SE434092B - Kapacitiv vexelspenningsdelare - Google Patents

Description

7811064-0 förekommer vid fjärrrelän bryter dessa inte tillfredsställande alternativt bryter de felaktigt. Lokalisering av ett jordfel eller kortslutning av en fas är svårt eller helt omöjligt att genomföra.

En likspänning över mätkondensatorn kan inträffa när till ex- empel en primär växelspänningsledning bryts i ett ögonblick när växelspänningens vågform inte har nollgenomgång. Den därvid kvarvarande spänningen på ledningen medför att en restladdning, även benämnd likspänningskomponent, kvarstår vilken medför att en likspänning uppträder över mätkondensatorn via den till den primära spänningen anslutna kondensatorn. Om när en dylik lik- spänning ligger över mätkondensatorn spänningen skulle åter- vända efter några perioder och en kortslutning skulle inträffa omedelbart därefter medan likspänningen ännu inte tillfreds- ställande avletts skulle en nollgenomgång i mätsignalen, för vilken nollgenomgång ett fjärrelä kommer att reagera, inträf- fa först efter några få perioder. Detta betyder emellertid att relät reagerar för sent. Vidare kan överspänningar på de pri- mära växelspänningsledningarna ge upphov till restladdningar och likspänningar över mätkondensatorn.

För korrekt funktion av fjärrelän är det därför väsentligt att ändringarna i den primära spänningen reproduceras odistordera- de. För detta ändamål ansluts i den kända spänningsdelaren en läckimpedans parallellt med mätkondensatorn. Tack vare denna läckimpedans kommer likspänningen att försvinna tillräckligt hastigt. _Användning av en läckimpedans hindrar visserligen, under de ovan beskrivna betingelserna, att det inträffar en otillåten fördröjning av aktiveringen av skyddsanordningarna men en oför- delaktig effekt med denna åtgärd är att mätsignalen utsätts för en fasförskjutning i förhållande till den primära växel- spänningen. Följden_blir att skyddsanordningen får fördröjt tillslaäf t.ex. när kortslutning inträffar i den primära väx- elspänningskretsen. Bortsett från fasförskjutningen kommer mät- 7811064-0 signalen även att uppvisa transienta fenomen till följd.av läck- impedansen, vilka fenomen likaledes kommer att störa den nog- granna funktionen av skyddssystemet för den primära växelspän- ningen.

De ovan nämnda nackdelarna undvikes med den kapacitiva spännings- delaren enligt föreliggande uppfinning, vilken kännetecknas av en i förhållande till skyddsanordningarna separat jämförelsekrets och ett spärrande filter, vilken jämförelsekrets ständigt jämför den från mätkondensatorn mottagna spänningen med den i kretsen förekommande, genom filtret avgivna växelspänningskomposanten, och härleder en likspänningskomposant, varvid impedansen, endast under varaktigheten av likspänningskomposantens närvaro i sekundär- spänningen, på sådant sätt ändras, att en från likströmskomposanten härledd laddning i mätkondensatorn avledes.

Uppfinningen är baserad på den observationen att likspännings- komponenten över mätkondensatorn knappast uppträder i alla fall och att därför, vid frånvaro av nämnda likspänning, en läckimpe- dans kan utelämnas varigenom exakt styrning garanteras av event- uellt förekommande fjärrelän. Endast vid närvaron av likspän- ningen kommer impedansen av det till mätkondensatorn anslutna elementet att reduceras i sådan grad att likspänningen till- räckligt snabbt hinner avledas för att förhindra otillåtet stor fördröjning av fjärrstyrningen.

Efter nämnda jämförelsekrets är lämpligen en logikbestämningskrets inkopplad, vilken styr elementet med variabel impedans. Filtren gör det möjligt för jämförelsekretsen att skilja en önskad växel- spänning från övriga komponenter, t.ex. likspänningskomponenten.

Med hjälp av logikbestämningskretsen kommer jämförelsekretsen att åstadkomma en minskning av läckimpedansen när spänningskomponenter påträffas, vilka är olika den önskade växelspänningen. Såsom styr- organ kan emellertid även sådana utföringsformer väljas i vilka närvaron av en likspänningskomponent direkt detekteras genom avledning av denna från den sekundära spänningen via ett likspän- ningstransmissionsfilter. Den på detta sätt realiserade likspän- ningen kan anbringas direkt för att styra den variabla impedansen, t.ex. med hjälp av halvledarkretsar. 7811064-0 En av ingångsstyrsignalerna till jämförelsekretsen kan även avledas från en separat, tillkommande kapacitiv växelspännings- delare inkopplad mellan den primära spänningen å ena sidan och referensspänningen å andra sidan. Denna tillkommande kapa- citiva växelspänningsdelare innefattar en seriekrets med två É kondensatorer. En sådan krets bildar två ingångsstyrsignaler till jämförelsekretsen.

Om det emellertid gäller högspänning är det viktigt, på grund av att den_sistnämnda kretsen har en andra kapacitiv växelspän- ningsdelare, att två högspänningskondensatorer ansluts direkt till högspänningen. I kapacitiva spänningsdelare är i allmän- het högspänningskondensatorerna integrerade i högspänningsled- ningssystemet varför det kan uppstå problem med att anordna en tillkommande andra högspänningskondensator.

Enligt en ytteligare utföringsform av uppfinningen utnyttjas därför ånyo endast en enda högspänningskondensator som är an- sluten till den primära spänningen, medan mellan högspïnnings- kondensatorn och referensspänningen en seriekrets och/eller parallellkrets med ett flertal styrkondensatorer är ink0PPlade för att mata ingângsstyrsignalerna till jämförelsekretsen i styrorganen. I denna utföringsform kan kondensatorerna ha så- dana värden att styrkondensatorernas olika, sekundära styr- spänningar inte påverkar varandra eller knappast påverkar var- andra alls. På detta sätt utvidgas användningsområdet för fö- religgande uppfinning samtidigt som en betydligt noggrannare och snabbare funktion erhålls. Mätkondensatorn kan vara en av styrkondensatorerna eller också kan den utgöras av en separat kondensator i det fall shuntning ordnas med hjälp av den vari- Ü abla läckimpedansen. 7811064-0 LH Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan i anslutning till de bifogade ritningarna, i vilka fig. 1 visar en kapa- citiv spänningsdelare i enlighet med föreliggande uppfinning, vilken spänningsdelare arbetar i enlighet med en första prin- cip, fig. 2 är ett diagram som visar den verkliga växelspän- ningssignalen och en mätsignal med en positiv spänningskompo- nent, fig. 3 är ett diagram som visar den verkliga växelspän- ningssignalen och en mätsignal med negativ likspänningskompo- nent, fig. 4 är ett diagram som visar de signaler vilka matas till ingångarna av jämförelsekretsen och detta diagram utnytt- jas till att förklara funktionen av kretsen enligt fig. l, fig. 5 är ett diagram med samma signaler som i fig. 4 men med en periodiskt minskad impedans av elementet med variabel impedans, fig. 6 är en andra utföringsform av kretsen enligt föreliggan- de uppfinning, fig. 7 är ännu en annan utföringsform av kret- sen enligt föreliggande uppfinning varvid en andra seriekrets med kondensatorer samt två separata styrkondensatorer finns anordnade, fig. 8 visar ytterligare en utföringsform av kretsen enligt uppfinningen, varvid impedansen kopplas pulsvis, fig. 9 visar ännu en utföringsform i vilken utnyttjas två styrkonden- satorer, som är separat kopplade i serie, och en högspännings- kondensator, fig. 10 visar en variant av kretsen enligt fig. 9, fig. ll visar ännu en variant av den i fig. 9 visade kret- sen, och fig. 12 visar ännu en krets enligt uppfinningen varvid en högspänningskondensator och två styrkondensatorer ingår i parallella grenar.

Fig. 1 visar en kapacitiv spänningsdelare innefattande en kon- densator Cl och en mätkondensator C2. Parallellt med mätkonden- satorn C2 är ett element med variabel impedans kopplat. Detta element innefattar en strömställare S1 och en läckresistans RL.

Vidare är både mätkondensatorn C2 och läckresistansen RL kopp- lade till en referensspänning. Denna kan vara samma referens- spänning för både mätkondensatorn C2 och läckresistansen RL, men kan även utgöras av olika referensspänningar. 7811064-0 Den av kondensatorerna Cl och C2 bestående spänningsdelaren tjänstgör såsom en bredbandig spänningsdelare så länge som strömstäliaren sl är samtliga fenomen, såväl snabba fenonen scm likspänningar, tillföres odistorderade till ingången av en bredbandsförstärkare V1 med högohmig ingång. Utgângen av nämnda förstärkare V1, vilken här är anordnad såsom en spän- ningsfölj arkrets, t.ex. en ërlitterföljalfe: 9379911' Öeïl önskade mä-tSï-Q' nalen B, vilken utnyttjas för skyddsändamål.

Om en likspänningskomponent uppträder i mätsignalen kommer ett likspänningstansmissionsfilter Fl att urladda med en viss tids- konstant varvid likspänningskomponenten i utsignalen A snabbt kommer att försvinna, medan i det första fallet, eftersom strömställaren Sl är öppen, likspänningskomponenten kommer att ligga kvar på den högohmiga ingången av förstärkaren V1 och därmed även kommer att finnas kvar i mätsignalen B. Därför kom- mer utsignalen A från likspänningstransmissionsfiltret, som här är ett bandpassfilter centrerat på frekvensen av den önskade växelspänningen, att efter en kort period vara en smalbandig grundfrekvenssignal utan någon likspänningskomponent.

Tillsammans med den modifierade utsignalen B från förstärkaren V1 matas utsignalen A från likspänningstransmissionsfiltret såsom en styrsignal till en jämförelseströmställare D, i vil- ken styrsignalerna A och B jämföres med varandra. Jämförelse- strömställaren D är kopplad till en logikbestämningskrets BL.

Utsignalen S från logikbestämningskretsen kan sluta strömstäl- laren S1 vid närvaro av en likspänningskomponent. Detta kommer att vara fallet när signalen B skiljer sig från signalen A.

Så länge som B är större än A skall referensspänningen Vfef 1 som matas till elementet med den variabla impedansen)vara mindre än B, och om B är mindre än A skall nämnda referensspän- ning vara större än B. Jämför fig. 2 och 3 där fig. 2 marke- rar att B är större än A till följd av en positiv likspännings- komponent och där fig. 3 anger att B är mindre än A till följd av en negativ likspänningskomponent i den sekundära spänning- en. En enkel utföringsform är den där referensspänningarna är 7811064-0 lika stora både för mätkondensatorn C2 och för läckresistan- sen RL, t.ex. 0 volt. Strömställaren S1 kan då vara sluten lika länge som B är större än 0 om B är större än A, eller likga länge som B är mindre än 0 och om B är mindre än A. I fig. 2 och 3 markeras med grova streck de perioder under vilka strömställaren Sl är sluten. Det har i praktiken visat sig att när A är större än 0 (och B är mindre än A) kan slutningen av strömställaren S1 genomföras med ett mindre komplicerat utfö- rande av logikbestämningskretsen BL.

Bättre verkan erhålles med en utföringsform i vilken referens- spänningen Vref 1 för läckimpedansen eller läckresistansen va- rieras eller ställs in så, t.ex. med hjälp av logikbestäm- ningskretsen BL, att nämnda referensspänning Vref 1 alltid är mindre än B så länge som A inte är lika med B (när B är stör- re än A) och större än B (när B är mindre än A). I den sist- nämnda utföringsformen varieras eller inställs Vref l antingen analogt eller digitalt. Exempelvis kan här den sanna växel- spänningssignalen A även utnyttjas såsom referensspänning.

Funktionen av kretsen enligt fig. l belyses med hjälp av fig. 4 och 5. Fig. 4 visar det fall när strömställaren S1 blir öp- pen även vid närvaro av en likspänning över mätkondensatorn.

Styrsignalen A är den smalbandiga grundfrekvenssignalen som kommer från utgången av 1ikspänningstransmissionsfiltret me- dan styrsignalen B är växelspänningssignalen med likspännings- komponenten, vilken signal kommer från förstärkaren Vl. Det är tydligt att denna signal har förflyttats uppåt med avseende på nollpotentialen i detta exempel till följd av en positiv likspänningskomponent över mätkondensatorn. Således är nollge- nomgångarna vid fram- och bakkanterna av styrsignalen B för- skjutna med avseende på de normala nollgenomgångarna i enlig- het med signalen A, vilket kan ge upphov till de ovan nämnda styrfelen i fjärrrelän.

Fig. 5 visar det fall där strömställaren S1 av logikbestämnings- kretsen sluts varje gång under de positiva halvperioderna av A, 7811064-0 nämligen eftersom B då är större än A och Vref 1 är 0. Nedtill i fig. 5 visas lägena för strömställaren S1, varvid hänvis- ningssiffran l markerar att strömställaren är sluten och hänvisningssiffran 0 markerar att den är öppen. Det är tyd- ligt att när strömställaren är sluten kommer den skuggade restspänningen att försvinna. Under den negativa halvperioden är strömställaren öppen och restspänningen kommer att finnas kvar. Under de därefter fifljande halvperioderna sluts strömstäl- laren ånyo och restspänningen kommer att fullständigt försvin- na. Därefter kommer den trogna växelspänningssignalen befriad från likspänningskomponenten, att uppträda vid utgången från förstärkaren Bl. Om man såsom referensspänning utnyttjar en 'spänning som är analog med styrsígnalen A behöver strömställa- ren inte öppnas under de negativa halvperioderna. I detta fall kommer restladdningen att försvinna även under de negativa halv- perioderna.

Det bandpassfilter som utnyttjas i detta exempel och som tjänst- gör såsom ett likspänningstransmissionsfilter kan utbytas mot ett högpassfilter. I serie med detta kan ett faskorrektionsfil- ter, som är av den typ som genomsläpper alla frekvenser, in- kopplas i syfte att korrigera frekvensfasgensvaret.

Fig. 6 visar ett exempel på en utföringsform med ett likspän- Iüngsuæmsmssuxsfihxr FZ som består av ett lågpassfilter E och ett bandspärrfilter H. Bandspärrfiltret är centrerat på frekvensen för den önskade växelspänningen. Utsignalen (B-A) från bandspärrfiltret är den bredbandiga mätsignalen, från vilken bland annat den önskade växelspänningskomponenten av- filtreras. Med andra ord finns i denna utsignal från bandspärr- filtret alla icke önskade komponenter vars frekvenser är lägre än den önskade växelspänningsfrekvensenf Efter invertering och summering med signalen B utnyttjas denna utsignal (B-A) i jäm- förelsekretsen D för att styra den i fig. 6 visade logikbestäm- ningskretsen. n-n 7811064-0 Nämnda invertering och summering kan utelämnas om signalen (B- -A) matas direkt till ingången l av jämförelsekretsen D såsom en styrsignal. En referenspotential, t.ex. spänningen O volt, kan då matas till ingången 2.

I fig. 7 visas en utföringsform i vilken en andra seriekrets med kondensatorer utnyttjas för att avleda en av de ingångs- styrsignaler som matas till jämförelsekretsen D. Signalen i den gemensamma punkten mellan högspänningskondensatorn Cl och styrkondensatorn C2 matas till förstärkaren V1, vilken vid sin utgång avger mätsignalen B, som i sin tur utnyttjas såsom mät- signal för styrning av skyddsanordningen. Efter förstärkning i förstärkaren V1 matas denna signal såsom styrsignal till den ena av ingångarna till jämförelsekretsen. Denna motsvarar de kretsar som utnyttjas i den tidigare beskrivna utföringsformen av uppfinningen.

Emellertid är nu en andra kapacitiv spänningsdelare kopplad pa- rallellt med den kapacitiva spänningsdelare som består av se- riekretsen med kondensatorerna Cl och C2. Nämnda andra ka- pacitiva spänningsdelare består av högspänningskondensatorn C3 i serie med en andra styrkondensator C4. Signalen i den ge- mensamma punkten mellan kondensatorerna C3 och C4 centreras, via ett likspänningsblockerande filter Fl (i det visade exemp- let representerat i form av ett bandpassfilter) på den önska- de växelspänningsfrekvensen och matas till ingången l såsom en styrsignal A till jämförelsekretsen D. Om så erfordras kan en högohmig läckresistans kopplas parallellt med kondensatorn C4 i syfte att urladda restladdningar över C4. Denna resistans krävs emellertid inte för likspänningstransmissionsfiltrets drift.

Skulle en likspänningskomponent eller en laddning uppträda över mätkondensatorn kommer denna inte att matas till ingången l av jämförelsekretsen D tack vare filtrets Fl funktion ty i det första fallet kommer likspänningskomponenten att ligga kvar på den högohmiga ingången av förstärkaren V1 eftersom strömställa- 7811064-0 10 ren S1 fortfarande är öppen. Jämförelsekretsen D och logikbe- stämningskretsen BL kommer att fungera på samma sätt som be- skrivits ovan i den tidigare utföringsformen av uppfinningen och de kommer att sluta strömställaren S1 när en likspännings- komponent uppträder i den sekundära spänningen från den första spänningsdelaren.

Givetvis är det möjligt att i likhet med den tidigare nämnda utföringsformen även i denna utföringsform variera filtren. Så- ledes kan exempelvis utsignalen från 1ikspänningstransmissions- filtret utnyttjas direkt till att driva strömställaren Sl.

I de ovan beskrivna utföringsformerna kan givetvis elementet med variabel impedans, som vanligen består av en seriekrets med en resistans och en strömställare, även utföras på andra sätt. Exempelvis kan impedansen vara beroende av utsignalen S från logikbestämningskretsen§ ' Fig. 8 visar ett exempel på en utföringsform i vilken en om- vandlare M utnyttjas, vilken omvandlar likspänningen (B-A) från likspänningstransmissionsfiltret till en pulsformad signal vars pulspauskvot är beroende av värdet på likspänningen. Den- na pulsformade signal matas till strömställaren S1 till läck- impedansen RL. När därför filtret F2 detekterar en likspänning kommer strömställaren att slås till och från till dess att lik- spänningen över kondensatorn C2 har försvunnit. Om det inte fö- rekommer någon likspänning kommer strömställaren S1 att förbli öppen.

Istället för en enda läckimpedans RL och en strömställare S1 i serie med denna kan ett flertal strömställare Sl....SN med ~ motsvarande antal läckimpedanser RLl...RLN användas, varvid läckresistanserna inte samtliga behöver ha samma impedansvärde.

Med hjälp av en analog-till-digitalomvandlare omvandlas värdet på likspänningskomponenten till digitala signaler, vilka upp- träder vid utgången och därvid manövrerar strömställarna S1- -SN. Om exempelvis den digitala koden "ett-av-N" utnyttjas u» 7811064-0 ll kommer, beroende på värdet av likspänningskomponenten, en viss läckimpedans att tagas i anspråk via strömställaren SLm, var- vid l~§ m « N. Samtliga impedanser RL1 t.o.m. RLN kan emel- lertid också ha inbördes lika stora värden och ingen ström- ställare eller en strömställare eller flera strömställare kan slå till samtidigt beroende på värdet av likspänningskomponen- ten. Även här kan den varianten förekomma att de olika referensspän- ningarna för läckimpedanserna RLl.....RLN styrs av analog-till- -digitalomvandlaren.

Såsom omnämnts ovan kan elementet med variabel impedans, vil- ket hitintills består av ett eller flera impedanser och en el- ler flera strömställare kopplade i serie därmed, även utföras såsom en inre resistans av en halvledare, t.ex. en fälteffekt- transistor. Såsom styrspänning kan likspänningen (B-A) från likspänningstransmissionsfiltret F2 matas till detta element med variabel impedans antingen direkt eller via en spännings- delare eller en impedansomvandlare. Givetvis bör kretsen då utföras på sådant sätt att impedansen av halvledaren sjunker när likspänningen (B-A) från filtret F2 stiger.

Nedan kommer några varianter av den kapacitiva växelspännings- delaren enligt uppfinningen att beskrivas. I dessa utförings- former har spänningsdelarens användningsmöjligheter utvidgats och, i likhet med kretsen enligt fig. 7, kommer de två mät- signalerna inte att påverka varandra. Vidare erhålles bättre stabilitet och högre reglerhastighet trots att endast en hög- spänningskondensator erfordras.

Dessa utföringsformer baserar sig på ett i sig känt förfaran- de enligt vilket härledning sker av två mätsignaler med hjälp av en kapacitiv växelspänningsdelare. Dessa mätsignaler är i hög grad inbördes oberoende och förfarandet finns beskrivet i Proceedings of the I.E.E., Vol. 121, No. 12, december 1974, pp 1557-1566, i synnerhet fig. 13. 7811064-0 12 Enligt detta förfarande utgår man från en kapacitiv växelspän- ningsdelare av den typ som beskrivits inledningsvis och som består av tvâ kondensatorer i serie av vilka den ena tjänst- gör såsom högspänningskondensator medan mätsignalen avledde från den andra kondensatorn via en impedans och en transforma- tor. Denna spänningsdelare förses nu med en tredje kondensa- tor kopplad i serie med och mellan mätkondensatorn och refe- rensspänningen. Kapacitansvärdet för denna tredje kondensator väljes vara mycket högre än högspänningskondensatorns och mätkondensatorns.

På detta sätt kommer den tredje kondensatorn inte, eller åt- minstone inte nämnvärt, att påverka de dynamiska och statiska egenskaperna av den vanliga utsignalen över mätkondensatorn medan utsignalen över den tredje kondensatorn däremot är en bättre reproduktion av den primära spänningen än vad mätspän- ningen är eftersom dena senare avleds via självinduktion och en transformator.

Emellertid motsvarar denna kända kapacitiva spänningsdelare in- te de krav som numera uppställes beträffande tillförlitlighet och snabbhet. Å andra sidan uppfyller systemen enligt förelig- gande uppfinning dessa krav genom att de är försedda med ett element med variabel bandbredd. Skulle därför de ovan nämnda systemen kombineras erhålles en kapacitiv växelspänningsdelare som kommer att arbeta noggrannare och snabbare.

I dessa två nya utföringsformer urskiljes två olika förfaran- den. Det första är baserat pâ principen för en strömkälla och kan tillämpas vid kapacitiva spänningsdelare vars högspännings- kondensator har ett kapacitansvärde som är mycket lågt i jäm- förelse med värdet för de övriga seriekondensatorerna. Således kommer strömmen genom den kapacitiva växelspänningsdelaren att förbli mycket låg och den bestämmas enbart av högspän- ningskondensatorn och den primära spänningen. För exempelvis en primär fasspänning på 240 kV kommer en högspänningskonden- sator med värdet 10 pF och.en enda mätkondensator i serie där- n.- 7811064-Û l3 med med ett värde på 0,2 pF att ge upphov till en ström i storleksordningen av 0,75 milliampere medan spänningen över mätkondensatorn kommer att vara 12 volt. Istället för högspän- ningskondensatorn kan man således tänka sig en strömkälla i serie med mätkondensatorn. Således kommer denna ström inte att påverkas av eventuella spänninningar som verkar på mät- kondensatorn och som härrör från kretsar som är anslutna till mätkondensatorn.

Fig. 9 visar en praktisk utföringsform av en motsvarande ka- pacitiv spänningsdelare enligt föreliggande uppfinning, vil- ken arbetar enligt strömkälleprincipen. I serie med Cl och C2, av vilka den senare benämnes styrkondensator, är inkopplad en tredje kondensator C3, även benämnd styrkondensator, vars ka- pacitansvärde är av samma storleksordning som det för konden- satorn C2. I denna kapacitiva växelspänningsdelare bestämmes strömmen genom högspänningskondensatorn och genom styrkonden- satorerna C2 och C3 även här endast av högspänningskondensa- torn Cl, vilken för detta ändamål skall ha ett kapacitansvär- de som är mycket lägre än det för kondensatorerna C2 och C3.

Strömmen är då i det närmaste oberoende av de spänningar VC2 och V¿3 som uppträder över kondensatorerna C2 respektive C3.

Spänningen VC2 matas till en förstärkare och förstärkarens ut- gångsspänning tjänstgör såsom bredbandig styrsignal B för en icke visad jämförelsekrets i enlighet med de tidigare beskrivna utföringsformerna. över styrkondensatorn C2, som i föreliggan- de fall även tjänstgör såsom mätkondensator för bildning av en mätsignal, är elementet med variabel impedans inkopplat. Det- ta element består av strömställaren S och läckimpedansen RL.

Spänningen Vcš över styrkondensatorn C3 tjänstgör, efter för- stärkning och filtrering, såsom styrsignal A och kommer där- för att bilda den smalbandiga grundfrekvenssignalen. På sam- ma sätt som beskrivits ovan matas de båda signalerna till en jämförelsekrets vars utgångssignal kan manövrera strömställa- ren S. I det fall en likspänningskomponent förekommer i V C2 kommer strömställaren S att slutas. Såsom resultat av manövre- 7811064-0 14 ringen av strömställaren S kommer ekvivalenta transienta spän- ningar att uppträda över styr- och mätkondensatorn C2, vilka transienta spänningar således även uppträder i spänningen VCZ men inte finns i den primära spänningen VP. I samma utsträck- ning, men med motsatt polaritet, kommer dessa transienta spän- ningar även att finnas i Vcl eftersom VP = Vcl + VC2 + VC3 där VC3 är mycket mindre än Vcl + VC2. I VC3 kommer därför dessa transienta spänningar att vara reproducerade i kraftigt däm- pad form. VC3 är därför i det närmaste oberoende av V62 och bildar en mer trogen replik av den sanna primära växelspänning- en än vad styrsignalen A gör i utföringsformerna enligt fig. l-6.

Reeisteneen R parallellt med c3 ger höqpadss-karaktär år trans- missionsfunktionen VC3/VP. Om exempelvis styrsignalen A matas genom ett lâgpassfilter erhålles bandfilterfunktion. Emellertid kan styrsignalen A även matas genom ett faskorrektionsfilter såsom beskrivits i utföringsformen enligt exempelvis fig. 6. É Naturligtvis kan R:s påverkan knappast eller inte så mycket spåras i Vcz eftersom samma argument gäller här som vad beträf- far Vczzs inverkan på VC3.

På det ovan beskrivna sättet kan således styrsignalerna A och % B frambringas med hjälp av en enda växelspänningsdelare med en ' enda högspänningskondensator Cl, varvid signalen B även bildar å den önskade mätsignalen för skyddsändamâl.

Som framgår av fig. 10, vilken illustrerar en variant av kret- sen enligt fig. 9, kan en kondensator C5 inkopplas mellan hög- spänningskondensatorn Cl och den första styrkondensatorn C2 i syfte att avleda en tillkommande mätspänning Vs med hjälp av en transformator TS.

I kretsen enligt fig. 9 bör kapacitansen för högspänningskonden- satorn vara mycket lägre än den för de två styrkondensatorer- na men i kretsen enligt fig. 10 måste den totala kapacitansen 7811064-0 15 för högspänningskondensatorn Cl och den tillkommande konden- satorn G5 vara avsevärt lägre än kapacitansen för styrkonden- satorerna C2 och C3. Även i detta fall gäller strömkälleprin- cipen. Allmänt sett måste i denna variant C2 ha mycket större kapacitans än i kretsen enligt fig. 9, eftersom i denna variant Cl redan har ett värde som är högre än det för Cl i fig. 9.

Således kan inkopplingen av en läckimpedans RL fÖrkniPPaS med högre strömmar genom strömställaren S. Om en elektronisk ström- ställare används för detta ändamål måste dessa högre strömmar anses vara ofördelaktiga.

Detta problem kan undvikas genom inkoppling av en tillkommande kondensator C6 mellan strömställaren S och den gemensamma punk- ten mellan de två kondensatorerna C2 och C5. Om kapacitansvär- det för C6 väljes så att det är mycket mindre än det för C2 kan strömställaren S manövreras med lägre strömmar. När ström- ställaren S är sluten kommer C6 och RL att tjänstgöra såsom ett högpassfilter. vid förekomst av likspänning över kondensa- torn C2 kommer strömställaren S1 att slutas av de ovan be- skrivna organen.

Via RL kommer kondensatorn C6 således att laddas till samma spänning som finns över C2. Så snart de båda spänningarna är lika stora kommer strömställaren S att ånyo öppna och såsom resultat härav adderas likspänningen över C6 med motsatt pola- ritet till likspänningen över C2. Med andra ord blir nu lik- spänningen över S lika med noll.

Fig.ll visar en annan variant av det förfarande som utnyttjar strömkälleprincipen. Även i denna krets utnyttjas endast en högspänningskondensator i den kapacitiva växelspänningsdelaren. Istället för att lig- ga i seriekrets med varandra är de båda styrkondensatorerna C3 och C3 nu kopplade i två separata parallella grenar. Förutom styrkondensatorn C3 respektive C5 innefattar varje gren en kon- densator C2 respektive C4. Villkoret för denna krets är att 7811064-0 16 kapacitansvärdena för kondensatorerna C3 och C5 är mycket hög- re än det för kondensatorerna Cl, C3 och C4. Även här bestäm- mes strömmen genom högspänningskondensatorn och genom de bå- da parallella grenarna av värdet på högspänningskondensatorn Cl och, respektive C4. Transienta spänningar Vtrs orsakade av exem- för varje gren, av värdet på kondensatorerna C2 pelvis slutning av strömställaren S i syfte att avleda eventu- ellt förekommande likspänningar,leder över C5 via RL till att de i VC3 uppträder med följande andel: C2 (Cl + C2) v --------_ tr C3 (Cl + C2 + C4 i VC3. Å andra sidan är andelen C4 (cl + C2) __________________ (cl + C + C4) C 2 5 endast en bråkdel avresistansensR, vilken är kopplad parallellt med styrkondensatorn C3, påverkan av VC5. Denna krets har den fördelen att förstärkaren för signalen B inte har någon "common mode"-komponent (likfasig komponent) såsom fallet är vid kret- sen enligt fig. 9 och l0. Emellertid har denna krets den nack- delen att den gemensamma punkten mellan Cl, C2 och C4 kommer att ha en förhållandevis hög spänning jämfört med spänningarna mellan kondensatorerna Cl och C2 i kretsen enligt fig. 9. 12 visar en krets med en högspänningskondensator vars ar- vilket baserar sig Fig. betssätt sker enligt det andra förfarandet, på principen för en spänningskälla. Denna krets är särskilt lämplig för medelhöga spänningar. Kondensatorn C2 och transfor- matorn TS, vilka tillhandahåller spänningen Vs, är inte väsent- liga för uppfinningsprincipen men kan användas för tillkomman- de skyddsändamål av samma orsaker som vid kretsen enligt fig. 10. 7811064-0 17 Trots att båda styrkondensatorerna C5 och C7 ingår i varsin gren kommer kretsen enligt fig. 12 inte att i likhet med kret- sen enligt fig. ll arbeta enligt strömkälleprincipen utan den kommer att arbeta enligt spänningskälleprincipen. Kondensa- torn C3 har ett kapacitansvärde som är avsevärt högre än det för kondensatorerna Cl och C och det för den totala kapaci- 2 tansen av C4 + C5 och C6 + C . I denna kapacitiva växelspän- ningsdelare kan kondensatorn7Cl ha ett värde på 0,01 PF i en föredragen utföringsform för t.ex. 10 kV. Kondensatorn C2 har ett värde på 0,33 PF och kondensatorn C3 har värdet l FF. Så- ledes kommer strömvärdet genom den kapacitiva spänningsdela- ren att vara något högre än i spänningsdelaren enligt fig. 9 eftersom kapacitanserna för Cl och C2 är högre.

Cl och C2 kommer att i själva verket bestämma strömmen genom den kapacitiva spänningsdelaren men det inses att, till följd av dessa kondensatorers högre kapacitans, kondensatorn C3 kan tänkas utbytas mot en spänningskälla med en vilospänningi som approximativt är VP (c + (cïliczc l 2 3 Strömmen genom de spänningsdelare som är kopplade parallellt med C3 är försumbar jämfört med strömmen genom C3. Parallellt med C5 inkopplas en läckimpedans med variabel impedans, vilken innefattar en resistans RL i serie med strömställaren S. Läck- impedansen har till uppgift att urladda likspänningar som upp- träder över C5. Strömställaren S kommer då att slutas med hjälp av de ovan beskrivna organen. På detta sätt kommer emellertid transienta spänningar som uppträder över C5 att uppträda med samma styrka och med motsatt polaritet över C4 eftersom VC3, som är VC4 + VC5, är konstant till följd av spänningskälleprin- cipen. På detta sätt avleds en bredbandig styrsignal B, vilken tjänstgör som den ena ingångssignalen till den med tvâ ingång- ar försedda jämförelsekretsen enligt tidigare utföringsformer.

Signalen B används även såsom mätsignal för skyddsändamål. 7811064-0 18 Den smalbandiga styrsignalen A avleds med hjälp av spännings- delaren C6, C7. Parallellt med C7 ligger en resistans R vilken även här används för att âstadkoma högpasskaraktär. Genom tillägg av ett lågpassfilter kan även här ett bandfilter å- stadkommas. Inverkningen av“R kan inte spåras i VC3 eftersom eventuellt förekommande störningar även här kommer att uppträ- da över C6 med motsatt polaritet ty även här är VC3 = VC6 + V och VC3 är konstant.

C7 Den kapacitiva spänningsdelaren enligt fig. 12 kan även drivas med en spänningskondensator med lågt kapacitansvärde, t.ex. 10 pF. I detta fall kan C3 väljas vara 0,25 PF medan kondensa- torerna C4 t.o.m. C7 vardera har ett värde på 3,2 FF. Är den primära spänningen 400 kV och utelämnas kondensatorn C2 i fig. l2 kommer en spänning på 20 volt att uppstå vid den gemensam- ma punkten mellan högspänningskondensatorn Cl och kondensato- rerna C3, C4 och C6. Spänningarna A och B uppgår då vardera till 10 volt.

I föreliggande fall kan man tänka sig att Cl utbyts mot en strömkälla medan C2 utbyts mot en spänningskälla. Om dl, den totala kapacitansen av C4 och C5 samt den totala kapacitansen för C6 och C7 väljes vara mycket lägre än C2 kommer mätspän- ningarna A och B att påverka varandra endast i mycket liten grad.

De ovan beskrivna utföringsformerna av uppfinningen kan på många sätt modifieras och varieras inom ramen för uppfinningens grund- tanke.

Claims (18)

7811064-0 På Patentkrav

1. Kapacitiv växelspänningsdelare särskilt för medelhög spänning och för högspänning med en mellan en primärspän- ning och en referensspänning inkopplad kondensatoranord- ning som innefattar en med primärspänningen förbunden och med den resterande delen av kondensatoranordningen serie- kopplad kondensator, varvid en icke direkt med primärspän- ningen förbunden kondensator tjänar som mätkondensator, vil- ken såsom sekundärspänning levererar en mätsignal för styr- ning av anslutna skyddsanordningar och är ansluten till ett, likström ledande element med varierbar impedans, k ä n - n e t e c k n a d av, en i förhållande till skyddsanord- ningarna separat jämförelsekrets (D) och ett spärrande fil- ter (F1;F2), vilken jämförelsekrets (D) ständigt jämför den från mätkondensatorn (C2) mottagna spänningen med den i kretsen förekommande, genom filtret (F1;F2) avgivna växel- spänningskomposanten och härleder en likspänningskomposant, varvid impedansen (S1,RL), endast under varaktigheten av likspänningskomposantens närvaro i sekundärspänningen, på sådant sätt ändras, att en från likströmskomposanten här- ledd laddning i mätkondensatorn (C2) avledes.

2. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att till ena ingången i jämfö- relsekretsen (D) påföres en över ett, likspänning spärrande filter (F1) ren växelspänningssignal erhållen ur sekundär- spänningen, varvid den andra ingången en sekundärspänningen motsvarande, fullständig signal tillföres, och att styran- ordningens utgångssignal styr elementet (S1,RL) med varier- bar impedans (fig. 1).

3. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att en ingång av jämförelse- kretsen (D) tillföres en likspänning som åstadkommits av likspänningskomposanten i sekundärspänningen genom ett en likspänning överförande filter (E), ett bandspärrfilter (H) och en summeringsanordning (+), varvid den andra in- -781106-4-0 20 gången är tillförd en sekundärspänningen motsvarande full- ständig signal (B), att den fullständiga signalen (B) även är tillförbar till summeringsanordningen (+) och att ut- gångssignalen (S) i styranordningen styr elementet (S1,RL) med varierbar impedans (fig. 6).

4. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att en ingång i jämförelse- kretsen är tillförd en från sekundärspänningen över en ett likspänningsgenomsläppande filter åstadkommen likspänning och den andra ingången tillföres en referensspänning, och att styranordningens utgångssignal styr nämnda koppling med varierbar impedans.

5. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt något av före- gående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den till den ena ingången av styranordningen tillförda rena växelspän- ningssignalen är avledd från en delad andra, mellan primär- spänning och referensspänning ansluten seriekoppling av minst tvâ kondensatorer (C3,C4), från vilken en (C4) tjä- nar som andra mätkondensator (fig. 7).

6. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt något av föregå- ende krav, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda element med varierbar impedans innefattar en i serie liggande om- kopplare (S1).

7. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av en utgångssignalen hos styran- ordningen omvandlande anordning (M), vilken omvandlar sig- nalen till en impulsformig signal (S) för styrning av nämnda element (S1,RL) med varierbar impedans, varvid förhållan- det mellan impulsvaraktighet och pausvaraktighet är propor- tionell mot värdet för likspänningskomposanten (fig. 8).

8. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt något av före- gående krav, k ä n n e t e c k n a d av att elementet 7811064-0 ll med varierbar impedans innehåller flera impedanselement, vilka var och en är kopplad i serie med en strömställare, och att styrsignalen styr en eller flera omkopplare i en- lighet med värdet av likspänningskomposanten.

9. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt något av före- gående krav, k ä n n e t e c k n a d av att elementet med varierbar impedans utgöres av ett aktivt byggelement med styrbar impedans.

10. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att det aktiva byggelementet utgöres av ett halvledarbyggelement.

11. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att det aktiva byggelementet utgöres av ett elektronrör.

12. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt något av före- gående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den referens- spänning som är pålagd elementet med varierbar impedans regleras både till storlek och polaritet, regleras respek- tive styres genom den anordning som är avsedd för styrning av elementet med varierbar impedans.

13. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att referensspänningen för elementet med en varierbar impedans styres medelst en logisk bestämmande krets (BL) och att referensspänningen alltid är mindre än den fullständiga signalen, när den senare är större än den rena växelspänningssignalen, respektive alltid är större än den fullständiga signalen, när den senare är mindre än den rena växelspänningssignalen fig. 1).

14. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d av att referensspänningen utgöres av den rena växelspänningssignalen. 7811064-o 7.2

15. '15. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 1, i vilken seriekopplingen innehåller en till primärspänningen anslu- ten högspänningskondensator, k ä n n e t e c k n a d av att mellan högspânningskondensatorn (C1) och referensspän- ningen är ansluten en seriekrets, vilken innehåller en första styrkondensator (C3), som avger en sekundärspänning erhållen från en smalbandig grundfrekvenssignal (A), att en andra kondensator i seriekretsen är anordnad såsom mät- kondensator (CZ) för erhållande av en fullständig sekundär- signal (B), att ena ingången av jämförelseanordningen (D) tillföres den smalbandiga grundfrekvenssignalen (A) som styrsignal, under det att den andra ingången i jämförelse- anordningen (D) tillföres den fullständiga sekundärsigna- len (B) såsom styrsignal, att utgångssignalen styr elemen- tet med varierbar impedans, och att högspänningskondensa- torns (C1) kapacitet på ett sådant sätt är mindre än den kvarvarande kapaciteten i seriekretsen, att strömmen genom växelspänningsdelaren nära nog uteslutande flyter genom högspänningskondensatorn (CT, fig. 9).

16. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av att mellan förbindningen av högspänningskondensatorerna (C1) med seriekretsen är in- kopplad en första styrkondensator (C3), mätkondensator (C2) med elementet med varierbar impedans och en ytterli- gare kondensator (C5), vars värde är mindre än den första styrkondensatorns (C3) i sådan utsträckning, att strömmen genom växelspänningsdelaren nära nog uteslutande flyter genom högspänningskondensatorn (C1) och den ytterligare kondensatorn (C5, fig. 10).

17. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 1 eller 2, vid vilken seriekopplingen innehåller en med primärspän- ningen förbunden högspänningskondensator, k ä n n e - t e c k n a d av att högspänningskondensatorn (C1) är seriekopplad med två parallella grenar (C2,C3; C4,C5) var och en med tvâ i serie kopplade kondensatorer, av vilka i förekommande fall en (C3,C5) bildar en styrkondensator, 7811064-0 23 varvid från den ena (C3) erhålles en sekundärspänning, från vilken en smalbandig grundfrekvenssignal härledes, under det att den andra styrkondensatorn (C5) avger en fullstän- dig sekundärsignal, att den ena ingången i jämförelsekret- sen tillföres den smalbandiga grundsvängningssignalen (A) såsom första styrsignal och den andra ingången i jämförel- sekretsen tillföres den fullständiga sekundärsignalen (B) såsom andra styrsignal, under det att utgångssginalen styr elementet (S1,RL) med varierbar impedans, och att kapacite- ten hos styrkondensatorerna (C3,C5) är större i förhållande till kapaciteten hos de andra kondensatorerna (C1,C2,C4) i den kapacitiva spänningsdelaren i den utsträckning, att ström genom växelspänningsdelaren och de två seriekoppling- arna nära nog uteslutande flyter genom högspänningskondensa- torn (C1) och de andra kondensatorerna (C2, C4) i de två seriekopplingarna (fig. 11).

18. Kapacitiv växelspänningsdelare enligt krav 1 eller 2, vid vilken seriekretsen innehåller en högspänningskonden- sator som är förbunden med primärspänningen, k ä n n e - t e c k n a d av att högspänningskondensatorn (C1) är seriekopplad med tre parallella avgreningar, av vilka den första innehåller en enkel kondensator (C3) och de andra båda innehåller i förekommande fall två seriekopplade kon- densatorer (C4,C5,C6,C7), att den första av styrkondensa- torerna (C7) avger en sekundärspänning, från vilken en smalbandig grundfrekvenssignal (A) erhålles, under det att den andra styrkondensatorn (C5) avger en fullständig sekun- därsignal (B), att en ingång av jämförelsekretsen tillföres den smalbandiga grundfrekvenssignalen (A) som styrsignal och den andra ingången hos jämförelsekretsen tillföres den fullständiga sekundärsignalen såsom styrspänning (B), un- der det att utgångssignalen styr elementet med varierbar impedans (S1,RL), och att kapaciteten hos den separata kondensatorn (C3) i den första grenen är högre än kapaci- teten hos högspänningskondensatorn (C1) i växelspännings- delaren och den sammanlagda kapaciteten hos de båda serie- kopplade kondensatorerna (C 4,C5,C6,C7) i de båda andra 7811064-0 2!! parallellgrenarna i sådan utsträckning att strömmen genom de båda parallellgrenarna i förhållande till strömmen genom den separata køndensatorn (C3) är försumbar (fig. 12).