DE618682C - UEberwachungseinrichtung fuer Reihenkondensatoren in Ein- oder Mehrphasensystemen - Google Patents

Description

Kondensatoren werden vielfach in solcher Schaltung verwendet, daß ihre Ströme im Betrieb stark veränderlich sind. Insbesondere trifft dies bei Reihenschaltung von Kondensatoren mit irgendwelchen Stromerzeugungsoder Stromverbrauchseinrichtungen veränderlicher Leistung zu. In solchen Fällen kann ein Schutz der Kondensatoren hei Durchschlag nicht mehr in der sonst möglichen einfachen Weise durch Vorschaltung von Sicherungen oder von Überstromschaltern erfolgen, denn ein Durchschlag ist dann nicht unbedingt mit einem über den betriebsmäßigen Stromwert hinausgehenden Überstrom verbunden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, welche in einfachster Weise die Änderung des Kapazitätswertes eines Reihenkondensators und somit auch den Durchschlag eines solchen anzeigt bzw. entsprechend vorgesehene zweckmäßige Schalthandlungen auslöst, unabhängig davon, welche Stromstärke im Kondensator gerade betriebsmäßig vorhanden ist.

In vielen Fällen kann vorausgesetzt werden, daß die Summe der Ströme in den Reihenkondensatoren stets Null ist. Die Überwachungseinrichtung wird dann erfindungsgemäß von einer Spannungssumme gesteuert, deren einzelne Komponenten unmittelbar proportional den Spannungen an den bei Einphasensystemen in Hin- und Rückleitung, bei Mehrphasensystemen in den verschiedenen Phasen liegenden Kondensatoren und umgekehrt proportional den Kapazitätswerten der betreffenden Kondensatoren sind. Die Ausführung dieses ErfJndungsgedankens kann zum Beispiel in der Weise erfolgen, daß die auf die Steuerung einwir-. kende Spannungssumme durch Reihenschaltung der Sekundärwicklungen von Spannungswandlern erhalten wird, deren Primärwicklungen an den Kondensatorklemmen liegen und deren Übersetzungsverhältnisse umgekehrt proportional den normalen Kapazitätswerten der betreffenden Kondensatoren sind. Hierbei sei unter Übersetzungsverhältnis der Quotient aus der Primärspannung geteilt durch die Sekundärspannung verstanden. Diese Ausführungsmöglichkeit ist in Fig. ι gezeigt, in welcher 1 einen dreiphasigen Verbraucher darstellt, 2 die in jeder Phase in Reihe geschalteten Kondensatoren, 3 die Spannungswandler und 4 ein Nullspannungsrelais. Entspricht das Über-Setzungsverhältnis der oben angegebenen Bedingung, so wirkt auf das Relais keine Spannung ein, solange die Kapazitätswerte der Kondensatoren die normalen bleiben und die Stromsumme der drei Phasen in jedem Augenblick Null ist; Verzerrungen des Spannungsdreieckes bewirken keine Abweichung

der SummeiispantjurLg..yam Nullwert. Tritt hingegen Durchschlag eines Kondensators ein, so ergibt sich am Relais eine Spannung, welche der durch den Durchschlag verschwin-S denden Kondensatorspannung entspricht.

Eine andere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß die auf die Steuerung einwirkende Spannung als Differenzspannung zwischen je einem vor und hinter den Kondensatoren liegenden: künstlichen Sternpunkt erhalten wird. Die Differenzspannung ist Null, wenn bei Drehstrom die Kapazitätswerte der drei Reihenkondensatoren und die drei Impedanzen je eines Sternpunktes eben-¹S falls untereinander gleich sind oder wenn bei Verschiedenheit der Kapazitätswerte die einzelnen Impedanzwerte entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Selbstverständlich ist auch hier vorausgesetzt, daß die Summe der Kondensatorströme Null ist.

Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt, in welcher wiederum ι einen dreiphasigen Verbraucher, 2 die in jeder Phase in Reihe geschalteten Kondensatoren darstellen, 4 ein Relais und 5 je einen aus irgendwelchen Impedanzen (Ohmschen Widerständen, induktiven Widerständen oder Kapazitäten) gebildeten Sternpunkt. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig. 1.

Diese Ausführungsarten sind nicht verwendbar, wenn die Stromsumme der durch die Kondensatoren fließenden Ströme vom Nullwert abweicht, da in diesem Falle ein unrichtiges Ansprechen der Überwachungseinrichtung eintreten könnte. Eine Ab-■ weichung der Stromsumme vom Nullwert liegt beispielsweise beim Eintritt eines Erdschlusses oder aber betriebsmäßig bei Vorhandensein eines Nulleiters oder mehrerer nicht mit Kondensatoren versehenen Phasen vor. Daher wird weiterhin ein unrichtiges Ansprechen auch in diesen Fällen durch eine zusätzliche Abhängigkeit der Steuerung von einer Stromsumme, deren einzelne Komponenten verhältnisgleich den in den einzelnen Kondensatoren fließenden Strömen sind, vermieden. Diese zur Schutzwirkung herangezogene Summe der Kondensatorströme wirkt der ursprünglich aus den Kondensatorspannungen abgeleiteten Summe entgegen, und zwar so, daß sich die Wirkungen der beiden Summen beim normalen Betrieb gerade aufheben. Dazu ist es notwendig, die Über-Setzungsverhältnisse der Strom- und Spannungswandler entsprechend zu wählen und die Phasenlage zwischen den beiden sekundären Summen künstlich so zu' ändern, daß die Phasenverschiebung i8o° bzw, (bei ent-&o gegengesetztem Wicklungssinn) o° beträgt. Von vornherein besteht nämlich zwischen der sekundären Stfomsumme und der sekundären Spannungssumme selbstverständlich die gleiche Phasenverschiebung von annähernd 90 ° wie zwischen den primären Strömen und den primären Spannungen..

Aus einer näheren Überlegung geht hervor, daß die Übersetzungsverhältnisse ä_r, ü_s.,. der Spannungswandler und die Übersetzungsverhältnisse V_n v_s . ... der Stromwandler so gewählt werden müssen, daß sie der Beziehung

U_{r n} Us _n ,

— Cr = — C_s = ... const

V_r ■ V_s

entsprechen, wenn' C_rC_s die Kapazitätswerte der Kondensatoren in den Phasen r, s bedeuten. Weiterhin ist der

Phasenwinkel zwischen der Summe der sekundären Ströme und der Summe der sekundären Spannungen etwa durch Zwi-3chenschaltung von Drosselspulen (7 in Fig. 2) zu vergrößern bzw. zu verkleinern, damit die Phasenverschiebung 180° bzw. o° zwischen den Summenvektoren erreicht wird. Eine solche Einrichtung ist in Fig. 3 dargestellt, in welcher der Verbraucher, die Kondensatoren, die Spannungswandler und das Relais wie in Fig. 1 und weiterhin die Stromwandler mit 6 und die obengenannte Drosselspule mit 7 bezeichnet sind. Genügen die Übersetzungsverhältnisse der oben angegebenen Beziehung, so läßt sich leicht nachweisen, daß bei einer entsprechenden Bemessung der Spannungs- und der Stromwicklung des Relais 4 (Differentialrelais) die Summe der im Relais wirkenden Amperewindungen stets Null ist, solange die Kapazitätswerte, den den Übersetzungsverhältnissen und den Windungszahlen der Wick- toc lungen zugrunde gelegten Wert besitzen. Verschwindet der Kapazitätswert eines Kondensators infolge Durchschlages ganz oder teilweise, so spricht das Relais an.

Die für diese Anordnung erforderlichen Stromwandler können selbstverständlich auch für andere Zwecke verwendet werden. Erfindungsgemäß ist dies auch bei den Spannungswandlern dadurch möglich, daß sie elektrisch und baulich mit Spannungswandlern zur Messung der Netzspannung vereinigt werden. Die Schaltung solcher Spannungswandler geht aus Fig. 3, der Aufbau aus Fig. 4 hervor. Zweckmäßig erfolgt die Ausbildung als Fünfschenkelwandler, und zwar erfindungsgemäß mit zwei magnetisch voneinander unabhängigen Kernsystemen; dabei wird das eine Kernsystem von den Kondensatorspannungen, das andere von den Verbraucherspannungen erregt; ersteres besitzt, wie aus Fig. 3 ersichtlich, zwei Sekundärwicklungen, von welchen die eine in Reihe

zur Sekundärwicklung des letzteren geschaltet ist. An den Außenklemmen dieser beiden in Reihe geschalteten Wicklungen kann somit eine der Netzspannung proportionale Spannung abgenommen werden, und es sind an dieselben in normaler Weise die (hier nicht gezeichneten) Meßinstrumente, Relais usw. anzuschließen. In Fig. 4 sind alle Niederspannungswicklungen zur ■ Erhöhung der Klarheit fortgelassen.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ι . Überwachungseinrichtung für Reihenkondensatoren in Ein- oder Mehrphasensystemen, deren Ströme betriebsmäßig stark veränderlich sind und stets die Summe Null ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Steuerung in Abhängigkeit von einer Spannungssumme erfolgt, deren einzelne Komponenten unmittelbar proportional den Spannungen an den bei Einphasensystemen in Hin- und Rückleitung, bei Mehrphasensystemen in den verschiedenen Phasen liegenden Kondensatoren sind.
2. 2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Steuerung einwirkende Spannungssumme durch Reihenschaltung der Sekundärwicklungen von Spannungswandlern erhalten wird, deren Primärwicklungen an den Kondensatorklemmen liegen und deren Übersetzungsverhältnisse umgekehrt proportional den normalen Kapazitätswerten der betreffenden Kondensatoren sind.
3. 3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die

   \o auf die Steuerung einwirkende Spannung als Differenzspannung zwischen je einem vor und hinter den Kondensatoren liegenden künstlichen Sternpunkt erhalten, wird.
4. 4. Überwachungseinrichtung für Reihenkondensatoren in Ein- oder Mehrphasensystemen, - deren Ströme betriebsmäßig stark veränderlich sind und eine von Null verschiedene Summe ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Steuerung in Abhängigkeit von einer Spannungssumme, deren einzelne Komponenten unmittelbar proportional den Spannungen an den bei Einphasensystemen in Hin- und Rückleitung, bei Mehrphasensystemen in den verschiedenen Phasen liegenden Kondensatoren sind, und zusätzlich in Abhängig-, keit von einer Stromsumme erfolgt, deren einzelne Komponenten den in den einzelnen Kondensatoren fließenden Strömen proportional sind.
5. 5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch derartige Übersetzungsverhältnisse der zur Bildung der Strom- bzw. Spannungssumme dienenden Strom- bzw. Spannungswandler, daß sie der Beziehung

   ^L Cr = ^-C₁=

   V V

   const

   genügen, und durch derartige Phasenver-Schiebung zwischen der die Überwachungseinrichtung steuernden Strom- und Spannungssumme, daß die Steuerung unabhängig von der Größe des Kondensatorensummenstromes erfolgt.
6. 6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch ι bis 5, gekennzeichnet durch Ausbildung der Spannungswandler mit zwei magnetisch unabhängigen Kernen, deren einer von den Kondensatorspannungen, deren anderer von der Verbraucherspannung erregt wird und deren ersterer zwei Niederspannungswicklungen besitzt, von welchen die eine zur Messung der Netzspannung in Reihe zur Niederspannungswicklung des letzteren geschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen