DE2163004A1

DE2163004A1 - Unsymmetrieschutz fuer in reihe geschaltete kondensatoreinheiten

Info

Publication number: DE2163004A1
Application number: DE2163004A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dipl Ing Fendt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-18
Filing date: 1971-12-18
Publication date: 1973-06-20
Also published as: DE2163004C3; CA965830A; SE376698B; DE2163004B2; ZA728859B; US3755711A; GB1411609A

Description

Unsymmetrieschutz für in Reihe geschaltete Kondensatoreinheilten

Kondensatoren für hohe Spannungen werden insbesondere zum Ausgleich von Oberwellenspannungen in Gleichstromnetzen oder zur Bereitstellung von Blindleistung in Wechsel- oder Drehspannungsnetzen eingesetzt. Derartige Kondensatoren bestehen in der Praxis aus vielen einzelnen Kondensatorelementen, die zueinander parallel und in Reihe geschaltet sind.

Bezeichnet man alle einander parallelgeschalteten Kondensatorelemente als eine Kondensatoreinheit, so besteht diese Kondensatoreinheit aus mehreren parallelen Zweigen mit je einem Kondensatorelement und einer in Reihe dazu geschalteten Sicherung. Diese Sicherung verhindert, daß der Kurzschluß eines Kondensatorelementes sich als Dauerkurzschluß der gesamten Kondensatoreinheit auswirkt. Tritt also in einem derartigen Kondensatorelement ein Kurzschluß auf, so wird dieses Kondensatorelement durch die in Reihe dazu geschaltete Sicherung herausgetrennt, während die übrigen Kondensatorelemente der Kondensatoreinheit noch in Betrieb bleiben. Damit vermindert sich jedoch die gesamte Kondensatorfläche der Kondensatoreinheit, so daß die Kapazität der Kondensatoreinheit geringer und damit bei gleichem, die in Reihe liegenden Kondensatoreinheiten durchfließenden Strom der Spannungsabfall an der betroffenen Kondensatoreinheit höher wird. Obgleich die Kondensatoren für Hochspannung, so ausgelegt sind, daß auch beim Ausfall einiger Kondensatorelemente der Kondensator insgesamt noch eine ausreichende Kapazität besitzt und die anliegende Spannung aushalten kann, ist es

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wichtig, schon don Ausfall dao ercten aDgeοehalteten Kondensatorelementes zu melden, da er au einer erhöhten Spannung und damit zu einer gesteigerten Beanspruchung der unbeschädigten Elemente der "betreffenden Kondensatoreinheit führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schutzeinrichtung zu schaffen, die abhängig von dera Ausfall einer bis einiger KondensatoreleKiente eine Anzeige oder eine Abschaltung des gesamten Kondensators oder einer Kondensatoreinheit in die Wege leiten kann. Die Erfindung betrifft damit einen Unsymmetrieschutz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das Neue besteht erfindungsgemäß in der im Kennzeichen dieses Patentanspruchs 1 enthaltenen technischen lehre» Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben»

Ein Ausführungs bei spiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Der Kondensator C besteht aus einzelnen Kondensatoreinheiten 01 bis 06. Jede dieser Kondensatoreinheiten besteht dabei aus mehreren einander parallelgeschalteten Kondensatorelementen, die jeweils in Reihe zu einer Sicherung liegen« Außerdem ist jeder Kondensatoreinheit 01 bis 06 die Primärwicklung eines Spannungswandlers Y/1 bis W6 parallel geschaltet. Dabei sind die Primärwicklungen der Spannungswandler W1 bis YiT6 zueinander wie die zugehörigen Kondensatoreinheiten in Reihe geschaltet und dienen daher nach Abschaltung des Kondensators C von der leitung I als Entladewiderstände für die einzelnen Kondensatoreinheiten» Zusätzliche Entladewiderstände müssen also nicht vorgesehen werden»

Die Sekundärwicklungen der Spannungswandler WI bis W6 sind in Stern geschaltet» Der Sternpunkt ist mit dem Sternpunkt einer entsprechenden Anzahl von Hilfstransformatoren Ir1 bis Tr6 verbunden» Die übrigen Anschlüsse der Wicklungen der Hilfstransformatoren Tr 1 bis Tr6 sind an die freien Anschlüsse der Sekundärwicklungen der Spannungswandler W1 bis W6 angeschlossen. Jeder Hilfstransformator Tr1 bis Tr6 besitzt vier Sekundärwicklungen» Die Sekundärwicklungen des Transformators Tr 1 sind dabei mit S11, S12, S13 und SH be-

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zeichnet. In entsprechender Yfeise sind die Sekundärwicklungen der übrigen Hilfstransformato.ren ^rür2 "bis Tr6 mit S21 "bis S64 bezeichnet. Dabei sind dieSelaindärvricklungen S11, S21 „.. bis S61 zueinander in Reihe geschaltete. Die Reihenschaltung liegt einerseits an einem Wechselspannungseingang einer Gleichricht er brück ens ehaltung G-11 und andererseits an dem Sternpunkt Bp2 der* Sökundarwicklungeia üi2, ο22* hyl & ₆ & üiü BbSs Der freie Anschluß der Sekundärwicklung S12 ist an den anderen Yfechselspannungseingang der Gleichrichterbrückenschaltung G11 angeschlossen. ¥ie in der Zeichnung nicht weiter dargestellt, existiert für jede der übrigen Sekundärwicklungen S22 bis S62 eine der Gleichrichterschaltung G11 entsprechende Gleichrichterschaltung, von der ein Wechselspannungsanschluß an die gleiche Klemme wie der Y'echselspannungsanschluß der Gleichrichterbrückenschaltung G11 angeschlossen ist, während | der zweite Wechselspannungsanschluß an die zugehörige Sekundärwicklung S22 bis S62 geführt ist. Die übrigen Gleichrichterschaltungen, die Teile je einer Yergleichseinrichtung sind, sind in der Zeichnung nicht dargestellt, da sich deren Schaltung mit derjenigen für die Kondensatoreinheit C1 deckt. Eine zweite Gleichrichterschaltung G12 ist in entsprechender Y/eise wie die Gleichrichterschaltung G11 mit ihren Y/echselspannungsanschlüssen einmal an die zueinander in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen S13 "bis 363 angeschlossen und andererseits mit der Sekundärwicklung SI4 verbunden» Die Sekundärwicklung SI4 ist wie die Sekundärwicklung S12 mit den übrigen, gleichartigen Sekundärwicklungen der anderen Hilfs- * transformatoren zueinander zu einem Sternpunkt Sp4 zusammengefaßt, der an den zweiten Anschluß der Reihenschaltung aus den Sekundärwicklungen S13 bis S63 angeschlossen ist. Die Gleichspannungsanschlüsse der antiparallel zueinander geschalteten Gleichrichterschaltungen G11 und G12 sind über Yfiderstände R11, R12 miteinander verbunden, außerdem ist ein Diagonalzweig mit einem Meßwerk M vorhanden, das auf Gleichstrom vorzeichenabhängig anspricht»

Die Y/irkungsweise dieser Schaltung ist nun folgende; Bei vorhandener Nennspannung und dem dabei fließenden Strom über

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den Kondensator C sind die Sekundärwicklungen S11, S21 "bis S61 so ausgelegt, daß an jeder von ihnen ein Spannungsabfall von 4 ToIt auftritt. Die Spannung an den Sel-nindärv/icklungen S12, S22 Ms S62 "beträgt dagegen je 48 YoIt. Aus der Richtung der Zusammenschaltung ist zu sehen, daß dsiia an den Wechselstronanschlüssen der Gleichrichterschaltung G-I1 die Differenzspannung 6 χ 4 - 46 = - 24 ToIt auftritt. Die Sekundärwicklungen S13, S23 bis S63 sind nun so ausgelegt, daß bei Nennspannung am Kondensator C und bei symmetrischer Spannungsaufteilung auf die Kondensatoreinheiten C1 bis C6 an jeder von ihnen ein Spannungsabfall von 12 ToIt herrscht» Die Sekundärwicklungen S14₅ S24 bis S64 besitzen die gleiche Windungszahl wie die Sekundärwicklungen S12 bis S62„ Infolgedessen steht an den Wechselspannungsanschlüssen des Gleichrichters G-1.2 bei gleichem angenommenen Torzeichen für die Spannung eine Spannung von 6x12- 48 =+24 ToIt an. In den Gleichrichterschaltungen Gr 11 und G12 werden nun die Beträge der an den Wechselspannungsklemmen anstehenden Spannungen gebildet» Diese sind einander gleich, so daß über das Meßwerk M kein Strom fließt.

Erhöht sich nun z.B. infolge eines Fehlers in der Kondensatoreinheit 01 die Spannung an dieser Kondensatoreinheit und damit an den Sekundärwicklungen des Hilfstransformators Tr1 so wird - da die Spannung der Sekundärwicklung S12 größer ist als diejenige der Sekundärwicklung S11 - an der Gleichrichterschaltung G-11 die Spannung unter - 24 ToIt sinken, an den Gleichstromklemmen der Gleichrichtersohaltung G11 steht also eine höhere Spannung an«

An der Sekundärwicklung S14 steht ebenfalls eine höhere Spannung an, als an der dazu in Reihe geschalteten Sekundärwicklung S13, so daß auch hier bei Bildung der Differenz durch die Reihenschaltung der Sekundärwicklungen S13 bis S63 mit der Sekundärwicklung S14 der Spannungswert an der Sekundärwicklung S14 überwiegt. Die an der Gleichrichteranordnung G12 anliegende Spannung von + 24 ToIt wird also ebenfalls negativer. Dies hat zur Polge, daß der Betrag der an den Wechsels tromklemnien der Gleichrichteranordnung G12

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anliegenden Spannung - der ja der Sparu-iung zwischen den Gleichstromklemmen der Gleichrichter schalung G12 proportional ist - absinkt. Einer Erhöhung des Betrages der Spannung an den GleichstromkleLimen der Gleichrichterschaltung G11 steht also eine Verminderung der Spannung an den Gleichstromklemmen dor Gleichrichterschaltung G12 gegenüber. .

Eine Berechnung der Größe dieser Spannungsänderung, bezogen auf die normalerweise an den Gleichstromklenmen der Gleichrichterschaltungen G11 und G12 anstehenden Spannung, zeigt, daß bei dieser Schaltung schon bei kleinen Änderungen einer Spannung gegenüber dem Durchscnitt der übrigen Spannungen ein relativ großer Teil des Stromes durch das Meßwerk M fließt ο Das Meßwerk M kann nun so aufgebaut sein, daß es entweder bei bestimmter Abweichung der Spannung an der züge- g hörigen Kondensatoreinheit Cl ein Signal abgibt, es kau allerdings auch mehrere bei verschieden großen Abweichungen ansprechende Relais oder Grenzwertstufen enthalten, so daß abhängig von der Größe der Spannungsabweichung vom Durchschnitt der übrigen eine oder mehrere abgestufte Meldungen abgegeben werden können.

Es ist allerdings ohne weiteres möglich, daß man jeweils nur zwei Y/icklungen für jeden Hilfstransformator Tr1 bis Tr6 vorsieht und an eine Gleichrichterschaltung die zueinander in Reihe geschalteten Wicklungen legt und die Spannung an der zweiten Sekundärwicklung S12 bis S62 den Wechselspannungs- ^ anschlüssen der jeweils zweiten Gleichrichterschaltung zuführt. ' Auch hier muß man dafür sorgen, daß die Spannungen an beiden Gleichrichterschaltungen bei ungestörtem Betrieb des Kondensators G zueinander gleich sind. Bei dieser etwas einfacheren Schaltung wird die Empfindlichkeit der Meßbrücke geringer, allerdings läßt sich dies in gewissen Grenzen durch Wahl entsprechend empfindlicher Meßwerke M ausgleichen. Der besondere Torteil einer Schaltung mit vier Sekundärwicklungen für jeden Hilfstransformator liegt allerdings darin, daß bei kleinerem Verbrauch eine wesentlich höhere Empfindlichkeit erzielt werden kann.

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Claims

Patentansprüche:

Unsymmetrieschutz für. in Reihe geschaltete Kondensatoreinheiten, von denen jede Einheit aus mehreren, einander parallel geschalteten und in Reihe zu Sicherungen liegenden Kondensatorelementen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Summierschaltung (Reihenschaltung von S11, S21 bis S61) zur Bildung einer elektrischen Größe vorgesehen ist-, die der Summe der Spahnungsabfalle mehrerer Kondensatorelemente proportional ist, daß für jede Kondensatoreinheit (C1 bis Co) eine Vergleichseinrichtung (G-11, G-12, M) vorgesehen ist und daß an einen Eingang der Vergleichseinrichtung eine Schaltungsanordnung mit einer dem Spannungsabfall der zugehörigen Kondensatoreinheit (C1 bis C6) proportionalen Ausgangsgröße und an den zweiten Eingang der Vergleichs einrichtung der Ausgang der Summier schaltung, angeschlossen ist, während der Ausgang der Vergleichs einrichtung (M) mit einer oder mehreren Abschalt- oder Anzeigeeinheiten verbunden ist»

2ο ITnsymmetrieschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Summierschaltungen (S11 bis S61 und S13 bis S65) und für jede Kondensatoreinheit (C1 bis C6) zwei Schaltungsanordnungen (S12, S14) mit einer dem Spannungsabfall der zugehörigen Kondensatoreinheit proportionalen Ausgangsgröße vorgesehen und daß die Proportionalitätsfaktoren der Summierschaltungen so gewählt sind, daß bei gleichem Spannungsabfall an allen Kondensatoreinheiten die elektrische Ausgangsgröße einer Summierschaltung um den gleichen Betrag oberhalb und die der anderen Summier schaltung um den gleichen Betrag unterhalb des Y/ertes der Ausgangsgröße der S chalttngs anordnung en mit einer dem Spannungsabfall der Kondensatoreinheit proportionalen Ausgangsgröße liegt, und daß die Ausgänge jeder Summier schaltung über eine Differenzschaltung (Reihenschaltung von S11 bis S61 mit S12) mit dem Ausgang einer Schaltungsanordnung mit einer dem Spannungsabfall einer Kondensatoreinheit proportionalen Ausgangsgröße und mit je einem Eingang (Wechselstromklemmen von G-11, G-12) der Vergleichseinrichtung verbunden

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5· UncYmnietrieschuta nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Kondensatoreinheiten (CI bis G6) Primärwicklungen von Spannungswändlern (W1 bis 176) parallel geschaltet sind, daß die Sekundärwicklungen dieser Spannungswandler in. Stern geschaltet und an Primärwicklungen von Hilf stranGiormatorcii (CrI bis Ir6) angeschlossen sind.

4. Unsymmetrieschuta nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hilfstransformator (Sri bis Tr6) mindestens zwei Sekundärwicklungen (S11, SI2) besitzt, daß eine der beiden Sekundärwicklungen (S11) zur Bildung einer Summierschaltung in Yieleck mit den entsprechenden Sekundärwicklungen (S21 bis S61) der übrigen Hilfstransformatoren (Tr2 bis Ir6) geschaltet istund daß die zv/eite Sekundär- f wicklung (S12) zur Bildung der Schaltungsanordnung mit einer dem Spannungsabfall an einer Kondensatoreinheit (01) proportionalen Ausgangsgröße dient.

ο Unsymmetrie schutz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hilfstransformator (Tr1 bis Tr6) vier Sekundärwicklungen (S11 bis S14) besitzt, von denen zwei (S12, S14) mit gleicher Wicklungszahl zur Bildung der Schaltungsanordnung mit der zugehörigen Kondensatoreinheit proportionaler Ausgangsgröße versehen und die übrigen beiden (SI^-J, S13) mit unterschiedlichen Wicklungszahlen versehen sind und zur Bildung je einer Summenschaltung in .offener Yieieckschal- ^ tung mit den entsprechenden Sekundärwicklungen (S21 bis S61 und S24 bis S64) der übrigen Zwischenwandler (Ir2 bis Tr6) geschaltet sind.

6. Unsymmetrieschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichseinrichtung eine aus antiparallel geschalteten Gleichrichterschaltungen (G11, G12) bestehende Schaltung aufgebaut ist, deren Gleichspannungsanschlüsse an ein Meßwerk (M) angeschlossen sind, während die Wechselspannungsanschlüsse der Gleichrichterschaltungen (G-11, G12) als Eingangsklemmen der Vergleichseinrichtung

dienen.

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Unsymmetrieschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzierschaltung aus der Reihenschaltung der im offenen Vieleck geschalteten Sekundärwicklungen (S11 bis S61) der Hilfstransformatoren (Sri bis Tr6) mit je einer die Schaltungsanordnung mit der Kondensätoreinheit proportional§r Spannung bildenden Sekundärwicklung (S12) besteht.

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