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Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterien
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so geschaltet sind, dass die Änderung des Wechselstromwiderstandes der Kondensatorbatterie das resultierende Drehmoment bestimmt, derart, dass beim Unterschreiten eines bestimmten, einstellbaren Minimalwertes des Wechselstromwiderstandes das Drehsystem sich zu drehen beginnt und nach einer von der Grösse des Wechselstromwiderstandes und der Dämpfung des Drehsystems abhängigen Zeit einen Kontakt schliesst, während bei Werten des Wechselstromwiderstandes oberhalb des eingestellten Minimalwertes ein Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung auftritt, den Kontakt öffnet und ihn gegen einen festen Anschlag drückt.
Die vorerwähnte Eigenschaft des Ansprechens auf die Impedanz einer Kondensatorbatterie wird beispielsweise dadurch erhalten, dass die Drehmomente eines P-Systems und eines V2-Systems mechanisch gegeneinander. geschaltet werden.
Es gilt dann für Stillstand :
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Dabei bedeutet I den Strom im P-System. Vdie Spannung am V2-System, Cl, C die Konstanten des P-bzw. V-Systems und Z die Impedanz der nachgeschalteten Kondensatorbatterie.
Für ein bestimmtes Z, beispielsweise Zo, herrsche Gleichgewicht, d. h. die Drehmomente der beiden Drehsysteme seien genau gleich gross.
Wird der Strom kleiner, d. h. die Impedanz grösser als Zo, so überwiegt das Drehmoment des V-Drehsystems und dreht den Anker rückwärts bis zu einem festen Anschlag. Wird dagegen der Strom grösser (beispielsweise bei inneren Kurzschlüssen), so wird Z kleiner und das Drehmoment des II-Systems überwiegt.
Dadurch beginnt sich der Scheibenanker nach vorwärts zu drehen und bewirkt durch Schliessen eines Kontaktes die Auslösung des Schalters der zu schützenden Batterie. Die Impedanz, bei der Gleichgewicht herrscht, die sogenannte Ansprechimpedanz, kann durch irgendwelche Mittel einstellbar gemacht werden. Für die praktische Lösung werden als Drehsysteme zweckmässigerweise Ferraris-Systeme verwendet. Es sind aber auch Drehankersysteme möglich, bei
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denen das Drehmoment proportional zu 12 bzw.
V2 ist, entsprechend der verwendeten Wicklung.
Die beiliegende Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit Ferraris-Drehsystemen.
1 bedeutet eine Systemachse, die oben und unten vertikal gelagert ist und zwei Systemscheiben 2, 21 trägt. Auf die Scheibe 2 wirkt ein V2System 3, während auf die Scheibe 21 ein 12System 31 wirkt. 5 und 7 bzw. 51 und 71 sind Spannungs-bzw. Stromspulen, die zur Erzeugung von phasenverschobenen Triebflüssen dienen. Durch einen Dämpfungsmagneten 8, der auch auf die untere Triebscheibe 21 wirkt, kann die Auslösezeit eingestellt werden. Das V2-System 3 ist nun an ein Wechselstromnetz 9 angeschlossen und erzeugt auf die Systemscheibe 2 ein Drehmoment im Uhrzeigersinn. Desgleichen erzeugt
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dem Drehmoment des V2-Systems 3 entgegenwirkt. Die Kondensatorbatterie 18, die aus einer grösseren Anzahl von in Serie geschalteten Kondensatoren 19 besteht, ist über einen doppelpoligen Schalter 14 angeschlossen.
Durch die Achse 1 wird im weiteren über eine beliebige, in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Übersetzung ein Kontaktarm 11 angetrieben. Bei überwiegendem Drehmoment im Uhrzeigersinn liegt dieser Kontaktarm an einem Anschlag13und der an eine Hilfsspannung 10 angeschlossene Auslösestromkreis eines Auslöserelais 17 ist geöffnet. Eine Arretierung 16 hält daher den Schalter 14 entgegen dem Zug einer Feder 15 geschlossen. Wirkt dagegen das F- System überwiegend im Gegenuhrzeigersinn, so schliesst der Kontaktarm 11 über einen Kontakt 12 den Auslösestromkreis des Auslöserelais 17 und bringt den Schalter 14 zur Auslösung.
Im Normalbetrieb ist der Schalter 14 geschlossen und die Kondensatorbatterie 18, die hier zur Phasenverbesserung dient, übernimmt die Blindlastlieferung für das Netz 9. Die Schutzeinrichtung ist dabei so eingestellt, dass die Drehmomente der beiden Systeme gerade aufgehoben werden, oder dass das V2-System ganz leicht überwiegt, so dass der Kontaktarm 11 gegen den Anschlag 13 gedrückt wird.
Im Störungsfalle, d. h. bei Kurzschluss eines oder mehrerer Kondensatorelemente, entsteht eine Impedanzänderung, wobei das Drehsystem im Gegenuhrzeigersinn zu laufen beginnt, da in diesem Fall das Drehmoment des 12-Systems überwiegt. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit, die je nach der Anzahl der kurzgeschlossenen Kondensatoren länger oder kürzer ist, wird der Kontakt 12 geschlossen, wobei sich in der oben erwähnten Art und Weise die Auslösung des Schalters 14 ergibt.
Tritt dagegen eine beträchtliche Spannungssteigerung am Netz 9 ein, so steigt ausser dem Strom im I2-System auch die Spannung am V2-System im gleichen Masse, ebenso erhöhen sich die Drehmomente im gleichen Massstab und das Relais bleibt weiterhin in Ruhe.
Die neue Schutzeinrichtung besitzt den grossen Vorteil der Spannungsunabhängigkeit, d. h. das Relais kann so exakt eingestellt werden, dass auch beim geringsten inneren Defekt der Schutz zur Auslösung kommt, dass dagegen die Spannung an der Kondensatorbatterie weitgehend schwanken kann, ohne dass die Schutzeinrichtung zur Auslösung kommt. Desgleichen besitzt die Einrichtung eine gewisse Frequenzunabhängigkeit (bezogen auf das Relais). Das Drehmoment ist bei beiden Systemen ungefähr direkt proportional der Frequenz f. Die daraus resultierenden Drehmomentserhöhungen bzw.-emiedrigungen heben sich daher gegenseitig auf. Allerdings ändert sich bei einer Frequenzänderung natürlich auch die Impedanz der Kondensatorbatterie, wo eine innere Störung vorgetäuscht werden kann.
Die Frequenzänderungen sind jedoch im allgemeinen so gering, dass das Relais für diesen Betrag überschüssig eingestellt werden kann. Als weiterer Vorteil ist zu werten : die billige Herstellung, da sämtliche Einzelteile einer normalen Zählerfabrikation entnommen werden können.
Durch Änderung der Konstanten Ci kann die Ansprechimpedanz eingestellt werden. Die Einstellung kann dadurch erreicht werden, dass das Drehmoment am P-System durch Veränderung des Flusses, z. B. durch Einstellen des Luftspaltes, verändert wird. Das gleiche kann mit verschiedenen Anzapfungen an den Triebspulen erreicht werden. Anderseits kann auch noch der Phasenwinkel zwischen den beiden Triebflüssen eines Triebsystems geändert werden, u. zw. für sich allein oder in Verbindung mit den beiden oben erwähnten Massnahmen. Eine Änderung des Phasenwinkels kann z. B. durch Änderung des magnetischen Nebenschlusses bei einem der Triebflüsse oder durch Einschaltung von Induktivitäten, Kapazitäten oder Widerständen in geeigneter und an sich bekannter Weise erreicht werden.
Eine Änderung der Auslösezeit lässt sich leicht durch einfaches Verstellen des Dämpfungsmagneten 8 erreichen, da dadurch die Drehgeschwindigkeit des Drehsystems beeinflusst werden kann.
Zwecks Verminderung von Verlusten von Tonfrequenzenergie können sowohl dem V2System 3, als auch dem F-System 31 Tiefpassfilter 22 bzw. 20 vorgeschaltet werden, die die niederfrequente Netzenergie ungehindert durchlassen, während sie für die Tonfrequenzspannung im ersten Fall eine grosse Impedanz, so dass die Tonfrequenzenergie nicht durch kann, und im zweiten Fall eine kleine Impedanz, so dass die Tonfrequenzenergie praktisch kurz geschlossen wird, darstellen.
Eine analoge Wirkung wie mit der beschriebenen Schutzeinrichtung kann natürlich auch mit einer ähnlich aufgebauten Einrichtung, deren durch die Triebsysteme erzeugten Drehmomente jedoch
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verhältnisgleich P und Ex I x sin p sind, erreicht werden. Eine solche lässt sich aus der beschriebenen durch bekannte Schaltmassnahmen ableiten. Die im vorhergehenden angestellten Betrachtungen gelten in gleicher Weise auch für diesen Fall. Für das resultierende Drehmoment, welches auf das Drehsystem wirkt, ist dann nur noch die Blindkomponente sin 11 (Reaktanz) des Wechsel- stromwiderstandes massgebend.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Auf Kurzschlüsse von in Serie geschalteten Kondensatoren einer Kondensatorbatterie ansprechende Schutzeinrichtung, gekennzeichnet durch ein auf einer Achse angeordnetes Drehsystem, auf welches zwei Triebsysteme mit entgegengesetzten Drehmomenten einwirken, die so geschaltet sind, dass die Änderung des Wechselstromwiderstandes der Kondensatorbatterie das resultierende Drehmoment bestimmt, derart, dass beim Unterschreiten eines bestimmten, einstellbaren Minimalwertes des Wechselstromwiderstandes das Drehsystem sich zu drehen beginnt und nach einer von der Grösse des Wechselstromwiderstandes und der Dämpfung des Drehsystems abhängigen Zeit einen Kontakt schliesst, während bewerten des Wechselstromwiderstandes oberhalb des eingestellten Minimalwertes ein Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung auftritt,
den Kontakt öffnet und ihn gegen einen festen Anschlag drückt.