DE1763409A1 - Wechselspannungs-Schutzsystem - Google Patents
Wechselspannungs-SchutzsystemInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH
8 MÜNCHEN X
22'
uns« «.Chen:
The English Electric Company Limited, London, England.
Wechselspannungs-Schutzsystem
- K/vM
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wechselstromfehleranzeigesystem
und insbesondere auf ein Pehleranzeigesystem für Freileitungen, z.B. 11 kV-Systeme.
Gemäß der Erfindung ist die Anordnung derart getroffen, daß Mittel vorgesehen sind, die elektrische Energie von kapazitiven
Leckströmen über ein dielektrisches Medium abziehen, das die Leiter isoliert, daß ein Steuerkreis durch diese Energie erregt wird und
dieser Steuerkreis Mittel umfaßt, die in der Nähe der Leiter angeordnet sind, um den hindurchfließenden Strom zu überwachen, und
daß ein Alarmkreis gemäß einem abnormalen Wert des Stromes wirksam wird und einen Fehler des Systems anzeigt und einen Alarm auslöst,
der gemäß der Wiederherstellung der Stromwerte abgestellt wird, wodurch angezeigt wird, daß das System wieder ordnungsgemäß arbeitet.
Das Wechselstromsystem kann ein Mehrphasenfreileitungssystem sein
und der abnormale Strom zeigt entweder eine Überlast oder Erdfehler an, die von einer ungleichmäßigen Phasenbelastung herrühren. Zu
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diesem Zweck können die Ausgänge der Sensoren getrennt in der Steuerstufe für die vorherige Klasse von Fehlern bestimmt werden,
wobei für Erdfehler Jeglicher Reststrom in einem gemeinsamen Sternpunkt dieser Teile festgestellt wird.
Die Alarmfunktion kann durch einen "flag"-Anzeiger verwirklicht werden, der gemäß dem abnormalen Strom ausgelöst wird und die
elektrische Energie, die dies bewirkt, wird von einem Kondensator geliefert, der durch den Leckstrom über die Leitungsisolatoren
geladen wird. In gleicher Weise wird der Alarm abgeschaltet, sobald die normalen Bedingungen wieder hergestellt sind und das Anzeigegerät
wird zurückgestellt. Die erforderliche elektrische Energie hierfür wird wieder von einem Kondensator entnommen, der durch
den Leckstrom geladen wird.
Diese Rücksteilfunktlon kann wiederholt durchgeführt werden, während
die Leitung im Betrieb ist und zwar in Intervallen, die durch die Zeit bestimmt werden, während der der Kondensator auf einem
vorbestimmten Pegel geladen wird und es ist ein Verriegelungskreis vorgesehen, um zu gewährleisten, daß die Auslösefunktion die
Rucksteilfunktion überwiegt, wenn ein Fehler während der Rückstellung
auftreten sollte.
Die Erfindung schafft somit eine dauernde Fehleranzeigevorrichtung
und von dieser können mehrere in Abständen längs eines Verteilungs·
netzes angeordnet werden, so daß der Pfad eines Fehlers leicht verfolgt werden kann, indem die Anzeigegeräte beobachtet werden.
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Die Anzeigegeräte arbeiten völlig automatisch, so daß eine manuelle
Rückstellung unnötig ist und keine Batterien installiert zu werden brauchen, da sämtliche Energie, die zum Auslösen und Rückstellen
erforderlich ist, von den kapazitiven Strömen der Leitung selbst entnommen wird. Der von dieser Quelle verfügbare Strom braucht nur
in der Größenordnung von 100/uA au liegen, denn der Steuerkreis
arbeitet bei diesem Strom bereite betriebssicher und die Kondensatoren werden durch diesen niedrigen Strom geladen und sie liefern
dann die gespeicherte Energie in einer kurzen Periode zur Betätigung des Anzeigegeräts, sobald dies erforderlich ist. Erdfehler
von nur 5 Ampere, die ein 11 kV-System beeinträchtigen, können
durch diese Sohaltung leicht festgestellt werden.
Nachstehend wird ein AusfUhrungsbelsplel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt, deren einzige Figur ein Schaltbild der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
Eine Dreiphasen-11 kV-Freileitung wird durch Isolatoren 1,2 und 3
getragen. Jeder Isolator ist mit einem Hohlraum ausgestattet, in dem jeweils eine von drei einander entsprechenden Suchspulen 4,5»6
und ein leitfähiger Überzug 8 angeordnet sind, der sich über gegenüberliegende
Abschnitte der drei Isolatoren erstreckt. Innerhalb der Hohlräume im Isolator sind außerdem drei Leiter 9*10 und 11
angeordnet, die dicht dem inneren leitfähigen Überzug 8 anliegen
und zu diesem Zweck können sie gegen diese Oberfläche durch Feder vorgespannt sein.
Die drei Leiter 9-11 sind mit drei Zweigen 12 bzw. Ij5 bzw.l4
einer Gleichrichterbrücke verbunden, die den kapazitiven Leckstrom,
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BAD
der durch die Isolatoren fließt, gleichrichtet und dadurch eine
Stromquelle für den Fehlanseiger bildet. Die drei Suchspulen 4-6
sind einseitig miteinander verbunden, während die anderen Enden getrennt an die Isolatoren geführt sind. Der Fehleranzeiger besteht
aus einer FehlerdeteJctoretufe 19» einer Auslösestufe 19 und einer
Rückatellstufe 20. Die Fehlerdetektorstufe 18 spricht auf Phasen-' fehler oder auf Erdfehler an« die irgendeine der Leitungen beein-
; trächtigen. Phasenfehler und schwere Erdfehler fUhren zu einem
' Stromflufl durch einen oder mehrere Widerstände 22,23,24, die mit
den Suchspulen verbunden sind und der Strom hat eine Größe, die den Basis-Emitter-Spannungepegel der Transistoren 26,27,28 überschreitet, mit denen sie verbunden sind,und dies führt xxjcxabx einen
Stromfluß durch ihren gemeinsamen Kollektorwiderstand 29· Andererseits werden niedrige Erdstromfehler, die unter außergewöhnlichen
Umständen befreit sind, durch den Reststromfluß in der gemeinsamen Verbindung der drei Suchspulen festgestellt.
Wenn diese letztgenannte Bedingung betrachtet wird, wird jeglicher
Restausgang über der Spulenwiderstandskombination an zwei gegeneinandergeschaltete Spannungsbegrenzungsdioden 30,31 angelegt und
es erfolgt durch die Transistoren 32,34 eine Verstärkung, wobei der
Grad der Rückkopplung durch einen Stellwiderstand 35 einstellbar ist, so daß eine Feineinstellung des Verstärkungsgrades möglich
ist.
Der positive Ausgang des Transistors 34 wird begrenzt durch eine
Diode und bewirkt die Anschaltung eines Transistors 36» wenn seine
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Basis-Emitterverbindung in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, das heißt wenn der negative Teil dieses Signals das negative Basispotential überschreitet. Der Ausgang des Transistors 38 bewirkt
seinerseits, daß der Transistor 39 angeschaltet wird, dessen Basiskreis dem Kollektorkreis der Transistoren 26-28 gemeinsam ist.
Der Transistor 39 bildet zusammen mit dem Transistor 40,der an seinen
Kollektorkreis angeschaltet ist, eine Verriegelungsschaltung mit einer Zeitverzögerung, um zu gewährleisten, daß die Relaisspule
41, die z.B. einen "flag"-Anzeiger auslöst und im Kollektorkreis des Transistors 40 liegt, während einer Periode erregt wird, die
auareicht, um dieses Anzeigegerät in Tätigkeit zu setzen.
Insbesondere wird diese Zeitverzögerung durch die Zeitkonstante
des Widerstandes 42 und des Kondensators 43 bewirkt. Die Transistoren 39 und 40 werden in der Offenstellung gehalten, bis der Ladestrom
auf einen Wert abgesunken ist, der unter Jenem liegt, der für die Verriegelung erforderlich ist. Die zur Erregung der Relaisspule
41 erforderliche Energie wird von einem Speicherkondensator
44 abgenommen, der zusammen mit einer Spannungsbegrenzerzenerdiode
45 parallel zu der Spule geschaltet ist, wenn der Transistor 40
leitfähig ist.
Es ist klar, daß diese Schaltung auch bei Phasenfehlern tätig wird,
die den Transistor 39 unmittelbar beeinflussen, da er im Kollektorkreis
der Transistoren 26-28 liegt.
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So bewirkt der Auslösekreis 19 die Auslösung des Anzeigegerätes,
falls entweder ein Phasenfehler oder ein Erdfehler auftritt und es wird nunmehr bezuggenommen auf die Stufe 20, die das Anzeigegerät zurückstellt, nachdem die Leistungsverteilung wieder hergestellt ist.
Diese RUckstellstufe 1st in Reihe mit der Auslösestufe geschaltet
und weist einen Kondensator 46 auf, der durch den Speisestrom geladen wird, bis ein Spannungspegel erreicht 1st, der ausreicht,
um die Zenerdiode 47 zu schalten. Unter dieser Bedingung reicht der
" Spannungsabfall über den Widerstand 48 aus, um den Transistor 49
in den Leitfähigkeitszustand zu schalten, was dazu führt, daß der Transistor 50 ebenfalls leitfähig wird, wobei auch eine Rückstellrelaisspule 52 erregt wird, um das Anzeigegerät zurückzustellen. Die zur Erregung dieser Spule erforderliche Energie wird
von dem Kondensator 46 erhalten und wegen der relativ kleinen Zeitkonstanten des Spulenkreises wird der Kondensator auf eine
niedrige Spannung entladen, die weit unter der Zenierdurchbruchs-
spannung der Diode 47 liegt und die Schaltung kehrt sich in den
, Ursprungszustand um, bevor ein weiterer Zyklus beginnt.
Die Rucksteilspule wird so periodisch erregt, aber das Anzeigegerät
; wird natürlich nur zurückgestellt, wenn es vorher ausgelöst worden
war.
Außerdem mud gewährleistet sein« daß, wenn der RUckstellkreia auf :.
' dem Auelösepegel Im Augenblick des Fehlerauftretens liegt, die ■
j Fehlerauelösung vor der RUckstellfunktion vorherrscht, well sonst
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die Gefahr einer Fehlanzeige besteht. Um dies zu bewirken, ist eine
Verriegelungssohaltung vorgesehen, die aus zwei Transistoren 53 und 54 besteht« die als rückgekoppeltes Paar geschaltet sind, wobei
die Basis dee Transistors 53 über «tine Diode 55 mit dem Kollektor
des Transistors 40 verbunden ist. So leitet die Diode 55* falls
dieser Transistor gemäß eine» Fehler leitfähig wird, und dies
führt zu einem Spannungsabfall über den Widerstand 56, der ausreicht,
um den Transistor 53 anzuschalten. Der Transistor 54 wird
seinerseits angeschaltet, so daß die beiden Transistoren einen Entladungspfad für den Speicherkondensator 46 bilden, wodurch die
Rückstellspule kurzgeschlossen wird.
Wenn nach einem Fehler die Leistungsverteilung im Netz wieder hergestellt ist, dann beginnt der Kondensator 46 sich wieder von
seinem voll entladenen Zustand zu laden, aber, um die Zeitdauer des Rückstellzyklus kurz zu halten, kann der Wert des Kondensators 46
so klein wie möglich gehalten werden, soweit dies mit der Forderung vereinbar ist, daß die erforderliche Energie zur Rückstellung des
Anzeigegerätes vorhanden ist. Die gleiche Betrachtung trifft auch für den Kondensator 44 im Auslösekreis zu, da es vorteilhaft wäre,
das Anzeigegerät auf Fehler so schnell als möglich ansprechen zu lassen, nachdem die Leitung erregt ist.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt und
es können Abwandlungen getroffen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Außerdem können verschiedene mechanische
Abwandlungen vorgesehen werden, die im einzelnen aus Gründen der
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deutlicheren Darstellung nicht erläutert wurden. So kann z.B. Vorsorge
getroffen werden, um die Suchspulen und Isolatoren relativ
zueinander beweglich zu machen, um die Einstellung zu erleichtern.
Außerdem wurde vorstehend die Erfindung in Verbindving mit einem * flag"-Anzeiger beschrieben, aber es können auch andere sichtbare
oder hörbare Anzeigegeräte stattdessen benutzt werden.
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Claims (5)
1.) Fehleranzeiger für ein Wechselstromsystem, dadurch gekennzeichnet ,
daß Mittel (δ-14) vorgesehen sind, die elektrische Energie
von kapazitiven Leckströmen über ein dielektrisches Medium abziehen,
das die Leiter isoliert, daß ein Steuerkreis durch diese Energie erregt wird und dieser Steuerkreie Mittel (4-6)
umfaßt, die in der Nähe der Leiter angeordnet sind, um den hindurchfließenden Strom zu überwachen, und daß ein Alarmkreis
(19,20) gemäß einem abnormalen Wert des Stromes wirksam wird und einen Fehler des Systems anzeigt und einen Alarm auslöst,
der gemäß der Wiederherstellung der Stromwerte abgestellt wird, wodurch angezeigt wird, daß das System wieder ordnungsgemäß
arbeitet.
2. Fehleranzeiger nach Anspruch 1, für ein Mehrphasenfreileitungssystem,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsmittel (4-6) aus Suchspulen bestehen, die
jedem Leiter zugeordnet sind und deren eine Enden zu einem gemeinsamen Sternpunkt vereinigt sind, der mit einem ersten Detektor
(j5j5-38) in dem Steuerkreis verbunden ist, um Erdfehler aufzudecken,
die zu einem Phasenungleichgewicht führen, und daß die Spulen mit ihren anderen Enden mit entsprechenden zweiten
Detektoren (26-29) verbunden sind, in erster Linie um Phasenfehler
aufzudecken.
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3. Fehleranzeiger nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet»
daß der Alarmkreis eineAuslös«stufe (19) umfaßt, die den
Ausgang des ersten Detektors und von allen zweiten Detektoren empfängt, und daß die Auelöseetufe eine Aualöeespule (41)
und eine Verrlegelungeatufe (39**0) besitzt, um die Spule für
•ine vorbestinwte Zeitdauer au erregen, wodurch zwangsläufig
ein Anzeigegerät geaäfl einen Auegang von einem anderen der
Detektoren betätigt wird.
4. Fehleranzeiger nach Anspruch 3>
dadurch gekennzeichnet,
daß der Alarmkreis außerdem eine Rückstelletufe (20) besitzt,
welche eine Rückstellspule (52) umfaßt, die periodisch durch einen Speicherkondensator (46) erregt wird, der durch die
Energie geladen wird, welche in der beschriebenen Welse abgenommen wird, so daß das Anzeigegerät nach seiner Betätigung zurückgestellt wird, wenn der Strom in dem Wechselstromsystem zurückge
kehrt ist.
5. Fehleranzeiger nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet ,
daß Verriegelungsmittel (53-56) vorgesehen sind, die an den
Auslösekreis angeschaltet sind und einen Entladepfad für den Speicherkondensator Im Rückstellkreis bilden und zwar gemäß der
Auslöseoperation und während deren Dauer, so daß die Auslöseoperation gegenüber der Rückstellfunktion vorherrschend wird.
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