DE2163004C3

DE2163004C3 - Unsymmetrieschutzeinrichtung für in Reihe geschaltete Kondensatoreinheiten

Info

Publication number: DE2163004C3
Application number: DE2163004A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Fendt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-18
Filing date: 1971-12-18
Publication date: 1975-01-09
Also published as: DE2163004B2; GB1411609A; DE2163004A1; US3755711A; CA965830A; SE376698B; ZA728859B

Description

Kondensatoren für hohe Spannungen werden insbesondere zum Ausgleich von Obrrwellenspannun- gen in Gleichstromnetzen oder zur Bereitstellung von Blindleistung in Wechsel- oder Drehspannungsnetzen eingesetzt. Derartige Kondensatoren bestehen in der Praxis aus vielen einzelnen Kondensatorelementcn. 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 Kondensatorclement durch die in Reihe dazu geschaltete Sicherung hcrausgetrennt. wohingegen die übrigen Kondensatorclcmentc der Kondensatoreinheit noch in Betrieb bleiben. Du.ch das Heraustrennen eines Kondensatorclementes vermindert sich jedoch die gesamte Kondensatorfläche der Kondensatoreinheit, so daß die Kapazität der Kondensatoreinheit geringer und 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 Kondensatorelemcntc der Kondensator insgesamt noch eine ausreichende Kapazität besitzt und die anliegende Spannung aus-

halten kann, ist es dennoch wichtig, schon den Ausfall des ersten abgeschalteten Kondensatorelementes zu melden, da ein solcher Ausfall zu einer erhöhten Beanspruchung der unbeschädigten Elemente der betreffenden Kondensatoreinheil führt.

Durch die USA,-Patentschrift 3 181031 ist eine Unsymmetrieschutzeinrichtung für in Reihe geschaltete Kondensatoreinheiten, von denen jede Einheit aus mehreren parallelgeschalteten und jeweils zu einer Sicherung in Reihe liegenden Kondensatorelementen besteht, bekannt, bei der einer eine Gleichrichterbrücke aufweisenden Vergleichseinrichtung einerseits eine der an die Kondensatoreinheiten angelegten Gesamtspannung proportionale Suminengröße und andererseits eine dem Spannungsabfall eines Teiles der Kondensatoreinheiten proportionale Ausgangsgröße zugeführt ist. Die beiden der Vergleichseinrichtung zugeführten Größen sind so aufeinander abgestimmt, daß im gesunden Betrieb der Kondensatoreinheiten ein an die Vergleichseinrichtung angeschlossenes Abschalt- oder Anzeigegerät nicht ansprechen kann. Fällt an irgendeiner der Kondensatoreinheiten ein Kondensatorelement aus, so wird hierdurch die ό ^r Vergleichseinrichtung zugeführte Ausgangsgröße verändert und es kommt zu einem Ansprechen des Abschalt-oder Anzeigegerätes. Die bekannte Schutzeinrichtung zeigt zwar an, daß ein Kondensatorelernent ausgefallen ist, sie vermag jedoch nicht anzuzeigen, in welcher Kondensatoreinheit der Ausfall erfolgt ist. - Die Oberbegriffe der beiden nebengeordneten Patentansprüche sind durch diesen Stand der Technik belegt.

Bei einer weiteren durch die USA.-Patentschrift 2 931 950 bekannten Schutzeinrichtung ist zu den in Reihe liegenden Kondensatoreinheiten ein Parallelstrompfad vorgesehen, in dem eine der Anzahl der in Reihe geschalteten Kondensatoreinheiten entsprechende Anzahl von Widerständen, Induktivitäten oder Kondensatoren in Reihe geschaltet ist. Ferner ist ein Spannungswandler mit dem einen Anschlußpol seiner Primärwicklung zwischen zwei Kondensatoreinheiten und mit seinem anderen Anschlußpol zwischen zwei Widerstandselementen des Parallelstrompfades angeschlossen. Die Lage des Anschlußpunktes der Primärwicklung in dem Parallelstrompfad entspricht dabei der Lage des Anschlußpunkles zwischen den Kondensatoreinheiten. Bei dieser bekannten Schutzeinrichtung bilden die in Reihe liegenden Kondensatoreinheiten und der Paiallelstrorrpfad die beiden Pfade einer Brücke. Die Diagonale dieser Brücke wird durch die Primärwicklung des Spannungswandlers gebildet. Im gesunden Betrieb liegen die beiden Anschlußpunkte der Primärwicklung des Spannungswandlers auf gleichem Potential, so daß eine an die Sekundärseite des Spannungswandlers angeschlossene Abschalt- und Anzeigevorrichtung nicht ansprechen kann. Durch den Ausfall eines Kondensatorelementes wird die Brücke verstimmt und es fließt über die Primärwicklung des Spannungswandlers ein Strom. Dieser Strom wird zum Betätigen der Abschalt- oder Anzeigeeinrichtung verwendet. Auch durch diese Schutzeinrichtung kann lediglich der Ausfall eines Kondensatorelementcs angezeigt werden, jedoch nicht gemeldet werden, in welcher Kondensatoreinheit dieses Kondensatorelement ausgefallen ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unsymmetrieschutzeinrichtung für in Reihe geschaltf.fi» Knndensatoreinheitcn zu v.haffen, bei der angc zeigt wird, in welcher Kondensatoreinheit ein Ausfall eines Kondensatorelementes erfolgt is; Die Erfindung betrifft damit eine Unsymmetriesctiutzeinriehtung nach Uem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2. Das Neue besteht erfindungsgemäß einerseits in der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 und andererseits der im Kennzeichen des Patentanspruches 2 enthaltenen technischen Lehre.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der ίο Zeichnung dargestellt. Der Kondensator C besteht aus einzelnen Kondensatoreinheiten Cl bis Cd. Jede dieser Kondensatoreinheiten besteht aus mehreren parallelgeschalteten Kondensatorelementen, die jeweils in Reihe zu einer Sicherung liegen. Außerdem !5 ist zu jeder Kondensatoreinheit Cl bis C6 die Primärwicklung eines Spannungswandlers Wl bis W6 parallelgeschaltet. Die Parallelschaltung der Primärwicklungen der Spannungswandler Wi bis W6 zu den Kondensatoreinheiten Cl bis C6 hat der; Vorteil, daß sich die Kondensatoreinheiten nach Abschaltung des Kondensators C von der Leitung L über diese Primärwicklungen entladen können und ^ mit zusätzliche Entladewiderstände nicht erforderlich sind.

Die Sekundärwicklungen der Spannungswandler ^a5 Wl bis W(s sind in Stern geschaltet. Der Sternpunkt dieser Sekundärwicklungen ist mit dem Sternpunkt der PrimärwicKlungen von einer der Anzahl der Spannungswandler Wl bis W6 bzw. der Kondensatoreinheiten Cl bis C6 entsprechenden Anzahl von Hilfstransformatoren TrI bis 7V6 verbunden. Die übrigen Anschlüsse der Primärwicklungen der Hilfstransformatoren TrI bis 7>6 sind an die freien Anschlüsse der Sekundärwicklungen der Spannungswandler Wl . bis W6 angeschlossen. Jeder Hilfstransformator TrI bis 7>6 besitzt vier Sekundärwicklungen. Die erste Sekundärwicklung des Hilfstransformators TrI ist mit 511, die zweite Sekundärwicklung mit 512, die dritte Sekundärwicklung mit 513 und die vierte Sekundärwicklung mit 514 bezeichnet. In entsprechender Weise sind die Sekundärwicklungen der übrigen Hilfstransformatoren TrI bis Tr6 mit 521 bis 564 bezeichnet. Die ersten Sekundärwicklungen SIl bis S61 der Hilfstransformatoren TrI bis 7>6 sind zueinander in Reihe geschaltet (Vieleckschaltung). Diese Vieleckschaltung liegt einerseits an dem einen Wechsclspannuigseingang einer Gleichrichterbrücke GIl und andererseits an dem Sternpunkt 5p2 der zweiten Sekundärwicklungen 512 bis 562. Der freie Anschluß der zweiten Sekundärwicklung 512 ist an den anderen Wechselspannungseingang der Gleichrichterbrücke GIl angeschlossen. Wie in der Zeichnung nicht weiter dargestellt, existiert für jede der übrigen zweiten Sekundärwicklungen 522 bis 562 eine der Gleichrichterbrücke GIl entsprechende Gleichrichterbrücke. von der der eine Wechselspannungsanschluß an die gleiche Klemme wie der Wechselspannungsanschluß der Gleichrichterbrücke GIl angeschlossen und deren zweiter Wechsekpannungsanschluß jeweils an die zugehörig»? zweite Sekundärwicklung 522 bis S62 geführt ist. Die übrigen Gleichrichterbrücken, die Teile je einer Vergleichseinrichtung sind, sind in der Zeichnung nicht dargestellt, da sich deren Schaltung mit derjenigen für die Kondensatoreinheit Cl deckt.

Eine zweite Gleichrichterbrücke G12 ist in cnt-55 sprechender Weise wie die Gleichrichterbrücke GIl mit ihren Wechselspannungsanschlüssen einerseits an die zueinander in Reihe geschalteten dritten Sekundärwicklungen 513 bis 563 angeschlossen und ande-

rerseits mit der vierten Sekundärwicklung 514 verbunden. Die vierte Sekundärwicklung 514 ist wie die zweite Sekundärwicklung 512 mit den übrigen, gleichartigen Sekundärwicklungen der anderen Hilfstransformatoren TrI bis Tr6 zu einem Sternpunkt 5p4 zusammengefaßt. An diesen Sternpunkt Sp4 ist die durch die Reihenschaltung der dritten Sekundärwicklungen 513 bis 563 gebildete Vieleckschaltung mit ihrem einen Anschlußpunkt angeschlossen. Die Gleichspannungsanschlüsse der antiparallel geschalteten Gleichrichterbrücken GIl und G12 sind über Widerstände /?11 und ff 12 miteinander verbunden. Außerdem ist ein Diagonalzweig mit einem als Abschalt- oder Anzeigeeinrichtung ausgebildeten Meßwerk M vorhanden, das auf Gleichstrom richtungsabhängig anspricht.

Die beschriebene Schutzeinrichtung arbeitet wie folgt: Bei vorhandener Nennspannung und dem dabei über den Kondensator Γ fließenden Strom sind die ersten Sekundärwicklungen 511 bis 561 so ausgelegt, daß an jeder von ihnen ein Spannungsabfall von 4 Volt auftritt. Die Spannungan den zweiten Sekundärwicklungen 512 bis 562 beträgt dagegen je 48 Volt. Aus der Richtung der Zusammenschaltung ist zu sehen, daß dann an den Wechselspannungsanschlüssen der Gleichrichterbrücke GlI die Differenzspannung 6 χ 4 - 48 = - 24 Volt auftritt.

Die dritten Sekundärwicklungen 513 bis 563 sind so ausgelegt, daß bei Nennspannung am Kondensator C und bei symmetrischer Spannungsaufteilung auf die Kondensatoreinheiten Cl bis C6 an jeder von ihnen ein Spannungsabfall von 12 Volt herrscht. Die vierten Sekundärwicklungen 514 bis 564 besitzen die gleiche Windungszahl wie die zweiten Sekundärwicklungen 512 bis 562. Infolgedessen steht an den Wechselspannungsanschlüssen der Gleichrichterbrücke G12 bei gleich angenommenem Vorzeichen für die Spannung eine Spannung von 6 x 12 - 48 = + 24VoIt an. Durch die Gleichrichterbrücken GIl und G12 werden die Beträge der an ihren Wechsel-Spannungsanschlüssen anstehenden Spannungen gebildet. Diese Beträge sind einander gleich, so daß über das Meßwerk M kein Strom fließt.

Erhöht sich nun z. B. infolge eines Fehlers in der Kondensatoreinheit Cl die Spannung an dieser Kondensatoreinheit, so erhöht sich damit auch die: Spannung an dSn Sekundärwicklungen des Hilfstransformators TrL Da die von der zweiten Sekundärwicklung 512 gelieferte Spannung größer ist als die von den ersten Sekundärwicklungen 511 bis 561 gelieferte Summenspannung, wird im Fehlerfalle die Spannung an der Gleichrichterbräcke GIl unter — 24 Volt absinken. An dem Gleichstromausgang der Gleichrichterbrücke GU steht also im Federfalle eine höhere Spannung an.

An der vierten Sekundärwicklung S14 des Hflfs-

transformators Tr\ steht im Fehlerfalle ebenfalls eine höhere Spannung an. Bei der Bildung der Differenz zwischen dem von den dritten Sekundärwicklungen 513 bis 563 gelieferten Summenspannungswert und

S dem von der vierten Sekundärwicklung 514 gelieferten Spannungswert ergibt sich wegen der an der vierten Sekundärwicklung 514 anstehenden höheren Spannung eine niedere Spannung an dem Gleichstromausgang der Gleichrichterbrücke G12. Im Feh-

lerfalle steht also einer Spannungserhöhung am Gleichstromausgang der Gleichrichterbrücke GH eine Spannungsverminderung am Gleichstromausgang der Gleichrichterbrücke G12 gegenüber. Eine Berechnung der Größe dieser Spannungsän-

¹S derung. bezogen auf die normalerweise an den Gleichstromausgängen der Gleichrichterbrücken GlI und G12 anstehenden Spannungen, zeigt, daß bei der beschriebenen Schutzeinrichtung schon hei kleinen Änderungen einer Spannung gegenüber dem

ίο Durchschnitt der übrigen Spannungen ein relativ großer Teil des Stromes durch das Meßwerk M fließt. Das Meßwerk M kann so aufgebaut sein, daß es entweder bei bestimmter Abweichung der Spannung an der zugehörigen Kondensatoreinheit Cl ein Signal

»5 abgibt. Es kann aber auch mehrere, bei verschieden großen Abweichungen ansprechende Relais oder Grenzwertstufen enthalten, so daß abhängig von der Größe der Spannungsabweichung eine oder mehrere abgestufte Metdungen abgegeben werden kön-

30 nen.

Der besondere Vorteil einer Schutzeinrichtung, bei der für jeden Hilfstransformator vier Sekundärwicklungen vorgesehen sind, liegt darin, daß bei kleinerem Verbrauch eine wesentlich höhere Empfindlichkeil erzielt werden kann.

Das Prinzip der Schutzeinrichtung läßt sich auch dadurch verwirklichen, daß für jeden Hilfstransfor mator TrI bis Tr6 jeweils nur zwei Sekundärwicklungen vorgesehen sind. In diesem Falle werden die er- sten Sekundärwicklungen 511 bis 561 wiederum ir einer Vieleckschaltung zueinander in Reihe geschaltel und diese Vieleckschaltung mit den Wechselspannungsanschlüssen der einen Gleichrichterbrücke, ζ. Β GH, verbunden. Die zweiten Sekundärwicklunger

♦5 512 bis 562 werden jeweils mit den Wechselspannungsanschlüssen der anderen Gleichrichtertvücke z. B. G12. verbunden. Die beiden Sekundärwicklungen der Transformatoren TrI bis Tr6 sind hierbei se ausgelegt, daß die Spannungen an den beiden Gleich

richterbriicken bet ungestörtem Betrieb des Konden sators C zueinander gleich sind. Bei der dem Schal tungsaufbau nach etwas einfacheren Schutzeinrich tung wird die Empfindlichkeit der Meßbrücke geringer. Dies läßt sich jedoch in gewissen Grenzer

durch die Wahl eines entsprechend empfindlicherer Meßwerkes M ausgleichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Unsymmetrieschutzeinrichtung für in Reihe geschaltete Kondensatoreinheiten, von denen jede Einheit aus mehreren parallelgeschalteten und jeweils zu einer Sicherung in Reihe liegenden Kondensatorelementen besteht, bei der eine mindestens eine Gleichrichterbrücke aufweisende Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, an deren einen Eingang eine der an die Kondensatoreinheiten angelegten Gesamtspannung proportionale Summengröße und an deren anderen Eingang eine dem Spannungsabfall eines Teiles der Kondensatoreinheiten proportionale Ausgangsgröße angelegt ist, und deren Ausgang mit einem Abschaltoder Anzeigegerät verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Kondensatoreinheit (Cl bis C6) ein Spannungswandler ( WX bis W6) mit seiner Sf '«undärwicklung mit der Primärwicklung eines diesem Spannungswandler zugeordneten Hilfstransformators (TrI bis 7>6) verbunden ist. welche Hilfstrarisformatoren jeweils vier Sekundärwicklungen (SIl bis S61, S12 bis S62, 513 bis 563 und 514 bis 564) aufweisen, wobei die sich in ihrer Windungszahl um den Faktor drei unterscheidenden ersten und dritten Sekundärwicklungen (511 bis 561 und S13 bis 563) jeweils für sich zur Bildung der der Gesamtspannung proportionalen Summengröße im Vieleck zusammengeschaltei sind und die eine Vieleckschaltung mit dem einen Wechse.lspannungsanschluß der einen Gleichrichterbrücke (GH) aller Vergleichseinrichtungen sowie di. andere Vieleckschaltung mit dem einen Wechselspannungsanschluß der anderen Gleichrichterbrücke (G12) aller Vergleichseinrichtungen verbunden ist, daß die zweite und vierte Sekundärwicklung (512 bis 562 und 514 bis 564) jedes Hilfstransformators (TrI bis T>6) jeweils für sich mit dem anderen Wechselsparinungsanschluß der Gleichrichterbrücken (GIl und G12) der zugeordneten Vergleichseinrichtung verbunden ist und eine Windungszahl aufweist, die um einen der doppelten Anzahl der Kondensatoreinheiten entsprechenden Faktor größer ist als die kleinere der Windungszahlen der ersten und dritten Sekundärwicklung (511 bis 561 und 513 bis 563), daß ferner jede Vergleichseinrichtung ein an die Gleichspannungsausgänge der antiparallel geschalteten Gleichrichterbrücken (GIl, G12) angeschlossenes Abschalt- oder Anzeigegerät aufweist.

2. Unsymmetrieschutzeinrichtung für in Reihe geschaltete Kondensatoreinheiten. von denen jede Einheit aus mehreren parallelgeschaltetcn und jeweils /u einer Sicherung in Reihe liegenden Kondensatorelementen besteht, bei der eine mindestens eine Gleichrichtet brücke aufweisende Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, an deren einen Eingang eine der an die Kondensatoreinheiten angelegten Gesamtspannung proportionale Summengröße und an deren anderen Eingang eine dem Spannungsabfall eines Teiles der Kondensatoreinheiten proportionale Ausgangsgröße angelegt ist, und deren Ausgang mit einem Abschall- oder Anzeigegerät verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß /u jcdcir Kondensatoreinhcit

(Cl bis C6) ein Spannungswandler (WX bis WG) mit seiner Primärwicklung parallelgeschaltet und jeder Kondensatoreinheit eine aus zwei antiparallel geschalteten Gleichrichterbrücken (GIl und G12) bestehende Vergleichseinrichtung zugeordnet ist, daß jeder Spannungswandler ( WX bis Wd) mit seiner Sekundärwicklung mit der Primärwicklung eines diesem Spannungswandler zugeordneten Hilfstransformators (TrI bis Tr6) verbunden ist, welche Hilfstransformatoren (TrI bis Tr<*) jeweils zwei Sekundärwicklungen (511 bis 561 und 512 bis S62) aufweisen, wobei die ersten Sekundärwicklungen (511 bis S61) zur Bildung der der Gesamtspannung proportionalen Summengröße fm Vieleck zusammengeschaltet und diese Vieleckschaltung mit den Wechselspannungsanschlüssen der einen Gleichrichterbrücke (z. B. GIl) aller Vergleichseinrichtungen verbunden ist, daß die zweite Sekundärwicklung (512 bis 562) jedes Hilfstransformators (TrI bis Tr6) an die Wechselspannungsanschlüsse der anderen Gleichrichterbrücke (z. B. G12) der zugeordneten Vergleichseinrichtung angeschlossen ist und eine Windungszahl aufweist, die um einen der Anzahl der Kondensatoreinheiten (Cl bis C6) entsprechenden Faktor größer ist als die Windungszahl der ersten Sekundärwicklung (511 bis 561), daß weiterhin jede Vergleichseinrichtung ein an die Gleichspannungsausgänge der antiparallel geschalteten Gleichrichterbrücken (GIl, GX2) angeschlossenes Abschalt- oder Anzeigegerät aufweist.