DE721077C - Anordnung zum Schutz eines Reihenkondensators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine vereinfachte Anordnung zum Schutz von Reihenkondensatoren gegen Überspannungen, die durch unzulässig hohe Ströme bedingt sind.

Reihenkondensatoren werden in Wechselstromleitungen verwendet, um die Induktivität dieser Leitungen ganz oder zum' Teil auszugleichen. Sie werden für einen bestimmten . Normalstrom bemessen, jedoch mit der Maßgabe, daß der Kondensator kurzzeitige Überlastungen in Höhe von 150 ⁰Z₀ des Normalstromes und ganz vorübergehend auch Überlastungen von 200.0/0 des Normalstromes aufnehmen kann. Da; die Spannung an den Klemmen des Kondensators dem Strom verhältnisgleich ist, muß diese Spannung in der gleichen Weise wie der Strom begrenzt sein. Zum Schutz der Kondensatoren sind Entladungsstrecken entwickelt worden, die schnell ansprechen bzw. zünden, sobald die Spannung an den Klemmen des Reihenkondensators den Grenzwert von 200 % der Normalspannung · erreicht. Dadurch wird eine Lichtbogenver- » bindung- mit geringem Spannungsabfall parallel zu dem Reihenkondensator hergestellt mit dem Erfolg; daß der Kondensator ausgeschaltet wird. Im allgemeinen ist es erwünscht, daß zum Schutz der Parallelentladungsstrecke ein weiterer Earallelstromkreis vorgesehen wird, der Kontakte eines elektromagnetisch betätigten Schalters enthält. Die Steuerung dieses elektromagnetisch betätigten Schalters stößt vielfach auf Schwierigkeiten.

Bisher wurde die Erregerspuie des Schalters in Abhängigkeit von einem Strom beeinflußt, der in dem durch den Schalter geschlossenen Parallelstronikreis fließt. Dieses

Verfahren hat mehr oder weniger schwerwiegende Nachteile. Zunächst hat der stromabhängig betätigte Apparat, der in dem Parallel.-.! Stromkreis liegt, einen erheblichen Spannungsabfall. Es war notwendig, diesen stromabhängig ansprechenden Apparat so zu Beg·. messen, daß der Spannungsabfall bei dem möglichen Höchstwert des in dem Kurzschlußkreis fließenden Stromes nicht größer ίο wird als der zulässige Spannungsabfall des Reihenkondensators. Die Folge war, daß die Schutzanordnung mehr oder weniger unempfindlich war, wenn der Strom nur wenig höher ist als 200o/o des Normalwertes. Es stand unter diesen Bedingungen nur ungenügend Energie zur Verfugung, um die stromabhängige Betätigung sicherzustellen. Die Erregerspule des stromabhängig „betätigten Apparates in dem Parallelstromkreis mußte außerdem so bemessen werden, daß sie einen bestimmten Höchststrom aushält. Ferner war es notwendig, für jede Reihenkondensatoranlage eine besondere Erregerspule für den stromabhängig betätigten Apparat zu entwickeln, damit bei diesem Strom ein bestimmter höchster Spannungsabfall eingehalten werden konnte. Der Strom, der in dem die Kontakte des Schalters enthaltenden Parallelstromkreis fließt, wird durch die Vektor_v 30 summe des Leitungsstromes bzw. des Stromes im Reihenkondensator und des Entladestromes dieses Reihenkondensators gebildet. Der letztgenannte Strom ist in weiten Grenzen veränderlich; denn er hängt von dem Zeitpunkt ab, in dem innerhalb der Periode des Wechselstromes der Kondensator durch die ihm parallel geschaltete Hilfsentladungsstrecke kurzgeschlossen wird. Außerdem hängt dieser Strom von der Zeitkonstante des die Kontakte des Schalters enthaltenden Parallelstromkreises ab. Die vorstehend ge-~ nannten Umstände begründen die Anwendung und' Bemessung einer " besonderen stromabhängigen Spule fast für jede Anlage. Die Erfindung geht davon aus, daß bei einer Anordnung zum Schutz eines Reihenkondensators eine zu dem Kondensator parallel geschaltete Entladungsstrecke und ein Schalter, dessen Arbeitskontakte diese Ent^ ladungsstrecke kurzschließen, vorgesehen sind. Erfindungsgemäß ist die Erregung der Einschaltspule des Schalters dem Strom in der Hauptleitung verhältnisgleich, und es wird diese Erregung vermindert, sobald der Schalter seine Arbeitskontakte geschlossen hat. Vorteilhaft wird der Erregerstrom für den Schalter einem in die Hauptleitung eingeschalteten Stromwandler entnommen, dessen primäre Erregeramperewindungen sich aus zwei Komponenten zusammensetzen, von denen die eine nur vom Strom in der Hauptleitung abhängig ist, während die andere einem Strom entspricht, der in einem bei eingeschaltetem Arbeitskontakt des Schalters *i%er den -Reihenkondensator geschlossenen ■ l^rallelstromkreis fließt. Eine besonders eing|j§ehe Schaltanordnung ergibt sich, wenn '"'liner der Ärbeitskontakte des Schalters an eine Anzapfung der Primärwicklung des Stromwandlers angeschlossen ist.

Die Erfindung verwendet demnach für die Erregung der Spule des Schalters einen Stromwandler, der mit dem Reihenkondensator in Reihe geschaltet ist. Die Spule des Schalters wird daher nicht von dem Strom erregt, der in dem die Hilfsentladungsstrecke enthaltenden Parallelstromkreis fließt. Das hat den Vorteil, daß der Stromwandler ein normaler Stromwandler sein kann, der leicht so bemessen werden kann, daß er allen Betriebszuständen gewachsen ist, die auf der Leitung auftreten. Die Spule des Schalters kann von normaler Bauart und einfacher Ausführung sein. Das einzige, was bekannt sein muß, ist der in der Leitung fließende Strom, bei dem der Schalter ansprechen soll. Dieser Strom beträgt im allgemeinen das i,5fache des Normalstromes. Die oben angegebenen Mittel sorgen dafür, daß die Erregerspule des Schalters durch den Leitungsstrom weniger erregt wird, sobald der Schalter angesprochen hat. Dadurch wird es möglich, daß der Schalter bei einem Wert von 150% des Normalstromes oder bei einem anderen gewünschten Stromwert ausschalten kann. Die Erfindung verwendet somit nurf normale Schaltungsteile, und es ist nicht notwendig, die Spannung des Reihenkondensators oder die Zeitkonstante "des Parallelstromkreises zu kennen. Entscheidend ist >oo einzig und allein die Größe des in der Hauptleitung fließenden Stromes, bei der der Schalter seine Kontakte schließen soll.

Die Erfindung sei an Hand der in^: der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Schutzanordnung gemäß der Erfindung wird bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. ι für einen Reihenkondensator 1 angewendet, der in der Leitung 2 eines Wechsel-Stromnetzes liegt. Zum Schutz des Reihenkondensators gegen schnell auftretende Überspannungen dient eine Hauptentladungsstrecke 3, die in einem Parallelstromkreis zu dem Reihenkondensator 1 liegt. Die Hauptentladungsstrecke 3 " besitzt vorzugsweise massive Kohleelektroden, die ,eine große Wärmespeicherfähigkeit haben. Sie braucht keine' genau festgelegte Durchbruchsspannung zu haben. Da die Elektroden der Hauptentladungsstrecke 3 aus Kohle bestehen, ist der Lichtbogenspannungsabfall dieser Ent-

... iastungssfreclieklein/iSobaid-dieEn-tlasttingsstrecke angesprochen und dei Lichtbogen sich^: gebildet hat, wird sie ionisiert¹ und jeweils in der Halbwelle gezündet, bevor-.die Spannung auf einen hohen Wert-anwachsen , kann. Das bedeutet, daß die mit Kohleefek-. troden ausgerüstete Hauptentladungsstrecke mit ihrem geringen Lichtbogenspannungsabfall die Bildung hoher wiederkehrender

ίο Spannungen verhindert, durch die in dem aus Reihenkondensator und Parallelentladungsstrecken - gebildeten Stromkreis Schwingungen hoher Stromstärke entstehen könnten.
Die Hauptentladungsstrecke 3 wird mit Hilfe einer -Hilfsentladungsstrecke 4 - zum Ansprechen gebracht,- deren - Elektroden aus Metall bestehen und daher einen höheren Lichtbogenspannungsabfall ' besitzen, dafür aber in der AnspreGhspannung- wesentlich 20 empfindlicher bemessen werden können. Die Hilfsentladungsstrecke 4 wird zweckmäßig für eine höhere' Spannung bemessen als die Spannung, die am Reihenkondensator auftritt. Hierzu wird die Spannung am B-eihenkoji:-.

densator durch einen Transformator 5 erhöht, der so bemessen ist, daß die Hilfsentladungsstrecke 4 anspricht, sobald der Strom in der Hauptleitung 2 einen Wert von 200 ^Q/_o des Normalstromes erreicht. Die Hilfsentladungsstrecke4 liegt in einem Schwingungskreis, der einen Kondensator 6 niedriger Kapazität und eine Drosselspule 7 kleiner Induktivität enthält. Diese Drosselspule besteht meist aus einigen wenigen Windungen ohne Eisenkern. Die Drosselspule 7 liegt in dem Parallelstromkreis, der die Hauptentladungsstrecke 3 enthält. Sobald Schwingungen an der Hilfsentladungsstrecke 4 auftreten, werden diese auf die Hauptentladungsstrecke 3 übertragen, so daß diese'anspricht und einen Lichtbogen mit geringem Spannungsabfall zu dem Reihenkondensator 1 parallel schaltet.

Ferner ist zur Herstellung eines Parallelstromkreises zum Reihenkondensator 1 ein Schalter 8 vorgesehen. Dieser 'besitzt eine Erregerspule 9 und Ärbeitskdntakte 10, die in dem Parallelstromkreis zu dem Reihenkondensator ι und der Hauptentladungsstrecke 3 liegen. " ■

Bei der . in Fig. 1 dargestellten., Ausführungsform der Erfindung wird die Erregerspule 9 des Schalters 8 von der Sekundärwicklung Ii eines Stromwandlers 12 gespeist, dessen Primärwicklung in die Hauptleitung 2 geschaltet ist. Die Primärwicklung besitzt eine Anzapfung, welche an die Kontakte 10 des Schalters 9 angeschlossen ist. Die in der Zeichnung mit 13 bezeichneten Wicklungsteile der Primärwicklung des Strbmwandlets 12 sind mit der Leitung 2 bzw. mit dem Reihenkondensator 1 in Reihe geschaltet, werden also bei allen Betriebszuständen von ■dem Strom der Leitung 2 durchflossen. Der mit 14 bezeichnete, - durch die Anzapfung entstandene Wicklungsteil ist so geschältet, daß für ihn bei geschlossenem Arbeitskontakt 10 des Schalters 8 über den Reihenkondensa'tor I' eine besondere Kurzschlußverbindung hergestellt wird. Die Wirkung dieser Anzapfschaltung ist die, daß bei geschlossenem Kontakt to der Strom in der Sekundär- , wicklung 11 des Stromwandlers herabgesetzt wird. Hierdurch wird es möglich, die Ausschaltung des Schalters 8 bei jedem gewünschten Wert des in der Leitung 2 fiießendeh Stromes eintreten zu lassen.

Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 besitzt der Stromwandler 12' nur eine Primärwicklung, Die Ausschaltung des Schalters 8 wird "in diesem Falle "durch einen Widerstand 16 gesteuert, der zu der Erregerspule 9 des Schalters 8 parallel geschaltet wird, sobald der Schalter 8 angesprochen hat. Diese Parallelschaltung kann entweder._ unmittelbar durch die Hauptkontakte 10 oder durch Hilfskontakte 17 erfolgen. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung schaltet der Schalter 8 bei jedem gewünschten Wert des in der Leitung 2 fließenden Stromes aus,

Aus der; Beschreibung ergibt sich, daß die Schutzanordnung gemäß der Erfindung die Eigenschaft hat, daß in dem Parallelstrom- ■ kreis, der die Hauptentladungsstrecke 3 enthält, kein stromabhängig betätigter Apparat liegt, der den Betrieb stören könnte. Die Steuerung der Schalterkontakte kann mit Geräten üblicher Bauart ausgerüstet werden, wobei sich die Bemessung und der Aufbau dieser Geräte ausschließlich nach dem Strom in der Leitung zu richten hat. Nur dieser Strom ist maßgebend für den Wert, bei dem der Schalter ausschalten soll. Beim Auftreten eines Kurzschlusses auf der Leitung 2 und den. damit verbundenen, den Kondertsator i' durchfließenden Überströmen wird zunächst die Hauptentladungsstrecke 3 ansprechen, und zwar innerhalb einer verhältnismäßig kleinen Zeit, bezogen auf die. Frequenz der Wechselstromleitung. * Dadurch wird der Reihenkondensator 1 geschützt. Der Schalter 8 schließt mit wesentlich kleinerer Geschwindigkeit, er braucht im allgemeinen etwa acht Perioden.. Sobald die Arbeitskontakte 10 geschlossen sind, ist die Hauptentladungsstrecke 3 kurzgeschlossert, ihr Lichtbogen erlischt. Wenn die Störung in der Leitung 2 beseitigt ist, sinkt der in dieser Leitung fließende Strom, und der Schalter 8 schaltet aus. Er öffnet seine Arbeitskontakte 10 und stellt dadurch die normalen Betriebsbedingungen wieder her.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   ι. Anordnung zum Schutz eines Reihenkondensators mit Hilfe einer zu dem Kondensator parallel geschalteten Entladungsstrecke und eines Schalters, dessen Arbeitskontakte diese Entladungsstrecke kurzschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Einschaltspule des Schalters dem Strom in der Hauptleitung verhältnisgleich ist und daß diese Erregung vermindert wird, sobald der Schalter seine Arbeitskontakte geschlossen hat.

   _Xg 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch' gekennzeichnet, daß der Erregerstrom für den Schalter einem in die Hauptleitung eingeschalteten Stromwandler entnommen wird, dessen primäre Erregeramperewindungen sich aus zwei ao Komponenten zusammensetzen, von denen die eine nur vom Strom in der Haupt- ' leitung abhängig ist, während" die andere einem Strom entspricht, der in einem bei eingeschaltetem Arbeitskontakt des Schalters über den Reihenkondensator geschlossenen Parallelstromkreis fließt.

   3, Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Arbeitskontakte des Schalters an eine Anzapfung der Primärwicklung des Stromwandlers angeschlossen ist.

   4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schließen des Schalters zu seiner Erregerspule ein Widerstand, etwa ein Wirkwiderstand, beispielsweise durch besondere Hilfskontakte parallel geschaltet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen