen Erfüllung der eigentlichen Rundsteueraufgabe, bei den bei der Erfindung im Vordergrund stehenden, übergeordneten, großen Überlagerungsobjekten, die Sicherheit; Sicherheit durch Einfachheit des Funktionszusammenhanges, Einfachheit in der Betriebsübersicht und in der Betriebshandhabung. Praktisch bringt dieser Schritt das Folgende: Loslösung von der komplizierten Systemtechnik der Mehrpunktsüberlagerung, Befreiung von jeglichen Forderungen an die Phasenlage der Steuerfrequenz, Schaffung einer stets verfügbaren vollen Reserve, Freizügigkeit in der Umgestaltung der galvanischen Inseln ohne Gebundenheit an ein anspruchsvolles Übersteuersystem, Vergleichsweise günstigste Voraussetzung für kleine Überspielgefahr, da nicht gleichzeitig mehrere Anlagen mit am Rück-Schluß partizipieren müssen. Zusätzlich zu den so geschaffenen Sicherheiten sind der Erfindung weitere stützende Merkmale eingelagert; Das für die Sicherheit des Netzbetriebes wesentliche ist die Kurzschlußfestigkeit der ■ Reihenankopplungstransformatoren, unabhängig davon, ob sie in. der ersten Viertelperiode eines' Kürzschlusses an der Sekundärseite geöffnet oder geschlossen werden. Die bis heute gebräuchlichen Reihenkopplungstransformatoren erfüllen eine solche Anforderung nicht. Die apparative Sicherheit wird weiter erfolgreich gestützt durch einen systematischen Komponentenaufbau der Anlagen und durch eine entsprechende Systematik der Möntagetechnik. Gemessen an dieser gegenüber der bekannten Technik hervorstechenden Optimierung der Sicherheitsbelange, liegt die erfindungsgemäße Rundsteuereinrichtung auch wirtschaftlich günstig. Der Aufwand ist nicht größer als bei der Mehrpunktüberlagerung. Die bei der letzteren bestehende theoretische Einspa-

rungsmöglichkeit an Signalenergie kann in Wirklichkeit nicht nennenswert ausgeschöpft werden und würde auch im günstigsten Fall preislich nicht ins Gewicht fallen. Die Kosten bei Reihenüberlagerung werden im wesentlichen durch die apparativen Not-

wendigkeiten des Netzbetriebes bestimmt. Wenn man die durch die erfindungsgemäße Rundsteuereinrichtung erzielte 100%ige Reserve berücksichtigt, hält die bekannte Technik auch wirtschaftlich einem Vergleich nicht stand.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rundsteuereinrichtung zur tonfrequenten Überlagerung von Energieversorgungsnetzen mittels direkter Aufprägung von tonfrequenten Signalen auf im Inselbetrieb gefahrene, galvanisch geschlossenen Hochspannungsebenen, Vorzugsweise von großen, übergeordneten Versorgungsnetzen, deren Abspannung auf Niederspannung über mindestens eine Zwischenspannungsebene erfolgt, wobei, abgesehen von internen Kraftwerken, die Energieversorgung je galvanisch geschlossene Hochspannungsebene über mindestens zwei geografisch an verschiedenen Stellen gelegenen, transformatorischen Ubergabestellen aus der übergeordneten Verbundebene erfolgt und diese transformatorischen Ubergabestellen je mit einer Tonfrequenzsendeanlage ausgerüstet sind, bestehend aus der Generatoranlage und aus an der Übergabestelle sekundärseitig eingebauten, für Serieneinspeisung geeigneten Reihenankopplungen, welch letztere je aufgebaut sind aus einem Reihenankopplungstransformator mit den zugehörigen Schwingkreiselementen, derart, daß bei abgetrenntem Tonfrequenzgenerator die Kopplungen automatisch als passive Sperren für die Steuerfrequenz wirken, dadurch gekennzeichnet, daß je die galvanisch geschlossene Hochspannungsebene wahlweise stets nur von einer der transformatorischen Ubergabestellen überlagert und diese Ebene nur von dieser einen Stelle aus als Ganzes in einer und nur einer Sendung voll ausgesteuert wird, während die Tonfrequenzgeneratoren der übrigen Ubergabestellen der galvanisch geschlossenen Ebene stillgesetzt sind, wobei je Ubergabestelle die Sendeanlagen mit ihren Kopplungen nach Aufbau und Betriebsführung derart ausgelegt sind, daß einerseits bezüglich der tonfrequenten Netz-Spannungsabfälle der sendenden Anlage stillgelegte Anlagen die Netzeinspeiseimpedanz in Richtung der übergeordneten Ebene an ihrer Ubergabestelle praktisch eliminieren und daß andererseits die stillgelegten Anlagen jederzeit als volle Reserve zur Verfügung stehen, sei es für die vollumfängliche, alleinige Aussteuerung der eigenen galvanischen Ebene oder zur Herauslösung aus dieser Ebene zwecks Anschluß an eine benachbarte galvanische Insel zur Aussteuerung der letzteren.

2.-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenankopplungen in ihrer Eigenschaft als passive Sperren derart ausgebildet und bemessen sind, daß die tonfrequente Netzeinspeiseimpedanz der gesperrten Übergabestellen die Netz-Spannungsabfälle der von der sendenden Stelle aufgeprägten tonfrequenten Signale nicht mehr beeinflußt, als die Impedanz eines an der gesperrten Übergabestelle zusätzlich installierten, durchschnittlich üblichen, örtlichen Energieübergabevolumens von der überlagerten Spannungsebene an die nachgeordnete Ebene.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der netzfrequente Reaktanzwert der Hauptinduktivität der in den Energiefluß eingeschalteten Reihenankopplungstransformatoren klein ist gegenüber der tonfrequenzseitigen Netzbürde und daß dieser Wert größenordnungsmäßig kleiner ist als die durchschnittliche Streureaktanz der mit den Kopplungstransformatoren in Reihe geschalteten Übergabetransformatoren gleicher Durchgangsleistung.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonfrequenzsendeänlage im Rahmen einer im Prinzip bekannten Schaltung in drei funktionsfertige Einheiten mit von der Montage unabhängiger tonfrequenter Abstimmstabilität aufgebaut ist, bestehend je aus anschlußfertigen Baukomponenten, die nur von Klemmleiste zu Klemmleiste zusammenzuschließen sind, wobei die funktionsfertigen Einheiten und ihre anschlußfertigen Baukomponenten das Folgende beinhalten und, ausgehend von der Netzseite, mit allen Elementen in der nachfolgenden Reihenfolge zusammengeschaltet sind:

1. die mit Kopplungseinheit (KE) bezeichnete Reihenankopplung, bestehend aus den folgenden Baukomponenten: den Reihenkopplungstransformator (RKT) mit den unterspannungsseitigen Trennmessern (T), der Transformatorschaltanlage (TSA) mit den Sicher^ingselementen (Si), dem Transformatorsteuerschalter (S), den Spannungsschutzelementen (AB), der Kondensatorschaltanlage (KSA) mit dem Kondensatorschütz (KS), der Kompensationskapazität (C^), den Tonfrequenzkabelsicherungen (Si),

2. die den Kopplungseingang und den Generatorausgang gegenseitig anpassende Anpassungseinheit (AE), bestehend aus den folgenden Baukomponenten: dem Kopplungsanpassungsfeld (KAF) mit der netzstrombremsenden Reaktanz (Z), dem Generatoranpassungsfeld (GAF) mit der Impulstastung (TS) und dem Anzapftransformator (AT),

3. die mit Generatoreinheit (GE) bezeichnete Generatoranlage, bestehend aus den folgenden Baukomponenten: dem die tonfrequente Signalenergie erzeugenden Generator (G), dem sämtliche Elemente für die örtlich-manuelle und automatische Steuerung der Tonfrequenzsendeanlage enthaltenden Schaltfeld (SF) und dem Verteilfeld (VF), in welchem sämtliche Verbindungen einerseits von der Kopplungseinheit und der Anpassungseinheit und andererseits vom Generator (G), dem Schaltfeld (SF) und vom Überwachungstableau (ÜT) an zentralen Klemmleisten zusammenlaufen und in welchem auch die Eelemente zur Kompensation des innern Spannungsabfalls des Generator (G) untergebracht sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenkopplung als funktionsfertige Freilufteinheit ausgeführt ist, wobei der Reihenkopplungstransformator fahrbar auf Schienen abgestellt und mittels angebautem Trennmesser mit einem Schrank zusammenge-

klinkt ist, der fahrbar auf der gleichen Schiene abgestellt ist und der in einem abgeschlossenen, anschlußfertigen Oberteil die Sicherungs- und Schutzeiemente und in einem ebenfalls anschlußfertigen ⁽· Unterteil die tonfrequenzseitigen Schwingkreiselemente der als Ganzes funktionsfertig ausgebildeten Reihenankopplung enthält.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die tonfrequenzseitigen Schwingkreiselemente der Kopplungen von den unterspannungsseitigen Klemmen der Reihenkopplungstransformatoren mittels eines Transformatorsteuerschalters (S) ab —■ und an diese wieder zuschaltbar sind, derart, daß dieser Schalter bei der sendenden Anlage durch automatische Fernbetätigung von dieser Anlage aus sowie bei den stillgelegten Anlagen vor Beginn einer Sendung geschlossen und nach Beendigung der Sendung wieder geöffnet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Transformatorsteuerschalters (S) ein motorangetriebener Trenner vorgesehen ist, welcher mit einem Kondensatorschütz (KS), das den kapazitiven Netzstrom durch die Kompensationskapazität (Ck) abzuschalten vermag, in folgerichtiger Verriegelung zusammenarbeitet.

8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Schaltungszug ab den Unterspannungsklemmen des Reihenkopplungstransformators (RKT) bis zum Generatoreingang im Verteilfeld (FF) durchgehend auf ein hohes Isolationsniveau gegen Masse, entsprechend einem Vielfachen des Isolationsniveaus der tonfrequenten Betriebsspannung, gesetzt ist.