DE1288677B - Messwandler fuer einen zumindest zeitweilig einen Gleichstromanteil aufweisenden Wechselstrom - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwandler für einen zumindest zeitweilig einen Gleichstromanteil aufweisenden Wechselstrom mit einer sekundär eingespeisten Hilfswechselspannung.
• Bei Messungen von Wechselströmen mit überlagertem Gleichstromanteil, insbesondere in Netzen hoher Kurzschlußleistung, ist es erforderlich, sicherzustellen, daß die Meßwandler an nachgeschaltete Meßinstrumente, Relais u. dgl. genaue Werte des zu messenden Stromes übermitteln. Diese Werte dürfen vor allem nicht durch Sättigungserscheinungen verfälscht sein.
• Nun ist bekannt, daß ein Stromwandler, dessen Sekundärkreis eine Hilfswechselspannung mit Netzfrequenz zugeführt wird (F i g. 1), einen primären Wechselstrom ohne Gleichstromanteil wie ein normaler Stromwandler überträgt, wobei die zusätzliche Spannungsquelle über ihren Magnetisierungsstrom bei gutem Kernmaterial nur einen geringen Zusatzfehler bewirkt. überlagert sich dem primären Wechselstrom ein langsam abklingender Gleichstromanteil, so wird ein Wandler ohne sekundäre Zusatzspannung bei der Übertragung des Gleichstromgliedes bald seine Sättigungsgrenze erreichen und damit als Stromwandler nach wenigen Halbwellen ausfallen. Ist eine Wechselspannungsquelle im Sekundärkreis, so wird das Gleichstromglied des Primärstromes nach Art des stromsteuernden Transduktors sekundär in einen Wechselstrom umgeformt, der jeweils in der einen Halbwelle den Gleichstrom abbildet und in der anderenHalbwelle eineAusgleichsspitze mit schmaler Basis ausbildet (F i g. 2). Dieser zusätzliche Wechselstrom (Transduktorstrom) hat die Grundfrequenz der Hilfsspannung. Der resultierende Strom bildet im Oszillogramm den Primärstrom bei beliebiger Dauer der Gleichstromglieder ab, wenn man von den charakteristischen und im Oszillogramm meist lichtschwachen Ausgleichsspitzen absieht. Eine derartige Wandlerschaltung ist als Universal-Oszillographierwandler bekannt.
• Es ist ferner ein Stromwandler bekannt, dessen Kern zur Vermeidung von Sättigungserscheinungen beim Auftreten von Gleichstromanteilen im Meßwechselstrom einen Luftspalt aufweist. Durch diesen Luftspalt wird die Magnetisierungskennlinie über einen bestimmten Bereich linearisiert, doch ergibt sich damit der Nachteil, daß mit einem Meßwandler dieser Bauart keine hohe Genauigkeit erzielbar ist.
• Die vorliegende Erfindung geht dagegen von folgender Erkenntnis aus: Wenn der fremd erregte Stromwandler wegen seiner weitgehenden Unabhängigkeit von Gleichstromanteilen zum Speisen von Schutzeinrichtungen (Distanzschutz usw.) verwendet werden soll, so darf die Hilfswechselspannung im Sekundärkreis jedoch nicht mehr die Frequenz des Meßwechselstromes haben, da sich sonst zum Meßstrom 12 beim Auftreten von Gleichstromanteilen noch ein zusätzlicher Transduktorstrom 12 T addiert, der neben zahlreichen Oberschwingungen eine starke 50-Hz-Grundschwingung enthält (s. F i g. 2 unten), die den Effektivwert des sekundären Wechselstromes verändert.
• Es besteht also die Aufgabe, einen Meßwandler anzugeben, der insbesondere die starke Grundschwingung nicht enthält, da ihretwegen die den nachgeschalteten Instrumenten, Relais usw. eingespeiste Meßgröße stark verfälscht wird und damit zu einem falschen Entschluß der Schutzeinrichtungen führt. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Schaltungsmittel vorgesehen oder Maßnahmen getroffen sind, die bei Auftreten eines Gleichstromanteiles einen dem primären Meßwechselstrom gleichfrequenten Transduktorstrom im Bürdenpfad verhindern. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß die Frequenz der sekundär eingespeisten Hilfswechselspannung ungleich der Frequenz des Meßwechselstromes ist.
• In zweckmäßigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Hilfswechselspannung unter anderem entweder einem statischen elektromechanischen Frequenzwandler oder einem Wechselrichter mit gesteuerten Ventilen, beispielsweise mit 100 oder 150 Hz, entnommen. Damit sprechen wattmetrische Relais in Schutzeinrichtungen nur auf den transformatorisch mit Netzfrequenz fn übertragenen Primärstrom an, da der Transduktorstrom 12T mit der Frequenz n - f, nur indirekt einen geringen Einfluß auf den sekundären Grundwellenstrom 12 nehmen kann. Sollen die Relais auf den Mittelwert oder Effektivwert des übertragenen Wechselstromes 12 ansprechen, so wird die Grundwelle in bekannter Weise über Resonanzkreise, Siebkreise oder RC-Glieder von 12T, d. h. den durch eine Gleichstromvormagnetisierung bedingten Oberschwingungen höherer Ordnungszahl, befreit.
• Da es aber in bestimmten Fällen zu kostspielig sein wird, eine Spannung netzfremder Frequenz zur Verfügung zu stellen, kann gemäß der Erfindung mit der Frequenz des Meßwechselstromes in einer Zweikernschaltung das gleiche erreicht werden (F i g. 3). In dieser Schaltung werden einem nicht dargestellten Hilfstransformator mit zwei gleichen, galvanisch getrennten Sekundärwicklungen zwei um 180° phasenverschobene Wechselspannungen mit der Frequenz des Meßwechselstromes entnommen, die die Sekundärwicklungen des Zweikernwandlers speisen. Dann werden zweckmäßig die beiden Sekundärströme in der gemeinsamen Bürde derart zusammengesetzt, daß sich die transformierten Wechselströme 12" und 12 b phasengleich addieren, während sich die beiden Transduktorströme I,TQ und 12Tt, entsprechend dem 180°-Phasenunterschied der Hilfswechselspannungen in der Grundwelle und den ungeradzahligen Oberschwingungen praktisch aufheben (F i g. 4). Damit bleiben im Bürdenstrom nur noch geradzahlige Oberschwingungen höherer Frequenz bestehen, die keinen Einfluß mehr auf die transformierte Grundschwingung 12 nehmen (F i g. 5). Ein Anschlußtrafo mit getrennten Sekundärwicklungen ist dann entbehrlich, wenn die Sekundärströme im Bürdenzweig über einen Summenstromwandler addiert werden.
• Das Prinzip läßt sich gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens auf höhere Ring- und Phasenzahlen beliebig ausdehnen. So würden in einem Drei-Ring-System mit einer dreiphasigen Hilfsspannung in der Stern-Punkt-Verbindung nach F i g. 6 neben dem transformierten Wandlerstrom vom Transduktorstrom nur noch die Oberschwingungen v = 3, 6, 9, 12 ... übrigbleiben.
• Der sekundäre Meßstrom kann in vorteilhafter Weise von der Grundschwingung des Transduktorstromes und zugleich einem Teil seiner Oberschwingungen getrennt werden, indem der Wandler je Kern zwei getrennte Sekundärwicklungen erhält. Während beispielsweise nach dieser Ausführungsform des Meßwandlers nach der Erfindung bei einer mehrphasigen Hilfswechselspannung die erste Gruppe der Sekundärwicklungen, die an den Hilfswechselspannungen liegt, zu einer Sternschaltung zusammengeschlossen ist, ist die zweite Gruppe der Sekundärwicklungen, welche die Meßwicklung darstellt, zu einer Polygonschaltung zusammengefaßt. Diese führt den sekundären Meßstrom 1.,. Die dazugehörige Schaltung ist in F i g. 8 für ein dreiphasiges Spannungssystem und in F i g. 7 für ein einphasiges Spannungssystem dargestellt. Sie hat den Vorteil, daß Meß- und Hilfsspannungssystem galvanisch getrennt und in ihrem übersetzungsverhältnis voneinander unabhängig sind. Das Hilfsspannungssystem braucht dann nur für kurzseitige Belastung ausgelegt zu werden.
• Die Erfindung gestattet insbesondere eine sichere Messung von Wechselströmen, insbesondere in Hochspannungsnetzen, die - etwa im Kurzschluß- oder Überlastfall - von relativ großen Gleichstromgliedern hoher Zeitkonstante überlagert werden. Bei den derzeitigen hohen Kurzschlußleistungen, deren Größenordnung weiter anwächst, ist der Schutztechnik damit ein sicheres Mittel zur Vermeidung von Fehlern und Ausfällen an die Hand gegeben.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Meßwandler für einen zumindest zeitweilig einen Gleichstromanteil aufweisenden Wechselstrom mit einer sekundär eingespeisten Hilfswechselspannung, dadurch gekennzeichn e t, daß Schaltungsmittel vorgesehen oder Maßnahmen getroffen sind, die bei Auftreten eines Gleichstromanteiles einen dem primären Meßwechselstrom gleichfrequenten Transduktorstrom im Bürdenpfad verhindern.
2. 2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Hilfswechselspannung ungleich der Frequenz des Meßwechselstromes ist.
3. 3. Wandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Liefern der Hilfswechselspannung ein statischer elektromagnetischer Frequenzwandler dient.
4. 4. Wandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Liefern der Hilfswechselspannung ein Wechselrichter mit gesteuerten Ventilen dient.
5. 5. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mit zwei Kernen ausgeführt ist, die je eine Sekundärwicklung besitzen, die von gleichgroßen, aber um 180° phasenverschobenen Hilfswechselspannungen mit der Frequenz des Meßwechselstromes gespeist sind und deren Sekundärströme sich im gemeinsamen Bürdenpfad addieren.
6. 6. Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswechselspannungen galvanisch getrennt zugeführt sind.
7. 7. Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei galvanisch nicht voneinander getrennter Zuführung der Hilfswechselspannungen im Bürdenpfad ein Summenstromwandler zum Addieren der Sekundärströme vorgesehen ist. B.
8. Wandler nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er mehr als zwei Kerne aufweist und die Phasenzahl der Hilfswechselspannungen ebenfalls größer als zwei ist.
9. 9. Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß je Kern zwei getrennte Sekundärwicklungen vorhanden sind, daß ferner eine Hälfte dieser Wicklungen an ein mehrphasiges Hilfswechselspannungssystem angeschlossen und in Stern geschaltet ist und daß weiterhin die andere Hälfte der Wicklungen in Polygonschaltung ausgeführt ist und die Bürde speist (s. F i g. 8).
10. 10. Wandler nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch Mittel zum Befreien des sekundären Wandlerstromes oder eines davon an einem Nebenschlußwiderstand erzeugten Spannungsabfalls von den restlichen Oberschwingungen des Transduktorstromes im Bürdenpfad.