DE1018533B

DE1018533B - Capacitor group for high voltage systems

Info

Publication number: DE1018533B
Application number: DES42245A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Hoffmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1955-01-10
Filing date: 1955-01-10
Publication date: 1957-10-31
Also published as: CH342639A

Description

Kondensatorgruppe für Starkstromanlagen In induktiv belasteten Starkstromanlagen werden häufig Kondensatoren zur Verbesserung des Leistungsfaktors des Wechselstromnetzes verwendet, Beim Zuschalten von Kondensatoren zum Netz und insbesondere beim Paralleischalten von Kondensatoren zu bereits am N etz befindlichen Kondensatoren können hohe Stromspitzen bei steilem Stromanstieg auftreten. Die hohen Einschaltströme -werden dadurch verursacht, daß der Kondensator im Augenblick des Zuschaltens als Kurzschluß zu betrachten ist.Capacitor group for high-voltage systems In inductively loaded high-voltage systems are often capacitors to improve the power factor of the AC network Used when connecting capacitors to the network and especially when connecting in parallel from capacitors to capacitors already connected to the network, high current peaks can occur occur with a steep rise in current. The high inrush currents are caused by that the capacitor is to be regarded as a short circuit at the moment of connection.

Beim Zuschalten eines Kondensators zum Netz wird der Einschaltstrom durch- die Netzreaktanz begrenzt. Beim Parallelschalten eines Kondensators zu einem anderen bereits am Netz befindlichen Kondensator gibt der letztere einen 'Peil seiner Energie an jenen ab. Der dabei auftretende Äusgleichstrom wird jedoch im wesentlichen nur durch die meist sehr kleine Induktiv ität der zwischen den beiden Kondensatoren be- findlichen, verhältnismäßig kurzen Leitungsabschnitte begrenzt und kann infolgedessen eine gefährliche Höhe annehmen. Es- ist bekannt, diesen Ausgleichstroin dadurch auf eine tragbare Höhe zu begrenzen, daß im Strompfad eine Drosselspule vorgesehen wird. Dazu werden also z.-11_ für eine aus fünf zueinander parallel schaltbaren Einheiten bestehende Kondensatorgruppe mindestens vier Drosselspulen benötigt. Eine Verminderung dieser Anzahl ist bekanntlich mit Hilfe von Umschalteinrichtungen möglich, jedoch erfordern die letzteren ebenfalls einen gewissen Aufwand.When a capacitor is connected to the network, the inrush current is limited by the network reactance. When a capacitor is connected in parallel to another capacitor that is already connected to the network, the latter releases a bearing of its energy to the latter. The thereby occurring Äusgleichstrom but essentially only by the usually very small inductive of working-sensitive between the two capacitors, relatively short line sections ity limited and consequently assume a dangerous height. It is known to limit this compensation current to an acceptable level by providing a choke coil in the current path. For this purpose, for example, at least four inductors are required for a capacitor group consisting of five units that can be connected in parallel. It is known that this number can be reduced with the aid of switching devices, but the latter also require a certain amount of effort.

Eine Verminderung 'dieses Aufwandes ermöglicht die vorliegende Erfindung. Diese beruht auf dem Gedanken, die Stromstöße beim Einschalten und beim Parallelschalten von einem oder mehreren Kondensatoren mit Hilfe von nur einer einzigen Drossel herabzusetzen. Demgemäß besteht bei einer Gruppe von Starkstromkondensatoren, die von mehreren zueinander parallel liegenden und einzeln über eine Drosselspule zu- und abschaltbaren Kondensatoreinheiten gebildet wird, die Erfindung darin, daß sich, bezogen auf eine Phase, die Drosselwicklungen von mindestens zwei Kondensatoreinheiten mit entgegengesetztem Wicklungssinn auf einem gemeinsamen Magnetkern befinden, so daß der Ausgleichsstrom beim Zuschalten in den beiden Wicklungen Durchflutungen gleicher Richtung erzeugt, während die von den Betriebsströmen in den beiden Wicklungen erzeugten Durchflutungen sich gegenseitig zum Teil oder ganz aufheben.The present invention enables this expense to be reduced. This is based on the idea of the power surges when switching on and when switching in parallel of one or more capacitors with the help of just a single choke. Accordingly, in a group of heavy current capacitors, there is one of several parallel to each other and can be switched on and off individually via a choke coil Capacitor units is formed, the invention in that, based on a Phase, the inductor windings of at least two capacitor units with opposite Winding sense are located on a common magnetic core, so that the equalizing current when switching on in the two windings, fluxes in the same direction are generated, while the flows generated by the operating currents in the two windings partially or completely cancel each other out.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung im einpoligen Schema dargestellt.Various exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing shown in the single-pole scheme.

Nach Fig. 1 sind an ein Netz 10 zwei Kondensatoreinheiten 11 und 12 angeschlossen, welche durch Schalter ß einzeln zu- und abgeschaltet werden können. -Mit jeder Kondensatoreinheit ist eine Drosselwicklung 21 bzw. 22 einer Drossel 20 in Reihe geschaltet. Diese Wicklungen befinden sich mit entgegengesetztem Wicklungssinn auf einem gemeinsamen Magnetkern. Die Wicklungen sind in der Zeichnung mit nur einer Windung dargestellt, sie können naturgemäß mehrere Windungen haben. In dieser und in den folgenden Figuren kann jeweils eine dargestellte Windung als Verkörperung einer bestimmten Anzahl von Windungen aufgefaßt werden. Die Darstellung nach Fig. 1 besagt demgemäß, daß die Windungszahlen der beiden Wicklungen 21 und 22 einander gleich sind. Unter der Voraussetzung, daß die beiden Kondensatoreinheiten 11 und 12 die gleiche Größe haben und damit auch ihre Betriebsströme gleich groß sind, tritt mithin während des Betriebes keine Drosselwirkung auf, da sich die von den Wicklungen 21 und 22 erzeugten Durchflutungen gegenseitig vollständig aufheben. Dasselbe Ergebnis kann bei unterschiedlicher Größe der beiden Kondensatoreinheiten 11 und 12 dadurch erzielt werden, daß die beiden Wicklungen 21 und 22 mit unterschiedlichen Windungszahlen ausgeführt werden, derart, daß ihre Windungszahlen in umgekehrtem Verhältnis zueinander stehen wie die hindurchfließenden Betriebsströme. Beim Zuschalten der Kondensatoreinheiten dagegen in beliebiger Reihenfolge wird die Drossel 20 wirksam, und zwar beim Zuschalten der ersten Einheit so, als ob diese mit einer eigenen Drossel ausgestattet wäre. Wird die andere Einheit dazugeschaltet, so würde ein von dieser zur ersten herüberfließender Ausgleichstrom in den beiden Wicklungen 21 und 22 Durchflutungen gleicher Richtung erzeugen. Infolgedessen wird ein derartiger Ausgleichstrom durch die Drosselwirkung weitgehend unterdrückt. Eine Anordnung mit vier Xondensatoreinheiten 11 bis 14 kann gemäß Fig. 2 durch Verdoppelung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zusammengestellt werden.According to FIG. 1, two capacitor units 11 and 12 are connected to a network 10 connected, which can be switched on and off individually by switch ß. -With each capacitor unit there is a choke winding 21 or 22 of a choke 20 connected in series. These windings are in opposite directions on a common magnetic core. The windings are in the drawing with only one Turn shown, they can naturally have several turns. In this and In the following figures, one turn shown can be used as embodiment a certain number of turns. The representation according to Fig. 1 accordingly means that the number of turns of the two windings 21 and 22 is mutually exclusive are the same. Provided that the two capacitor units 11 and 12 have the same size and thus their operating currents are also the same, consequently no throttling effect occurs during operation, since the from the Windings 21 and 22 mutually completely cancel out the fluxes generated. The same result can be achieved if the two capacitor units are of different sizes 11 and 12 can be achieved in that the two windings 21 and 22 with different Winding numbers are carried out in such a way that their number of windings is reversed The relationship to one another is the same as that of the operating currents flowing through them. When switching on of the capacitor units, on the other hand, the choke 20 becomes effective in any order, when switching on the first unit as if it had its own throttle would be equipped. If the other unit is switched on, one of this for the first equalizing current flowing over in the two windings 21 and 22 flows through in the same direction. As a result, such an equalizing current is through the throttling effect is largely suppressed. An arrangement of four Xcondenser units 11 to 14 can according to FIG. 2 by doubling the number shown in FIG. 1 can be assembled.

Bei einer ungeraden Anzahl von Einheiten kann eine dieser Einheiten ohne Drossel direkt ans Netz gelegt werden, wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist. Die Zuschaltung dieser Einheit ist aber nicht durch die Drossel gedämpft, wenn sich zwei andere Einheiten im Betriebe befinden, für deren Betriebsströme die Wirkung der gemeinsamen Drossel aus den obengenannten Gründen aufgehoben ist; denn die Wirkung dieser Drossel ist dann auch für den Ausgleichstrom der ohne Drossel zuzuschaltenden Kondensatoreinheit insoweit aufgehoben, als sich dieser Strom gleichmäßig auf die beiden im Betrieb befindlichen Einheiten verteilt, so daß sich unter dieser Voraussetzung ein Ausgleichstrom von beliebiger Höhe ausbilden könnte. Unter Beachtung des Vorstehenden kann von den vorhandenen Kondensatoreinheiten eine beliebige gerade oder ungerade Anzahl für den Betrieb so zusammengestellt werden, daß keine der Drosseln für den Betriebsstrom wirksam ist.If there is an odd number of units, one of these units can be connected directly to the network without a throttle, as indicated by dashed lines in FIG is. The connection of this unit is not dampened by the throttle, if there are two other units in the company for whose operating flows the effect the common throttle is canceled for the reasons given above; because the effect this choke is then also for the equalizing current of the one to be switched on without a choke Capacitor unit repealed insofar as this current is distributed evenly to the two units in operation, so that under this condition a compensating current of any height could form. With the foregoing in mind can be any odd or even of the existing capacitor units Number for operation can be compiled so that none of the chokes for the Operating current is effective.

Eine andere Gruppierung von vier Kondensatoreinheiten 11 bis 14 zeigt Fig. 3. Hier sind die Wicklungen 21 bis 24 für alle vier Einheiten an einer einzigen Drossel 20 zusammengefaßt, welche je Phase eine Eingangsklemme und vier Ausgangsklemmen hat. Die Wicklungen haben paarweise entgegengesetzten Wicklungssinn, jedoch sind jeweils die Windungszahlen der mit gleichem Wicklungssinn ausgeführten Wicklungen voneinander verschieden, z. B. ist die Windungszahl der Wicklung 23 doppelt so groß wie die Windungszahl der Wicklung 21. Wären nämlich die beiden Wicklungen mit gleicher Windungszahl ausgeführt, so würde sich, wenn die Einheit 11 eingeschaltet ist und 13 zugeschaltet wird, ein Ausgleichstrom ungehindert ausbilden können, weil er in den Wicklungen 21 und 23 entgegengesetzt gleiche Durchflutungen hervorrufen würde, welche eine Drosselwirkung nicht zustande kommen lassen. Sind die beiden Kondensatoreinheiten 11 und 12, wie in Fig.3 beispielsweise dargestellt, jeweils doppelt so groß wie eine der Einheiten 13 und 14, so ist auch für die Betriebsströme der Einheiten 11 und 14 ein gegenseitiger Ausgleich bezüglich der Drosselwirkung gegeben, ebenso für die Betriebsströme der Einheiten 12 und 13.Another grouping of four capacitor units 11 to 14 is shown Fig. 3. Here the windings 21 to 24 for all four units are on a single one Choke 20 summarized, which per phase has one input terminal and four output terminals Has. The windings have opposite directions in pairs, but are the number of turns of the windings with the same winding direction different from each other, e.g. B. the number of turns of the winding 23 is twice as large like the number of turns of winding 21. If the two windings were the same Number of turns carried out, so if the unit 11 is switched on and 13 is switched on, a compensating current can develop unhindered because it is in the windings 21 and 23 would produce opposite currents, which do not allow a throttling effect to come about. Are the two condenser units 11 and 12, as shown in Figure 3, for example, each twice as large as one of the units 13 and 14, the same is true for the operating currents of the units 11 14 and 14 are given a mutual compensation with regard to the throttling effect, as well for the operating currents of units 12 and 13.

Eine Anordnung mit einer ungeraden Anzahl von Kondensatoreinheiten kann aus Fig.3 unter Beachtung der früheren Ausführungen wiederum durch Hinzunahme einer direkt ohne Drosselspule mit dem Netz zu verbindenden Einheit abgeleitet werden.An arrangement with an odd number of capacitor units can again by adding from FIG. 3 taking into account the earlier statements a unit to be connected directly to the mains without a choke coil.

Eine andere Zusammenstellung von fünf Kondensatoreinheiten 11 bis 15 zeigt beispielsweise Fig. 4. Bei dieser Anordnung wird - unter der Voraussetzung gleicher Größe sämtlicher Kondensatoreinheiten - ein vollständiger Ausgleich der von den Betriebsströmen hervorgerufenen Durchflutungen erzielt für einen Betrieb mit zwei Einheiten in der Zusammenstellung 12 -I-- 15, für einen Betrieb mit drei Einheiten in der Zusammenstellung 11 -I-- 13 + 14 und für den Betrieb mit allen fünf Einheiten. Dagegen ist hier für einen Betrieb mit vier Kondensatoreinheiten keine Zusammenstellung mit völligem Ausgleich auffindbar, jedoch bleibt beim Betrieb mit den Einheiten 12 bis 15 nur ein der Drosselwicklung der dann strorulosen Einheit 11 entsprechender Durchflutungsbetrag unausgeglichen, ebenso wie wenn die Einheit 11 allein eingeschaltet wäre.Another combination of five capacitor units 11 bis For example, FIG. 15 shows FIG. 4. With this arrangement, assuming same size of all capacitor units - a complete balance of the Floods caused by the operating currents achieved for an operation with two units in the combination 12 -I-- 15, for operation with three Units in the composition 11 -I-- 13 + 14 and for operation with all five units. In contrast, here is for operation with four capacitor units no compilation with full compensation can be found, but remains with operation with the units 12 to 15 only one of the inductor winding of the then current-free unit 11 corresponding flow rate unbalanced, as well as if the unit 11 would be turned on alone.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Capacitor group, consisting of several parallel capacitor units that can be switched on and off individually via a choke coil, for high-voltage systems, characterized in that, based on one phase, the choke windings of at least two units with opposite winding directions on a common magnetic core are located.

2. Capacitor group after Claim 1, characterized in that at least the same winding sense as one another having windings have different numbers of turns.

3. Capacitor group according to claim 1, characterized in that the number of turns of two inductor windings with opposite winding directions to each other in an inverse proportion stand like the operating currents flowing through them, so that their throughflows cancel each other out in normal operation.