-
Anordnung zur Veränderung des Anzeigebereiches elektrischer Meßinstrumente
und Relais In elektrischen Betrieben mit Wechselstromübertragungen schwanken häufig
die Betriebsgrößen von Abzweigen je nach der Tages- und Jahreszeit und je nach der
Schaltung des Netzes. Bei einem Sammelschienenabzweig, an den zu gewöhnlicher Zeit
zwei parallele Freileitungen angeschlossen sind, wird z. B. zuzeiten schwacher Belastung
eine Leitung abgeschaltet. Der zulässige Betriebsstrom TB max des@Abzweiges ist
dann vor der Abschaltung doppelt so groß als danach. Der tatsächliche Betriebsstrom
kann natürlich auch noch in weiten Grenzen, etwa um 5 bis zoo %, schwanken,
je nach der Belastung der beiden oder der einen Freileitung durch die Stromverbräucher.
Die in einem solchen Abzweig liegenden Apparate müssen gewöhnlich für den Höchstwert
der Betriebsgröße bemessen werden, da Überlastungen nicht oder nur kurzzeitig stattfinden
dürfen. Die Nenngrößen der Apparate richten sich daher allgemein nach den Höchstwerten
der Betriebsgrößen.
-
Amperemetrische Relais und Instrumente lassen sich nun starken Schwankungen
der Betriebsgrößen schlecht oder nicht ohne weiteres anpassen. Beispielsweise wird
ein normales an einen Stromwandler mit der Nennstromstärke T angeschlossenes Amperemeter
nur in dem Bereich von etwa To bis 120 010 J genau anzeigen.
-
Ganz ähnlich liegen die Verhältnisse bezüglich der Einstellung der
Auslösestromstärke bei Relaisbetätigungen in Abzweigen mit stark schwankenden Betriebsgrößen.
Es sind bereits verschiedene Mittel versucht worden, um die Empfindlichkeit der
Meßinstrumente und Relais währenddes Betriebes zu verändern. So wurde z. B. durch
wechselnde Zu- und Abschaltungen von Parallelwiderständen zu Stromspulen der Meßbereich
bzw. die Relaiseinstellung den Schwankungen der Betriebsstromstärke TB angepaßt.
Durch Unterteilung der Stromspulen der Überwachungsorgane und wechselnde Reihen-
und Parallelschaltung der Wicklungsteile ist das Ziel auf andere Weise erreicht
worden. Ein weiteres bekanntes Mittel besteht darin, verschiedene Übersetzungen
des Meßwandlers zu verwenden, d. h. das Instrument oder Relais mit der Strom- oder
Spannungsspule an Anzapfungen ein und derselben Wicklung des Meßwandlers zu legen.
-
Die angedeuteten bekannten Mittel sind auch in Kombinationen angewendet
worden. Die bekannten Verfahren zur Lösung der beschriebenen Aufgabe besitzen jedoch
erhebliche Nachteile. Bei der ParalleIschaltung
von Widerständen
zu Stromspulen z. B. wird naturgemäß entweder nur ein Teil der vom Stromwandler
aufzubringenden Leistung in der Stromspule des Instruments bzw. Relais nutzbar gemacht,
oder wenn gerade keine Parallelwiderstände zugeschaltet sind, ist die Bürde des
Wandlers sehr hoch.
-
Im Falle der Benutzung verschiedener Übersetzungen von Stromwandlern
ist der betreffende Stromwandler auch bei der geringsten Übersetzung, d. h. gerade
bei der geringsten wirksamen sekundären Windurigszahl, mit der Bürde durch die Stromspule
belastet. Bei der Schaltung auf größere Übersetzungen wird die Belastbarkeit des
Wandlers schlecht ausgenutzt. Für den Fall, daß der sekundär angezapfte Wandler
bei niedrigen Übersetzungen überlastet wird oder versehentlich sogar offen betrieben
wird, können an den Anzapfungen für die höheren Übersetzungen unerwünscht hohe Spannungen
auftreten. Alle von einem angezapften Wandler gespeisten Instrumente müssen auch
in Reihe geschaltet an der gleichen Anzapfung liegen. Diese Nachteile der bekannten
Einrichtung werden durch die Erfindung dadurch vermieden, daß Schaltvorrichtungen
vorgesehen werden, welche die Wandlerwicklungen derart parallel schalten, daß in
den angeschlossenen Wicklungen der Überwachungsorgane die erzeugten Ströme sich
addieren oder subtrahieren. In Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. In die Leitung R sind zwei Stromwandler mit den Primärwicklungen 5
und den Sekundärwicklungen 4 eingebaut. Die Stromwandler besitzen dabei verschiedenes
Übersetzungsveihältnis, und zwar übersetzt der eine 500 : 2,5, der andere 5oo :
1,5. Die Übersetzung des einen Wandlers beträgt demnach Zoo, die des anderen 333.
Durch einen Umschalter, der z. B. als Paketschalter ausgebildet sein kann, werden
die Sekundärwicklungen der beiden Wandler so miteinander verbunden, daß die Ströme
sich in- dem Relais oder Meßinstrument i addieren oder subtrahieren. Die einzelnen
Kammern des Paketschalters sind mit 3 bezeichnet. Die elektrischen Verbindungen
der einzelnen Kontakte sind als Winkel io dargestellt. In der gezeichneten Stellung
sind die Wicklungen 4 der Stromwandler so miteinander parallel geschaltet, daß in
dem Instrument i die Differenz der Sekundärströme der Wandler auftritt. Das Instrument
i, das als Amperemeter ausgebildet sein mag, zeigt daher den Strom in der Phase
R der Übersetzung
Mit J ist dabei der Strom der Phase R, mit il und i. die Ströme in den beiden Wandlern
bezeichnet. Der Stromverlauf im einzelnen ist folgender: Der eine Anschlußpunkt
der Wandlerwicktung 4 ist über 12, 13, 14 an den Anschlußpunkt 15 des Relais i geführt,
der andere Anschlußpunkt 18 der linken Wandlerwicklung 4 über 17 an die zweite Anschlußklemme
16 des Relais i. Der Anschlußpunkt 22 der rechten Wandlerwicklung 4 ist über 21,
20, 19 an 15 angeschlossen, der Punkt 23 über 24, 25, 26, 27 an 16.
Bei dieser Schaltung sollen die Ströme der beiden Wandler in entgegengesetztem Sinne
auf das Relais i einwirken, so daß also die Differenz der Ströme in dem Relais wirksam
wird.
-
Wird'der Paketschalter um go° im Uhrzeigersinn gedreht, so wird der
Punkt i i über 12, 28, i9 wie im ersten Fall an 15 angeschlossen. Punkt 16 bleibt
mit 18 verbunden. Der zweite Wandler wird dagegen umgepolt; Punkt 22 wird über 21,
29, 26, 27 mit 16 verbunden, Punkt 23 über 24 und 30 mit 15. Infolgedessen
wird das Amperemeter i von der Summe der Ströme der Wicklungen 4 durchflossen. Bei
der Strommessung ist also die resultierende Übersetzung
Durch eine weitere Drehung des Schalters im Uhrzeigersinn kommt das Amperemeter
i allein an den linken Stromwandler mit der Übersetzung 500 ::2,5 zu liegen, -und
zwar wird Punkt 1i über 12, 28, 31 an 15 angeschlossen, Punkt 16 bleibt mit 18 verbunden.
Der rechte Wandler wird dabei über 22, 21, 24 und 23 kurzgeschlossen. Das Amperemeter
i mißt infolgedessen bei vollem Ausschlag Zoo Ampere.
-
Wird nun der Schalter 3 abermals um 9o° gedreht, so speist nur der
Wandler mit der Übersetzung 500 : 45 das Amperemeter. Dabei -ist Punkt 22 über 2i,
20, 31 an 15 gelegt, Punkt 23 über 24, 25, 33, 27 an 16. Der Wandler mit der Übersetzung
5oo : 2,5 ist dabei über 11, 12, 13, 32, 27, 16, 17, 18 kurzgeschlossen. Es ergibt
sich demnach für das Amperemeter eine Übersetzung von 333.
-
Die Schaltung- nach Abb. i ermöglicht demnach, den Strom in der Phase
R mit den Umrechnungsfaktoren 125, Zoo, 333 und 5oo zu messen. Außer den durch die
Wandler unmittelbar gegebenen zwei Übersetzungen sind demnach zwei weitere Kombinationen
möglich, die den Meßbereich der Anordnung erweitern. Es ist ferner aus Abb. i zu
erkennen, daß gerade dann, wenn die geringste Stromübersetzung zur Messung des Phasenstromes
in R gebraucht wird, beide Wandler den Leistungsverbrauch des Amperemeters i aufbringen.
Selbst bei der Übersetzung Soo besitzt keiner der Wandler für sich eine entsprechend
hohe sekundäre Windungszahl. Bei der Schaltung nach der Erfindung besteht
daher
weniger die Gefahr als bei den bekannten Anordnungen, daß übermäßig hohe Spannungen
an den Sekundärklemmen eines der Wandler auftreten. Der Übergang von einer Schaltstellung
in die andere erfolgt bei dem Paketschalter 3 in bekannter Weise ohne Unterbrechung.
-
Statt wie in Abb. i zwei Stromwandler primär in Reihe zu schalten,
kann auch ein Stromwandler mit einer Primärwicklung und mehreren Sekundärwicklungen
verwendet werden. Zweckmäßig werden hierzu an sich bekannte Stromwandler mit mehreren
Kernen vorgesehen, auf denen dann die einzelnen Sekundärwicklungen mit verschiedener
Windungszahl aufgewickelt sind. Um in allen Fällen bequeme Umrechnungsfaktoren zu
erhalten und außerdem noch den Meßbereich der Anordnung zu erhöhen, ist es dabei
vielfach zweckmäßig, die Sekundärwicklungen mit Anzapfungen zu versehen. In Abb.
2 ist ein Beispiel für eine derartige Ausführung des Erfindungsgedankens gezeigt.
-
Die Primärwicklung 5 eines Stromwandlers mit zwei Sekundärwicklungen
4 liegt in der Kupplungsleitung derselben Phase R zweier Sammelschienensysteme I
und II. In einer solchen Kupplungsleitung können Betriebsströme der verschiedensten
Größen auftreten, so daß hier besonders die Aufgabe vorliegt, einen ausgedehnten
Meßbereich mit großer Genauigkeit zu erhalten. Die rechte der Sekundärwicklungen
4 ist mit einer Anzapfung versehen. Mit Hilfe des Paketschalters 3 lassen sich dann
noch mehr Übersetzungen zwischen dem Wandler und dem Relais 2- herstellen als bei
der Ausführung nach Abb. i. In der linken Sekundärwicklung sei der Nennstrom mit
il bezeichnet, in der rechten Wicklung der h,Tennstrom zwischen je zwei Klemmen
mit i2, i3 und i, Außer den vier Übersetzungen, welche durch diese Nennströme gegeben
sind, können durch Umschaltungen mit dem Paketschalter 3 noch sechs weitere Kombinationen
erreicht werden, und zwar lassen sich die Übersetzungen
zelnen Einstellungen nicht benutzte Anzap-und
herstellen. Die bei den einfung an der rechten Wandlerwicklung 4 braucht dabei nicht
mit den anderen Klemmen derselben Wicklung über dem Paketschalter 3 verbunden oder
kurzgeschlossen zu werden.
-
Sind gleichzeitig auch wattmetrische Instrumente oder Relais vorgesehen,
dann kann deren Stromspule ebenfalls entsprechend der Wicklung des Relais :2 umgeschaltet
werden. Im allgemeinen ist -dies aber nicht erforderlich, da wattmetrische Instrumente
gewöhnlieh von Natur aus eine proportionale Skalenteilung besitzen, so daß sie auch
kleine Leistungen geringer Ströme mit genügender Genauigkeit messen. Die Stromspule
des wattmetrischen Relais iVl ist daher in Abb. a unmittelbar nicht umschaltbar
in den linken Sekundärkreis 4 des Wandlers eingebaut.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb.3 sind die Primärwicklungen 8,
9 und io derjenigen Wandler, deren Wicklungen4 parallel geschaltet werden, im Sekundärkreis
7 eines weiteren Wandlers angeordnet, dessen Primärwicklung5 von dem zu überwachenden
Strom durchflossen ist. In Reihe mit den Primärwicklungen 8, 9 und io sind Meßinstrumente11
angeordnet, deren Spulen nicht umgeschaltet werden sollen. Die Wandlex- 8, 9 und
io besitzen verschiedenes Übersetzungsverhältnis, so daß bei demselben Primärstrom
verschiedene Sekundärströme il, ig, i3 sich einstellen. Zum Umschalten der Sekundärwicklungen
dient ein Vielfachschalter 3 bekannter Bauart, dessen Kontaktstücke 6 gleichzeitig
gedreht werden können. Die Kontaktstücke 6 stellen die verschiedensten Verbindungen
zwischen den Anschlußklemmen der Sekundärwicklungen 4 der Stromwandler her. Das
Verhältnis der sekundären Ströme il, i2, i3 mag dabei gleich 3 : 5=: 7 gewählt sein.
Aus der großen Zahl von Übersetzungsmöglichkeiten, die sich dann ergeben, sind in
dem Beispiel der Abb. 3 nur vier herausgegriffen, und zwar ergeben sich' bei il
- 3 Amp., i= = 5 Amp. und i, - 7 Amp. und bei einem Primärnennstrom
I in der Phase R die Übersetzungen
Der letzte Fall (4) stellt für den Stromwandler 7 die größte Belastung dar. Dieser
muß daher für eine entsprechende Leistung bemessen sein. Fall (4) ist bei der in
Abb. 3 gezeichneten Stellung des Schalters 3 verwirklicht.
-
Wird ein Schalter 3 entgegen dem Uhrzeigersinn auf die nächste Kontaktgruppe
gestellt, so ist Fall (3) verwirklicht. Eine weitere Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn
entspricht Fall (2) und die letzte Stellung schließlich Fall (i). Wird in dieser
Stellung das Relais 2 versehentlich entfernt, ; so sind die Wandlerströme auf der
Sekundärseite zwar
nicht voll ausgeglichen, aber hohe Klemmenspannungen
können nicht in dem Maße auftreten wie bei gleich hohen Übersetzungen ohne Parallelschaltungen,
da die Wicklungen der Wandler 8, 9 und io sich bei der Schaltung nach der Erfindung
gegenseitig bis zu einem gewissen Grade überbrücken.
-
In Abb.4 ist gezeigt, wie mit Hilfe der durch die Erfindung gegebene
Regel durch Parallelschaltung von Wandlerwicklungen verschiedener Phasen sich verschiedene
Übersetzungen zur Messung des Stromes einer Phase einstellen lassen. Diese Möglichkeit
sei zunächst an Hand der in Abb. 4 gezeichneten Diagramme erläutert. Die Primärströme
IR, Ts, TT der Leitung R S T bilden gewöhnlich bei zweiphasiger unsymmetrischer
Belastung ein schiefwinkliges oder geschlossenes Dreieck. Das Diagramm der Sekundärströme
iR, i5 und 'T entspricht dem primären Diagramm, die Lage der Ströme hängt jedoch
von der Schaltung der Sekundärwicklungen der Wandler ab. Die Wandler lassen sich
nun so schalten, daß sich das in Abb. 4 dargestellte Diagramm der Sekundärströme
ergibt, nach dem der dem Instrument i zugeführte Strom durch den Vektor Oca verkörpert
ist, d. h. bei niedrigem Betriebsstrom erscheint die Übersetzung in dem Instrument
i doppelt so groß. Dies wird dadurch erreicht, daß die Stromspule des .Meßinstruments
i einmal an den Wandler der Phase R angeschlossen ist und weiterhin an die mit gleichen
Klemmen zusammengeschalteten Sekundärwicklungen der Wandler der Phasen S und T.
Die Wandlerwicklung der Phase R ist aber mit entgegengesetzten Sekundärklemmen der
Wandler der beiden anderen Phasen S und T verbunden.
-
Wird der Schalter um 9o° verdreht, dann wird dem Instrument i nur
der Strom der Phase R zugeführt. Die Arbeitsweise der Schaltung ändert sich nicht,
wenn Meßinstrumente .hl vor die Parallelschaltung der einzelnen Wandlerwicklungen
gelegt werden.
-
Im praktischen Betrieb ändert sich die maximale Betriebsstromstärke
häufig nach den Tages- und Jahreszeiten mit einer gewissen Regelmäßigkeit. Die Einstellung
der Umschalter 3 kann daher durch zeitabhängige Relais erfolgen. In anderen Netzen,
in denen die maximale Betriebsstromstärke von der Zu- und Abschaltung bestimmter
Anlageteile abhängig ist, können zum Umschalten Antriebe vorgesehen werden, die
durch die einzelnen Netzschalter gesteuert werden.
-
Die in den Abb. i und 3 gezeichneten Ausführungen lassen sich auch
bei der in Abb. 4 dargestellten Methode, den Strom einer Phase unter Zuhilfenahme
des Stromes der übrigen Phasen zu messen, verwenden. Die Erfindung ist nicht nur
zum Messen von Strömen, sondern sinngemäß auch zum Messen von Spannungen anzuwenden.
Namentlich in Erdschlußschutzeinrichtungen, in denen die Erdschlußspannung je nach
der Lage des Fehlers zwischen o und ioo °jo schwankt, kann die Erfindung vorteilhaft
zur Anwendung" kommen. Man würde hierbei Spannungswandler vorsehen mit mehreren
getrennten Sekundärwicklungen verschiedener Übersetzungen, die in Summen- und Differenzschaltungen
ebenso wie die Stromwandler zu schalten wären. Die Spannungsumschaltung würde man
dabei in Abhängigkeit von der Höhe der Nullpunktsspannung vornehmen. An die Stelle
einer Parallelschaltung und unterbrechungslosen Umschaltung in Stromkreisen tritt
in Spannungskreisen die Reihenschaltung mit Unterbrechung beim Übergang von einer
Schaltstellung in die andere.
-
Die Erfindung kann nicht nur in Meß- und Überwachungseinrichtungen,
die in elektrische Netze eingebaut sind, sondern auch in Prüfeinrichtungen für Meßinstrumente
und Relais, bei denen die verschiedensten Übersetzungsverhältnisse, gefordert «.erden,
Anwendung finden.