DE2511928A1 - Wechselstromuebertragung - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Dr. jur.

Frank Arncvd Nix

Patentanw alt

Frankfurt am Main 70 O C 1 1

r,artenstraße 123 ZO I I

Dia Erfindung besieht sich auf das Gebiet dei¹ Elektroonergieübertragung und kann sowohl zur Verbindung zwischen Energiesystemen als auch zur Elektrizitätsversorgung von Verbrauchern angewendet werden·

Zur Zelt wird der Bedarf . der Übertragung immer höherer Leistungen durch die Erhöhung der Arbaitsspannung und die Errichtung zusätzlicher Leitungen gedeckt. Es existiert aber eine natürliche Grenze für die Betriebsspannung, bei dor die Luftstrecke ihre isolierenden Eigenschaften verliert, und das weitere Erhöhen der Spannung unmöglich wird· Au3erdom wirken sich die elektrischen

Felder der Hochspannung sie itung en negativ auf das Umgebungsmedium aus· Die Errichtung zusätzlicher Leibungen erfordert die Entfremdung von neuen Landesgebieten, was zu einem immer komplizierteren Problem wird·

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~ 2 —

einigermaßen wird dieses Problem durch die Errichtung von Doppelleitungen gelöst, wobei zwei Leitungen an einem Mast aufgehängt werden·

Bei den bekannten elektrischen Doppelleitungen führt der gegenseitige Einfluß der Leitungen zur Erhöhung der TeIlinduktivitäten und Verminderung der Tel!kapazitäten dar Leiter, was eine Erhöhung des We llenw!derStandes und Herabsetzung der Übertragungsfähigkeit jeder PhasQ zur Folge hat· Eine gewisse Erhöhung der Tallkapazltät wird durch die Aufteilung jedes Phasenleltungsstranges ajuf kreisförmig angeordnete Einzelleiter erreicht· Derartiger Phasenaufbau nutzt jedoch die anderen Möglichkelten der zusätzlichen Erutföiüng ;. der Tal !kapazitäten der Leiter nicht aus, die einen wesentlichen Einfluß auf die Vergrößerung der gesamten Durchlaßfähigkeit der Übertragung ausüben,

Es sind ebenfalls elektrische Übertragungen bekannt, die mit Kabeln ausgeführt sind· KaÄleitungen zeichnen sich durch einen hohen Wert der Ladaleistung aus, der von dar Länge der Kabelleitung abhängig ist· Die Übertragungsentfernung der elektrischen Kabelleitungen 1st durch die Lange begrenzt, bei der der Ladestrom dem erwärmungsmäßig höchstzulässigen Strom des Kabels gleich wird·

Dar Wirklelstungsfluß der elektrischen Übertragung kann weitgehend seine Größe sowie seine Richtung ändern. Infolgedessen treten in der Leitung Blindleistungsflüsse mit jeweiligem Vorzeichen auf, die die Spannungsverteilung längs der

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beeinflussen und eine Kompensation erfordern.

Zur Zelt werden beispielsweise solche Suörungsfalle von Energiesystemen wie Bruch von Phasen, Kunzschluß unter den Phasen bzw· Erdschluß u, dgl. registriert· Dabei tritt eine Spannung sasymmetrle auf, die sioh negativ auf die Arbelt von Mahrphasensystemen auswirkt.

Bei sprungartigen Senkungen der Wirkübertragungsleistung fangt eine Pendelung des Generatorläufers an, was zum Auftreten von Spannungssciiwing- /fuhrt und eine Störung des Gleichlaufs und der Stabilität von au verbindenden Systemen hervorrufen kann·

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Erhöhung der Durchlaßfähigkeit der Übertragung und eine Erweiterung ihres Regelbereiches sowie eine Verminderung der Feldstärke im die übertragung umgebenden Baum.

Em weiteres Ziel der Erfindung besteht m der Entwicklung einer Konstruktion der Aufteilung dee Phasenleiters, die eine Erhöhung der Kapazität der Leiter untereinander ermöglicht "·

Die Erfindung bezweckt ebenfalls die Entwicklung eines neuen Regelverfahrens der übertragungsfähigkeit der übertragungsleitung sovue eine Verminderung der Spannungsasymmetrie an einem Ende der

elektrischen übertragungsleitung beim Auftreten einer Störung an dem anderen und eine Erhöhung der Stabilität des Betriebes von zu verbindenden Energiesystemen· Das weitere Ziel der Erfindung ist eine Vergrößerung der kritischen Länge der Kabelleitungen©

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Diese Ziele werden erfindungsgemäß durch das Aufstellen von Phasenregeleinrichtungen an den Enden der elektrischen übertragung, die aus xwel dreiphasigen Leitungen besteht, erreicht, was eine Phasenverschiebung zwischen den Spannungen der verschiedenen Leitun« gen gewährleistet, wodurch die Ubertragungsfähigkelt der Übertra-' gungsleltung au einer regelbaren Größe wird, sowie durch das An-. nähern der¹ Leiter gleichnamiger Phasen der einzelnen Freileitungen» wodurch die natürliche Kapazität der angegebenen Phasen vergrößert

wirde Zweckmäßig r-->-: ,*jtrd o'ede Phase beider Freileitungen als einige untereinander verbundene und übereinander angeordnete Leiter ausgebildet, wodurch eine zusätzliche Vergrößerung der natürlichen Kapazität sämtlicher Phasen der übertragung untereinander erzielt wird·

Zweckmäßig werden Kondensatorenbatterien zwischen den Leitern. gleichnamiger Phasdn der verschiedenen Leitungen aufgestellt, wodurch die gesamte gegenseitige Kapazität der angegebenen Phasen der übertragung vergrößert wird, und Drosselspulen zwischen den Leitern ungleichnamiger Phasen der verschiedenen Leitungen, wodurch die gegenseitige Induktivität der angegebenen Phasen '/großer wird»

Besonders vorteilhaft werden an den Leitungsenden regelbare

Wirkwiderstände mit Anschluß über Funkenstrecken angeordnet, die mit Schaltern überbrückt sind, deren bewegliche Kontakte über einen elektromechanischen Wandler mit Reglern der Phasenverschiebung verbunden sind, die am Jeweiligen Ende der übertragungsleitung

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aufgeatallt sind.

Dar ürflndungsgegenstand wird im folgenden .an AusfÜhrungsbe!spielen an Hand von Schaltbildern, Diagrammen und Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen:

J¹Ig₀ ι - Prinzipschaltbild der vorgeschlagenen Wechselstromübertragung nach de.- Erfindung}

I¹Ig· 2 - Kurven der Änderung der Ubertragungsfahigkeit als Funktion der Phasenverschiebung zwischen den Spannungen dar gleichnamigen Phasen dar auf Fig. 1 dargestellten elektrischen übertragung;

E¹Ig. 5 - Prinzipschaltbild der vorgeschlagenen Wechselstrom-Übertragung, die eine diskrete Änderung der übertragungsfähigkeit ermöglicht}

Ii¹Ig. 4- - Konstruktion amer Bündellelterphase der vorgeschlagenen Wechselstromübertragung $

E¹Ig* 5 - Schaltbild dar Wechselstromübertragung nach der Erfindung (Variante für Kabelleitungen);

Flg. 6 - Schaltbild einer V/echseIstromübertragung, die als Filter der Mit- und Gegenkomponente arbeitet; Flg. 7 - Variante der tJbertragung mit Bremswider ständen.

Betrachten wir das Prinzipschaltbild der auf Fig. 1 dargestellten übertragung, die die Leiter von zwei Systemen 1 verbindet und aus zv»el dreiphasigen Leitungen 2 und 5, Phasenregel-

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D —

einrichtungen 4, Kondensatorenbattarien 5, Drosselspulen 6 und Schaltern 7 und 8 besteht·

• » · Das dreiphasige Spannungssystem (Ij,, U^, U_Q) der Schienen

wird mitIjβIs der Einrichtungen 4 m zwei dreiphasige Systeme der Spannungen (Uj U₃', TJ₀ ) und (UjJ', U₃ , U₀"') umgeformt, die

entsprechend an die Leiter der Geltungen 2 und 5 angelegt sind· Die

Phasenverschiebung (Θ*) zwischen den Systemen der Spannungen (U.; U' , U') und (U*:' , U'', U'' ) ist weltgehend regelbar·

Als Phasenregeleinrichtungen können beispielsweise spezielle

TransformatDJcen zur Regelung von Y/irkleistungsflussen zwischen den Energiesystemen (siehe Ausgabe "Elektrische Maschinen und Apparate", Express-Information Nr. 40 J, 1972 des "AllunionsInstituts für

wissenschaftliche und technische Information") sowie andere Einrichtungen mit kontinuierlicher oder diskreter Regulierung der ".. Phasenverschiebung angewendet werden.

Zwischen den Leitern da?.gleichnamigen Phasen der verschiede-

nen Laitungen_f deren Spannungen entsprechend (U^ und U, , U* und

O O O

Ug', U' und U^' ) bo^alehnet sind, sind Kondensatorbatterien 5 und zwischen den Leitern der ungleichnamigen Phasen der einzelnen

Leitungen, deren Spannungen (U' und U'* , U^ und 'ü', U^ und U^') b'3.^r33lehnet sind, Drosselspulen 6 angeordnete

Die Ubertragungsfähigkeit einer W'echselstromübQrtragüng mit zwei Leitungen ergibt sich aus der Bozlehung

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P - 2 f 2 sxn O , (1;

Z sm (C^₀ 1)

IL und U₂ - die Spannung am Anfang bzw.am ünda dar Energieübertragung,
Q — Winkel zwischen den Spannungen am Anfang und am Ende der

Übertragung,
Z - Wellenwiderstand,
1 - Leitungslänge·

?1 - Wellenlänge der Leitung bedeuten. Der Wellenwiderstand Z ergibt sich annähernd aus dar Formel

2 =J ¹I (2)

V^

worm L, und C-. - die Er satz induktivität und die ü^satzkapazität der Leitungsphasen bedeuten·

Bei der Gleichheit der Be^astungsströtne beider Leitungen lassen sich die Beziehungen fur die Parameter L^ und C^ verallgemeinerter Form wie folgt aufschreiben

+ Me^D® (5)

und C₁ s G₂ - C^⁰ f ·

L₂ ι C₂ - Eigenkomponenten der Eisatζinduktivität und Sr-

satzkapazitat, die durch geometrische Abmessungen

der Phasen und mittlere geometrische Abmessungen zwischen den Phasen einer -^eItung bedingt sind, und M, C, - Gogenkomponanten der Ersatzinduktivität und Br-

satzkapasität, die durch magnetische und elek-

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trlsehe Beeinflussung der Leitungen untereinander bedingt und von dem Abstand zwischen den gleichnamigen Phasen der verschiedenen Leitungen abhängig sind, bedeuten.

Aus den Beziehungen (3), (4) folgt, daß L^ und C₁ sich bei einer Änderung der Phasenverschiebung Θ zwischen den Strömen verschiedener Leitungen der Wechselstromübertragung ändern· Dementsprechend ändert sich auch der Wellenwiderstand der Leitung, der bei θ- = O semen maximalen und be¹ Φ = 180° seinen minimalen Wert erreicht· Die Änderung der Phasenverschiebung zwischen den dreiphasigen Systemen der Ströme wird durch eine Änderung der Phasenver-Schiebung zwischen den dreiphasigen Systemen der Spannungen (U^,

und (O^', Ug', U") der Einzelleitungen erreicht. Entsprechend der Änderung des Wellenwiderstandes ändert sich auch die Übertragungsfähigkeit der Wechselstromübertragung·

Die Abhängigkeit der übertragungsfählgkelt der Wechselstromübertragung vom Winkel Θ⁰ ist auf Pig· 2 (Kurve 1) dargestellt· Die Ordmaten P_n^ und P* sind die Grenzwerte der übertragungsfählgkelt bei 0=0° und θ = 180° sinngemäß· Die Differenz dieser Werte

der übertragungsfghigkelt der

Wechselstromübertragung dar·

Die Vergrößerung des gegenseitigen Einflusses der Phasen der verschiedenen Leitungen wird durch ihre Annäherung bis auf den minimalen in bezug auf Zwlschanphasen-Überspannungen zulässigen Ab-

stand erzielt*

Für die Ersatzinduktivität läßt sich dia vei-allge me inerte Beziehung (5) als

L, = 2 . 10⁴ (In ^Dl + In ^D2 ₉& ) (5)

unuchrgiben, worin

je - Ersatzhalbmesser der Phase;

- mitiilere geometrische Abmessung zwischen den Phasen einer

D₂- mittlere geometrische Abmessung zwischen jeweiliger Phase einer Geltung und zwei ungleichnamigen Phasen der anderen Leitung
und d - Abstand zwischen ungleichnamigen Phasen der Einzelleitung gen

bedeuten·

Aus der Beziehung (5) geht hervor, daß je kleiner der Abstand cju ist, desto größer ist die zweite (Gegen-) Komponente der Ersatzinduktivität, Entsprechend größer wird auch die Gagenkomponente der Ersatzkapazität.

Die Abhängigkeit der Übertragungsfähigkeit der 'wechselstromübertragung vom Winkel &° ist bei denselben Leitern und Abmessunger ^ΰ^, die für die Kurfle 1 verwendet wurden, und bei vermindertem d als Kurve 2 auf Fig. 2 dargestellt. Aus dem Vergleich der Kurven 1 und 2 geht hervor, daß Ej₁₂^ ^p _ni ^¹*³- ¹^ ^ ^Pml ^lsil» ^d*^h·

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- ίο -

Somit vergrößert sich bei einer Verminderung des Abstandes d sowohl der Regelbereich der Ubertragungsfahigkeit als auch der .7ert der Übertragungsfälligkeit bei Θ- ~ 180°·

Aus der Beziehung (5) geht ebenfalls hervor, das» de kleiner die Entfernung D^, desto kleiner die eigene Komponente der Ersatz-Induktivität ist. Dementsprechend vergrößert sich auch die Eigenkomponente der Ersatzkapazität_e

Mit Verminderung D^ steigt der Wert der Ubertragungsfähigkelt

^Pnl ^⁸³- ^ ⁼ ^⁸⁰*^{5 an>} J^e<i0Gn ^⁶²² Hegeibereich der Über trag ungsfähig kelt der Wechselstromübertragung (3?^ - P_n) vjird enger·

Bei Aufstellung von längs der übertragungsleitung »erteilten Kondensatorenbat;terien 5 (I¹Ig. 1) zwischen gleichnamigen Phasen der verschiedenen Leitungen vergrößert sich sowohl der 7/ert der übertragungsfählgkelt P_m bei θ = 130° als auch der Regelbereich der Ubertragungsfähigkelt (P^ - P_n).

Die Abhängigkeit der Übertragungsfäliigkelt vom 7/mkel ö" der Übertragungsleitung, dSB mit zwischen gleichnamigen Phasen verschiedener Leitungen aufgestellten Kondensatorenbatterien ausge~ stattet ist, bei der Annäherung dieser Phasen bis auf die minimale

bezüglich der Zwlschenphasenüberspannuiigen zulässige .Entfernung ist als Kurve 3 auf Ii¹Ig. 2 dargestellt.

Aus dem beschriebenen folgt, daß die Kondensatorenbatterien 5» die zwischen den Leitern gleichnamiger Phasen verschiedener Uber-

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tragungsleitungen aufgestellt sind, die Empfindlichkeit der Wechsel stromübertragung äur Ravelling des Winkels & erhöhen, d.h. einen verstärkenden Effekt erzeugen«

Die Beziehung (4) für die Ersatzkapazität der Energieübertragung läßt sich als

C₁ β C₂ - (C₃ + 2 C₄ ) e^ (6)

darstellen, worm

^fC^ - Gesamtkapazität der installierten Kondensatorenbatterien ist·

Für den Fall, wenn zwischen den gleichnamigen Phasen verschiedener Leitungen Drosselspulen 6 aufgestellt sind, ist die Abhängigkeit der Übertragungsfähigkeit der Wechselstromübertragung

vom Winkel Θ-⁰ als Kurve 4 auf Flg. 2 dargestellt. In diesem Fall vermindert sich die Ubertragungsfahigkeit der Wechselstromübertragung mit Vergröserung der Phasenverschiebung.

Die Formel (3) der E^satzinduktivität der Wechselstromübertragung lautet dann

L₁ = L₂ + (M + ^L₃) θ³"^Θ , * (7)

sonn$L, - Ge samt induktivität der installierten Drosselspulen

iuf Flg. 1 sind die Drosselspulen 6 zwischen ungleichnamigen Phasen verschiedener Leitungen geschaltet, dabei wird die kombinier

te Regelung der übertragunssfähigkelt dar Wechsälstromübartragung sowohl mit Hilfe von Kondensatoren 5 als auch mittels der Drossel-

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spulen 6 gewährleistet.

Beim Kullwert der Phasenverschiebung zvjlschen den flrelphasi-

gen Systemen der Spannungen (Üt, U^, U') und (U^' , U^* , U^' ) lot dia an der Belegung der Kondensatoren 5 anliegende Spannung gleich Hull und die an den Klemmen der Drosselspulen 6 anliegende Spannung gleich der verkettfetenSpannung der Wechselstromübertragung. Die im elektrischen Feld der Kondensatoren aufzuspeichernde Blindleistung ist dabei gleich UuIl und die im magnetischen leid der Drosselspulen aufgespeicherte Blindleistung gleich dem Wert, der durch die Größe der an den Klemmen der Drosselspulen anliegenden Spannung bestimmt wird· Somit ist die Ersatzkapazität der Wechselstromübertragung bei & = O⁰ gleich dem Wert dar Eigenkapazität, und die Ersatzinduktivität hat einen Wert, der die Eigeninduktivität der Wechselstromübertragung übersteigt*

Mit dar Vergrößerung des Winkels Φ steigt der Wert der Ersatzkapazität an und vermindert sich der Wert der Ersatζinduktivität. Bei & = 120° ist die an der Belegung der Kondensatorenbatterien 5 anliegende Spannung gleich der verketteten Spannung und die an den Klemmen der Drosselspulen anliegende Spannung gleich Null· Die Übertragungsfähigkeit der Wechselstromübertragung erreich

bei θ = 120° ihren Höchstwert. Die Abhängigkeit der Ubertragungsfähigkeit der Weehselstromübertragung, die mit Kondensatoren 5 und Drosselspulen 6 ausgestattet ist, vom Winkel Φ ist als Kurve auf S¹Ig. 2 dargestellt»

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Aus den oben aufgeführten Betrachtungen geht eine allgemeine Schlußfolgerung hervor: Die Regulierung des Winkels θ'zusammen mit Annäherung der gleichnamigen Phasen der wechselstromübertragung unc

der Aufstellung von zusätzlichen Kondensatorenbatterien 5 und Drosselspulen 6 ermöglicht, wie es oben gezeigt wurde, die Regulierung der Übertragungsfähigkeit der Wechselstromübertragung m einem breiten Bereich.

Die Hiasenrege!einrichtungen, die über einen breiten Regelbereich des Phasenverschlebungswinkels verfügen, braucht man nur an einer der Leitungen der Wechselstromübertragung zu installieren· Dabei werden sämtliche oben angegebenen Besonderheiten der vorgeschlagenen WechseIstromübertragung beibehaltene Die Eigenschaften der betaachteten übertragung werden auch in dem Fall beibehalten, wenn die Leitungen 2 und 3 (siehe Flg. 1) in verschiedenen Spannungsklassen betrieben werden.

Des öfteren, z.B. bei der Speisung eines leistungsstarken Verbrauchers, der mit aussetzender Belastung arbeitet, ist es vorteilhaft, eine diskrete Regulierung der Phasenverschiebung anzuwenden. In diesem Falle kann eine diskrete Änderung des "«inkels θ'nicht nur mittels dar Phasenregeleinrichtungen, sondern-.aciah

en/
mit Hilfe von Schaltapparatur/verwir&kalro. werden·

Auf Flg. 3 13t das Prinzipschaltbild einer Wechselstromübertragung mit diskreter Änderung des Winkels Qydargestellt,

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die aus den Leitungen 2 und 5 un<i Schaltgeräten 7» 8, 9 besteht, weiche an Enden der Wechselstromübertragung installiert sind.

Im Leerlaufbetrieb und bei geringen Belastungen sind die Schalter 7 und 8 an beiden Enden der Wechselstromübertragung ein- und der Schalter 9 ausgeschaltet. Dabei arbeitet die Energieübertragung im Betrieb des Nullwertes der Phasenverschiebung zwischen den Spannungen der genäherten Phasen, und ihre Ubertr&gungsfahlgkeit ist gleich dem Mindestwert.

Im Botrieb der Vollbelastung sind die Schalter 9 Qin- und der Schalter 8 ausgeschaltet. Die Wechselstromübertragung arbeitet in diesem Fall im Betrieb der 120°-VerSchiebung zwischen den Spannungen der gleichnamigen Phasen verschiedener Leitungen, und ihre Übertragungsfahiakeit steigt bis zu einem Wert an, der durch die Größe des Winke ί³ Θ = 120° bestimmt wird, d.h. ca· 1,2.. .1 ,^fach.

Es wurde eingangs erwähnt, daß die bekannten Konstruktionen von aufgeteilten Phasen die Möglichkeiten der Vergrößerung der gegenseitigen Kapazität der Laiter nicht vollständig ausnutzen. Die^erfindunssgemäße Konstruktion ermöglicht eine Vergrößerung der gegenseitigen Kapazität der Phasen gegenüber den bekannten Phasenkonstruktionen.

einen
Die Zeichnung auf Fig. 4 zeigt ν Portalmast 10 mit av;ei

Traversen 11 und 12, zwischen denen mit Hilfe von Tragketten 15 und ibspannketten 14 dar Isolatoren und Metallfassungen 15 m mehrere übereinander angeordnete Einzelleiter 16 aufgehellte, ^e-

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näherte Phasen befestigt; sind·

Die Phasenleiter bilden in diesem Falle die Beläge eines Luftkondensatο£s, zwischen denen das elektrische Feld konzentriert ist. Die GCijcnkapazltät dei^! genäherten Phasen 1st bei dieser

Konstruktion wesentlich höher als bei den bekannten Konstruktionen· Außerdem gewährleistet die vorgeschlagene Konstruktion uer Phase die Fixierung des Abstandes d* am Mast«

Zwischen den genäherten Phasen werden fixierende Abstandshalter aus Isolierstoff montiert, die auch zwischen ungleichnamigen Phasen verschiedener Geltungen befestigt werden können.

Eine notwendige Bedingung der besten Ausnutzung der gegenseitigen Kapazität ist das Fehlen von baulichen Mastelementen zwischen den genäherten Phasen·

Die Potentialvertellung in einem beliebigen Punkt des Querschnittes der vorgeschlagenen Wechselstromübertragung ergibt sich aus der Beziehung

worin ψm - Potential im Punkt "tu" in kV;

q I - Ladung des l-ten Leiters (1ä 3..,8), die für jeden Phasenleiter aus dem Produkt Kapazität mal Spannung ermittelt wird, d.h. q^ = C^ (i= 5...8);

^aim ~ -Abstand vom i-ten Leiter (1= 3...m) bis zum Punkt m;

b, - Abstand vom Spiegelbild des i-ten Leiters bis zum Punkt "m!¹ und

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_o - dielektrische Konstante der Luft ist. Die Potentlaidifferenz von zwei Punkten, deren Entfernung voneinander 1 m betragt, kennzeichnet diG Feldstarke in Punkten, die an diesem ibschnltt (3 kV/m) liegen·

Die Abhängigkeit der Feldstärke (E) in verschiedenen Punkten

der Ebene des Querschnittes der vorgeschiia genen Wechselstromübertragung vorn Winkel θ° wurde rechnerisch ermittelt. Diese Abhängigkeit zeigt, daa bei einer Änderung des tflnkels© foon ° bis 180° die Feldstärke unter den Leitern sich um das mehrfache vermindert«

ZoB. bei einer Spannung von 1150 kV mit 12 StahlalUleltern mit einem Querschnitt von ^OO mm bei horizontaler Aufhängung der Phasen vermindert sich die Feldstärke unter dem mittleren Paar der genäherten Leiter der Leitung neben dem fest m einer Hohe von 5 m von der Erdoberfläche von 10 kV/m bei & = 0° bis 1,5 kV/m bei Θ= 180°, d.h. mehr als 6fach#

Auf Fig. 5 ist die erfmdungsgemäße Wechselstromübertragung als Kabelvariante dargestellt«

Zwischen den Schienen 1 von zu. verbindenden Systemen sind

über Phasenregeleinrichtungen 4 die Leitungen 2 und 3 geschaltet· Die Leiter der gleichnamigen Phasen verschiedener Leitungen sind

In einer getrennten Kabelhülle untergebracht.

• · · Die Phasenregler 4· bilden ein Spannungssystem (U., IL,, U₀)

in zwei-Systeme von an verschiedene Geltungen angelegten Spannun-

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gen (U , tL, U') und (U", U", U'') m und regulieren die

J? A

verschiebung ©/zwischen ihnen.

Eine wichtige Kenngröße bei der Bestimmung der möglichen Länge der Wechselstrom-Kabelleitungen ist die kritische Länge (1), Oil welcher der Ladestrom des Kabels bei Leerlauf der Geltung gleich dem Grenzbelastungsstrom ist. Es sei diese Stromgröße und

die ihr entsprechende Ladeleistung als kritisch bezeichnet. Fur

die bekannten Kabelleitungen industrieller !"requena beträgt die kritische Lange höchstens 40 - 80 km. Die Kompensation der Blindleistung der langen Wechselstrom-Kabelleitungen erfordert die Installation von iiusgleichseinrichtunjen großer Lelstunge

Die vorgeschlagene Kabelvariante der Wechselstromübertragung gewährleistet die Regulierung der Ladeleistung m einem breiten Bereich vom kaximalv.ert herunter. Im weiteren wird der Höchstwert der Ladeleistung der vorgeschlagenen Kabelleitung bei einem Vergleich der vorgeschlagenen Leitung mit der bekannten gleich dem Wert der Ladeleistung der bekannten Kabelleitung angenommen,,

Dank der Kegulierung der Ladeleistung steigt die kritische Länge der Kabelleitung,bei Beibehaltung einer großen Ubertragungs-

t, mehrfach an. Das vergrößert die mögliche Lange der Kabelleitungen und erweitert ihren .Anwendungsbereich. .Außerdem

ermögliche die Regulierung der Ladeleistung der Kabelleitung eine

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Verminderung der erf order lic lie η Leistung der Einrichtungen, die zur Kompensation des BlmdleIstungsüberflusses installiert werden, was die Wirtschaftlichkeit der Kabelleitungen erhöht·

Die Ladelelstung der Kabelleitung bezogen auf eine Ader ergibt sich aus:

- Q*= U²O)Cl (9)

«obei U - dia an der Kabelader angelegte Spannung; it) - die tvinkelirGquens;

C - Ersatzkapazität der Kabelader je Längeneinheit und 1 - die Länge der Kabelleitung
bedeuten.

Bei Gleichheit der V/erte U und Cu läßt sich die Ladeleistung der Leitung durch eine Änderung der lirsatzkapazität G verändern, die von der Konstruktion des Kabels und der Phasenverbchiebung der Spannungen abhängt, die an die Kabeladern angelegt

So verhält sich z.B. für em Zv; e lader kabel, das einen Außen-

durchmesser von 180 mm, einen Adeühalbmesser von 20 mm und einen Abstand zwischen den Adern von 70 mm aufweist, die Arbeltskapazität bei Θ = 180° zur Kapazität bei © = 0° wie 1:0,26. Die Arbeltskapazität des Kabels bestimmt praktisch seine kritische

Lange. Deshalb bestimmt das angegebene Kapazltätsverhältnis auch das Verhältnis der kritischen Länge der vorgeschlagenen Kabellel-

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tung zur kritischen Länge der bekannten Leitung, das in diesem Fall 3,8 beträgt.

Somit ermöglicht die vorgeschlagene Wechselstromübertragung

eine Vergrößerung der kritischen Länge der Kabelleitung bis zu ^v

150 + 300 km«, Die übertragung der elektrischen Energie mit Wechselstrom kann folglich auf eine v^esentlich größere Entfernung verwirklicht werden. Für die vorgeschlagene elektrische Kabelleitung ist eine 3>8fach geringere Leistung von Ko top ensat 10ns einrichtung en erforderlich, als das für eine bekannte Leitung derselben Länge der Fall 1st.

Bei einem Störungsfall in einem der verbundenen Systeme und

beim .auftreten einer Spannungsasymmetrie m diesem kann die letztere dank einem geeignetem Schaltschema der Schaltapparatur am anderen linde der Wechselstromübertragung vermindert werden.

αuf Flg. 6 ist das Prinzipschaltbild einer Wechselstromübertragung dargestellt, das das gesagte veranschaulicht.

Die Wechselstromübertragung, die aus zwei Leitungen 2, J5» Hiasenregelelnrichtungen 4 und Schaltapparaten (Schalter) 7» 8 besteht, verbindet zwei Energiesysteme 17 und 18.

Die Leitungen 2 und 3 sind als verteilte natürliche Gegenkapazitäten 19 und Ersatzinduktivitäten 20 dargestellt.

Beim Auftraten einer Spannungsasymmetrie, beispielsweise im System 17* wird einer der Scnalter 7 oder 8 an der Seite des Sy-

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stems 18 und beim Auftreten einer Spannungsasymmetrie 4m System 18 einer der Schalter 7 oder 8 an der Seite des Systems 17 ausgeschaltete

Auf diese Weise sind an dem an das fehlerbehaftete- System ·

anstoßenden Ende der übertragung die Schalter beider leitungen '■ und am an das im normalen Betrieb arbeitende System anstoßenden* Ende der übertragung nur ein Schalter eingeschaltet.Dabel dient die an einem Ende abgetrennte Leitung als symmetrierender Widerstand· Durch die Regulierung der Phasenverschiebung Θ läßt sich' der symmetrierende Widerstand weltgehend verändern·

Der an dem an das gesunde System anstoßenden Ende der übertragung angeordnete Phasenregler paßt die Phasenverschiebung der Spannungen der Wechselstromübertragung an die Spannungen entsprechenden Systems an·

Auf Flg. 7 ist das Prinzipschaltbild der vorgeschlagenen -^v Wechselstromübertragung dargestellt, die an den Enden mit Bremswider ständen 21, einem elektromechanischen Umformer 22, Schaltern 25 der Widerstände und Abieltern 24 ausgestattet ist.

Die Wechselstromübertragung arbeitet folgenderweise· Bei einer abrupten Ausschaltung einer belasteten Leitung

(oder beider Leitungen) an einem oder an beidenJEnden schlägt

die entsprechende Funkenstrecke (oder Funkenstrecken) der entsprechenden Ableiter 24 durch, die nachfolgend mit dem zugehörigen

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Schal ter 2j5 überbrückt wird, wodurch an die Leiter tJ der entspechenden Unterstation praktisch augenblicklich an Dualle der abgeschalteten Leitung der entsprechende Lastwldärstand 21 angeschlossen wird, der dem Wellenwiderstand der Leitung gleich ist· Die Größe des Widerstandes 21 wird je nach der Betriebsart geregelt und ist stets dem Wellenwiderstand der Geltung gleich· Dia Regulierung der Größe des Belastungswidei-standes 21 erfolgt über den elektromechanischen Umformer 22, der zwischen avjoi Phasenrega!einrichtungen 4 geschaltet 1st, im Einklang mit der Änderung des Betriebes

der Wechselstromübertragung· Als elektromechanischen Umformer kann jede beliebige Einrichtung angewendet werden, die die Veränderung einer elektrischen Größe (Spannung, Phasenverschiebung), in eine mechanische Bewegung umsetzen kann·

Die Einschaltung von Bremswiderständen bei einer abrupten Ausschaltung der Leitung erhöht die Stabilität des Generatorbetriebes·

Die erfindungsgemäße iVechselstromübertragung weist somit eine erhöhte Übertragungsfähigkeit und einen verminderten Einfluß auf, gewährleistet eine Verminderung der Spminungsasymmetrie, erhöht die Betriebsbtabllltät von Energiesystemen und verfügt über Eigenschaften, die ihre Anwendung als ein Regelorgan ermöglichen, das eine gezielte Einwirkung auf den Vorgang der übertragung und der Verteilung der elektrischen Energie ausübt.

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Claims (1)

1. OPB ttoHE

   1· yVi/echselstromübertragung, die mindestens aus zwei dreiphasige^ Energiesysteme verbindenden Kabel- oder Freileitungen besteht, dadurch gekennzeichnet ,daß die Leiter der gleichnamigen Phasen der angegebenen Leitungen(2, J5 ) bis zu einem minimalen in bezug auf Zwischanphasen-Uberspannungen zulässigen Abstand genähert sind und die Spannungen der angegebenen gleichnamigen Phasen gegeneinander"um einen von 2TuIl verschiedenen Winkel mit Hilfe von an den Enden der Wechselstromübertragung angeordneten Phasenregelelnrichtungen(4-)verschoben sind·

   2· Wechselstromübertragung nach Anspruch 1, dadurch & ö It -3 η η ζ e lehnet ,daß jede Phase einer der angegebenen Geltungen 2 an die gleichnamigen Phasen der zu verbindenden Systeme 1, und jade Phase der anderen LeItung(j)sowohl an die gleichnamiger als auch an die gemäß der Phasenfolge nächsten Phasen des entsprechenden Systems(1) über Schaltapparate( 8, SJ) angeschlossen sind, die eine entsprechende Verschiebung zwischen den Spannungen der gleichnamigen Phasen verschiedener Leitungen 2, 3) sicherste Ilen· 3· Wechselstromübertragung nach Anspruch 1 und 2, d a -

   durch gekennzeichnet ,daß zwischen gleichnamigen Phasen der angegebenen Leitungen (2, 3) Kondensatorenbatterlen/5 und zwischen ungÄchnamlgen Phasen verschiedener Leitungen

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   Drosselspulen(6 ^geschaltet sind.

   4. Wechselstromübertragung nach Anspruch 1, dadunch gekennze lehnet ,daß an den linden jeder der angegebenen Leitungen 2, ^) regelbare Belastungswiderstände (21)über Able lter (24-)ange schlossen sind, die mit Kontakten der Schälter(2^ überbrückt sind, deren bewegliche Kontakte über einen elektromechanischen Um£ormer(22) mit entsprechenden Phasonregeleinrichtungen(4) verbunden sind·

   5. Wechselstromübertragung nach Ansprüchen 1,2 und ^dadurch ^a kennzeichnet ,daß jade Phase der

   angegebenen Freileitungen^, 3) aus mehreren elektrisch und mechanischwUnterβinander verbundenen Leitern(16)besteht, die übereinander angeordnet und zwischen zwei Isolatorenketten(i3» 14) befestigt sind, wobei die ^solatorenketterC 13» 14)an entsprechenden Traversen (11, 12) eines Portaltnastes (iß) aufgehängt sind„

   6b Wechselstromübertragung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ,daß gleichnamige genäherte Phasen verschiedener Laitun^en(2, 3) an einer Seite der Kons trukt ions teile

   des Mastes (IO)angeordnet sind·

   7» »vechs els tr oiiiübertragung nach Ansprüchen 1 und 3» el a -

   durch gekennzeichnet ,daß gleichnamige Phasen

   der angegebenen Kabelleltungen(2, 3)ln einem getrennten Kabelmantel untergebracht sind·

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