DE592552C - UEberwachungseinrichtung mit wattmetrischen Relais - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
9. FEBRUAR 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Vr 592552 KLASSE 21 c GRUPPE 68 so

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Überwachungseinrichtung mit wattmetrischen Relais

Patentiert im Deutschen Reiche vom 10. Januar 1933 ab

Es sind Überwachungseinrichtungen mit wattmetrischen Relais bekannt, bei denen infolge der Leerlaufverluste der zu überwachenden Betriebsmittel die Relais im normalen Betrieb dauernd durch eine Grundbelastung beeinflußt werden. Ein solcher Fall liegt beispielsweise beim Differentialwattschutz für Transformatoren oder bei Kabelschutzeinrichtungen mit Wattmeterrelais vor, bei denen zur Kontrolle isolierte Hilfsleiter verwendet werden, die gegen den Hauptleiter betriebsmäßig eine am Anfang der zu schützenden Strecke mittels eines Potentialwandlers erzeugte Spannungsdifferenz führen. Im ersten Fall wirken die Leerlauf Verluste des Transformators, im zweiten Fall die Leerlauf-Verluste des Potentialwandlers auf das Relais. Die an sich wünschenswerte und auch zu verwirklichende hohe Empfindlichkeit derartiger wattmetrischer Schutzeinrichtungen konnte bisher aber gar nicht ausgenutzt werden, weil man mit Rücksicht auf die betriebsmäßigen Spannungsschwankungen, mit denen sich die Leerlaufverluste quadratisch ändern, die Relais nur verhältnismäßig unempfindlich einstellen durfte.

Gewöhnlich werden z. B. die Differentialwattrelais für Transformatoren auf das 8- bis iofache der Leerlaufverlustleistung eingestellt. Bei Kabelschutzeinrichtungen kann man mit der Einstellung oft nicht über das 2- bis ßfache der Leerlaufverluste der Hilfswandler hinausgehen, weil sonst bei ungünstiger Lage des Fehlerortes die Empfindlichkeit nicht mehr ausreichen würde. Man mußte deshalb Fehlauslösungen bei größeren Spannungsschwankungen in Kauf nehmen.

Die vorliegende Erfindung hat eine Verbesserung dieser Verhältnisse zum Zweck, die dadurch erreicht wird, daß der Einfluß der Grundbelastung auf die Relais kompensiert wird. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß Einrichtungen getroffen werden, die bewirken, daß die Spannung an der Spannungsspule so gegen den die Stromspule beeinflussenden Leerlaufstrom verschoben wird, daß sie einen Phasenwinkel von 90° bildet. Um bei Erhöhung der Betriebsspannung auf alle Fälle Fehlauslösungen der Relais zu vermeiden, können erfindungsgemäß auch Vorrichtungen getroffen werden, durch die der Phasenwinkel zwischen Leerlaufstrom und Spannung größer als 90 ° wird, sobald sich die Betriebsspannung erhöht. Umgekehrt soll erfindungsgemäß eine Unterkompensation dann stattfinden, wenn die Betriebsspannung absinkt, so daß die durch das Absinken der Spannung eintretende Verringerung der Empfindlichkeit ganz oder teilweise wieder ausgeglichen wird.

Für bestimmte Fälle, z. B. beim Differentialwattschutz für Transformatoren, ist es nötig, daß bei den betriebsmäßig vorkommenden Spannungsschwankungen immer eine genaue Kompensation vorhanden ist, der Phasenwinkel

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Karl Rottsieper in Berlin-Adlershof.

zwischen Leerlauf strom und Spannung an der Spannungsspule also stets 90° beträgt.

Eine Ausführungsform einer Einrichtung mittels der die für den jeweilig vorliegenden Fall erforderliche Phasenverschiebung zwischen Leerlaufstrom und Spannung an der Spannungsspule bewirkt wird, besteht erfindungsgemäß darin, daß parallel zum Spannungskreis des Wattmeters eine Drosselspule und in Serie davon ein Ohmscher Widerstand gelegt wird. Soll ein mit der Betriebsspannung veränderlicher Phasenwinkel erreicht werden, so wird eine eisenhaltige Drossel vorgesehen. Die Stromspannungscharakteristik dieser Drossel kann auch durch besondere Maßnahmen, wie z. B. Anordnung eines Luftspaltes, eines parallelen Eisenweges oder Verwendung verschiedener Eisensorten, so gewählt werden, daß die Kompensation für alle innerhalb eines gewissen Spannungsbereiches auftretenden Leerlaufverluste des zu überwachenden Betriebsmittels vollkommen ist, d. h. daß der Phasenwinkel zwischen Leerlaufstrom und Spannung an der Spannungsspule stets 90 ° bleibt.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Abb. 1 und 2 zeigen die Schaltung und das Vektordiagramm der bekannten Einrichtung. Es soll z. B. die Leistungsaufnahme des Transformators T, der ein Hilfswandler für eine Überwachungseinrichtung für Kabel, Transformatoren oder Maschinen sein kann, durch ein Wattmeterrelais mit der Stromspule St und der Spannungsspule Sp, der ein Ohmscher Widerstand W₁ vorgeschaltet ist, kontrolliert werden. Hierbei liegt am Spannungskreis die Spannung E. In der Strömspule St fließt der Leerlaufstrom J₀, der der Spannung E um den Winkel 9J₀ nacheilt. Die das Relais beeinflussenden Ströme sind /₀ · cos <p₀ und /_W1. Abb. 3 stellt das Prinzipschema einer Einrichtung gemäß der Erfindung mit Paralleldrossel und Vorschaltwiderstand zum ursprünglichen Spannungskreis dar. Die Primärwicklung S₁ des Transformators T liegt über die Stromspule des Wattmeterrelais an der Spannung E. Der Spannungskreis, bestehend aus der Spannungsspule Sp mit dem Vorschaltwiderstand W₁, liegt jetzt nicht direkt, sondern noch über einen Ohmschen Widerstand W₂ an go der Spannung E; parallel zu Sp und W₁ liegt die Drossel Dr. Die Stromspule Si wird auch hier vom Leerlauf strom J₀ des Transformators durchflossen. Der Strom J_W1 in der Spannungsspule Sp liegt jedoch jetzt nicht mehr mit der Spannung F phasengleich und gegen den Strom J₀ um den Winkel 9S₀ verschoben, sondern die Größe der Drossel Dr und des Widerstandes W₂ ist erfindungsgemäß so gewählt, daß die Teilspannung E₁ an Sp und W₁ senkrecht auf J₀ steht, der Winkel zwischen J_W1 und /₀ also 90° beträgt. Im Vektordiagramm (Abb. 4) sind die Teilspannungen und Ströme eingetragen. E ist die Primärspannung des Transformators, J₀ sein Leerlaufstrom, <p₀ sein Leerlauf-Phasenwinkel. E₁ ist die Spannung am Spannungskreis (Sp und W₁), E_% die Spannung am Widerstand W₂. In Phase mit E₂ liegt der Strom J,_V2, der sich aus den beiden Teilströmen J_n und Jn,- zusammensetzt. J_m liegt in Phase mit E₁, Jo,- eilt dieser Teilspannung um 90 ° nach. Wird eine Eisen enthaltende Drossel verwendet, deren Induktivität sich mit der angelegten Spannung ändert, so läßt sich erreichen, daß bei steigender Netzspannung der Phasenwinkel zwischen E₁ und J₀ größer, bei sinkender Netzspannung dagegen kleiner wird, so daß eine Über- bzw. Unterkompensation eintritt.

Ein Beispiel für diese Verhältnisse zeigen die Kurven in Abb. 5. α stellt den Leerlaufverlust eines Transformators in Abhängigkeit der Spannung und zugleich die Wirkung auf das Relais in der Schaltung gemäß Abb. 1 dar. Für den Arbeitspunkt P ist die Betriebsspannung 0-P₂ und der auf das Relais wirkende Leerlauf-Wattverlust 0-P₁. Bei Anwendung der Schaltung nach Abb. 3 und unter Verwendung einer Drossel mit Eisenkern und eines Widerstandes TF₂, die so gewählt sind, daß bei der Betriebsspannung 0-P₂ die Wirkung der Leerlaufverluste Null ist, ergibt sich ein Verlauf der auf das Relais wirkenden Leistung gemäß Kurve b. Bei Erhöhung der Betriebsspannung wird die Phasenverschiebung zwischen J₀ und 7*i größer als 90° und eine negative Wirkung auf das Relais ausgeübt. Bei sinkender Spannung dagegen wird das Relais im positiven Sinne beeinflußt.

Die Abb. 6 zeigt die Anwendung der Einrichtung beim Transformatoren-Differential-Wattschutz. T ist der Transformator, S₁ und S₂ sind seine Wicklungen. Auf der Primär- und Sekundärseite liegen die Stromwandler 1 und 2, auf der Primärseite außerdem der Spannungswandler 3. Die Stromspulen Si₁ und Si₂ des Differentialwattmeters D_n, sind an die beiden Wandler 1 und 2 angeschlossen. Der Spannungsspule St mit ihrem Vorschaltwiderstand W₁ ist die Drossel Dr parallel und der Widerstand^ vorgeschaltet.

Abb. 7 zeigt die Anwendung der Erfindung auf das bekannte Kabelschutzsystem Pfannkuch. Der Leiter des Kabels besteht aus drei voneinander isolierten Teilleitern, und zwar dem Hauptleiter K und den beiden unter sich gleichen Deckleitergruppen P₁ und P₂, denen mittels des Transformators T gegeneinander und gegen den Leiter K eine Kontrollspannung aufgedrückt wird. Die Primärwicklung S₁ des Transformators T liegt über ein Wattmeterrelais an einer Wechselspannungsquelle E. Die Beeinflussung des Relais durch die Leerlauf-

Verluste wird nun dadurch aufgehoben, daß der Strom J_W1 in der Spannungsspule durch die oben beschriebenen Hilfsmittel so verschoben wird, daß er mit dem Leerlaufstrom J₀ in der Stromspule Si einen Phasenwinkel von 90 ° bildet.

Ferner kann der Einfluß von Spannungsschwankungen aufgehoben werden durch beliebige andere nichtlineare Widerstände mit geeigneter Charakteristik. Die Anwendung der Erfindung ist überall da von Vorteil, wo Wattmeterrelais zur Überwachung von Betriebsmitteln mit Leerlaufverlusten benutzt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Überwachungseinrichtung für elektrische Übertragungseinrichtungen, beispielsweise Transformatoren oder Leitungen mit wattmetrischen Relais, bei denen eine durch die Leerlaufverluste vorhandene Grundbelastung auf die Relais wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß dieser Grundbelastung auf die Relais bei der Betriebsspannung dadurch kompensiert ist, daß Einrichtungen vorgesehen sind, durch welche die Spannung an der Spannungsspule gegen den die Stromspule beeinflussenden Leerlaufstrom so verschoben wird, daß beide einen Phasenwinkel von genau oder nahezu 90° bilden.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwinkel bei Erhöhung der Betriebsspannung größer als 90° wird, so daß der Einfluß der Grundbelastung überkompensiert wird und im Relais ein entgegengesetztes Drehmoment auftritt, wie bei einer Leistungsaufnahme der zu überwachenden Anlage bei normaler Betriebsspannung.

3. Überwachungseinrichtung nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwinkel bei Absinken der Betriebsspannung kleiner als 90°, der Einfluß der Grundbelastung auf das Relais also unterkompensiert wird.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der Grundbelastung innerhalb der im Betrieb vorkommenden Spannungsschwankungen stets kompensiert ist.

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung des gewünschten Phasenwinkels zwischen Leerlaufstrom und Spannung am Wattmeterrelais parallel zur Spannungsspule des Relais ein induktiver und in Serie mit dieser Parallelschaltung ein Ohmscher Widerstand liegt.

6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines mit der Betriebsspannung veränderlichen Phasenwinkels zwischen Leerlaufstrom und Spannung am Wattmeterrelais eine eisenhaltige Drossel parallel zur Spannungsspule und in Serie mit dieser Parallelschaltung ein Ohmscher Widerstand liegt.

7. Überwachungseinrichtung nach Anspruch ι und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eisenhaltige Drossel so dimensioniert ist, daß ihre Charakteristik dem ermittelten Verlauf des Leerlaufphasenwinkels des zu überwachenden Objektes bei veränderlicher Betriebsspannung entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen