DE1040117B

DE1040117B - Anordnung zum Erfassen der AEnderungen von Einhuellenden elektrischer Wechselgroessen

Info

Publication number: DE1040117B
Application number: DES47771A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erwin Zurowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-03-03
Filing date: 1956-03-03
Publication date: 1958-10-02
Also published as: CH352390A

Description

Schutzeinrichtung für elektrische Anlagen, Maschinen u. dgl., die bei annähernd stationären Vorgängen, wie z. B. Erdschlüssen, Kurzschlüssen usw., ansprechen sollen, um dadurch eine Abschaltung der betreffenden fehlerbehafteten Teile vorzunehmen, dürfen andererseits nicht ansprechen bei kurzzeitig auftretenden dynamischen Vorgängen, die nicht auf einer zu erfassenden Fehlerursache beruhen. Bei dynamischen Vorgängen mit Ausgleichsströmen mit oder ohne Gleichstromglied, die eine Einhüllende mit einem negativen Differentialquotienten haben, beispielsweise Einschaltstromstöße von Transformatoren, sind in bekannter Weise den Schutzeinrichtungen stark gedämpfte Relais zugeordnet, die eine der Einhüllenden ähnliche Strom-Zeit-Charakteristik haben (Fig. 1). Die Kennlinie solcher Relais ist so angeordnet, daß sie im ganzen Bereich oberhalb der Einhüllenden liegt, so daß durch die genannten dynamischen Vorgänge ein unerwünschtes Ansprechen der Schutzeinrichtungen vermieden wird. Diese werden somit nur bei Auftreten von Fehlern der zu überwachenden Art betätigt.

Bei dynamischen Ausgleichsvorgängen mit positivem Differentialquotienten der Einhüllenden versagt jedoch eine derartige Maßnahme, wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist. Die Ansprechkennlinie K des Relais einer Schutzeinrichtung wird von der Einhüllenden E₂ mit ihrem ansteigenden Teil im Zeitpunkt t_i geschnitten, so daß das Relais anspricht und eine Fehlauslösung der Schutzeinrichtung herbeiführt. Gelingt

es, in Abhängigkeit von ~ das Relais bis zum Zeit-

punkt i₂ zu sperren bzw. den Strom zu kompensieren, so ergibt sich kein Schnittpunkt mit der nunmehr um die Zeitspanne 0-t₂ verschobenen Ansprechkennlinie K'.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zum Erfassen der Änderung von Einhüllenden elektrischer Wechselgrößen durch Gleichrichtung der einzelnen Halbwellen der Wechselgrößen.

Bei einer derartigen bekanntgewordenen Anord-^55rT nung wird die gleichgerichtete Wechselgröße als pulsierende Gleichgröße entweder induktiv oder kapazitiv auf ein Gleichstromrelais gegeben. Die pulsierende Gleichgröße setzt sich aus einem Gleichstrom, einem ⁴^ Wechselstrom von doppelter Netzfrequenz und höheren Harmonischen zusammen. Das anteilsmäßig hohe Gleicbstromglied verschiebt bei der induktiven Meßgrößenübertragung den Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie entsprechend der Vorbelastung. so daß auf der Meßseite ein Abbild der Magnetisierungskennlinie entsteht, die eine exakte Messung unmöglich macht. Andererseits kommen aber die Wechselgrößen von doppelter Netzfrequenz und Anordnung zum Erfassen

der Änderungen von Einhüllenden

elektrischer Wechselgrößen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Erwin Zurowski, Forchheim (OFr.),
ist als iErfinder genannt worden

höherer Frequenz auch bei gleichbleibender Einhüllenden stark auf das Relais zur Einwirkung, so daß dieses thermisch und mechanisch überbeansprucht wird. Ferner muß das Relais verhältnismäßig unempfindlich gemacht werden, um die relative Änderung des Gleichstromgliedes erfassen zu können, da der von den Wechselstromanteilen herrührende Störpegel über der Meßgröße liegt. Entsprechendes gilt auch für die kapazitive Übertragung bei der bekanntgewordenen Einrichtung.

Die bekannte Anordnung eignet sich somit nicht für die Verwendung einer Schutzeinrichtung der eingangs geschilderten Art.

Die Beseitigung der der bekannten Anordnung anhaftenden Mangel gelingt jedoch nach der Erfindung dadurch, daß zum Spannungsvergleich jeweils der ungerad- bzw. geradzahligen Halbwellen den positiven bzw. negativen Halbwellen verhältliche Gleichspannungen über je mindestens ein Ventil an je einen elektrischen Speicher gelegt sind und daß der bei Veränderung der Amplituden der miteinander zu vergleichenden Halbwellen auftretende Verschiebestrom der einzelnen Speicher oder die dabei auftretende Potentialdifferenz der beiden Speicher als Meß- oder Betätigungsgröße für ein Meß- oder Schaltorgan benutzt ist.

Somit ist eine Absolutmessung möglich, bei der nur bei einer Änderung der Einhüllenden das Meß- oder Betätigungsorgan von einem Gleichstrom durchflossen wird, dieses dagegen bei konstant bleibenden Amplituden stromlos ist. Hierdurch wird erreicht, daß der durch das Meß- oder Betätigungsorgan fließende Strom stets genau dem Differentialquotienten des

809 640/359.

Stromes nach der Zeit proportional ist. Weiterhin sind bei der Anordnung nach der Erfindung nur lineare Bauteile verwendet, die eine fehlerhafte Betätigung des Organs ausschließen.

An Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele ist nachfolgend der Gegenstand der Erfindung noch näher erläutert.

In Fig. 3 wird die Wechselgröße, deren Einhüllende in bezug auf ihre zeitliche Änderung überwacht werden soll, der Primärwicklung eines Wandlers Tr zugeführt. Die Sekundärwicklung des Wandlers besitzt eine Mittelpunktsanzapfung, die mit den beiden äußeren Enden über Ohmsche Widerstände R₁ bzw. R₀ und Gleichrichter G₁ bzw. G₂ verbunden ist, so daß ül>er den Widerstand R₁ nur die beispielsweise positiven Halbwellen und über den Widerstand R₂ nur die beispielsweise negativen Halbwellen gelangen und dort entsprechende Spannungsabfälle bewirken. Zwischen den zusammengehörigen Gleichrichtern und Widerständen G₁, R₁ und G₂, R.₇ ist über weitere Gleichrichter G₃ bzw. G₄ je ein Kondensator C₁ bzw. C, angeschlossen und die Verbindungsleitung beider Kondensatoren über ein Relais Re an die Mittelpunktsanzapfung des Wandlers Tr gelegt.

Unter der Voraussetzung, daß die Einhüllende der Wechselgröße keine Veränderung erfährt, d. h., daß die Amplituden der Wechselgröße gleichbleibend sind, kann nach erfolgter Aufladung der Kondensatoren C₁ und C₂ über das Relais Re kein Strom fließen, da für jeden Stromkreis der Spannungsabfall an den Ohmsehen Widerständen gleich der entgegenwirkenden Kondensatorspannung ist. Sobald ein Anstieg der Einhüllenden, d. h. eine Zunahme der Amplituden erfolgt, überwiegt jeweils der Spannungsabfall an den Ohmschen Widerständen gegenüber der Kondensatorspannung, so daß ein Ladestromfluß über das Relais erfolgt, der dieses zum Ansprechen bringt.

Bei dieser Anordnung werden, wie sich ohne weiteres aus der Schaltungsanordnung ergibt, jeweils die Amplituden der aufeinderfolgeinden Halbwellen gleicher Polarität miteinander verglichen. Das niederohmige Relais Re wird nur von einem dem positiven Differentialquotienten der Einhüllenden entsprechenden Strom durchflossen, so daß also der von einem dem Relais gegebenenfalls vorgeschalteten, nicht dar- 4-5 gestellten Strommesser angezeigte Strom dem Differentialquotienten der Einhüllenden einschließlich eines gegebenenfalls vorhandenen Gleichstromgliedes entspricht.

An Stelle eines Vergleiches der Amplituden der aufeinanderfolgenden Halbwellen gleicher Polarität kann mit Hilfe einer in Fig. 4 dargestellten Anordnung der absolute Unterschied zwischen den Amplituden aufeinanderfolgender Halbwellen (verschiedener Polarität) erfaßt werden, wodurch eine Erfassung des absoluten Gleichstromgliedes möglich ist. Die mit der Anordnung nach Fig. 1 übereinstimmenden Teile sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die zweite Ausfiihrungsform unterscheidet sich von der erstgenannten lediglich dadurch, daß das Relais Re über einen Brückengleichrichter G an die beiden entgegengesetzten gleichpoligen Klemmen der beiden Kondensatoren C₁ und C₂ angeschlossen ist, wobei in diesem Fall ein hochohmiges Relais verwendet ist. Auch bei dieser Anordnung erfolgt — mit Ausnahme der Ladezeit der Kondensatoren — kein Stromfluß über die Gleichrichter G₃ und G₄, solange die Amplituden der Wechselgrößen gleichbleiben. Bei größer werdenden Amplituden, d. h. positivem Anstieg der Einhüllenden, tritt wiederum -— wie im erstgenannten Beispiel — an den Widerständen R₁ und R₂ ein die Kondensatorspannung überwiegender Spannungsabfall auf, der zu einer Erhöhung der Kondensatorspannung führt. Durch das Überwiegen der einen Kondensatorspannung gegenüber der anderen (weiche sich periodisch abwechselnd ändert) kommt über den Gleichrichter G ein Verschiebestromfluß zustande, der das Relais Re zum Ansprechen bringt.

Die neue Anordnung kann vorzugsweise in Zusammenarbeit mit Schutzeinrichtungen an sich bekannter Art verwendet werden, um einerseits ein Fehlansprechen einer derartigen Schutzeinrichtung gegen dynamische Ausgleichsvorgänge, die nicht auf Fehlerursachen beruhen, zu unterbinden und andererseits die Einrichtung in derartigen Fällen nur für die Dauer der jeweiligen Ausgleichsvorgänge zu sperren.

Hierzu kann gemäß Fig. 5 an Stelle der Ohmschen Widerstände R₁ und R₂ jeweils eine Wicklung W₁ und W₂ vorgesehen sein, die zusammen mit der dem Relais Re entsprechenden Wicklung W₃ Teile eines Drehspulenrelais Re' bilden, wobei die Wicklungen W₁ und W₂ sich unterstützen und zusammen gegen die Wicklung W₃ wirken, so daß die Empfindlichkeit der Einrichtung bei stoßartigen Vorgängen beliebig veränderbar, insbesondere verkleinerbar, ist. Durch Ersetzen einer der beiden Wicklungen W₁ oder W₂ durch einen Ohmschen Widerstand besteht die Möglichkeit, die Abhängigkeit des Relais von dem DifFerentialcjuotienten zu vergrößern. Auch hierbei sind die den Teilen in Fig. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Durch getrennte Anordnung der Wicklungen W₁ und W₂ einerseits und der Wicklung W₃ anderseits in jeweils einem gesonderten Relais kann die neue Anordnung vorteilhaft zum Sperren von Erdschluß-Schutzeinrichtungen u. dgl. verwendet werden. In Fig. 6 ist eine derartige Anordnung in Verbindung mit einer an sich bekannten Erdschluß-Schutzeinrichtung dargestellt. Hierbei ist an das Drehstromnetz RST ül>er einen Schalter 1 ein Generator 2 angeschlossen, der einen herausgeführten Sternpunkt besitzt. Vor und hinter dem Generator sind in jeder Zuleitung Stromwandler 3 und 4 angeordnet, deren Sternpunkte durch eine gemeinsame Leitung und deren freie Enden durch je eine gesonderte Leitung verbunden sind. Zwischen der gemeinsamen Leitung und einem an die gesonderten Leitungen angeschlossenen künstlichen Sternpunkt 5 ist die Primärwicklung des Transformators Tr geschaltet. An der Sekundärwicklung mit Mittelpunktsanzapfung sind wiederum — ähnlich wie in Fig. 5 — über Gleichrichter G₁ und G₂ die einander unterstützenden Wicklungen W₁ und W₂ eines Relais Re₁ mit der Mittelpunktsanzapfung verbunden, und ferner ist zwischen der Mittelpunktsanzapfung und den Verbindungsleitungen zweier Kondensatoren C₁ und C₂, die über vorgeschaltete Gleichrichter G₃ und G₄ zwischen G₁ und W₁ bzw. G₂ und w.₂ angeschlossen sind, die Wicklung W₃ eines zweiten Relais Re₂ geschaltet. Ein Umschaltkontakt re_t des erstgenannten Relais Re₁ ist mit seiner Ruheseite a in einen Stromkreis geschlossen, der einen Ohmschen Widerstand 10 enthält. Parallel dazu ist eine Haltewicklung W_3s des Relais Re₂ über einen Arbeitskontakt re_a in einen weiteren Gleichstromkreis eingeschaltet. Ein Relais 7 wird über den Ruhekontakt re_T und die Arbeitsseite b des Kontaktes re_t in einen weiteren Gleichstromkreis geschaltet bei Ansprechen des Relais Re₁. Ein Arbeitskontakt 9 des Relais 7 schließt den Auslöser 6 für den Schalter 1 bei Ansprechen des Relais 7 an Spannung, und gleichzeitig wird durch

einen zweiten Arbeitskontakt 8 des Relais 7 in nicht näher dargestellter Weise der Entregungsvorgang eingeleitet. Ferner sind noch an das Drehstromnetz RST ein primär in Stern geschalteter, sekundär in Dreieck geschalteter Transformator 11 zur Erzeugung der Erdströme vorgesehen, wobei im Sekundärkreis ein regelbarer Widerstand 12 liegt. Bei der genannten Doppelsummenschaltung für die Erdschlußerfassung tritt bei Erdschluß im Transformator Tr eine Spannung auf, die lediglich zum Ansprechen des Relais Re₁ führt, so daß dieses durch Umschalten seines Schalters re_x das Relais 7 an Spannung legt und dieses seinerseits den Auslöser 6 einschaltet, so daß der Schalter 1 öffnet und den Generator bei gleichzeitiger Entregung abschaltet. Bei Auftreten eines dynamisehen Ausgleichsvorganges mit positivem Differentialquotienten spricht jedoch vorher das Relais Re₂ an, schließt dabei seinen Arbeitskontakt re_a, so daß die Selbsthaltewicklung w_ss eingeschaltet wird und nach Verschwinden des Ausgleichsvorganges das Relais angezogen hält. Ein Ansprechen des Relais Re₁ ist, da der Ruhekontakt re_r geöffnet ist, unwirksam und führt nicht zum Ansprechen des Relais 7. Auf diese Weise wird somit sicher erreicht, daß Ausgleichs vorgänge dynamischer Art, die einen positiven Differentialquotienten der Einhüllenden haben, keine Fehlauslösung der Schutzeinrichtung hervorrufen können.

Zur Erfassung der Erdschlüsse in Einfachsummenschaltung wird der Transformator Tr, wie gestrichelt angedeutet, einfach in die Verbindungsleitung der Sternpunkte beider Wandler 3 und 4 unter Fortfall des künstlichen Sternpunktes 5 gelegt. Die übrige Schaltung bleibt die gleiche.

Ein wesentlicher Vorteil der neuen Anordnung besteht darin, daß sie bei stationären Vorgängen praktisch keine Leistung aufnimmt, abgesehen von den ersten beiden Halbwellen, während der die beiden Speicher aufgeladen werden. Erst bei einem dynamischen Vorgang nimmt die neue Anordnung eine entsprechende Leistung auf, die in diesem Fall ausreichend zur Verfügung steht.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Einrichtung ist es ohne Schwierigkeiten nur durch Dimensionierung der Aufladezeitkonstanten der Kondensatoren über die gestrichelt angedeuteten Widerstände und der Ent-Jadezeitkonstanten über das Relais Re zu erreichen, daß auch während des Abklingens der Einhüllenden eine Erfassung des Differentialquotienten erfolgt.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Erfassen der Änderungen von Einhüllenden elektrischer Wechselgrößen durch Gleichrichtung der einzelnen Halbwellen der Wechselgrößen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Spannungsvergleich jeweils der ungerad- bzw. geradzahligen Halbwellen den positiven bzw.

negativen Halbwellen verhältliche Gleichspannungen über je mindestens ein Ventil an je einen elektrischen Speicher gelegt sind und daß der bei Veränderung der Amplituden der miteinander zu vergleichenden Halbwellen auftretende Verschiebestrom der einzelnen Speicher oder die dabei auftretende Potentialdifferenz der beiden Speicher als Meß- oder Betätigungsgröße für ein Meß- oder Schaltorgan benutzt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der Amplituden von aufeinanderfolgenden Halbwellen gleicher Polarität das Schalt- und/oder Meßorgan den für die Halbwellen beider Polaritäten zugeordneten beiden Reihenschaltungen aus je einem Ventil, einem Speicher und einem den Spannungsabfall hervorrufenden Widerstand zugeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der Amplituden der jeweils aufeinanderfolgenden Halbwellen das Schalt- und/oder Meßorgan an die gleichpoligen einander entgegengesetzten Klemmen der beiden Speicher angeschlossen ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung der Halbwellen die Sekundärwicklung eines Wandlers mit einer Mittelpunktsanzapfung versehen ist, die über die Widerstände und weitere Ventile mit den beiden äußeren Enden, entsprechend einer Zweiventil-Doppelweggleichrichterschaltung, verbunden ist.

5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ohmsche Widerstände vorgesehen sind.

6. Anordnung "nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalt- und/oder Meßorgan über eine Gleichrichterbrücke an die Speicher angeschlossen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines oder beider Ohmschen Widerstände Spulen eines Drehspulrelais angeordnet sind mit solchem Wickelsinn, daß die Einzel- bzw. Summendurchflutung dieser Spule bzw. Spulen der Durchflutung einer dritten an Stelle des Schalt- und/oder Meßorgans vorgesehenen Spule des Drehspulrelais entgegengerichtet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der beiden Widerstände Relaisspulen vorgesehen sind, deren Durchflutung sich gegenseitig unterstützt, und daß das getrennte Schaltorgan zur Sperrung bei Ausgleichsvorgängen benutzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 518 765.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen