DE1048990B

DE1048990B - Protection or measurement arrangement depending on the voltage of an AC line

Info

Publication number: DE1048990B
Application number: DEW22345A
Authority: DE
Inventors: John F Reuther
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1956-12-20
Filing date: 1957-12-04
Publication date: 1959-01-22

Description

DEUTSCHESGERMAN

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.The invention relates to one of the voltage of an AC line, in particular for High voltage, dependent protection or measuring arrangement, which is dependent on one of the Line voltage applied capacitive arrangement is brought. In high voltage AC circuits it is desirable to obtain a relatively small output variable proportional to the size of the line, since this is used, for example, to excite a measuring arrangement or a protective arrangement, for example a protection relay is used. In known devices of this type one has to derive so-called potential devices are used for such small output quantities. These potential facilities are connected to a capacitive arrangement, which in turn is connected to the AC circuit communicates. Such a capacitive arrangement contains, for example, a condenser bushing to isolate the conductor or a coupling capacitor to introduce the current into the Circuit.

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.Furthermore, the known potential devices also have a step transformer, the primary winding of which between part of the capacitor plate and the ground connection of the capacitive arrangement lies. As a result, the primary winding through the part of the capacitive arrangement in question occurring voltage excites and generates a small secondary voltage, which is proportional to the Voltage of the conductor is. The measuring or protective device is connected to the secondary winding of the transformer connected. In such potential devices, the primary winding of the transformer charged with several kilovolts. Difficulties arise in isolating the Voltage transformer on. Furthermore, in the aforementioned arrangement, the necessary energy for the potential device including consumers are supplied by the capacitive arrangement.

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.The object of the invention is to derive a small electrical output which is proportional the voltage of the high-voltage AC circuit can be achieved by means of a device, in which the exciting voltage only needs to be a fraction as before, whereby the Energy requirements of the consumer can no longer be fully supplied by the capacitive arrangement needs. The solution is that the capacitive arrangement with the input of a first intermediate transformer is connected, which is connected to the input via a DC-excited amplifier arrangement a second intermediate transformer is in operative connection, at the output of which the protective or Measuring arrangement is connected.

Von der Spannung
einer Wechselstromleitung abhängige
Schutz- oder MeßanordnungFrom the tension
an AC line dependent
Protection or measuring arrangement

Anmelder:Applicant:

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

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

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Dezember 1956Claimed priority:
V. St. v. America December 20, 1956

John F. Reuther, Swissvale, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt wordenJohn F. Reuther, Swissvale, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.), has been named as the inventor

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.The amplifier arrangement can contain DC-excited transistors in a push-pull circuit. if a protective relay arrangement of a line switch is provided as a consumer, the direct current excitation of the amplifier is continuously maintained via a DC voltage source, which is sufficient to trigger the circuit breaker. With the subject matter of the invention, the size of the voltage required for the excitation of the potential device can be reduced considerably. Furthermore needs - how mentioned - only part of the energy required to be derived from the capacitive arrangement.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand der Zeichnung näher erläutert.Further details of the invention are explained in more detail with reference to the drawing.

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.In the alternating current system 1, only the connecting conductor 3 is used to connect consumer arrangements, not shown shown with power generation systems also not shown. It is about in this case preferably a high voltage circuit, for example for 46 kV, the one with normal high current frequency is fed for example 60 periods.

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, zwecksTo a relatively small electrical output that is proportional to the voltage of the conductor 3 is to be obtained, an arrangement 5 is provided in the device according to the invention, which of a capacitor arrangement 7 in the conductor 3 is fed. The capacitor arrangement can either as Capacitor bushing be designed for the purpose

809 730/330809 730/330

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.Insulation of conductor 3, or as a coupling capacitance for introducing the current into conductor 3. For the present case, the device? for example in the form of a condenser bushing known per se, in which alternating layers of conductive metal foils 9 and insulating material 11 are directed around the conductor 3 , so that a series connection of individual condenser units results. In this arrangement, a portion of the voltage of the conductor 3 occurs in each case on the individual capacitor units. The device 5 contains a transformer 13 which is connected to the capacitor arrangement 7 and has a magnetic core 15 with a primary winding 17 and a secondary winding 19 . The primary winding 17 has input terminals 21 and 23 ; the latter is connected to earth at 25 , the former to one of the electrically conductive foils 9 of the capacitor arrangement 7 at 27 . The condensate arrangement 7 is connected to ground at 31 with its external, electrically conductive film 9 bsi 29 . The primary winding 17 is preferably electrically coupled to the conductor 3 only via part of the capacitor arrangement, namely via 27, earth 25, 31 and connection 29 of a foil 9.

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.In order to protect the operating personnel against harmful voltages in the event of unintentional interruption of the connection between terminal 21 and. To reach earth 25 , a protective arrangement 32 is provided which contains electrodes 33 and 35 which form a discharge path 37 parallel to winding 17. A variable resistor 39 with a resistance element 41 is connected to the terminals 21, 23 in parallel with the winding 17 . A movable arm 43 is connected to the resistance element 41 and is used to adjust the resistance value. The primary current of the transformer can be set with the rheostat.

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.In order to amplify the current and the voltage which is emitted by the transformer 13 , an amplifier 45 is connected downstream of the transformer 13 (according to the invention). The amplifier is designed, for example, as a push-pull amplifier and contains two transistors 47 and 49 of the PNP type. The transistor 47 has an emitter 51, a base 53 and a collector 55 . In a corresponding manner, the emitter of the transistor 49 is denoted by 57, the base by 59 and the collector by 61.

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.The transistors 47 and 49 are connected to one another in order to operate in a push-pull process, in that they are excited by input voltages which are phase-shifted by 180 °. The bases 53 and 59 are connected to the output terminals 63 and 65 of the secondary winding of the transformer 13 . The emitters 51 and 57 are conductively connected via a common line point at 67 to a center tap 69 of the secondary winding 19 of the transformer.

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 AusführungsbeispielThe amplifier 45 also has an output transformer 71 which contains a magnetic core 73 as well as a primary winding 75 and a secondary winding 77 . The primary winding 75 is connected to the collectors 55 and 61 at its terminals 79 and 81 . For direct current excitation of the transistors 47 and 49 , the amplifier 45 has terminals 83 and 85 , of which the terminal 83 is connected to the line point 67 and the terminal 85 is connected to a midpoint tap 87 of the primary winding 75 . The terminals 83 and 85 are connected to a direct current source, which in the exemplary embodiment

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 gewährleistetis formed by a battery 89 , the negative pole 91 of which is connected to the terminal 85 and the positive pole 93 of which is connected to the terminal 83 . This ensures that the amplifier 45 functions properly

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.In the exemplary embodiment, the input resistance between the terminals 21 and 23 is very small compared to the impedance between the conductive foils 9 connected to them at 27 and 29. Therefore, a current corresponding to the current flowing through the conductors 3 via the device 7 will flow through the variable resistor 39 and the primary winding 17. The impedance of the capacitor arrangement 7 is relatively large, so that the current through the primary winding 17 can only reach small values. It changes according to a change in the voltage of the conductor 3. In the special case, with a capacitor bushing for 46 kV, the magnitude of the current through the primary winding 17 will be approximately 3 niA. The input impedance between terminals 21 and 23 is about 8000 to 9000 ohms. These values result from a voltage at terminals 21 and 23 of approximately 25 V. This voltage value is many times lower than the voltage values for the potential devices previously used.

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.The consumer, for example a measuring instrument for the voltage of the conductor 3, is fed by the amplifier 45. In the drawing, 95 denotes a consumer which contains a relay device 97 and is used to actuate a line switch 115 . The relay device 97 can be, for example, an overcurrent or overvoltage relay for controlling the line switch. The relay 97 is connected with its input terminals 99 and 101 to the secondary winding 77 of the transformer 71 . A parallel capacitor 103 is used to achieve a load with the power factor one.

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.The relay 97 includes one. Working contact part 105, which cooperates with stationary counter-contact parts 107 . When the relay 97 is energized, the line switch 115 arranged in the conductor 3 is triggered. For this purpose, its release magnet 109 is provided with an excitation winding 111 and a movable magnet core 113 . The excitation winding 111 is in the circuit of the battery 89 and can be switched on by means of the contact parts 105 and 107. When the relay 97 is excited in a certain way, it attracts its movable contact 105 and thus bridges the contacts 107 so that the exciter winding 111 is fed by the battery 89. The excitation winding 111 attracts the movable magnetic core 113 , so that the line switch 115 can drop out and the connection of the conductor 3 can be interrupted.

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.As shown, the direct current source 89 can also advantageously be used not only to excite the transistors 47 and 49 of the amplifier 45 but also to excite the tripping magnet 109 of the consumer 95.

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-In summary, the device according to the invention requires a significantly smaller exciter size from the capacitor arrangement in the line compared to the devices of this type previously used and "that despite the use of transistor amplifiers the available energy is sufficient for the actuation of the connected consumers Furthermore, only considerably lower voltages than before are required for the excitation of the input transformer 13. In this way, for the device according to the invention

Claims

Compared to the known facilities of this type, less effort is required. However, the arrangement of the invention is not limited to the specified exemplary embodiment, but can be modified in many ways using the inventive concept. Pat ε ν τ λ ν s t> r c c η κ:

1. From the voltage of an AC circuit, in particular for high voltage, dependent protection or measuring arrangement, which is brought into active dependence on a capacitive arrangement acted upon by the line voltage, preferably a condenser bushing surrounding the line, characterized in that the capacitive arrangement (7) is connected to the input of a first intermediate transformer (13) which is operatively connected via a DC- excited amplifier arrangement (45) to the input of a second intermediate transformer (71) , to whose output the protection or measuring arrangement (97) is connected.

2. Device according to claim 1, characterized in that the input resistance of the first intermediate transformer is small compared to the impedance of the capacitive arrangement.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that an adjustable resistor (39) as well as parallel to the primary winding (17) of the first intermediate transformer (13)

optionally a voltage protection arrangement (32), preferably in the form of a discharge path (37), is connected.

4. Device according to claim 1, characterized in that the amplifier device is designed as a push-pull amplifier with two transistors (47, 49) , whose bases (53, 59) to the secondary winding (19), the emitter (51, 57) to a common Center tap (69, 67) of the same and their collectors (55, 61) are connected to the primary winding (75) of the second intermediate transformer (71) and which are connected to the center taps (69, 87) of the two windings (19, 75) connected DC voltage source are excited.

5. Device according to the preceding claims in use as line protection, characterized in that a Übarvoltage or overcurrent relay is connected to the output (77) of the second intermediate transformer (71) , which when it responds, the trigger circuit for the release (109) of a line switch (115) closes and thus causes the switch to drop out.

6. Device according to claim 5, characterized in that a capacitor in parallel with the relay such a dimensioning that the power factor is unity.

7. Device according to claim 5, characterized in that the tripping circuit is connected to the DC voltage source (89) which excites the amplifier.

1 sheet of drawings