CH627029A5

CH627029A5 - Device for overload protection of an electrical apparatus, especially a transformer

Info

Publication number: CH627029A5
Application number: CH485077A
Authority: CH
Inventors: Mikhail Leontievich Landa; Vladimir Yakovlevic Sinelnikov; Rostislav Florovich Stasenko; Igor Mikhailovich Shishkov
Original assignee: Uk Otdel V G P Izyskatel
Priority date: 1976-06-14
Filing date: 1977-04-19
Publication date: 1981-12-15
Also published as: JPS52153143A; SU691787A1; DE2723408A1; DE2723408C2; GB1543882A; SE412147B; FR2355391A1; SE7706579L; FR2355391B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung:zum Überlastschutz eines elektrischen Gerätes, das eine in dièlektri-sche Flüssigkeit getauchte Wicklung aufweist, welche Vorrichtung einen in der oberen Schicht der dielektrischen Flüssigkeit angeordneten Temperaturgeber und eine Korrektureinrichtung zur Berücksichtigung der durch den Laststrom bedingten Temperaturänderung des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes enthält sowie einen Umschaltkreis, der Schwellenwertelemente für niedrige Überlast hat, die beim fortlaufenden Ansteigen der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes wahlweise ansprechen, ein Schwellenwertelement für hohe Überlast, dessen Ausgangssignal mit der kritischen Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes übereinstimmt, einen durch die Signale der Schwellenwertelemente für niedrige Überlast gesteuerten Gefahrenmeldekreis und einen durch die Signale des Schwellenwertelementes für hohe Überlast gesteuerten Lastabschaltkreis aufweist.

Eine solche Vorrichtung kann zum Überlastschutz elektrischer Induktionsgeräte verwendet werden, wie z. B. zum Schutz von Leistungstransformatoren in Anlagen für Energieversorgung von Industrieeinrichtungen, sowie von landwirtschaftlichen kommunalen und anderen Verbrauchern.

Bekannt sind einige Typen von Vorrichtungen zum Überlastschutz elektrischer Induktionsgeräte, die sich sowohl nach der Schutzart, als auch nach der konstruktiven Gestaltung voneinander unterscheiden.

Bekannt ist eine Überlastschutzvorrichtung mit unabhängiger Zeitverzögerung nach dem Laststrom, die einen Strombegrenzer mit dem zum Nennstrom des zu schützenden Gerätes proportionalen Ansprechwert enthält. Da die Stromänderung nur von der Änderung der Übertemperatur der Wicklung über der öltemperatur im Ruhezustand Aufschluss gibt, widerspiegelt die Steigerung der Belastung über den Nennwert hinaus nicht alle Einflussgrössen, die die Erwärmung bewirken.

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Bekannt ist auch eine Überlastschutzvorrichtung (US- turänderung des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes und

Patent Nr. 2 704 841), die mechanisch verbundene, wärmefüh- einen Umschaltkreis. Der angegebene Umschaltkreis enthält lende, in der oberen Schicht des Transformatorenöls angeord- Schwellenwertelemente für niedrige Überlast, die bei fortlau-nete und in den Stromkreis der Transformatorenwicklungen fender Steigerung der Temperatur des am stärksten erhitzten eingeschaltete Bimetallelemente zur Anzeige nichtgefährlicher 5 Wicklungspunktes wahlweise ansprechen. Er enthält auch ein Dauerüberlastungen mit Zeitverzögerung und zur schnelleren Schwellenwertelement für hohe Überlast, dessen Ausgangssig-Reaktion auf kurzzeitige Überlastungen vom hohen Wert ent- nal der kritischen Temperatur des am stärksten erhitzten Wickhält. Theoretisch ist es möglich, durch sorgsame Auswahl von lungspunktes entspricht, Gefahrenmeldekreise, die durch Bimetallstreifen unter Berücksichtigung ihrer Leitfähigkeit, Signale der Schwellenwertelemente für niedrige Überlast Fläche und ihrer Wärmeverluste eine ausreichend genaue io gesteuert werden, sowie einen Lastabschaltkreis, der durch Registrierung der Belastung mit Rücksicht auf die Umgebungs- Signale des Schwellenwertelementes für hohe Überlast temperatur zu erhalten. Die Temperatur des Bimetallstreifens gesteuert wird.

muss also mit der Temperatur der Transformatorwicklungen Als Grundlage der Schutzschaltung dient ein Wärmemo-

übereinstimmen. In der Praxis aber ist die Verwendung von dell, das die Erwärmung der Wicklung des elektrischen Gerätes Bimetallstreifen äusserst schwierig. Dies darf auf folgende 15 simuliert, im gegebenen Fall des Leistungstransformators. Das Ursachen zurückgeführt werden: wicklungstemperaturabhängige Signal kommt vom Tempera la) Bimetallstreifen zeigen eine grosse Streuung der Werte turgeber in den Umschaltkreis, dabei ist dieses Signal mit Rück-von Biegemomenten auf, die durch ihre physikalisch-chemische sieht auf den Temperaturgradienten zwischen dem am stärk-Eigenschaften bedingt sind: sten erhitzten Wicklungspunkt und der Öltemperatur im obe-

b) Vèrbiegung des Bimetallstreifens ist vom Quadrat des 20 ren Transformatorteil korrigiert. Zur Berücksichtigung des Stromwertes abhängig, während die Übertemperatur der Temperaturgradienten zwischen dem am stärksten erhitzten Wicklung über der Öltemperatur sich exponentionell einem Wicklungspunkt und der Öltemperatur ist die Korrektionsein-Exponenten zwischen 1,7 bis 1,8 ändert; richtung in den Stromkreis des Heizelementes der Wärmeab-

c) mechanische Verbindung von in Öl und Stromkreis lie- leitung eingeschaltet, die als Wärmemodell dient. Bei Temperagenden Bimetallstreifen erfordert eine genaue Übereinstim- 25 tursteigerung bis auf eine Grösse, die von der nichtgefährlichen mung deren Kennwerte ; Transformatorüberlast zeugt, gelangt das Steuersignal über das d) sehr kurze Verschiebungswege der Bimetallstreifen jeweilige Schwellenwertelement in den Gefahrenmeldekreis, erschweren das Summieren bei grossen Differenzen zwischen so dass ein Zeiger ein Signal anzeigt, das auf Überlast einer Temperaturen und Laststromwerten; bestimmten Grösse deutet. Falls das Steuersignal den e) Unmöglichkeit der Erfassung verschiedener Überlastpe- 30 Ansprechwert des Schwellenwertelementes überschreitet, das gel, da die Vorrichtung nur auf eine vorgegebene Grösse der die Gefahrenüberlastung festhält, wird die Last abgeschaltet, gefährlichen Überlastung reagiert. Im Prinzip wird der Überlastschutz des elektrischen Gerä-

Da Transformatoren verschiedener Typen und Leistungen tes durch die beschriebene Vorrichtung erreicht, aber der prak-nicht gleichartige Wärmekennlinien aufweisen, ist es erforder- tischen Durchführung der Wärmemodelle ausnützenden Vor-lich, wärmefühlende Bimetallstreifen für jeden Transformato- 35 richtungen stehen Hindernisse im Wege. Diese Schwierigkei-rentyp zu wählen, d. h. eine individuelle Schutzvorrichtung zu ten kommen davon her, dass bei einer physikalischen Modellie-entwickeln. Vom wirtschaftlichen Standpunkt kann das nicht rung des Temperaturverlaufes viele Variablen berücksichtigt vertreten werden. werden müssen, wobei es unmöglich ist, diese Variablen konti-

Die nächstfolgende sehr bekannte Art des Überlastschut- nuierlich mit ausreichender Zuverlässigkeit zu ermitteln. Die zes von Transformatoren beruht auf der Verwendung der söge- 40 bekannten Überlastschutzschaltungen weisen daher keine nannten Wärmemodelle. hohe Genauigkeit und Betriebssicherheit auf. Die Genauigkeit

Zur Ermittlung der Temperatur von Wicklungen eines ölge- der Wärmemodelle ist von Einflussgrössen wie Zusammenset-kühlten Transformators werden in den oberen Ölschichten zung der dielektrischen und für die Transformatorenkühlung wärmefühlende Elemente in Form von Bimetallstreifen, Wär- verwendeten Flüssigkeit, Daten der Wicklung und des Isolier-meausdehnungskolben, Heissleiterwiderständen oder in Form 45 stoffes, Aussentemperatur, die Bauart und die Leistung des eines anderen geeigneten Elements angeordnet. Man beein- Transformators und so weiter abhängig. Derartige Einfluss-flusst dieses durch die Wärme von einem auch im Öl unterge- grossen, wie zum Beispiel die den Wärmeaustausch störende brachten Heizkörper, zum Beispiel einer Heizspirale, die im Änderung der Ölviskosität und die Wärmeträgheit vermindern Stromkreis des Wandlers zum Messen des Leistungstransfor- die Genauigkeit der Anzeige der Temperatur des am stärksten mators liegt. Das in Öl getauchte wärmefühlende Element wird 50 erhitzten Wicklungspunktes, so dass es die Gefahr von Fehlaus-also der Einwirkung sowohl der Öltemperatur als auch der lösungen der Schutzschaltung oder eines Ausfalls des Gerätes durch den über die Spirale fliessenden Strom bedingten Tem- gibt.

peratur ausgesetzt. In derartigen Messsystemen stellt die von Die vorliegende Erfindung liegt daher die Aufgabe der Heizspirale abgegebene Wärmemenge ein Mass der Über- zugrunde, eine Vorrichtung für Überlastschutz elektrischer temperatur der Transformatorwicklungen über der Öltempera- 55 Induktionsgeräte zu entwickeln, die es gestattet, die Änderung tur dar. Indem man auf das Thermoelement die Temperatur des der Wicklungstemperatur infolge Einwirkung des Laststroms Öls und der Heizspirale einwirken lässt, deren Temperatur dem und der Temperatur der dielektrischen Flüssigkeit infolge EinStrom proportional ist, können die Wärmebedingungen der Wirkung verschiedenartigen äusseren Einflussgrössen komplex Transformatorwicklungen modelliert werden. zu erfassen, um die Möglichkeit von Ausfällen zu beseitigen.

Zu den auf Verwendung von Wärmemodellen basierenden 6o Die gestellte Aufgabe wird bei der Vorrichtung der einSystemen der bekannten Art gehört auch die Vorrichtung zum gangs genannten Art erfindungsgemäss so gelöst, wie im kenn-Überlastschutz eines Induktionsgerätes, die im GB-Patent Nr. zeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert ist.

1 161 985 geoffenbart ist. Ein z. B. für die Verriegelung der Fehlabschaltsignale vor-

Die genannte Vorrichtung dient zum Überlastschutz eines gesehener Stromkreis gestattet es, die Wärmeträgheit der einelektrischen Gerätes mit einer in elektrische Flüssigkeit 65 zelnen Bauelemente des elektrischen Gerätes zu berücksichti-getauchter Wicklung und enthält einen in der oberen Schicht gen und die Abgabe von Abschaltsignalen bei nicht gefährli-der dielektrischen Flüssigkeit angeordneten Temperaturgeber, chen Stromüberlastungen zu vermeiden. Dies bringt einen öko-eine Korrektureinrichtung zur Berücksichtigung von Tempera- nomischen Nutzeffekt mit sich, und zwar dank der Vorbeugung

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von Unterbrechungen in der Stromversorgung von Energieverbrauchern.

Der Funktionsbildner erhöht die Genauigkeit der Approximation der Temperaturabhängigkeit vom in der Wicklung des elektrischen Gerätes fliessenden Überlaststrom und vereinfacht bedeutend die Korrektionseinrichtung.

Nachstehend wird ein konkretes Beispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das Blockschaltbild der Vorrichtung für Überlastschutz eines elektrischen Gerätes,

Fig. 2 die Ausführung des Laststromgebers und des Funktionsbildners der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Variante der Verbindung des Temperaturgebers und des Funktionsbildners mit den Schwellenwertelementen eines Umschaltkreises,

Fig. 4 eine Variante der Ausführung der Blockschaltung des Lastabschaltkreises,

Fig. 5 eine Variante der Ausführung der Prinzipschaltung des Kreises für Signalgebung bzw. Stromabschaltung des elektrischen Gerätes,

Fig. 6a die Spannung am Temperaturgeberausgang als Funktion der Temperatur der oberen Schichten der dielektrischen Flüssigkeit,

Fig. 6b die Spannung am Ausgang des Funktionsbildners als Funktion des Laststroms,

Fig. 6c die relative Änderung der Lebensdauer des elektrischen Gerätes als Funktion der Temperatur des am stärksten erhitzten Punktes seiner Wicklung.

Nachstehend wird ein Beispiel der Verwendung der vorliegenden Erfindung zum Schutz eines Leistungstransformators nur zwecks Veranschaulichung beschrieben.

Der Leistungstransformator 1 (Fig. 1) enthält eine Primärwicklung 2 und eine mit dem Stromkreis eines Verbrauchers 4 verbundene Sekundärwicklung 3. Beide Wicklungen sind in Öl 5 oder in eine beliebige andere dielektrische Kühlflüssigkeit getaucht.

Gemäss einer bekannten und im Buch von L.M. Schnitzer «Nagrusotschnaja sposobnost silowych transformatorow», Moskau, 1953 beschriebenen Abhängigkeit kann die Temperatur des am stärksten erhitzten Punktes der Wicklungen 2 und 3 des Transformators 1, die bei Beurteilung des Grades seiner Überlastung den kennzeichnenden Parameter darstellt, aus der Gleichung.

0 = 01 + 02 (1)

ermittelt werden, worin bedeuten:

0 die Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes;

01 die Temperatur des Kühlöls 5, die von der Aussenlufttem-peratur, der Erwärmung der Wicklungen und den Kühlungsbedingungen (zum Beispiel Vorhandensein von Wind u. ä. abhängig ist;

02 die vom Laststrom bedingte Übertemperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes oberhalb der Temperatur ( 0i) der Kühlflüssigkeit.

In Übereinstimmung mit der angegebenen Abhängigkeit besitzt die Vorrichtung zum Überlastschutz des Transformators zwei Geber: einen Temperaturgeber 6 und einen Laststromgeber 7, auf die nachstehend näher eingegangen wird.

Der Temperaturgeber 6 ist in den oberen Schichten des Öls 5 des Transformators 1 angeordnet.

Die Komponente 02 der Gleichung (1) hängt mit dem Laststrom des Transformators gemäss folgender Gleichung zusammen:

02 = ß xk" (2)

worin bedeuten:

ß den Koeffizienten, der die Temperaturdifferenz zwischen dem mittleren und dem am stärksten erhitzten Punkt der Wicklung 2 bzw. 3 des Transformators 1 berücksichtigt;

t die stabile mittlere Übertemperatur der Wicklung über der Temperatur des Öls bei Nennbetriebsbedingungen;

k das Verhältnis des tatsächlichen Überlaststroms des Transformators zum Nennwert (ganzzahliges Vielfaches seiner Überlastung);

n den Koeffizienten, der vom konstruktiven Aufbau des Transformators 1 und den Eigenschaften des Kühlöls 5 abhängig ist.

Zur Verwandlung des Stroms in Spannung, die der durch den Laststrom bedingten Übertemperatur des am stärksten erhitzten Punktes der Wicklung über der Öltemperatur ( 02) proportional ist, wird der Stromgeber 7 an einen Funktionsbildner 8 angeschlossen, in dem die angeführte Abhängigkeit (2) realisiert wird.

Der Stromgeber 7 bildet zusammen mit dem Funktionsbildner 8 eine Korrektureinrichtung, in der die Temperaturänderung des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes in Abhängigkeit vom Laststrom berücksichtigt wird.

Ein Umschaltkreis 9 der Schutzvorrichtung des Transformators enthält mit dem Temperturgeber 6 und dem Funktionsbildner 8 verbundene Schwellenwertelemente 10,11,12,13,14, Gefahrenmeldekreise 15 und 16 und einen Lastabschaltkreis 17.

Die Ausgangssignale der Schwelienwertelemente 10... 14 entsprechen einer Reihe von nach und nach ansteigenden Temperaturwerten des am stärksten erhitzten Wicklungspunkts (zum Beispiel 130,135,140,145 und 150 °C). Dabei sprechen die Schwellenwertelemente 10...13 auf niedrige und das Schwellen-wertelement 14 auf eine hohe Überlastung des Transformators 1 an.

Die Schwellenwertelemente 10 und 12 für niedrige Überlastung sind in die Gefahrenmeldekreise 15 und 16 eingeschaltet. Diese Kreise enthalten Zeitrelais 18 und 19 sowie Signalgeber 20 und 21.

Die Verzögerung der Zeitrelais 18 und 19 ist verschieden gross und wird in Abhängigkeit von der Grösse der Eingangssignale der Schwellenwertelemente 10 und 12 gewählt. Da aber das Signal bei niedriger Überlastung am Eingang des Relais 19 insbesondere die höhere und folglich die gefährlichere Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunkt kennzeichnet, ist die Verzögerungszeit bei diesem Relais kürzer als beim Relais 18.

Als Signalgeber 20 und 21 können Quellen für Licht- bzw. Schallsignalisierung zum Beispiel Meldelampen bzw. Anzeigerelais ausgenutzt werden.

Anstelle des Signalgebers 21 kann am Ausgang des Stromkreises 16 eine Vorrichtung für Einschalten des Lüfters zur Belüftung des Transformators 1 zwecks seiner zusätzlichen Kühlung eingebaut werden.

Ist eine noch mehr aufgegliederte Abstufung der Gefahren-meldesignale erforderlich, so können ähnliche Stromkreise auch an weitere Schwellenwertelemente angeschlossen werden, deren Anzahl beliebig gross sein kann.

Der Stromkreis 17 zum Abschalten der Last und eine eine Entlastung des Transformators 1 durch die Unterbrechung der Stromzufuhr oder durch die automatische Abschaltung eines Teils der Verbraucher 4 bewirkende Abschaltvorrichtung 22 am Ausgang ist ans Schwellenwertelement 14 angeschlossen, das auf eine Temperatur der am stärksten erhitzten Wicklungsspule anspricht, bei der die Gefahr des Durchschlages der Isolation und des Ausfalls des Transformators 1 (z. B. auf 150 °C) besteht. Die Abschaltvorrichtung 22 ist mit dem Schwellenwertelement 14 über ein Zeitrelais 23 und mit den Schwellenwertelementen 10.. .13 für niedrigere Überlast über einen nachsteh-hend näher beschriebenen Block 24 verbunden.

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In der beschriebenen Vorrichtung arbeitet ein wärmefühlendes Element, zum Beispiel ein Heissleiter, das an einem Operationsverstärker angeschlossen ist, als der Temperaturgeber 6. Als Temperaturgeber 6 kann auch eine andere geeignete Einrichtung, zum Beispiel ein Vielkontaktthermometer oder ähnlich verwendet werden.

Der Stromgeber 7 ist ein Messstromtransformator (Fig. 1 und 2), der in den Stromkreis der Sekundärwicklung 3 des Transformators 1 eingeschaltet ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, enthält der Funktionsbildner 8 einen Linearwandler 25 für Umformung des Stroms in Spannung, eine an den Linearwandler 25 angeschlossene Gleichrichterbrücke 26, einen Kondensator 27 zur Glättung der gleichgerichteten Spannung und einen Diodenwandler 28 für Umformung der gleichgerichteten Spannung am Ausgang des Kondensators 27 in die Spannung U2 an den Ausgängen X und Y in Übereinstimmung mit der exponentiellen Abhängigkeit (2).

Der Linearwandler 25 besitzt eine Primärwicklung 29, die in den Stromkreis des Gebers 7 eingeschaltet ist, sowie eine Sekundärwicklung 30, die an die Gleichrichterbrücke 26 angeschlossen ist. Der Glättungskondensator 27 ist an die Gleichrichterbrücke 26 an der Seite der gleichgerichteten Spannung angeschlossen.

Der Diodenwandler 28 enthält einen Spannungsteiler, der Zener-Dioden Zi, Zî...Z„ enthält, die die Anschlüsse Ai, A2...An besitzen, an welche aus Widerständen Ri, R2...Rn und Dioden Dt, D2...Dn bestehende Stromkreise angeschlossen sind.

Die Minusanschlüsse Y der Dioden Di...D„ sind über einen Widerstand 31 mit der Plusschiene P des Stromversorgungs-kreises verbunden. Mit der Minusschiene q verbundene, und am Spannungsteilereingang liegender Widerstand 32 dient zur Begrenzung des Stroms in den Zener-Dioden. Der Ausgang der Gleichrichterbrücke 26 liegt an den Minusanschlüssen Y der Dioden Di...Dn über einen Widerstand 33.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführung des Funktionsbildners wird bevorzugt, kann aber bei Bedarf durch einen anderen bekannten Funktionsbildner, zum Beispiel durch einen Relais-Kontaktwandler, ersetzt werden.

Die Eingänge der Schwellenwertelemente 10...14 (Fig. 3), die bekannte empfindliche Nullindikatoren sind, welche zum Beispiel als integrierte Schaltungen ausgeführt sind, sind über Trenndioden 34,35,36,37,38 zur Ansprechselektion miteinander verbunden. Die Ausgänge derselben sind dagegen an Anschlüsse 39,40,41,42,43 eines aus Widerständen bzw. Zener-Dioden bestehenden Einspannungsteilers 44 angeschlossen. Der Stromversorgungskreis des Teilers 44 ist in der Zeichnung durch die Plus- P und die Minusschiene Q dargestellt.

Die Plusanschlüsse der Trenndioden 34...38 liegen am gemeinsamen Ausgang des Widerstandes 33, der mit einem Widerstand 45 in Reihe geschaltet ist. Der Widerstand 45 ist an den Ausgang des Temperaturgebers 6 und der Widerstand 33 an den Ausgang des Funktionsbildners 8 (Fig. 2) angeschlossen. Dadurch wird am Eingang des Umschaltkreises 9 (Fig. 1) die Spannung Ui des Temperaturgebers 6, die der Temperatur ( 81, Gleichung 1) der oberen ölschichten proportional ist, und die Spannung U2 des Funktionsbildners 8, die von der durch den Laststrom bedingten Übertemperatur ( 82, Gleichungen 1 und 2) des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes über der Öltemperatur abhängig ist, summiert.

Die Bedingungen zum Ansprechen des Schwellenwertelementes 10 werden gegeben, sobald die Eingangsspannung U3 = Ui + U2 die Eichspannung Ei an der Minusschiene Q der Stromversorgung und dem Anschluss 39 des Spannungsteilers 44 überschritten hat.

Ähnlicherweise sind die Bedingungen zum Ansprechen jedes der Schwellenwertelemente 11...14 dann gegeben, wenn die Eingangsspannung Us über die Spannungen E2, E3...E5 des

Teilers 44 hinausgeht.

Wie aus dem Schaltbild des Lastabschaltkreises 17 in Fig. 4 ersichtlich ist, enthält der Block 24 einen Stromkreis 46 zur Verriegelung von Fehlabschaltsignalen und einen Stromkreis 47 zur Abgabe des Gefahrenmeldesignals bzw. zur Abschaltung des elektrischen Gerätes nach dem Ablauf seiner Sollbetriebszeit.

Der Stromkreis 46, der die Möglichkeit des Fehlansprechens der Signalabschaltvorrichtung 22 ausschliésst, enthält eine monostabile Kippschaltung 48, die zum Formen des kurzzeitigen Impulses aus dem Schwellenwertelement 10 für niedrige Überlast dient, eine logische UND-Schaltung 49, deren einer Ausgang mit dem monostabilen Multivibrator 48, und deren anderer Ausgang mit dem Schwellenwertelement 14 verbunden ist, und ein Zeitrelais 50, das an den Ausgang der UND-Schaltung 49 angeschlossen und mit der Signalabschaltvorrichtung 22 verbunden ist.

Um zu verhindern, dass das Zeitrelais 23 mit kürzerer Verzögerungszeit im Vergleich mit dem Relais 50 anspricht ist zwischen dem Schwellenwertelement 14 und dem Zeitrelais 23 eine NICHT-Schaltung 51 angeschlossen, die mit der UND-Schaltung 49 elektrisch verbunden ist.

Der Stromkreis 47 im Block 24, der den Ausfall des Transformators 1 wegen der Zerstörung der Isolation der Wicklung 3 nach dem Ablauf seiner Sollbetriebszeit verhindern soll, enthält einen Wandler 52 zur Umformung der der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes entsprechenden Signale in eine Spannung, deren Grösse dem exponentialen Verlauf der Alterung der Wicklungsisolation entspricht, sowie einen Zähler 53, der die Ausgangssignale des Wandlers 52 für Registrierung der Sollbetriebszeit des Transformators 1 und Abgabe des Steuersignals an die Abschaltvorrichtung 22 zum Zeitpunkt des Ablaufs der Sollbetriebszeit nach der Zeit integriert.

Wie aus der in Fig. 5 gezeigten Schaltung hervorgeht, ist der Wandler 52 ein symmetrischer Multivibrator, der Transistoren 54 und 55 enthält, in deren Basis-Kollektorstrecken Widerstände Ri, Ri', R2, R2' und Kondensatoren Ci und C2 geschaltet sind, welche zeitbestimmende RC-Kreise bilden, die die Schaltfrequenz des Multivibrators festlegen.

Die genannten RC-Kreise liegen am Minusanschluss h des Stromversorgungskreises über Ausgangsschliesskontakte 10i, 111,13i, 14i und Öffnungskontakte 112,132 und 142 der entsprechenden Schwellenwertelemente 10... 14.

In den Kollektorkreisen der Transistoren 54 und 55 sind entsprechende Widerstände R3 und R3' eingeschaltet.

Die Umschaltkontakte 12i und 122 des entsprechenden Schwellenwertelementes 12 sind im Kollektorkreis eines Transistors 56 angeordnet und dienen zum Einschalten von Impulszählern 57 und 58, die den Zähler 53 bilden, der die Ausgangssignale des Wandlers 52 zur Bestimmung des Zeitpunktes des Ablaufs der Sollbetriebszeit des Transformators 1 nach Zeit integriert. Wie bereits erwähnt wurde, ist der Zähler 53 mit der Abschaltvorrichtung 22 (Fig. 4) verbunden.

Die beschriebene Vorrichtung hat eine folgende Arbeitsweise.

Der in den oberen Schichten des Öls 5 (Fig. 1) angeordnete Geber 6 nimmt seine durch den Laststrom und die Kühlbedingungen des Transformators 1 bedingte Temperatur auf.

Die Spannung Ui am Ausgang des Gebers 6 ist der Öltemperatur 0i (Gleichung 1) proportional, wie die Kennlinie im Bild 6a zeigt.

Gleichzeitig wird im Stromgeber 7 ein dem Laststrom der mit diesem verbundenen Sekundärwicklung 3 des Transformators 1 proportionaler Strom induziert, der an die Primärwicklung 29 des Linearwandlers 25 am Eingang des Funktionsbildners 8 (Fig. 2) geliefert wird. Dabei entsteht in der Sekundärwicklung 30 des Linearwandlers 25 eine dem Strom der Primär-

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Wicklung 29 proportionale Spannung, die an die Gleichrichterbrücke 26 gelegt wird. Die gleichgerichtete Spannung wird über den Glättungskondensator 27 an den Eingang des Diodenwandlers 28 gegeben.

Die Funktionsweise des Diodenwandlers 28 kann an Hand des in Fig. 6b angegebenen Bildes dargelegt werden. Die Kennlinie S in diesem Bild verläuft in Übereinstimmung mit der Gleichung (2) und sie veranschaulicht die Änderung der Grösse 02 in Abhängigkeit vom Laststrom. Die geknickte Kennlinie W entspricht der Spannung U2 am Ausgang des Funktionsbildners 8 in Abhängigkeit vom gleichen Parameter.

Beim Fehlen des Stromes im Stromkreis des Funktionsbildners (Fig. 2) sind die Dioden Di...Dn gesperrt, und über die Widerstände Ri...Rn fliesst kein Strom.

Sobald am Kondensator 27 Spannung erscheint, fliesst über die Widerstände 33 und 31 ein Strom, der den Spannungsabfall IJ2 am Widerstand 33 hervorruft, der linear verläuft, was mit der Strecke ON der geknickten Kennlinie W in Fig. 6b übereinstimmt. Erreicht die Spannung am Widerstand 31 einen Wert, der den Wert der Spannung ei zwischen der Plusklemme 8 und dem Anschluss Ai der Zener-Diode Zi übersteigt, wird die Diode Di leitend, und über den Widerstand Ri fliesst ein Strom, der den zusätzlichen Spannungsabfall am Widerstand 33 bewirkt. Der Zeitpunkt der Öffnung der Diode Di entspricht dem Knick der Ausgangsspannungskennlinie des Stromwandlers im Punkt N der geknickten Kennlinie W in Fig. 6b.

Beim Ansteigen der Spannung am Widerstand 31 bis auf einen Wert, der grösser ist als der Wert der Spannung e2 zwischen der Plusklemme P und dem Anschluss Â2 der Zener-Diode wird die Diode D2 leitend, und über den Widerstand R2 fliesst ein Strom. Der Zeitpunkt der Öffnung der Diode D2 entspricht dem Punkt B der geknickten Kennlinie W des Bildes in Fig. 6b.

Die übrigen Elemente der Schaltung des Diodenwandlers besitzen eine ähnliche Funktionsweise. Durch Einstellung der Widerstandswerte der Widerstände Ri...Rn und des Übersetzungsverhältnisses des Linearwandlers 25 kann die lineare und streckenweise Approximation der Kennlinie der gegebenen Funktion (Gleichung 2) vorgenommen werden. Es ist ersichtlich, dass die Genauigkeit der Approximation desto grösser ist, je mehr Anschlüsse A„ und entsprechend Elemente Zn, Dn und Rn es in der Schaltung des Diodenwandlers 28 gibt.

Die Spannung Ui des Temperaturgebers 6 und Uz des Funktionsbildners 8 wird an den in Reihe geschalteten Widerständen 45 und 33 (Fig. 3) summiert, die am Ausgang des Temperaturgebers 6 und des Funktionsbildners 8 entsprechend angeordnet sind. Die Gesamtspannung U3 = Ui + U2 wird an den Eingang des Umschaltkreises 9 gelegt. Bei U3 > Ei wird die Diode 34 leitend, und an den Eingang des Schwellenwertelementes 10 kommt die Ansprechspannung. Die Spannung Ei des Teilers 44 wird so gewählt, dass sie mit der Temperatur übereinstimmt, die die Nenntemperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes um eine gewisse vorgegebene Grösse (zum Beispiel 40 °C) überschreitet. Das Signal des Schwellenwertelementes 10 gelangt über das Zeitrelais 18 des Gefahrenmeldekreises 15 (Fig. 1) an den Signalgeber 20.

Der Signalgeber 20 am Ausgang des Stromkreises 15 setzt den Bedienungsmann davon in Kenntnis, dass die Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes ausserhalb des Nennwertbereiches liegt (in unserem Beispiel stimmt er mit 130 °C überein).

Liegt die Eichspannung E2 des Teilers 44 unterhalb der Gesamtspannung Lh, so wird die Diode 35 leitend und es kommt das Ansprechen des Schwellenwertelementes 11 (Fig. 3) vor, dessen Signal der niedrigen Überlastung in unserem Beispiel mit der Temperatur von 135 °C übereinstimmt. Das Signal des Schwellenwertelementes 11 wird an den Eingang des Funktionsbildners 52 (Fig. 4) des Lastabschaltkreises

17 geleitet, worauf nachstehend ausführlicher eingegangen wird.

Bei der weiteren Zunahme der Wicklungstemperatur, zum Beispiel bis auf 140 °C, steigt die Gesamtspannung U3 bis auf einen Wert, der grösser ist als die Eichspannung E3 des Teilers 44 (Fig. 3). Die Diode 36 öffnet, das Schwellenwertelement 12 spricht an und schaltet über das Relais 19 (Fig. 1), das eine kürzere Verzögerungszeit im Vergleich mit dem Relais 18 aufweist, den zweiten Signalgeber 21 ein, der den Bedienungsmann vor der gefahrdrohenden Überlastung des Transformators 1 warnt. Wie bereits erwähnt wurde, kann anstatt des Notsignals am Ausgang des Stromkreises 16 ein Steuersignal für Einschaltung der in der Zeichnung nicht gezeigten Belüftungs-anlage des Transformators 1 abgegeben werden, so dass die Temperatur des am stärksten erhitzten Punktes der Wicklung durch ihre zusätzliche Kühlung vermindert wird.

Ähnlich dem Signal des Schwellenwertelementes 11 wird das Signal des Schwellenwertelementes 13 für niedrige Überlast (in unserem Beispiel stimmt dies mit der Temperatur von 145 °C überein) an den Eingang des Funktionsbildners 52 geleitet.

Beim Erreichen der kritischen Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes (zum Beispiel, 150 °C), was der Bedingung U3 > Es entspricht, spricht auf die bereits beschriebene Weise das Schwellenwertelement 14 für hohe Überlast an, dessen Signal an den Eingang des Lastabschaltkreises 17 (Fig. 1) gelangt, der für drei Betriebsmöglichkeiten ausgelegt ist.

Im ersten Fall steigt der Laststrom der Wicklung 3 des Transformators 1 stufenlos an.

Dabei löst das Signal des Schwellenwertelementes 14 das Zeitrelais 23 (Fig. 1 und 4) aus, dessen Verzögerungszeit im Vergleich mit dem Relais 19 kürzer ist. Das Ausgangssignal des Relais 23 löst die Signalabschaltvorrichtung 22 aus, die einen Teil der Energieverbraucher 4 automatisch abschaltet.

Es sei betont, dass die Relais 18,19,23 zusammen mit den sie auslösenden Schwellenwertelementen 10,12 und 14 durch ein Zeitrelais mit der Verzögerungszeit ersetzt werden können, die von der Grösse des Ausgangssignals abhängig ist. Das Relais hat drei Ausgänge auf die Signalgeber und die Abschaltvorrichtung.

Im zweiten Fall ändert sich die Belastung des Transformators sprungweise.

Bei kurzzeitigen sprungweisen Stromüberlastungen entsteht am Eingang des Stromkreises 17 ein Signal der hohen Überlastung. Inzwischen erreicht aber die tatsächliche Überhitzung nicht den gefährlichen Wert wegen der Wärmeträgheit der Wicklung. Der stabile Überhitzungswert wird in At = 15...20 min erreicht.

Die in diesem Fall vorkommende rasche Steigerung der Gesamtspannung U3, die mit den Überlastungen bei der stabilen Wicklungstemperatur übereinstimmt, kann zum Ansprechen des Schwellenwertelementes 14 führen, dessen Signal bei seinem Anlegen, wie im vorherigen Fall, ans Relais 23, dessen Verzögerungszeit kürzer als At ist, das unbegründete Abschalten eines Teiles der Verbraucher 4 herbeiführen würde. Zum Vermeiden derartiger Fehlauslösungen ist im Block 24 des Lastabschaltkreises 17 (Fig. 4) ein Stromkreis 46 für Verriegelung der Fehlauslösesignale mit dem Relais 50 vorgesehen, dessen Verzögerungszeit im Vergleich mit der des Relais 23 länger ist. Der Stromkreis 46 sieht die Signale der hohen Überlastung nach dem Laststrom ab.

Die selektive Wirkung des Stromkreises 46 beruht darauf, dass die beschriebenen sprungweisen Änderungen des Laststroms das gleichzeitige Ansprechen aller Schwellenwertelemente hervorrufen, während bei der allmählichen Wicklungs-überhitzung die Schwellenwertelemente hintereinanderfol-gend über die von der Geschwindigkeit der Laständerung

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abhängigen Zeitintervalle ansprechen.

Beim Ansprechen des Schwellenwertelementes 10 wird sein Signal an den Eingang des monostabilen Multivibrators 48 gegeben, in dem es in einen kurzzeitigen Stromimpuls verwandelt wird, der einem der Eingänge der UND-Schaltung 49 zugeführt wird.

Sollte gleichzeitig mit dem angegebenen Impuls an den zweiten Eingang der Schaltung 49 das Signal vom Schwellenwertelement 14 der hohen Überlastung kommen, entsteht am Ausgang der UND-Schaltung 49 ein Signal, welches das Relais 50 mit der verlängerten Verzögerungszeit auslöst.

Um zu vermeiden, dass dabei eine Frühauslösung des Relais 23 vorkommt, gelangt vom Ausgang der UND-Schaltung 49 das Signal an den Eingang der NICHT-Schaltung 51, die das Relais 23 verriegelt.

Bei einem Stromanstieg wird also die Belastung von der Signalabschaltvorrichtung 22 vom Ausgangssignal des Zeitrelais 50 abgeschaltet, d. h. das Ansprechen kommt nur in dem. Fall vor, wenn die Überlastung die Wicklungsüberhitzung herbeiführt, die die gefährliche Grösse erreicht, welche von der Zeitverzögerung des gegebenen Relais gewährleistet wird.

Beim allmählichen Belastungsanstieg spricht das Schwellenwertelement 10 an und löst den monostabilen Multivibrator 48 aus, das von diesem an den Eingang der UND-Schaltung 49 abgegebene Signal stimmt aber in der Zeit nicht mit dem Signal überein, das an den anderen Eingang der gleichen Schaltung vom Schwellenwertelement 14 kommt, so dass am Ausgang der UND-Schaltung 49 kein Signal entsteht. Wie bereits erwähnt wurde, wird in diesem Fall das Relais 23 ausgelöst, dessen Ausgangssignal das Ansprechen der Signalabschaltvorrichtung 22 herbeiführt.

Dritter Fall. Infolge des langzeitigen Einsatzes des Transformators nähert sich der Verschleiss seiner Wicklungen der vorgegebenen Grenze an, so dass sein Weiterbetrieb von der Gefahr ernster Betriebsstörungen begleitet ist.

Der Zeitpunkt des völligen Verschleisses der Wicklungsisolation kann mit Hilfe des Zählers 53 (Fig. 4) bestimmt werden, an den die Signale vom Wandler 52 kommen. Dem letzteren kommt die Aufgabe zu, die von den Gebern 6 und 7 über die Schwellenwertelemente 10...14 kommenden Signale in Signale zu verwandeln, die den Momentanwerten der Isolationsalterung in Übereinstimmung mit dem Gesetz proportional sind, das durch die bekannte Gleichung von Montsinger:

L = L0e-a<e-y (3)

ausgedrückt ist, die im Buch Schnitzer L.M. «Nagrusotschnaja sposobnost silowich transformatorow» Moskau, 1953 beschrieben ist.

In der Gleichung bedeuten:

L die tatsächliche Lebensdauer der Isolation;

L0 die Betriebszeit der Isolation bei konstanter normgerechter Temperatur 0H des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes;

0 die Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes;

a den Koeffizienten, in dem die Änderung der Betriebszeit der Isolation bei einer Änderung der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes berücksichtigt wird und der von den physikalischen Eigenschaften des Werkstoffes der Isolation abhängig ist.

Nach Angaben des internationalen elektrotechnischen Ausschusses (S. International Electrotechnical Commission, Technical Committee No. 0,74: Power Transformers. Draft Loading Guide for Oil - immersed Transformers. Novembre, 1965) ändert sich die tatsächliche Lebensdauer der Wicklung um das Zweifache je 6 °C der Änderung ihrer Temperatur in bezug auf den Nennwert. Dies bedeutet, dass bei einer Erhöhung der

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Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes um 6 °C, die tatsächliche Lebensdauer zweimal kleiner wird. Bei dieser 6-Grad-Regel für die Alterung der Isolation beträgt a = -0,1155. Wenn im gegebenen Fall 0H = 98 °C beträgt, dann beispielsweise bei einer Temperatur 0 = 110 °C.

L/L0 = e°'115(,10"98) = 4

Die Funktionsweise des Wandlers 52 und des Zählers 53 soll an Hand des in Fig. 6c angeführten Schaubildes der Abhängigkeit der relativen Änderung der Lebensdauer des elektrischen Gerätes von der Temperatur des am stärksten erhitzten Punktes seiner Wicklung veranschaulicht werden.

Die exponentielle Kurve H des angegebenen Schaubildes zeigt die relative Änderung der Lebensdauer L/L0 des Transformators in Abhängigkeit von der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes und ist in Übereinstimmung mit der Gleichung (3) aufgebaut. Die Punkte Fi, F2, F3 und F4 an der Kurve H in Fig. 6c entsprechen meistens den folgenden Temperaturen 0 des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes: 0F1 = 98°, 0F2 = 110°, 0F3 =116°, 0F4 = 122 °C.

Signale, welche den genannten Temperaturwerten entsprechen, gelangen an den Eingang des Wandlers, und zwar von den Schwellenwertelementen 10,11,13 und 14. Jedes dieser Signale bewirkt am Ausgang des Wandlers 52, wie dies nachstehend näher beschrieben ist, Impulse deren Anzahl die Ordinate L/L0 des entsprechenden Punktes angibt. Im gezeigten Beispiel erhält man 1 bei 0Fi = 98°, 4 bei 0F2 = 110°, 8 bei 0F3 =116° und 16bei0F4= 122 °C.

Beim Ansprechen des Schwellenwertelementes 10 schliesst sein Schliesskontakt 10 (Fig. 5) mit dessen Hilfe die Spannung über den Öffnungskontakt 111 an die zeitbestimmenden Kreise R1-C2 (Ri' -Ci) des in Form eines symmetrischen Multivibrators ausgeführten Wandlers 52 gegeben wird.

Zu diesem Zeitpunkt ist der Transistor, zum Beispiel 54 leitend, was mit dem fixierten gesperrten Zustand des Transistors 55 über den Stromkreis C1-R1' bis zum Zeitpunkt übereinstimmt, wenn die Spannung am Kondensator Ci den Pegel seines Öffnens über den Stromkreis Emitterelektrode-Basiselektrode des Transistors 5 - Widerstand Ri' überschreitet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Transistor 55 leitend, und.der Kondensator C2, der zu seinem Kollektorkreis angeschlossen ist, wird an die Plusschiene g der Stromversorgung über den Stromkreis Emitterelektrode-Kollektorelektrode des offenen Transistors 55 angeschlossen. An der Basiselektrode des Transistors 54 liegt in diesem Fall die Sperrspannung am Kondensator C2, die den angegebenen Transistor bis zum Zeitpunkt der Entladung des Kondensators C2 über den Widerstand R2 und der Aufladung des Kondensators C2 bis zum Pegel des Öffnens des Transistors 54 im gesperrten Zustand hält.

Die Frequenz der Umschaltungen des Wandlers 52 in der betrachteten Folge wird von der Zeitkonstante der Stromkreise R1-C2 (Ri ' -Ci) und R2-C2 (R2' -Ci) bestimmt und beträgt, zum Beispiel zwei Impulse pro Minute, was mit dem durch den Ordinatenpunkt Fi der in Fig. 6c gezeigten Kennlinie bestimmten Momentanwert übereinstimmt. Dabei zeigt der im Kollektorkreis des Transistors 56 über den Öffnungskontakt 12, eingeschaltete Impulszähler 57 die Grösse des Verschleisses der Isolation der Transformatorwicklung an, die der Anzahl von Impulsen in der Zeit proportional ist, während der die Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes mit der Abszisse des Punktes Fi übereinstimmte.

Beim Ansprechen des Schwellenwertelementes 11 sperrt sein Schliesskontakt 111 und öffnet der Öffnungskontakt 112, der den Stromkreis für Auslösung des Wandlers 52 vom entsprechenden Schwellenwertelement 11 unterbricht. Über den Öffnungskontakt 132 des Schwellenwertelementes 13 und den Schliesskontakt 111 wird in diesem Fall die Stromversorgungs-

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Spannung an die zeitbestimmenden Kreise R2-C2 und weiter R2'-Ci gelegt, die die andere höhere Frequenz des Multivibra-tors, zum Beispiel vier Impulse pro Minute bestimmen, was mit dem Momentanwert des Isolationsverschleisses übereinstimmt, der durch den Ordinatenpunkt F2 der in Fig. 6c angegebenen Kennlinie bestimmt wird.

Das Ansprechen des Schwellenwertelementes 12 führt zum öffnen des Öffnungskontaktes 12i im Stromkreis des Zählers 57 und zum Schliessen des Schliesskontaktes 122 im Stromkreis des Zählers 58, so dass der erste 57 der erwähnten Zähler ab-, der zweite 58 eingeschaltet wird.

Beim Ansprechen des Schwellenwertelementes 13 schliesst sein Schliesskontakt 13i und öffnet der Öffnungskontakt 132 des entsprechenden Schwellenwertelementes 13. Die Stromversorgungsspannung wird an die zeitbestimmenden Stromkreise R1-C1 (Ri'-Ci) gelegt, die die gleiche Schaltfrequenz des Multivibrators bestimmen, wie auch beim Ansprechen des Schwellenwertelementes 10 (in unserem Beispiel - zwei Impulse pro Minute).

Beim Ansprechen des Schwellenwertelementes 14 kommt auf ähnliche Weise das Auslösen des Wandlers 52 über die Stromkreise R2-C2 (R2'-Ci) und das Verriegeln des Stromkreises des Kontaktes 13 vor, dabei stimmt die Schaltfrequenz des Multivibrators mit der entsprechenden Frequenz beim Ansprechen des Schwellenwertelementes 11 überein. Die Ausgangssignale des Wandlers 52 gelangen in zwei letzteren Fällen an den Impulszähler 58. Um den Verschleiss zu fixieren, der mit den Ordinaten der Punkte F3 und F4 der Kurve H in Fig. 6c übereinstimmt, sind die Zähleranzeigen mit dem Massstabkoeffizienten zu multiplizieren, der durch das Verhältnis entsprechender Koordinaten (F3 : Fi und F4 : F2) bestimmt wird.

Wie auch der Zähler 57 bewirkt der Impulszähler 58 die Zeitintegration von Momentanwerten der Ausgangsspannung des Wandlers 52 in der Zeitperiode, während der die Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes mit dem Ansprechwert des entsprechenden Elementes übereinstimmt.

Obwohl in der in Fig. 5 gebrachten Schaltung zwei Impulszähler 57,58 gezeigt sind, wobei der Wandler 52 mit vier Schwellenwertelementen (10,11,13,14) verbunden ist, kann die Anzahl der Zähler der Schwellenwertelemente beliebig gross 5 sein, und sie hängt von der vorgegebenen Genauigkeit für Bestimmung der Sollbetriebszeit des Transformators ab. Es liegt auf der Hand, dass die Anzeigegenauigkeit mit der Ver-grösserung ihrer Anzahl zunimmt.

Die Messung der Sollbetriebszeit mit Hilfe von einigen Zählern mit verschiedenen Massstabkoeffizienten gestattet, die Kurve H des Schaubildes in Fig. 6c im weiten Bereich der Temperaturwerte 0 mit hoher Genauigkeit wiederzugeben.

Es muss ebenfalls betont werden, dass unter den Schwellenwertelementen, von denen das Auslösen des Wandlers 52 vorkommt, auch solche sein können, die bei niedrigen Temperaturwerten im Vergleich mit der für das Ansprechen des Schwellenwertelementes 10 erforderlichen Temperatur ansprechen.

Wegen der langen Betriebszeit des Zählers 53, die hunderttausende Betriebsstunden betragen kann, entsteht die Gefahr seines Überlaufens, für dessen Vermeiden an den Zähler eine (nicht gezeigte) Programmeinrichtung angeschlossen wird, die seinen periodischen kurzzeitigen Betrieb (zum Beispiel im Laufe einer Minute, jede halbe Stunde bzw. jede Stunde) gewährleistet.

Der Zähler 53 besitzt einen Ausgangskreis, der mit der Signalabschaltvorrichtung 22 verbunden ist, die beim Erreichen des Verschleisses der vorgegebenen Grösse, zum Beispiel wenn die bezogene Lebensdauer des Transformators 150 000 Betriebsstunden erreicht, den Transformator stromlos macht 30 oder ein Ton- bzw. Schallsignal abgibt.

Die beschriebene Vorrichtung gestattet es, die Leistung der zu installierendenTransformatoren im Ergebnis der besseren und völligeren Ausnutzung ihrer Überlastungsfähigkeit wäh-35 rend des Betriebes herabzusetzen und deren Betriebssicherheit zu steigern.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

627029 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Überlastschutz eines elektrischen Gerätes, das eine in dielektrische Flüssigkeit getauchte Wicklung aufweist, welche Vorrichtung einen in der oberen Schicht der dielektrischen Flüssigkeit angeordneten Temperaturgeber und eine Korrektureinrichtung zur Berücksichtigung der durch den Laststrom bedingten Temperaturänderung des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes enthält sowie einen Umschaltkreis, der Schwellenwertelemente für niedrige Überlast hat, die beim fortlaufenden Ansteigen der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes wahlweise ansprechen, ein Schwellenwertelement für hohe Überlast, dessen Ausgangssignal mit der kritischen Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes übereinstimmt, einen durch die Signale der Schwellenwertelemente für niedrige Überlast gesteuerten Gefahrenmeldekreis und einen durch die Signale des Schwellenwertelementes für hohe Überlast gesteuerten Lastabschaltkreis aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung einen Laststromgeber (7) und einen Funktionsbildner (8) enthält, welcher Funktionsbildner ein der Übertemperatur der Wicklung über der Temperatur der dielektrischen Flüssigkeit entsprechendes Signal abgibt, das zusammen mit dem Ausgangssignal des Temperaturgebers (6) an die Schwellenwertelemente (10,11,12,13 und 14) des Umschalt-kreises (9) gelegt wird, und dass der Lastabschaltkreis (17) mit den Schwellenwertelementen (10,11,12 und 13) für niedrige Überlast zur selektiven Abgabe der Ausgangssteuersignale elektrisch verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Lastabschaltkreises (17) mit den Schwellenwertelementen (10,11,12,13) für niedrige Überlast über einen Stromkreis (46) zur Verriegelung von Fehlabschaltsignalen erfolgt, wobei dieser Stromkreis (46) zugleich mit dem Schwellenwertelement (14) für hohe Überlast verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge von Temperaturgeber (6) und Funktionsbildner (8) in Reihe geschaltet sind und einen gemeinsamen Ausgang zur Abgabe der Signale an die Schwellenwertelemente (10,11,12,13,14) bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gefahrenmeldekreis (15,16) und der Lastabschaltkreis (17) Zeitrelais (18,19,23) mit unabhängiger Zeitverzögerung enthalten, von denen jedes mit dem entsprechenden Schwellen-wertelement (10,12,14) verbunden ist, während der Stromkreis (46) für die Verriegelung der Fehlabschaltsignale eine durch ein Schwellenwertelement (10) für niedrige Überlast gesteuerte monostabile Kippschaltung (48), eine UND-Schaltung (49), an welche die Signale von der monostabilen Kippschaltung (48) und dem Schwellenwertelement (14) für hohe Überlast gelangen, ein mit der UND-Schaltung (49) verbundenes Zeitrelais (50), dessen Zeitverzögerung die des mit dem Schwellenwertelement (14) für hohe Überlast verbundenen Zeitrelais (23) überschreitet, und eine zwischen dem Schwellenwertelement (14) für hohe Überlast und dem diesem entsprechenden Zeitrelais (23) eingeschaltete und durch das Ausgangssignal der UND-Schaltung (49) gesteuerte NICHT-Schaltung (51) enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastabschaltkreis (17) einen durch alle genannten Schwellenwertelemente (10,11,12,13 und 14) gesteuerten Stromkreis (47) zum Anlegen eines Steuersignals bzw. zum Abschalten des elektrischen Gerätes nach dem Ablauf seiner Lebensdauer enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis (47) zum Anlegen des Steuersignals bzw. zum Abschalten des elektrischen Gerätes nach Ablauf der Lebensdauer einen Wandler (52) zur Umformung der der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes entsprechenden Signale in Impulse enthält, deren Anzahl dem expo-

nentiellen Verlauf der Isolationsalterung entspricht, wobei dieser Verlauf sich durch die folgende Gleichung beschreiben lässt:

L = L0e-a( 8" V

in der

L die tatsächliche Lebensdauer der Isolation,

L0 die Betriebszeit der Isolation bei konstanter normgerechter Temperatur 0H des am stärksten erhitzten Winklungspunktes,

0 die Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes,

a der Koeffizient, in dem die Änderung der Betriebszeit der Isolation bei einer Änderung der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes berücksichtigt und der von den physikalischen Eigenschaften des Werkstoffes der Isolation abhängig ist, bedeuten, und dass der Wandler (52) mit allen genannten Schwellenwertelementen (10,11,12,13 und 14) und mit einem Zähler (53) für die Zeitintegration der Ausgangssignale des Wandlers (52) zur Meldung des gefährlichen Ver-schleisses der Isolation der Wicklung des zu schützenden Gerätes verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (52) einen Multivibrator enthält, dessen Frequenz durch die Ausgangssignale aller genannten Schwellenwertelemente (10,11,12,13 und 14) geändert wird, proportional zur Änderung des Verhältnisses L/L0 und in Übereinstimmung mit dem Gesetz der Isolationsalterung.