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Anordnung zur Überwachung der Abstimmung oder zur selbsttätigen Einstellung von Erdschlusslöscheinrichtungen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Messung der Abstimmung von Erdschlusslöscheinriehtungen auf das Netz die Kapazität des Netzes und die Induktivität der Löscher aus zwei unabhängig voneinander vorgenommenen Messungen bei voneinander verschiedenen und netzfremden Frequenzen zu ermitteln.
Durch die vorliegende Erfindung soll dieses Verfahren noeh vereinfacht werden, insbesondere auch so ausgebildet werden, dass eine selbsttätige Einstellung der Löscheinriehtung möglich wird. Gemäss der Erfindung werden gleichzeitig zwei Hilfsspannungsquellen mit voneinander und von der Netzfrequenz abweichenden Frequenzen verwendet, welche Ströme hervorrufen, die auf ein Messgerät oder ein Relais einwirken.
Besonders zweckmässig ist es, die von den Hilfsspannungsquellen gelieferten Blindströme auf das Gerät zur Einwirkung zu bringen und die Frequenzen oder die Hilfsspannungen oder beide derart zu wählen, dass die auf das bewegliche System des Messgerätes oder Relais ausgeübte Kraft proportional derjenigen Kraft ist, welche ein Blindstrom unter Wirkung einer Spannungsquelle mit einer dritten Frequenz, beispielsweise der Betriebsfrequenz, ausüben würde. Im allgemeinen stehen dann die beiden Frequenzen in einer solchen Beziehung zueinander, dass ihr Produkt gleich dem Quadrat der Frequenz ist, für welche die Abstimmung gemessen werden soll.
Das Gerät kann beispielsweise aus zwei gekuppelten Blindleistungsmessern oder zwei gekuppelten Blindleitwertmessern bestehen, wobei jedes der beiden gekuppelten Messsysteme nur auf die zugeordnete Hilfsfrequenz anspricht.
Bei Verwendung von Blindleistungsmessern sind gleiche Gerätekonstante der beiden Messsysteme ¯t vorausgesetzt, die beiden Hilfsspannungen gleich gross zu wählen, wenn die oben angegebene Beziehung zwischen den beiden Frequenzen besteht. Bei Verwendung von Blindleitwertmessern ist dies nicht erforderlich. Um zu erreichen, dass jedes Messsystem nur auf die zugeordnete Hilfsfrequenz anspricht, kann man vor die Strom-oder Spannungsspulen Sperrkreise oder Sperrketten schalten. An Stelle von Sperrketten kann man auch Spannungsresonanzkreise parallel zur Spule schalten. Man kann auch zwei weitere von den bisher erwähnten Hilfsspannungsquellen völlig unabhängige Spannungsquellen anordnen, welche die Spannungsspulen der einzelnen Systeme speisen.
Es kann dann in den Messsystemen nur von denjenigen Strömen ein Drehmoment ausgeübt werden, welche die gleiche Frequenz besitzen wie die Hilfsspannungsquelle, welche die entsprechende Spannungsspule speist. Man kann zu diesem Zwecke mit der Welle jedes auf das Netz arbeitenden Hilfsgenerators eine kleine Maschine kuppeln, welche eine Spannung der gleichen Frequenz erzeugt wie der Hilfsgenerator. Legt man die Spannung der kleinen Hilfsmasehine an die Spannungsspule des entsprechenden wattmetrischen Instrumentes, dann kann, wie erwähnt, nur ein Strom von der gleichen Frequenz mit dieser Spannung ein Drehmoment erzeugen.
Zur Erreichung der richtigen Phasenanlage ist es zweckmässig, die Ständerwicklung der Hilfsmaschine drehbar zu machen. Vorteilhaft versieht man jede Hilfsmaschine mit zwei Statorwicklungen, die gemeinsam drehbar sind und von denen die eine die entsprechende Spannungsspule speist, während die andere an das eine System eines Phasenwinkelmessers angeschlossen ist, der die Phasenanlage zwischen dieser Spannung und der Sternpunktspannung des Netzes gegen Erde misst.
Verwendet man an Stelle der Blindleistungsmesser oder Blindleitwertmesser Wirkleistungsmesser oder Wirkleitwertmesser, so muss man zur Messung der Blindleistung oder des Blindleitwertes besondere Widerstandskombinationen (Kunstschaltungen) vorsehen, um eine Phasenverschiebung von 90 zu zu erhalten. Die Verwendung von Wirkleistungsgeräten mit den Widerstandskombinationen bietet den Vorteil, dass man dieselben Instrumente mit geringen Hilfsmitteln auch zur Messung des Wirkleitwertes oder der Wirkleistung verwenden kann. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, einen besonderen Umschalter anzuwenden, durch welchen der Einfluss der Kunstschaltung auf das Gerät aufgehoben werden kann.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In Fig. 1 ist 4 ein Leistungstransformator, von dem die Leitungen 1, 2 und 3 ausgehen. 6, 7, 8 stellen die Kapazitäten der einzelnen Leiter gegen Erde dar. An den Sternpunkt eines andern Leistungtransformators 19 ist in an sich bekannter Weise die Erdsehlussspule 5 angeschlossen. Ferner ist an das Netz noch der Lösehtransformator 25 angeschlossen. Ausser den beiden gezeichneten Löscheinrichtungen können auch noch andere Löscheinrichtungen vorgesehen sein. Zwischen den Sternpunkt des Leistungtransformators 4 und Erde sind die beiden Hilfsspannungsquellen 9 und 10 eingeschaltet. 11 ist ein Relais, das aus den beiden gekuppelten wattmetrisehen, beispielsweise dynamometrischen Systemen 12 und 13, die auf die Wirkleistung ansprechen, besteht.
Auf der gemeinsamen Achse dieses Relais sitzt
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ein Kontakt M, der bei Ausschlag des Relais aus der Nullage mit einem der feststehenden Kontakte 15 bzw. 16 in Berührung kommt. Die Stromspulen der wattmetrischen Systeme 12 und 13 werden mittels des Stromwandlers 17 von den Strömen der Hilfsspannungsquellen 9 und 10 durchflossen. Die Spannungsspulen sind so angeschlossen, dass jedes System ein Drehmoment entwickelt, welches proportional der vom Netz bei der entsprechenden Hilfsfrequenz aufgenommenen Blindleistung ist.
Zu diesem Zwecke ist ein Spannungswandler 18 vorgesehen, dessen in Stern geschaltete Primärwicklung an das Netz angeschlossen und dessen Sternpunkt geerdet ist, während die Sekundärwicklung im offenen Dreieck geschaltet ist. An die Sekundärwicklung des Spannungswandlers sind Siebkreise bzw. Siebketten 20 und eine Widerstandskombination 21 angeschlossen. Die Siebkreise bzw. Siebketten sind so bemessen, dass nur die Ströme von der Frequenz des Generators 9 in der Widerstandskombination 21 wirksam sind.
Durch die Widerstandskombination, die in an sich bekannter Weise ausgebildet ist, wird die Spannungsspule des Systems 12 ein Strom zugeführt, welcher senkrecht auf der Spannung des Sternpunktes des Netzes gegen Erde von der Frequenz des Generators 9 steht und dieser Spannung proportional ist. Das System 12 entwickelt daher ein Drehmoment, welches von dem Netz aufgenommenen Blindleistung bei der Frequenz des Generators 9 entspricht. In entsprechender Weise wird mit Hilfe der Siebkreise 22 und der Widerstandskombination 23 der Spannungsquelle des Systems 13 ein Strom von der Frequenz des Hilfsgenerators 10 zugeführt, der um 900 gegenüber der Spannung des Sternpunktes gegen Erde von derselben Frequenz verschoben und dieser Spannung proportional ist.
Das System 13 entwickelt daher ein Drehmoment, dass der vom Netz bei der Frequenz des Generators 10 aufgenommenen Blindleistung entspricht. Wird die Grösse der beiden Hilfsspannungen gleich gewählt und die Grösse der beiden Frequenzen derart, dass das Produkt aus beiden gleich dem Quadrat der Betriebsfrequenz ist, so erhält bei idealer Abstimmung das eine System einen voreilenden und das zweite System einen gleich grossen nacheilenden Strom, so dass sich die beiden Drehmomente aufheben.
Bei falscher Einstellung der Lösch- einrichtung schlägt das Relais nach der einen oder andern Seite aus, und der Hilfskontakt 14 kommt in Berührung mit einem der feststehenden Kontakte 15 oder 16, wodurch ein in der Figur nicht dargestellter Hilfsstromkreis für eine Steuervorrichtung geschlossen wird, welche selbsttätig durch Nachstellung eines oder auch mehrerer Löscher wieder die richtige Abstimmung herbeiführt. Wählt man die beiden Frequenzen von der genannten Bedingung etwas abweichend, so steht das Relais in der Ruhe-
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vorhanden ist, deren Quadrat gleich dem Produkt der beiden Hilfsfrequenzen ist. Der Löscher wird daher stets so weit verstellt, bis diese Resonanz erreicht ist. Es wird daher bei einer derartigen Wahl der Hilfsfrequenzen der Löscher nicht auf ideale Abstimmung eingestellt.
Eine solche Einstellung ist häufig erforderlich, um die bei vollkommener Abstimmung unter Umständen auftretenden grossen Spannungsverlagerungen zu vermeiden. Den gewünschten. \bstimmungsgrad, welchen das Relais einstellt, kann man auch, wenn das Produkt der Hilfsfrequenzen gleich dem Quadrat der Betriebsfrequenz ist, durch Änderung der Hilfsgeneratorspannung oder der Konstanten des Relais erzielen.
Die Verwendung des besonderen Spannungswandlers 18 im Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass auf die Spannungsspulen des Gerätes die Nullpunktspannung des Netzes einwirkt, die hinter dem Anschlusspunkt des Sternpunktes gebildet wird, über welchen die Hilfsspannungsquellen an das Netz angeschlossen sind. Dies hat den Vorteil, dass der Spannungsabfall in den den Sternpunkt bildenden
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In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei der an Stelle der wattmetrischen Systeme Wirkleitwertmesser verwendet sind. Die der Fig. 1 entsprechenden Teile sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Das Gerät 26 besteht aus den beiden Wirkleitwertmessern 27 und 28. Die Instrumente sind so angeschlossen, dass die eine der beweglichen Spulen jedes Instrumentes von dem Strom des Stromwandlers 17 durchflossen wird. Die zweite bewegliche Spule des Systems 27 ist mit der festen Spule desselben Systems in Reihe gesehaltet und liegt an der Widerstandskombination 23, durch die ihr ein Strom von der Frequenz des Hilfsgenerators 9 zugeführt wird, der gegenüber der Spannung des Sternpunkts des Netzes gegen Erde von derselben Frequenz um 900 phasenverschoben und in dieser Spannung proportional ist.
Die zweite bewegliche Spule des Systems 28 ist mit der festen Spule dieses Systems in Reihe geschaltet und an die Widerstandskombination 21 angeschlossen, durch welche ihr ein Strom von der Frequenz des ; Hilfsgenerators 10 zugeführt wird, der um 90 gegenüber der Spannung des Sternpunktes gegen Erde von derselben Frequenz verschoben ist. 20 und 22 sind die Sperrkreise bzw. Sperrketten. Die beiden beweglichen Systeme sind miteinander gekuppelt und derart geschaltet, dass der Ausschlag des Instrumentes ein Mass für die algebraische Summe der Blindleitwerte ist.
Wie eine einfache Rechnung zeigt, ist die algebraische Summe der Blindleitwerte, wenn die Frequenzen so gewählt sind, dass ihr Produkt gleich dem Qudrat der Betriebsfrequenz ist, proportional dem bei der Betriebsfrequenz vorhandenen Blindleitwert des Netzes, so dass das Gerät unmittelbar den Blindleitwert des Netzes anzeigt. Das Verhältnis der Grösse der Hilfsspannung ist dabei ohne Einfluss auf das Messergebnis.
Da bei sattem Erdschluss der im Netz auftretende Restblindstrom gleich dem Leitwert mal der Sternspannung ist, so kann man die Skala des Instrumentes unmittelbar in Amperereststrom eichen,
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so dass das Instrument unmittelbar anzeigt, wie gross im Falle eines vollkommenen Erdschlusses der 1- bei der jeweiligen vorhandenen Löschereinstellung fliessende Blindstrom ist.
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reststrom eichen. Es muss jedoch dann die Bedingung erfüllt sein, dass die beiden Hilfsspannungen die gleiche und unveränderliche Grösse besitzen.
Man kann das Zwei-System-Instrument nach Fig. 2 auch als Relais mit Ausschlag nach beiden Seiten ausbilden und damit eine selbsttätige Steuerung der Löscherinduktivität verbinden. Man kann dabei auch die Hilfsfrequenzen etwas abweichend von der oben erwähnten Bedingung wählen oder auch die Gerätekonstanten ändern, so dass das Relais bei einer gewissen Verstimmung in der Ruhelage steht.
In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei der die den beiden wattmetrisehen Systemen zugeführten Spannungen durch besondere Hilfsmaschinen geliefert werden.
Die den Fig. 2 und 3 entsprechenden Teile tragen dieselben Bezugszeichen. 4 ist der Leistungstransformator,
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formator, dessen Sekundärseite in an sich bekannter Weise über eine Regeldrossel 24 geschlossen ist.
Das Gerät 33 besteht aus den beiden miteinander gekuppelten Wirkleistungsmessern 34 und 35, deren Stromspulen vom Stromwandler 17 gespeist werden. Mit dem Hilfsgenerator 9 ist eine kleine Hilfsmasehine 29 gekuppelt, die einen verdrehbaren Stator besitzt, welcher mit zwei gleichen Wicklungen versehen ist. Die eine Wicklung dient zur Speisung der Spannungsspule des wattmetrisehen Systems 34, die andere ist mit dem einen System eines cos. m-Messers 31 verbunden, dessen anderes System von der Sekundärspannung des Löschtransformators gespeist wird. Zeigt das Instrument den Ausschlag Null, so ist die von der Hilfsmaschine 29 erzeugte Spannung und die Spannung des Sternpunktes des Netzes gegen Erde von derselben Frequenz in Phase.
Weichen die Phasenlagen der beiden Spannungen voneinander ab, so wird der Stator der Hilfsspannungen so lange verdreht, bis die Phasenverschiebung gleich Null geworden ist. 20 ist eine Widerstandskombination (Kunstsehaltung) zur Drehung des die Spannungsspule durchfliessenden Stromes gegenüber der erregenden Spannung um 90 , damit das System 34 die vom Netz aufgenommene Blindleistung misst. In entsprechender Weise ist mit dem Hilfsgenerator 10 eine Hilfsmaschine 30 gekuppelt, deren eine Statorwicklung über die Kunstschaltung 22 die Spannungsspule des Systems 35 speist, während die andere Statorwicklung in dem cos. c-Zeiger 32 mit der Sekundärspannung des Löschtransformators verglichen wird.
Die beiden Hilfsfrequenzen werden wieder so gewählt, dass ihr Produkt gleich dem Quadrat der Betriebsfrequenz ist und die von den Hilfsspannungen 29 und 30 erzeugten Spannungen (gleiche Gerätekonstanten vorausgesetzt) so, dass sie
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bei einem satten Erdschluss auftretenden Restblindstromes.
Anstatt die Hilfsspannungsquelle zwischen Sternpunkt eines Leistungstransformators und Erde einzuschalten, ist es häufig vorteilhaft, die Hilfsspannungen über einen künstlichen, durch besondere Widerstände gebildeten Sternpunkt auf die einzelnen Phasenleitungen zur Einwirkung zu bringen. Man kann auch die Hilfsspannungsquellen in Serie mit der Löscheinrichtung schalten. An Stelle der in den Figuren dargestellten Hintereinanderschaltung der beiden Hilfsspannungsquellen kann man sie auch parallel schalten. Man muss dann vor jede Hilfsspannungsquelle Sperrkreise anordnen, welche jeweils auf Resonanz mit der Frequenz der andern Hilfsspannungsquellen abgestimmt sind.
Bei Verwendung von Wirkleistungsmessern bzw. Wirkleitwertmessern kann man auch die Anordnungen verwenden zur Abstimmung auf die Wirkkomponente des Erdschlussstromes bzw. zur Messung derselben. Zu diesem Zwecke verwendet man vorteilhaft einen Umschalter, durch welchen der Einfluss der Widerstandskombination aufgehoben wird, so dass die Geräte auf die Wirkleistung bzw. den Wirkleitwert ansprechen.
In Fig. 4 ist eine solche Umschalteinrichtung für ein System des Messgerätes oder Relais in der Schaltung nach Fig. 1 bzw. 2 dargestellt. 18 ist der Spannungswandler, 20 sind die Sperrkreise, 22 ist die Widerstandskombination, die aus der Drossel 36 und 3'7 und dem ohmschen Widerstand 38 besteht. 39 ist der Umschalter, der in der einen Stellung die Spannungsspule 40 des einen Systems des Gerätes mit der Drossel 37 verbindet, während in der andern Schaltstellung die Spannungsspule 40 über den Widerstand 41 mit der Sekundärwicklung des Spannungswandlers 18 verbunden ist. Der Widerstand wird dabei zweckmässig so bemessen, dass nach der Umschaltung die Grösse der durch die Spannungsspulen fliessenden Ströme gleich bleibt.
Ausser diesen gezeichneten Kontakten besitzt der Umschalter noch Kontakte zu Umschaltung der Spannungsspule des andern Systems des Messgerätes oder Relais.
Bei der Schaltung nach Fig. 3 ist die Schaltung für die Umschalteeinrichtung die gleiche, nur tritt an Stelle der Sekundärwicklung des Spannungswandlers 18 die Statorwicklung des Hilfsgenerators 29 bzw. 30.
Um zu verhindern, dass die Hilfsgeneratoren bei einem Netzerdschluss überlastet werden, ist es zweckmässig, einen Schalter anzubringen, durch welchen die Hilfsgeneratoren vom Netz abgeschaltet werden. wenn der von ihnen gelieferte Strom eine bestimmte Grösse überschreitet.
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Um auch bei Änderung der Betriebsfrequenz die Hilfsfrequenzen in gleichem Verhältnis selbsttätig mit zu verändern, ist es zweckmässig, umlaufende Hilfsgeneratoren zu verwenden, die von einem Synchronmotor angetrieben werden, der mit einer Drehzahl entsprechend der Betriebsfrequenz des Netzes umläuft. Ändert sieh die Betriebsfrequenz, so ändern sich damit auch in gleichem Masse die Hilfsfrequenzen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Überwachung der Abstimmung oder zur selbsttätigen Einstellung von Erd- sehlusslöscheinrichtungen, gekennzeichnet durch die gleichzeitige Verwendung von zwei Hilfsspannungsquellen mit voneinander und von der Netzfrequenz abweichenden Frequenzen, welche Ströme hervorrufen, die auf ein Messgerät oder Relais einwirken.