DE741085C

DE741085C - Schutzvorrichtung fuer elektrische Hochspannungskondensatorbatterien

Info

Publication number: DE741085C
Application number: DEST57881D
Authority: DE
Inventors: Carl Ake Trapp
Original assignee: STALTURBINE GmbH
Current assignee: STALTURBINE GmbH
Priority date: 1937-09-22
Filing date: 1938-09-21
Publication date: 1943-11-11
Also published as: GB510490A; US2294099A

Description

Schutzvorrichtungen für elektrische Kondensatoren., die bei entstehenden Feldern im Kondensator diesen vom Netz abschalten, werden in der Regel nach für andere Apparate verwendeten und bekannten Grundsätzen als Überstromschutz, NuUspannungsschutz und Differentialschutz ausgeführt. Diese Schutzvorrichtungen genüjgen im allgemeinen für niedrige Spannungen und können sowohl kleinen als auch großen Kondensatorleistungen . angepaßt werden. · Bei Kondensatoren für höhere Spannungen, die aus baulichen Gründen im allgemeinen aus miteinander im Reihe geschalteten Teilkondensatoren hergestellt werden müssen, ändert sich aber die Aufgabenstellung. Tritt z. B. ein Durchschlag in einem der miteinander in Reihe geschalteten Teilkondensatoren ein, so wird die von dem Durchschlag betroffene Phase nicht unmittelbar kurzgeschlossen, solange nicht ihre sämtlichen miteinander ,in Reihe _ geschalteten Teiikondensatoren durchgeschlagen sind, und die Ausgangsempfindlichkeit des' Schutzes bei einem Durchschlag in einem der miteinander in Reihe geschalteten Teil- 2s kondensatoren wird um so kleiner, je größer die Zahl der Teilkondensatoren ist. Falls die Kondensatorleistung verhältnismäßig klein ist, so daß nur eine kleine Anzahl: zueinander parallel geschalteter Einheiten mit 3" miteinander in Reihe geschalteten Teilkondensatoren verwendet zu werden braucht, genügt noch eine gewöhnliche Schutzvorrichtung. Bei größeren Leistungen werden die Kondensatoren aber im allgemeinen aus einer großen Anzahl von miteinander in Reihe geschalteten. Teilkondensatoren zusammengebaut, wobei eine für die ganze Batterie gemeinsame und gemäß bisher verwendeten Grundsätzen aufgebaute Schutzvorrichtung nicht ohne Preisgäbe anderer Vorteile genügend empfindlich gemacht werden kann. Wird die Batterie aus mehreren Teilelementen mit gesondertem Schutz aufgebaut, so wird die Schutzvorrichtung sehr kostspielig, und wenn die Batterie so gebaut wird, daß die einzelnen Elemente

ohne innere Reihenschaltungen gebaut und sodann äußerlich miteinander in Reihe geschaltet werden, so kann die Empfindlichkeit des Schutzes zwar erhöht werden, aber es tritt statt dessen ein anderer Nachteil auf. Wenn die Äatterie aus Normalelementen von einer gewissen Leistung aufgebaut ist, was aus herstellungstechnischen Gründen sehr vorteilhaft ist, so werden die Stufen, in denen die ganze ίο Leistung der Batterie geändert werden kann, sehr groß, da nämlich die Leistungsstufen aus dem Produkt der Phasenzahl, der Anzahl der miteinander in Reihe geschalteten Elemente und der Leistung eines Elementes bestimmt sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung für elektrische Kondensatoren mit miteinander in Reihe geschalteten Teilkondensatoren und ist dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne Teilkondensatorreihe über ein stromempfindliches Relais angeschlossen ist, das die Stromerhöhung bei Kurzschluß in nur einem oder mehreren der miteinander in Reihe geschalteten Teilkondensatoren anzeigt und daß dieses Relais eine für mehrere solche Kondensatoreinheiten gemeinsame Relaisanordnung beeinflußt, die einen Schalter, durch den die Kondensatorbatterie an das Netz angeschlossen ist, auslöst, wodurch die Batterie von dem Netz getrennt wird, bevor Kurzschlüsse in sämtlichen Teilkondensatoren einer Kondensatoreinheit entstanden sind. Hierdurch wird erzielt, daß die Gefahr der Entzündung der Imprägnierunigsflüssigkeit im Kondensator weitgehend verringert wird. Bei gewöhnlichen Spannungen kann die Zahl der miteinander in Reihe geschalteten Teilkondensatoren so gewählt werden, daß Auslösung bei Kurzschluß in nur einem derselben eintritt, ohne daß unerwünschte Auslösungen auf Grund normaler Spannungsschwankungen eintreten. Indem man die für jede Einheit wirkenden Relais mit einer kleinen Verzögerung ausführt, wie dies z. B. bei Bimetallrelais der Fall ist, werden auch unerwünschte Auslösungen lediglich auf Grund des Einschaltstromstoßes vermieden. Die Relais können auch in einfacher Weise mit einer Signalvorrichtung versehen werden, die anzeigt, in welcher Einheit ein Fehler entstanden ist.

Eine wesentlich zuverlässigere Schutzvorrichtung als die für Kondensatoren bisher üblichen Schutzvorrichtungen kann somit gemäß der Erfindung erhalten werden. .
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Abb. ι zeigt einen Bimetallstreifen als

Schutzvorrichtung. Gemäß Abb. 2 ist dieser für die Temperatur der Umgebung kompensiert, und gemäß Abb. 3 ist die Vorachtung mit einer Signalanordnung ausgerüstet.

Abb. 4 zeigt ein Schaltbild einer Dreiphasengruppe aus Kondensatoreinheiten, die gemäß der Erfindung geschützt sind.

Abb. 5 zeigt die Anordnung mit äußerlich 6g untereinander in Reihe geschalteten Einheiten von parallel geschalteten Kondensatoren.

Abb. 6 und 7 zeigen andere Anordnungen von solchen Einheiten.

Abb. 8 zeigt ein ähnliches Schaltbild wie Abb. 4, aber mit einer besonderen Stromquelle für den Betätigungsstrom des Batterieschalters.

Gemäß den Abb. 9, 10 und 11 arbeiten die Schutzvorrichtungen mit photoelektrischen Zellen zusammen.

Abb. ι zeigt ein vor einer Kondensatorreihenschaltung eingeschaltetes stromempfindliches Relais, dessen stiOmempfindliches Glied ein Bimetallstreifen 1 ist, der bei Stromerhöhung die Kontakte 2 schließt. Abb. 2 zeigt ein kompensiertes Relais, in dem der vom Strom durchflossene Bimetallstreifen 1 und der nur von der Temperatur der Umgebung beeinflußte Bimetallstreifen 3 durch die Wand 4 getrennt sind. Das Bimetallrelais ι ist über die Klemmen 6 und 7 in den Kondensatorstromkreis eingeschaltet, und die Klemme 8 wird über eine Stromquelle und ein Zwischenrelais, die in dieser Abbildung nicht dargestellt sind, aber z. B. bei Beschreibung der Abb. 4 erläutert werden, mit der Klemme 7 verbunden, wenn sich die Kontakte 2 geschlossen haben.

In Abb. 3 ist mit 5 eine Signalanordnung bezeichnet, die bei auftretendem Strom in dem Stromkreis 7... 2... 8 anspricht und anzeigt, daß das Bimetallrelais angesprochen hat.

In Abb. 4 ist ein vollständiges Schaltbild j<k> für eine dreiphasige Kondensatorbatterie gezeigt, die gemäß der Erfindung geschützt ist. Mit 9 ist die Speiseleitung der Batterie, mit ι ο der Schalter, mit 11 sind die Kondensatoreinheiten und mit 12 die stromempfindliehen Relais mit den Klemmen 6, 7 und S bezeichnet, die in die zum Nullpunkt der Kondensatoren führenden Leitungen eingeschaltet sind. Die stromempfindlichen Relais 12 sind zweckmäßigerweise unmittelbar auf denjeni- no gen Kondensatorklemmen oder Sammelschienen befestigt, an die sie angeschlossen sind. Von den Sekundärklemmen der Spannungswandler 13 werden Stromkreise über die Klemmen 7 und 8 gespeist, und in diese Stromkreise sind Zwischenrelais 14 eingeschaltet. Diese Relais 14 können gewöhnliche Überstromrelais .für Niederspannungsein, aber sie müssen dann von Erde isoliert aufgestellt werden. Die Spannungswandler 13 können ebenfalls so aufgestellt -werden, wobei die Metallgehäuse derselben und auch

diejenigen der Relais 14 je mit einer der Sekundärklemmen der Spannungswandler verbunden werden. Die Primärwicklungen der Spannungswandler 13 können an die Sternspannung· des Netzes oder an einen Teil derselben oder an eine beliebige verkettete Spannung" des Netzes oder· an einen Teil derselben angeschlossen werden. Gemäß Abb. 4 sind die Primärwicklungen der Spannungswandler

α 0 13 an die Sternspannungen derjenigen Phasen angeschlossen, in die die Sekundärwicklungen eingeschaltet sind. Einer der Spannungswandler 13 speist überdies den Stromkreis des Relais 15, der von den Relais 14 geschlossen wird. Das Relais 15 betätigt durch die isolierte Stange 16 die Kontakte 17, die den von der nicht näher dargestellten Stromquelle 18 gelieferten Betätigungsstrom für die nicht näher bezeichnete Auslösespule des Schalters 10 einschalten. Das Magnetsystem des Relais 15 kann' auch unmittelbar von einem Teil der in Reihe geschalteten. Teilkondensatoren, die Spannung gegen Erde führen oder führen können, gespeist werden.

19 ist ein Erdungstransformator.

Abb. 5 zeigt eine Vorrichtung mit äußerlich untereinander in Reihe geschalteten Gruppen aus zueinander parallel geschalteten Kondensatoreinheiten, bei der die Spannungswandler 13, deren Sekundärwicklungen die Relais 14 speisen, an je eine Gruppe, also an verschiedene Potentiale angeschlossen sind. Die Relais 14 arbeiten hier auf je eine Anordnung 15,16, 17 gemäß Abb. 4, oder sie sind selbst entsprechend ausgeführt. In den Abb. 6 und 7 sind einige andere Schaltungen gemäß der Erfindung dargestellt. Hier können ebenfalls die Relais 14 mit Anordnungen 1S, 16, 17 gemäß Abb. 4 versehen sein. Aus Abb. 6 geht hervor, wie einfach eine Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung angeordnet werden kann bei z.B. zwei_äußerlich miteinander in Reihe geschalteten Gruppen von zueinander parallel geschalteüen Kondensatoreinheiten. Abb. 8 zeigt ein vollständiges Schaltbild für eine dreiphasige Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Relais 14 und 15 aus einer besonderen, nicht näher dargestellten Stromquelle 20 gespeist werden.

Auch diese wird zweckmäßigerweise von Erde isoliert aufgestellt.

Abb. 9 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung, bei der das stromempfindliche Relais 12 beim Ansprechen durch eine besondere Vorrichtung 21 einen sichtbaren oder unsichtbaren Lichtstrahl 22 abschirmt, der von der Lichtquelle 23 ausgeht und normalerweise die Photozelle 24 trifft. Um die Zahl der benötigten Lichtquellen, optischen Vorrichtungen und Photezellen zu verringern, können Spiegel für die Ablenkung des Lichtstrahles in gewünschte Bahnen 'verwendet werden. Gemäß Abb. 10 durchläuft beispielsweise der Lichtstrahl infolge Ablenkung· durch die Spiegel 25 zwei Reihen und gemäß Abb. 11 vier Reihen von mit Ab schirm vorrichtungen versehenen Relais.

Claims

Patentansprüche:

ι. Schutzvorrichtung für elektrische Hochspannungskondensatorbatterien, die aus mehreren miteinander in Reihe und zueinander parallel geschalteten Teilkondensatoren bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne Teilkondensatorreihe über ein stromempfindliches Relais (12) angeschlossen ist, das die Stromerhöhung bei Kurzschluß in nur einem oder mehreren der miteinander in Reihe geschalteten Teilkondensatoren anzeigt, und daß dieses Relais eine für mehrere solche Teilkondensatorreihen gemeinsame Relaisanordnung beeinflußt, die einen Schalter, durch den die Kondensatorbatterie an das Netz angeschlossen ist, auslöst.
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromempfindliche Relais für zwei oder mehrere äußerlich miteinander in Reihe geschaltete Teilkondensatorreihen gemeinsam ist.
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch* gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere stromempfindliche· Relais an verschiedene Potentiale oder in verschiedenen Zweigen des Stromkreises der miteinander in Reihe geschalteten Teilkondensatoren angeschlossen sind.
4. Schutzvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das stronv empfindliche Relais mit einer Vorrichtung versehen ist, die das Ansprechen des Relais anzeigt.
5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromempfindliche Relais (12) einen Stromkreis von derjenigen Kondensatorklemme (7) oder derjenigen Sammelschiene, an die es angeschlossen ist, über ein Zwischenrelais (14) zu der genannten Kondensator- 1x0 klemme oder Sammelschiene zurück schließt, und daß dieser Stromkreis gespeist wird von der in diesen Stromkreis eingeschalteten Sekundärwicklung eines Spannungswandlers (13), dessen Primärwicklung zwischen derselben Kondensatorklemme oder Sammelschiene und einer Kondensatorklemme oder Sammelschiene mit anderem Potential in derselben Phase angeschlossen ist (Abb. 4).
6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär-

wicklung des Spannungswandlers (13) an ■eine verkettete Spannung oder an einen Teil derselben oder an eine beliebige Sternspannung oder an einen Teil derselben angeschlossen ist.
7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem vom stromempfindlichen Relais geschlossenen Stromkreis enthaltene Zwischenrelais (14) und der diesen Stromkreis speisende Spannungswandler (13) von Erde isoliert aufgestellt sind und daß die Metallgehäuse dieser Geräte mit einer der Sekundärklemmen des Spannungswandlers verbunden sind.
8. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromempfindliche Relais (12) einen Stromkreis von der Kondensatorklemme (7) oder Sammelschiene, an die es angeschlossen ist, über ein Zwischenrelais (14) zu der - genannten Kondensatorklemme oder Sammelschiene zurück schließt und daß dieser Stromkreis von einer besonderen Stromquelle gespeist wird.
9. Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem vom stromempfindlichen Relais geschlossenen Stromkreis enthaltene Kontaktrelais und die diesen Stromkreis- speisende Stromquelle von Erde isoliert aufgestellt sind und daß die Metallgehäuse dieser Geräte mit einer der Klemmen der Stromquelle verbunden sind.
10. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Relaisanordnung· oder ein von dieser sekundär betätigtes Kontaktrelais (15) derart mit isolierter Übertragung der Kon-

₊₀ taktbewegung ausgeführt ist, daß der Betätigungsstrom des Batterieschalters (10) über die Relaiskontakte (17) geführt werden kann, während das Magnetsystem des Relais von einem Teil der in Reihe geschalteten Teilkondensatoren, die Spannung zu· Erde führen oder führen können, gespeist wird (Abb. 4).
11, Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromempfindliche Relais in die zum Sternpunkt führende Leitung der Kondensatorbatterie eingeschaltet ist.
12. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromempfindliche Relais mit einer Vorrichtung versehen ist, die einen sichtbaren oder unsichtbaren Lichtstrahl, der normalerweise eine Photozelle trifft, abschirmt und daß hierdurch der Auslösebefehl für die Geräte, die die Kondensatorbatterie ausschalten, gegeben wird.
13. Schutzvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl von einem der zu zwei oder mehreren verschiedenen Kondensatoreinheiten gehörenden stromempfindlichen Relais abgeschirmt wird.
14. Schutzvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl von Spiegeln so abgelenkt wird, daß er in die Bereiche der Ab schirmvorrichtungen der in verschiedenen Reihen aufgestellten stromempfindlichen Relais kommt, oder daß mehrere Lichtstrahle verwendet werden, die je ihre zugeordnete Photozelle beeinflussen oder optisch nach einer für zwei oder mehrere Lichtstrahle gemeinsamen Photozelle geleitet werden.
15. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromempfindliche Relais unmittelbar an der Kondensatorklemme oder Sammelschiene, an die es angeschlossen ist, befestigt ist.

Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschrift..,. Nr. 649766; amerikanische - .... - 1483552;

Bulletin des Schweizer Elektrotechnischen Vereins 1930, S. 665, Abs. 2, 1934, S. 463 ff., insbesondere S. 469, linke Spalte;

ETZ 1930, S. 325, linke Spalte, I.Abs.; Fr. Bauer, Der Kondensator in der Starkstromtechnik, Verlag Springer 1934, S. 74 ff., Abschnitt 9, S. 175 ff.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen