DE2723408A1

DE2723408A1 - Vorrichtung zum ueberlastungsschutz elektrischer geraete

Info

Publication number: DE2723408A1
Application number: DE19772723408
Authority: DE
Inventors: Michail Leontievitsch Landa; Igor Michailovitsch Schischkov; Vladimir Jakovlevit Sinelnikov; Rostislav Florovitsch Stasenko
Original assignee: UK OTDEL V G P IZYSKATEL
Current assignee: UK OTDEL V G P IZYSKATEL
Priority date: 1976-06-14
Filing date: 1977-05-24
Publication date: 1977-12-29
Also published as: CH627029A5; JPS52153143A; SU691787A1; DE2723408C2; GB1543882A; SE412147B; FR2355391A1; SE7706579L; FR2355391B1

Description

SCHIFF ν. FONER STREHL SCHOBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Überlastungsschutz von elektrischen Geräten. Sie kann in Vorrichtungen zum Überlastungsschutz elektrischer Induktionsgeräte, zum Beispiel von Leistungstransformatoren in Energieversorgungsanlagen von Industriebetrieben, von landwirtschaftlichen, kommunalen, Transport- und anderen Verbrauchern Verwendung finden.

Nachstehend wird ein Beispiel der Verwendung der vorliegenden Erfindung zum Schutz des Leistungstransformators beschrieben. Dieses Eeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung anzusehen, da sie auch zum Schutz anderer Objekte, zum Beispiel Reaktoren, ölgefüllter Kabel u.a. benutzt werden kann.

Bekannt sind einige Typen von Vorrichtungen zum Überlastungsschutz elektrischer Induktionsgeräte, die sich sowohl nach der Schutzart, als auch nach der konstruktiven Gestaltung unterscheiden.

Bekannt ist ein Überlastungsschutzsystem mit unabhängiger Zeitverzögerung nach dem Laststrom mit Verwendung eines Stromanlaßorgans mit einem zum Nennstrom des zu schützenden Gerätes proportionalen Ansprechwert. Da die Stromänderung nur von der Änderung der Übertemperatur der Wicklung über der öltemperatur im Beharrungszustand Aufschluß gibt, widerspiegelt die Steigerung der Belastung über den Nennwert hinaus nicht alle Einflußgrößen, die die Erwärmung beeinflussen.

Bekannt ist auch eine Uberlastungsschutzvorrichtung (US-PS 2 704 841), die mechanisch verbundene, wärmefühlende in der oberen Schicht des Transformatorenöls angeordnete und in den

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Stromkreis der Transformatorenwicklungen eingeschaltete Bimetallelemente zur Anzeige von nichtgefährlichen Dauerüberlastungen mit Zeitverzögerung und zur schnelleren Reaktion auf kurzzeitige Überlastungen vom hohen Wert enthält. Theoretisch ist es möglich, durch sorgsame Auswahl von Bimetallstreifen unter Berücksichtigung ihrer Leitfähigkeit, Fläche und Wärraeverluste eine ausreichend genaue Registrierung der Belastung mit Rücksicht auf die Umgebungstemperatur zu erhalten. Die Temperatur des Bimetallstreifens muß also mit der Temperatur der Transformatorentwicklungen übereinstimmen. In der Praxis aber ist die Verwendung von Bimetallstreifen äußerst schwierig. Dies kann auf folgende Ursachen zurückgeführt werden:

a) Bimetallstreifen zeigen eine große Streuung der Werte der Biegemomente auf, die durch ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften bedingt sind;

b) die Verbiegung des Bimetallstreifens ist vom Quadrat des Wärmestromwertes abhängig, während sich die Ubertemperatur der Wicklung über der Öltemperatur nach einer exponentionellen Funktion mit Werten von 1 ,7 bis 1,8 ändert;

c) die mechanische Verbindung von in Öl und im Stromkreis liegenden Bimetallstreifen erfordert eine genaue Übereinstimmung deren Kennv/erte;

d) sehr kurze Verschiebungswege der Bimetallstreifen erschweren das Summieren bei großen Differenzen zwischen Temperaturen und Laststromwerten;

e) Unmöglichkeit der Erfassung der verschiedenen Uberlastungspegel, da die Vorrichtung nur auf eine vorgegebene Größe der gefährlichen Überlastung reagiert.

Da Transformatoren verschiedener Typen und Leistungen keine gleichartigen Wärmekennlinion aufweisen, ist es erforderlich, wärmefühlende Bimetallstreifen für jeden Transformatorentyp zu wählen, d.h. eine individuelle Schutzvorrichtung zu entwickeln. Vom wirtschaftlichen Standpunkt kann das nicht vertreten werden.

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Eine andere weit bekannte Art des Überlastungsschutzes von Transformatoren beruht auf der Verwendung der sogenannten Wärmemodelle.

Zur Ermittlung der Temperatur der Wicklungen eines b'lgefüllten Transformators werden in den oberen Ölschichten wärmefühlende Elemente in Form von Bimetallstreifen, Wärmeausdehnungskolben, Heißleiterwiderständen eines beliebigen anderen geeigneten Elements angeordnet. Man beeinflußt dieses durch die Wärme von einem auch in Öl untergebrachten Heizkörper, zum Beispiel, einer Heizspirale, die im Stromkreis des Wandlers zum Messen des Leistungstransformatorstrom liegt. Das in Öl getauchte wärmefühlende Element wird also der Einwirkung sowohl der Öltemperatur als auch der durch den über die Spirale fließenden Strom bedingten Temperatur ausgesetzt. In derartigen Meßsysteraen stellt die von der Heizspirale abgegebene Wärmemenge ein Maß der Übertemperatur der Transformatorenwicklungen über der Öltemperatur dar. Indem man auf das Thermoelement die Temperatur des Öls und der Heizspirale einwirken läßt, deren Temperatur dem Strom proportional ist, können die Wärmebedingungen der Transformatorenwicklungen im Modell nachgebildet v/erden. Zu den auf der Verwendung von Wärmemodellen basierenden Systemen der bekannten Art gehört auch die Vorrichtung zum Überlastungsschutz des Induktionsgerätes, auf die im GB-Patent Nr. 1 161 985 eingegangen wird.

Die angegebene Vorrichtung dient zum Überlastungsschutz eines elektrischen Gerätes mit in dielektrische Flüssigkeit getauchter Wicklung und enthält einen in der oberen Schicht der dielektrischen Flüssigkeit angeordneten Temperaturgeber, eine Korrektureinrichtung zur Berücksichtigung der Temperaturänderung des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes und einen Umschaltkreis. Der angegebene Umschaltkreis enthält Schwellenwertelemente niedriger Überlastung, die bei der fortlaufenden Steigerung der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes wahlweise ansprechen, ein Schwellenwertelement hoher überlastung,

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dessen Ausgangssignal der kritischen Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes entpsricht, Gefahrenmeldekreise, die durch Signale der Schwellenwertelemente niedriger Überlastung gesteuert werden, sowie einen Lastabschaltkreis, der durch Signale des Schwellenwertelementes hoher Überlastung gesteuert wird.

Als Grundlage der Schutzschaltung dient ein Wärmemode11, das die Erwärmung der V/icklung des elektrischen Gerätes simuliert, im gegebenen Fall eines Leistungstransformators. Das wicklungstemperaturabhängige Signal kommt vom Temperaturgeber in den Umschaltkreis, dabei ist dieses Signal mit Rücksicht auf den Temperaturgradienten zwischen dem am stärksten erhitzten Wicklungspunkt und der Öltemperatur im oberen Transformatorteil korrigiert. Zur Berücksichtigung des Teinperaturgradienten zwischen dem am stärksten erhitzten Wicklungspunkt und der Öltemperatur ist die Korrektureinrichtung in den Stromkreis des Heizelementes dor Wärmeableitung eingeschaltet, die als Wärmemodell dient. Bei Temperatursteuerung bis auf eine Größe, die von einer ungefährlichen Transformatorüberlastung zeugt, gelangt das Steuersignal über das etwaige Schwellenwertelement in den Gefahrenmeldekreis, so daß am Zeiger ein Signal erscheint, das auf überlastung einer bestimmten Größe deutet. Falls das Steuersignal den Ansprechwert des Schwellenwertelementes überschreitet, das die Gefahrenüberlastung fixiert, wird die Last abgeschaltet.

Im Allgemeinen wird der Überlastungsschutz des elektrischen Gerätes durch die beschriebene Vorrichtung erreicht, aber im Wege der praktischen Realisierung der auf dem Prinzip der Verwendung von Wärmemodellen aufgebauten Vorrichtungen liegen nach wie vor Hindernisse. Diese Schwierigkeiten sind damit verbunden, daß bei der physikalischen Modellierung des Temperaturverlaufes vielzahlige Variablen berücksichtigt werden müssen. Da es aber unmöglich ist, diese Variablen kontinuierlich mit ausreichender Zuverlässigkeit zu gewinnen, kann die Funktion der bekannten überlastungsnchutzschaltungen durch hohe Genauigkeit und Be-

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triebssicherheit nicht gekennzeichnet werden. Die Funktionsgenauigkeit der Wärmemodelle ist von solchen Einflußgrößen wie Zusammensetzung der dielektrischen, für die Transformatorkühlung verwendeten Flüssigkeit, Daten der Wicklung und des Isolierstoffes, Außenlufttemperatur, Bauart und Leistung des Transformators und vielem anderem abhängig. Derartige Einflußgrößen wie zum Beispiel eine den Wärmeaustausch störende Änderung der Ölviskosität und Wärmeträgheit verminderndie Genauigkeit der Anzeige der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes, so daß die Gefahr von Fehlauslösungen der Schutzschaltung bzv/. eines Ausfalls entsteht.

Der vorliegenden Erfiridung liegt also die Aufgabe der Entwicklung einer Schaltung für den Überlastungsschutz elektrischer Induktionsgerate zugrunde, die es gestattet, die Änderung der Wicklungstemperatur infolge Einwirkung des Laststroms und der Temperatur der dielektrischen Flüssigkeit infolge Einv/irkung verschiedenartiger äußerer Einflußgrößen komplexmäßig zu erfassen, sov/ie die Möglichkeit von Ausfällen zu beseitigen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Vorrichtung zum Überlastungsschutz des elektrischen Gerätes, die eine in dielektrische Flüssigkeit getauchte Wicklung enthält, einen in der oberen Schicht der dielektrischen Flüssigkeit angebrachten Temperatürgeber, eine Korrektureinrichtung zur Berücksichtigung der Temperaturänderungen des am stärksten durch den Laststrom erhitzten Wicklungspunktes und einen Umschaltkreis, der Schwellenwertelemente niedriger Überlastung aufweist, die bei der fortlaufenden Steigerung der Temperatur des am stärksten erhitzten Punktes wahlweise ansprechen, ein SchwellenwerteIement hoher Überlastung, dessen Ausgangssignal der kritischen Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes entspricht, durch Signale der Schwellenwertelemente nidriger Überlastung gesteuerte Gefahi-enmeldekreise und einen durch Signale des Schwellenwortelementes hoher Überlastung gesteuerten Lastabschaltkreis enthält, die Korrektureinrichtung gemäß der Erfin-

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Λ ,\

dung einen Laststromgeber und einen Funktionswandler enthält, der ein Signal von der Überhitzung der Wicklung oberhalb der Temperatur der dielektrischen Flüssigkeit für sein Anlagen zusammen mit dem Ausgangssignal des Tempsraturgebers an die Schwellenwertelemente des Uiunchaltkreises abgibt, während für die selektive Abgabe von Ausgangssteuersignalen der Lastabschaltkreis mit den Schwel lenv/e rte lementen niedriger Überlastung elektrisch verbunden ist.

Bor Lastabschaltkreis mit Schwellenwertelemonten niedriger Überlastung kann durch einen Stromkreis zur Verriegelung von Fehlabschaltsignalen, der auch mit dem Schwellenwertelement hoher überlastung verbunden ist, realisiert werden.

Der Tempera tür geber und der Funkt ionovandler können in Reihe geschaltet sein und einen zum Lifern von Signalen an die Suhv/ellenwertelemente geeigneten gemeinsamen Ausgang haben.

Zweckmäßig v/ird der Umschaltkreis zu ausgeführt, daß der Temperatur- und der Laststromgeber in Reihe geschaltet sind und sowohl über die Schwellenwertelemente mit den Ge fahre nine 1 de kreisen und dem Lastabschaltkreis verbunden sind, die ein Zeitrelais mit unabhängiger Verzögerung enthalten, und daß im Lastabschaltkreis ein Stromkreis zur Verriegelung der Fehlabschaltsignale vorgesehen ist, der einen durch das Schweilenwertelement niedriger Überlastung gesteuerten monostabilen Multivibrator, eine UND-Schaltung, deren Eingänge mit dem monostabilen Multivibrator und dem Schwellenelement hoher überlastung verbunden sind und deren Ausgang an ein Zeitrelais angeschlossen ist, dessen Verzögerung über der Verzögerung entsprechender Relais in den Meldekreisen und dem Lastnbschaltkreis liegt, und eine durch die Aungangssignale der UND-Schaltung gesteuerte NICHT-Schaltung, die zwischen dem Schv/ellenwertnlement hoher überlastung und dem mit dienern verbundenen Zeitrelais geschaltet ist, enthält.

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Zweckmäßigerweise enthält der Lastabschaltkreis einen durch Schwellenwertelemente der niedrigen und der hohen Überlastung gesteuerten Stromkreis zum Anlagen des Signals bzw, zum Stromlosmachen des elektrischen Gerätes nach dem Ablauf seiner Sollbetriebszeit.

Der genannte Stromkreis zum Anlagen des Signals bzw. zum Stromlosmachen des elektrischen Gerätes beim Ablauf seiner Sollbetriebszeit enthält zweckmäßigerweise einen mit den Schwellenwerte lementen der niedrigen und der hohen Überlastung verbundenen Wandler zur Umformung der der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes entsprechenden Signale in eine dem exponentiellen Gesetz der Isolationsalterung der Wicklung entsprechende Impulszahl, sowie einen Zähler zur Zeitintegration der Ausgangssignale des Wandlers zur Meldung eines gefährlichen Verschleißes der Wicklung des geschützten Gerätes.

Der Wandler zur Umformung der der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes entsprechenden Signale in eine dem exponentiellen Gesetz der Isolationsalterung der Wicklung entsprechende Impulszahl enthält im Einzelfall einen Multivibrator, dessen Frequenz durch die Ausgangssignale der SchwellenwerteIemente in Übereinstimmung mit dem Alterungsgesetzt geändert wird.

Der Stromkreis zur Verriegelung der Fehlabschaltsignale gestattot es, die Wärmeträgheit der konstruktiven Bauelemente des elektrischen Gerätes zu berücksichtigen und die Abgabe von Abschaltsignalen bei ungefährlichen Stromüberlastungon zu vermeiden. Dies bringt seinerseits einen ökonomischen Nutzen dank der Vorbeugung von Unterbrechungen in der Stromversorgung der Verbraucher.

Dor Funktionsübersetzer erhöht die Genaugkeit der Approximation der Tcmperaturabhänginkeit vom in der Wicklung des elektrischen Gerätes fließenden Uberlaststroma und vereinfacht bedeutend die Geräterealisierung der Korrektureinrichtung.

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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zum überlastungsschutz elektrischer Geräte gemäß der Erfindung;

Figur 2 eine Variante der Ausführung der Prinzipschaltung des Laststromgebers und des Funktionsübersetzers gemäß der Erfindung;

Figur 3 eine Variante der Verbindung des Temperaturgebers und des Funktionsübersetzers mit den Schwellenwertelementen des Umschaltkreises gemäß der Erfindung;

Figur 4 eine Variante der Ausführung der Blockschaltung des Lastabschaltkreises gemäß der Erfindung;

Figur 5 eine Variante der Ausführung der Prinzipschaltung des Kreises zur Signalgabe bzw. Stromabschaltung des elektrischen Gerätes;

Figur 6a die Spannung am Temperaturgeberausgang in Abhängigkeit von der Temperatur der oberen Schichten der dielektrischen Flüssigkeit;

Figur 6b die Spannung am Ausgang des Funktionsübersetzers in Abhängigkeit vom Laststrom; und

Figur 6c die Sollbetriebszeit des elektrischen Gerätes in Abhängigkeit von der Temperatur des am stärksten erhitzten Punktes seiner Wicklung.

Nachstehend wird ein Beispiel der Verwendung der vorliegenden Erfindung zum Schutz des Leistungstransformators nur zur Veranschaulichung beschrieben.

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Der Leistungstransforraator 1 (Figur 1) enthält eine Primärwicklung 2 und eine mit dem Stromkreis des Verbrauchers 4 verbundene Sekundärwicklung 3. Beide Wicklungen sind in öl 5 oder in eine beliebige andere dielektrische Kühlflüssigkeit getaucht.

Gemäß der bekannten, im Buch von Schnitzer L. M. "Nagrusotschna-3a sposobnost silowych transformatorcw", Moskau, 1953, beschriebenen Abhängigkeit kann die Temperatur des am stärksten erhitzten Punktes der Wicklungen 2 und 3 des Transformators 1, die bei der Beurteilung des Grades seiner überlastung den kennzeichnenden Parameter darstellt, aus der Gleichung:

Θ = O₁ + Q₂ (1)

ermittelt werden, worin bedeuten:

θ die Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes;

Θ-j die Temperatur des Kühlöls 5, die von der Außenlufttemperatur, der Erwärmung der V/icklungen und den Kühlungsbedingungen (z.B. Vorhandensein von Wind u.a. abhängig ist);

02 die vom Laststrom bedingte Übertemperatur des am stärksten erhitzten V/ick lungs punkt es oberhalb der Temperatur (G-j) der Kühlflüssigkeit.

In Übereinstimmung mit der angegebenen Abhängigkeit besitzt die Vorrichtung zum überlastungsschutz des Transformators gemäß der Erfindung zv/ei Geber: einen Temperaturgeber 6 und einen Laststromgeber 7, auf die nachstehend näher eingegangen wird.

Der Temperaturgeber 6 ist in den oberen Schichten des Öls 5 des Transformators 1 angeordnet.

Die Komponente 6p der Gleichung (1) steht in Verbindung mit dem Laststrom des Transformators durch folgende Abhängigkeit:

Q₂ = ßrkⁿ (2)

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worin bedeuten:

ß den Koeffizienten, der die Temperaturdifferenz zwischen dem mittleren und dem am stärksten erhitzten Punkt der Wicklung 2 bzw. 3 des Transformators 1 berücksichtigt;

χ die stabile mittlere Übertemperatur der Wicklung über der Temperatur des Öls bei Nennbetriebsbedingungen;

k das Verhältnis des tatsächlichen Überlastungsstroms des Transformators zum Nennwert (ganzzahliges Vielfaches seiner überlastung);

η einen Koeffizienten, der vom konstruktiven Aufbau des Transformators 1 und den Eigenschaften des Kühlöls 5 abhängig ist.

Zur Umwandlung des Stroms in eine Spannung, die der durch den Laststrom bedingten Ubertemperatur des am stärksten erhitzten Punktes der Wicklung über der Öltemperatur (Θρ) proportional ist, v/ird der Stromgeber 7 an den Funktionsübersetzer oder -geber 8 angeschlossen, in dem die angeführte Abhängigkeit (2) realisiert wird.

Der Stromgeber 7 bildet zusammen mit dem Funktionsübersetzer 8 die Korrektureinrichtung, in der die Temperatüränderung des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes in Abhängigkeit vom Laststrom berücksichtigt v/ird.

Der Umschaltkreis 9 der Schutzvorrichtung des Transformators enthält mit dom Temperaturgober 6 und dem Funktionsübersetzer 8 verbundene Schwellenwertelemente, 10, 11, 12, 13, 14, Gefahrenmeldereise 15 und 16 und einen Lastabschaltkreis 17.

Die AusgangssignaIe der Schwellenwertelernente 10...14 entsprechen einer Reihe von nach und nach ansteigenden Temperaturwerten des am stärksten erhitzten Wicklungspunkts (z.B. 130, 135, 140, 145 und 150° C), dabei entsprechen die Schwellenwerteleoente 10....13 der niedrigen und das Schwellenwertelement 14 der hohen Überlastung des Transformators 1.

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Die Schwellenwertelemente 10 und 12 der niedrigen überlastung sind in die GefahrenmeIdekreise 15 und 16 eingeschaltet. Diese Kreise enthalten Zeitrelais 18 und 19 sowie Signalgeber 20 und 21.

Die Verzögerung der Zeitrealsi 18 und 19 ist verschieden groß und wird in Abhängigkeit von der Größe der Eingangssignale der Schwellenwertelemente 10 und 12 gewählt. Da aber das Signal der niedrigen Überlastung am Eingang des Relais 19 insbesondere die höhere und folglich die gefährlichere Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes kennzeichnet, ist die Verzögerungszeit bei diesem Relais kürzer als beim Relais 18.

Als Signalgeber 20 und 21 können Quellen für Licht- bzw. Schallsignalisierung zum Beispjol Meldelampen bzw. Anzeigerelais benutzt werden.

Anstelle des Signalgebers 21 kann am Ausgang des Stromkreises eine Vorrichtung zum Einschalten des Lüfters zur Belüftung des Transformators 1 zu dessen zusätzlicher Kühlung eingebaut werden.

Ist eine noch mehr aufgegliederte Abstufung der Gefahrenmeldesignale erforderlich, so können ähnliche Stromkreise auch an andere Schwellenwertelemente angeschlossen werden, deren Anzahl beliebig groß sein kann.

Der Stromkreis 17 zum Abschalten der Belastung mit der zur Entlastung des Transformators 1 durch Stromlosmachen oder automatisches Abschalten eines Teils der Verbraucher 4 bestimmten Signalabschaltvorrichtung 22 am Ausgang ist ans Schwellenwertelemerit 14 angeschlossen, dessen Signal der hohen Überlastung der kritischen Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungsspule entspricht, bei der die Gefahr des Isolationsdurchschlages und des Ausfalls des Transformators 1 (z.B. 150° C) entsteht. Die Signalabschaltvorrichtung 22 ist mit dem SchwellenwerteIe-

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ment 14 über das Zeitrelais 23 und mit den Schwellenwertelementen 10...13 niedriger Überlastung über einen nachstehend ausführlich beschriebenen Block 24 operativ verbunden.

In der beschriebenen Vorrichtung dient ein wärmefühlendes Element, zum Beispiel ein Heißleiterwiderstand mit einem Gleichstromoperationsverstärker am Ausgang als Temperaturgeber 6. Als Temperaturgeber 6 kann auch eine andere geeignete Einrichtung, z.B. ein Vielkontaktthermometer und ähnliches verwendet werden.

Der Stromgeber 7 ist ein Meßstromtransformator (Fig. 1 und 2), der in den Stromkreis der Sekundärwicklung 3 des Transformators 1 eingeschaltet ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, enthält der Funktionsübersetzer 8 einen Linearwandler 25 zur Umformung des Stroms in eine Spannung, eine an einen Linearwandler 25 angeschlossene Gleichrichterbrücke 26, einen Kondensator 27 zur Glättung der Pulsation der gleichgerichteten Spannung und einen Diodenwandler 28 zur Umformung der gleichgerichteten Spannung am Ausgang des Kondensators 27 in die Spannung U₂ an den Ausgängen X und Y in Übereinstimmung mit der potenzexponentiellen Abhängigkeit (2).

Der Linearwandler 25 enthält eine Primärwicklung 29, die in den Stromkreis des Gebers 7 eingeschaltet ist, und eine Sekundärwicklung 30, die an die Gleichrichterbrücke 26 angeschlossen ist. Der Glättungskondensator 27 ist an die Gleichrichterbrücke 26 an der Seite der gleichgerichteten Spannung angeschlossen.

Der Diodenwandler 28 enthält einen Spannungsteiler, der aus Zener-Dioden Z^, Zp...Z mit Anschlüssen A^, Ap...A aufgebaut ist, an welche aus Widerständen R-j , ^2***^η ^^β Ei°den D^, Ü£... D bestehende Stromkreise angeschlossen sind.

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Die Minusanschlüsse Y der Dioden D₁... D sind über einen Widerstand 31 mit der Plusschine ρ des Stromversorgungskreises verbunden. Ein der Minusschiene g verbundene und am Spannungsteilereingang liegender Widerstand 32 dient zur Begrenzung des Stroms in den Zener-Dioden. Der Ausgang der Gleichrichterbrücko 26 liegt an den Minusanschlüssen Y der Dioden D₁...D_n.

Die in Fig. 2 dargelegte Ausführungsvariante des Funktionsübersetze rs wird bevorzugt, kann aber bei Bedarf durch einen beliebigen anderen bekannten Funktionsübersetzer, z.B. einen Relais-Kontaktwandler ersetzt werden.

Die Schwellenwertelemente 10 14 (Fig. 3), die bekannte empfindliche Nullindikatoren darstellen, welche, z.B. mit integrierten Schaltungen ausgeführt sind, sind an den Eingängen über Trenndioden 34, 35, 36, 37,33 zur Gewährleistung der Ansprechselektion miteinander verbunden und sind entsprechend an Anschlüsse 39, 40, 41, 42, 43 eines mit den Widerständen bzw. Zener-Dioden aufgebauten Eichspannungsteilers 44 angeschlossen. Der Stromversorungskreis des Teilers 44 ist in der Zeichnung durch die Plus- P und die Minusschiene Q dargestellt.

Die Plusanschlüsse der Trenndioden 34...38 liegen am gemeinsamen Ausgang des Widerstandes 33, der mit einem Widerstand 45 in Reihe geschaltet ist. Der Widerstand 45 ist an den Ausgang des Temperaturgebers 6, der Widerstand 33 an den Ausgang des Funktionsübersetzers 8 (Fig. 2) angeschlossen. Dadurch wird am Eingang des Umschaltkreises 9 (Fig. 1) die Spannung U₁ des Temperaturgebers 6, die der Temperatur (Q₁, Gleichung 1) der oberen Ölschichten proportional ist, und die Spannung Up des Funktionsübersetzers 8, die von der durch den Laststrom bedingten Übertemperatur (G₂, Gleichungen 1 und 2) des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes über der Öltemperatur abhängig ist, summiert.

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Die Bedingung des Ansprechens des Schwellenwertelementes 10 ist die Überhöhung der Eingangsspannung U, = U₁ + U₂ oberhalb der Eichspannung E₁ an der Minusschiene Q der Stromversorgung und dem Anschluß 39 des Spannungsteilers 44.

Ähnlichorweise ist die Bedingung des Ansprechens jedes Schwellenwertelementes 11...14 die Überhöhung der Eingangsspannung U, entsprechend über den Spannungen E₂, E,...Ec des Teilers 44.

Wie aus dem Schaltbild des Lastabschaltkreises 17 in Fig. 4 ersichtlich ist, enthält der Block 24 einen Stromkreis 46 zur Verriegelung der FehlabsehaItSignaIe und einen Stromkreis 47 zur Abgabe des Gefahrenmeldesignals bzw. zum Abschalten des elektrischen Gerätes nach dem Ablauf seiner Sollbetriebszoit.

Der Stromkreis 46, der die Möglichkeit des Fehalansprechens der Signalabschaltvorrichtung 22 ausschließt, enthält einen monostabilen Multivibrator 48, der zur Erzeugung eines kurzzeitigen Impulses aus dem Signal des Schv/ellenwertelemcntes 10 der niedrigen Überlastung dient, eine logische UND-Schaltung 49, deren erster Eingang mit dem monostabilen Multivibrator 48, und deren zweiter Eingang mit dem Schwellenwertelement 14 verbunden ist, und ein Zeitrelais 50, das an den Ausgang der UND-Schaltung 49 angeschlossen und mit der Signalabschaltvorrichtung 22 operativ verbunden ist.

Zum Vorbeugen des Ansprechens der Zeitrelais 23 mit kürzerer Verzögerungszeit im Vergleich mit dem Relais 50 ist zwischen das Schwellenwertelement 14 und das Zeitrelais 23 eine NICHT-Schaltung 51 geschaltet, die mit der UND-Schaltung 49 elektrisch verbunden ist.

Der zum Vorbeugen des Ausfalls des Transformators 1 v/egen der Zerstörung der Isolation der Wicklung 3 nach dem Ablauf seiner Sollbetriebszeit vorgesehene Stromkreis 47 des Blocks 24 enthält einen Wandler 52 zur Umformung der der Temperatur des am stärk-

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sten erhitzten Wicklungspunktes entsprechenden Signale in die dem Exponentialgesetzt der Alterung der Wicklungsisolation entsprechende Spannung und einen Zähler 52, der die Ausgangssignale des Wandlers 52 zur Registrierung der SollDetriebszeit des Transformators 1 und Abgabe des Steuersignals an die Signalabschaltvorrichtung 22 zum Zeitpunkt des Ablaufs der Sollbetriebszeit nach der Zeit integriert.

Wie aus der in Fig. 5 gezeigten Schaltung hervorgeht, ist der Wandler 52 ein symmetrischer Multivibrator, der aus Transistoren 65 und 66 aufgebaut ist, in deren Stromkreisen "Basiselektrode Kollektorelektrode" Widerstände R₁, Puj, R_2f R₂ ^und Kondensatoren C^ und Cp angeordnet sind, welche die zeitbestimmenden RC-Kreise bilden, die die Schaltfrequenz des Multivibrators einstellen.

Die angegebenen RC-Kreise liegen am Minusanschluß h des Stromversorgungskreises über Ausgangsschließkontakte 10-j , H-j» 13-j» 14-j und Öffnungskontakte 11₂, ¹3₂ und 14₂ der entsprechenden Schv/ellenv/ertelemente 10... 14.

In die Kollektorkreise der Transistoren 65 und 66 sind entsprechende Widerstände R, und Ri eingeschaltet.

Die Umschaltkontakte 12-j und 12₂ des entsprechenden Schwellenwertelementes 12 sind im Kollektorkreis eines Transistors 67 angeordnet und dienen zum Einschalten von Impulszählern 68 und 69, die zusammen den Zähler 53 bilden, der die Ausgangssignale des Wandlers 52 zur Bestimmung des Zeitpunktes des Ablaufs der Sollbetriebszeit des Transformators 1 nach der Zeit integriert. Wie bereits erwähnt wurde, ist der Zähler 53 mit der Signalabschaltvorrichtung 22 (Fig. U) operativ verbunden.

Die beschriebene Vorrichtung hat folgende Arbeitsweise.

Der in den oberen Schichten des Öls 5 (Fig. 1) angebrachte Geber

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6 erreicht eine durch den Laststrom und die Kühlbedingungen des Transformators 1 bedingte Temperatur.

Die Spannung U₁ am Ausgang des Gebers 6 ist der angegebenen Öltemperatur (O₁, Gleichung 1) proportional, wie die Kennlinie in Fig. 6a zeigt.

Gleichzeitig wird im Stromgeber 7 ein dem Laststrom der mit diesem verbundenen Sekundärwicklung 3 des Transformators 1 proportionaler Strom induziert, der an die Primärwicklung 29 des Linearwandlers 25 am Eingang des I'Yinktionsübersetzers 8 (Fig. 2) gegeben wird. Dabei entsteht in der Sekundärwicklung des Linearwandlers 25 eine dem Strom der Primärwicklung 29 proportionale Spannung, die an die Gleiclirichtorbrucke 26 gelegt wird. Die gleichgerichtete Spannung v/ird über den Glättungskondensator 27 an den Eingang des Diodenv/andlers 28 gegeben.

Die Funktionsweise des Diodenwandlers 28 ist im Diagramm der Fig. 6b dargestellt. Die Kennlinie S des Diagramms ist in Übereinstimmung mit der Gleichung (2) aufgebaut und zeigt die Änderung der Größe Θ2 in Abhängigkeit vom Laststrom. Die geknickte Kennlinie V/ entspricht der Spannung U₂ am Ausgang des Funktionsübersetzers 8 in Abhängigkeit vom gleichen Parameter.

Beim Fehlen des Stromes im Stromkreis des Funktionsübersetzers (Fig. 2) sind die Dioden D₁...D_n gesperrt, und über die Widerstände R₁...R^ fließt kein Strom.

Sobald am Kondensator 27 Spannung erscheint, fließt über die Widerstände 33 und 31 ein Strom, der den Spannungsabfall U₂ am Widerstand 33 sicherstellt, der einem linearen Gesetz ansteigt, das mit der Strecke ON der geknickten Kennlinie W in Fig. 6b übereinstimmt. Erreicht die Spannung am Widerstand 31 die Größe, die die Spannung C₁ an der Plusklenime P und dem Anschluß A₁ der Zener-Diode Z₁ überschreitet, wird die Diode D₁ leitend, und über den Widerstand R₁ fließt ein Strom, der den zusätzlichen Spannungsabfall am Widerstand 33 bewirkt. Der Zeitpunkt

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der öffnung der Diode D₁ entspricht dem Knick der Ausgangsspannungskennlinie des Stromwandlers im Punkt N der geknickten Kennlinie W in Fig. 6b.

Beim Ansteigen der Spannung am Widerstand 31 bis auf eine Größe die die Spannung e₂ an der Plusklemme P und dem Anschluß A₂ der Zener-Diode überschreitet, wird die Diode Dp leitend, und über den Widerstand R₂ fließt ein Strom. Der Zeitpunkt der Öffnung der Diode D₂ entspricht dem Punkt B der geknickten Kennlinie W des Diagramms in Fig. 6b.

DLe übrigen Elemente der Schaltung des Diodenwandlers haben eine ähnliche Funktionsweise. Durch Einstellung der Widerstandswerte der Widerstände R₁...R und des Übersetzungsverhältnisses des Linearwandlers 25 kann nie lineare und stückweise Approximation der Kennlinie der gegebenen Funktion (Gleichung 2) vorgenommen werden. Es ist augenscheinlich, daß die Genauigkeit der Approximation desto größer ist, je mehr Anschlüsse A_n und entsprechend Elemente Z_n, D_n und R in der Schaltung des Diodenwandlers 28 vorhanden sind.

Die Spannung U₁ des Tempera tür gebe rs 6 und U₂ des Funktionsübersetzers 8 wird an den in Reihe geschalteten Widerständen 45 und 33 (Fig. 3) summiert, die am Ausgang des Temperaturgebers 6 bzw. des Funktionsübersetzers 8 angeordnet sind. Die Gesamtspannung U, = U-j + U₂ wird an den Eingang des Umschaltkreises 9 gelegt. Bei U*> E₁ wird die Diode 34 leitend, und an den Eingang des Schwellenwertelements 10 kommt die Ansprechspannung. Die Spannung E₁ des Teilers 44 wird so gewählt, daß sie mit der Temperatur übereinstimmt, die die Nenntemperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes un eine gewisse vorgegebene Größe (Z.B. 40° C) überschreitet. Das Signal des Schwellenwertelements 10 gelangt über das Zeitrelais 18 des Gefahrenmeldekreises 15 (Fig. 1) an den Signalgeber 20.

Der Signalgeber 20 am Ausgang des Stromkreises 15 setzt den

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Bedienungsmann davon in Kenntnis, daß die Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes außerhalb des Nennwertbereiches liegt (in unserem Beispiel stimmt er mit 130° C überein).

Liegt die Eichspannung E2 des Teilers 44 oberhalb der Gesamtspannung U,, so wird die Diode 35 leitend und das Schwellenwertelement 11 (Fig. 3) spricht an,dessen Signal mit der niedrigen Überlastung in unserem Beispiel mit der Temperatur von I35⁰ C übereinstimmt. Das Signal des Schwellenwertelementes 11 wird an den Eingang des Funktionsübersetzers 52 (Fig. 4) des Lastabschaltkreises 17 geleitet, worauf nachstehend ausführlicher eingegangen v/ird.

Bei der weiteren Zunahme der Wicklungstemperatur (z.B. bis auf 140° V) steigt die Ge samt spannung (U^,) bis auf eine Größe, die die Eichspannung E, des Teilers 44 (Fig. 3) überschreitet, die Diode 36 öffnet, das Schwellenwertelement 12 spricht an und schaltet über das Relais 19 (Fig. 1), das eine kürzere Verzögerungszeit als das Relais 18 aufweist, den zweiten Signalsgeber 21 ein, der den Bedinungsmann vor der gefahrdrohenden überlastung des Transformators 1 v/arnt. V/ie bereits erwähnt wurde, kann anstatt des Notsignals am Ausgang des Stromkreises 16 ein Steuersignal zum Einschalten der in der Zeichnung nicht gezeigten Belüftungsanlage des Transformators 1 abgegeben werden, so daß die Temperatur des am stärksten erhitzten Punktes der Wicklung durch zusätzliche Kühlung vermindert v/ird.

Ähnlich dem Signal des Schwellenv/ertelementes 11 wird das Signal des Schv/ellenwertelementes I3 der niedrigen Überlastung (in unserem Beispiel stimmt dies mit der Temperatur von 145° C überein) an den Eingang des Funktionsübersetzers 52 geleitet.

Beim Erreichen der kritischen Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes (z.B. 150° C), was der Bedingung

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U,>Ec entspricht, spricht auf die bereits beschriebene Weise
das Schwellenwertelement 14 der hohen Überlastung an, dessen Signal an den Eingang des Lastabschaltkreises 17 (Fig. 1) gelangt, der für drei Betriebsmöglichkeiten ausgelegt ist.

Im ersten Fall steigt der Laststrom der Wicklung 3 des Transformators 1 stufenlos an.

Dabei löst das Signal des Schwellenwerteleraentes 14 das Zeitrelais 23 (Fig. 1 und 4) aus, dessen Verzögerungszeit kürzer als die des Relais 19 ist. Das Ausgangssignal des Relais 23
löst die Signalabschaltvorrichtung 22 aus, die einen Teil der Elektroenergieverbraucher 4 automatisch abschaltet.

Es sei betont, daß die Relais 18, 19, 23 zusammen mit den sie auslösenden Schwellenwertelementen 10, 12 und 14 durch ein Zeitrelais mit einer Verzögerungszeit ersetzt werden können, die von der Größe des Ausgangssignals abhängig ist. Das Relais hat drei Ausgänge auf die Signalgeber und die Signalabschaltvorrichtung.

Im zv/eiten Fall ändert sich die Belastung des Transformators
sprungweise.

Bei kurzzeitigen sprungeweisen Stromüberlastungen entsteht am Eingang des Stromkreises 17 ein Signal der hohen Überlastung. Inzwischen erreicht aber die tatsächliche Überhitzung nicht
den gefährlichen Wert wegen der Wärmeträgheit der Wicklung (der stabile Überhitzungswert wird in At = 15...20 min erreicht).

Die in diesem Fall auftretende rasche Steigerung der Gesamtspannung U,, die mit den Überlastungen bei der stabilen Wicklungstemperatur übereinstimmt, kann zum Ansprechen des Schwellenwertelements 14 führen, dessen Signal bei seinem Anlegen, wie im vorherigen Fall, ans Relais 23, dessen Verzögerungszeit kürzer als At ist, das unbegründete Abschalten eines Teiles der Verbraucher 4 herbeiführen würde. Zum Vermeiden derartiger Fehl-

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auslösungen ist im Block 24 des Lastabschaltkreises 17 (Fig. 4) ein Stromkreis 46 zur Verriegelung der Fehlauslösesignale mit dem Relais 50 vorgesehen, dessen Verzögerungszeit langer als die des Relais 23 ist. Der Stromkreis 46 s^ebt die Signale der hohen Überlastung nach dem Laststrom aus.

Die selektrive Wirkung des Stromkreises 45 beruht darauf, daß die beschriebenen sprungsweisen Änderungen des Laststroms das gleichzeitige Ansprechen aller Schwellenwertelemente hervorrufen, während bei der allmählichen V/icklungsüberhitzung die Schv/ellenwertelemente hintereinanderfolgend über die von der Geschwindigkeit der Laständerung abhängigen Zeitintervalle ansprechen.

Beim Ansprechen des Schwellenwertelementes 10 wird sein Signal an den Eingang des monostabilen Multivibrators 48 gegeben, in dem es in einen kurzzeitigen Stromimpuls verwandelt wird, der einem der Eingänge der UND-Schaltung 49 zugeführt v/ird.

Sollte gleichzeitig mit dem angegebenen Impuls an den zweiten Eingang der Schaltung 49 das Signal vom Schwellenwertelement der hohen Überlastung kommen, entsteht am Ausgang der UND-Schaltung 49 ein Signal, welches das Relais 50 mit der verlängerten Verzögerungszeit auslöst.

Um zu vermeiden, daß dabei eine Frühauslösung des Relais 23 vorkommt, gelangt vom Ausgang der UND-Schaltung 49 das Signal an den Eingang der NICHT-Schaltung 51 , die das Relais 23 verriegelt.

Bei einem Stromanstieg wird also die Belastung von der Signalabschaltovrrichtung 22 vom Ausgangssignal des Zeitrelais 50 abgeschaltet, d.h. das Ansprechen kommt nur in dem Fall vor, wenn die Überlastung die Wicklungsüberhitzung herbeiführt, die eine gefährliche Größe erreicht, welche von der Zeitverzögerung des gegebenen Relais gewährleistet wird.

Beim allmählichen Belastungsanstieg spricht das Schwellenwertelement 10 an und löst den monostabilen Multivibrator 48 aus,

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das von diesem an den Eingang der UND-Schaltung 49 abgegebene Signal stimmt aber zeitlich nicht mit dem Signal überein, das an den anderen Eingang der gleichen Schaltung vom Schwellenwertelement 14 kommt, so daß am Ausgang der UND-Schaltung 49 kein Signal entsteht. Wie bereits erwähnt wurde, wird in diesem Fall das Relais 23 ausgelöst, dessen Ausgangssignal das Ansprechen der Signalbschaltvorrichtung 22 herbeiführt.

Dritter Fall. Infolge des langzeitigen Einsatzes des Transformators nähert sich der Verschleiß seiner Wicklungen der vorgegebenen Grenze an, so daß sein weiterer Betrieb von der Gefahr ernster Betriebsstörungen begleitet ist.

Der Zeitpunkt des völligen Verschleißes der Wicklungsisolation kann mit Hilfe des Zählers 53 (Fig. 4) bestimmt werden, an den die Signale vom Wandler 52 kommen. Dem letzteren kommt die Aufgabe zu, die von den Gebern 6 und 7 über die SchwellenwerteIemente 10...14 kommenden Signale in Signale zu verwandeln, die den Momentanwerten der Isolationsalterung in Übereinstimmung mit dem Gesetzt proportional sind, das durch die bekannte Gleichung von Montsinger:

L = L₀ e -^aÖ (3)

ausgedrückt ist, die im Buch von Schitzer L. M. "Nagrusotschnaja sposobnost silowich transformatorow", Moskau, 1953, beschrieben ist.

In der Gleichung bedeuten:

L die tatsächliche Lebensdauer (die Sollbetriebszeit) der Isolation;

L_Q die Betriebszeit der Isolation bei konstanter Temperatur, die als normativ angenommen wird, was der nominalen Sollbetriebszeit des Transformators entspricht;

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θ die Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes, die durch die Gleichung (1) bestimmt wird;

a den Koeffizienten, in dem die Änderung der Betriebszeit der Isolation bei Änderung der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes berücksichtigt und der von den physikalischen Eigenschaften des Werkstoffes der Isolation bestimmt wird.

Nach Angaben des internationalen elektrotechnischen Ausschußes (S. International Electrotechnical Commission, Technical Commi ttee No. 0,7^: Power Transformers. Draft Loading Guide for Oil - immersed Transformers. Novembre 1965) ändert sich die Lebensdauer der Wicklung auf je 6° C der Änderung ihrer Temperatur in Bezug auf den Nennwert um das Zweifache.

Die Punktionsweise des Wandlers 52 und des Zählers 53 soll anhand des in Fig. 6c angeführten Diagramms der Abhängigkeit der Sollbetriebszeit des elektrischen Gerätes von der Temperatur des am stärksten erhitzten Punktes seiner Wicklung veranschaulicht werden.

Die exponentiell Kurve H des angegebenen Schaubildes zeigt die relative Änderung der Sollbetriebszeit -γ=*— des Transformators

JLiO

von der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes und ist in Übereinstimmung mit der Gleichung (3) aufgebaut.

Beim Ansprechen des Schwellenwertelementes 10 schließt sein Schließkcntakt 1O₂ (Fig. 5), mit dessen Hilfe die Spannung über den Öffnungskontakt 11p an die zeitbestimmenden Kreise FLj- C^ (FLi - C-j) des in Form eines symmetrischen Multivibrators ausgeführten Wandlers 52 gegeben wird.

Zu diesem Zeitpunkt ist z.B. der Transistor 65 leitend, was mit dem fixierten gesperrten Zustand des Transistors 66 über den

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Stromkreis C₁-R₁ bis zu dem Zeitpunkt übereinstimmt, zu dem die Spannung am Kondensator C₁ den Pegel seines Öffnens über den Stromkreis Emitterelektrode - Basiselektrode des Transistors 66 - Widerstand R₁ überschreitet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Transistor 66 leitend, und der Kondensator C₂, der an seinen Kollektorkreis angeschlossen ist, wird an die Plusschiene g der Stromversorgung über den Stromkreis Emitterleketrode Kollektorelektrode des offenen Transistors 66 angeschlossen. An der Basiselektrode des Transistors 65 liegt in diesem Fall die Sperrspannung am Kondensator C₂, die den angegebenen Transistor bis zum Zeitpunkt der Entladung des Kondensators Cp über den V/iderstand R₂ und der Aufladung des Kondensators C₂ bis zum Pegel des öffnens des Transistors 65 im gesperrten Zustand hält.

Die Frequenz der Umschaltungen des Wandlers 52 in der betrachteten Folge v/ird von der Zeitkonstante der Stromkreise R₁-C₂ (R₁- C₁) und R₂-C₂ (R^-C₁)bestimmt und beträgt zum Beispiel zwei Impulse pro Minute, was mit dem durch den Ordinatenpunkt F₁ der in Fig. 6c gezeigten Kennlinie bestimmten Momentanwert übereinstimmt. Dabei zeigt der im Kollektorkreis des Transistors 67 über den Öffnungskontakt 12^ eingeschaltete Impulszähler 68 die Größe des Verschleißes der Isolation der Transformatorv/icklung an, die der Anzahl von Impulsen in der Zeit proportional ist, während der die Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes mit der Abszisse des Punktes F^ übereinstimmte.

Beim Ansprechen des Schwellenwertelementes 11 sperrt sein Schließkontakt H₁ und öffnet der Öffnungskontakt 11₂, der den Stromkreis zur Auslöung des Wandlers 52 vom entsprechenden Schwellenwertelement 11 unterbricht. Über den °ffnungskontakt 13₂ des Schwellenwertelementes 13 und den Schließkontakt H₁ wird in diesem Fall die Stromversorungsspannung an die zeit-

bestimmenden Kreise R₂-C₂ und weiter R₂-C₁ gelegt, die die

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andere höhere Frequenz des Multivibrators, z.B. vier Impulse pro Minute bestimmen, was mit dem Momentanwert des Isolationsverschlei ßes übereinstimmt, der durch den Ordinatenpunkt F₂ der in Fig. 6c angegebenen Kennlinie bestimmt wird.

Das Ansprechen des Schwellenwertelementes 12 führt zum Öffnen des Öffnungskontaktes 12-j im Stromkreis des Zählers 68 und zum Schließen des Schließkontaktes 12₂ im Stromkreis des Zählers 69, so daß der erste 68 der erwähnten Zähler ab-, der zweite 69 eingeschaltet wird.

Beim Ansprechen des Schv/ellenwertelementes 13 schließt sein Schließkontakt 13-] und öffnet der Öffnungskontakt 13₂ des entsprechenden Schwellenwertelementes 13. Die Stroraversorgungsspannung wird an die zeitbestimmenden Stromkreise R-j-C-j (R-j-C^) gelegt, die die gleiche Schaltfrequenz des Multivibrators bestimmen, wie auch beim Ansprechen des Schwellenwertelementcs (in unserem Beispiel zwei Impulse pro Minute).

Beim Ansprechen des Schwellenwertelementes 14 wird auf ähnliche Weise der Wandler 52 über die Stromkreise R2~^C2 (^R2~^C1^ ^aus~ gelöst und der Stromkreis des Kontaktes 13 verriegelt. Dabei stimmt die Schaltfrequenz des Multivibrators mit der entsprechenden Frequenz beim Ansprechen des Schv/ellenwertelementes 11 überein. Die Ausgangssignale des Wandlers 52 gelangen in zv/ei letzteren Fällen an den Impulszähler 69. Um den Verschleiß zu fixieren, der mit den Ordinaten der Punkte F^ und F^ der Kurve H in Fig. 6c übereinstimmt, sind die Zähleranzeigen mit dem Maßstabkoeffizienten zu multiplizieren, der durch das Verhältnis der entsprechenden Koordinaten (F,:F.j und F^rF₂) bestimmt wird.

Wie auch der Zähler 68 bewirkt der Impulszähler 69 die Zeitintegration von Momentanwerten der Ausgangsspannung des Wandlers 52 in der Zeitperiode, während der die Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes mit dem Ansprechwert des entsprechenden Elementes übereinstimmt.

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Obwohl in der in Fig. 5 gebrachten Schaltung zwei Impulszähler 68, 69 gezeigt sind, v/obei der Wandler 52 mit vier Schwellenwertelementen (10, 11, 13, 14) verbunden ist, kann die Anzahl der Zähler der Schwellenwertelemente beliebig groß sein, und sie hängt von der vorgegebenen Genauigkeit zur Bestimmung der Sollbetriebsze it des Transformators ab. Es liegt auf der Hand, daß die Anzeigegenauigkeit mit der Vergörßerung ihrer Anzahl zunimmt.

Die Messung der Sollbetriebszeit mit Hilfe von einigen Zählern mit verschiedenen Maßstabkoeffizienten gestattet es, die Kurve H des Diagramms in Fig. 6c im v/eitcn Bereich der Temperaturwerte Θ mit hoher Genauigkeit zu wiedergeben.

Es muß ebenfalls betont v/erden, daß unter den Schwellenwerte lementen, die den Wandler 52 auslösten, auch solche sein können, die bei niedrigen Temperaturwerten im Vergleich mit der für das Ansprechen des Schwellenwerte lenient es 10 erforderlichen Temperatur ansprechen.

Wegen der langen Betriebszeit des Zählers 53, die hunderttausende Botriebsstunden betragen kann, entsteht die Gefahr seines überlaufens, zu dessen Vermeidung an den Zähler eine (nicht gezeigte) Programmeinrichtung angeschlossen wird, die seinen periodischen kurzzeitigen Betrieb (z.B. im Laufe einer Minute jede halbe Stunde bzw. jede Stunde) gewehrleistet

Der Zähler 53 enthält einen Ausgangskreis, der mit dor Signalabschaltvorrichtunf; 22 verbunden ist, die beim Erreichen des Verschleißes der vorgegebenen Größe, z.B. wenn die bezogene Lebensdauer dec Transformators 150 000 Betriobsstunden erreicht, den Transformator stromlos macht odor ein Ton- bzw. Schallsignal abgibt.

Die beschriebene Vorrichtung gestattet es, die Leistung der zu installierenden Transformatoren im i-!rgeuniü eier besseren und

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völligeren Ausnutzung ihrer Überlastungsfähigkeit während des Betriebes herabzusetzen und deren Betriebssicherheit zu steigern.

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Vl

Leerseite

Claims

PATENTA,>IV.»,._. E SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK MARIAHILFRLATZ 2 4 3, MÖNCHEN OO POSTADRESSE: POSTFACH 9ö OI «O, D-BOOO MÖNCHEN 95 Ukrainskoe otdelenie Vsesojuznogo Gosudarstvennogo Proektno-Isyskatelsko^o i Nautschno-Issledovatelsko^o Instituta "Selcnergoproekt" KARL UUOWIO SCHIFF DtPL. CHE=M. OH. ALEXANDER v. FÜNER DIPl. INQ. PETKR STREtIL DIPL. CHFM, DR. URSULA' SCHOnEL-HOPF DIPL. INCi. MtTfH EDniNCMAUS DR. ING. OKiIFlR HNCK TELEFON (Ο89Ϊ 40 3O54 TELFX b-53r,tib AUIiO D TElCGRAMMr. AItIiOMARCPAI MÜNCHEN DA-17867 24. Mai 1977 Vorrichtung zum überlastungsschutz cloktriGchf.r' Goräto PATENTANSPRÜCHE

1.] Vorrichtung zum Überlastungsschutz elektrischer Geriite mit in eine dielektrische Flüssigkeit getauchten 'Wicklung, die einen in der oberen Schicht der dielektrischen Flüssigkeit angeordneten Temporaturgeber, eine Korrektureinrichtung zur Berücksichtigung der durch den Laststrorn bedingten Temporaturänderung des am stärksten erhitzten Wicklungr.punktes in einem Uinschaltkreis mit Schwellenwerte lementen der niedrigen Überlastung, die beim fortlaufenden Annteigen der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes wahlweise ansprechen, ein Schv/ellenvrertGlenont der hohen Überlastung, dessen Ausgangssignal mit der kritischen Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungs punkte ε übereinstinimt, einen durch die Signale der Schv/e llenv/erte lemente der niedrigen Überlastung go steuerten Gefahronrnej.dekreis und einen durch die Signale des Scbwellen-

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ORlQiNAL INSPECTED

v/erteleraentes der hohen überlastung gesteuerten Lastabschaltkreis enthält, dadurch gekenn ze ichnet , daß die Korrektureinrichtung einen Laststromgeber (7) und einen Funktionsüborsetzer (O), der das Signal der Übortemperatur der Wicklung über der Temperatur der dielektrischen Flüssigkeit für sein Anlegen zusammen mit dem Ausgnngßsignal des Ternperaturgobers (6) an Sclrwellenv/ortelemento (10, 11, 12, 13, 1A) eines Unischaltkreises (9) abgibt, enthält, und ein Lastabschaltkrein (17) mit den Schwcllenv/ertelementen (10, 11, 12, 13) der niedrigen überlastung zur selektiven Abgabe der AusgangMsteuersic;-· nalc elektrisch verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung der. Lastabschfiltkroises (17) mit den Schwellenwerte; lernen ton (10, 11, 12, 13) der niedrigen Überlastung über einen Stromkreis (46) zur Verriegelung der Fehlabnchaltsignale erfolgt, die zugleich mit dem Schwellonwerfcelement (14) der hohen Überlastung verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturgeber (6) und der Funktionsübersetzer (8) in Reihe geschaltet sind und einen gemeinsamen Ausgang zur Abgabe der Signale an die Schwellenwertelcmente (10, 11, 12, 13, 14) aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch ?., dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Gcfahrenmoldekreise (15, 1G) und der Lastabschaltkreis (17) Zeitrelais (18, 19, 23) mit unab-

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hängiger Zeitverzögerung enthält, von denen jedes mit dem entsprechenden Schwellenwerte lenient (10, 12, 14) verbunden ist, während der Stromkreis (A6) zur Verriegelung der Fehlabschaltsignale einen durch das Schwollenv/ertelcroont (10) der niedrigen Überlastung gesteuerten monostabj.len !Multivibrator (48), eine UND-Schaltung (49), an welche die Signale von dem monostabilen Multivibrator (48) und dem Schwc llenv/crte lement (14) der hohen Überlastung gelangen, ein mit der Ul¹JD-Schaltung (49) verbundenes Zeitrelais (50), dessen Verzögerungszeit die des mit dem Schwellenwertelement (14) der hohen Überlastung verbundenen Zeitrelais (23) überschreitet, und eine zwischen das Schwellenverteleiiioivt (14) der hohen Überlastung und das diesem entsprechende Zeitrelais (23) geschaltete und durch das Ausgangssignal der UND-Schaltung (49) gesteuerte NICHT-Schaltung (51) enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Lastabschaltkreis (17) einen durch die Schwellenwertelemente (10, 11, 12, 13) und (14) der niedrigen bzw. hohen Überlastung gesteuerten Stromkreis (47) zum Anlegen des Signals bzw. zum Stromlosmachen des elektrischen Gerätes nach dem Ablauf seiner Sollbetriebszoit enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis (47) zum Anlegen des Signals bzw. Stromlosmachen des elektrischen Gerätes beim Ablauf der Sollbetriebszeit einen mit den Schwellenv/erte lementen (10, 11, 12, 13) und (14) dor niedrigen bzw. der hohen Überlastung verbundenen V/andler (52) zur Umformung der der Temperatur des

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am stärksten erhitzten V/icklungspunktes entsprechenden Signale in die dem exponentiellen Gesetz der Isolationsalterung entsprechende Impulszahl, einen Zähler (53) zur Zeitintegration der Ausgangssignale des Wandlers (52) zur Meldung des gefährdeten Verschleißes der Isolation des zu schützenden Gerätes enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (52) zur Umformung der der Temperatur des am stärksten erhitzten Wicklungspunktes entsprechenden Signale in eine dem exponentiellen Gesetz der Isolationsalterunß entsprechende Impulszahl einen Multivibrator enthält, dessen Frequenz durch die AusgangsSignaIe der Schwellenwertelemente (10, 11, 12, 13, 14) in Übereinstimmung mit dem Altcrungsgesetz geändert wird.

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