DE1541800A1 - Kapazitiver Spannungswandler mit einem induktiven Zwischenwandler und einer Resonanzdrosselspule - Google Patents

Kapazitiver Spannungswandler mit einem induktiven Zwischenwandler und einer Resonanzdrosselspule

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DE1541800A1 DE19661541800 DE1541800A DE1541800A1 DE 1541800 A1 DE1541800 A1 DE 1541800A1 DE 19661541800 DE19661541800 DE 19661541800 DE 1541800 A DE1541800 A DE 1541800A DE 1541800 A1 DE1541800 A1 DE 1541800A1
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/04Voltage dividers
    • G01R15/06Voltage dividers having reactive components, e.g. capacitive transformer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/42Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils
    • H01F27/422Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils for instrument transformers
    • H01F27/425Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils for instrument transformers for voltage transformers

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Description

  • Kapazitiver Spannungswandler mit einem induktiven Zwischenwandler und einer Resonanzdrosselspule Kapazitive Spannungswandler bestehen bekanntlich, wie das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild zeigt, aus einem kapazitiven Teiler G1, 02 und einem induktiven Zwischenwandler Zw, dessen Primärwicklung über eine Resonanzdrosselspule Dr an den niederspannungsseitigen Teilerkondensator C2 angeschlossen ist. An der Sekundärwicklung des Zwischenwandlers liegt die Bürde B. Für die Resonanzdrosselspule gilt im Nennbetrieb bei Resonanzabstimmung wi = 1 . Wird der Zwischenwandler Zw # (C1+C2) belastet, nämlich durch die Bürde 3, so steigt die Spannung am Kondensator C2 an. An der Drossel Dr tritt ein bpannungsabfall auf, der proportional mit der Last ansteigt, falls nicht durch geeignete Maßnahmen dieser Spannungsanstieg begrenzt wird. Der Spannungsanstieg an der Drossel Dr hat den erwähnten Anstieg der Spannung am Kondensator G2 zur Folge.
  • Da die Spannung U1 zwischen dem Hochspannungsanschluß des kapazitiven Spannungswandlers und Erde fest ist, kann eine Spannungserhöhung am Kondensator C2 nur in Verbindung mit einer Phasendrehung dieser Spannung UC2 gegenüber der Spannung U1 stattfinden. Aus einem Vergleich der Fig. 2a und 2b ist dies ohne weiteres ersichtlich; in der Fig. 2a ist das Vektorschaubild für einen Betriebszustand des kapazitiven Spannung wandlers nahe Leerlauf dargestellt, während Fig. 2b das Vektorschaubild der Spannungen für den Fall eines sekundären Kurzschlusses des Wandlers zeigt. Die Phasendrehung der Spannung UC2 tritt auch dann ein, wenn Ma#nahmen zur Verhinderung eines zu großen Spannungsanstieges an der Drossel Dr bzw. an dem Kondensator C2 getroffen sind, z*B. dadurch, daß der Eisenkern der Dorssel Dr in Sättigung geht. Der Vektor UC2 kann im Dauerzustand des Kurzschlusses je nach der Wirkung der den Spannungsanstieg begrenzenden Ma#nahmen größer, gleich groß oder sogar kleiner sein als im Leerlaufzustand.
  • Die starke Drehung der Phase der Spannung Uc2 kommt dadurch zustande, daß bei sekundärem Kurzschluß des Wandlers - in diesem Fall gilt das in Fig. 3 gezeichnete Ersatzschaltbild -#L infolge Sättigung des Zisenkernes der Drossel Dr wesentlich kleiner als im Normalbetrieb wird er Querstrom des Teilers file#t im Normalbetrieb (Leerlauf) @@@ptsächlich über den Teilerkondensator C2, im Kurzschlu#fall (siehe Fig. 3) dagegen zu einem wesentlichen Anteil über die Drossel Dr. Das bedeutet, daß die Spannung am Kondensator C2 von ihrer ursprünglichen kapazitiven Phasenlage um theoretisch maximal 180 0 ins Induktive gedreht wird. In der @@xis ergibt sich eine Phasendrehung um etwa 120 °, da d @hmschen Widerstände im Kreis die volle Phasendrehung verhindern.
  • Wird ein kapazitiver Spannungswandler sekundärseitig plötzlich kurzgeschlossen, so tritt die @escnrieb@ne Phasendrehung plötzlich auf. In dem dadurch bedingten Übergangszustand, der praktisch innerhalb einer Periode abgeschlossen ist, kann an dem Kondensator C2 eine Überspannung auftreten, die wesentlich höher ist als die während dea Dauerzustandes des Kurzschlusses am Kondensator C2 liegende Spannung. Diese Überspannung ist jedoch durch die Dämpfung im Kurzschlußkreis begrenzt; dämpfend wirken hier alle ohmschen Widerstände iE Kurzschlu#kreis, d.h, der ohmsche Widerstand der Drossel Dr, der ohmsche liliderstand der Primärwicklung des Zwischenwandlers Zw und der transformatorisch auf die Primärseite des Zwischenwandlers übersetzte ohmsche Widerstand seiner Sekundärseite.
  • Wesentlich kritischer ist jedoch der Phasensprung, der dann auftritt, wenn der Kurzschluß plötzlicn weggeschaltet (aufgehoben) wird; denn dann tritt nach dem Phasensprung Leerlauf auf. Der Phasensprung nach Aufreißen des Kurzschlusses ist aus zwei Gründen gefährlich: Erfolgt die Auftrennung des Kurzschlusses im Stromnulldurchgang, so ist der Kondensator C2 auf den scheitelwert der Spannung aufgeladen. Springt dann plötzlich die Phase des Ladestromes um (theoretisch) 180 °, wird der Kondensator nicht (wie sonst bei Wechselspannung) auf die Spannung isull entladen und in der nächsten Halbwelle in umgekehrter Polarität aufgeladen, sondern er wird trotz Nulldurchganges der Spannung U1 in der gleichen Richtung weitergeladen. Da die Spannung UC1, wie Fig.02b zeigt, größer als die spannung U1 ist und auch aus der Drossel Dr Energie nachgeliefert wird, kann die Spannung am Kondensator C2 bei diesem Phasensprung so erheblich ansteigen, daß die Gefahr einer jeschädigung oder gar Zerstörung des Wandlers besteht.
  • Ferner kann bei dem Auftreten so hoher Spannungen der Zwischenwandler Zw in Sättigung kommen und hierdurch am Kondensator C2 erneut ein Phasensprung - jetzt wieder ins Induktive -angeregt werden, so daß stabile Unterschwingungen entstehen können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem kapazitiven Spannungswandler, bestehend aus einem kapazitiven Teiler und einem induktiven Zwischenwandler, dessen Primärwicklung über eine Resonanzdrosselspule an den niederspannungsseitigen Teilerkondensator angeschlossen ist, den vorstehend geschilderten Phasensprung der Spannung am niederspannungsseitigen Teilerkondensator mit seinen gefährlichen Folgen zu verhindern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Resonanzdrosselspule oder einen Teil von ihr beim Ansteigen der an ihr bzw. an dem betreffenden Teil von ihr auftretenden Spannung über einen bestimmten Wert ein Kondensator gelegt wird, der so bemessen ist, daß er die bei Sättigung der Drosselspule verbleibende Induktivität kompensiert und die Phasenlage des Stromes in dem die Drosselspule enthaltenden Stromkreis ins Kapazitive dreht. Durch das Zuschalten des Kondensators wird also die Phasenlage des Stromes in dem'die Drosselspule und den Zwischenwandler enthaltenden Kreis von ihrer durch die Induktivitäten und ohmschen Innenwiderstände bestimmten Lage ins Kapazitive gedreht bezogen auf die Phasenlage, die sich ohne Zuschaltung des Kondensators ergeben würde. Gleichzeitig wird auch der Innenwiderstand der Anordnung erhöht und somit der Kurzschlußstrom begrenzt.
  • Die Zuschaltung des Kondensators kann durch an sich bekannte Mittel erfolgen, die beim Uberschreiten eines bestimmten Spannungswertes an der Resonanzdrosselspule bzw. an einem Teil von ihr ansprechen. Besonders einfach ist es, wenn als Schaltmittel für das Zuschalten des Kondensators eine Sättigungsdrossel vorgesehen ist, die in Reihe mit dem Kondensator der Resonanzdrosselspule bzw. dem betreffenden Teil von ihr parallelgeschaltet ist und beim Ansteigen der Spannung an der Drosselspule bzw. dem betreffenden Teil von ihr über einen bestimmten Wert steil in Sättigung geht.
  • Ein Ausführungsbeispiel für einen kapazitiven Spannungswandler gemäß der Erfindung ist in Form eines Prinzipschaltbildes in Fig. 4 dargestellt. Wie in Fig, 1 sind auch hier wieder der kapazitive Teiler mit C1, C2, der induktive Zwischenwandler mit Zw, die Resonanzdrosselspule mit Dr und die Bürde mit B bezeichnet. Parallel zu einem Teil der Drosselspule Dr, deren Eisenkern in bekannter Weise mit einem Luftspalt versehen sein kann, liegt nun in Reihe mit einer Sättigungsdrossel SD ein Kondensator K. Wird der kapazitive Spannungswandler auf seiner Sekundärseite kurzgeschlossen, so steigt die Spannung an der Drosselspule Dr derart an, daß bei einem bestimmten Wert dieser Spannung die Sättigungsdrossel SD steil in Sättigung geht.
  • Dadurch wird der Kapazitätswert des Kondensators K transSormatorisch in den die Resonanzdrossel Dr und den Zwischenwandler Zw enthaltenden Kreis eingekoppelt. Wie schon beschrieben, wird auf diese Weise der Phasensprung der Spannung am Teilerkondensator C2 und damit die erwähnten gefährlichen Folgeerscheinungen beim Aufreißen des Kurzschlusses verhindert0 Wohl ist es schon bekannt gewesen, parallel zu. der Resonanzdrosselspule eines kapazitiven Spannungswandler3 oder einem Teil von ihr eine Sättigungsdrosselspule zu legen, die bei einem an der Resonanzdrosselspule auftretenden Überstrom in Sättigung gelangt (siehe DBP 1 026 421). Diese bekannte Maßnahme dient lediglich dazu, unzulässig hohe Spannungen an der Resonanzdrosselspule und damit auch am niederspannungsseiti gen Teilerkondensator während der Dauer eines Kurzschlusses des Meßkreises zu verhindernO Der gefährliche Phasensprung der Spa. anung am niederspannungsseitigen Teilerkondensator läßt sich mit dieser bekannten Maßnahme jedoch nicht verhindern.
  • Ferner ist es auch schon bekannt gewesen, parallel zu der Resonanzdrosselspule einen Kondensator und außerdem eine aus einer Drosselspule und einem Kondensator bestehende Reihenschaltung zu legen (siehe DBP 93 322 und 914 655). Durch die Parallelschaltung des Kondensators soll erreicht werden, daß die Spannungsverteilung im Meßkreis bei allen Frequenzen und beim Auftreffen von Stoß- und Wanderwellen stets der betriebsfrequenten Spannungsverteilung entspricht. Durch die Parallelschaltung des Kondensators in Reihe mit einer Drosselspule soll bei der bekannten Anordnung ein Saugkreis geschaffen werden, der auf die Resonanzfrequenz des Drosselkreises abgestimmt ist und für diese Frequenz einen Kurzschluß darstellt.
  • Diese frequenzabhän£ige Vermeidung von Überspannungen an der Resonanzdrossel kann jedoch weder aas Auftreten von Uberspannungen an der Drossel als Folge von sezurldaren Kurzschlüssen noch den gefährlichen Phasensprung der Spannung am niederspannungsseitigen Teilerkondensator verhindern.

Claims (2)

  1. Pate ntansprüche 1. Kapazitiver Spannungswandler, bestehend aus einem kapazitiven Teiler und einem induktiven Zwischenwandler, dessen Primärwicklung über eine Resonanzdrosselspule an dem niederspannungsseitigen Teilerkondensator angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die Resonanzdrosselspule (Dr) oder einen Teil von ihr beim Ansteigen der an ihr bzw. an dem betreffenden Teil von ihr auftretenden Spannung über einen bestimmten Wert ein Kondensator (K) gelegt wird, der so bemessen ist, daß er die bei Sättigung der Drosselspule (Dr) verbleibende Induktivität kompensiert und die Phasenlage des Stromes in dem die Drosselspule enthaltenden Stromkreis ins Kapazitive dreht.
  2. 2. Kapazitiver Spannungewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltmittel für das Zuschalten des Kondensators (K) eine Sättigungedrossel (SD) vorgesehen ist, die in Reihe mit dem Kondensator (K) der Resonanzdrosselspule (Dr) bzw. dem betreffenden Teil von ihr parallelgeschaltet ist und beim Ansteigen der Spannung an der Drosselspule (Dr) bzw. dem betreffenden Teil von ihr über einen bestimmten Wert steil in Sättigung geht.
    L e e r s e i t e
DE19661541800 1966-12-06 1966-12-06 Kapazitiver Spannungswandler mit einem induktiven Zwischenwandler und einer Resonanzdrosselspule Expired DE1541800C3 (de)

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DEM0071898 1966-12-06

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE1541800A1 true DE1541800A1 (de) 1970-06-04
DE1541800B2 DE1541800B2 (de) 1972-06-22
DE1541800C3 DE1541800C3 (de) 1974-01-31

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CH (1) CH468116A (de)
DE (1) DE1541800C3 (de)
SE (1) SE349399B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4733319A (en) * 1984-11-07 1988-03-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha High-speed current limiting circuit breaker

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4733319A (en) * 1984-11-07 1988-03-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha High-speed current limiting circuit breaker

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DE1541800B2 (de) 1972-06-22
AT275659B (de) 1969-11-10
DE1541800C3 (de) 1974-01-31
SE349399B (de) 1972-09-25
CH468116A (de) 1969-01-31

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