DE1084830B

DE1084830B - Device for monitoring the power factor in electrical systems

Info

Publication number: DE1084830B
Application number: DEN15331A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kanow
Original assignee: Neumann Hochspannungs App K G
Current assignee: Neumann Hochspannungs App K G
Priority date: 1958-07-11
Filing date: 1958-07-11
Publication date: 1960-07-07

Description

Einrichtung zur Uberwachung des Leistungsfaktors in elektrischen Anlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung des Leistungsfaktors in elektrischen Anlagen unter Verwendung eines Meßgliedes mit zwei ortsfesten Antriebssystemen, von denen eines zur Messung der Wirkleistung und das andere zur Messung der Blindleistung dient, wobei beiden Antriebssystemen eine gemeinsame, exzentrisch gelagerte, in den Luftspalt dieser Systeme verschieden tief hineinragende Ferrarisscheibe zugeordnet ist, in der durch die Antriebssysteme gegeneinander wirkende Drehmomente entstehen, und die in einer Lage stehen bleibt, die dem cos 97 proportional ist.Device for monitoring the power factor in electrical systems The invention relates to a device for monitoring the power factor in electrical systems using a measuring element with two stationary drive systems, one of which is for measuring active power and the other for measuring reactive power serves, whereby both drive systems have a common, eccentrically mounted, in the air gap of these systems is assigned to Ferrari disks protruding at different depths in which the drive systems generate opposing torques, and which remains in a position that is proportional to cos 97.

Es sind verschiedene Meßsysteme bekanntgeworden, unter anderem das am häufigsten verwendete eisengeschlossene elektrodynamische Quotientenmeßwerk. Various measuring systems have become known, including that most frequently used iron-closed electrodynamic quotient measuring mechanism.

Dieses besteht aus zwei festen Spulenpaaren, die auf vier nach innen gerichteten Polen eines geschichteten Magnetkernes befestigt sind. Ein Spulenpaar liegt an der Spannung des Hauptstromes, das andere an einer um 900 verschobenen Spannung. Im Mittelpunkt des geschichteten vierpoligen Kernes dreht sich eine in Rahmenform ausgebildete Stromspule. Die Stromzuführung erfolgt über zwei weitgehend richtkraftlose Bänder. Der Stromrahmen dreht sich stets in die Stellung, in welcher die beiden Drehmomente gleich groß sind. Die Einstellung des Rahmens ist eine direkte Funktion des Phasenverschiebungswinkels cp so daß die Skala in cos -Werten geeicht werden kann.This consists of two fixed pairs of coils that point to four inside directional poles of a layered magnetic core are attached. A pair of coils is due to the voltage of the main stream, the other to a shifted by 900 Tension. In the center of the layered four-pole core, an in Frame shape trained current coil. Power is largely supplied via two non-judicial tapes. The current frame always rotates into the position in which the two torques are equal. The setting of the frame is a direct one Function of the phase shift angle cp so that the scale is calibrated in cos values can be.

Derartige und ähnliche Meßsysteme haben jedoch die Nachteile, daß sie nur für einen engen Strombereich zu verwenden sind und das Meßresultat durch die Stromabhängigkeit verfälscht ist. However, such and similar measuring systems have the disadvantages that they are only to be used for a narrow current range and the measurement result through the current dependency is falsified.

Es ist ferner ein Ferraris-Quotientenmeßwerk mit Vierquadrantenanzeige bekanntgeworden, bei dem es sich jedoch ausschließlich um ein Meßgerät handelt, das keinerlei weitere Funktionen ausübt und lediglich während einer Beobachtung, also kurzzeitig bzw. vorübergehend, als Anzeige dient. Für Vierquadrantenanzeige, also im Bereich von 3600, sollen dabei vier Ferrarismeßwerke symmetrisch an zwei exzentrisch gelagerten kreisförmigen Scheiben eingesetzt werden. It is also a Ferraris quotient measuring mechanism with a four-quadrant display became known, which is, however, exclusively a measuring device, that does not perform any other functions and only during an observation, that is, temporarily or temporarily, serves as a display. For four-quadrant display, So in the range of 3600, four Ferraris measuring mechanisms should be symmetrically connected to two eccentrically mounted circular disks are used.

Außerdem ist ein Quotientenmesser bekannt, der jedoch keinen Leistungs-, sondern einen Strommesser auf dynamometrischem Prinzip darstellt und keine Ferrarisscheibe, sondern einen Kurzschlußkreis bzw. einen Kurzschlußrahmen besitzt. Bei einem solchen Strommesser werden drei Ströme, und zwar zwei Vergleichsströme und ein dritter Strom vorausgesetzt, mit dem die beiden Vergleichsströme in Wechselwirkung stehen, wobei dieser dritte Stromkreis als ein Kurzschlußkreis ausgebildet werden soll. A quotient meter is also known, but it does not have a power, but represents an ammeter based on the dynamometric principle and not a Ferrari disk, but has a short circuit or a short frame. With such a Ammeters become three currents, namely two comparison currents and a third current provided with which the two comparison currents interact, where this third circuit is to be designed as a short circuit.

Bekannt ist ferner ein Instrument, das sowohl induktive als auch kapazitive Phasenverschiebungen mißt. Hierdurch ergibt sich zwar ein relativ großer Meßbereich, jedoch auf Kosten einer Meßskala mit zusammengedrängten SkaleneinteiIungen, die kein genaues Ablesen in einem vorbestimmten Meßbereich bzw. in dem gewünschten Teilbereich gestatten. Hierbei wird für die sin -Messungen eine runde Ferrarisscheibe verwendet, so daß der der Eintauchtiefe in das zugeordnete Antriebssystem entsprechende wirksame Hebelarm an der Ferrarisscheibe konstant bleibt, während nur für cos-Messungen eine in der Regel zweite herzförmige Ferrarisscheibe mit zwei eigenen Antriebssystemen dient, so daß diese Ferrarisformscheibe einen veränderlichen wirksamen Hebelarm ergibt. Im Rahmen einer Abwandlung dieser bekannten Meßeinrichtung ist zwar an die Möglichkeit gedacht, nur eine Ferrarisformscheibe vorzusehen. In diesem Fall soll jedoch lediglich der der Scheibe die Herzform verleihende Einschnitt wegfallen, indem die Scheibe an dieser, Stelle durch eine Teilkreisfläche ersetzt werden soll. Hinsichtlich der Art der Messung bringt jedoch eine solche bauliche AbwandIung gegenüber der Grundanordnung mit zwei Ferrarisscheiben keinen Unterschied mit sich, da die sin sinso-Messungen nach wie vor im runden Scheibenteil, also nur bei unveränderlich bleibendem wirksamem Hebelarm erfolgen, während nur für cos -Messungen ein veränderlicher Hebelarm verfügbar ist. Also known is an instrument that is both inductive and measures capacitive phase shifts. This results in a relatively large one Measuring range, but at the expense of a measuring scale with compressed scale divisions that no exact reading in a predetermined measuring range or in the desired sub-range allow. A round Ferrari disk is used for the sin measurements, so that the effective depth corresponding to the depth of immersion in the associated drive system The lever arm on the Ferrari disk remains constant, while only one for cos measurements usually a second heart-shaped Ferrari disk with two separate drive systems serves, so that this Ferrarisform disk a variable effective lever arm results. As part of a modification of this known measuring device is indeed to the Possibility thought to provide only one Ferrari shaped disc. In this case it should however, only the incision giving the disc the shape of a heart is omitted, by replacing the disc at this point with a partial circle area. With regard to the type of measurement, however, there is such a structural modification the basic arrangement with two Ferraris disks no difference, since the sin sinso measurements are still in the round part of the disk, i.e. only when unchangeable permanent effective lever arm, while only a variable one for cos measurements Lever arm is available.

Gegenüber dem Bekannten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bestimmte Betriebszustände zu erfassen, wie solche beispielsweise bei der Überyrachung von Versorgungsanlagen auftreten. Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, - daß zur Erreichung großen Anzeigeausschlags sowohl bei der induktiven sin- als auch bei der induktiven cos çs-Messung die exzentrisch gelagerte Ferrarisscheibe von zwei Halbkreisen begrenzt ist, deren gemeinsamer Mittelpunkt außerhalb des Exzenterpunktes liegt, und daß die Scheibe mit einem Kontakt in Wirkverbindung steht, dem ein einstellbarer Gegenkontakt zugeordnet ist. Compared to the known, the invention is based on the object to record certain operating states, such as those during monitoring of supply systems occur. The essentials the invention consists in - that to achieve a large display deflection both with the inductive sin as well as the inductive cos çs measurement the eccentrically mounted Ferrari disk is limited by two semicircles, the common center of which is outside the eccentric point lies, and that the disc is in operative connection with a contact, which is an adjustable Mating contact is assigned.

Bei einer solchen Einrichtung wird nur die induktive Phasenverschiebung gemessen, so daß gegenüber den bekannten Meßarten eine grundsätzliche andere Meßmethode vorliegt. Dabei ist der der jeweiligen Eintauchtiefe der Ferrarisformscheibe in das zugeordnete Antriebssystem entsprechende wirksame Hebelarm sowohl für die induktiven sinp7- als auch für die induktiven cos p7-Messungen veränderlich. Da die beiden Hebelarme somit veränderlich sind, ergibt sich entsprechend dem gegenüber dem Bekannten abweichenden Zweck eine große Winkelabhängigkeit und somit eine hohe Meßgenauigkeit in einem vorbestimmten Meßbereich. Ein derartiger veränderlicher Hebelarm ist dabei durch die Wahl des Exzenterpunktes und die Formgebung der Ferrarisscheibe gegeben. Je kleiner die Exzentrizität der Scheibe ist, um so größer ist die Quotientenempfindlichkeit, bzw. je größer die Exzentrizität gewählt wird, um so größer ist das Einstellmoment. Durch die Einstellung des Gegenkontaktes wird ermöglicht, den gewünschten Meßbereich einzustellen bzw. zu begrenzen. So kann beispielsweise der andere festeingestellte Gegenkontakt einem cosq7=l (d. h. cp=OO und der einstellbare Gegenkontakt einem cos =0,96 (d. h. 0=200) entsprechen. With such a device, only the inductive phase shift is used measured, so that a fundamentally different measuring method compared to the known types of measurement is present. The depth of immersion of the Ferrari shaped disk is in the associated drive system corresponding effective lever arm for both the inductive sinp7 as well as for the inductive cos p7 measurements changeable. There the two Lever arms are thus changeable, results according to the opposite of the known different purpose a large angle dependence and thus a high measurement accuracy in a predetermined measuring range. Such a variable lever arm is included given by the choice of the eccentric point and the shape of the Ferrari disk. The smaller the eccentricity of the disc, the greater the sensitivity to quotient, or the greater the selected eccentricity, the greater the setting torque. The setting of the mating contact enables the desired measuring range set or limit. For example, the other permanent employee can be Counter contact a cosq7 = l (i.e. cp = OO and the adjustable counter contact a cos = 0.96 (i.e. 0 = 200).

Auf diese Weise bewegt sich der Kontaktarm in einem eingestellten Meßbereich, der in einem vorbestimmten Winkelbereich (z. B. zwischen 0 und 200) sämtliche Zwischenwerte erfaßt. Das Leistungsfaktormeßwerk besitzt beim Erfindungsgegenstand eine weitgehend unabhängige Kennlinie, wobei die Wirkungsweise von der Stärke der Feder praktisch unabhängig ist. Zuleitungen und mechanische Richtkräfte entfallen, so daß die Einrichtung in ihrem Gesamtaufbau trotz ihrer hohen Ansprechgenauigkeit sehr einfach ist.In this way the contact arm moves in a set Measuring range, which is in a predetermined angular range (e.g. between 0 and 200) all intermediate values recorded. The power factor measuring mechanism has the subject matter of the invention a largely independent characteristic, whereby the mode of action depends on the strength of the Spring is practically independent. Supply lines and mechanical straightening forces are omitted, so that the device in its overall structure despite its high response accuracy is very simple.

Weitere Vorteile und Vorkehrungen sowie Einzelheiten und Abwandlungen der Erfindung sind nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben. Further advantages and precautions as well as details and modifications of the invention are described below in connection with the drawing.

Fig. 1 zeigt das Beispiel eines Schaltschemas der erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig. 2 und 3 die für dieselbe verwendete Ferrarisscheibe mit den beiden zugeordneten, schematisch dargestellten Antriebssystemen im Grund- und Aufriß. Fig. 1 shows the example of a circuit diagram of the invention Device and Fig. 2 and 3 the Ferraris disc used for the same with the two associated, schematically illustrated drive systems in plan and elevation.

Die Einrichtung enthält ein ortsfestes Meßglied 1, 2, dem eine gemeinsame bewegliche, drehbare Ferrarisscheibe3 zugeordnet ist. Das Meßglied 1,2 besteht aus zwei zum wechselseitigen Antrieb der Ferrarisscheibe dienenden, zählerartigen Antriebssystemen 1 und 2, von denen das eine System, z. B. 1, zur Messung der Wirkleistung und das andere, z. B. 2, zur Messung der Blindleistung dient. Die Ferrarisscheibe 3 ist zur Erzielung einer stabilen Gleichgewichtslage exzentrisch gelagert und zwischen den beiden Antriebssystemen 1, 2 in einer Weise angeordnet, daß sie verschieden tief in den Luftspalt der Antriebssysteme eintaucht und somit von deren magnetischen Feldern verschieden stark durchsetzt wird. Die Antriebssysteme treiben die Ferrarisscheibe in entgegengesetzten Richtungen an. Eine gemeinsame, an die Klemmen k und l angeschlossene Hauptstromwicklung 4 ist den Antriebssystemen zu ihrer Erregung zugeordnet; der Wicklung 4 sind die beiden miteinander verbun- denen Spannungsspulen 5 und 5 a der Antriebssysteme zugeordnet. Die Spule 5 wird vom Strom durchflossen, welcher mit der Spannung des Hauptstromes in Phase liegt und ein Feld erzeugt; der Strom in der Spule 5a ist beispielsweise durch eine vorgeschaltete Drossel 11 um 900 gegenüber dem Strom in der erstgenannten Spule phasenverschoben und erzeugt auch ein Feld, so daß durch die beiden Antriebssysteme gegeneinander wirkende Drehmomente auf die ausbalancierte, beispielsweise aus einer planierten Aluminiumscheibe bestehende Ferrarisscheibe 3 ausgeübt werden. Jedem Antriebssystem ist ein aus gebräuchlichen Schaltungselementen, wie regelbaren oder festen Widerständen od. dgl., zusammengesetzter Abgleichkreis 8 bzw. 9 zugeordnet.The device contains a stationary measuring element 1, 2, which has a common movable, rotatable Ferrari disk 3 is assigned. The measuring element 1.2 consists of two counter-like drive systems for alternating drive of the Ferrari disc 1 and 2, one of which is a system, e.g. B. 1, for measuring the active power and that others, e.g. B. 2, is used to measure the reactive power. The Ferrari disk 3 is to achieve a stable equilibrium position eccentrically mounted and between the two drive systems 1, 2 arranged in such a way that they are different dips deep into the air gap of the drive systems and thus from their magnetic ones Fields is interspersed with different strengths. The propulsion systems drive the Ferrari disk in opposite directions. A common one connected to terminals k and l Main current winding 4 is assigned to the drive systems for their excitation; the Winding 4, the two are connected to each other which voltage coils 5 and 5 a of Assigned to drive systems. The coil 5 is traversed by the current, which with the voltage of the main current is in phase and creates a field; the current in the coil 5a is, for example, by an upstream throttle 11 by 900 opposite phase shifted with the current in the first-mentioned coil and also creates a field, so that by the two drive systems opposing torques on the balanced, for example consisting of a leveled aluminum disc Ferraris disk 3 are exercised. Every drive system is a common one Circuit elements, such as adjustable or fixed resistors or the like, composed Allocated balancing circle 8 or 9.

In die Einrichtung, parallel zu der Kontakteinrichtung 6, 12, 13, kann vorteilhaft ein Stromglied, beispielsweise in Form eines Überstromrelais, geschaltet werden. In the device, parallel to the contact device 6, 12, 13, can advantageously switch a current element, for example in the form of an overcurrent relay will.

Spannungsunabhängigkeit wird dadurch erreicht, daß beide Drehmomente von der angelegten Spannung abhängig sind. Die Temperaturabhängigkeit des Meßwerkes ist bedeutungslos, weil eine Widerstandsänderung der Scheibe sich auf beide Triebsysteme gleichmäßig auswirkt. Voltage independence is achieved in that both torques depend on the applied voltage. The temperature dependence of the measuring mechanism is meaningless because a change in resistance of the disk affects both drive systems affects evenly.

Die Empfindlichkeit des Meßwerkes läßt sich durch die Formgebung der Antriebsscheibe beeinflussen: Je kleiner die Exzentrizität derselben ist, um so größer wird die Quotientenempfindlichkeit, wobei allerdings das Einstellmoment absinkt. The sensitivity of the measuring mechanism can be determined by the shape affect the drive pulley: the smaller the eccentricity of the same, the this increases the sensitivity to quotient, although the setting torque sinks.

Das Meßwerk eignet sich wegen seiner großen Drehmomente auch als Phasenwinkelrelais. Hierfür kam vorteilhaft ein verzögert ansprechendes Auslösehilfsrelais mit Fallklappe und stufenloser Einstellung vorgesehen werden; dasselbe wird somit erst nach einer Zeitverzögerung zum Ansprechen gebracht, so daß bei kurzzeitigem über bzw. Unterschreiten des eingestellten cos 0-Wertes keine Auslösung erfolgt; dieses Relais wird über die Kontaktanordnung 6, 12, 13 des Phasenwinkelrelais gesteuert. The measuring mechanism is also suitable as a Phase angle relay. A delayed response auxiliary trip relay was advantageous for this purpose can be provided with a drop flap and stepless adjustment; the same will be only responded after a time delay, so that for a short time above or below the set cos 0 value, no tripping takes place; this relay is controlled via the contact arrangement 6, 12, 13 of the phase angle relay.

Bei cos = 1 ist das Wirkleistungsdrehmoment am größten; dieses Drehmoment treibt die Ferrarisscheibe 3 aus dem Wirkleistungsbereich heraus, weil sin q7 in diesem Falle seinen Nullwert erreicht. Sobald sich der cos e verkleinert, vergrößert sich das Drehmoment des Blindleistungssystems; die Ferrarisscheibe 3 nimmt die Lage ein, in welcher beide Drehmomente gleich sind. Mittels des mit der Ferrarisscheibe verbundenen Kontaktes 6 wird der über eine Spindel einstellbare Gegenkontakt 12 geöffnet und das Auslösehilfsrelais verzögert zum Abfall gebracht. At cos = 1, the active power torque is greatest; this torque drives the Ferrari disk 3 out of the active power range because sin q7 in in this case reaches its zero value. As soon as the cos e decreases, it increases the torque of the reactive power system; the Ferrari disk 3 takes the position one in which both torques are equal. By means of the Ferrari disk connected contact 6 is the counter contact 12 adjustable via a spindle opened and the auxiliary trip relay brought to release with a delay.

Die Kontaktanordnung des Phasenwinkelmeßgliedes ist vorteilhaft mit einem elektrischen Sperrkontakt versehen, welcher Rückstromauslösungen verhindert; dadurch wird die Auslösung beim Erreichen bzw. The contact arrangement of the phase angle measuring element is advantageous with provided with an electrical blocking contact, which prevents reverse current trips; this means that the release is triggered when it is reached or

Überschreiten des eingestellten Ansprechphasenwinkels in der Energierichtung zur Sammelschiene verhindert.Exceeding the set response phase angle in the energy direction to the busbar prevented.

Sämtliche Bestandteile der Schutzeinrichtung einschließlich gegebenenfalls des Hilfsauslöserrelais können zu einem Gerät vereinigt werden. All components of the protective device including, if applicable of the auxiliary trip relay can be combined into one device.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for monitoring the power factor in electrical systems using a measuring element with two stationary drive systems, one of which is for measuring active power and the other for measuring reactive power serves, whereby both drive systems have a common, eccentrically mounted, in the air gap of these systems protruding to different depths Ferrari disk is assigned, in which the drive systems counteracting torque arise, and which remains in a position that is proportional to the cos ç, thereby characterized in that to achieve a large display deflection both in the inductive sin - as well as with the inductive cos measurement the eccentrically mounted Ferrari disk is limited by two semicircles, the common center of which is outside the eccentric point lies, and that the disc with a contact (6) is in operative connection, the one adjustable mating contact (12) is assigned.

2. Device according to claim 1, characterized in that the mating contact is adjustable by a spindle.

3. Device according to claim t and 2, characterized in that an electrical lock (13) to prevent this at the contact of the angle measuring element of reverse current tripping is provided.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the scale of the measuring element is calibrated in cos ç or q7 °.

5. Device according to claim 1 to 4, characterized in that the same with a current member to prevent them from responding to small ones Operating currents and ohmic load and the resulting power factor improvement Is provided.

6. Device according to claim 1 to 5, characterized in that the same a trip relay is assigned, which eirie can be reset by hand, e Drop flap or the like. Has.

7. Device according to claim 1 to 6, characterized in that it is equipped with an auxiliary trip relay with adjustable delay.

8. Device according to claim 1 to 7, characterized in that all components of the same including, if applicable, the auxiliary trip relay are preferably combined in one device. ~~~~~~~ Publications considered: German Patent No. 399 958; »Electrotechnical Journal«, Issue A, Vol. 73 (July 11, 1952), no. 4, pp. 455 to 457; "Der Elektromeister", 1954, no. 8, p. 217.