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Schaltungsanordnung zur Dämpfung von Kippschwingungen Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung zur Dämpfung von Kippschwingungen bei in Drehstromnetzen
mit isoliertem Sternpunkt benutzten und einpolig geerdeten induktiven Spannungswandlern,
die im offenen Dreieck geschaltete Hilfswicklungen aufweisen.
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Es ist bekannt, daß in Drehstromnetzen mit isoliertem Sternpunkt und
geringer Ausdehnung, d. h. geringer Kapazität der Leiter gegen Erde, in denen einpolig
geerdete induktive Spannungswandler eingesetzt sind, durch das Zusammenwirken der
nichtlinearen Wandlerimpedanzen und der Erdkapazitäten stationäre Kippschwingungen
auftreten. Diese Kippschwingungen können durch Schaltbehandlungen, wie z. B. das
Zuschalten einer Sammelschiene oder eines Spannungswandlersatzes oder durch einpolige
Erdschlußwischer, angeregt werden. Die Spannungswandler arbeiten dann infolge von
Spannungserhöhungen weit in der Sättigung, wodurch Fehlmessungen und bei längerer
Beanspruchung der Wandler ihre thermische Zerstörung verursacht werden. Es ist auch
bereits bekannt, zur Vermeidung von Kippschwingungen bei kapazitiven Spannungswandlern
Resonanzschwingkreise einzusetzen.
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Die Auswirkungen der Kippschwingungen lassen sich durch eine Schaltungsanordnung
zur Dämpfung von Kippschwingungen der eingangs erwähnten Art vermeiden, die gemäß
der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Resonanzkreis und ein Relais in
Reihe mit den im offenen Dreieck geschalteten Hilfswicklungen liegen und daß das
Relais bei Kipp-Schwingungen über den entsprechend den Frequenzen der Kippschwingungen
bemessenen Resonanzkreis so beeinflußt ist, daß hierdurch ein Widerstand in einem
über die Hilfswicklungen verlaufenden Stromkreis die Kippschwingungen dämpft.
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Das Relais kann bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bei
Kippschwingungen unmittelbar den Widerstand in den Stromkreis der Hilfswicklungen
einschalten, wenn beispielsweise ein für die Kippschwingungen durchlässiger Resonanzkreis
vorgesehen ist. In diesem Fall wird nämlich das Relais bei Kippschwingungen infolge
des für diese durchlässigen Resonanzkreises erregt und der Widerstand durch einen
Arbeitskontakt des Relais eingeschaltet. Der Resonanzkreis kann als Reihen- oder
Parallelresonanzkreis ausgeführt sein. Sieht man einen Reihenresonanzkreis vor,
so ist dieser, da er die Eigenschaften eines Saugkreises besitzen soll, auf die
Frequenz der Kippschwingungen abzustimmen. Wird ein Parallelresonanzkreis verwendet,
dann muß auch dieser für die Kippschwingungen einen niederohmigen Widerstand bilden,
für alle von der Frequenz der Kippschwingungen abweichenden Frequenzen, insbesondere
für die Frequenz des Drehstromnetzes, dagegen einen hochohmigen Widerstand darstellen.
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, bei der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung ein Relais mit einem Ruhekontakt zu verwenden. Der Resonanzkreis
muß in diesem Fall die Kippschwingungen sperren, so daß das in Reihe mit dem Resonanzkreis
liegende Relais bei Kippschwingungen aberregt ist und den dämpfenden Widerstand
eingeschaltet hält. Der Resonanzkreis kann als ein auf die Frequenz der Kippschwingungen
abgestimmter Parallelresonanzkreis ausgebildet sein oder aus einem wie ein Saugkreis
wirkenden Reihenresonanzkreis bestehen, der auf eine von der Frequenz der Kippschwingungen
abweichende, vorzugsweise mit der Frequenz des Drehstromnetzes übereinstimmende
Frequenz abgestimmt ist.
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Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, wenn das Relais bei Kippschwingungen
nicht unmittelbar, sondern mittels eines von ihm an eine Hilfsspannung angeschlossenen
Schützes den Widerstand einschaltet. Bei dieser Ausführung der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung wird der Widerstand nicht unmittelbar durch einen Kontakt des
Relais, sondern auf Veranlassung dieses Kontaktes hin durch ein Schütz an die Hilfswicklungen
der Spannungswandler angeschlossen. Der relativ große Strom durch den Widerstand
fließt demzufolge nur über einen Kontakt des Schützes und nicht über den Kontakt
des Relais, der infolgedessen lediglich den verhältnismäßig schwachen Ansprechstrom
für das Schütz auszuhalten braucht. Der Kontakt des Relais kann daher
leicht
ausgeführt werden, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, ein sehr empfindliches Relais
zu verwenden.
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Wenn ein äußerst empfindliches Relais verwendet werden soll, kann
es vorteilhaft sein, das Relais nicht direkt zum Einschalten des Schützes zu verwenden,
sondern es unter Zwischenschaltung eines ebenfalls von der Hilfsspannung gespeisten
Hilfsrelais das Schütz betätigen zu lassen; das Hilfsrelais benötigt nämlich einen
schwächeren Strom zu seiner Erregung als das Schütz, so daß mit Sicherheit eine
Gefährdung des nur mit einem schwachen Strom belastbaren Kontaktes des äußerst empfindlichen
Relais durch das Einschalten des Hilfsrelais an die Hilfsspannung bzw. durch das
Einschalten des Widerstandes vermieden ist.
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Als Hilfsspannung kann jede zur Verfügung stehende Spannungsquelle
verwendet werden; vorzugsweise wird man jedoch eine an den Sekundärwicklungen der
Spannungswandler vorhandene Spannung zur Speisung des Hilfsrelais und des Schützes
benutzen.
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Die Anordnung von einem Schütz und einem Hilfsrelais zusätzlich zu
dem Relais schafft nicht nur die Möglichkeit ein sehr empfindliches Relais zu verwenden,
sondern gestattet es auch, wegen der geringen erforderlichen Erregerleistung für
das Relais den Resonanzkreis aus kleinen und billigen Bauteilen aufzubauen. Außerdem
kann in der Reihenschaltung des Resonanzkreises und des Relais ein Spannungsteiler
angeordnet werden, dessen Teilspannung nach erfolgter Gleichrichtung zur Erregung
des beispielsweise als Drehspulrelais ausgebildeten empfindlichen Relais verwendet
wird.
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Zur näheren Erläuterung sind in den F i g. 1 bis 3 Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Dämpfung von Kippschwingungen dargestellt.
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Bei dem in der F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind an das
aus den Leitern R, S und T bestehende Drehstromnetz mit isoliertem Sternpunkt die
Spannungswandler WR, WS und WT mit ihren einpolig geerdeten Primärwicklungen
wrt, wsi und wti angeschlossen. Außer den in üblicher Weise zur Messung bzw. Zählung
herangezogenen, im Stern geschalteten Sekundärwicklungen wr" ws, und wt.. besitzen
die drei Spannungswandler WR, WS und WT je eine Hilfswicklung wr" ws" und
wt3. Die Hilfswicklungen wr3, ws, und wt" der drei Spannungswandler WR,
WS
und WT sind im offenen Dreieck geschaltet und liegen in Reihe mit dem beispielsweise
als Parallelresonanzkreis ausgebildeten auf die Frequenz des Drehstromnetzes abgestimmten
Resonanzkreis RK, und dem Relais RSi. Ebenfalls im Stromkreis der Hilfswicklungen
wr3, ws" und wt, liegen der Widerstand R und der Arbeitskontakt rsl des Relais RSl.
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Tritt in dem Drehstromnetz ein Erdschluß auf, dann entsteht an den
im offenen Dreieck geschalteten Hilfswicklungen wr" ws, und wt" eine Spannung U
mit der Frequenz des Drehstromnetzes. Da der Resonanzkreis RK, auf diese Frequenz
abgestimmt ist, stellt er für diese Frequenz einen verhältnismäßig hohen Widerstand
dar, so daß das Relais RS1 von keinem nennenswerten Strom durchflossen . und infolgedessen
nicht erregt wird. Der in Reihe mit dem Widerstand R liegende Arbeitskontakt rsl
des Relais RSC bleibt also geöffnet und der Widerstand R unwirksam. Treten dagegen
Kippschwingungen auf, dann bildet sich an den im offenen Dreieck geschalteten Hilfswicklungen
wr" ivs, und wts eine Spannung U mit der Frequenz der Kippschwingungen. Für eine
Spannung einer solchen Frequenz stellt der Resonanzkreis RK, einen relativ niedrigen
Widerstand dar, und das Relais RS1 wird von einem Strom durchflossen und erregt;
es schließt seinen Arbeitskontakt rsl, wodurch der Widerstand R eingeschaltet und
die Kippschwingung gedämpft wird.
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Bei dem in der F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung ist also sichergestellt, daß der Widerstand R bei einem Erdschluß
unwirksam bleibt und nur bei Kippschwingungen eine Dämpfung bewirkt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ist in der F i g. 2 gezeigt, wobei Schaltungsteile, die mit denen des in der F i
g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen
versehen worden sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist der beispielsweise als Parallelresonanzkreis
ausgebildete Resonanzkreis RK, auf die Frequenz der Kippschwingungen abgestimmt
und das mit ihm in Reihe liegende Relais RS, mit einem Ruhekontakt rs, ausgerüstet.
Für die Kippschwingungen stellt demzufolge der Resonanzkreis RK., einen relativ
hohen Widerstand dar, so daß das nachgeschaltete Relais RS, durch die Spannung U
mit der Frequenz der Kippschwingung nicht erregt wird. Es bleibt dann auch sein
Ruhekontakt rs., in der Ruhelage und der Widerstand R eingeschaltet.
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Bei einem Erdschluß hingegen, bei dem die Spannung U an den im offenen
Dreieck geschalteten Wicklungen wr3, ws, und wt" hinsichtlich ihrer Frequenz mit
der des Drehstromnetzes übereinstimmt, ist der Sperrkreis RK, durchlässig, und das
Relais RS, wird erregt. Es öffnet seinen Ruhekontakt rs2 und schaltet dadurch den
Widerstand R ab.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ist in der F i g. 3 dargestellt. In Reihe mit den im offenen Dreieck geschalteten
Hilfswicklungen wr" ws, und wt, der Spannungswandler WR, WS und WT liegt
außer dem beispielsweise als Parallelresonanzkreis ausgebildeten, auf die Frequenz
des Drehstromnetzes abgestimmten Resonanzkreis RK" ein Spannungsteiler St. Das Rolais
RS." das in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise aus einem sehr empfindlichen
Drehspulrelais besteht, wird von der Teilspannung U 1 des Spannungsteilers
St über einen Brückengleichrichter B gespeist. Ebenfalls im Stromkreis
der Hilfswicklungen wr" ws" und wt@ liegt über den Kontakt sz des Schützes
SZ der Widerstand R. Das Schütz SZ
ist an eine Hilfsspannung
Uh angeschlossen, die beispielsweise die verkettete Spannung der Sekundärwicklungen
wr.., und wt" der Spannungswandler WR und WT darstellt. Das Schütz SZ wird
an die Hilfsspannung Uli durch den Kontakt h eines Hilfsrelais
H
angeschlossen, das über einen Arbeitskontakt rs" des als Drehspulrelais
ausgebildeten empfindlichen §pannungsrelais RS, an derselben Hilfsspannung
Uh liegt.
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Tritt ein Erdschluß auf, dann wird, wie es bei dem in der F i g. 1
dargestellten Ausführungsbeispiel bereits ausführlich beschrieben worden ist, das
Relais RS, nicht erregt. Sein Arbeitskontakt rs" bleibt demzufolge offen,
und es werden auch das Hilfsrelais H sowie das Schütz SZ nicht erregt; der Kontakt
sz des
Schützes SZ bleibt offen, und der Widerstand R wird nicht
an die Hilfswicklungen wr" wss und wt.. angeschlossen.
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Beim Auftreten von Kippschwingungen dagegen wird das empfindliche
Relais RS 3 erregt und schließt seinen relativ schwach belastbaren Arbeitskontakt
rs, Dadurch wird das robustere Hilfsrelais H erregt, das durch Schließen seines
verhältnismäßig stark belastbaren Kontaktes h das Schütz SZ an die Hilfsspannung
Uh anschließt. Dadurch wird das Schütz SZ
erregt, sein Arbeitskontakt
sz geschlossen und damit der Widerstand R an die im offenen Dreieck geschalteten
Hilfswicklungen wrs, ws, und wt, angeschlossen.