DE1020410B - Anordnung zum Schutz gegen von hochfrequenten Schwingungen begleitete laenger anhaltende Stoerungen und Fehler in Hochspannungsapparaten und -geraeten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die bei der Herstellung von Hochspannungsapparaten und -geraten, wie Wandler, Transformatoren, Kondensatoren, entstehenden Fehler oder später auftretende Störungen haben zeitraubende und kostspielige Reparaturen zur Folge, vor allem, wenn der Fehler oder die Störung nicht rechtzeitig erkannt wird. Der Apparat oder das Gerät kann dann unter Umständen durch Brand vernichtet werden, der sich sogar auf die ganze Anlage übertragen und diese zerstören kann.

Es wurde gefunden, daß es dn einfacher Weise möglich ist, die geschilderten, oft sehr schwerwiegenden Schäden durch sofortige Berücksichtigung im Keim zu verhüten und außerdem eine Reihe besonderer Vorteile zu gewinnen, und zwar durch eine kleine Induktivität zwischen dem an Erde zu legenden Ende des Hochspannungskreises und Erde, an welcher der niederfrequente Betriebsstrom nur einen kleinen Spannungsfall hervorruft, während die durch einen inneren Fehler oder eine innere Störung verursachten hochfrequenten Schwingungen an dieser Induktivität einen so großen Spannungsabfall erzeugen, daß damiit eine Fehleranzeige oder Schutzeinrichtung betätigt wird.

Durch die Erfindung wird vor allem die Aufgabe gelöst, innere Isolationsschäden von Hochspannungsapparaten und -geräten festzustellen, indem die bei derartigen Schäden entstehenden, typischerweise länger anhaltend oder andauernd auftretenden hochfrequenten Schwingungen zur Anzeige und zum Schutz des betreffenden Apparates Verwendung finden.

Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, die von Lichtbögen, die bei Schäden oder Störungen an elektrischen Apparaten auftreten, herrührenden HocE-frequenzschwingungen zur Anzeige der Störung zu verwenden. Die Hochfrequenz wurde in diesem Fall jedoch dazu benutzt, über eine Antenne und einen Kondensator die Anzeigeeinrichtung zu betreiben.

Die Erfassung eines Schadens über einen Hochspannungskondensator und eine Antenne ist jedoch im Vergleich zur Einrichtung nach der Erfindung wesentlich teurer und umständlicher, zumal dort noch ein zusätzliches Hilfsnetz zur Erzeugung der Vorspannung für das Glimmrelais erforderlich wird, während die Einrichtung nach der Erfindung ohne jede Abänderung des zu schützenden Apparates direkt in dessen Erdleitung eingebaut werden kann.

Bei weiteren bekannten Einrichtungen wird der Spannungsabfall an einer Induktivität zwischen dem an Erde zu legenden Ende des Hochspannungskreises und der Erde zur Anzeige der Betriebsstörungen herangezogen, wobei jedoch die Ausnutzung der bei solchen Störungen und Fehlern entstehenden hoch-Anordnung zum Schutz gegen von
hochfrequenten Schwingungen begleitete länger anhaltende Störungen und Fehler in Hochspannungsapparaten und -geraten

Anmelder:

Messwandler-Bau G.m.b.H.,
Bamberg, Nürnberger Str. 225

Dipl.-Phys. Erwin Schühlein, Bamberg,
ist als Erfinder genannt worden

frequenten Schwingungen nicht vorgesehen ist. Ein

ao Vorschlag bezieht sich hierbei darauf, am Nullwandler die bei Kurzschlüssen auftretende Verschiebung des Sternpunktes in bezug auf das Erdpotential zu messen. Diese Einrichtung ist daher auf ein ganz bestimmtes Anwendungsgebiet, nämlich auf ein Selektivschutzsystem für Drehstromverteilungsnetze, beschränkt. Nach einem anderen Vorschlag wird in. einem Netz der steile Anstieg des Sternpunktpotentials im Augenblick des Erdschlusses ausgenutzt, um mit Hilfe von frequenzabhängigen Widerständen in der Spannungsspule des Erdschlußrelais einen erhöhten Stromstoß zu erzeugen. Es werden also, anders als bei der neuen Erfindung, die in. zu schützenden Apparaten durch Störungen entstehenden Hochfrequenzimpulse zur Anzeige des eingetretenen Schadens benutzt, da sich die Erdschlußanzeige auf einen Vorfall bezieht, der praktisch stets im Freileitungsnetz, mithin außerhalb des zu schützenden Apparates, entsteht.

Mit Hilfe der Erfindung lassen sich auch kleine und kleinste Fehler und Störungen erforderlichenfalls über einfache, z. B. 1 : 1000 übersetzende Verstärker zuverlässig und rechtzeitig erkennen, z. B. mit Hilfe einer Alarmeinrichtung wahrnehmen und, etwa mittels einer Abschaltvorrichtung, unwirksam machen, so daß es niicht zu den gefürchteten Groß- oder Totalschäden kommt.

Vorteilhaft ist bei Anwendung der Erfindung weiter, daß HilfsSpannungen überhaupt nicht und Verstärkungen allenfalls nur für sehr schwache Hochfrequenzen erforderlich sind, etwa zum Erkennen sehr kleiner, nicht unbedingt Schäden verursachender Fehler oder Störungen. Deshalb können auch die auf der Erfindung beruhende Anordnung oder Einrichtung sowie die zugehörigen Vorrichtungen und Mittel nachträglich an jeden vorhandenen Hochspannungsapparat

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oder -gerät einzeln an- oder eingebaut werden, z. B. zwischen Primärwicklung und Erde. Auch Fehler und Störungen, die nicht im Hochspannungskreis selbst vorhanden sind oder auftreten, können, wenn die Fehler- oder Störungsstelle nicht zu weit entfernt ist, erkannt und für die Schutzvorrichtung ausgenutzt werden, selbst wenn die auflaufenden Fehler- oder Störungswerte eine oder mehrere Größenordnungen kleiner sind.

Vorteilhaft ist ferner, daß sich die Erfindung auch zur Prüfung des Hochspannungsapparates oder -gerätes vor dessen Einbau in die Anlage, d. h. also· vornehmlich im Prüffeld, eignet. Die Apparate und Geräte, wie Wandler, Transformatoren, Kondensatoren, aber auch die Isolierstoffe selbst, bei kapazitiver Ankopplung auch die Oberflächen aller dieser Objekte, lassen sich dabei auf Entladungen, Glimmen, Gleitfunken oder sonstige vorhandene Fehler und nachträgliche Störungen prüfen und messen, und zwar ohne weiteres auch mit laufender Registrierung, sofern die Fehler und Störungen von hochfrequenten Schwingungen begleitet sind.

Für die praktische Ausführung der Erfindung ist es zweckmäßig, im Hochspannungskreis, ζ. B. des Apparates oder Gerätes, eine erste, verhältnismäßig kleine Induktivität vorzusehen, an welcher einerseits durch die Niederfrequenz ein sehr kleiner Spannungsabfall und andererseits durch die fehler- oder störungsbedingte Hochfrequenz eine viel größere Spannung erzeugt wird, wobei der von der Niederfrequenz, z. B. Betriebsfrequenz, herrührende kleine Strom fast praktisch völlig über die erste Induktivität zur Erde abgeleitet wird. Der Rest dieses Stromes und der viel größere Hochfrequenzstrom werden vor der ersten Induktivität zweckmäßigerweise zunächst einem kleinen Kondensator zugeführt, welcher den Rest des Niederfrequenzstromes blockiert und den Hochfrequenzstrom zu einer zweiten Induktivität weiterleitet. Diese liegt an Erde und leitet einerseits allenfalls noch vorhandene Reste des Niederfrequenzstromes zur Erde ab und wird andererseits vor allem durch die auftretende Hochfrequenz zu gedämpften Eigenschwingungen angeregt, von welchen die Größen zur gegebenenfalls messenden und registrierenden Anzeige und'oder zum Schutz, z. B. zur Abschaltung mindestens des betreffenden Hochspannungsapparates oder -gerätes abgeleitet werden. Mit Hilfe dieser abgeleiteten Größen werden z. B. Meßinstrumente, wie Röhrenvoltmeter, MeßgerätemitGleichrichter, Thermokreuzinstrumente, ferner Registriergeräte, wie Streifenschreiber, Oszillographen, des weiteren Verstärker, Relais, etwa ein magnetisches Relais nach Gleichrichtung, Thermorelais, gesteuert, welche den fehlerhaften oder gestörten Apparat oder Gerät oder den betreffenden Anlagenteil unmittelbar oder über eine besondere Schutzvorrichtung abschalten.

Der Einfluß der im Hochspannungskreis liegenden ersten Induktivität auf die Genauigkeit des Gerätes, z. B. einen Spannungswandler, ist vernachlässigbar klein.

Bei zwei- und mehrpoligen, nicht geerdeten Wandlern kann die Anordnung nach der Erfindung kapazitiv, z. B. über die stets vorhandenen Teilkapazitäten zwischen hochspannungsführenden Teilen und dem Gehäuse der geerdeten Sekundärwicklung oder einer Metallisierung des Wandlers, an welche der eine Pol der geerdeten Anordnung leitend angeschlossen ist, angekoppelt sein.

Insbesondere bei größeren Störungen, etwa solchen, welche zu Dauerschäden führen, können Verstärkungen entfallen, da hierbei die Hochfrequenzspannung ausreicht, um die Hochfrequenzmeßgeräte, wie Röhrenvoltmeter usw., zu betreiben und zu steuern. Hilfsspannungen sind hierbei stets entbehrlich.

Vorteilhafterweise erhält die Anordnung gemäß der Erfindung Selektivität in bezug auf die bei Fehlern oder Störungen auftretenden Hochfrequenzen, z. B. indem die zweite Induktivität als Bandfilter ausgebildet wird und/oder indem ihr ein entsprechender, gegebenenfalls regelbarer kleiner Parallelkondensator zugeordnet wird.

Die Anordnung nach der Erfindung läßt sich ohne weiteres so gestalten und bemessen, daß bestimmte Störungen, z. B. einmalige Stöße, eine Anzeige und/ oder Abschaltung des betroffenen Apparates, Gerätes oder Anlagenteiles nicht bewirken. Vorteilhafter weise wird zu diesem Zweck z. B. am Ausgang der Anordnung ein besonderes, gegebenenfalls änderbares RC-Glied vorgesehen, mittels dessen die Anzeige und/ oder Abschaltung oder eine sonstige Schutzmaßnahme beliebig verzögert werden kann. Neben oder an Stelle solcher Zeitverzögerungsglieder eignen sich z. B. auch Uhrwerke, Zeitrelais od. dgl.

Bei drei- oder mehrphasigen Apparaten, Geräten, Anlagen usw. oder mehreren solcher Apparate usw. genügt unter Umständen eine einzige Anzeige- und/ oder Schutzvorrichtung, die z. B. in die gemeinsame Rück-, etwa Erdleitung, eingebaut wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der Zeichnung und der folgenden Beschreibung zu entnehmen.

Die bei 1 angeschlossene Hochspannung führt zur Primär- oder Hochspannungsseite 2 des zu überwachenden Apparates oder Gerätes, z. B. eines einpolig isolierten Spannungswandlers, an dessen Sekundärseite 3 die Bürde, z. B. ein Zähler, liegt. Zwischen Hochspannungsseite 2 und Erde 4 liegt die erste Induktivität 5, an der entsprechend dem komplexen Widerstand außer dem verhältnismäßig kleinen Spannungsabfall der Betriebsfrequenz von z. B. 50 Hz im Falle eines Fehlers oder einer Störung auch die verhältnismäßig größere Spannung auf Grund der bei dem Fehler oder der Störung auftretenden Hochfrequenz entsteht.

Um die Betriebsfrequenz auszusieben, wird bei 6, d. h. zwischen Hochspannungsseite 2 des Wandlers und der Induktivität 5, eine verhältnismäßig kleine Kopplungskapazität 7 angeschlossen, an deren anderem Belag die zweite Induktivität 8 liegt, deren Induktivitätswert etwa gleich demjenigen der ersten Induktivität ist. Der andere Pol der zweiten Induktivität liegt gleichfalls an der Erde 4, so daß der nicht über die erste Induktivität zur Erde abgeleitete Rest der Betriebsfrequenz ebenfalls zur Erde abgeleitet wird.

Durch die Hochfrequenz, etwa wie sie bei Funkenentladung«! auftritt, wird die zweite Induktivität zu Eigenschwingungen bzw. -resonanz angeregt, deren Frequenz mit der der Induktivität parallel geschalteten, gegebenenfalls regelbaren Kapazität 9 festgelegt werden kann. An die Induktivität 8 und gegebenenfalls die parallele Kapazität 9 wird bei 10 und 11 das Anzeige- und/oder Schutzgerät, erforderlichenfalls über \^Terstärker. angeschlossen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Schutz gegen von hochfrequenten Schwingungen begleitete langer anhaltende bzw. dauernde Störungen und Fehler in Hochspannungsapparaten und -geräten, gekennzeichnet durch eine kleine Induktivität zwischen

dem an Erde zu legenden Ende des Hochspannungskraises und Erde, an. welcher Induktivität der kleine niederfrequente Betriebsstrom nur einen kleinen Spannungsabfall hervorruft, während die durch einen inneren Fehler oder eine innere Störung verursachten hochfrequenten Schwingungen an dieser Induktivität einen so großen Spannungsabfall erzeugen, daß damit aine Fehleranzeige- oder -schutzeinrichtung betätigt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hochspannungskreis und Induktivität, zweckmäßigerweise über eine den etwaigen Rest des Niederfrequenzstromes blockierende Kapazität, eine zweite geerdete Induktivität angeschlossen ist, die einerseits einen hinter der Kapazität noch vorhandenen kleinen Rest des Niederfrequenzstromes zur Erde ableitet und andererseits durch die an der ersten Induktivität entstanden eHochf requenzspannung zuEigenschwingungen angeregt wird, die zum Betreiben und Steuern der Anzeige- und/oder Schutzvorrichtungen verwendet werden.

3. Anordnung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Induktivität, vorzugsweise die zweite, als Bandfilter ausgebildet ist, beispielsweise dadurch, daß ihr eine weitere, gegebenenfalls abstimmbare Kapazität parallel geschaltet ist.

4. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 3 für zwei- oder mehrpolige, nicht geerdete Wandler od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung kapa,-zitiv, z. B. über die stets vorhandenen Teilkapazitäten zwischen hochspannungsführenden Teilen

ίο und dem Gehäuse, der Sekundärwicklung oder einer Metallisierung des Wandlers od. dgl., an welche der eine Pol der geerdeten Anordnung leitend angeschlossen ist, angekoppelt ist.

5. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch

is gekennzeichnet, daß die erzeugten Hochfrequenzströme gleichgerichtet und anschließend einem gleichstromempfindlichen Gerät, z. B. einem Drehspulgerät oder einem magnetischen Relais, zugeleitet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung S 3228VIIIb/21c (bekanntgemacht am 13. November 1952);

deutsche Patentschriften Nr. 592 378, 649 615.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen