DE961458C - Kopplungswandler fuer UEberlagerungsfernsteueranlagen - Google Patents

Description

• Kopplungswandler für Uberlagerungsfernsteueranlagen Die heute üblichen Fernsteuerungsanlagen mit Überlagerung des Netzes verwenden als Steuerenergie tonfrequenten Dreiphasenwechselstrom, der in Reihen- oder Parallelschaltung zwischen den Phasen des Hochspannungsnetzes angekoppelt wird. Bei dieser Kopplungsart wird die Steuerenergie dreiphasig über alle Zwischentransformatoren auf die Niederspannungsseite der Ortsnetztransformatoren übertragen, so daß man die Empfangsrelais in einfachster Weise zwischen zwei Außenleitern oder zwischen Außen- und Nulleiter in den Niederspannungsnetzen anschließen. kann. Diese Kopplungsart hat jedoch den Nachteil, daß alle Kondensatoren, die heute zur Blindleistungskompensation in großer Zahl zwischen den Außenleitern angeschlossen werden (z. B. zur Kompensierung der Drehstrommotoren), einen großen Teil der Steuerenergie aufnehmen und bei Reihen- oder ParaIlelresonanz sperren oder kurzschließen.
• Diesen Nachteil vermeidet zwar in bekannter Weise die sogenannte Nullankopplung, bei der .die Steuerenergie (einphasig) zwischen Sternpunkt und Erde eingespeist wird. Dann wird sie jedoch nicht mehr über die Transformatoren übertragen, sondern bleibt auf den galvanisch zusammenhängenden Teil des Netzes gleicher Spannung, sei es ein Hochspannungs- oder Niederspannungsnetz, beschränkt. Will man trotzdem über die Transformatoren hinwegsteuern, so braucht man Tonfrequenzübertrager oder Impulsumsetzer, die zwischen die Hoch- und Niederspannungsseite der Transformatoren geschaltet werden müssen und daher verhältnismäßig teuer werden. Sollte auf diese Weise ein größeres Versorgungsgebiet mit zahlreichen Ortsnetzen gesteuert werden, so müßte man alle Transformatorenstationen mit Tonfrequenzübertragern oder -umsetzern ausrüsten, was das Verfahren unwirtschaftlich macht.
• Erfindungsgemäß wird statt dessen vorgeschlagen, für die Hochspannungsnetze mit ihren relativ wenigen Kondensatoren die bekannte dreiphasige Zwischenphasenankopplung, auf der Niederspannungsebene dagegen eine Nul;lankopplung zuverwenden. Die Tonfrequenzübertrager oder Impulsumsetzer brauchen dann nur auf der Niederspannungsseite der Transformatoren angeschlossen zu werden und sind damit wesentlich billiger. Im Hochspannungsnetz können die wenigen dort direkt angeschlossenen Kondensatoren leicht gegen die Tonfrequenzenergie gesperrt werden.
• Im Niederspannungsnetz sind die Vorteile der Nullankopplung besonders groß. Wie eingehende Messungen (vgl. Vorträge D e n n h a r d t und N i e -hage auf der Tagung der Studiengesellschaft für Höchstspannungsanlagen am 17. Juni 1953 in Konstanz) gezeigt haben, gibt es bei den bisherigen Rundsteuenanlagen in den meisten Ortsnetzen, in denen Drehstrommotoren durch Kondensatoren kompensiert werden, mit zunehmendem Kompensierungsgrad Punkte oder sogar lange Strecken, in denen die Tonfrequenzspannung praktisch gleich Null ist. Da diese Stellen vom Betriebszustand abhängen, ist in solchen Netzen eine Gewähr für das Funktionieren aller Rundsteuerempfangsrelais überhaupt nür bei Nullankopplung gegeben.
• Die Umwandlung der dreiphasigen Zwischenphasenankopplung in eine Nullankopplung wäre naturgemäß dadurch möglich, daß man auf der Niederspannungsseite der Transformatoren ein Relais anschließt, das eine neue Steuerenergiequelle, z. B. einen neuen Tonfrequenzgenerator, im Takte der vom Hochspannungsnetz einlaufenden Tonfrequenzimpulse ein- und ausschaltet. Eine solche Einrichtung würde jedoch -außerordentlich teuer werden und zu Störungen neigen.
• Erfindungsgemäß ist die Umwandlung jedoch auch ohne Erzeugung neuer Steuerenergie mit einer Einrichtung möglich, die »Kopplungswandler« genannt sei. Der Vorgang ist zunächst in Abb. r, die der Einfachheit halber zweipolig gezeichnet wurde, dargestellt. U und V seien die Leiter eines Hochspannungsnetzes, die gegeneinander Tonfrequenzspannung führen. Infolgedessen tritt auch, übertragen durch den Ortsnetztransformator Tr, zwischen den Klemmen u" und va auf der Niederspannungsseite des Transformators eine Tonfrequenzspannung auf. Der Tonfrequenzstrom wird jedoch in der Phase u durch einen auf Tonfrequenz,abgestimmten Stromresonanzkreis ST gesperrt und kann daher nicht auf das Niederspannungsnetz übertreten. Hinter dieser Sperre ist zwischen den Leitern u und v ein auf Tonfrequenz abgestimmter Spannungsresonanzkreis BT als Tonfrequenzbrücke angeschlossen, so daß im Niederspannungsnetz die Leiter ub und vb die gleiche Tonfrequenzspannung führen. Diese Tonfrequenzenergie fließt den Empfangsrelais R zu, die zu dem Zweck zwischen die Außenleiter u oder v und den Nulleiter n des Niederspannungsnetzes geschaltet werden müssen.
• Abb. z zeigt die gleiche Anordnung für das Drehstromsystem. Tr ist wieder der Ortsnetztransformator, U, Tl, W das einspeisende Hochspannungsnetz und u", va, wa die Niederspannungsseite des Transformators, D dessen bekannte Dreieckswicklung für die Nullpunktbelastbarkeit des Stern-Stern-Transformators. Die Stromresonanzkreise ST sperren wieder die Tonfrequenzenergie für die Leiter u und v, während die Spannungsresonanzkreise BT die Niederspannungsaußenleiter u, v, w für die Tonfrequenzenergie auf gemeinsames Tonfrequenzpotential schalten. Alle Tonfrequenzrelais R sind gegen den Nulleiter n geschaltet.
• Eine Variante zu den einzelnen Stromresonanzkreisen ST der Abb. a zeigt Abb. 3. Hier ist das Dreiphasen- oder Drehstromsystem u, v, w durch einen gemeinsamen Dreischenkelwandler Wr gesperrt, wobei der eigentliche Resonanzkreis ST in bekannter Weise durch magnetische Kopplung auf die beiden Spulen in den Außenleitern u und v wirkt und so die Tonfrequenz sperrt.
• Das geschilderte Verfahren hat den Vorteil, daß in jedem Niederspannungsnetz statt der vielen einzelnen und unterschiedlichen Kondensatorensperren nur ein für die Leistung des Transformators bemessener Sperrkreissatz, hier kurz Kopplungswandler genannt, in der Transformatorenstation gebraucht wird. Der Kopplungswandler kann bei Bedarf jederzeit nachträglich eingebaut werden, ohne däß an den Tonfrequenzempfaings.relais das geringste geändert zu werden braucht. Die Kopplungswandler erhöhen die Tonfrequenzspannung in den mit Kondensatoren ausgerüsteten Ortsnetzen. Außerdem entlasten sie die Tonfrequenzsendeanlage von der sonst unnütz in die Kondensatoren eingespeisten Steuerenergie.
• Die Kopplungswandler können auch dazu verwendet werden, um die Tonfrequenzenergie in eine Gleichstromsteuerspannung zwischen Außenleiter und Nulleiter des Niederspannungsnetzes umzuwandeln. Das ist in Abb. 4 gezeigt (zweipolig). Der Nulleiter n wird durch Einbau eines auf Netzfrequenz abgestimmten Spannungsresonanzkreises BN für Gleichstrom gesperrt und ein Gleichrichter GZ an den Mittelpunkt einer zwischen den Außenleitern angeschlossenen Drosselspule Dy und den Nulleiter n geschaltet. Dann wird zwischen den Leitern zc und v einerseits und dem Nulleitern andererseits im Takte der Tonfrequenzeinspeisung eine Gleichspannung auftreten, die sich allen zwischen Außenleiter und Nulleiter geschalteten Empfangsrelais R mitteilt.
• Gleichspannung hat gegenüber Tonfrequenz als Steuerenergie den Vorteil, daß sie durch Kondensatoren überhaupt nicht geschwächt wird, sondern in erster Linie durch Induktivitäten bzw. Drosseln. Die niederohmigen Induktivitäten, im Drehstromnetz z. B. die Drehstrommotoren, werden jedoch sämtlich zwischen den Außenleitern angeschlossen und schwächen die in Nullankopplung zugeführte Gleichstromsteuerspannung nicht. In vielen Fällen wird deshalb die Gleichrichtung dort eine einwandfreie Steuerspannung gewährleisten, wo die Tonfrequenzspannung durch Einphasenkondensatoren zu sehr geschwächt würde. Die Gleichstromsteuerung gestattet ferner eine Vereinfachung der Rundsteuerempfangsrelais. Man kann die Relais jedoch mit geringem Mehraufwand so bauen, daß sie ohne Änderung (oder nur mit geringfügiger Änderung) sowohl bei Tonfrequenz- als auch bei Gleichstromsteuerung arbeiten und damit eine weitere Verbesserung und Verbilligung erzielen.
• Ebenso wie der Tonfrequenzkopplungswandler läßt sich der Kopplungswandler mit Gleichrichtung auf einfache Weise auf Drehstromschaltung erweitern.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Fernsteuerungsanlagen mit Überlagerung tonfrequenter Steuerströme und mit in den Niederspannungsnetzen angeschlossenen Empfangsrelais, die von einer über das Hochspannungsnetz einspeisenden, von der Netzfrequenz abweichenden Sendefrequenz gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerenergie im Hochspannungsnetz eine Spannung zwischen den Außenleitern aufweist und daher durch die Netztransformatoren transformiert wird, während die Steuerenergie in den Niederspannungsnetzen mit einer Spannung zwischen dem Nullleiter einerseits und den Außenleitern andererseits übertragen wird.
2. 2. Fernsteuerungsanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein (z. B. aus Resonanzkreisen zusammengesetzter) Kopplungswandler so eingeschaltet wird, daß die zwischen den Außenleitern einer Mehrleiteranlage bestehende, von der Netzfrequenz abweichende Wechselspannung in eine zwischen den Außenleitern einerseits und dem Nulleiter andererseits auftretende Spannung umgewandelt wird, oder umgekehrt, ohne daß hierzu Maschinen, Umrichter oder Schalteinrichtungen benötigt werden.
3. 3. Fernsteuerungsanlage nach den Ansprüchen i und 2, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Gleichrichtung, so daß die zwischen den Außenleitern bestehende Tonfrequenzwechselspannung in eine zwischen den Außenleitern einerseits und dem Nulleiter andererseits auftretende Gleichspannung verwandelt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 505 858; Bulletin des Schw. Elektr. Vereins, Bd. 40 (195o), S. i88.