DE2454693C3 - Phasenüberwachungsgerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung von Drehstromnetzen hinsichtlich von Phasenfolge, Phasenausfall und Spannungsasymmetrie, bei der drei Phasen in einem Punkt zusammengeführt sind, bei der im Zweig einer ersten Phase ein Blindwiderstand sowie ein Wirkwiderstand angeordnet sind und ferner der Zweig einer zweiten Phase einen Spannungsteiler enthält und bei der eine Auswerteschaltung vorhanden ist.

Es ist eine Anordnung bekannt, mit der die Phasenfolge gemessen und angezeigt wird (DT-PS 1148650). Bei dieser Anordnung sind Wirk- und Bliridwiderstände in einer Sternschaltung zusammengeschaltet. Die Anzeige wird dabei mit einer Glimmlampe vorgenommen.

Eis sind ferner Geräte bekannt, die zum Feststellen der Drehfeldrichtung von Drehstromsystemen mittels Glimmlampen als Indikator dienen. Bei der Anordnung (nach DT-AS 1142657) wird dies dadurch erreicht, daß die Glimmlampe zwischen dem Knotenpunkt und einem Null- oder Erdungspunkt oder einem berührbaren Massepunkt des Gerätes geschaltet ist, daß die Reaktanz der Reihenschaltung ein Kondensator ist und deren ohmscher Widerstand gleich dem , 0,51'achen Wert des Widerstandes der anderen Phasenanschlußleitung und der Blindwiderstand des Kondensators gleich dem V~3fachen des anderen Widerstandes ist.

Bei der letzteren Anordnung ist von Nachteil, daß der Knotenpunkt eines Netzes nicht ohne weiteres zur Verfügung steht.

Bei beiden genannten Anordnungen ist außerdem von Nachteil, daß bei Ausfall der Glimmlampe die Phasenfolge falsch beurteilt werden kann und somit der angeschlossene Verbraucher Schaden nehmen könnte.

Ferner ist von Nachteil, daß Phasenausfälle und Spannungsasymmetrien durch die bekannten Anordnungen nicht sicher erfaßt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die genannten Mangel der bekannten Anordnungen zu beseitigen, und eine Anordnung zu schaffen, die Phasenfolge, Phasenausfall sowie Spannungsasymmetrie überwacht und auswertet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auswerteschaltung derart geschaltet ist, daß ihre Anschlußpunkte im Zweig der ersten Phase zwischen dem Blindwiderstand und dem Wirkwiderstand bzw. im Zweig der zweiten Phase zwischen den Spannungsteilerwiderständen des Spannungsteilers liegen.

Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Es erweist sich als besonders vorteilhaft, die Versorgung der Auswerteschaltung durch ein Netzteil vorzunehmen, und daß die Primärwicklung eines Transformators, der die Versorgungsspannung für die Auswerteschaltung liefert, mit einem Mittelabgriff versehen ist und den Spannungsteiler im Zweig der zweiten Phase bildet.

Die Vergleichsschaltung ist mit Operationsverstärkern aufgebaut und weist einen sehr hohen Eingangswiderstand auf, damit ist die gesamte Auswerteschaltung hochohmig.

In den Zeichnungen soll der Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung sowie deren Wirkungsweise an Hand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild der Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild der Anordnung nach der Erfindung mit Gleichrichtschaltung und Transformator,

Fig. 3a ein Drehstrom-Vektordiagramm der Spannungen nach den Schaltungen in Fig. 1 und Fig. 2 bei richtiger Phasenfolge,

Fig. 3b ein Drehstrom-Vektordiagramm der Spannungen nach den Schaltungen in Fig. 1 und Fig. 2 bei Vertauschung der Phasen S und T,

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild bei Phasenausfall,

Fig. 5 ein Vektordiagramm bei Spannungsasymmetrie.

Die in der Fig. 1 gezeigte Anordnung ist die Grundform der Schaltung, die in der Fig. 2 dargestellt wird.

Die Fig. 2 enthält zusätzlich ein Versorgungsnetzteil für eine Auswerteschaltung A.

Im Zweig der Phase R liegen ein Kondensator C₁ und ein ohmscher Widerstand A₁ in Reihe. Im Zweig der Phase 7'liegt eine Primärwicklung T₁ eines Transformators T_{x 2}. Dieser Transformator T_{1 2} versorgt eine Vergleichsschaltung sowie einen Ausgang, wobei die Versorgungsspannung in einer Gleichrichterschaltung gleichgerichtet worden ist.

E)ie Phasen R, S und T sind in einem Punkt P sternförmig zusammengeschaltet.

Die Auswerteschaltung A ist an Punkten M, bzw. M₂ an die Phasen R und T angeschlossen, daß der

Punkt M₁ zwischen dem Kondensator C₁ und dem Widerstand A₁ liegt, und daß der Punkt M₂ von einem Mittelabgriff ander Primärwicklung T₁ des Transformators T_{1 2} gebildet wird.

Die Fig. 3a zeigt ein Drehstrom-Vektordiagramm der Spannungen nach der Schaltung in Fig. 1 und/ oder Fig. 2 bei richtiger Phasenfolge.

Werden die Phasenspannungen in einem Drehstromnetz vektoriell dargestellt, so bilden sie ein gleichseitiges Dreieck mit den Eckpunkten R, S und iq T. In der Schaltung nach F ig. 1 und/oderFig, 2 liegen im Zweig der Phase R, S der Kondensator C₁ und der Widerstand /?,. Durch die Verwendung des Kondensators C₁ und des Widerstandes /?, wird die Phasenspannung U_{R s} in zwei Komponenten U_cl und U_Rl aufgeteilt, die im Punkt M₁ einen rechten Winkel bilden.

Durch vektorielle Addition ergibt sich daraus die Phasenspannung U„ _s.

Im Zweig der Phase S, T liegt nach der Schaltung in Fig. 2 die Primärwicklung T₁ des Transformators T₁ _ ₂ mit dem Mittelabgriff Ai₂. Durch diesen Mittelabgriff wird die Phasenspannung U_{5 T} in zwei Komponenten aufgeteilt, die in Betrag und Richtung gleich sind. Durch vektorielle Addition ergibt sich die Pha- »5 seilspannung U_{5 T}.

Aus dem Vektordiagramm in Fig. 3a resultiert, daß bei richtiger Phasenfolge die Punkte M₁ und M₂ deckungsgleich liegen, praktisch ist dadurch die Potcntialdifferenz gleich Null, es liegt daher an der Auswerteschaltung A keine Spannung an und deren Ausgang bleibt in der Grundstellung.

Die Fig. 3 b zeigt ein Drehstrom-Vektordiagramm, bei dem die Phasen S und T vertauscht worden sind.

Für die Phasenspannung U_{s T} ändert sich gegenüber der Darstellung in Fig. 3a die Richtung, für die Lage des Punktes M₂ im Vektordiagramm ist das ohne Folgen.

Die Phasenspannung U_{R s} liegt gegenüber der Darstellung in Fig. 3a nun auf dem anderen Schenkel des gleichseitigen Dreiecks. Da ber die schaltungsgeinäßen Bedingungen nach Fig. 1 und/oder Fig. 2 sowie die vektorrechnerischen Bedingungen erhalten bleiben, wird durch die Spannungen U_CI, U_Rl und U_{R s} ein rechtwinkliges Dreieck mit den Eckpunkten R, S und M₁ gebildet, dessen Hypotenuse die Phasenspannung U_{R s} ist, und das außerhalb des gleichschenkligen Dreiecks R₁ T, S liegt.

Aus diesem Vektordiagramm bei vertauschter Phasenfolge (statt R, S, T nun R, T, S) ergibt sich, daß die Punkte M₁ und M₂ nicht mehr deckungsgleich liegen. Die dadurch entstehende Potentialdifferenz ist die Spannung AU, die durch die Punkte M₁ und M₂ an der Auswerteschaltung anliegt und damit den Ausgang schaltet.

Besonders vorteilhaft bei der Anordnung nach der Erfindung ist es, daß bei Ausfall einer Phase die Auswerteschaltung A ihren Ausgang umschaltet und dadurch nachgeschaltete Verbraucher abschalten.

Als Beispiel sei der Ausfall der Phase R angenommen, wobei diese Situation in der Fig. 4 in einem Ersatzschaltbild nachgebildet ist. Selbstverständlich ist auch der Ausfall der Phasen S oder T von der gleichen Wirkung auf den Ausgang der Auswerteschaltung A, wobei sich, wie für den Durchschnittsfachmann erkenntlich, natürlich jeweils andere Ersatzschaltbilder ergeben.

Die Auswerteschaltung A hat einen Innenwiderstand R₁. Bei Ausfall der Phase R liegt dieser Innenwiderstand R₁ in Reihe mit dem Widerstand Zi₁ und ist über den Mittelabgriff M₂ an der Primärwicklung T₁ des Trafos T_{1 2} angeschlossen. Es liegt also zwischen den Punkten M₁ und M₂ eine Spannung U_Rl an, die den Betrag 0,5 X (Λ _T — l/_R1 hat.

Die Punkte M₁ und M₂ sind damit nicht potentialgleich, die Auswerteschaltung A schaltet also ihren Ausgang.

Weiterhin überwacht die Anordnung nach der Erfindung die Spannungssymmetrie. Dieser Fall ist im Drehstrom-Vektordiagramm in Fig. 5 dargestellt.

Bei Spannungssymmetiie wird von den Phasenspannungen U_{R s}; U_{5 r} und U_{s R} ein gleichseitiges Dreieck gebildet, das mit gestrichelten Linien dargestellt ist.

Bei Spannungsasymmetrie verändert beispielsweise der Punkt R seine Lage und nimmt den Platz R an. Dadurch entsteht das gleichschenklige Dreieck R\ S, T. Der Punkt M₂ behält seine Lage bei, da er durch den Mittelabgriff an der Primärwicklung T₁ festgelegt ist. Die die Phasenspannung U_R· _s bildenden Spannungen t/_ci und t/_R, bilden jedoch auch bei asymmetrischen Spannungen einen rechten Winkel. Das Verhältnis ihrer Beträge bleibt konstant. Daraus folgt, daß sich der Punkt M₁ auf einem »Thaieskreis« über dem Vektor U_R'_S befindet.

Die sich zwischen den Punkten M₁ und M₂ ergebende Spannungsdifferenz Δ U wird von der Auswerteschaltung verarbeitet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Überwachung von Drehstromnetzen hinsichtlich Phasenfolge, Phasenaus- S fall und Spannungsasymmetrie, bei der drei Phasen in einem Punkt zusammengeführt sind, bei der im Zweig einer ersten Phase ein Blindwiderstand sowie ein Wirkwiderstand angeordnet sind und ferner der Zweig einer zweiten Phase einen Spannungsteiler enthält und bei der eine Auswerteschaltung vorhanden ist, dadurch ge kennzeichne t, ,daß die Auswerteschaltung (A) derart geschaltet ist, daß ihre Anschlußpunkte (M₁ bzw. M₂) im Zweig der ersten Phase (R) zwischen dem »5 Blindwiderstand (Cj) und dem Wirkungswiderstand (/?,) bzw. im Zweig der zweiten Phase (T) zwischen den Spannungsteilerwiderständen (R₂) und R₃) des Spannungsteilers (T₁) liegen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- a° kennzeichnet, daß die Primärwicklung eines Transformators (Γ, ₂) mit einem Mittelabgriff (M₂) versehen ist und den Spannungsteiler (T₁) im Zweig der zweiten Phase (T) bildet, und daß die Sekundärwicklung des Transformators (T_{1 2}) a5 die Versorgungsspannung für die Auswerteschaltung (A) liefert.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (A) aus an sich bekannten Elementen, wie Gleichrichter, Vergleichsschaltung und Ausgang besteht, und daß die Auswerteschaltung (A) einen sehr hohen Eingangswiderstand aufweist.