DE1463039A1 - Dreiphasen-Spannungsminimumrelais - Google Patents

Description

Dipl. Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser woo Manch.» to. ¹ °- AprxL 1963

Dipl-Ing. Gottfried Leiser e,„.b.rg.r,tro„eι» .,« Patentanwalt· I H O O U O Ό Telegramm·! Labyrinth München

Telefon! 83 15 10 Poctsdieddieatoi Mönchen 117078

Compagnie dea Compteura...

Unser Zeichen: Q 2115 Dreiphasen-Spannungatninimumrelais

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dreiphasen—Spannungs· minimutnrelais mit zwei Pilterschaltungen, von denen die eine die Mitsystemkoaiponente und die andere die Gegensystemkomponente der Spannung liefert.

Die Überwachung der Spannungen eines Dreiphasennetzes ergibt sehr verschiedene betriebliche Gesichtspunkte, je nachdem, ob ein Spannungstnaximumschutζ oder ein Spannungsrainimumachutz gefordert wird.

Eine Spannungamaxioouoiachutzeinrichtung arbeitet stets brauchbar, selbst im unsymmetrischen Betrieb, da es mit den bekannten Anordnungen möglich ist. die grösste der drei Spannungen zu überwachen·

Dagegen muss ein Spannungsminimumschutz je nach Art der an daa Netz angeschlossenen Verbraucher sehr unterschiedliche Bedingungen erfüllen:

a) Das Drehmoment von rotierenden Dreiphasenmaschinen hängt im wesentlichen von der Mitsyatemkomponente der drei Spannungen unabhängig von dem Wert jeder .Einzelspannung ab.

b) Der Schutz bestimmter Einphasenstromkreise oder Einphasengeräte erfordert die Überwachung des Kleinstwertes der kleinsten der drei Spannungen,

c) Der richtige Betrieb bestimmter Dreiphasengleichrichter ist nur dann gewährleistet, wenn nur eine geringe Unsymmetrie der Spannungen besteht, also wenn die Gegensystemspannung einen kleinen Wert hat.

Daraus ist zu ersehen, dass eine Einrichtung mit drei unabhängigen Einpbaaen-Spaunungenjinimuiarelaie nur für d«n Schute der im Funkt b) genannten Geräte vollkootnen wirksam ist.

Ein einziges SpannungsniBinuarelais in Verbindung mit einer Schaltung, nelohe die MltaysteakoapoBeBte ausfiltert, ergibt nur einen wirksaaen Sohuts tob rotierenden Dreiphasenaasohinea.

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Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Dreiphasen-Spatinungsrainimumrelais, das zugleich sämtliche zuvor angeführten Bedingungen mit einem' grossen Einstellbereich erfüllen kann, wobei das Relais aus einem einzigen Detektororgan besteht, dem eine einzige Messgrösse zugeführt wird, welche der Differenz zwischen der Mitsystemkomponente und der Gegensystemkomponente der Dreiphaserispannungeri proportional ist, wobei wenigstens eine dieser Komponenten gleichgerichtet und gefiltert wird.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass wenigstens eine der beiden Filterschaltungen einen Gleichrichterkreis und ein Tiefpassfilter enthält, dass die beiden Filterschaltungqn so zusammengeschaltet sind, dass an ihren gemeinsamen Ausgangsklemmen eine Differenz-Spannung erhalten wird, die der Differenz zwischen der Mitsystemkomponente und einer der G-egensystemkomponente proportionalen Spannung entspricht, dass ein Gleiohspannungsstabllisator vorgesehen ist, der eine Bezugsspannung liefert, dass die gemeinsamen Ausgangsklemmen der beiden !Filterschaltungen und die Ausgangsklemmen des Gleichspannungsstabilisators mit den Eingangsklemmen * eines Spaanungsdifferenzdetektors verbunden sind, und dass der Ausgang des Spannungsdifferenzdetektors über einen Verstärker mit einer Steuer- oder Anzeigeschaltung derart verbunden ist, dass dieser nur dann ein Signal zugeführt * wird wenn die Differenzspännuhg kleiner als die Bezugsspannung ist. ·-.... :ri^..; J₉ -^m-

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Die !wirkungsweise der erfindungsgeraässen Anordnung beruht auf folgender Erscheinung:

Bei einem Dreiphasennetz ist im normalen Betrieb die Mitsystemkomponente der Spannung grosser als die Bezugsspannung, und die Gegensystemkomponente"hat den Wert Null; unter diesen Bedingungen spricht das erfindungsgeaiässe Spannungsminimurarelais daher nicht an.

Im Falle eines symmetrischen Dehlers (beispielsweise Kurzschluss zwischen den drei Phasen) wird die Mitsystemkomponente der Spannung kleiner als die Bezugsspannung, so dass das Relais anspricht, obgleich die Gegensystemkoraponente der Spannung immer noch den Wert Null behält.

Im Fall eines unsymmetrischen Dehlers (beispielsweise Brdschluss einer Phase, Unterbrechung einer Phase usw.) fällt die Mitsystemkomponente der Spannung mehr oder weniger stark ab, während die Gegensystemkomponente der Spannung beträchtlich zunimmt, so dass auch in diesem Fall die Differenzspannung V^-K.^₁ unter den Wert der Bezugsspannung fällt. Das Relais spricht daher auch in diesem Fall an, wobei der Ansprechpunkt durch die Wahl der Proportionalitätskoeffizienten K und P festgelegt werden.kann.

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Eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, dass zwischen den Ausgang des Gieichspannungsstabilieators und den entsprechenden Eingang des Spannungsdifferenzdetektors eine Einfügungsschaltung eingefügt ist, die einen an den Verstärker angeschlossenen zusätzlichen Eingang aufweist und so ausgeführt ist, dass sie die Bezugsspannung um eine konstante Hilfsspannung ändert, wenn der Verstärker ein Ausgangssignal abgibt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. In der Zeichnung zeigen:

£ig.1 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Pig, 2 ein lineares Spannungsdiagratnm,

Fig.3 ein Diagramm der Breiphasenspannungen mit Barstellung der Hitsystemkomponenten und der Gregensystemkomponenten dieser Spannungen im lalle einer Abschwächung einer der verketteten Spannungen und

3?ig.4 eine Schar von Einstellkennlinien des erfindungsgemässen Relais· .

fig.1 zeigt eine JPiltersohaltung 10 von an sich bekannter Art, welche mit den drei verketteten Spannungen U^₃,

gespeist 909813/0904

gespeist wird, und welche die Gegensystemkoraponente Y^ der Drei phasen-Spe te spannung liefert. Diese Filterschaltung enthält einen Spannungswandler bekannter Art, eine Gleichrichterschaltung und ein Tiefpassfilter, mit denen eine Spannung KV^ erhalten wird, wie sie bei 1 in Mg.2 dargestellt ist. Dabei ist X ein Proportionalitätskoeffizient, welcher das Verhältnis der Gegensystemkoraponente bestimmt, das beim Betrieb des Relais zur Wirkung kommen soll.

Eine zweite Pilterschaltung 11 von gleichfalls bekannter Art, die ebenfalls die drei Spannungen TJ.^, UWj, Uq. empfängt, ermöglicht die Bildung der Mitsystemkomponente Y, der Dreiphasen-Speisespannung. Diese Filterschaltung enthält einen Gleichrichterkreis, mit dessen Hilfe eine Spannung V^ der bei 2 in Fig. 2 bezeichneten Art erhalten wird.

Sie Piltersohaltungen 10 und 11 sind so angeschlossen, dass die Spannung KV^ von der Spannung V, abgezogen wird, so dass an den Ausgangsklemmen der Filterschaltung 10 die bei 3 in I*ig.2 dargestellte Spannung Y_ffl erhalten wird. Diese Spannung V_ffl= "V^-KV₁ wird den Klemmen 12a und 12a¹ eines Abweichungsdetektors 12 zugeführt.

Ein Spannungsstabilisator 14 ist an eine Spannungsquelle angeschlossen, die eine Gleichspannung des Wertes U abgibt,

(Bezugszeichen 909813/0904

(Bezugszeichen 7 in Iig.2), und von der nur die Klemmen O, O¹ dargestellt sind. Dieser Spaanungsstabilisator enthält beispielsweise eine Serienschaltung _r aus einem Widerstand 140 und einer2enerdiode 141, welche zwischen den Klemmen O und O* angeschlossen ist. Mit den Klemmen der Zenerdiode ist ein Potentiometerwiderstand 14.2 verbunden, an dem

eine Bezugsspannung P.Y_n abgenommen wird (Bezugszeichen 6 in Fig.2). Diese Spannung ist ein einstellbarer Bruchteil P der Nennspannung des Dr eip has en netzes, an welches das erfindungsgemässe Relais angeschlossen ist. Diese Bezugs— spannung ist die Spannung, unter welcher das Relais ansprechen soll. Dies bedeutet also, dass der Arbeitspunkt des Relais durch folgende Ungleichung gegeben ist:

Eine "Einfügungeschaltung" 13 lifert eine genau definierte Hilfespannung beim Ansprechen des Abweiehungsdetektors 12.

Biese Spannung p.V_n(BezugS2eiehen 5 von fig.2) ist ein

Ί
einstellbarer kleiner Bruchteil ρ der Hennspannung VV; sie vergrössert die Abweichungsspannung ndi beim Ansprechen des Relais, wenn die Nennspannung abnimmt, oder sie verringert diese Abweichungsspannung beim Ansprechen des Relais, wenn die Nennspannung sich in wachsendem Sinn ändert.

Diese

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Diese im Sinn einer positiven Rückkopplung wirkende Spannung P*V ermöglicht ein eindeutiges Ansprechen des Relais.

Die Spannung Y_n - P»V„ + p.V (Bezugszeichen 4 von Pig.2) wird den Klemmen 12b, 12b¹ des Abweichungsdetektors 12 zugeführt.

An den Abweichungsdetektor 12 ist ein Verstärker 15 angeschlossen, dessen Ausgangsklemmen einerseits einen Regel- oder Anzeigekreis 16 und andrerseits die Einfügungsschaltung 13 speisen.

Wenn in dem Abweichungsdetektor 12 die Spannung Ϋλ-JL.V^ grosser als die Spannung £*V_n ist, ist die Differenz zwischen den Spannungen V·, - K.V. und 1".V_n positiv, und der Verstärker 15 gibt keine Ausgangsspannung ab. Wenn diese Differenz negativ ist, gibt der Verstärker eine Ausgangsspannung ab, die dem Regel- oder Anzeigekreis 16 zugeführt wird, sowie der Einfügungsschaltung 13, welche die Hilfespannung P*V_Q abgibt.

Tür einen symmetrischen Spannungsabfall hat die Gregensystemspannung Vjden Wert Null, so dass d.er Ansprechpunkt des Relais nach der Gleichung (1) wird:

. V_n

ⁿ Bei

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Bei einem unsymmetrischen Spannungsabfall hängt der Ansprechpunkt des Relais, wie durch die Gleichung (1) angegeben ist, von den Amplituden der Mitsystemkomponente V·, und der Gegensystemkomponente V. der Dreiphasenspannungen sowie τοπ den Werten der Koeffizienten K und P ab·

Es soll an Hand von Fig. 3 der Betrieb des Relais bei einem besonders häufigen Pail erläutert werden, nämlich bei einer Abschwächung einer der drei verketteten Spannungen. Diese Abschwächung tritt bei einem entfernten fehler zwischen zwei Phasen auf. In der Darstellung entspricht das gleichzeitige Dreieck A, B, 0 den drei verketteten Spannungen Uyj, ü-gQ, Uq^ im normalen symmetrischen Betrieb. Die Strecken A-H, B-H, G-H entsprechen den drei Strangspannungen (d.h. den Spannungen zwischen jeder Phase und dem Nullpunkt), die den Wert V_n haben. Im Fall eines Fehlers zwischen den Phasen B und G wird aus diesem gleichseitigen Dreieck ein gleichschenkliges Dreieck A, B¹, C¹, und die verketteten Spannungen werden zu U^-g,,

Uj₁Q₁»Ü_C,_A# Bekanntlich können die Mitsystemkomponente und die Gegensystemkomponente mit Hilfe einer einfachen graphischen Konstruktion dadurch abgeleitet werden, dass bei S und Ϊ die Spitzen der gleichseitigen Dreiecke mit der Basis B'-C* aufgetragen werden. Dann gilt:

AS * 3V₁ und ΑΪ =

Wenn

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Wenn rait X das Verhältnis der Spannungen U-g_lc, und bezeichnet wird, gilt:

^ÜBO

Andrerseits gilt nach ]?ig.3:

l'-l : _ V

- SIi

3V_d = V_n +

Daraus wird nach Vereinfachung: --r.ie&& T₁ = \ T_n(I - X)

r_a = \ τ_η(ι + x)

Wenn diese Werte von V₁ und V_d in die Gleichung (1) eingesetzt werden, erhält man:

(1 +X) = K(1 - I)

Wenn man sich auf einen Wert P für einen symmetrischen Spannungsabfall und auf einen Wert X für einen unsymmetrischen Spannungsabfall festlegt, lässt sich daraus der Wert ableiten, den der Koeffizient £ haben muss:

- ^2P

1 - X

Umgekehrt kann man aus der obigen Gleichung den Wert von X als funktion von P und £ ableiten:

E - 1 + 2P

1 + E 909813/0904

Pig.4 zeigt die Kennlinien, aus denen für verschiedene Werte des Parameters P (von 0,5 bis 0,9) der Wert dee Koeffiziente £ als Funktion des Wertes X (Verhältnis zwischen der fehlerhaften verketteten Spannung und der Nenngrösse der verketteten Spannung) oder der Wert von X als funktion von £ entnommen werden

Bs ist insbesondere zu sehen, dass für X=P der Koeffizient £ stets den Wert 1 hat.

Pate ntansOrüohe

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Claims (4)

1. Patentansprüche
2. 1?\ Dreiphasen-Spannungsminimumrelais mit zwei Filterschaltungen, von denen die eine die Mitsystemkomponente und die andere die Gegensystemkomponente der Spannung liefert, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Filterschaltungen (10, 11) einen Grleichrichterkreis und ein Tiefpassfilter enthält, dass die beiden Filterschaltungen (10, 11) so zusammengeschaltet sind, dass an ihren gemeinsamen Ausgangsklemmen eine Differenz-spannung (V^-K.V^) erhalten wird, die der Differenz zwischen der Mitsystemkomponente (^j) und einer der G-egensystemkomponente (Y^) proportionalen Spannung (K.V^) entspricht, dass ein Grleichspannungsstabilisator (14) vorgesehen ist, der eine Bezugsspannung (P.V_a) liefert, dass die gemeinsamen Ausgangsklemmen der beiden 3?ilterschaltungen (10, 11) und die Ausgangsklemmen des Gleichspennungsstabilisators (14) mit den Eingangsklemmeη (12a, 12«; 12b, 12b') eines Spannungsdifferenzdetektors (12) verbunden sind, und dass der Ausgang des Spannungsdifferenzdetektors (12) über einen Verstärker (15) mit einer Steuer- oder Anzeigeschaltung (16) derart verbunden ist, dass dieser nur dann ein Signal zugeführt wird, wenn die Differenzspannung (^V4~^E·^) kleiner als die Bezugsspannung (P-V_n) ist.
3. Neue UnteriagerHÄrt.T |V^Z nPi%J1 3 des Andcrungsges·«.
4. 4.9.VP:

   2. Dreiphasen-Spannungsinininaumrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ausgang des Gleichspannungsstabilisators (14) und den entsprechenden Eingang (12b, 12b¹) des Spannungsdifferenzdetektors (12) eine Einfügungsschaltung (13) eingefügt ist, die einen an den Verstärker (15) angeschlossenen zusätzlichen Eingang aufweist und so ausgeführt ist, dass sie die Bezugsspannung (P.V_Q) um eine konstante Hilfsspannung (p_tV_Q) ändert, wenn der Verstärker (15) ein Ausgangssignal abgibt.

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