DE663298C

DE663298C - Circuit for detecting the opposing components of the currents or voltages of a three-wire three-phase network

Info

Publication number: DE663298C
Application number: DES105530D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Oskar Schmutz
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-07-20
Filing date: 1932-07-20
Publication date: 1938-08-03

Description

Schaltung zur Erfassung der gegenläufigen Komponente der Ströme oder Spannungen eines Dreileiterdrehstromnetzes, Bei den bekannten Drehfeldscheiderschaltungen soll im allgemeinen die zu erfassende mitläufige oder gegenläufige Komponente des Stromes oder der Spannung nicht lediglich der Größe nach, sondern auch der Phase nach richtig erfaßt werden.Circuit for detecting the opposing component of the currents or Voltages of a three-wire three-phase network, with the known rotary field separator circuits is generally intended to be the concurrent or opposing component of the Current or voltage not only in terms of size, but also in terms of phase after being correctly grasped.

Wenn man sich dagegen auf die Erfassung der Größe dieser Komponenten beschränkt, kann man gemäß der Erfindung mit einer einfacheren Anordnung auskommen. Gemäß der Erfindung enthält eine Schaltung zur Erfassung der gegenläufigen Komponente der Ströme oder Spannungen eines Dreileiterdrehstromnetzes drei nicht lineare Widerstände, welche Ströme oder Spannungen hervorrufen, die in ihrer gegenseitigen Phasenlage zueinander dieselben Beziehungen besitzen wie die entsprechenden Meßgrößen des Drehstromnetzes, und die im (am) Erregerkreis eines Relais oder Anzeigegerätes einen resultierenden Strom (eine resultierende Spannung) ergeben, welcher (welche) der Verzerrung des Stromdreiecks (des Spannungsdreiecks) entspricht.If you focus on capturing the size of these components limited, one can get along with a simpler arrangement according to the invention. According to the invention includes a circuit for detecting the opposing component the currents or voltages of a three-wire three-phase network three non-linear resistances, which currents or voltages cause in their mutual phase position have the same relationships to one another as the corresponding measured quantities of the three-phase network, and the one resulting in the (on) excitation circuit of a relay or display device Current (a resulting voltage) give which (which) the distortion of the Corresponds to the current triangle (of the voltage triangle).

Die Angaben des Meßgerätes sind` um so genauer, ' j e weniger der Widerstand im Meßgerätezweig die Strom- und Spannungsverhältnisse der Schaltung gemäß Oer Erfindung beeinflußt. Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei zum Schutz des Relais oder Anzeigegerätes gegen die durch die nicht linearen Widerstände verursachten Oberwellen dienenden Anordnungen, welche an sich nicht zur Erfindung gehören, nur in einem Ausführungsbeispiel, nämlich in Fig. 5:, eingezeichnet sind.The details of the measuring device are the more precise, the less the Resistance in the measuring device branch the current and voltage ratios of the circuit influenced according to the invention. Details of the invention are based on exemplary embodiments explained, whereby to protect the relay or display device against by the not linear resistances caused harmonics serving arrangements, which per se do not belong to the invention, only in one embodiment, namely in Fig. 5 :, are shown.

In den Fig. i und 2 sind Schaltungen zur Erfassung der Stromunsymmetrie wiedergegeben. Die Stromwandler speisen bei der Anordnung nach Fig. i je einen stromabhängigen Widerstand, z. B. eine gesättigte Drossel Dl, D2 und D", welche alle in Reihe geschaltet sind. Ein die Gesamtspannung messender Spannungsmesser h, an dessen Stelle natürlich auch ein Relais treten kann, ist dann spannungslos, wenn die Belastungsströme des Netzes symmetrisch sind, d. h. wenn sie untereinander gleich sind und gegeneinander Phasenverschiebungen von, i2o' aufweisen. Mit der Unsymmetrie entsteht und steigt auch die Spannung am Meßgerät y'. Solange nämlich die Spannungen an den Drosselspulen D'1, D2 und D3 in Fig. i gleich groß und untereinander um je i2o° verschoben sind, ist die geometrische Summe dieser Spannungen, d. h. die Spannung am Anzeigegerät oder Relais V, gleich Null. Auf die absolute Größe dieser Spannungen kommt es dabei nicht an. Infolge der Sättigung und der gleichen Bemessung der drei Drosselspulen hat die Größe der Phasenströme keinen Einfluß auf die Größe der Spannungen an den. einzelnen Drosselspulen. Die gegenseitige, Phasenlage dieser Spannungen dagegen folgf' genau der Phasenverschiebung zwischen den Leiterströmen. Sobald nun eine Unsymmetrie im Netz auftritt, verzerrt sich das gleichseitige Stromdreieck. Infolgedessen bilden die Vektoren der drei Spannungsabfälle an den drei Drosselspulen, die infolge der Sättigung .der Drosselspulen, gleich groß sind, kein in sich geschlossenes Dreieck mehr. Daher tritt bei Unsymmetrie der Leiterströme am Meßgerät V eine Spannung auf. Die Messung der gegenläufigen Komponente hat hauptsächlich für die Erfassung geringer Unsymmetrien Bedeutung. Bei Unsymmetrie his beispielsweise 5 % weicht der von dem Meßgerät h angezeigte Wert höchstens um i,25 % von dem genauen Wert ab.Circuits for detecting the current imbalance are shown in FIGS. In the arrangement according to FIG. B. a saturated choke Dl, D2 and D ", which are all connected in series. A voltmeter h measuring the total voltage, which can of course also be replaced by a relay, is de-energized when the load currents of the network are symmetrical, ie when they are equal to one another and have phase shifts of 'i2o' with respect to one another. With the asymmetry, the voltage at the measuring device y 'arises and rises, namely as long as the voltages at the choke coils D'1, D2 and D3 in FIG each i2o ° are shifted, the geometric sum of these voltages, ie the voltage on the display device or relay V, is equal to zero. The absolute size of these voltages is not important. Due to the saturation and the same dimensioning of the three inductors, the size The phase currents have no influence on the magnitude of the voltages at the individual choke coils, whereas the mutual phase position of these voltages exactly follows the phase sen shift between the phase currents. As soon as an asymmetry occurs in the network, the equilateral current triangle becomes distorted. As a result, the vectors of the three voltage drops across the three choke coils, which are the same size due to the saturation of the choke coils, no longer form a closed triangle. Therefore, a voltage occurs at measuring device V if the conductor currents are asymmetrical. The measurement of the opposing component is mainly important for the detection of small asymmetries. In the case of an asymmetry of up to 5 % , for example, the value displayed by the measuring device h deviates from the exact value by a maximum of 1.25%.

Die gleiche Meßgröße wird von dem Meßgerät V auch bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung erfaßt. Die drei Stromwandler W1, W2-und LT', sind in einer geschlossenen Dreieckschaltung vereinigt. An die Eckpunkte der Dreieckschaltung sind die Primärwicklungen von drei Transformatoren TI, T2 und T, in Sternschaltung angeschlossen. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren bilden eine offene Dreieckschaltung; an welcher das Meßgerät h liegt. DieTransformatoren T1, T2 und T3 arbeiten im Sättigungsgebiet, so daß sich drei auch bei unsymmetrischer Belastung gleich große Sekundärspannungen ergeben, die geometrisch addiert werden. Der Vorteil der Anordnung nach Fig. 2 gegenüber einer Anordnung nach Fig. i besteht darin, daß die iin Erdschlußfalle in allen drei Phasenleitern auftretende gleichphasige Stromkomponente das Meßgerät V nicht beeinflußt.The same measured variable is also measured by the measuring device V in the case of the method shown in FIG. 2 detected circuit shown. The three current transformers W1, W2- and LT 'are in combined in a closed delta connection. At the corner points of the delta connection are the primary windings of three transformers TI, T2 and T, in star connection connected. The secondary windings of these transformers form an open one Delta connection; on which the measuring device h is located. The transformers T1, T2 and T3 work in the saturation area, so that three are even with asymmetrical loading secondary stresses of the same size result, which are added geometrically. The advantage the arrangement according to FIG. 2 compared to an arrangement according to FIG. i is that the in-phase current component occurring in all three phase conductors in the event of an earth fault the measuring device V does not affect.

Die Ausführungsbeispiele in Fig.3 und Fig. 4. zeigen Schaltungen zur Feststellung der Spannüngsunsymmetrie. In Fig. 3 liegen die Primärwicklungen von drei gesättigten Transformatoren T1, T2, T, unter Verwendung gleicher Ohmscher Vorschaltwiderstände R in Sternschaltung an den Netzspannungen. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren bilden eine offene Dreieckschaltung, an welcher das Meßgerät V liegt.- Solange die Vektoren der Netzspannungen einen symmetrischen Stern oder ein gleichseitiges Dreieck bilden; ist die am Meßgerät h liegende resultierende Spannung gleich Null.The exemplary embodiments in FIG. 3 and FIG. 4 show circuits for Determination of the voltage asymmetry. In Fig. 3, the primary windings of three saturated transformers T1, T2, T, using the same ohmic series resistors R in star connection on the mains voltages. The secondary windings of these transformers form an open delta connection to which the measuring device V is connected. As long as the Vectors of the mains voltages form a symmetrical star or an equilateral triangle form; the resulting voltage at the measuring device h is equal to zero.

In Fig. q. sind zwei Sternpunkte verwendet, von denen der eine aus gleichen Ohmschen Widerständen R,- der andere aus spannungsabhängigen Widerständen, beispielsweise aus untereinander gleichen Eisenwasserstoffwiderständen r, gebildet ist. Während die konstanten Widerstände R einen den Netzspannungen entsprechenden Strom durchlassen, besitzen die Eisenwasserstoffwiderstände r die Eigen-. In Fig. Q. two star points are used, one of which is formed from equal ohmic resistances R, - the other from voltage-dependent resistances, for example from equal ferrous hydrogen resistances r. While the constant resistances R allow a current corresponding to the mains voltage to pass through, the ferrous hydrogen resistances r have the intrinsic values .

U üm1°chkeit, daß sie nur einen konstanten rom durchlassen. Nur bei Symmetrie der Netzspannungen besitzen die beiden Sternpunkte das gleiche Potential, so daß ein zwischen ihnen eingeschaltetes Meßgerät oder Relais V spannungslos ist.It is unlikely that you will only let a constant flow through. Only at Symmetry of the mains voltages, the two star points have the same potential, so that a measuring device or relay V connected between them is dead.

Eine Schaltung zur Feststellung der Strömunsymmetrie mit der gleichen Wirkung wie die der Schaltung nach Fig.2 zeigt Fig. 5. jedoch ist bei Fig. 5 -die galvanische Verkettung der Stromwandler vermieden. Zu dem Zweck sind drei gesättigte Zwischenwandler t1, t2 und ts verwendet, welche j e zwei Primärwicklungen aufweisen und von je zwei verschiedenen Phasenströmen erregt werden. Dadurch entspricht die Erregung den verketteten Strömen, wie dies auch bei der Anordnung nach Fig. ? der Fall ist. Es ist aber nicht notwendig, die Stromwandler wie in Fig. 2 in Dreieckschaltung galvanisch miteinander zu verbinden, so daß man die Möglichkeit behält, die Stromwandler in Sternschaltung zu schalten, wie dies beispielsweise für die Erdschlußerfassung notwendig ist. Ein dein nicht näher bezeichneten Relais vorgeschalteter induktiver Widerstand L und ein zum Relais parallel liegender, ebenfalls' nicht näher bezeichneter Nebenschluß halten etwa vorhandene Oberwellen von dem Relais fern.A circuit for determining the flow imbalance with the same Effect like that of the circuit according to FIG. 2 is shown in FIG. 5 galvanic chaining of the current transformers avoided. For this purpose, three are saturated Intermediate converters t1, t2 and ts are used, which each have two primary windings and are excited by two different phase currents. This corresponds to the Excitation of the chained currents, as is also the case with the arrangement according to FIG. the Case is. However, it is not necessary to connect the current transformer in a delta connection as in FIG to be galvanically connected to each other, so that one retains the possibility of using the current transformer to be connected in star connection, for example for earth fault detection necessary is. An inductive relay connected upstream of your unspecified relay Resistance L and a parallel to the relay, also 'unspecified Shunts keep any harmonics that may be present away from the relay.

Man kann die mittels einer Schaltung zur Erfassung der gegenläufigen Stromkomponente nach der Erfindung gewonnene resultierende Spannung (oder die resultierende Stromstärke) und die resultierende Spannung einer Schaltung zur Feststellung der gegenläufigen Spannungskomponente nach der Erfindung auch miteinander vereinigen, um beispielsweise mit Hilfe eines wattmetrischen Meßgerätes oder Relais das Vorzeichen der unsymmetrischen Leistung festzustellen. Da in einem Störungsfall die unsymmetrische Leistung im ganzen Leitungsnetz von der Fehlerquelle fortgerichtet ist, läßt sich mit Hilfe eines derartigen, das Vorzeichen der unsymmetrischen Leistung anzeigenden Gerätes die gleiche Wirkung erzielen, -welche man bei den bekannten Schutzschaltungen mit Hilfe von Energierichtungsrelais erreicht.You can use a circuit to detect the opposite Current component obtained according to the invention resulting voltage (or the resulting Current) and the resulting voltage of a circuit to determine the also combine opposing stress components according to the invention, around the sign, for example with the help of a wattmetric measuring device or relay determine the unbalanced performance. Since in the event of a fault, the asymmetrical Power in the entire line network is directed away from the source of the error, can with the help of such a system indicating the sign of the asymmetrical power Device achieve the same effect, -which one with the known protection circuits achieved with the help of energy direction relays.

Man kann bei Verwendung gesättigter Drosselspülen oder Transformatoren die Anordnung auch so treffen, daß jede Drosselspule oder jeder Transformator von den drei Leiterströmen des Drehstromnetzes erregt wird. Dabei kann man die Windungszahlen der einzelnen Erregerwicklungen untereinarider derart ungleich machen, daß diese Ungleichheiten sich bei Symmetrie der Belastungsströme gegenseitig aufheben. Dadurch wird erreicht, daß auch in bestimmten Grenzfällen, z. B. bei der Anordnung nach Fig. 2 dann, wenn zwei Phasenströme gleich groß und entgegengesetzt gerichtet sind und der dritte Phasenstrom gleich Null ist, die resultierende Spannung am Relais nicht ausbleibt, was ohne diese Maßnahme eintreten würde, obwohl dann eine ganz erhebliche Verzerrung des Stromdreieckes vorliegt. Der betrachtete Grenzfall kann bei jedem satten Kurzschluß in Erscheinung treten, wenn der Arbeitsstrom gegenüber dem Kurzschlußstrorn vernachlässigbar klein wird. Ein anderer Fall, bei welchem ebenfalls die Möglichkeit besteht, daß eine bestehende Urisymmetrie keine Spannung am Anzeigegerät V hervorruft, liegt dann vor, wenn zwei Phasenströme gleich groß und gleichgerichtet sind, während der dritte Phasenstrom entgegengesetzte Richtung hat und gleich der Summe der beiden anderen Phasenströme ist. Dieser Fall ist auch möglich, wird aber bei Wahl ungleicher Windungszahlen oder Eisenquerschnitte ebenfalls erfaßt.One can use saturated choke purging or transformers also arrange so that each inductor or transformer of the three conductor currents of the three-phase network is excited. You can use the number of turns of the individual excitation windings among one another so unequal make that these inequalities are mutually exclusive given symmetry of the load currents lift. This ensures that even in certain borderline cases, e.g. B. at the Arrangement according to FIG. 2 when two phase currents are equal and opposite are directed and the third phase current is zero, the resulting voltage the relay does not fail, which would occur without this measure, although then there is a very significant distortion of the current triangle. The borderline case considered can appear with every full short circuit when the working current is opposite the short-circuit current becomes negligibly small. Another case in which there is also the possibility that an existing primordial asymmetry does not have any tension causes V on the display unit is when two phase currents are equal and are rectified, while the third phase current is opposite in direction and is equal to the sum of the other two phase currents. This case is too possible, but is also possible if unequal numbers of turns or iron cross-sections are selected recorded.

Die vorhin beschriebene Maßnahme, daß Jeder Transformator -oder jede Drosselspule von den drei Phasenströmen, aber in ungleichem Maße, erregt wird, beseitigt diese Schwierigkeit. Als besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn die drei Erregeramperewindungszahlen jedes Transformators oder jeder Drosselspule derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Erregung des Transformators bei keiner im erdschlußfreien Zustand des Netzes möglichen Verteilung der Phasenströme ganz verschwinden kann.The previously described measure that every transformer - or every Choke coil from the three phase currents, but to an unequal degree, is excited, eliminated this difficulty. It proves to be particularly advantageous if the three Excitation amp turns of each transformer or choke coil like this are coordinated so that the excitation of the transformer is not in the earth fault free State of the network possible distribution of the phase currents can disappear entirely.

Man kann sich vorstellen, daß die Wandler t1, t. und t3 in Fig. 5 statt von zwei von j e drei Phasenströmen erregt werden, d. h. also, daß die Wandler drei Primärwicklungen erhalten. Es empfiehlt sich dann, die Primärwicklungen der drei Wandler so zu bemessen, daß die Gesamtamperewindungszahl A des ersten Wandlers durch die Gleichung A=Jr-a. Js-(i-o) .Jt bestimmt ist; die Gesamtamperew indungszahl des zweiten Wandlers B entspricht der Gleichung B-Jt-a. Jr-(i-a) . J., und die Amperewindungszahl des dritten Wandlers entspricht der Gleichung C=JS-a. Jt-(i-a) . Jr.One can imagine that the converters t1, t. and t3 in FIG. 5 are excited by three phase currents each instead of two, that is to say that the transducers receive three primary windings. It is then advisable to dimension the primary windings of the three converters so that the total number of ampere turns A of the first converter is given by the equation A = Jr-a. Js- (io) .Jt is determined; the total amperage of the second converter B corresponds to the equation B-Jt-a. Jr- (ia) . J., and the number of ampere-turns of the third converter corresponds to the equation C = JS-a. Jt- (ia) . Jr.

Die vektorielle Summe der durch die Summe der Amperewindungen A -j- B + C erzielten Kraftflüsse ist bei vollkommener Netzsymmetrie gleich Null, und man kann durch geeignete Wahl der Konstanten a erreichen, daß die Summe dieser Kraftflüsse nur in einem solchen Unsymmetriefall Null werden kann, welcher praktisch nicht möglich ist. Wird z. B. a -= o,8 gewählt, dann würde außer bei Sy mmetrie die Summe der Sekundärspannungen der drei Wandler nur unter der Voraussetzung wiederum gleich Null werden, daß J s = -f- z J,. und Jt = -3 .Ir würde, was in einem Drehstromnetz aber mit Rücksicht darauf, daß die drei Spannungen in der Phase gegeneinander verschoben sind, nicht möglich ist.The vector sum of the force flows achieved by the sum of the ampere-turns A -j- B + C is equal to zero with perfect network symmetry, and by suitable choice of the constant a one can achieve that the sum of these force flows can only become zero in such an asymmetry case, which is practically impossible. Is z. If, for example, a - = 0.8 is selected, then, except in the case of Sy mmetry, the sum of the secondary voltages of the three converters would again only be equal to zero provided that J s = -f- z J,. and Jt = -3 .Ir, which is not possible in a three-phase network, but considering that the three voltages are shifted in phase from one another.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Circuit for detecting the opposing components of the currents or voltages of a three-wire relay network, characterized by the use of three non-linear resistances, which cause currents or voltages, which have the same relationships to one another in their mutual phase position like the corresponding measured variables of the three-phase network and those in the excitation circuit of a Relay or indicator one of the distortion of the current triangle or the voltage triangle result in corresponding resulting current.

2. Circuit according to claim i, characterized characterized in that three equal current or voltage dependent resistors (Impedances) are connected to the three-phase network in such a way that the sum of their Currents or voltages in a symmetrical system is zero.

3rd circuit after Claim i or z, characterized in that three of the phase conductor currents energized current transformers feed three saturated reactors connected in series, whose total voltage is a measure of the opposing component of the currents. q ..

Circuit according to Claim 1 or 2, characterized in that in a closed delta connection Switched current transformers in star-delta switched saturated intermediate transformers feed, the resulting secondary voltage of which excites the measuring device or relay.

5. Circuit having the effect of a circuit according to claim q., Characterized in that that for the purpose of galvanic separation of the current transformer intermediate transformer with j e two of different phase currents excited primary windings on the secondary side in a triangle are switched.

6. Circuit according to claim i for detecting the opposing clamping trough component, characterized in that three voltage-dependent resistors are connected to the network in such a way that they form a star point whose potential in the case of a symmetrical system coincides with the network zero point, and that a measuring device or relay to detect the opposing component between this and one second star point formed from constant resistors is switched on. circuit according to claim 6; characterized in that the artificial star point by means of ferrous hydrogen resistances is formed. B. A circuit according to claim i, characterized in that three saturated Converters that are equal to one another from the phase voltages of the three-phase system Ohmic series resistors are excited, forming a tine, artificial star point and that the measuring device or relay is connected to the voltage of the open delta connection the secondary side of the transducer lies. G. Combination of a circuit according to the claims 3 to 5 with a circuit according to claims 6 to 8, characterized in that that the voltage corresponding to the opposite voltage component and that of the countercurrent current component corresponding to one of the two coils of a current -% energize vattmetrischen measuring device or relay, so that the deflection direction of the Measuring device or relay shows the sign of the asymmetrical power. ok Circuit according to claim 3 to 5; characterized in that the ampere turns the excitation windings of the intermediate transformers or reactors are unequal to one another are selected, but with symmetry of the mains currents, the total voltage at the measuring device or relay is zero. ii. Circuit according to claim io, characterized in that that each intermediate transformer is excited to a different extent by the three phase currents but that its resulting excitation does not occur in a ground fault-free state of the network possible size and phase position of the three phase currents disappears.