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Elektrischer Gleichgewichtsanzeiger Das Patent 7I7 347 bezieht sich
auf elektrische Gleichgewichtsanzeiger zur Anzeige der Lage eines Verkettungspunktes
mit einer gleich oder doppelt so großen Anzahl von Triebwerken, wie Außenleiter
in einem drei-oder mehrphasigen Wechselstromnetz vorhanden sind. Die in dem Hauptpatent
beschriebene Erfindung erstrebt u. a. eine beliebige Erweiterung des Meßbereiches
des Gleichgewichtsmessers in bezug auf Störungen des Gleichgewichts, die über 100%
hinausgehen.
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Dadurch können Gleichgewichtsmessungen der Erdspannungen auch bei
Oberverlagerungen des Erdpunktes ö vorgenommen werden.
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Die bekannten und auch der im Hauptpatent beschriebene Gleichgewichtsanzeiger
besitzen nur einen einzigen Meßbereich, der infolgedessen bei geringen Gleichgewichtsstörungen
eine schlechte Ablesung ermöglicht.
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Bei der Anzeige von elektrischen Gleichgewichtszuständen kommt es
aber vorwiegend darauf an, sowohl geringe als auch grobe Störungen der Zusammenhänge
deutlich zu machen. Die mittleren Ablveichangen vom
Gleichgewicht
sind dagegen im Netzbetrieb unwichtiger und auch seltener.
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Die Erfindung bezweckt nun, alle gewollten oder ungewollten Gleichgewichtsstörungen
mit großer Genauigkeit anzuzeigen, d. h. den jeweiligen Meßbereich des in dem Hauptpatent
vorgeschlagenen Gleichgewichtsanzeigers den geschilderten Anforderungen anzupassen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden. geringe Gleichgewichtsstörungen
vergrößert wiederzugeben. Im Fall der Anzeige der Erdpunktlage geschieht dies durch
Spannungswandler derart, daß eine gewöhnlich kleine Sternpunktserdspannung mehrfach
vergrößert zur Erhöhung der Empfindlichkeit von Meßgeräten im erdschlußfreien Netzbetrieb
oder bei primär geringen Verlagerungen des Erdpunktes wiedergegeben wird.
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Im Fall der Verwendung von einphasigen Zwischenspannungswandlern
zur Vergrößerung der Erdschlußspannung ist auch schon vorgeschlagen worden, die
Wandler bei groben Gleichgewichtsstörungen, d. h. bei plötzlich auftretenden großen
erregenden Spannungen an den Wandlern, sich sättigen zu lassen, so daß sie eine
dann unnötige Vergrößerung der Spannung nicht mehr vornehmen.
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Es ist ferner bekannt, den Meßbereich voii Meßgeräten durch handbediente
oder selbsttätige Umschaltvorrichtungen zu verändern.
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Es werden dann, z. B. bei Wattmetern.
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Widerstände in dem Spannungspfad eingeschaltet bzw. kurzgeschlossen
oder aber Nebenwiderstände zum Strompfad parallel geschaltet bzw. abgetrennt.
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Gleichgewichtsmesser haben dagegen u. a. die Aufgabe, die Lage eines
Punktes in einem polaren Koordinatensystem anzuzeigen, welcher den Verkettungspunkt
von Leitungen oder mehrere elektrische Größen, z. B. Spannullgen, wiedergibt. Es
können daher die für andere Meßgeräte bekannten Mittel zur Änderung des Meßbereiclles
bei Gleichgewichtsmessern nicht ohne weiteres angewendet werden.
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Die Erfindung schlägt vor, eine Umschaltvorrichtung vorzusehen, welche
den Meßbereich des Gleichgewichtsanzeigers durch Änderung eines NVandlerübersetzungsverhäitnisses
lediglich derjenigen Größe ändert, welche den Grad der Gleichgewichtsstörung wiedergibt.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der in der Zeichnung
veranschau lichten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Fig. I zeigt die Einrichtung nach der Erfindung in Verbindung mit
einem Gleichgewichtsmesser zur Anzeige von Gleichgewichtsabweichungen von Erdspannungen
beim Betrieb eines Drehstromnetzes R ST.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung sei folgendes vorausgeschiclit:
Bei einem praktisch widerstandslosen Erdschluß eines Leiters, z. B. des Leiters
T, ist das sekundäre von den Spannungswandlern 15 und 34 wie dergegebene Verhältnis
der Spannung des erdgeschlossenen Leiters gegen Erde zu der Spannung des gleichen
Leiters gegen den Sternpunlit nicht wie primär gleich Null. sondern gleich einem
endlichen ÄVert, der nicht unter etwa 0.5 sinken soll. Dies wird durch Einführung
der Sternpunkterdspannung, die halb so groß ist wie eine sekundäre Sternspannung,
errcicht. Zu diesem Zweck ist der Zwischenspannungswandler 34 vorhanden.
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Der Zwischenspannungswandler 10 hat dagegen die Aufgabe, die Sternpunkterdspannung
uo mp in vergrößertem Maßstabe uo" mp wiederzugeben.
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Der Klemme o des Gleichgewichtsmessers 37 wird bei geringen Abweichungen
des Gleichgewichts der primären Leitererdspannungen durch das Umschaltrelais 14
die polare Erdschlußspannung uo mp als Gradmesser der Abweichung mehrfach vergröliert
als uo" mp und bei starken Störungen des Gleichgewichts verkleinert als Uo 1 mp
zugeführt. Zur Herstellung der Verbindung dient ein t7mschalter I6, I7, der durch
die Spule 28 liegt tätigt wird. Diese Spule liegt an einer der Erdschlußspannung
uo mp proportionalen Spannung, bei dem gewählten Ausführungsbeispiel der Einfachheit
halber an der ohnehin für den Gleichgewichtsmesser 37 benötigten verkleinerten Erdschlußspannung
1 mp Bei kleinen primären Erdpunktverlagerungen etwa bis 250/o hält das Umschaltrelais
14 einen Ruhekontakt 24 geschlossen während bei größeren Erdpunktverlagerungen der
Kontakt 25 geschlossen und damit die Verbindung zwischen der Klemme o des Gleichgewichtsmessers
37 und der Klemme o1 des Zwischenspannungswandlers 34 hergestellt wird. Die Klemme
o, liegt dabei in der Mitte der Wandlerwicklung zwischen diesen Klemmen o und mp.
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Die Verkleinerung der Spannung uo 1 mp auf die Hälfte des Wertes
uo mp erfolgt zu dem Zweck, um eine hinreichende Genauigkeit der Messung in dem
großen Bereiche des Gleichgewichtsmessers 37 zu erhalten. Nach der Erfindung erfolgt
die Beeinflussung der dem Gleichgewichtsmesser 37 zugeführten polaren Spannung zu
dem Zweck, mehrere Meßbereiche zu erhalten.
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In der Anordnung nach Fig. I wird die geringe gewollte Primärverlagerung
des Erdpunktes in an sich bekannter Weise durch Anschluß eines Ohmschen Widerstandes
18. der mit einer Klemme stets mit Erde in
Verbindung steht, an
dsie PhaseS des Sammlelschienensystems RST mittels des Schalters 20 erreicht. An
das Netz können ferner Erdschlußlöscheinrichtungen, welche den Erdschluß strom der
drei Kapazitäten der Leiter R S und T gegen Erde auszugleichen haben, angeschlossen
sein. DieAbstimmung der Erdschlußspulen kann außerdem in zulässigen Grenzen etwa
+ IIOO/F vom genauen Sollwert, und zwar so liegen, daß der Spulenstrom etwas geringer
bleibt. Dann liegt bekanntlich der Erdpunkt 0 auf einem Kreisbogen, und zwar auf
dem rechts geziechneten, über einem Teil der Sternspannung U Mp S mit nacheilender
Erdschlußspannung 7Womp, wie dies für den kleinen Meßbereich in Fig. I auf dem Zifferblatt
27 und in Fig. 2 für beide Meßbereiche dargestellt ist.
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Beim Ansprechen des Umschaltrelais 14 wird erfindungsgemäß gleichzeitig
der Ruhekontakt 26 geöffnet und dadurch der Zwischenwandler 10 einpolig von seiner
Klemme o abgeschaltet, so daß dieser bei großen Erdpunktverlagerungen nicht unnötig
gespeist wird. Dem Zwischenwandler 10 ist in an sich bekannter Weise ein Kondensator
29 parallel geschaltet, um den Magnetisierungsstrom bei geringer Erregung aufzuheben.
An die untere Klemme des Zwischenwandlers 10 ist ein kleiner Dämpfungswiderstand
35 angeschlossen, der die von dem Kontakt 26 zu bewältigende Schaltleistung im Augenblick
der Sättigung des Wandlers 10 begrenzt, im übrigen aber keinen wesentlichen Einfluß
hat. An Stelle des Umschaltrelais 14 können auch mehrere Relais, insbesondere Zwischenrelais
mit hoher Schaltleistung, Anwendung finden.
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Die Umschaltvorrichtung für den Meßbereich - des Gleichgewichtsmessers
kann auch für mehrere Stufen ausgebildet sein, so daß die polare Erdschlußspannung
oder allgemein gesprochen, diejenige Größe, welche den Grad der Gleichgewichtsstörung
angibt, in mehreren Stufen durch eine Umschaltvorrichtung beeinflußt werden kann,
somit mehr als zwei Meßbereiche entstehen. Zum Beispiel könnte in der Anordnung
nach Abb. I die bisher nicht benutzte Spannung uo mp zwischen dem künstlich gebildeten
Sternpunkt mp des Wandlers I5 und dessen Klemme o für die Herstellung eines mittleren
Meßbereiches zwischen den beiden gezeigten benutzt werden. An Stelle des Zwischenwandlers
34 kann auch ein Spannungsteilerwiderstand in gleicher Schaltung und mit einer Anzapfung
o1 etwa in der Mitte Anwendung finden.
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Fig. 2 zeigt ebenfalls einen Gleichgewichtsmesser 47 nach dem Hauptpatent,
dessen Wellen 11, 12, 13 und 211, 22, 23 der sechs Meßwerke im doppelten Abstand
der Eckpunkte R, S und T von zudem .M,ittelpunkt Mp des Zifferblattes 27 entfernt
liegen. Es ist daher vorausgesetzt, daß im Fall eines Leitererdschlusses, z. B.
der Phase R, die dem Triebwerk mit der Welle 11 scheinbar zugeführte Leitererdspannung
uOr im Verhältnis zur Leitersternspannung ump r immer noch den Wert 0,5 besitzt.
Weiterhin sei angenommen, daß der Gleichgewichtsmesser eine primär geringe Erdpunktverlagerung,
z. B. zum Zweck der Abstimmung von induktiven Erdschlußlöscheinrichtungen, anzeigen
soll.
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Für die genaue Messung gewollter, primär geringer Erdpunktverlagerungen
und deren Deutung vor und nach der Umschaltung mittels eines Umschaltrelais ist
das Zifferblatt 27 des. Gleichgewichtsmessers 47 mit meheren einander ähnlichen
polaren Kurvendarstellungen 30 als geometrischer Ort für die mögliche Lage des Erdpunktes
0 versehen.
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Bei kleinen gewollten Erdpunktverlagerungen unter Einfluß der Steruspannung
UMpS bis zur Umschaltung durch die Umschaltvorrichtung nach der Erfindung findet
die Anzeige des Gleichgewichtsmessers, wie für die eine Hälfte der Kurve 30 bereits
erläutert, auf der großen Kurve statt, während die tatsächliche primäre Erdpunktverlagerung
aus dem mit o bezeichneten Schnittpunkt der Erdschlußspannung U O Mp mit der kleinen
Kurve 36 nicht deutlich zu ersehen wäre. Die Anzeige des von den Fäden4, 5, 6, 7,
8, und 9 gesteuerten Zeigers des Gleichgewichtsmessers-findet daher auch nicht über
der kleinen Kurve 36, sondern nach der Erfindung durch den verkleinerten Meßbereich
über der großen Kurve 30 statt. Allerdings kann man sich aus dem Schnittpunkt o
der kleinen Kurve 36 und aus der festen Lage der Punkte R, S und T auf dem Zifferblatt
27 für ,die Leiter des Netzes die Leitererdspannungen UoR, U OS und UOT ohne weiteres
vostellen. Die Darstellungen für den großen und den kleinen Meßbereich auf dem Zifferblatt
27 ergänzen sich also für die richtige Deutung. Ist der Gleichgewicbtsmesser mit
einem besonderen Meßwerk für die Erdschlußspannung itoi,,p versehen, so ist ebenfalls
eine richtige Deutung beider Meßbereiche auf dem Zifferblatt des Gleichgewichtsmessers
für den Betrachter gut möglich.
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Im Fall einer zu hohen Stromeinstellung von Erdschlußspulen des Netzes
R 5 T weist der Zeiger des Gleichgewichtsmessers auf einen Punkt der anderen, und
zwar links gezeichneten Hälfte der Kurve 30 hin. Vorstehend war die Anderung der
Anzeige der Lage des Erdpunktes in Abhängigkeit von der induktiven Stromeinstellung
der Erdschlußspulen
des Netzes bei sonst unveränderten- Bestimmungsgrößen
für die Lage des Erdpunktes beschrieben. Wird die Spuirneinstellung gleichbleibend
gehalten und ändert sich die Ausdehnung des Netzes R 5 T und damit dessen Kapazität
gegen Erde infolge Zu- und Abschaltung von Abzweigen so kann die Erdpunktanzeige
auf der großen Kurve 30 auch dazu dienen, die Netzausdehnung festzustellen. Es kann
also für die Ausbildung des Zifterblattes 27 des Gleichgewichtsmessers zweckmäßig
sein, die rechte Hälfte der großen Kurve 30 mit Ntetzvergrößerung und die linke
Hälfte mit Netzverhleinerung zu bezeichnen. Eine Netzvergrößerung ist überdies auch
mit zu geringer Stromeinstellung der Erdschlußspulen bzw. eine Netzverkleinerung
mit zu hoher Einstellung gleichbedeutend.
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Weiterhin kann mit der Einrichtung nach der Erfindung zwischen zulässiger
und unstatthafter Spuleneinstellung bzw. Netzvergrößerung für die Erdschlußlöschung
unterschieden werden. Nach der Erfindung kann daher auch ein Kurvenast der vergrößerten
Kurve 30, der etwa zwischen den Punkten 3 t und 32 der großen Kurve 30 liegt, als
unzulässig, und der übrige Kurventeil, welcher den Sternvektor UAfp im Punkt 33
schneidet, als zulässig bezeichnet werden. Eine Anzeige des Zeigers über dem Schnittpunkt
33 der Kurve 30 bedeutet weiterhin genaue Abstimmung der Erdschlußspulen auf die
Netzkapazität gegen Erde.
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Sind keine Erdschlußspulen in dem zu überwachenden Netz vorhanden,
so kann sich der Erdpunkt bei primärer Anwendung eines veränderlichen Ohmschen Prüfwiderstandes
18 nur auf dem rechten Teil der Kurve 30 mit nacheilenden Erdschlußspannungen uornp
gegenüber der zugehörigen Sternspannung ump s bewegen. In einem solchen Fall wird
nur die Netzvergrößerung oder -verkleinerung angezeigt. Es muß dann für die normale
Größe des Netzes eine Erdpunktlage auf dem rechten Teil der Kurve 30, d. h. ein
Punkt des Zifferblattes 27, hervorgehoben werden.
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Abweichungen der Erdpunktanzeige nach Mp zu sind dann als Vergrößerung
und enigegengesetzt als Verkleinerung des Netzes zu deuten. Man kann dann auch zwischen
zulässiger und unzulässiger Netzvergrößerung unterscheiden.
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Die Erdkapazitäten eines Netzes sind gewöhnlich von gleicher Größe.
Die Eichung des Zifferblattes 27 des Gleichgewichtsmessers braucht daher im allgemeinen
nur in einer Sternphase erfolgen. WIan wählt dazu zweckmäßig die auf dem Zifferblatt
aufrecht stehend gezeichnete Sternphase. also z. B. die des mittleren I,eiters S.
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An Stelle einer selbsttätigen Meßbereichumschaltung kann natürlich
auch eine wilkürlich vorzunehmende Umschaltung vorgesehen werden, indem z. B. an
die Stelle des Umschaltrelais 14 ein Druckknopf mit gleichartigen Kontakten tritt.
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Bei der Wiedergabe des Gleichgewichts von Leistungen oder Widerständen
durch Einrichtungen nach der Erfindung. also bei der Anzeige von mehreren Größen
U#J oder U:J kann sowohl der Spannungs- als auch der Strommeßbereich einzeln für
sich oder gemeinsam umschaltbar gemacht werden Eine der Größen U oder J ist aber
gewöhnlich gleichbleibend, so daß die Umschaltung nur auf die andere angewendet
zu werden braucht. Von einer Beschreibung einer derartigen Ausführung der Erfindung
kann daher abgesehen werden.