DE1294528B - Einrichtung zum Schutz von Drehstromverbrauchern - Google Patents

Einrichtung zum Schutz von Drehstromverbrauchern

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DE1294528B DE1964Z0011051 DEZ0011051A DE1294528B DE 1294528 B DE1294528 B DE 1294528B DE 1964Z0011051 DE1964Z0011051 DE 1964Z0011051 DE Z0011051 A DEZ0011051 A DE Z0011051A DE 1294528 B DE1294528 B DE 1294528B
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/24Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage
    • H02H3/253Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage for multiphase applications, e.g. phase interruption

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Tritt beim Betrieb von Drehstromverbrauchern eine Störung in der Stromversorgung, beispielsweise durch Ausfall einer Phase auf, so können Schädigungen des Verbrauchers 'die Folge sein. Werden beispielsweise Induktionsmotoren nach Ausfall einer Phase nur mit zwei Phasen betrieben, so durchfließt sie ein erhöhter Strom, was zu thermischer 17berlastung führen kann.
  • Es ist deshalb üblich, gefährdete Drehstromverbraucher durch sogenannte Drehstromphasenwächter zu schützen. Die bisher bekannten Schutzvorrichtungen sind nur in einem bestimmten Lastbereich wirksam, erfordern symmetrische Phasenlasten oder werden bei Rückspannung' unwirksam. Sie bieten also keinen vollkommengu,$chutz des Verbrauchers. Weiterhin haben einige dieser bekannten Schutzvorrichtungen den Nachteil, daß sie nicht universell anwende bar sind, sondern daß sie für jeden Drehstromverbraucher gesondert dimensioniert werden müssen.
  • Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Schutz von Drehstromverbrauchern zu schaffen, die frei von den Nachteilen der bisher bekannten Schutzvorrichtungen sind und die zudem einige weitere technische Vorteile mit sich bringen.
  • Richtet man die Phasenspannungen eines Drehstromsystems gleich, so ist das Verhältnis des Scheitelwertes der gleichgerichteten Spannung zum niedrigsten Momentanwert unabhängig von der Höhe der Spannung und konstant. Dieses Verhältnis ändert sich aber sowohl bei Ausfall einer Phase als auch bei Spannungsabsenkung- einer Phase und bei Phasenwinkelverschiebung einer Phase. Die Änderung des angegebenen Verhältnisses' ist also ein Zeichen für das Auftreten von Störungen in einem Drehstromsystem.
  • Es ist nun jedoch so, daß eine Einrichtung, bei welcher das angegebene Verhältnis zum Schutz eines Drehstromverbrauchers gebildet wird, sehr aufwendig ist. Da es ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Einrichtung zu schaffen, die wenig Aufwand erfordert, hat man hier auf die Bildung des Verhältnisses von Scheitelwert zu Momentanwert verzichtet.
  • Statt dessen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schutz von Drehstromverbrauchern die Differenz zwischen dem Scheitelwert und dem niedrigsten Momentanwert der gleichgerichteten Spannung eines Drehstromsystems gebildet, daraus eine Größe abgeleitet, und bei überschreiten des in einem ungestörten System vorliegenden Verhältnisses ändert sich der Differenzwert, und die daraus abgeleitete Größe löst eine Anzeige aus und/oder schaltet den Drehstromverbraucber ab.
  • Es ist bereits eine Einrichtung zur Feststellung von Unterspannungen bekannt, bei der über einen Drehstromgleichrichter eine Meßgröße von den Phasenspannungen eines Drehstromsystems abgeleitet wird.
  • Dieser Meßgröße wird eine konstante Vergleichsspannung entgegengeschaltet. Die Differenz dieser beiden Meßgrößen dient zur Auslösung einer Kaltkathodenröhre, welche eine Anzeige zur Abschaltung des Verbrauchers vom Netz veranlaßt, diese bekannte Einrichtung ist jedoch nur als Unterspannungsschutz geeignet. Phasenunsymmetrien und Phasenverschiebungen einzelner Phasen sind damit nicht exakt erfaßbar.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schutz von Drehstromverbrauchern, welche die Differenz zweier aus den zu überwachenden, über einen-Drehstromgleichrichter gleichgerichteten Phasenspannungen abgeleiteten Meßgrößen bildet, deren eine dem Scheitelwert Phasenspannung etwa proportional ist und eine Anzeige und/oder die Abschaltung des Drehstromverbrauchers dann einleitet, wenn die Differenz einen bestimmten Wert überschreitet. Erfindungsgemäß ist hierbei die zweite Meßgröße dem Momentanwert der gleichgerichteten Phasenspannungen: proportional. Diese Einrichtung arbeitet- mit genügend großer Genauigkeit u4d benötigt nur einen relativ einfachen Aufbau.
  • Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß in)Drehstromsystemen normalerweise Spannungsschw4nkungen von ±5 % auftreten, empfiehlt es sich bei dem neuen Verfahren, nicht den theoretischen Dierenzwert zwischen dem Scheitelwert und dem niedrigsten Momentanwert der gleichgerichteten Spannung zum Auslösen einer Anzeige und/oder zum Abschalten des Drehstromverbrauchers auszunutzen, sondern einen Differenzwert zu wählen, welcher den Spannungsschwankungen im-Drehstromsystem Rechnung trägt.
  • Die neue Einrichtung hat den wesentlichen Vorteil, daß sie unabhängig von der angeschlossenen Last arbeitet, da nur die dem Verbraucher zugeführten Spannungen der drei Phasen nach gleicher Hölle und Phasenlage kontrolliert werden. Weiterhin ist die neue Einrichtung auch dann voll wirksam, wenn die, ausgefallene Phase infolge angeschlossener verketteter Drehstromverbraucher Rückspannung erhält. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß auch Drehstromverbraucher mit unsymmetrischen Phasenlasten geschützt werden. Ebenso werden mit Hilfe der neuen Einrichtung die an einem Drehstromsystem angeschlossenen Einphasenverbraucher, deren funktionelles Arbeiten voneinander abhängig ist, geschützt.
  • Der grundsätzliche Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt darin, daß nur die dem Verbraucher zugeführten Spannungen der drei Phasen nach gleicher Höhe und Phasenlage kontrolliert werden, so daß sie unabhängig von der Art der angeschlossenen Verbraucher und unabhängig von den Phasenlasten arbeitet. Ferner ist die Einrichtung auch schon vor dem -Einschalten des Drehstrornverbrauchers wirksam.
  • Die F i g. 1 bis 3 der Zeichnungen dienen zur weiteren Erläuterung der Einrichtung nach der Erfindung. Im einzelnen zeigt F i g. 1 die gleichgerichtete Spannung U der Phasen R, S, T eines Drehstromsystems in Abhängigkeit von der Zeit t, F i g. 2 das Prinzipschaltbild der Einrichtung nach der Erfindung, F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung.
  • In F i g. 1 ist mit Ul die Kurve bezeichnet, welche dem zeitlichen Verlauf der gleichgerichteten Spannung eines Drehstromsystems entspricht. Die von den einzelnen Phasen des Drehstromsystems gelieferten Anteile dieser Spannung sind mit R, S und T bezeichnet. Mit U2 ist der Scheitelwert der gleichgerichteten Spannung bezeichnet, während U3 den niedrigsten Momentanwert der gleichgerichteten Spannung bezeichnet, wenn keine Störung vorliegt.
  • Wie man aus dieser Darstellung ohne weiteres erkennt, ändert sich beispielsweise bei Ausfall einer Phase oder bei Spannungsabsenkung einer Phase oder auch bei Phasenwinkelverschiebung einer Phase die Differenz zwischen U2 und dem niedrigsten Momentanwert U3. So ist beispielsweise in F i g. 1 das Auftreten einer Phasenwinkelverschiebung der Phase S gezeichnet. In diesem Fall nimmt die mit D bezeichnete Differenz zwischen dem Scheitelwert U2 und dem niedrigsten Momentanwert U3 sofort zu. Das Auftreten einer Differenzspannung D, welche, größer ist als die Differenz zwischen den Spannungen U, und U3, ist also stets ein Kriterium für das Auftreten einer Störung im Drehstromsystem.
  • Wie das in F i g. 2 dargestellte Prinzipschaltbild zeigt, sind hier die zur erfindungsgemäßen Einrichtung führenden Leitungen parallel zu den zum Verbraucher führenden Leitungen 2 geschaltet. Mit 3 ist ein Drehstromgleichrichter bezeichnet, an dessen Ausgang die in F i g. 1 mit U1 bezeichnete gleichgerichtete Spannung auftritt. Diese Spannung wird über einen Gleichrichter 4 einem Kondensator 5 zugeführt. Da der Gleichrichter 4 in Sperrichtung einen sehr hohen Widerstand hat, lädt sich der Kondensator 5 auf die in F i g. 1 mit U2 bezeichnete Scheitelspannung auf und entlädt sich nur gezielt mit einer bestimmten Zeitkonstante, um einer Scheitelwertsänderung zu folgen. Mit 6 ist ein Gerät bezeichnet, in welchem die Spannungsdifferenz zwischen der über die Leitung 7 zugeführten Scheitelspannung U2 und der über die Leitung 8 zugeführten gleichgerichteten Spannung U1 festgestellt wird. Sobald diese Differenzspannung einen vorgegebenen Wert überschreitet, werden über ein Relais die Schalter 9 und 10 betätigt. Der Schalter 9 wird geschlossen, so daß eine Anzeigelampe 11 aufleuchtet und das Vorliegen einer Störung anzeigt. Zugleich wird der Schalter 10 geöffnet, so daß die zum Drehstromverbraucher führende Leitung 2 unterbrochen ist.
  • Bei der in F i g. 3 dargestellten Schaltung sind mit 12, 13, 14 die Gleichrichter des Drehstromgleichrichters bezeichnet. Zwischen dem Ausgang des Gleichrichters und dem Mp-Leiter 28 ist ein Widerstand 15 angeordnet, durch welchen der vom Gleichrichter 12, 13, 14 gelieferte Strom fließt und über welchem deshalb die in F i g. 1 mit U1 bezeichnete Spannung abfällt. Der Gleichrichter 4 und der Kondensator 5 üben dieselbe Funktion aus wie in der Schaltung nach F i g. 2, d. h., am Kondensator entsteht eine Gleichspannung U2, welche der höchsten Phasenspannung der von der Gleichrichterschaltung 12, 13, 14 gelieferten Spannung entspricht. Parallel zum Gleichrichter 4 sind Widerstände 16, 17 und 18 geschaltet, wobei der Widerstand 17 mit einem Abgriff 19 versehen ist. Die Widerstände 16, 17, 18 sind sehr hochohmig gegenüber dem Widerstand 15. Deshalb kann der durch die am Kondensator 5 liegende Spannung U2 hervorgerufene Spannungsabfall am Widerstand 15 mit sehr guter Näherung vernachlässigt werden.
  • Am Widerstand 15 fällt also im wesentlichen nur die in F i g. 1 mit U1 bezeichnete gleichgerichtete Spannung ab. Es entsteht deshalb zwischen den Punkten 27 und 29 stets die Differenzspannung U2-Ul. Der zeitliche Verlauf dieser Differenzspannung ist aus F i g. 1 zu erkennen, in welcher der zwischen zwei Phasenspannungen liegende Teil dieser Differenzspannung schraffiert eingezeichnet ist. Mittels des Abgriffes 19 am Widerstand 17 kann nun die Höhe der Spannung vorgewählt werden, bei welcher im Fehlerfall eine Anzeige ausgelöst und/oder der Verbraucher abgeschaltet wird.
  • Zu diesem Zweck ist parallel zum Kondensator 5 eine gasgefüllte Kaltkathodenröhre 20 vorgesehen, in deren Anodenleitung ein Relais 21 angeordnet :ist. Die Zündelektrode 22 der Röhre 20 ist über einen Gleichrichter 23 und das aus dem Widerstand 24 und dem Kondensator 25 bestehende Zeitglied mit dem Abgriff 19 des Widerstandes 17 verbunden. Mit 26 ist ein Schutzwiderstand für die Zündelektrode 22 bezeichriet.
  • Sobald die am Abgriff 19 auftretende Spannung den vorgewählten Wert überschreitet, wird über den Gleichrichter 23 und den Widerstand 24 der Kondensator 25 aufgeladen. Der Gleichrichter 23 verhindert eine Entladung des Kondensators 25 über die Widerstände 17, 18 und 15. Tritt die Störung im Drehstromsystem nur kurzzeitig auf, so genügt die am Kondensator 25 entstehende Spannung nicht zu einer Zündung der Röhre 20. Tritt dagegen die Störung über eine längere Zeit auf, so erreicht schließlich nach einer mittels des Widerstandes 24 einstellbaren Zeit die Spannung am Kondensator 25 eine Höhe, bei welcher über die Zündelektrode 22 die Röhre 20 gezündet wird. Beim Zünden der Röhre 20 zieht das Relais 21 an und schaltet den Drehstromverbraucher ab. Zugleich leuchtet die parallel zum Relais 21 geschaltete Glimmlampe 27 auf. Die Röhre 20 bleibt gezündet, so daß also auch der Drehstromverbraucher abgeschaltet bleibt. Erst nach Abschalten der Netzspannung und Beseitigen der Störung kann der Drehstromverbraucher wieder an das Netz angeschlossen werden.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Schutz von Drehstromverbrauchern, welche die Differenz zweier aus den zu überwachenden, über einen Drehstromgleichrichter gleichgerichteten Phasenspannungen abgeleiteten Meßgrößen bildet, deren eine dem Scheitelwert der Phasenspannungen proportional ist und eine Anzeige und/oder die Abschaltung des Drehstromverbrauchers dann einleitet, wenn die Differenz einen bestimmten Wert überschreitet, d a -durch gekennzeichnet, daß die zweite Meßgröße dem Momentanwert der gleichgerichteten Phasenspannungen proportional ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Drehstromgleichrichter (12, 13, 14) und einem Netznullpunkt (28) ein Widerstand (15) liegt, daß parallel zum Widerstand (15) die Reihenschaltung eines Kondensators (5) und eines Gleichrichters (4) geschaltet ist und daß der Gleichrichter (4) von einem Spannungsteiler (16, 17, 18) überbrückt ist, an dessen Abgriff (19) ein vorwählbarer Teil der Differenzspannung liegt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung der Anzeige und/oder zum Abschalten des Verbrauchers parallel zum Kondensator (5) eine gasgefüllte Kaltkathodenröhre (20) vorgesehen ist, in deren Anodenleitung ein die Auslösung der Anzeige und/oder die Abschaltung des Verbrauchers bewirkendes Relais (21) eingeschaltet ist und deren Zündelektrode (22) über einen Gleichrichter (23) und ein Zeitglied (24, 25) mit dem Abgriff (19) des Spannungsteilers in Verbindung steht.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Relais (21) eine Glimmlampe (27) geschaltet ist.
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