DE1516136C2

DE1516136C2 - Schutzschaltung fuer kapazitive Spannungswandler

Info

Publication number: DE1516136C2
Application number: DE19661516136
Authority: DE
Inventors: Georges Albert Gertsch; Walter Knoth
Original assignee: Micafil AG
Current assignee: Micafil AG
Priority date: 1966-03-18
Filing date: 1966-03-18
Publication date: 1976-08-26
Also published as: GB1163655A; NL6617745A; BE694223A; NL135716C; US3458764A; FR1514634A; SE323742B; AT269263B; DE1516136B1; ES337365A1; CH458528A; SU571207A3

Description

Kapazitive Spannungswandler dienen unter ande- und der Zwischentransformator nicht in die Sättigung rem den Zwecken der Spannungsmessung, der Über- gerät.

tragung von Hochfrequenzsignalen auf die Hoch- 60 All diesen erwähnten Schaltungen ist gemeinsam, Spannungsleitung, dem Netzschutz und der Speisung daß Spannungen und Ströme nur im induktiven Kreis von Synchronisiereinrichtungen. Das grundsätzliche (Zwischenspannungskreis und/oder Bürdenkreis) ge-Verhalten von kapazitiven Spannungswandlern ist messen und ausgewertet werden,
aus der Literatur hinreichend bekannt. Zu ihren Aus der DT-PS 10 68 807 ist eine Überwachungs-

Eigenschaften zählen unter anderem ihr besonderes 65 und Steuerschaltung für kapazitive Spannungswand-Ubertragungsverhalten, das hauptsächlich durch zwei ler bekannt, bei welcher der Wandler durch eine erdwesentliche Merkmale bedingt ist, nämlich die Schalt- seitige Zusatzkapazität ergänzt ist, die groß gegen die kombinationen von Induktivitäten und Kapazitäten Niederspannungskapazität ist und von der eine mit

der Bürdenspannung zu vergleichende Spannung abgeleitet wird. Um den Einfluß des Laststromes des kapazitiven Wandlers auf diese Vergleichsspannung möglichst auszuschalten, wird zu der von diesem Zusatzkondensator abgenommenen Spannung noch eine Korrekturspannung hinzuaddiert, die ihrerseits der Sekundärwicklung eines zusätzlichen Transformators entnommen wird, dessen Primärwicklung einem Kondensator parallel geschaltet ist, der seinerseits zwischen das erdseitige Ende der Primärwicklung des Zwischentransformators und Erde geschaltet ist. Die zusätzlichen Kondensatoren sollen so bemessen sein, daß die mit der Bürdenspannung zu vergleichende Spannung ein genaues Abbild der (zwischen ho'chspannungsseitigem Eingang des kapazitiven Spannungswandlers und Masse gemessenen) Hochspannung sein soll. Man will durch diese Art des Vergleichs auch an anderen Stellen auftretende Abweichungen erfassen können, welche ein Indiz für das Vorhandensein unerwünschter Schwingungen sind und sich anderweitig nicht feststellen lassen.

Außerdem muß der bei der bekannten Schaltung benötigte zusätzliche Transformator stark überdimensioniert werden, da er im Hinblick auf die Unterschwingungen und nicht auf die nennfrequente Komponente bemessen -werden muß, damit Zusatzfehler bei der Übertragung von Unterschwingungen vermieden werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht, außer einer Vereinfachung hinsichtlich des Aufwandes, in einer Erhöhung der Genauigkeit der Erfassung zusätzlicher Einflußgrößen bei der Bildung der für die Auslösung der Schutzschaltung abgeleiteten Differenzspannung. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angeführten Merkmale gelöst.

Mit der Erfindung ist erkannt worden, daß der nach der DT-PS 10 68 807 vorgesehene Aufwand, ein genaues Abbild der gesamten Hochspannung zu erreichen, für den hier vorliegenden Zweck gar nicht notwendig ist. Vielmehr genügt zum Auslösen des Schaltvorganges als Vergleichsspannung ein Abbild der Teilspannung, die am hochspannungsseitigen Teilerkondensator abfällt.

Hierbei werden eine der Spannung am Oberspannungsteil des kapazitiven Teilers proportionale Spannung und die Spannung am induktiven Kreis (Zwischenspannungskreis oder Bürdenkreis) in bezug auf Ober- und Unterwellengehalt und/oder auf Amplitudenproportionalität verglichen. Eine der Spannung am Oberspannungsteil des kapazitiven Teilers proportionale Vergleichsspannung Z7,. erhält man über jeden beliebigen Teilabschnitt dieser Oberspannungskapazität oder auch über eine zwischen der Unterspannungskapazität und Erde eingeschaltete Teilerkapazität, die jedoch nicht im Zwischenspannungskreis liegt, d. h., der Zwischenspannungstransformator ist in diesem Fall mit seinem unteren Ende an den Verbindungspunkt der Unterspannungskapazität mit dem Teilerkondensator angeschlossen. Im erstgenannten Fall wählt man den Teilerabschnitt zweckmäßig zwischen der Meßspannungsanzapfung für den induktiven Kreis und einem etwas höher gelegenen Abgriff des Kondensatorteilers. Der Zwischentransformator erhält eine isolierte Tertiärwicklung, die bei Normalbetrieb eine Spannung U₁ gleicher Amplitude und fast gleicher Phasenlage erzeugt wie die an dem Teilerkondensator C_n liegende Vergleichsspannung U_c. Man schaltet dann U_c und U₁ so gegeneinander, daß die resultierende Differenz A U gleich U _c — U₁ im Normalbetrieb möglichst klein ist und nur durch die Sekundärbürde verursacht wird. Im Fall von unerwünschten Schwingungen im induktiven Kreis wächst Δ U gegenüber seinem Normalwert beträchtlich und kann zum Einschalten der Dämpfungsbürde benutzt werden.

Eine Vereinfachung der Schaltung ergibt sich, wenn man die Resonanzdrossel, die normalerweise zwisehen dem hochspannungsseitigen Teilermeßabgriff und dem Zwischentransformator sitzt, zwischen das erdseitige Teilerende und den Zwischentransformator einschleift. Die Tertiärwicklung braucht dann nicht von der Primärwicklung des Zwischentransformators isoliert zu werden, sondern kann als Fortsetzung der Primärwicklung gewickelt werden. Greift man die Vergleichsspannung an einem zwischen das erdseitige Ende der Unterspannungskapazität und Erde eingeschaltete Teilerkondensator ab, so wird die Tertiärwicklung als erdseitige Fortsetzung der Primärwicklung des Zwischentransformators gewickelt, so daß die Differenzspannung gegen Erde gemessen werden kann. Die Primärwicklung des Zwischentransformators ist dann lediglich parallel zur Unterspannungskapazität geschaltet, so daß der erdseitige Teilerkon-^ densator nichtjyom Strom des Zwischenspannungskreises durchflossen wird,.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die Vergleichsspannung von einem auf der Oberspannungsseite der Unterspannungskapazität angeordneten Teilerkondensator abgegriffen wird,

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der in F i g. 1 gezeigten Schaltung und

Fig. 3 eine weitere Variante der Erfindung, bei welcher der Vergleichsspannungskreis erdseitig angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt zur Erläuterung die prinzipielle Schaltung. Darin stellen die Kapazitäten C₁ und C₂ eine Resonanzdrossel D und die Wicklungen W₁ und W₂ des Transformators T die konventionellen Elemente eines kapazitiven Spannungswandlers dar.

Mit C_n ist ein Teilerkondensator bezeichnet, an dem eine Vergleichsspannung U_c abgegriffen wird, die proportional zur Spannung an C₁ ist. Von einer Tertiärwicklung W_H des Transformators T wird eine Spannung U₁ genommen, die im Normalbetrieb praktisch in Phase mit U₁. und von fast gleicher Amplitude ist, so daß an Steuerspannungsausgangsklemmen K die Differenz U₀-U, = AU anliegt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist die Resonanzdrossel D in die Erdleitung der Primärwicklung W₁ des Zwischentrant.formators T eingeschaltet, so daß die Tertiärwicklung W_H als Fortsetzung der Primärwicklung W_x gewickelt werden kann. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau des Zwischentransformators. Eine weitere Variante zeigt Fig. 3. Hier ist der Teilerkondensator Cn zwischen das erdseitige Ende der Unterspannungskapazität C₂ und Erde geschaltet, und die Tertiärwicklung W_n ist als erdseitige Fortsetzung der Primärwicklung W₁ des Zwischentransformators T gewickelt und liegt über die Steuerspannungsausgangsklemmen K parallel zur Teilerkapazität C_n. Der Zwischenspannungskreis umfaßt hierbei nur die Unterspannungskapazität C₂, die Resonanzdrossel D und die Primärwicklung W₁ des

i O i O 1 DO

Zwischentransformators T. Der Zwischenspannungskreis ist über die unmittelbare Verbindung zwischen dem der Unterspannungskapazität C₂ und dem Teilerkondensator C_H gemeinsamen Punkt und dem der Primärwicklung W₁ und der Tertiärwicklung W_H des Zwischentransformators T gemeinsamen Punkt in sich geschlossen, so daß von ihm kein Strom in den erdseitigen Vergleichskreis eingekoppelt wird. Im Teilerkondensator C,i fließt daher genau der gleiche Strom wie in der Oberspannungskapazität C₁'.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 und die Verwendung von eisenhaltigen Induktivitäten. Patentansprüche: Diese Merkmale können in bekannter Weise bei elektrischen Zustandsänderungen des Wandlers, wie Ein-

1. Schutzschaltung für kapazitive Spannungs- und Ausschalten, Kurzschluß, Wanderwellen und wandler mit einer Dämpfungseinrichtung gegen 5 Überspannungen, ausgedehnte Ausgleichsvorgänge unerwünschte Schwingungen, welche mit Hilfe sowie innere Überspannnungen und Spannungsverder Differenzspannung aus einer der Zwischen- Zerrungen durch Ferroresonanz verursachen,
transformatorspannung proportionalen Spannung Um einen kapazitiven Wandler für einen weiten und einer von einer Teilkapazität des Wandlers Anwendungsbereich zu erhalten, d. h., um neben abgenommenen Spannung schaltbar ist, d a - ίο seinen Eigenschaften als Kopplungskondensator auch durch gekennzeichnet, daß die Diffe- noch möglichst gut die Fähigkeiten eines induktiven renzspannung (Δ U) als Differenz der Spannungen Spannungswandlers (mit seinem guten Übertragungseiner Tertiärwicklung (W ,_t) des Zwischentrans- verhalten und seiner hohen Genauigkeitsleistung) zu formators (T) und einer an einer vom selben Verwirklichken, sind verschiedene Schutzvorrichtun-Strom wie der hochspannungsseitige Teilerkon- 15 gen gegen Ferroresonanz, Ausgleichsvorgänge und densator (C₁) durchflossenen Teilkapazität (C^) Überspannungen bekanntgeworden.

des Spannungsteilers abgegriffenen Spannung ge- Man versucht normalerweise, derartige uner-

bildet wird. wünschte Schwingungen mit Dämpfungsbürden zu

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch unterdrücken. Da diese Dämpfungsbürde den Wandgekennzeichnet, daß die Teilkapazität (C,,) ein 20 ler in gleicher Weise wie die Nutzbürde belastet, be-Teil des hochspannungsseitigen Teilerkonden- einträchtigt sie auch seine Genauigkeit und ist daher sators (C₁) ist (Fig. 1). für den Normalbetrieb unerwünscht. Man verwendet

3. Schutzschaltung nach Anspruch 2 mit einer deswegen Schaltmittel, die die Dämpfungsbürde nurim Zwischenspannungskreis angeordneten Reso- beim Auftreten unerwünschter Schwingungen annanzdrossel, dadurch gekennzeichnet, daß die Re- 25 schließen. Zur Steuerung dieser Schaltmittel sind.ver-

■ sonanzdrossel (D) in der erdseitigen Verbindung schiedene Möglichkeiten bekannt. So kann man sie in

vom kapazitiven Teiler (C₁, C„, C₂) und Zwi- Abhängigkeit der Amplitude der Sekundärspannung

schentransformator (Γ) eingeschleift ist (Fig. 2). auslösen. Eine arfdere Auslösung arbeitet frequenz-

4. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch abhängig mit Hilfe von Resonanzkreisen. Diese Schalgekennzeichnet, daß die Tertiärwicklung (W_H) 30 tung erfordert, um genau zu arbeiten, einen großen als erdseitige Fortsetzung der parallel zur Nieder- Aufwand an Material und Abgleicharbeit. Eine Spannungskapazität geschalteten Primärwicklung weitere Möglichkeit besteht darin, Spannungsände- (W₁) des Zwischentransformators (7") gewickelt rungen als Auslösesignal zu verwenden. Hier besteht ist und der Teilerkondensator (C_n), an dem die die Gefahr der unsicheren Auslösung, besonders bei Vergleichsspannung abgenommen wird, zwischen 35 kurzzeitigem Spannungsausfall. Auch in Abhängigkeit die Niederspannungskapazität (C₂) und Erde ge- des Zwischenwandler-Primärstromes kann man ausschaltet ist (F i g. 3). lösen.

Alle genannten Schaltungen sind jedoch unsicher

und versagen im Falle von Unterschwingungen

40 (Schwingfrequenz kleiner als Netzfrequenz)., weil

Ströme und Spannungen von stabilen Unterschwm··

gungen kleiner sein können als die maximalen noch

zulässigen Ströme und Spannungen bei Nennfrequenz des Netzes.

45 In dieser Hinsicht bringt eine Anordnung, welche die Primär- und Sekundärströme des Zwischentransformators vergleicht und deren Differenzen als Auslösekriterium verwendet, eine Verbesserung. Im einzelnen werden hierzu zwei Spannungen verglichen,

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für 50 wobei feststellbar ist, ob die Sekundärspannung der kapazitive Spannungswandler mit einer Dämpfungs- Mittelspannung proportional ist. Dieser Vergleich ereinrichtung gegen unerwünschte Schwingungen, faßt jedoch lediglich die Sättigungsvorgänge in der welche mit Hilfe der Differenzspannung aus einer Resonanzdrossel und im Transformator. Es wird jeder Zwischentransformatorspannung proportionalen doch nicht die Primärspannung oder ein Teil von ihr Spannung und einer von einer Teilkapazität des kapa- 55 zum Vergleich herangezogen. Daher versagt auch zitiven Wandlers abgenommenen Spannung schalt- diese bekannte Anordnung dann, wenn die Ferroresobar ist. nanz durch die Bürdeninduktivität verursacht wird