DE1048990B - Von der Spannung einer Wechselstromleitung abhaengige Schutz- oder Messanordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine von der Spannung einer Wechselstromleitung, insbesondere für Hochspannung, abhängige Schutz- oder Meßanordnung, die in Wirkabhängigkeit von einer von der Leitungsspannung beaufschlagten kapazitiven Anordnung gebracht ist. In Hochspannungswechselstromkreisen ist es wünschenswert, eine relativ kleine, der Leitungsgröße proportionale Ausgangsgröße zu erhalten, da diese beispielsweise zur Erregung einer Meßanordnung oder einer Schutzanordnung, beispielsweise eines Schutzrelais, benutzt wird. Bei bekannten Einrichtungen dieser Art hat man zur Ableitung derartig kleiner Ausgangsgrößen sogenannte Potentialeinrichtungen verwendet. Diese Potentialeinrichtungen sind mit einer kapazitiven Anordnung verbunden, die ihrerseits mit dem Wechselstromkreis in Verbindung steht. Solch eine kapazitive Anordnung enthält beispielsweise eine Kondensatordurchführung zur Isolation des Leiters oder einen Kopplungskondensator zur Einführung des Stromes in den Stromkreis.

Ferner weisen die bekannten Potentialeinriahtungen noch einen Stufentransformator auf, dessen Primärwicklung zwischen einem Teil des Kondensatorbelages und der Erdverbindung der kapazitiven Anordnung liegt. Infolgedessen wird die Primärwicklung durch die an dem betreffenden Teil der kapazitiven Anordnung auftretende Spannung erregt und erzeugt eine kleine Sekundärspannung, welche proportional der Spannung des Leiters ist. Die Meß- oder Schutzeinrichtung ist an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen. Bei derartigen Potentialeinrichtungen wird die Primärwicklung des Transformators mit mehreren Kilovolt beaufschlagt. Es treten somit Schwierigkeiten bei der Isolation des Spannungstransformators auf. Weiterhin muß bei der vorgenannten Anordnung die notwendige Energie für die Potentialeinrichtung samt Verbraucher von der kapazitiven Anordnung geliefert werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Ableitung einer kleinen elektrischen Ausgangsgröße, welche proportional der Spannung des Hochspannungswechselstromkreises ist, mittels einer Einrichtung zu erreichen, bei der die erregende Spannung nur einen Bruchteil wie bisher zu betragen braucht, wobei der Energiebedarf des Verbrauchers nicht mehr von der kapazitiven Anordnung voll geliefert zu werden braucht. Die Lösung besteht darin, daß die kapazitive Anordnung mit dem Eingang eines ersten Zwischentransformators verbunden ist, der über eine gleichstromerregte Verstärkeranordnung mit dem Eingang eines zweiten Zwischentransformators in Wirkverbindung steht, an dessen Ausgang die Schutz- oder Meßanordnung angeschlossen ist.

Von der Spannung
einer Wechselstromleitung abhängige
Schutz- oder Meßanordnung

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Dezember 1956

John F. Reuther, Swissvale, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Die Verstärkeranordnung kann gleichstromerregte Transistoren in Gegentaktschaltung enthalten. Wenn eine SchutzrelaisauordnuiKg eines Leitungsschalters als Verbiraucher vorgesehen ist, wird die Gleichstromerregung des Verstärkers dauernd aufrechterhalten über eine Gleichspannungsquelle, welche ausreicht, um den Leitungsschalter auszulösen. Mit dem Gegenstand der Erfindung kann die Größe der benötigten Spannung für die Erregung der Potentialeinrichtung beträchtlich verkleinert werden. Weiterhin braucht — wie erwähnt — nur ein Teil der benötigten Energie von der kapazitiven Anordnung abgeleitet zu werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Im Wechselstromsystem 1 ist nur der Verbindungsleiter 3 für die Verbindung nicht gezeichneter Verbraucheranordnungen mit ebenfalls nicht gezeichneten Energieerzeugungsanlagen gezeigt. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um einen Hochspannungskreis, beispielsweise für 46 kV, der mit normaler Starkstromfrequenz von beispielsweise 60 Perioden gespeist wird.

Um eine verhältnismäßig kleine elektrische Ausgangsgröße, die proportional der Spannung des Leiters 3 ist, zu erhalten, ist bei der Einrichtung nach der Erfindung eine Anordnung 5 vorgesehen, die von einer Kondensatoranordnung 7 im Leiter 3 gespeist wird. Die Kondensatoranordnung kann entweder als Kondensatordurchführung ausgebildet sein, zwecks

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Isolierung des Leiters 3, oder als Kopplungskapazität zur Einführung des Stromes in den Leiter 3. Für den vorliegenden Fall wird die Einrichtung? beispielsweise in Form einer an sich bekannten Kondensatordurchführung ausgeführt, bei der abwechselnd Lagen von leitenden Metallfolien 9 und isolierendem Material 11 um den Leiter 3 gerichtet sind, so daß sich eine Serienschaltung von einzelnen Kondensatoreinheiten ergibt. Bei dieser Anordnung tritt somit jeweils ein Teil der Spannung des Leiters 3 an den einzelnen Kondensatoreinheiten auf. Die Einrichtung 5 enthält einen an die Kondensatoranordnung 7 angeschlossenen Transformator 13, der einen Magnetkern 15 mit einer Primärwicklung 17 und einer Sekundärwicklung 19 aufweist. Die Primärwicklung 17 besitzt Eingangsklemmen 21 und 23; letztere ist bei 25 mit Erde verbunden, erstere mit einer der elektrisch leitenden Folien 9 der Kondensatoranordnung 7 bei 27 verbunden. Die Kondensataranordinung 7 ist bsi 29 mit ihrer außenliegenden, elektrisch leitenden Folie 9 an Erde bei 31 angeschlossen. Die Primärwicklung 17 ist vorzugsweise nur über einen Teil der Kondensatoranordnung, nämlich über 27, Erde 25, 31 und Anschluß 29 einer Folie 9, mit dem Leiter 3 elektrisch gekoppelt.

Um einen Schutz für das Bedienungspersonal gegen schädliche Spannungen bei ungewollter Unterbrechung der Verbindung zwischen der Klemme 21 und. Erde 25 zu erreichen, ist eine Schutzanordnung 32 vorgesehen, welche Elektroden 33 und 35 enthält, die parallel zur Wicklung 17 eine Entladungsstrecke 37 bilden. Ein Regelwiderstand 39 mit einem Widerstandselement 41 ist an die Klemmen 21, 23 parallel zu der Wicklung 17 angeschlossen. Ein beweglicher Arm 43 steht mit dem Widerstandselement 41 in Verbindung und dient zum Einstellen des Widerstandswertes. Mit dem Regelwiderstand kann der Primärstrom des Transformatocs festgelegt werden.

Zur Verstärkung des Stromes und der Spannung, die vom Transformator 13 abgegeben wird, ist (gemäß der Erfindung) ein Verstärker 45 dem Transformator 13 nachgeschaltet. Der Verstärker ist beispielsweise als Gegentaktverstärker ausgebildet und enthält zwei Transistoren 47 und 49 vom p-n-p-Typ. Der Transistor 47 weist einen Emitter 51, eine Basis 53 und einen Kollektor 55 auf. In entsprechender Weise ist der Emitter des Transistors 49 mit 57, die Basis mit 59 und der Kollektor mit 61 bezeichnet.

Die Transistoren 47 und 49 werden zum Arbeiten im Gegentaktverfahren miteinander verbunden, indem sie durch um 180° phasenverschobene Eingangsspannungen erregt werden. Hierbei sind die Basen 53 und 59 mit den Ausgangsklemmen 63 und 65 der Sekundärwicklung des Transformators 13 verbunden. Die Emitter 51 und 57 sind über einen gemeinsamen Leitungspunkt bei 67 mit einem Mittelabgriff 69 der Sekundärwicklung 19 des Transformators leitend verbunden.

Ferner weist der Verstärker 45 einen Ausgangstransformator 71 auf, der einen Magnetkern 73 sowie eine Primärwicklung 75 und eine Sekundärwicklung 77 enthält. Die Primärwicklung 75 ist an ihren Klemmen 79 und 81 mit den Kollektoren 55 und 61 verbunden. Zur Gleichstromerregung der Transistoren 47 und 49 weist der Verstärker 45 Klemmen 83 und 85 auf, von denen die Klemme 83 mit dem Leitungspunkt 67 und die Klemme 85 mit einer Mittelpunktsanzapfung 87 der Primärwicklung 75 verbunden ist. Die Klemmen 83 und 85 sind an eine Gleichstromquelle angeschlossen, die im Ausführungsbeispiel

durch eine Batterie 89 gebildet ist, deren negativer Pol 91 mit der Klemme 85 und deren positiver Pol 93 mit der Klemme 83 verbunden ist. Damit ist die einwandfreie Funktion des Verstärkers 45 gewährleistet

Im Ausführungsbeispiel ist der Eingangswiderstand zwischen den Klemmen 21 und 23 im Vergleich zu der Impedanz zwischen den mit diesen bei 27 und 29 verbundenen leitenden Folien 9 sehr klein. Daher wird ein dem durch die Leiter 3 über die Einrichtung 7 fließenden Strom entsprechender Strom den Regelwiderstand 39 und die Primärwicklung 17 durchfließen. Die Impedanz der Kondensato-ranordnung 7 ist verhältnismäßig groß, so daß der Strom durch die Primärwicklung 17 nur kleine Werte erreichen kann. Er verändert sich entsprechend einer Änderung der Spannung des Leiters 3. Im speziellen Fall, bei einer Kondensatordurchführung für 46 kV, wird die Größe des Stromes durch die Primärwicklung 17 etwa 3 niA betragen. Die Eingangsimpedanz zwischen den Klemmen 21 und 23 beträgt dabei etwa 8000 bis 9000 Ohm. Diese Werte ergeben sich bei einer Spannung an den Klemmen 21 und 23 von annähernd 25 V. Dieser Spannungswert ist um ein vielfaches kleiner als die Spannungswerte bei den bisher benutzten Potentialeinrichtungen.

Der Verbraucher, beispielsweise ein Meßinstrument für die Spannung des Leiters 3, wird vom Verstärker 45 gespeist. In der Zeichnung ist mit 95 ein Verbraucher bezeichnet, der eine Relaiseinrichtung 97 enthält und zur Betätigung eines Leitungsschalters 115 dient. Die Relaiseinrichtung 97 kann beispielsweise ein Überstrom- oder Überspannungsrelais zur Kontrolle des Leitungsschalters sein. Das Relais 97 ist mit seinen Eingangsklemmen 99 und 101 an die Sekundärwicklung 77 des Transformators 71 angeschlossen. Ein Parallelkondensator 103 dient zur Erzielung einer Belastung mit dem Leistungsfalctor Eins.

Das Relais 97 enthält einen. Arbeitskontaktteil 105, der mit ortsfesten Gegenkontaktteilen 107 zusammenwirkt. Bei Erregung des Relais 97 wird der in dem Leiter 3 angeordnete Leitungsschalter 115 ausgelöst. Hierzu ist sein Auslösemagnet 109 mit einer Erregerwicklung 111 und einem beweglichen Magnetkern 113 versehen. Die Erregerwicklung 111 liegt im Stromkreis der Batterie 89 und ist mittels der Kontaktteile 105 und 107 einschaltbar. Bei einer bestimmten Erregung des Relais 97 zieht dieses seinen beweglichen Kontakt 105 an und überbrückt somit die Kontalcte 107, so- daß die Erregerwicldung 111 von der Batterie 89 gespeist wird. Die Erregerwicklung 111 zieht den beweglichen Magnetkern 113 an, so daß der Leitungsschalter 115 abfallen und die Verbindung des Leiters 3 unterbrechen kann.

Vorteilhaft kann, wie dargestellt, die Gleichstromquelle 89 also außer zur Erregung der Transistoren 47 und 49 des Verstärkers 45 auch zur Erregung des Auslösemagneten 109 des Verbrauchers 95 mitbenutzt werden.

Zusammenfassend gilt, daß bei der Einrichtung nach der Erfindung eine wesentlich geringere Erregergröße von der im Leitungszug liegenden Kondensatoranordnung verlangt wird gegenüber den bisher benutzten Einrichtungen solcher Art und" daß trotzdem durch Verwendung von Transistorverstärkern die zur Verfügung stehende Energie'für die Betätigung der angeschlossenen Verbraucher ausreicht. Ferner bedarf es für die Erregung des Eingangstransformators 13 nur beträchtlich kleinerer Spannungen als früher. Auf diese Weise ist für die Einrichtung nach der Erfin-

Claims (7)

dung gegenüber den bekannten Einrichtungen dieser Art weniger Aufwand erforderlich. Die Anordnung der Erfindung beschränkt sich jedoch nicht nur auf das angegebene Ausführungsbeispiel, sondern kann unter Verwendung des Er- findungsgedankens in mannigfacher Art und Weise abgewandelt werden. Pat ε ν τ λ ν s t> r c c η κ:

1. Von der Spannung einer Wechselstromschaltung, insbesondere für Hochspannung, abhängige Schutz- oder Meßanordnung, die in Wirkabhängigkeit von einer von der Leitungsspannung beaufschlagten kapazitiven Anordnung, vorzugsweise einer die Leitung umgebenden Kondensatordurchführung, gebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Anordnung (7) mit dem Eingang eines ersten Zwischentransformators (13) verbunden ist, der über eine gleichstromerregte Verstärkeranordnung (45) mit dem Eingang eines zweiten Zwischentransformators (71) in Wirkverbindung steht, an dessen Ausgang die Schutz- oder Meßanordnung (97) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswiderstand des ersten Zwischentransformators klein gegenüber der Impedanz der kapazitiven Anordnung ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Primärwicklung (17) des ersten Zwischentransformators (13) ein einstellbarer Widerstand (39) sowie

gegebenenfalls eine Spannungsschutzanordnung (32), vorzugsweise in Form einer Entladungsstrecke (37), geschaltet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkereinrichtung als Gegentaktverstärker mit zwei Transistoren (47, 49) ausgebildet ist, deren Basen (53, 59) an die Sekundärwicklung (19), deren Emitter (51, 57) gemeinsam an eine Mittelanzapfung (69, 67) derselben und deren Kollektoren (55, 61) an die Primärwicklung (75) des zweiten Zwischentransformators (71) angeschlossen sind und die über eine an die Mittel anzapfungen (69, 87) der beiden Wicklungen (19, 75) angeschlossene Gleichspannungsquelle erregt sind.

5. Einrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen in Anwendung als Leitungsschutz, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang (77) des zweiten Zwischentransformators (71) ein Übarspannungs- oder Überstromrelais angeschlossen ist, das bei seinem Ansprechen den Auslösestromkreis für den Auslöser (109) eines Leitungsschalters (115) schließt und somit den Schalter zum Abfallen bringt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Relais ein Kondensator solcher Bemessung liegt, daß der Leistungsfaktor Eins ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösestromkreis an die den Verstärker erregende Gleichspannungsquelle (89) angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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