Vorrichtung zur Bestimmung des grössten oder kleinsten Wertes der Phasenströme oder Phasenspannungen bezw. des Unsymmetriegrades eines Drehstromnetzes. Um festzustellen, welches der grösste oder kleinste Wert der herrschenden Phasenströme oder Phasenspannungen ist, wenn die Sym metrie eines Drehstromnetzes gestört ist, muss man in sämtlichen Phasen Messinstru- mente einbauen und ihre Angaben mitein ander vergleichen. Dass man an einem ein zigen Instrument den grössten oder kleinsten Wert von Strom und Spannung ablesen kann, ist bisher nicht bekannt.
Diese Möglichkeit, welche die Erfindung schaffen soll, kann aber von Nutzen sein, zumal man nicht allein diesen Wert feststellen, sondern auch selbst tätig irgendwelche Wirkungen von ihm ab- hängig machen kann, wie dies zum Beispiel bei Leitungsschutzeinrichtungen erforderlich wird. Derartige Einrichtungen sollen zum Beispiel dann in Tätigkeit treten, wenn ein Kurzschluss auftritt, und zwar wird häufig die Aufgabe gestellt, dass der grösste der drei Ströme oder die kleinste der drei Spannun- gen die Schutzeinrichtung in ganz bestimm ter Weise beeinflussen soll.
Es lässt sich aber niemals voraussehen, in welcher der drei Phasen die grössten oder kleinsten Werte von Strom oder Spannung auftreten werden.
Der Erfindung liegt die bekannte Tatsache zugrunde, da,B die Phasen (Strom oder Span nung) eines beliebig unsymmetrischen Systems, solange nur ihre geometrische Summe gleich Null bleibt, ersetzt werden können, durch die Phasen zweier symmetrischer Systeme, von denen das eine eine rückläufige Phasenfolge aufweist und bei vollkommener Symmetrie des betrachteten Systems verschwindet. Je zwei zusammengehörige Phasen der symme trischen Systeme ergeben geometrisch addiert eine Phase des unsymmetrischen Systems, die grösste Phase ergibt sich also aus den beiden Phasen der symmetrischen Systeme,
die gegenseitig die geringste Phasenverschie- bung haben. Diese Phasenverschiebung kann nicht grösser sein als:<B>60'.</B>
Bei der Vorrichtung zur Bestimmung der grössten oder kleinsten Strom- oder Span nungsphase oder des Unsymmetriegrades eines Drehstromnetzes wirken erfindungs gemäss die Vektorbeträge je eines der beiden inversen, symmetrischen Systeme, in welche das unsymmetrische System zerlegt worden ist, auf ein gemeinsames bewegliches Glied ein.
Es ergibt sieh dabei mit einer für die Praxis in den meisten Fällen ausreichenden Genauigkeit stets det grösste bezw. der klein ste Wert der Phasenströme oder Phasen spannungen des Drehstromsystems, ganz un abhängig davon, welche Phasen der beiden symmetrischen Systeme für die Zusammen setzung benutzt werden, indem man die Wir kung der Vektorbeträge addiert bezw. sub trahiert.
Um die Grösse der beiden siYmmetrischen Systeme festzustellen, werden 'beispielsweise zwei beliebige Phasen des betreffenden Sy stems in je zwei um<B>30'</B> der Phase vor- bezw. nacheilende Komponenten zerlegt; die geometrische Summe aus der voreilenden Komponente der einen Phase und der nach eilenden Komponente der andern Phase ist dann, wie man beweisen kann, eine Phase eines der symmetrischen Systeme. Die Zu sammensetzung der absoluten Werte lässt sich leicht in der Weise durchführen, da.ss man jede Komponente einzeln auf ein gemeinsames bewegliches System einwirken lässt.
Wird die Erfindung für den Schutz elektrischer Lei tungen gegen Kurzschluss angewendet, so er gibt sich auch gleichzeitig der Vorteil, dasso ihre Wirksamkeit auch dann nicht beein trächtigt wird, wenn ein dreiphasiger Kurz schluss auftritt und das zu schützende Dreh stromnetz symmetrisch bleibt.
Gemäss einer besonderen Ausführungs form der Erfindung können ferner die Be träge der Vektoren der symmetrischen Sy steme auf ein bewegliches Glied derart zur Einwirkung gebracht werden, dass der eine Vektorbetrag dieses Glied stärker als der andere beeinflusst.
Im allgemeinen wird es zweckmässigerweise der Vektorbetrag mit rückläufiger Phasenfolge sein, der, da. er ein Mass für die Unsymmetrie darstellt, stärker als der andere Vektorbetrag auf das bewegliche Glied einwirkt. So kann man zum Beispiel dem Vektorbetrag der rück läufigen Phasenfolge ein zehnfach stärkeres Drehmoment auf das bewegliche Glied zu ordnen und beide Vektorbeträge auf das be wegliche Glied gegeneinander wirken lassen,
so dass' dieses seine Bewegung in dem Augen blick beginnt, wenn der Vektorbetrag der rück läufigen Phasenfolge ein Zehntel der Grösse des V ektorbetrages der vorwärtsläufi gen Phasenfolge erreicht hat. Das genannte bewegliche Glied kann einfach als Messgerät dienen; oder es trägt einen Kontakt, der einen Alarm- oder Auslösestromkreis schliesst, um, falls die Unsymmetrie des Netzes die genannte Grenze erreicht hat, auf .den Feh ler aufmerksam zu machen oder die betref fenden ()lsehalter auszulösen.
In andern Fällen kann es vorzuziehen sein, dass man den Vektorbetra,g der vor- wärtsiläufigen Phasenfolgo im gleichen Sinne auf das bewegliche Auslöseglied einwirken lässt wie den Vektorbetrag der rückläufigen Pha.senfolge. Das hat den Vorteil, dass die Auslösevorrichtung bei starker Belastung des Stromerzeugers schon bei geringerer Iln- symmetrie anspricht als in den Fällen schwächerer Belastung.
Aber auch bei die ser Ausführungsform der Erfindung wird in der Mehrzahl der Fälle dem Vektorbetrag der rückläufigen Phasenfolge der grössere Einfluss auf das bewegliche Glied eingeräumt werden.
In Abb. 1 ist ein erstes Beispiel für eine Vorrichtung gemäss der Erfindung schema- tiseh dargestellt.
Es sind R., .S und T die drei Leiter eines Drehstromnetzes. Die in den Leitern R und S fliessenden Ströme speisen zwei Stromwandler 1 und 2,. Ferner sind eine Selbstinduktion 3 und ein Ohmscher Wider stand 4 an ihren beiden Enden über die Er regerwicklungen zweier Wechselstrommag- nete 5 und 6 zu einem leitenden Ring mit- einander verbunden.
Die Wechselstrommag- nete 5 und 6 besitzen Kurzschlussringe und sind die Triebmagnete zweier Ferraris- scheiben 7 und 8, auf welche sie Dreh momente ausüben, deren Grössen von den in Erregerwicklungen fliessenden Strömen ab hängen. Der im Leiter R fliessende Strom wird über den Stromwandler 1 am Punkte 1.1 der Ringschaltung zugeführt und verlä.sst clen Ring am Punkte 12.
An seiner Ein trittsstelle 11 spaltet er sich in die beiden Teilströme R, und R=. Der Teilstrom R, fliesst über die Erregerwicklung des Trieb magnetes 6 und den Ohmschen Widerstand 4 zum Punkte 12, während der Teilstrom R':, seinen Weg über die Selbstinduktionsspule 3 und die Erregerwicklung des Triebmagnetes 5 zum Punkte 12 nimmt. Die Grösse der Selbstinduktion 3 und des Widerstandes 4 sind nun so gewählt, dass die beiden Teil ströme Bleichgross und dass R, gegen R2 um 60 voreilt.
Gegen den Strom des Leiters R haben die beiden Komponenten R, und R_ dann eine Phasenverschiebung von 30 Vor- eilung und Nacheilung.
Über diese Ströme im Ring überlagern sich die vom Punkte 21 zum Punkte \_'? flie ssenden Teilströme S, und S, des vom Strom wandler 2 ausgehenden Stromes, der dem im Leiter S fliessenden Strom proportional ist. Der Teilstrom S, fliesst über die Erreger wicklung des Triebmagnetes 5 und den 'Wi derstand 4 zum Punkte 22, und der Teil strom A7#2 erreicht den Punkt 22 über die Selbstinduktionsspulen 3 und die Erreger wicklung des Triebmagnetes 6. Auch die Teilströme S, und 82 eilen dem in dem Leiter S fliessenden Strom um<B>30'</B> vor und nach.
Wie aus der Abb. 1, in der die Teil ströme durch Pfeile angedeutet sind, ohne weiteres ersichtlich ist, fliessen durch die Erregerspule des Triebmagnetes 5 die Ströme S, und R,, da.s heisst die geometrische Summe aus dem voreilenden Teilstrom der Phase S und dem nacheilenden Teilstrom der Phase R. Die Ferrarisscheibe 7 erfährt daher ein Drehmoment, welches ein Mass für die Grösse dieses resultierenden Stromes ist.
Der Erregerstrom des Triebmagnetes 6 ist der aus den beiden übrigen Teilströmen, dem seiner Phase R voreilenden Teilstrom R, und dem der Phase S nacheilenden Teilstrom resultierende Strom, und der übt auf die Ferrarisscheibe 8 ein analoges Dreh- mohnent aus.
In Abb. 2 ist für eine unsymmetrische Belastung des Drehstromnetzes<I>R,</I> S, <I>T</I> das Vektordiagramm der in der Anordnung ge mäss' Abb. 1 fliessenden Ströme gezeichnet. Die drei Leiterströme sind mit R, S und T bezeichnet.
Der Strom der Phase R wird zer legt in die 30 vor- und nacheilenden Kom ponenten R, und R2. Die gleiche Zerlegung des Stromes der Phase S liefert die Kom ponenten<B>81</B> und 8'2. Aus dem voreilenden Strom R, und dem nacheilenden Strom <B>8--,</B> wird die geometrische Summe R, -f- S:! ge bildet. Dieser Summenstrom durchfliesst die in Abb. 1 sichtbare Erregerwicklung des Triebmagnetes 6.
Der aus dem nacheilen den Strom R-. und dem voreilenden Strom S, resultierende Strom R,2 + S, erreicht den in Abb. 1 gezeichneten Triebmagneten 5. Es sind aber die Resultierenden R, -i- S2 und Bz -I- S, Vektoren zweier symmetrischer Drehstromsysteme, aus denen sich ' das ge zeichnete unsymmetrische System<I>R, S, T</I> zusammensetzen lässt.
Die Addition der absoluten Beträge der beiden resultierenden Ströme bezw. der ent sprechenden Drehmomente erfolgt zum Bei spiel dadurch, dass die beiden Ferraris- scheiben 7 und 8 durch die gemeinsame Welle 9 miteinander gekuppelt sind. Man kann die Vorrichtung zum Beispiel dadurch, dass man mit der Welle 9 eine Feder 25 und einen über einer Skala 26 sich bewegen den Zeiger 27 verbindet, zu einem stets den grössten Phasenstrom anzeigenden Messgerät ausbauen. Auch lässt sich mit der Welle 9 ein Kontaktarm verbinden, der die Einschal tung eines Auslöserelais für den Ölschalter oder andere Massnahmen bewirkt.
Andere Möglichkeiten für die Ad dition der absoluten Beträge von Wechsel- strömen bietet die Wärmewirkung der Ströme. Zum Beispiel ist der Durchhang eines gespannten Drahtes, der in der einen Hälfte von dem einen und in der an- dern. Hälfte von dem zweiten Strom geheizt wird, nur von der Grösse, aber nicht von der gegenseitigen Phasenlage der Ströme abhän gig.
Es lässt sich anderseits von der Differenz der Längenänderung zweier von den Strö men geheizter Drähte oder Stäbe die Be wegung eines Körpers ableiten, dessen Stel lung dann jeweils der arithmetischen Diffe xenz der zwei Reizströme entspricht. Die Wärmewirkung der zu addierenden Ströme kann auch durch Induktionswirkung der von den Strömen hervorgerufenen Wechselfelder zustande kommen.
Noch eine andere Art, die arithmetische Summe oder Differenz zweier Wechselströme zur Geltung zu bringen, besteht darin, dass die Ströme gleichgerichtet und dann bei spielsweise in gleicher oder entgegengesetzter Richtung zusammengeschaltet werden. Der resultierende Strom stellt dann die arithme tische Summe oder Differenz der beiden gleichgerichteten Ströme dar.
Ein Anordnungsbeispiel zur Ermittlung der kleinsten Grösse für die Phasenspannung zeigt Abb. 3. Von den Drehstromleitern R, 8, T werden die Spannungen gegen einen künstlichen Nullpunkt 30 gebildet. Die zwi- schen-den Leitern R, S", T und dem Null punkt 30 liegenden Widerstände sind derart in die induktiven Widerstände 31, 32 und 33 und in die Ohmschen Widerstände 34, 35 und<B>36</B> unterteilt, dass die Spannungen der Leiter.R, S,
<I>T</I> gegen den Nullpunkt jeweils in eine um 30 voreilende und eine um 30 nacheilende Komponente zerlegt werden. Un ter Zwischenschaltung eines Isolierwandlers 40, der ein Übersetzungsverhältnis l:
l haben kann und notwendig ist, weil das untere Ende des Widerstandes 34 nicht mit dem untern Ende des Widerstandes 35 verbun den werden darf, werden die an den Olim- sehen Widerständen 34 und 3.6 abgegriffe nen, nacheilenden Komponenten der Stern spannungen der Phasen R und T jede für sich geometrisch zur voreilenden Komponente der Sternspannung der Phase S addiert, die an dem induktiven Widerstand 32 herrscht.
Die aus je einer Komponente der Sternspan nung der Phasen R und S gebildete resultie rende Spannung speist die Wicklung eines Triebmagnetes 37, der auf die Ferrarisscheibe 39 einen Drehmoment ausübt. Die aus je einer Komponente der Sternspannungen der Phasen T und<B>8</B> resultierende Spannung treibt einen; .Strom durch die Wicklung eines ebenfalls auf die Ferrarisseheibe 39 arbeiten den Triebmagnetes 38.
Die auf die Ferraris- seheibe 3.9 einwirkenden Kraftflüsse der Triebmagnete 37 und 38 können auch un ter Fortlassung des Isolierwandlers 40 von den geometrischen Resultierenden je zweier Spannungskomponenten hervorgerufen wer den, indem zum Beispiel die Triebmagnete je zwei voneinander isolierte Wicklungen er halten, die für sich von der betreffenden Spannungskomponente gespeist werden, wie Abb. 5 zeigt.
Um nun die kleinste der Span nungen zu erhalten, sind die Kurzschluss ringe 41 und 42 der Triebmagnete auf ver schiedenen Seiten der Magnetkerne ange bracht, so dass das in der Ferrarisscheibe 39 entwickelte Drehmoment der Differenz der an den Wicklungen der Triebmagnete 37 und 38 liegenden Spannungen entspricht. Auch die kleinste Spannung anzeigen oder registrieren zu lassen oder von ihr irgendwelche Mass regeln abhängig zu machen, kann von Vor teil sein.
Für die Verwendung als Leitungs- schutzgerät ist eine Vorrichtung, welche den Quotienten aus der kleinsten Spannung und dem grössten Strom bildet, das heisst den kleinsten Phasenwiderstand misst, geeignet. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Ge rätes zeigt Abb. 4. Zugleich sind die in den Abb. 1 und 3 gewählten Anordnungen, wel che mit Phasenströmen und Phasenspannun gen arbeiten, ersetzt worden durch Schal tungsbeispiele für die verketteten Grössen.
Die an die Drehstromleiter B, S, T an geschlossenen Stromwandler<B>101,</B> 102 und 103 sind in Dreieck geschaltet. Die verket teten Ströme durchfliessen je eine Parallel- Schaltung aus einem Ohmsehen Widerstand 112, 122 und 182 und aus einem induktiven Widerstand 111, 121 und 131. Die beiden Komponenten eines jeden Stromes eilen die sem wiederum um 30 vor und nach. Die nacheilende Komponente der Stromverket tung der Phasen R und S bildet mit der voreilenden Komponente der Stromverkettung der Phasen S und T den resultierenden Strom für einen Triebmagneten 105.
Die beiden andern Komponenten der gleichen verkette ten Ströme speisen einen Triebmagneten 106. Der Widerstand 110 ist aus', Symmetriegrün den nötig; seine Grösse ist die gleiche wie die des Widerstandes der Wicklung der Triebmagnete 105 oder 106. Die Triebmag nete rufen gleichsinnig gerichtete Dreh momente in den mechanisch miteinander ver bundenen, unrunden Ferrarisscheiben <B>107</B> und 108 hervor.
Die Spannungen werden in dem gezeich neten Schaltungsbeispiel mittelst einer V Schaltung über einen Wandler 200 von den Leitern R, S, <I>T</I> abgenommen. Durch drei gleiche, aus je einem Ohmschen Teil 234, 235 und 236 und einem induktiven Teil 231, 232 und 233 bestehende Widerstände werden die drei verketteten Spannungen nachgebildet. Die Grössenverhältnisse der Ohmschen und induktiven Widerstände sind wieder so ge wählt, da.ss die an ihnen liegenden Teilspan nungen der Gesamtspannung jeweils um<B>30'</B> vor- und nacheilen.
Ein Triebmagnet 237 wird erregt durch die Resultierende aus der nacheilenden Komponente der Spannungsver kettung der Phasen R und T (235) und der voreilenden der Spannung zwischen den Pha sen<B>S</B> und T (2',133), die durch den Transfor- motor 20,2 abgenommen wird. Ein zweiter Triebmagnet 238 liegt an der aus der nach eilenden Komponente der Spannung zwischen den Phasen R und S und der voreilenden der Spannung zwischen den Phasen<B>S</B> und T gebildeten Resultierenden.
Der Triebmagnet 237 und der Triebmagnet 238 arbeiten jeder auf einer unrunden Ferrarisscheibe 239 bezw. 240. Das Drehmoment, das die beiden Trieb magnete hervorrufen, ist abhängig von der Winkelstellung der den beiden Ferrarisschei- ben gemeinsamen Welle<B>230,</B> und zwar für beide Triebmagnete in gleicher Weise.
Indem die Anordnung so getroffen wird, dass die Drehmomente der Spannungstrieb magnete gegeneinander gerichtet sind, stellt das resultierende Drehmoment beider wie in der Anordnung gemäss Abb. 3 wiederum die kleinste Spannung dar. Durch Kupplung der vom Strom und von der Spannung abhängigen Ferarisscheiben, zum Beispiel durch die ge zeichnete gemeinsame Welle 250,läss't sich eine Anordnung schaffen, die in einem einzigen Gerät das Verhältnis der kleinsten Spannung zum grössten Strom, das heisst also den klein sten Widerstand einer Phase, zu messen ver mag.
Durch einen Zeiger 260, der auf der Welle 250 befestigt ist, kann der Wert des augenblicklich kleinsten Phasenwiderstandes auf einer Skala 261 angezeigt werden. Ausser dem kann dadurch, dass der Zeiger 260 über einer Unterlage 262, 263 schleift, die an der Stelle (263), wo der Zeiger einen unzulässig kleinen Widerstand anzeigt, leitend ist, der Stromkreis eines die Abschaltung der Lei tung bewirkenden Relais 270 geschlossen oder eine Alarmvorrichtung in Tätigkeit ge setzt werden.
Anderseits erhält man zum Beispiel da durch ein Quotientenrelais, dessen Schaltver- zögerung um so kürzer ist, je näher das Re lais der .Stelle eines neu entstandenen Feh lers liegt, da.ss man den Relaisstromkreis über zwei Kontakte führt, die auf dem sieh nach dem Leitungswiderstand einstellenden Kon taktarm, 260 und einem zweiten Kontakt arm sich befinden, der dem ersten Kontakt arm sich mit gleichmässiger Geschwindigkeit entgegenbewegt, sobald der Widerstand der angeschlossenen Leitung unter eine zulässige Grenze sinkt.
Das der Fehlerstelle am näch sten liegende Relais stellt seinen Kontakt arm so ein, dass der Gegenkontakt bei ihm von allen mit ansprechenden Relais den kür zesten Weg zurückzulegen hat, um die Ab- achaltevorrichtung in Tätigkeit zu setzen. Der sich mit gleichmässiger Geschwindigkeit bewegendes Kontaktarm kann durch bekannte Mittel, zum Beispiel durch ein Uhrwerk oder auch durch eine elektrische Vorrichtung, an- getrieben werden.
Die in Abb. 1 dargestellte- Vorrichtung gestattet, unter geringer Abänderung, auch den Quotienten der absoluten Beträge der Vektoren der beiden symmetrischen, inversen Systeme zu bilden. Abb. 6 zeigt eine der artige Anordnung, bei der im Vergleich zu Abb. 1 die Federkraft 2:
5 weggelassen und die Ferrarisscheiben 7 und 8 von derartig verschiedener Scheibenstärke sind, dass das in jeder Scheibe erzeugte Drehmoment von der Winkelstellung der Welle 9 abhängig ist. Statt Scheiben mit ungleichmässiger Dicke können auch unrunde Scheiben ge nommen werden.
Wie bekannt, stellt sich dann der auf der gemeinsamen Welle 9 sitzende Zeiger 27 auf den Quotienten der beiden Drehmomente ein. Den so gebildeten Quotienten je eines Vektors der unsymmetrischen Systeme kann. man als den Unsyinmetriegrad des Drehstro mes definieren. Es kann von Wert sein, die sen Unsymmetriegrad lediglich ablesen zu können, man kann aber auch eine Schutz vorrichtung bauen, bei der Auslösekontakte geschlossen oder Alarmsignale betätigt wer den, sobald der Unsymmetriegrad eine be stimmte Grösse überschreitet.
Auch kann man die Zeitdauer, innerhalb deren eine Lei tungsstrecke nach Eintritt eines Fehlers ab geschaltet wird, von diesem Unsymmetrie- grad abhängig machen. Auf diese Weise lässt sich eine selektive Abschaltung des gestör ten Netzteils erzielen, da im allgemeinen der Unsymmetriegrad in unmittelbarer Nähe der Fehlerstelle am grössten sein wird.