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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es ist bereits eine Einrichtung zur Feststellung von Unterspannungen
bekannt, bei der über einen Drehstromgleichrichter eine Meßgröße von den Phasenspannungen
eines Drehstromsystems abgeleitet wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.