DE663298C - Schaltung zur Erfassung der gegenlaeufigen Komponente der Stroeme oder Spannungen eines Dreileiterdrehstromnetzes - Google Patents

Description

• Schaltung zur Erfassung der gegenläufigen Komponente der Ströme oder Spannungen eines Dreileiterdrehstromnetzes, Bei den bekannten Drehfeldscheiderschaltungen soll im allgemeinen die zu erfassende mitläufige oder gegenläufige Komponente des Stromes oder der Spannung nicht lediglich der Größe nach, sondern auch der Phase nach richtig erfaßt werden.
• Wenn man sich dagegen auf die Erfassung der Größe dieser Komponenten beschränkt, kann man gemäß der Erfindung mit einer einfacheren Anordnung auskommen. Gemäß der Erfindung enthält eine Schaltung zur Erfassung der gegenläufigen Komponente der Ströme oder Spannungen eines Dreileiterdrehstromnetzes drei nicht lineare Widerstände, welche Ströme oder Spannungen hervorrufen, die in ihrer gegenseitigen Phasenlage zueinander dieselben Beziehungen besitzen wie die entsprechenden Meßgrößen des Drehstromnetzes, und die im (am) Erregerkreis eines Relais oder Anzeigegerätes einen resultierenden Strom (eine resultierende Spannung) ergeben, welcher (welche) der Verzerrung des Stromdreiecks (des Spannungsdreiecks) entspricht.
• Die Angaben des Meßgerätes sind` um so genauer, ' j e weniger der Widerstand im Meßgerätezweig die Strom- und Spannungsverhältnisse der Schaltung gemäß Oer Erfindung beeinflußt. Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei zum Schutz des Relais oder Anzeigegerätes gegen die durch die nicht linearen Widerstände verursachten Oberwellen dienenden Anordnungen, welche an sich nicht zur Erfindung gehören, nur in einem Ausführungsbeispiel, nämlich in Fig. 5:, eingezeichnet sind.
• In den Fig. i und 2 sind Schaltungen zur Erfassung der Stromunsymmetrie wiedergegeben. Die Stromwandler speisen bei der Anordnung nach Fig. i je einen stromabhängigen Widerstand, z. B. eine gesättigte Drossel Dl, D2 und D", welche alle in Reihe geschaltet sind. Ein die Gesamtspannung messender Spannungsmesser h, an dessen Stelle natürlich auch ein Relais treten kann, ist dann spannungslos, wenn die Belastungsströme des Netzes symmetrisch sind, d. h. wenn sie untereinander gleich sind und gegeneinander Phasenverschiebungen von, i2o' aufweisen. Mit der Unsymmetrie entsteht und steigt auch die Spannung am Meßgerät y'. Solange nämlich die Spannungen an den Drosselspulen D'1, D2 und D3 in Fig. i gleich groß und untereinander um je i2o° verschoben sind, ist die geometrische Summe dieser Spannungen, d. h. die Spannung am Anzeigegerät oder Relais V, gleich Null. Auf die absolute Größe dieser Spannungen kommt es dabei nicht an. Infolge der Sättigung und der gleichen Bemessung der drei Drosselspulen hat die Größe der Phasenströme keinen Einfluß auf die Größe der Spannungen an den. einzelnen Drosselspulen. Die gegenseitige, Phasenlage dieser Spannungen dagegen folgf' genau der Phasenverschiebung zwischen den Leiterströmen. Sobald nun eine Unsymmetrie im Netz auftritt, verzerrt sich das gleichseitige Stromdreieck. Infolgedessen bilden die Vektoren der drei Spannungsabfälle an den drei Drosselspulen, die infolge der Sättigung .der Drosselspulen, gleich groß sind, kein in sich geschlossenes Dreieck mehr. Daher tritt bei Unsymmetrie der Leiterströme am Meßgerät V eine Spannung auf. Die Messung der gegenläufigen Komponente hat hauptsächlich für die Erfassung geringer Unsymmetrien Bedeutung. Bei Unsymmetrie his beispielsweise 5 % weicht der von dem Meßgerät h angezeigte Wert höchstens um i,25 % von dem genauen Wert ab.
• Die gleiche Meßgröße wird von dem Meßgerät V auch bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung erfaßt. Die drei Stromwandler W1, W2-und LT', sind in einer geschlossenen Dreieckschaltung vereinigt. An die Eckpunkte der Dreieckschaltung sind die Primärwicklungen von drei Transformatoren TI, T2 und T, in Sternschaltung angeschlossen. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren bilden eine offene Dreieckschaltung; an welcher das Meßgerät h liegt. DieTransformatoren T1, T2 und T3 arbeiten im Sättigungsgebiet, so daß sich drei auch bei unsymmetrischer Belastung gleich große Sekundärspannungen ergeben, die geometrisch addiert werden. Der Vorteil der Anordnung nach Fig. 2 gegenüber einer Anordnung nach Fig. i besteht darin, daß die iin Erdschlußfalle in allen drei Phasenleitern auftretende gleichphasige Stromkomponente das Meßgerät V nicht beeinflußt.
• Die Ausführungsbeispiele in Fig.3 und Fig. 4. zeigen Schaltungen zur Feststellung der Spannüngsunsymmetrie. In Fig. 3 liegen die Primärwicklungen von drei gesättigten Transformatoren T1, T2, T, unter Verwendung gleicher Ohmscher Vorschaltwiderstände R in Sternschaltung an den Netzspannungen. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren bilden eine offene Dreieckschaltung, an welcher das Meßgerät V liegt.- Solange die Vektoren der Netzspannungen einen symmetrischen Stern oder ein gleichseitiges Dreieck bilden; ist die am Meßgerät h liegende resultierende Spannung gleich Null.
• In Fig. q. sind zwei Sternpunkte verwendet, von denen der eine aus gleichen Ohmschen Widerständen R,- der andere aus spannungsabhängigen Widerständen, beispielsweise aus untereinander gleichen Eisenwasserstoffwiderständen r, gebildet ist. Während die konstanten Widerstände R einen den Netzspannungen entsprechenden Strom durchlassen, besitzen die Eisenwasserstoffwiderstände r die Eigen-.
• U üm1°chkeit, daß sie nur einen konstanten rom durchlassen. Nur bei Symmetrie der Netzspannungen besitzen die beiden Sternpunkte das gleiche Potential, so daß ein zwischen ihnen eingeschaltetes Meßgerät oder Relais V spannungslos ist.
• Eine Schaltung zur Feststellung der Strömunsymmetrie mit der gleichen Wirkung wie die der Schaltung nach Fig.2 zeigt Fig. 5. jedoch ist bei Fig. 5 -die galvanische Verkettung der Stromwandler vermieden. Zu dem Zweck sind drei gesättigte Zwischenwandler t1, t2 und ts verwendet, welche j e zwei Primärwicklungen aufweisen und von je zwei verschiedenen Phasenströmen erregt werden. Dadurch entspricht die Erregung den verketteten Strömen, wie dies auch bei der Anordnung nach Fig. ? der Fall ist. Es ist aber nicht notwendig, die Stromwandler wie in Fig. 2 in Dreieckschaltung galvanisch miteinander zu verbinden, so daß man die Möglichkeit behält, die Stromwandler in Sternschaltung zu schalten, wie dies beispielsweise für die Erdschlußerfassung notwendig ist. Ein dein nicht näher bezeichneten Relais vorgeschalteter induktiver Widerstand L und ein zum Relais parallel liegender, ebenfalls' nicht näher bezeichneter Nebenschluß halten etwa vorhandene Oberwellen von dem Relais fern.
• Man kann die mittels einer Schaltung zur Erfassung der gegenläufigen Stromkomponente nach der Erfindung gewonnene resultierende Spannung (oder die resultierende Stromstärke) und die resultierende Spannung einer Schaltung zur Feststellung der gegenläufigen Spannungskomponente nach der Erfindung auch miteinander vereinigen, um beispielsweise mit Hilfe eines wattmetrischen Meßgerätes oder Relais das Vorzeichen der unsymmetrischen Leistung festzustellen. Da in einem Störungsfall die unsymmetrische Leistung im ganzen Leitungsnetz von der Fehlerquelle fortgerichtet ist, läßt sich mit Hilfe eines derartigen, das Vorzeichen der unsymmetrischen Leistung anzeigenden Gerätes die gleiche Wirkung erzielen, -welche man bei den bekannten Schutzschaltungen mit Hilfe von Energierichtungsrelais erreicht.
• Man kann bei Verwendung gesättigter Drosselspülen oder Transformatoren die Anordnung auch so treffen, daß jede Drosselspule oder jeder Transformator von den drei Leiterströmen des Drehstromnetzes erregt wird. Dabei kann man die Windungszahlen der einzelnen Erregerwicklungen untereinarider derart ungleich machen, daß diese Ungleichheiten sich bei Symmetrie der Belastungsströme gegenseitig aufheben. Dadurch wird erreicht, daß auch in bestimmten Grenzfällen, z. B. bei der Anordnung nach Fig. 2 dann, wenn zwei Phasenströme gleich groß und entgegengesetzt gerichtet sind und der dritte Phasenstrom gleich Null ist, die resultierende Spannung am Relais nicht ausbleibt, was ohne diese Maßnahme eintreten würde, obwohl dann eine ganz erhebliche Verzerrung des Stromdreieckes vorliegt. Der betrachtete Grenzfall kann bei jedem satten Kurzschluß in Erscheinung treten, wenn der Arbeitsstrom gegenüber dem Kurzschlußstrorn vernachlässigbar klein wird. Ein anderer Fall, bei welchem ebenfalls die Möglichkeit besteht, daß eine bestehende Urisymmetrie keine Spannung am Anzeigegerät V hervorruft, liegt dann vor, wenn zwei Phasenströme gleich groß und gleichgerichtet sind, während der dritte Phasenstrom entgegengesetzte Richtung hat und gleich der Summe der beiden anderen Phasenströme ist. Dieser Fall ist auch möglich, wird aber bei Wahl ungleicher Windungszahlen oder Eisenquerschnitte ebenfalls erfaßt.
• Die vorhin beschriebene Maßnahme, daß Jeder Transformator -oder jede Drosselspule von den drei Phasenströmen, aber in ungleichem Maße, erregt wird, beseitigt diese Schwierigkeit. Als besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn die drei Erregeramperewindungszahlen jedes Transformators oder jeder Drosselspule derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Erregung des Transformators bei keiner im erdschlußfreien Zustand des Netzes möglichen Verteilung der Phasenströme ganz verschwinden kann.
• Man kann sich vorstellen, daß die Wandler t1, t. und t3 in Fig. 5 statt von zwei von j e drei Phasenströmen erregt werden, d. h. also, daß die Wandler drei Primärwicklungen erhalten. Es empfiehlt sich dann, die Primärwicklungen der drei Wandler so zu bemessen, daß die Gesamtamperewindungszahl A des ersten Wandlers durch die Gleichung A=Jr-a. Js-(i-o) .Jt bestimmt ist; die Gesamtamperew indungszahl des zweiten Wandlers B entspricht der Gleichung B-Jt-a. Jr-(i-a) . J., und die Amperewindungszahl des dritten Wandlers entspricht der Gleichung C=JS-a. Jt-(i-a) . Jr.
• Die vektorielle Summe der durch die Summe der Amperewindungen A -j- B + C erzielten Kraftflüsse ist bei vollkommener Netzsymmetrie gleich Null, und man kann durch geeignete Wahl der Konstanten a erreichen, daß die Summe dieser Kraftflüsse nur in einem solchen Unsymmetriefall Null werden kann, welcher praktisch nicht möglich ist. Wird z. B. a -= o,8 gewählt, dann würde außer bei Sy mmetrie die Summe der Sekundärspannungen der drei Wandler nur unter der Voraussetzung wiederum gleich Null werden, daß J s = -f- z J,. und Jt = -3 .Ir würde, was in einem Drehstromnetz aber mit Rücksicht darauf, daß die drei Spannungen in der Phase gegeneinander verschoben sind, nicht möglich ist.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Schaltung zur Erfassung der gegen.-läufigen Komponente der Ströme oder Spannungen eines Dreileiterdrelistromnetzes, gekennzeichnet durch die Anwendung dreier nicht linearer Widerstände, welche Ströme oder Spannungen hervorrufen, die in ihrer gegenseitigen Phasenlage zueinander dieselben Beziehungen besitzen wie die entsprechenden Meßgrößen des Drehstromnetzes und die im Erregerkreis eines Relais oder Anzeigegerätes einen der Verzerrung des Stromdreiecks oder des Spannungsdreiecks entsprechenden resultierenden Strom ergeben.
2. 2. Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß drei untereinander gleiche strom- oder spannungsabhängige Widerstände (Impedanzen) derart an das Drehstromnetz angeschlossen sind, daß die Summe ihrer Ströme oder Spannungen bei symmetrischem System gleich Null ist.
3. 3. Schaltung nach Anspruch i oder z, dadurch gekennzeichnet, daß drei von den Phasenleiterströmen erregte Stromwandler drei in Reihe geschaltete gesättigte Drosselspulen speisen, deren Gesamtspannung ein Maß für die gegenläufige Komponente der Ströme ist. q..
4. Schaltung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in geschlossener Dreieckschaltung geschaltete Stromwandler in Sterndreieck geschaltete gesättigte Zwischenwandler speisen, deren resultierende Sekundärspannung das Meßgerät oder Relais erregt.
5. 5. Schaltung mit der Wirkung einer Schaltung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß zwecks galvanischer Trennung der Stromwandler Zwischenwandler mit j e zwei von verschiedenen Phasenströmen erregten Primärwicklungen sekundärseitig in Dreieck geschaltet sind.
6. 6. Schaltung nach Anspruch i zur Erfassung der gegenläufigen Spanntrogskomponente, dadurch gekennzeichnet, daß drei spannungsabhängige Widerstände an das Netz derart angeschlossen sind, daß sie einen Sternpunkt bilden, dessen Potential bei symmetrischem System mit dem Netznullpunkt zusammenfällt, und daß ein Meßgerät oder Relais zur Erfassung der gegenläufigen Komponente zwischen diesem und einem zweiten aus konstanten Widerständen gebildeten Sternpunkt eingeschaltet ist. Schaltung nach Anspruch 6; dadurch gekennzeichnet, daß der künstliche Sternpunkt mittels Eisenwasserstoffwiderständen gebildet ist. B. Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß drei gesättigte Wandler, die von den Phasenspannungen des Drehstromsystems über untereinander gleiche Ohmsche Vorschaltwiderstände erregt werden, tinen,künstlichen Sternpunkt bilden und daß das Meßgerät oder Relais an der, Spannung der offenen Dreieckschaltung auf der Sekundärseite der Wandler liegt. g. Kombination einer- Schaltung nach den Ansprüchen 3 bis 5 mit einer Schaltung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daßdie der gegenläufigen Spannungskomponente entsprechende Spannung und der der gegenläufigen Stromkomponente entsprechende Ström je eine der beiden Spulen eines -%vattmetrischen Meßgerätes oder Relais erregen, so daß die Ausschlagsrichtung des Meßgerätes oder Relais das Vorzeichen der unsymmetrischen Leistung anzeigt. io. Schaltung nach Anspruch 3 bis 5; dadurch gekennzeichnet, daß die Amperewindungen der Erregerwicklungen der Zwischenwandler oder Drosselspulen untereinander ungleich gewählt sind, daß aber bei Symmetrie der Netzströme die Gesamtspannung am Meßgerät oder Relais gleich Null ist. ii. Schaltung nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zwischenwandler von den drei Phasenströmen in verschiedenem Maße erregt wird, däß seine resultierende Erregung aber bei keiner im erdschlußfreien Zustand des Netzes möglichen Größe und Phasenlage der drei Phasenströme verschwindet.