DE1078673B1 - Schaltungsanordnung zum Schutz von Drehstromanlagen und ihre spezielle Anwendung auf Pumpanlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Schaltungranordnung zum Schutz von Drehstromanlagen gegen Phasenvertauschung und/oder Ausfall einer Phase in der dreiphasigen Stromzuführungsleitung, bei der wenigstens ein Phasenschieber zwischen die Phasen eingeschaltet S ist, der eine Steuerspannung auf eine spannungsempftndliche Relaisschaltung gibt, welche die von der Stromzuführungsleitung gespeiste Drehstromanlage abschaltet, wenn eine Phase ausgefallen oder die Phasenfolge vertauscht ist.

Derartige Schaltungsanordnungen sind bereits bekannt. Jedoch weisen diese verschiedene Mangel und iNTachteile auf. Bei einer bekannten Schaltungsanordnung schwankt die Steuerspannung zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert, der das l,36fache bzw. das 0,36-fache der verketteten Spannung beträgt. Bei dieser Anordnung wird die Steuerspannung also niemals Null, und der Änderungsbetrag der S teuer spannung ist gleich der verketteten Spannung. "

Bei einer anderen bekannten Schaltungsanordnung liegen ähnliche Verhältnisse vor. Jedoch ist bei dieser Anordnung der Minimalwert der Steuerspannung Null, während der Maximalwert im Fall der Phasenvertauschung das 0,86fache der verketteten Spannung beträgt.

Um den an derartige Schaltungsanordnungen gestellten Anforderungen zu genügen, ist es notwendig, daß eine möglichst große Spannungsdifferenz der Steuerspannung erreichbar ist, wobei zweckmäßig einer der Grenzwerte Null oder nahezu Null ist. Eine große Spannungsdifferenz der Steuerspannung ist beispielsweise zur automatischen Steuerung einer Drehstromanlage erforderlich, die bei einer beträchtlich variierenden Netzspannung arbeiten muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die gegenüber den bisher bekannten Schaltungsanordnungen für den gleichen Zweck den großen Vorteil aufweist, daß sie eine S teuer spannung liefert, die beträchtlich über der Spannung zwischen zwei Phasen liegt, solange keine der drei Phasen ausgefallen ist und solange außerdem die Aufeinanderfolge der Phasen richtig ist, bei der aber die Steuerspannung auf den Wert Null oder nahezu Null zurückgeht, sobald eine Phase ausfällt oder die Phasenfolge unrichtig ist.

Eine solche Schaltungsanordnung bietet den Vorteil, daß eine sehr große Anzahl von spannungsempfindlichen Relaisschaltungen verwendbar ist, deren Regelung in keiner Weise kritisch ist und die ihrerseits in der Lage sind, die Stromzuführung zu der zu überwachenden Anlage zu steuern.

Bei der eingangs beschriebenen Schaltungsanordnung zum Schutz von Drehstromanlagen gegen Pha-Schaltungsanordming

zum Schutz von Drehstromanlagen

und ihre spezielle Anwendung

auf Pumpanlagen

Anmelder:

La Telemecanique ßlectrique,
Nanterre, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Schiffer, Patentanwalt,
Karlsruhe, Kochstr. 3

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 29. November 1957

senvertauschung und/oder Ausfall einer Phase in der dreiphasigen Stromzuführungsleitung ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Phasenschieber durch die Hintereinanderschaltung einer mit ihrem einen Ende an die erste Phase angeschlossenen ersten Teilwicklung eines Spartrafos und eines an die zweite Phase angeschlossenen Widerstandes gebildet ist, daß zwischen das Ende der zweiten Teilwicklung des Spartrafos und die dritte Phase ein komplexer Widerstand eingeschaltet ist und daß der an diesem auftretende Spannungsabfall ganz oder teilweise als Steuerspannung der spannungsempfindlichen Relaisschaltung zugeführt ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung ergibt eine Steuerspannung, deren einer Grenzwert Null ist und deren anderer Grenzwert das 1,73 fache der Spannung zwischen zwei Phasen beträgt.

Vorzugsweise wird die Impedanz der ersten Teilwirkung des Spartrafos so bemessen, daß sie die Hälfte oder vorzugsweise ein Drittel der Gesamtimpedanz beider Teilwicklungen des Spartrafos beträgt.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erhält man — wie sich im weiteren Verlauf der Beschreibung noch zeigen wird — zwischen der dritten Phase und dem Ausgang des Spartrafos eine Steuerspannung, die nicht nur größer ist als die verkettete

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Spannung, sondern außerdem um ungefähr 30° der Spannung zwischen der zweiten und dritten Phase voreilt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung besteht deswegen darin, daß der komplexe Widerstand als vorzugsweise induktiver Spannungsteiler ausgebildet ist und daß die Relaisschaltung ein Thyratron enthält, dessen Entladungsstrecke zwischen der zweiten und dritten Phase liegt und dessen Hilfsanode die am Spannungsteiler abgreifbare Teilspannung zugeführt wird..

Die Tatsache, daß man mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine S teuer spannung erhält, die größer ist als die verkettete Spannung und außerdem um ungefähr 30° derjenigen Spannung vorauseilt, an die das Thyratron gelegt ist, erweist sich für die Verwendung eines Thyratrons in der Relaisschaltung als besonders zweckmäßig, weil unter den genannten Bedingungen ein Thyratron besonders sicher und mit gutem Wirkungsgrad arbeitet.

Vorzugsweise ist in den Anodenkreis des Thyratrons die Erregerspule eines Steuerrelais für die zu überwachende Drehstromanlage in Serie eingeschaltet. Dieser Spule des Steuerrelais ist zwecks Aufrechterhältung ihrer Erregung vorzugsweise ein Gleichrichter parallel geschaltet, so daß das Relais angezogen bleibt, solange das Thyratron jede zweite Halbwelle unterdrückt, und somit nicht vibrieren kann.

Bei einer solchen Schaltungsanordnung ist es möglich, das Arbeiten der Drehstromanlage den verschiedensten zusätzlichen willkürlichen Bedingungen anzupassen, wenn man in Abhängigkeit von irgendwelchen Steuergrößen dafür sorgt, daß die am Spannungsteiler abgegriffene und der Hilfsanode des Thyratrons zugeführte Steuerspannung auch dann unterhalb der Zündspannung des Thyratrons bleibt, wenn keine der Phasen ausgefallen ist und die Phasenfolge richtig ist.

Da der Spannungsteiler eine hohe Impedanz aufweisen muß, ist es jedoch nicht angängig, mitVerzweigungs- oder Parallelschaltungen zu arbeiten. Um trotzdem das gewünschte Resultat zu erzielen, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung der Spannungsteiler in der Weise ausgebildet, daß er aus wenigstens einer in Serie geschalteten Primärwicklung beträchtlicher Impedanz und einer ihr zugeordneten Sekundärwicklung mit einer wesentlich geringeren Windungszahl besteht und daß die Sekundärwicklung in Abhängigkeit von beliebigen äußeren Steuergrößen kurzschließbar ist. Anders ausgedrückt: Der Spannungsteiler besteht aus wenigstens einem die Spannung stark herabsetzenden Transformator, dessen Sekundärwicklung geöffnet oder kurzgeschlossen werden kann.

Es ist bekannt, daß die Impedanz der Primärwicklung eines Transformators sehr groß ist, wenn die Sekundärwicklung offen ist, daß ihr Wert aber foeträchtlich kleiner wird, wenn die Sekundärwicklung praktisch kurzgeschlossen ist. Selbstverständlich kann man die Gesamtimpedanz des Spannungsteilers in weiten Grenzen ändern oder auch nur die Impedanz der beiden Teile der Primärwicklung, zwischen denen die Abgriffsspannung für die Hilfsanode des Thyratrons abgenommen wird.

Im einzelnen kann jede der beiden Teilwicklungen die Primärseite eines Transformators bilden, so daß man ihre Impedanzen der Teilwicklungen beträchtlich und unabhängig voneinander variieren kann. So kann die Impedanz desjenigen Teiles des Spannungsteilers, von dem aus die Steuerspannung abgegriffen und zwischen Kathode und Hilfsanode dem Thyratron zugeführt wird, vermindert werden durch einen Kurz-Schluß der ihm zugeordneten Sekundärwicklung mit der Folge, daß die Potentialdifferenz an den Klemmen dieser Teilwicklung auf der Primärseite nicht ausreicht, um das Thyratron zu zünden. Man kann auf diese Weise das Ansprechen des Thyratrons unterbinden. Umgekehrt kann die Impedanz des anderen Teiles des Spannungsteilers, der das Verhältnis der AbgrifFsspannung zur Spannung am Ausgang des Spannungsteilers bestimmt, so gewählt werden, daß bei offener Sekundärwicklung der Spannungsabfall an diesem Teil des Spannungsteilers so groß wird, daß die Abgriffsspannung ebenfalls nicht zur Zündung des Thyratrons ausreicht. Wenn man jedoch die zugehörige Sekundärwicklung kurzschließt, wird die Größe dieser Impedanz stark verkleinert, oder — anders ausgedrückt — es wird eine Abgriffsspannung erzeugt, die zur Zündung des Thyratrons ausreichend ist.

Damit hat man auch die Möglichkeit, auf zwei verschiedenen Wegen so viele äußere Steuereinflüsse, wie man benötigt, zur Wirkung zu bringen, weil es ja möglich ist, den beiden in Serie hintereinandergeschalteten Primärwicklungen des Spannungsteilers so viele Sekundärwicklungen mit einer geringen Anzahl von Windungen zuzuordnen, wie man braucht.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung findet eine spezielle Anwendung bei Pumpanlagen, die durch diese Schaltungsanordnung überwacht und automatisch geregelt werden sollen. Dabei ist an eine Pumpanlage gedacht, die durch einen Drehstrommotor angetrieben wird und bei der die Pumpe nur dann eingeschaltet werden darf, wenn alle Phasen der dreiphasigen Stromzuführungsleitung Spannung führen und die Phasen in der richtigen Reihenfolge aufeinanderfolgen, so daß Störungen der Funktionstüchtigkeit der Pumpe vermieden werden können, die dann auftreten wurden, wenn die Pumpe in falscher Drehrichtung angetrieben würde. Eine solche Pumpanlage soll außerdem noch auf zwei weitere Steuergrößen ansprechen, nämlich daß die Pumpe dann in Tätigkeit gesetzt wird, wenn ein hoch gelegenes Reservoir, von dem aus die Flüssigkeit verteilt wird, praktisch leer ist und wenn außerdem der Schacht, aus dem die Flüssigkeit in das Reservoir gefördert wird, voll ist.

Für den Fall, daß es sich bei der Flüssigkeit um Wasser handelt, kann der Kurzschluß der Sekundärwicklungen des induktiven Spannungsteilers leicht durch die Veränderung des Wasserstandes erzeugt werden mit Hilfe von je zwei in gewissen Abständen übereinander angeordneten Elektroden im Schacht und im Reservoir.

In diesem Fall ergeben sich durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bei ihrer Anwendung auf die beschriebene Pumpanlage zwei weitere Vorteile: Die in den Sekundärwicklungen des Spannungsteilers induzierten Spannungen sind wegen der sehr geringen Anzahl der Sekundärwindungen ebenfalls sehr klein, so daß für das Bedienungspersonal jede Gefahr vermieden ist. Weiterhin sind in diesem Fall die Isolationswiderstände immer größer als der kleine Widerstand der kurzgeschlossenen Sekundärseite, so daß die Größe des Isolations Widerstandes praktisch keine Rolle spielt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfmdungs^egenstandes dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema der einfachsten Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein zur Erläuterung der Fig. 1 dienendes Vektordiagramm,

Fig. 3 eine gegenüber der Fig. 1 erweiterte Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 die Anwendung der erfmdungsgemäßen Schaltungsanordnung für eine Pumpanlage und

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel für die in Fig. 4 dargestellte Schaltungsanordnung im Aus-' schnitt.

In den Fig. 1 und 3 stellen die Punkte A, B und C Klemmen an einer dreiphasigen Stromzuführungsleitung dar. Aus Gründen der klareren Darstellung sind die drei Klemmen A, B und C als Endpunkte eines gleichseitigen Dreiecks dargestellt, womit angedeutet sein soll, daß die zwischen den Phasen gemessenen Spannungen nach Größe und Phasenlage dem Dreieck abc des Vektordiagramms nach Fig. 2 entsprechen, solange die Phasen in richtiger Reihenfolge aufeinanderfolgen. Im einzelnen ist das Vektordiagramm dieser drei Spannungen in Fig. 2 durch das gleichseitige Dreieck mit den Eckpunkten a, b und c nochmals dargestellt. Die Spannung zwischen A und B entspricht dem Vektor ba, die Spannung zwischen B und C dem Vektor cb und die Spannung zwischen C und A ao dem Vektor Wc.

Weiterhin sind in den Fig. 1 und 3 die einzelnen Schaltelemente so eingezeichnet, daß ihre Lage der Richtung der zugehörigen Spannungsvektoren entspricht. as

In Fig. 1 ist an den Abgriff A das Ende eines Spartrafos 1 mit einem Zwischenabgriff M angeschlossen. Dieser Zwischenabgriff ist mit der Klemme B unter Zwischenschaltung des Widerstandes 2 verbunden. Zwischen den Klemmen-^ und B liegt somit auch ein Phasenschieber, der aus der Hintereinanderschaltung der Selbstinduktivität der Teilwicklung 1 α des Spartrafos und des Widerstandes 2 gebildet ist. Wenn man zunächst einmal annimmt, daß die Teilwicklung 1 α nur aus einer Selbstinduktivität bestehe, dann bestimmt der Punkt m im Vektordiagramm der Fig. 2 den Endpunkt des Vektors der am Zwischenabgriff M des Spartrafos herrschenden Spannung. Dieser Punkt m liegt auf dem Halbkreis 3 über dem Vektor ba des Vektordreiecks ABC, da die Spannung in der Selbstinduktivität 1 α der Spannung im Widerstand 2 bezuglieh der Phasenlage voreilt. Die Spannung, die an jedem Punkt des anderen Teils 1 b der Spartrafowicklung abgreifbar ist, welche die Teilwicklung 1 α verlängert, ist folglich größer als die Spannung, die durch den Vektor Wm dargestellt wird, aber in Phase mit ihr, d. h. daß die die Endpunkte der zugehörigen Spannungsvektoren darstellenden Punkte auf einer Geraden d liegen müssen, welche den Vektor Wm über den Halbkreis 3 hinaus verlängert.

Wählt man für den Widerstand 2 den Wert R=Lm j/T, wobei L die Selbstinduktivität der Teilwicklung 1 α des Spartrafos und ω die Kreisfrequenz bedeutet, und nimmt man außerdem an, daß der Abgriff M ein Mittelabgriff des Transformators sei, was besagt, daß die Selbstinduktivitäten Io und Ib einander gleich sind, dann läßt sich leicht einsehen, daß der Punkt p im Vektordiagramm der Fig. 2 repräsentativ für die Spannung im Punkt P der Fig. 1 bzw. 3 ist und daß dieser Punkt^ den Spiegelungspunkt des Punktes c am Vektor ab darstellen 'muß.

Es erhellt aus der Betrachtung des Vektordiagramms der Fig. 2, daß die Spannung zwischen C und P nach Größe und Richtung durch den Vektor cp mit dem Absolutwert t/j/F dargestellt wird, solange die drei Phasen in der richtigen Reihenfolge a, b, c auf einanderfolgen, wobei mit U die Spannung zwischen je zwei Phasen bezeichnet ist. Ist jedoch die Reihenfolge der Phasen vertauscht, dann können die Spannungen durch das Vektordreieck mit den Endpunkten α', c, b dargestellt werden, das symmetrisch zu dem Vektordreieck abc ist. Der Punkt£^_der seine Lage in bezug auf den Spannungsvektor bä nicht geändert hat, ist durch die Drehung dieses Vektors in die Lage ba' in die durch P₁ bezeichnete Lage gekommen und somit mit dem Punkt c zusammengefallen. Anders ausgedrückt heißt dies, daß die Spannung zwischen den Punkten p und c vom Wert C/]/F auf Null zurückgeht, wenn die Reihenfolge der Phasen vertauscht wird. Weiterhin sieht man sofort", daß die Spannung zwischen den Punkten C und P sehr stark abfällt, wenn an einer der Klemmen A, B oder C keine Spannung vorhanden ist, d. h: also, wenn eine Phase der dreiphasigen Stromzuführungsleitung unterbrochen ist.

Diese sehr beträchtliche Änderung der Spannung bei normalem und anomalem Belastungszustand der dreiphasigen Stromzuführungsleitung kann ausgenutzt werden, um eine beträchtliche Anzahl von Hilfsstromkreisen zu beeinflussen,, welche auf die Veränderungen von Spannungen ansprechen und geeignet sind, die durch die Stromzuführungsleitung gespeiste Einrichtung zu überwachen. Zum Beispiel kann, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, ein solcher Hilfsstromkreis aus einem einfachen, aber sehr spannungsempfindlichen Relais bestehen, dessen Wicklung 4, die eine beträchtliehe Impedanz haben möge, zwischen die Punkte C und P eingeschaltet ist, wobei die Bewegungen des Relaisankers 5 zur Überwachung der angeschlossenen Einrichtung herangezogen werden können. Die Schaltung kann außerdem noch Widerstände, wie den in Fig. 1 mit 7 bezeichneten, enthalten, die dazu dienen, den komplexen Gesamtwiderstand des Stromkreises CP zu erhöhen. Die Extremwerte der Spannung zwisehen C und P werden nur dann erreicht, wenn der Stromkreis offen ist (unendlich großer Impedanzwert), und die Spannungen variieren entsprechend der Größe der im Stromkreis CP liegenden Impedanz.

In der Praxis wird man, wie dies Fig. 3 zeigt, den Abgriff M an der Wicklung des Spartrafos näher an den Punkte als den PunktP legen, um dadurch der Tatsache Rechnung zu tragen, daß die Impedanz des Spartrafos nicht nur aus einer Selbstinduktivität besteht. Der Wicklungsteil 1 ο kann etwa ein Drittel der Gesamtwicklung des Spartrafos ausmachen. Da die Impedanz aus einer Selbstinduktivität und einem nicht vernachlässigbaren kleinen Ohmschen Widerstand 'besteht, ist deshalb in Abweichung von der Darstellung im Vektordiagramm der Fig. 2 der Winkel a, den die Vektoren WFFC und mb einschließen, nicht genau 90°.

Die Schaltungen, die in den Fig. 1 und 3 dargestellt sind, liefern Spannungen c~p~, die nicht nur größer als die Spannung zwischen den Phasen sind, sondern außerdem auch noch bezüglich ihrer Phasenlage der Spannung cb vorauseilen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird diese Spannung cp~ zur Steuerung von Thyratrons verwendet, deren Anodenkreis in Serie zwischen den Phasen C und B liegt. Eine solche Schaltungsanordnung ist in Fig. 3 dargestellt.

Zwischen den Punkten C und P ist ein Spannungsteiler eingeschaltet. Dieser Spannungsteiler ist im wesentlichen dadurch gebildet, daß zwei Selbstinduktivitäten hintereinandergeschaltet sind. Jede von ihnen besteht aus einer Primärwicklung mit einer großen Anzahl von Windungen, die in Fig. 3 mit 8 und 9 bezeichnet sind, und je einer Sekundärwicklung mit sehr wenigen Windungen und sehr kleinem Ohmschen Widerstand, die in Fig. 3 mit 10 und 11 bezeichnet sind. Um die Einregulierung der von diesem Spannungsteiler gelieferten Spannung zu erleichtern, ist die Pri-

märwicklung 9 durch ein Potentiometer 12 überbrückt, von dem im Punkt 13« die Teilspannung abgegriffen und über einen Widerstand 13 einer Hilfsanode 14 des Thyratrons 15 zugeleitet wird.

Die Entladungsstrecke zwischen der Kathode 16 und der Anode 17 des Thyratrons liegt zwischen den Klemmen C und B in Serie mit einer Relaiswicklung 18, die durch einen Gleichrichter 19 überbrückt ist. Die vom Potentiometer 12 abgenommene Spannung liegt außerdem an der Hilfsanode und über einen Kondensator 20 an der Kathode des Thyratrons.

Zwischen den Klemmen C und B liegt außerdem ein Schaltschütz 21 für die Steuerung der zu schützenden Anlage. In seinem Stromkreis ist ein Betätigungsknopf

22 und der Arbeitskontakt 23 des Relais 18 vorgesehen. Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Sobald eine genügend hohe Spannung an der Hilfsanode 14 des Thyratrons liegt, zündet dieses, und eine der Halbwellen der Wechselspannung, die zwischen den Klemmen B und C liegt, gelangt zur Relaiswicklung 18. Wegen des parallel geschalteten Gleichrichters 19 bleibt die Erregung des Relais erhalten, das den Arbeitskontakt

23 schließt, so daß durch die Betätigung des Drucfcknopfes22 die an die dreiphasige Stromzuführungsleitung angeschlossene Einrichtung gesteuert werden kann.

Wenn die Phasen der dreiphasigen Stromzuführungsleitung nicht in der richtigen Reihenfolge aufeinanderfolgen oder wenn eine dieser Phasen spannungslos ist, dann ist die zwischen den Punkten C und P liegende Spannung vernachlässigbar klein oder Null, und folglich erhält auch die Hilfsanode 14 keine für die Zündung des Thyratrons ausreichend große Spannung.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung, bei der ein induktiver Spannungsteiler verwendet ist, ist die Impedanz der Primärwicklung 8 — solange die Sekundärwicklung 10 offen ist — so groß, daß der Spannungsabfall in dieser Primärwicklung selbst dann, wenn die Spannung cf ihren Maximalwert hat, die Abgriffsspannung am Abgriff 13 a so weit verringert, daß diese nicht ausreicht, das Thyratron zu zünden. W nn jedoch mit Hilfe des Schalters 24 die Sekundärwicklung 10 kurzgeschlossen wird, dann wird die Selbstinduktivität des Transformators 8, 10 so weit herabgesetzt, daß sich die Abgriffsspannung am Abgriff 13 a erhöht und ein Zünden des Thyratrons möglich wird.

Umgekehrt ist die Selbstinduktivität des Transformators 9, 11 groß, solange die Sekundärwicklung 11 dieses Transformators nicht kurzgeschlossen ist, so daß eine beträchtliche Potentialdifferenz zwischen den Punkten C und 13 a auftritt, welche zur Zündung des Thyratrons ausreicht. Wenn man jedoch mit Hilfe des Schalters 25 die Sekundärwicklung 11 kurzschließt, dann wird die Selbstinduktivität des Transformators 9, 11 kleiner, so daß die Potentialdifferenz zwischen den Punkten C und 13 α nicht mehr zur Zündung des Thyratrons ausreicht. Folglich kann die Zündung des Thyratrons nur dann eintreten, wenn außer der riehtigen Aufeinanderfolge aller Phasen der dreiphasigen Stromzuführungsleitung auch einerseits der Schalter

24 geschlossen ist und andererseits der Schalter 25 offen ist. Nur dann kann mit Hilfe des Thyratrons und des Relais 18/23 und des Schaltschützes 21 die an die Dreiphasenstromzuführungsleitung angeschlossene Einrichtung gesteuert werden. Die Schalter 24 und 25 können durch zahlreiche Regeleinrichtungen gesteuert werden, z. B. durch Einrichtungen zur Regelung der Temperatur, des Druckes u. dgl. oder auch von Zeitschaltern oder anderen Einrichtungen. Weiterhin können an Stelle nur einer Sekundärwicklung 10 bzw. 11 mehrere solcher Sekundärwicklungen angeordnet werden, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, mehrere Einflußgrößen zur Wirkung zu bringen.

Wenn die Impedanz der Sekundärwicklung, von der Primärwicklung aus gesehen, gleich dem Wert dieser Impedanz dividiert durch das Quadrat der Trafo-Übersetzung gemacht wird, dann ist es nicht notwendig, zwischen den Enden der Sekundärwicklung einen einfachen Kurzschluß herzustellen, um die Impedanz der Primärwicklung um einen nennenswerten Betrag herabzusetzen. Man kann sich vielmehr damit begnügen, die Sekundärwicklungen über eine verhältnismäßig große Impedanz zu schließen, da ja das Übersetzungsverhältnis des Trafos durch die geringe Anzahl der Wicklungen auf der Sekundärseite sehr groß ist.

Die Anwendung der oben an Hand der Fig. 3 beschriebenen Schaltungsanordnung für eine Pumpanlage ist in Fig. 4 dargestellt.

Diese Anlage umfaßt eine Pumpe 26, welche Wasser aus einem Schacht 27 in ein Reservoir 28 zu fördern hat. Diese Pumpe wird durch einen Drehstrommotor 29 angetrieben, derandieDrehstromzüführungs-IeJtUHgL₁L₂L₃ über die Arbeitskontakte 30 des Schaltschützes 21 anschließbar ist.

Im Schacht 27 sind in feste Lage zueinander eine obere Elektrode 31 und eine untere Elektrode 32 angeordnet. Die obere Elektrode ist unmittelbar mit einem Wicklungsende der Sekundärwicklung 10., die untere Elektrode 32 mit dem gleichen Wicklungsende der Sekundärwicklung 10, jedoch unter Zwischenschaltung des Arbeitskontaktes 33 des Relais 18 verbunden. Im Reservoir 28 sind ebenfalls zwei Elektroden in festem Abstand voneinander angeordnet. Die obere Elektrode 34 ist unmittelbar mit einem der Wicklungsenden der Sekundärwicklung 11 und die untere Elektrode 35 ist mit dem gleichen Wicklungsende der Sekundärwicklung 11, jedoch unter Zwischenschaltung des Ruhekontaktes 36 des Schaltschützes 21 verbunden. Die beiden anderen Wicklungsenden der Sekundärwicklungen 10 und 11 sind miteinander verbunden und mittels eines Leiters 37 geerdet. Das Reservoir 28 ist mittels eines Leiters 38 und der Schacht 27 unmittelbar geerdet.

Die Sekundärwicklung 10 ist dauernd kurzgeschlossen, wenn der Wasserstand im Schacht 27 die obere Elektrode 31 erreicht hat, und sie ist auf jeden Fall geöffnet, wenn im Schacht 27 der Wasserstand so weit abgesunken ist, daß er die untere Elektrode 32 nicht mehr erreicht.

In gleicher Weise ist die Sekundärwicklung 11 dauernd kurzgeschlossen, sofern der Wasserstand im Reservoir 28 die obere Elektrode 34 erreicht hat. Dies gilt auch noch so lange, bis der Wasserstand bis unter die untere Elektrode 35 abgesunken ist, unter der Voraussetzung, daß das Schaltschütz 21 nicht erregt worden ist, der Ruhekontakt 36 also geschlossen ist und die Pumpe 26 nicht in Betrieb ist.

Die Anlage arbeitet wie folgt: Solange genügend Wasser im Reservoir 28 ist, so daß die untere Elektrode 35 eintaucht, ist die Sekundärwicklung 11 kurzgeschlossen, denn das Schaltschütz 21 wird als nicht erregt angenommen, und der Kurzschluß ist über den Ruhekontakt 36 hergestellt.

Sobald aber der Wasserstand bis unter die untere Elektrode 35 absinkt, wird der Kurzschluß der Sekundärwicklung aufgehoben. Aber trotzdem kann das Thyratron nur dann zünden, wenn in diesem Augen-

blick die Sekundärwicklung 10 kurzgeschlossen ist, d. h. wenn der Wasserstand im Schacht 27 so hoch ist, daß er die obere Elektrode 31 erreicht hat.

Sind aber diese beiden Bedingungen erfüllt, dann zündet das Thyratron, und die Pumpe wird eingeschaltet, jedoch nur unter der Voraussetzung, daß in diesem Augenblick in der dreiphasigen Stromzuführungsleitung L₁L₂ L₃ die richtige Reihenfolge der Phasen vorhanden ist, welche erforderlich ist, um die Pumpe im richtigen Drehsinn anzutreiben, so daß sie Wasser vom Schacht 27 in das Reservoir 28 fördert. Wenn auch diese Bedingung erfüllt ist, dann schaltet das Schaltschütz 21 die Pumpe ein.

Beim Einschalten der Pumpe hat sich der Arbeitskontakt 33 des Relais 18 geschlossen und der Ruhe- kontakt 36 geöffnet. Dadurch kann das Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels im Reservoir 28 über die untere Elektrode 35 hinaus nicht von neuem die Sekundärspule 11 kurzschließen. Dies geschieht erst dann, wenn der Wasserspiegel die obere Elektrode 34 erreicht, wie ao dies an Hand der Fig. 3 beschrieben worden ist, weil nunmehr durch den eintretenden Kurzschluß der Sekundärwicklung 11 das Thyratron erlischt. Gleichzeitig hat der Arbeitskontakt 33 durch das Schließen dafür gesorgt, daß der Kurzschluß der Sekundärwicklung 10 so lange aufrechterhalten wird, bis der Wasserspiegel im Schacht 27 unter die Elektrode 32 abgesunken ist. Wenn der Schacht 27 leer ist, dann wird der Kurzschluß der Se! indärwicklung 10 aufgehoben, und die Impedanz des Trafos 8, 10 nimmt ihren ursprünglichen, erhöhten Wert wieder an, wodurch das Thyratron ebenfalls außer Betrieb gesetzt wird.

Die Pumpe der dargestellten Anlage wird also abgestellt einmal, wenn sich das Reservoir bis zur oberen Elektrode 34 gefüllt hat, und zum anderen, wenn der Wasserspiegel im Schacht 27 unter die Elektrode 32 abgesunken ist.

Damit die Anlage sich selbsttätig in Betrieb setzt, müssen drei Bedingungen erfüllt sein:

1. Die Phasenfolge in der dreiphasigen Zuführungsleitung muß die richtige Reihenfolge haben, so daß die Pumpe in der richtigen Drehrichtung läuft, wozu auch gehört, daß keine der Phasen ausgefallen ist.

2. Der Wasserspiegel im Reservoir muß unterhalb einer bestimmten Grenze abgesunken sein.

3. Der Wasserspiegel im Schacht 27 muß eine bestimmte Minimalhöhe erreicht haben.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung gewährt die Erdung der Sekundärspulen 10 und 11 von einem gemeinsamen Punkt aus über den Leiter 37 Schutz gegen Isolationsdefekte an den Leitern, welche die anderen Wicklungsenden dieser Sekundärspulen mit den Elektroden verbinden. Der Flüssigkeitswiderstand nämlich, der die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren kurzschließt, liegt in der Größenordnung von einigen hundert bis einigen tausend Ohm, so daß schon ein sehr ernsthafter Isolationsschaden vorhanden sein muß, so daß der Übergangswiderstand der schadhaften Leitung gegenüber Erde auf z. B. 20 000 Ohm abfallen muß. Ein solcher Übergangswiderstand einer schadhaften Isolierung von 20000 Ohm ist nämlich immer noch für die Primärseite des Trafos unzureichend, um dort ein Abfallen der Impedanzen der Trafos bis auf selche Werte zu verursachen, die ein Ansprechen der Einrichtung ermöglichen.

Jedoch kann man gegen die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 den folgenden Einwand erheben:

Die Stillsetzung der Anlage wird dadurch erreicht, daß die Elektrode 34 beim Ansteigen des Wasserspiegels über die Leitung 38 geerdet wird, womit die Sekundärwicklung 11 geschlossen ist. Ein Bruch der von der Sekundär spule M zur Elektrode 34 führenden Leitung könnte daher ein Überlaufen des Reservoirs verursachen, weil ja dann die Anlage auf den Kontakt zwischen Flüssigkeit und der Elektrode 34 nicht mehr anspricht.

Wenn daher die Leitung, die die Elektroden des Reservoirs mit der Sekundärwicklung 11 verbindet, nur schlecht gegen ein mögliches Abreißen gesichert ist oder gesichert werden kann, dann kann man die Schaltung nach Fig. 4 durch die in Fig. 5 dargestellte ersetzen.

Bei dieser Schaltungsanordnung, die in großen Zügen der nach Fig. 4 analog ist, ist das Reservoir 28 mit einem Schwimmer 29 ausgerüstet, der über eine mechanische Transmission, z.B. einen Seilzug 40, einen Schalter 41 betätigt, der in der stromführenden Leitung der Sekundärwicklung 10 liegt. Die Sekundärwicklung 11 ist in diesem Fall nicht erforderlich.

Wenn der Wasserstand im Reservoir 28 fällt, dann schließt sich der Schalter 41, wodurch die Sekundärspule 10. kurzgeschlossen wird, unter der Voraussetzung, daß der Wasserstand im Schacht 27 die Elektrode 31 erreicht hat. Durch den erzeugten Kurzschluß auf der Sekundärseite des Transformators 8, 10 wird auf die beschriebene Weise die Pumpanlage in Betrieb gesetzt. Das Reservoir 28 füllt sich somit wieder, und der emporsteigende Schwimmer 39 öffnet den Schalter 41, wodurch das Thyratron erlischt und die Pumpeinrichtung stillgesetzt wird. Wie vorher wird auch hier der Kurzschluß der Sekundärspule 10 unterbrochen und die Pumpeinrichtung außer Betrieb gesetzt, wenn während des Füllvorganges, aber' noch vor dem öffnen des Schalters 41, der Wasserspiegel im Schacht 27 so weit abgesunken ist, daß er die untere Elektrode 32 nicht mehr berührt.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 und 5 ist die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit als elektrisch leitend vorausgesetzt, wodurch es möglich ist, die Flüssigkeit selbst dazu heranzuziehen, die Sekundär spulen 10 und 11 kurzzuschließen. Falls es sich um eine nichtleitende Flüssigkeit handelt, können die Elektroden 31, 32, 34, 35 ohne weiteres durch an deren Stelle angeordnete Unterbrecherschalter ersetzt werden, die z. B. mit einem Schwimmer ausgerüstet sind, der das Schließen des jeweiligen Unterbrecherschalters bewirkt, sobald der Flüssigkeitsspiegel die Höhe des Unterbrecherschalters erreicht hat.

In diesem Fall werden zweckmäßig auch die freien Enden der Sekundärwicklungen 10 und 11 mit den Unterbrecherschaltern verbunden. Aus Sicherheitsgründen kann man natürlich trotzdem diese Verbindungsleitungen und damit die Sekundärwicklungen erden.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Schutz von Drehstromanlagen gegen Phasenvertauschung und/oder Ausfall einer Phase in der dreiphasigen Stromzuführungsleitung, bei der wenigstens ein Phasenschieber zwischen die Phasen eingeschaltet ist, der eine Steuerspannung auf eine spannungsempfindliche Relaisschaltung gibt, welche die von der

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Stromzuführungsleitung gespeiste Drehstromanlage abschaltet, wenn eine Phase ausgefallen oder die Phasenfolge vertauscht ist, dadurch ge kennzeichnet, daß der Phasenschieber durch die Hintereinanderschaltung einer mit ihrem einen Ende an die erste Phase (A) angeschlossenen ersten Teilwicklung (la) eines Spartrafos und eines an die zweite Phase (B) angeschlossenen Widerstandes (2) gebildet ist, daß zwischen das Ende der zweiten Teilwicklung (1&) des Spartrafos und die dritte Phase (C) ein komplexer Widerstand eingeschaltet ist und daß der an diesem auftretende Spannungsabfall ganz oder teilweise als Steuerspannung der spannungsempfindlichen Relaisschaltung zugeführt ist.

2. Schaltungsanordnung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz der ersten Teilwicklung (la) des Spartrafos höchstens die Hälfte, vorzugsweise etwa ein Drittel der Gesamtimpedanz beider Teilwicklungen (1 α und 1 b) des Spartrafos beträgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der komplexe Widerstand aus der einen hohen Impedanzwert aufweisenden Spule (4) eines die Drehstromanlage steuernden. Relais besteht, der ein Öhmscher Widerstand (7) in Serie nachgeschaltet sein kann.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der komplexe Widerstand als vorzugsweise induktiver Spannungsteiler (8/10, 9/11, 12) ausgebildet ist und daß die Relaisschaltung ein Thyratron (15) enthält, 'dessen Entladungsstrecke (16-17) zwischen der zweiten und dritten Phase (B bzw. C) liegt und dessen Hilfsanode (14) die am Spannungsteiler abgreifbare Teilspannung zugeführt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Anodenkreis des Thyratrons (15) die Erregerspule (18) eines Steuerrelais (18/23/33) für die zu überwachende Drehstromanlage in Serie eingeschaltet ist und daß der Spule (18) zwecks Aufrechterhaltung ihrer Erregung vorzugsweise ein Gleichrichter (19) parallel geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, <laß der Spannungsteiler aus wenigstens einer in Serie geschalteten Primärwicklung (8, 9) beträchtlicher Impedanz und wenigstens einer ihr zugeordneten Sekundärwicklung (10 oder 11) mit einer wesentlich geringeren Windungszahl besteht und daß die Sekundärwicklung (10 bzw. 11) in Abhängigkeit von beliebigen äußeren Steuergrößen, kurzschließbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wicklungsende der kurzschließbaren Sekundärwicklung (10 und/oder 11) geerdet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Teil des Spannungsteilers, an dem die Steuerspannung für die Hilfsanode (14) des Thyratrons (15) abgegriffen wird, aus einer Primärwicklung (9) beträchtlicher Impedanz, der ein Potentiometer (12) parallel geschaltet ist, und einer kurzschließbaren Sekundärwicklung (11) besteht.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Teil des Spannungsteilers, der das Verhältnis der Abgriffsspannung zur Spannung am Ausgang (P) des Spartrafas bestimmt, aus einer Primärwicklung (8) beträchtlicher Impedanz und einer ihr zugeordneten kurzschließbaren Sekundärwicklung (16) besteht, wobei die Impedanz der Primärwicklung derart bemessen ist, daß bei offener Sekundärwicklung (10) der Spannungsabfall in dieser Primärwicklung (8) wesentlich größer als die Zündspannung des Thyratrons (15) ist.

10. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Sekundärwicklungen (10, 11) des Spannungsteilers durch Eintauchen einer Elektrode in eine Flüssigkeit kurzschließbar ist.

11. Durch die Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10 zu überwachende und automatisch zu regelnde Pumpanlage, durch die eine elektrisch leitende Flüssigkeit mittels einer durch einen Drehstrommotor angetriebenen Pumpe von einem tiefgelegenen Schacht in ein höher gelegenes Reservoir gepumpt werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ausgang (P) des Spartrafos näher liegende Teil des Spannungsteilers aus einer Primärwicklung (8) und einer Sekundärwicklung (10) besteht, deren eines Wicklungsende geerdet ist (37), während ihr anderes Wicklungsende in Parallelschaltung mit zwei in unterschiedlicher Höhe im Schacht (27) angeordneten Elektroden (31 und 32) verbunden ist, und zwar einmal unmittelbar mit der oberen Elektrode (31) und zum anderen mit der unteren Elektrode (32) _r mit dieser jedoch unter Zwischenschaltung eines Arbeitskontaktes (33) des Steuerrelais (18/23/33) der Schaltungsanordnung.

12. Pumpanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Anschluß an die dritte Phase (C) näher liegende Teil des Spannungsteilers aus einer Primärspule (9) und einer Sekundärspule besteht, deren eines Wicklungsende geerdet ist (37), während ihr anderes Wicklungsende in Parallelschaltung mit zwei in unterschiedlicher Höhe im Reservoir (28) angeordneten Elektroden (34 und 35) verbunden ist, und zwar einmal unmittelbar mit der oberen Elektrode (34) und zum anderen mit der unteren Elektrode (35), mit dieser jedoch unter Zwischenschaltung eines Ruhekontaktes (36) eines vom Steuerrelais (18/ 23/33) der Schaltungsanordnung gesteuerten Schaltschützes (21), das den Drehstrommotor (29) der Pumpanlage ein- und ausschaltet.

In Betracht gezogene Druckschriften :
Deutsche Patentschrift Nr. 962 189;
USA.-Patentschrift Nr. 1823 211.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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