DE510932C - Vorrichtung zur Aufhebung von induzierten Spannungen - Google Patents

Description

An elektrischen Anlage- oder Metallteilen wird die durch Induzierung hervorgerufene Spannung durch eine Gegenspannung gleicher Form und Größe, aber entgegengesetzter Lage aufgehoben. Die zur Aufhebung der Induktionsspannung erforderliche Gegenspannung wird dem induzierenden Stromkreis entnommen. Wird beispielsweise die Untervoltseite eines Transformators durch Erdschluß auf der Obervoltseite induktiv beeinflußt, so kann man in bekannter Weise an der Sekundärwicklung eines zwischen dem obervoltseitigen Nullpunkt des Transformators und Erde angeschlossenen Spannungswandlers eine Gegenspannung abnehmen, die die Induzierung aufhebt. Die Sekundärwicklung des Spannungswandlers wird unter Zwischenschaltung eines Relais und einer geeigneten Impedanz an die Sekundärseite eines weiteren zwischen niederspannungsseitigem Nullpunkt oder Generatornullpunkt und Erde gelegten Spannungswandlers angeschlossen. Die Aufhebung der Induzierung ist für Generatoren, die über Transformatoren arbeiten, besonders wichtig, da dadurch Fehlauslösungen des Generatorenschutzes auch bei hochempfindlichen Einrichtungen vermieden werden. Allgemein läßt sich dieses Prinzip, die induzierte Spannung durch eine dem induzierenden Stromkreis entnommene Spannung aufzuheben, auch auf induktiv gekoppelte Stromkreise übertragen. Gleichfalls läßt es sich auf die in einem Stromkreise enthaltenen höheren Harmonischen anwenden.

Die von den bekannten Mitteln zur Aufhebung der kapazitiven und induktiven Einflüsse der Grundwelle abweichenden neuen Mittel und Anordnungen sind in folgendem zusammengefaßt:

Die bei fast jeder kapazitiven und induktiven Induzierung mitübertragene Oberspannung dreifacher Frequenz läßt sich durch eine Anordnung nach Abb. 1 aufheben. In der Figur stellen 1, 2 und 3 die drei Phasen eines Drehstromsystems dar, A A den induktiv beeinflußten Leiter und G einen Stromerzeuger, dessen dreifache Harmonische sich über die Kapazitäten C₁, C₂, Erde und die Nullpunktsleitung ausgleichen. Es soll nun die induzierte Spannung an dem Leiter A A gleich Null werden, d. h. die Induzierung soll aufgehoben werden. Um dies zu erreichen, wird die Sekundärwicklung eines Transformators oder Wandlers T in offenem Dreieck geschaltet, und in die offene Dreieckschaltung wird ein Schwingungskreis, bestehend aus der Kapazität C_n der Induktivität L_r und dem Ohmschen Widerstand R, gelegt. Durch diesen Resonanzkreis kann bei entsprechender Abstimmung praktisch nur ein Strom dreifacher Frequenz fließen. An dem Widerstand R läßt sich die zur Kompensation der

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Walter Bütoiv in Frankfurt a. M.

an AA, also an der Kapazität C₂ liegenden Induktionsspannung erforderliche Spannung abnehmen. Sie wird einerseits an Erde, anderseits über einen Kondensator C₃ oder eine andere geeignete Impedanz an den induzierten Metallteil, beispielsweise die Leitung A A, gelegt. Die Impedanz, z.B. die Kapazität C₃, wird so bemessen, daß ein Strom der gewünschten Frequenz unter dem ίο Einfluß der am Widerstand R abgegriffenen Spannung fließt, der gleich dem induzierten, aber entgegengesetzt gerichteten ist, so daß die induzierte Spannung aufgehoben wird.

Eine Phasenverschiebung der Spannung kann in bekannter Weise durch Kunstschaltungen, z. B. nach der Methode von Hummel oder Gorges (s. Elektrische Meßtechnik von W. Jaeger, 1928, S. 293) oder durch die Brücke mit drei Widerständen und einer Kaao pazität vorgenommen werden.

Für die Aufhebung der 5. Harmonischen kann man die gleiche Schaltung wie zur Aufhebung der Induzierung durch die Grundwelle benutzen, da beide Harmonische zumeist gleichzeitig aufgehoben werden sollen. Soll aber nur die 5. Harmonische aufgehoben werden, so legt man nach Abb. 2 parallel zu der Sekundärwicklung eines Wandlers Tk einen Schwingungskreis, an dem man die zur Kompensierung notwendige Spannung fünffacher Frequenz abnimmt.

Nach dem für die Kompensation der 3. und 5. Harmonischen angegebenen Prinzip kann man selbstverständlich die Induzierung jeder dreizahligen und nichtdreizahligen Harmonischen kompensieren. Die Kompensationseinrichtung für mehrere Harmonische können ohne Störung zusammenarbeiten.

Sind die Leitungen oder Apparate durch ungleiche Kapazitäten C₁ oder Induktivitäten gekoppelt, so kann man die unsymmetrische Spannungsübertragung sowohl der Grundwelle wie der höheren Harmonischen durch geeignete Wahl der Impedanzen Z₁, Z₂, Z₃ nach Abb. 3 wieder ausgleichen. Man erhält also trotz der unsymmetrischen Spannungsübertragung eine vollkommene Kompensation der Grundwelle und der höheren Harmonischen. Die gleiche Wirkung kann man durch verschiedene Bemessung der drei Wicklungen eines an die kompensierende Spannung angeschlossenen Wandlers erreichen.

Auch für den Fall, daß eine doppelte, kapazitive Beeinflussung der Leitung A A z.B. durch eine Spannung von 50 Perioden und eine Spannung von i6²/₃ Perioden auftritt, läßt sich die Gesamtspannung kompensieren. Die Kompensationseinrichtungen werden dann in bekannter Weise für jede einzelne induzierte Spannung, also für 50 und i6²/₃ Perioden, getrennt angeordnet. Dabei werden die beiden zur Kompensierung bestimmten Spannungen entweder parallel oder hintereinander geschaltet. In Abb. 4 ist ein für diesen Zweck geeignetes Beispiel dargestellt. Auf einer Schwachstromleitung A A werden von einer parallel lauf enden Hochspannungsleitung von 50 Perioden und einer ebenfalls parallel laufenden Starkstromleitung von i6²/_a Periöden Spannungen induziert. Die Drehstromleitung von 50 Perioden D beeinflußt im Erdschluß die Leitung^! A über die Kapazitäten C₁, und die Leitung E von l6²/₃ Perioden beeinflußt die gleiche Leitung A A über die Kapazitäten C₁'. An dem Transformator T₁ wird die kompensierende Spannung von 50 Perioden für die Leitung D abgenommen, während am Transformator T₂ die Ausgleichsspannung von i6²/₃ Perioden gewonnen wird. Die Sekundärwicklungen beider Transformatoren liegen je in Reihe mit den Kapazitäten C₃ bzw. C₈' parallel an der Leitung A A. Es besteht also für jede Frequenz eine eigene Ausgleichseinrichtung. Die Abgleichung der Übersetzungsverhältnisse der Transformatoren T₁ und T₂ kann aber auch so erfolgen, daß nur eine Kapazität C₃ erforderlich ist (s. Abb. 5), wo die Sekundärwicklungen von T₁ und T₂ unter sich und mit C₃ in Reihe geschaltet sind.

Auch die induktive, d.h. durch magnetische Kopplung bewirkte Spannungsübertragung der Grundwelle und höheren Harmonischen, wie diese besonders an Schwachstromleitungen bei doppeltem Erdschluß einer parallel geführten Hochspannungsleitung auftritt, kann durch geeignete Maßnahmen aufgehoben werden.

Tritt z. B. in der in Abb. 6 mit Ό bezeichneten Drehstromleitung ein Erdschluß bei geerdetem Nullpunkt auf, so stellt die Stromschleife Phase 3, -E₂, E₁, ο die induzierende Stromschleife dar, die auf die Schleife Schwachstromleitung AA, Erde JS₄, JS₃ einwirkt. Der in der Leitung A A auftretende Strom läßt sich durch eine Gegenspannung am Transformator T aufheben. Die Gegenspannung wird von einer Anzahl Wandler W₁, W₂, W₃ geliefert, die in Art eines Durch- im führungswandlers aufgebaut sein können. Die Wandler werden in Reihe geschaltet und über eine Impedanz (z. B. Drossel L) an den Transformator T angeschlossen. An Stelle der Wandler W₁, W₂, W- kann auch ein Unsymmetriewandler, durch dessen Eisenkern alle drei Phasen 1, 2, 3 durchgeführt werden, Verwendung finden. Für den eingezeichneten Kurzschluß wird in der Sekundärwicklung des Wandlers W₁ eine Spannung entstehen, unter deren Einfluß ein Strom durch die Drossel L und den Transformator T fließt.

Die Wandler W₂ und PF₃ stören nicht, da sie infolge der großen Primärstreuung nur als Drossel wirken. Die Drossel L, die unter Vertauschung der Anschlüsse auch durch eine Kapazität ersetzt werden kann, ist so zu bemessen, daß die übertragene Spannung am Transformator T die Induzierungen in der Leitung A A vollständig aufhebt. Der Wandler T kann gegebenenfalls durch einen Konto densator überbrückt werden, so daß die Sprechströme der Leitung A A ungehindert fließen können. In ähnlicher Weise lassen sich alle induktiv induzierten Spannungen beseitigen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Beseitigung der von einem Drehstromsystem kapazitiv auf einen Leiter übertragenen Spannung dreifächer Frequenz durch eine Hilfsspannung gleicher Größe und Art, jedoch entgegengesetzter Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen eines primärseitig an die induzierende Leitung angeschlossenen Wandlers (T) zur Gewinnung der Hilfsspannung in offenem Dreieck geschaltet und über eine Impedanz, beispielsweise eine Kapazität (C₃), mit den Punkten verbunden ist, zwisehen denen der infolge der Induzierung hervorgerufene Spannungsunterschied verschwinden soll (Abb. 1).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur schärferen Heraussiebung der Kompensationsspannung dreifacher Frequenz an die offene Dreieckschaltung ein auf die dreizahlige Harmonische abgestimmter Resonanzkreis, bestehend aus Kapazität (C_r), Induktivität (L₇.) und Ohmschem Widerstand (R), gelegt ist, so daß die Ausgleichsspannung an dem Ohmschen Widerstand abgegriffen werden kann (Abb. 1).

3. Einrichtung zur Beseitigung einer kapazitiven oder induktiven Spannungsübertragung auf elektrische Einrichtungen oder Metallteile durch eine Spannung gleicher Größe und Art, aber entgegengesetzter Richtung, die bei Wechselst» stromsystemen zur Beseitigung jeder gewünschten störenden Frequenz, bei Drehstrom zur Beseitigung jeder nichtdreizahligen, störenden Frequenz verwendet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Störfrequenz abgestimmter Resonanzkreis (C₅, L₅, R₅) an die Sekundärwicklung eines primär zwischen Systemnullpunkt (o) und Erde (E) liegenden Transformators geschaltet ist, an dessen Ohimschen Widerstand (R₆) die Ausgleichsspannung abgegriffen und über eine entsprechende Impedanz (C₃) an die Punkte gelegt wird, deren Potentialunterschied verschwinden soll (Abb. 2).

4. Einrichtung nach Anspruch 3 zur 6g Beseitigung einer kapazitiven oder induktiven Spannungsübertragung über ungleiche Impedanzen (z. B. Kapazitäten C₁) einer Drehstromleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (Tk) zur Abnähme der Ausgleichsspannung an einem künstlichen Nullpunkt (o), der aus entsprechend ungleichen Impedanzen (Z₁, Z₂, Z₈) gebildet ist, angeschlossen ist (Abb. 3).

5. Einrichtung zur Beseitigung von kapazitiven Spannungsübertragungen nach Anspruch 1 und 3, herrührend von zwei verschiedenen Spannungsquellen (G₁, G₂) evtl. verschiedener Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen der Ausgleichswandler (T₁, T₂) in Serie oder parallel liegen, so daß die resultierende Ausgleichsspannung gleiche Art und Form in der Frequenz und Spannungsüberlagerung erhält wie die indu- 8g zierte Spannung, und daß die Ausgleichsspannung über eine oder zwei entsprechende Impedanzen (C₃, C₃'), wenn nötig unter Phasenschwenkung, den Punkten, zwischen welchen die induzierte Spannung verschwinden soll, zugeführt wird (Abb. 4 und 5).

6. Einrichtung zur Beseitigung einer induktiven Spannungsübertragung auf elektrische Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die beeinflussende Leitung durch Wandler (W₁, W₂, W₆) nach Art von Durchführungsstromwandlern geführt ist, an deren Sekundärwicklungen die Ausgleichsspannungen abgenommen werden, und daß diese Ausgleichsspannungen gegebenenfalls unter Phasenschwenkung oder Zwischenschaltung einer geeigneten Impedanz (L) der induktiv gekoppelten Leitung so zugeführt werden, daß in dieser kein induzierter Strom fließen kann bzw. die induzierte Spannung kompensiert wird (Abb. 6).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen