<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz von an ein elektrisches Wechselstrom-Ortsnetz angeschlossenen Kleinverbrauchern, insbesondere Fernmesseinrichtungen, mit einer Gesamtanschlussleistung in der Grössenordnung von 100VA vor im Netz auftretenden Überspannungen.
Fernmesseinrichtungen, wie sie z. B. in Wasserleitungsnetzen zur laufenden oder periodischen Übermittlung von Auskunft über den Zustand des Netzes gebenden Messdaten an eine oder mehrere Zentralen benötigt werden, wobei die einzelnen Messdaten Auskunft über Füllstandshöhe der Speicher, Durchflussmengen und Druckverhältnisse in den einzelnen Netzteilen geben, benötigen im Normalfall eigene Stromversorgungseinrichtungen, da eine Energieversorgung über eigene Versorgungsleitungen zu aufwendig wäre bzw. bei Verwendung eines Telephonnetzes als Übertragungsleitung sogar unmöglich ist. Die Verwendung eigener Stromspeicher bzw. Stromerzeuger für die Eigenversorgung der Kleinverbraucher bedingt einen zu grossen Anlagenaufwand und hat den Nachteil, dass zumindest eine periodische Überwachung dieser Bauteile notwendig ist.
Bei Verwendung eines Wechselstrom-Ortsnetzes zur Versorgung der Kleinverbraucher ergibt sich, insbesondere dann, wenn es sich bei diesen Kleinverbrauchern um spannungsempfindliche Geräte handelt, wie es bei den meisten Fernmesseinrichtungen der Fall ist, eine Gefährdung der Geräte durch im Netz auftretende Überspannungen. Solche Überspannungen und insbesondere schwingende Überspannungen treten in jedem Ortsnetz fallweise unter anderem durch indirekte Blitzschläge, Erdschlüsse usw. auf. Die bekannte Verwendung von Sicherungen und Überspannungsschutzschaltern ist nicht zielführend, da in beiden Fällen bereits Schäden in der Messeinrichtung od. dgl. aufgetreten sein können, bevor die eine bestimmte Ansprechzeit benötigende Schutzeinrichtung zur Wirkung kommt.
Die in den meisten Fällen verwendeten Sicherungen sprechen überdies lediglich auf Erhöhungen des Iststromes gegenüber dem Nennstrom an und können also nicht unterscheiden, ob der Stromanstieg durch eine Überspannung in einem Versorgungsnetz oder durch einen Fehler des Verbrauchers hervorgerufen wurde. Aus diesem Grunde ist es unzulässig und unmöglich, Sicherungen zu verwenden, die nach ihrem Auslösen selbsttätig oder durch Fernbedienung den von ihnen unterbrochenen Stromkreis wieder schliessen. Bei lediglich durch Sicherungen geschützten Kleinverbrauchern ist es daher nach dem Auftreten von Überspannungen notwendig, den jeweiligen Kleinverbraucher, z. B. eine Fernmessstelle, aufzusuchen und die Sicherungen bzw. den von den Überspannungen zerstörten Teil des Kleinverbrauchers auszuwechseln bzw. zu reparieren, so dass z.
B. bei unbesetzten Fernmessstellen lange Zeiträume vergehen können, bis die jeweilige Fernmessstelle nach dem Auftreten einer Überspannung wieder betriebsbereit ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung für den eingangs genannten Zweck, die bei einfachem Aufbau einen wirksamen Schutz des Kleinverbrauchers vor Überspannungen, insbesondere schwingenden Überspannungen, gewährleistet, ohne die Energieversorgung dieses Kleinverbrauchers zu unterbrechen.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass der Verbraucher über einen auf die Anschlussleistung ausgelegten Transformator und einen Streufeldtransformator mit für den Nennbetrieb stark überdimensioniertem Eisenkern und im Verhältnis zum Trenntransformator niedrige Windungszahlen aufweisender Primär- und Sekundärwicklung vom Netz galvanisch getrennt ist, wobei jeweils die Primär- und Sekundärwicklungen beider Transformatoren in Serie liegen, die Sekundärwicklungen jedoch gegenphasig zueinander geschaltet sind, und zwischen ihren freien Enden ein Uberspannungsableiter mit nur geringfügig über der Nennspannung des Kleinverbrauchers liegender Durchbruchspannung angeordnet ist.
Es ist festzustellen, dass die Elemente der erfindungsgemässen Anordnung für sich zum Grossteil bekannt sind. So verwendet man seit langem Trenntransformatoren zur Erzielung einer galvanischen Trennung und Streufeldtransformatoren zur Begrenzung der Kurzschlussstrombegrenzung. In der Hochspannungstechnik werden Schutzdrosselspulen zur Vermeidung bzw. Bekämpfung von Überspannungen eingesetzt und ebenso sind in der Hochspannungstechnik Überspannungsableiter in den verschiedensten Formen bekannt.
Die Verwendung der erwähnten, an sich bekannten Bauteile in der erfindungsgemässen Anordnung und in der an die Aufgabe angepassten Dimensionierung löst die eingangs genannte Aufgabe.
Die Erfindung wird nun im Zusammenhang mit einem beispielsweise veranschaulichten Schaltschema nach der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
Eine Überspannungsschutzeinrichtung nach der beiliegenden Zeichnung besitzt Klemmen 1, 2 zum Anschluss an ein Wechselstrom-Ortsnetz und Klemmen 3, 4 zum Anschluss eines Kleinverbrauchers, beispielsweise des Versorgungsteiles einer Fernmesseinrichtung.
Die Klemmen --1, 2-- können über nicht dargestellte Schalter, Sicherungen od. dgl. an das Ortsnetz
EMI1.1
--3, 4-- anzuschliessende--5-- und einen Streufeldtransformator--12--galvanisch getrennt. Der Trenntransformator --5-- weist eine Primärwicklung-6-, eine Sekundärwicklung --7-- und einen Eisenkern --8-- und der
EMI1.2
<Desc/Clms Page number 2>
Primärwicklung-9--,Sekundärwicklungen--7 und 10--sind gegenphasig geschaltet. Beim Ausführungsbeispiel sind die Wicklungen --9, 10--des Streufeldtransformators--12--nebeneinander am Eisenkern--11--angeordnet.
Es könnte auch die Wicklung--10--in Serie mit der Wicklung--7--und dafür die Wicklung --9-- gegenphasig zur Wicklung --6-- geschaltet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine der beiden Wicklungen--9 oder 10--gegenläufig zur andern Wicklung--10 bzw. 9--zu wickeln. Die Windungsanzahl der Wicklungen
EMI2.1
stark überdimensioniert.
Zwischen den freien Enden der Sekundärwicklungen--7, 10--ist ein überspannungsableiter--13-- angeordnet, der beispielsweise aus einer Niederspannungs-Ableiterröhre mit einer Durchbruchspannung von 240 V bestehen kann, wenn die Nennspannung an den Klemmen--3, 4--220 V betragen soll.
Beim Nennbetrieb befindet sich der Eisenkern--8--des Transformators--5--im Sättigungsbereich seiner Magnetisierungskennlinie. Der Eisenkern--11--des Streufeldtransformators--12--ist ungesättigt.
Wegen der gegenphasigen Schaltung der Wicklungen--9, 10--tritt beim Nennbetrieb an der Wicklung --10-- eine von der Wicklung--9--her induzierte gegen die Sekundärspannung gerichtete Spannung auf, der aber wegen der relativ geringen Windungsanzahl der Wicklungen-9, 10- und deshalb, weil der Eisenkern --11-- bei diesem Betriebszustand wegen der gegensinnig auf ihn wirkenden Wicklungen praktisch wirkungslos bleibt, nur in der Grössenordnung von 1% der Sekundärspannung an der Wicklung--7--liegt, also praktisch
EMI2.2
4--führt.Überspannungsableiters --13-- erreicht ist. Bei weiterem Spannungsanstieg im Primärkreis öffnet bzw. zündet der überspannungsableiter--13--, so dass sich die Spannung an den Klemmen--3, 4--nicht mehr erhöhen kann.
Durch die sprunghafte Änderung des Sekundärstromes kommt es zu einer starken Induktionserhöhung des Streufeldtransformators-12--, wobei die Richtung des magnetischen Flusses im Eisenkern --11-- von der Sekundärwicklung --10-- bestimmt wird, wogegen im Eisenkern--8--des Transformators, der bereits im Nennbetrieb im Sättigungsbereich arbeitet, durch den Gesamtstromanstieg nur mehr eine wesentlich geringere Induktionserhöhung hervorgerufen wird. Es kommt also zu einer Verschiebung der Lastverteilung in Richtung auf den Streufeldtransformator und die Induktionserhöhung führt zufolge der gegenphasigen Schaltung dazu, dass der Stromanstieg im Sekundärkreis am Streufeldtransformator--12--im Primärkreis eine der dort wirkenden Überspannung entgegengerichtete Spannung erzeugt.
Somit erzeugt jede über der Durchbruchspannung des Überspannungsableiters --13-- liegende Spannungsänderung eine ihr proportionale Gegenspannung im Primärkreis, so dass die Überspannung noch während ihres Entstehens abgebaut wird und sich nur eine sehr kurze Einschaltdauer für den Überspannungsableiter --13-- ergibt. Insgesamt gesehen tritt bei einer schwingenden Überspannung keine wesentliche, d. h. gefährliche Erhöhung des Primärstromes und der Spannung an den Klemmen--3, 4-- auf. Selbstverständlich müssen die Isolierungen im Primärkreis und die Leiterquerschnitte im Sekundärkreis den möglichen auftretenden Spannungen bzw. Strömen entsprechend dimensioniert werden.