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Einrichtung zur laufenden Registrierung von Uberspannungen in Hochspannungsanlagen
in bezug auf ihre Höhe und Häufigkeit Die Betriebssicherheit von Hochspannungsanlagen
wird durch das Auftreten von Überspannungen (Gewitter- und Schaltüberspannungen)
gefährdet, die auch die Dimensionierung der Isolation der Anlage bestimmen. Meistens
wird das Auftreten solcher tberspannungen erst durch unerwartete Schäden an Geräten
nachgewiesen. Um solchen Schäden durch geeignete Schutzmaßnahmen rechtzeitig vorbeugen
zu können, ist die Kenntnis der Höhe der auftretenden Überspannungen sowie deren
Häufigkeit wichtig.
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Zur laufenden Überwachung der Überspannungen wurden bisher entweder
Klydonografen, gestaffelte Stabfunkstrecken (nach Dr. Estorff) oder Kathodenstrahloszillografen
verwendet. Beim Klydonografen kann erst nach Ablauf des eingelegten lichtempfindlichen
Films, also nach 7 oder 28 Tagen, wie es bei den handelsüblichen Geräten der Fall
ist, die Höhe, die Polarität sowie der ungefähre Zeitpunkt der Überspannung festgestellt
werden. Bei der Überwachung mit Stabfunkenstrecken wird das Ansprechen der Funkenstrecke
sowohl optisch als auch akustisch sofort angezeigt, die tatsächliche Höhe der Überspannung
aber nicht mit genügender Genauigkeit erfaßt. Auch kann die Anordnung erst nach
Auswechslung der der Funkenstrecke vorgeschalteten Sicherung wieder in Betrieb genommen
werden, ein Umstand, der beim Durchziehen eines schweren Gewitters über der überwachten
Anlage leicht zu Fehlmessungen führen kann. Die Verwendung einet Hochleistungskathodenstrahloszillografen,
der allein die
Überspannung nach Höhe und zeitlichem Verlauf einwandfrei
wiedergibt, scheitert an dem hohen Anschaffungswert solcher Geräte, so daß ein Groß
einsatz nicht möglich ist, sowie an seiner im Betrieb erforderlichen laufenden Überwachung.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, die ohne besondere
Wartung die laufende Registrierung der in einer Hochspannungsanlage auftretenden
Überspannungen ermöglicht. Die Überspannungen werden in ihrer Höhe und Häufigkeit
erfaßt und sowohl optisch als auch akustisch angezeigt, so daß der Bedienende deren
Auftreten zu gleichzeitig durchgeführten Schaltmanövern, z. B. Abschaltung leer
laufender Umspanner usw., in Beziehung bringen und somit sofort nach ihrem Ursprung
(innere sogenannte Schaltüberspannung oder äußere Gewitterspannung) einteilen kann.
In Anlagen, in denen Überspannungsschutzeinrichtungen eingebaut sind, kann ihr einwandfreies
Arbeiten kontrolliert werden.
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Die Einrichtung kann, sofern mit ihr nur Schaltüberspannungen erfaßt
werden sollen, einfach über Spannungswandler an die zu überwachende Anlage angeschlossen
werden, wenn man bei diesen kurzzeitigen Spannungen den dadurch bedingten Übersetzungsfehler
in Kauf nehmen will. In der Regel wird aber dieser Anschluß über geeignete (kapazitive)
Spannungsteiler T (Abbildung) erfolgen. Mit Rücksicht auf die in der Regel kurzzeitigen
Überspannungen von einer Dauer von 50 I0-6... 2 I0-3 Sekunden wird die Anzeige durch
geeignete, im Handel befindliche gasgefüllte, gittergesteuerte Elektronenröhren
verwirklicht. Diese mit Edelgas gefüllten Röhren zeichnen sich durch eine außerordentlich
kurze Ansprechverzögerung ( 0,5 Io-6 Sekunden) aus, so daß auch die kürzesten Spannungsimpulse
die Röhren zum Durchzünden bringen. Vorteilhaft werden hierzu Röhren mit Schirmgittern
genommen, da dieses die Kapazität zwischen Anode und Steuergitter verkleinert, wodurch
ein aus dem Netzteil des Gerätes über die Anodenspannung kommender Störimpuls die
Röhre nicht zum Zünden bringen kann. Durch Anlegen einer negativen Spannung am Schirmgitter
kann die Steuerkennlinie verändert, also die Spannung, bei der die Röhre zündet,
eingestellt werden.
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Gemäß der Erfindung werden mehrere parallel geschaltete, gasgefüllte,
gittergesteuerte Elektronenröhren (Röhrengruppe) mit möglichst kurzer Ansprechverzögerung
verwendet, deren Steuerkennlinie durch wahlweise änderbare Schirmgitterspannung
einstellbar ist, so daß beim Auftreten einer Überspannung nur diejenigen Röhren
ansprechen, deren Zündspannung kleiner oder gleich der ihrem Steuergitter über geeignete
Verbindungsglieder zugeführten Überspannung ist.
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Trifft auf die parallel geschalteten Steuergitter ein positiver Impuls,
so sprechen nur diejenigen Röhren an, deren Zündspannung kleiner oder gleich wie
die Scheitelspannung des Impulses ist. Zur Erfassung negativer Impulse muß die gleiche
Röhrenanordnung mit umgekehrter Polung der Gitter vorgesehen werden.
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Diese Ausführung ist in der Abbildung nicht dar--gestellt. Meistens
ist jedoch die Polarität des Impulses von untergeordneter Bedeutung. Die Schaltung
läßt sich dann in Weiterbildung des Erfindungsgedankens dahin vereinfachen, daß
am Eingang ein geeigneter Gleichrichter Gl in Brückenschaltung vorgesehen wird.
Es hat sich gezeigt, daß eine fehlerfreie Registrierung der Überspannung nur bei
nichtgeerdeter Kathodenleitung erreichbar ist.
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Für die Registrierung der Überspannungen in bezug auf ihre Höhe und
Häufigkeit sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in den Anodenkreis der Röhre
Zählwerkes sowie Signallampen M vorgesehen. Außerdem kann das Ansprechen der Röhren
durch ein akustisches Signal mittels eines Summers S angezeigt werden.
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Die Arbeitsweise des Gerätes ist folgende: Soll das Gerät z. B. in
einer 20-kV-Anlage eingebaut werden, so wird es über einen geeigneten (kapazitiven)
Spannungsteiler T an das Netz angeschlossen und die einzelnen Röhren Rö unter Berücksichtigung
des Spannungsteilerverhältnisses mit dem Schirmgitterpotentiometer P so eingestellt,
daß die Röhren beispielsweise bei nachstehender Spannung zünden: Röhre I 2 3 4 5
6 7 Zündspannung.. 40 50 60 70 80 go 100 kV Tritt nun eine Überspannung von rund
75 kV auf, so sprechen die Röhren I bis 4 an, während die übrigen gelöscht bleiben.
Da eine gezündete Röhre nicht selbständig löscht, wird gemäß Weiterbildung des Erfindungsgedankens
in der gemeinsamen Anodenstromzuleitung ein zeitabhängiges einstellbares Glied L,
z. B. Relais, Bimetall u. dgl., vorgesehen, das kurzzeitig den Anodenstrom unterbricht,
die angesprochenen Röhren zum Erlöschen bringt und die Einrichtung für die nächste
Registrierung wieder anzeigebereit macht. Zweckmäßig wird das Ansprechen dieser
Löscheinrichtung L etwas verzögert, so daß das Aufleuchten der Meldelampen M bequem
beobachtet werden kann.
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Nach einer Anzahl von Überspannungen also werden an den einzelnen
Zählwerken z. B. folgende Ansprechzahlen abgelesen: Röhre ............... I 2 3
4 5 6 7 Zündspannung . 40 50 60 70 80 go IookV Ansprechzahl 200 go 30 I6 8 4 2 (Anzeige
der Zählwerke) berspannungszahl .... 50 30 o 2 2 2 2 Daraus kann sofort die Höhe
und Häufigkeitsverteilungskurve aufgezeichnet werden. Im vorliegenden Falle wären
also nachfolgende Überspannungen aufgetreten: 200 über 40 kV, go über 50 kV usw.
Aus obigen Angaben kann man aber außerdem auch eine genaue statistische Aufgliederung
der einzelnen Überspannungen erhalten. So zeigt im obigen Beispiel Röhre 7 an, daß
zwei Überspannungen über 100 kV lagen. Von den vier Überspannungen über go kV, die
die Röhre 6 anzeigt, waren zwei Überspannungen über Ioo kV (Rö 7), mithin 4-2 2Überspannungen
größer als go kV, aber kleiner als Ioo kV.
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In gleicher Weise können auch alle übrigen Anzeigen ausgewertet werden,
und man erhält sp die in der letzten Reihe der obigen Tabelle eingetragenen Überspannungszahlen.
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Der Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung geht aus diesem einfachen
Beispiel klar hervor. Es gibt Ergebnisse wieder, für deren Ermittlung bisher mühsame
und zeitraubende Auswertungsarbeiten (Entwicklung des Klydonografen- oder Kathodenstrahloszillografenfilms)
erforderlich war.
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Die Anoden-, Gitter- und Heizspannung wird einem Netzteil mit Anschluß
an 220 V, 50 Hz entnommen.
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Die Leistungsaufnahme für ein Gerät, bestückt mit sieben Röhren, beträgt
bei voller Aussteuerung rund 80 W. Selbstverständlich kann die Einrichtung auch
mit mehr Röhren, als im vorerwähnten Beispiel angegeben sind, ausgerüstet werden,
wodurch sie praktisch an alle auftretenden Anforderungen angepaßt werden kann. Der
Spannungsteiler muß so gewählt werden, daß die höchste am Eingang nach dem Gleichrichter
auftretende Spannung niedriger als die höchstzulässige Steuergitterspannung ist.
Mit der oben beschriebenen Einrichtung können außerdem hohe Stoßströme (Blitzentladungen)
gemessen werden. Zu diesem Zweck wird die Einrichtung an einem geeigneten, im Meßkreis
eingebauten Shunt angeschlossen.