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Schutzeinrichtung für Kondensatoren.
Kondensatoren werden vielfach in solcher Art verwendet, dass ihre Ströme im Betrieb stark veränderlich sind. Insbesondere trifft dies bei Reihenschaltungen von Kondensatoren mit irgendwelchen Stromerzeugungs-oder Stromverbrauchseinrichtungen veränderlicher Leistung zu. In solchen Fällen kann ein Schutz der Kondensatoren bei Durchschlag nicht mehr in der ansonsten möglichen einfachen Weise durch Vorschaltung von Sicherungen oder von Überstromschaltern erfolgen, denn ein Durchschlag ist dann nicht unbedingt mit einem über den betriebsmässigen Stromwert hinausgehenden Überstrom verbunden.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, welche in einfachster Weise die Änderung der Kapazitätswerte eines Kondensators und somit auch dessen Durchschlag anzeigt bzw. entsprechend vorgesehene zweckmässige Schalthandlungen auslöst, unabhängig davon, welche Stromstärke im Kondensator gerade betriebsmässig vorhanden ist. Erreicht wird dies erfindunggemäss dadurch, dass die Steuerung der neuartigen Überwachungseinrichtung in Abhängigkeit von einer Strom-oder Spannungssumme erfolgt, deren einzelne Komponenten annähernd direkt proportional den Spannungen an den einzelnen Kondensatoren und annähernd indirekt proportional den Kapazitätswerten der betreffenden Kondensatoren sind.
Die Ausführung dieses Erfindungsgedankens kann sehr verschiedenartig erfolgen, z. B. in der Weise, dass die auf die Steuerung einwirkende Strom-oder Spannungssumme durch Serienschaltung der Sekundärwicklungen von Spannungswandlern erhalten wird, wobei die Primärwicklungen dieser Spannungswandler an den Kondensatorklemmen liegen und die Übersetzungsverhältnisse annähernd verkehrt proportional den Kapazitätswerten der betreffenden Kondensatoren sind. Diese Ausführungsmöglichkeit wird in Fig. 1 gezeigt, in welcher 1 eine dreiphasige Verbrauchseinrichtung darstellt, 2 die in jeder Phase in Reihe geschalteten Kondensatoren, 3 die Spannungswandler und 4 ein Nullspannungsrelais.
Entspricht das Übersetzungsverhältnis der oben angegebenen Bedingung, so wirkt auf das Relais keine oder fast keine Spannung ein, solange die Kapazitätswerte der Kondensatoren unverändert bleiben und die Stromsumme der drei Phasen in jedem Augenblick null ist ; Verzerrungen des Spannungsdreieckes bewirken keine Abweichung der Summenspannung vom Nullwert. Tritt hingegen Durchschlag eines Kondensators ein, so ergibt sich am Relais eine Spannung, welche der durch den Durchschlag verschwindenden Kondensatorspannung entpricht.
Eine andere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, dass die auf die Steuerung einwirkende Strom-bzw. Spannungssumme zwischen je einem vor und einem nach den Kondensatoren liegenden künstlichen Sternpunkt erhalten wird. Diese Anordnung wird in Fig. 2 gezeigt, in welcher wiederum 1 eine dreiphasige Verbrauchseinrichtung, 2 die in jeder Phase in Reihe geschalteten Kondensatoren darstellen, 4 ein Relais und 5 je einen aus irgendwelchen Impedanzen (Ohmschen Widerstände, induktive Widerstände oder Kapazitäten) gebildeten Sternpunkt. Bei entsprechender Abstimmung der einzelnen Widerstandszweige ergibt sich die gleiche Wirkungsweise wie bei der Anordnung nach Fig. 1.
Diese Ausführungsarten besitzen den Nachteil, dass unrichtiges Ansprechen der Überwachungseinrichtung eintreten kann, wenn die Stromsumme der durch die Kondensatoren fliessenden Ströme vom Nullwert abweicht. Dies ist beispielsweise beim Eintritt eines Erdschlusses oder aber betriebsmässig bei Vorhandensein eines Nulleiters oder mehrerer nicht mit
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Kondensatoren versehenen Phasen der Fall. Dieser Übelstand wird gemäss einem weiteren Erfindungsgedanken durch eine zusätzliche Abhängigkeit der Steuerung von einer Strom-oder Spannungssumme, deren einzelne Komponenten annähernd verhältnisgleich den in den einzelnen Kondensatoren fliessenden Strömen sind, beseitigt. Besonders zweckmässig werden hiebei die Verhältniswerte der Komponenten der 7Strom- bzw.
Spannungs summe zu den Kondensatorspannungen und der Komponenten der. zusätzlichen Strom- und Spannungssumme zu den Kondensatorströmen derartig vorgesehen, dass die Steuerung der Überwachungseinrichtung unabhängig oder fast unabhängig von der Grösse der Stromsumme der Kondensatorströme erfolgt.
Es kann dies beispielsweise in der Weise geschehen, dass die Strom- bzw. Spannungssummen mittels Stromwandler und Spannungswandler, deren Übersetzungsverhältnisse (M bzw. v) der Beziehung
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genügen, gebildet werden und dass durch bekannte Mittel eine Differenz der zwischen den Komponenten der Strom-bzw. Spannungssumme und den verhältnisgleichen Kondensatorspannungen einerseits und derzwischenden'Komponentender zusätzlichen'Strom-bzw.
Spannungssumme und den verhältnisgleichen Kondensatorströmen anderseits bestehenden Phasenverschiebungen erzielt, wird, deren Grösse annähernd gleich ist dem Phasenminkel zwischen den Kondensatorströmen und den zugehörigen Kondensätorspannungen. Hiebei bezeichnet ii, 1'is... die Übersetzungsverhältnisse der Spannungswandler, v,. Vs... die Übersetzungsverhältnisse der Stromwandler und (. C ;,... die Kapazitätswerte der Kondensatoren in den Phasen r bzw. s.
Eine solche Einrichtung ist in Fig. 3 dargestellt, in welcher Verbrauchseinrichtung, die Kondensatoren, die Spannungswandler und das Relais wie in Fig. 1 bezeichnet sind und weiters 6 Stromwandler und 7 eine Drosselspule darstellt. Genügen die Übersetzungsverhältnisse der oben angegebenen Beziehungen, so lässt sich leicht nachweisen, dass bei einer entsprechenden Bemessung der Spannungs-und Stromwicklung des Relais 4 die Summe der im Relais wirkenden Amperewindungen stets annähernd null ist, solange die Kapazitätswerte den den Übersetzungsverhältnissen und den Windungszahlen der Wicklungen zugrunde gelegten Wert besitzen. Verschwindet der Kapazitätswert eines Kondensators infolge Durchschlag ganz oder teilweise, so tritt das Relais in Wirksamkeit.
Die für diese Anordnung erforderlichen Stromwandler können selbstverständlich auch für andere Zwecke verwendet werden. Erfindungsgemäss ist dies auch bezüglich der Spannungswandler dadurch möglich, dass sie elektrisch und baulich mit Spannungswandlern zur Messung der Netzspannung vereinigt sind, wie dies in Fig. 4 bzw. auch in Fig. 3 gezeigt ist. Fig. 4 bezieht sich auf einen Fünfschenkelwandler. Derselbe ist erfindungsgemäss mit zwei magnetisch unabhängigen Kernen ausgebildet, wobei der eine von der Kondensatorspannung, der andere von der restlichen Spannung erregt wird und ersterer zwei Niederspannungswicklungen besitzt, von welchen eine in Serie zur Niederspannungswicklung der letzteren geschaltet ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Überwachungseinrichtung für in zwei oder mehreren Pasen eines Ein-oder Mehrphasensystems angeordnete Kondensatoren, deren Stromstärken betriebsmässig stark veränderlich sind, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Steuerung in, Abhängigkeit von einer Strom-oder Spannungssumme erfolgt, deren einzelne Komponenten annähernd direkt proportional den Spannungen an den-einzelnen Kondensatoren und annähernd indirekt proportional den Ka- pazitätswerten der betreffenden Kondensatoren sind.
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Protection device for capacitors.
Capacitors are often used in such a way that their currents are highly variable during operation. This applies in particular to the series connection of capacitors with any power generation or power consumption devices of variable power. In such cases, the capacitors can no longer be protected in the event of a breakdown in the otherwise possible simple way by connecting fuses or overcurrent switches, because a breakdown is then not necessarily associated with an overcurrent that exceeds the normal operating current value.
The subject of the invention is a device which in the simplest way indicates the change in the capacitance values of a capacitor and thus also its breakdown or triggers appropriate switching operations, regardless of the current intensity in the capacitor during operation. This is achieved according to the invention in that the control of the new type of monitoring device takes place as a function of a current or voltage sum, the individual components of which are approximately directly proportional to the voltages on the individual capacitors and approximately indirectly proportional to the capacitance values of the capacitors concerned.
The implementation of this inventive concept can be done in very different ways, for. B. in such a way that the current or voltage sum acting on the control is obtained by series connection of the secondary windings of voltage converters, the primary windings of these voltage converters being at the capacitor terminals and the transformation ratios being approximately inversely proportional to the capacitance values of the capacitors concerned. This possible embodiment is shown in FIG. 1, in which 1 represents a three-phase consumer device, 2 the capacitors connected in series in each phase, 3 the voltage converters and 4 a zero-voltage relay.
If the transformation ratio corresponds to the condition given above, no or almost no voltage acts on the relay as long as the capacitance values of the capacitors remain unchanged and the sum of currents in the three phases is zero at any given moment; Distortions of the voltage triangle do not cause the total voltage to deviate from the zero value. On the other hand, if a capacitor breaks down, the result is a voltage at the relay which corresponds to the capacitor voltage which disappears as a result of the breakdown.
Another possible embodiment is that the current or current acting on the controller Voltage sum between one before and one after the capacitors artificial star point is obtained. This arrangement is shown in Fig. 2, in which in turn 1 represent a three-phase consumer device, 2 represent the capacitors connected in series in each phase, 4 a relay and 5 each a star point formed from any impedance (ohmic resistance, inductive resistance or capacitance). With appropriate coordination of the individual resistance branches, the same mode of operation results as in the arrangement according to FIG. 1.
These types of embodiment have the disadvantage that incorrect response of the monitoring device can occur if the sum of the currents flowing through the capacitors deviates from the zero value. This is not included, for example, in the event of an earth fault or operationally in the presence of one or more neutral conductors
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Capacitors provided phases the case. According to a further concept of the invention, this disadvantage is eliminated by an additional dependency of the control on a current or voltage sum, the individual components of which are approximately in proportion to the currents flowing in the individual capacitors. The ratio values of the components of the 7 current or
Voltage sum for the capacitor voltages and the components of the. Additional current and voltage sum to the capacitor currents is provided in such a way that the monitoring device is controlled independently or almost independently of the magnitude of the current sum of the capacitor currents.
This can be done, for example, in such a way that the current or voltage sums by means of current transformers and voltage transformers, their transformation ratios (M or v) of the relationship
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are sufficient, and that by known means a difference between the components of the current or. Voltage sum and the proportionally equal capacitor voltages on the one hand and the between 'components of the additional' current or.
The sum of the voltages and the phase shifts that exist on the other hand with the comparatively equal capacitor currents are achieved, the magnitude of which is approximately equal to the phase angle between the capacitor currents and the associated capacitor voltages. Here ii, 1'is ... denotes the transformation ratios of the voltage transformers, v ,. Vs ... the transformation ratios of the current transformers and (. C;, ... the capacitance values of the capacitors in phases r and s.
Such a device is shown in FIG. 3, in which the consumer device, the capacitors, the voltage converters and the relay are designated as in FIG. 1 and furthermore 6 current converters and 7 represent a choke coil. If the transformation ratios satisfy the relationships given above, it can easily be demonstrated that with a corresponding dimensioning of the voltage and current winding of the relay 4, the sum of the ampere-turns acting in the relay is always approximately zero as long as the capacitance values match the transformation ratios and the number of turns of the windings have underlying value. If the capacitance value of a capacitor completely or partially disappears due to a breakdown, the relay comes into effect.
The current transformers required for this arrangement can of course also be used for other purposes. According to the invention, this is also possible with regard to the voltage converters in that they are electrically and structurally combined with voltage converters for measuring the mains voltage, as shown in FIG. 4 and also in FIG. 3. Fig. 4 relates to a five-limb transducer. According to the invention, the same is designed with two magnetically independent cores, one being excited by the capacitor voltage, the other by the remaining voltage and the former having two low-voltage windings, one of which is connected in series to the low-voltage winding of the latter.
PATENT CLAIMS:
1. Monitoring device for capacitors arranged in two or more phases of a single- or multi-phase system, the current intensities of which are highly variable in operational terms, characterized in that they are controlled as a function of a current or voltage sum, the individual components of which are approximately directly proportional to the voltages the individual capacitors and are approximately indirectly proportional to the capacitance values of the capacitors concerned.