DE1516193C - Stromwandler mit in seinem Sekundärkreis angeordneten Mitteln zur Verringerung seines Fehlwinkels - Google Patents

Description

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Ein insbesondere bei in der Selektivschutztechnik die durch ihn bedingte Kompensation nur im Sinne verwendeten Wandlern immer wieder auftretendes einer Verringerung des ohmschen Gesamtwider-Problem besteht darin, daß die Wandler auch große Standes des Sekundärkreises wirkt. Dabei erfolgt die Überströme / = η-J_n, die ein Vielfaches η des Nenn- Verringerung des ohmschen Gesamtwiderstandes des stromes J_n betragen, linear übersetzen müssen. In- 5. Sekundärkreises vorteilhafterweise derart, daß die folge der bekannten gekrümmten Magnetisierungs- Zeitkonstante r des gesamten Sekundärkreises des kennlinien der für die Eisenkerne der Wandler aus Wandlers einen Wert besitzt,. durch den der durch Leistungsgründen verwendeten Materialien ist es die Beziehung cotd = ω·τ gegebene Fehlwinkelt) schwer, eine genügende Linearität der Wandlerüber- bei der jeweils zu erwartenden niedrigsten Kreissetzung, wie' sie zum einwandfreien Arbeiten, bei- io frequenz ω des Primärstromes des Wandlers auf einen .spielsweise von Netzschutzeinrichtungen, erforderlich erforderlichen Mindestwert festgelegt ist. ist, sicherzustellen. Da nämlich die Zeitkonstante gemäß der Gleichung

Zwar kann man den Bereich der linearen Über- r -u T

setzung der Wandler im Prinzip durch zusätzlichen _T = * ' "

Aufwand an Kernmaterial nach höheren Über- 15 ^₂ + R_u strömen hin vergrößern, aber es hat sich gezeigt, daß

der erforderliche Aufwand an Kernmaterial schon bei von den Induktivitäten L und Widerständen R im

Überströmen mit η > 20 wirtschaftlich nicht mehr Sekundärkreis abhängig ist, wobei der Index 2 sich

vertretbar ist. Für die moderne Selektivschutztechnik jeweils auf die Sekundärwicklung des Wandlers und

ist es aber erforderlich, Ströme linear zu übertragen, ao der Index α sich jeweils auf an die Sekundärwicklung

die beispielsweise die hundertfache Amplitude des angeschlossene Schaltungsglieder bezieht, kann durch

Nennstromes besitzen. Derart hohe Stromwerte treten Änderung der Induktivitäten oder der Widerstände

beispielsweise bei verlagerten Kurzschlußströmen auf, im Sekundärkreis des Wandlers eine durch den je-

d. h. bei Störungen, die einen abklingenden Gleich- weils noch zulässigen Fehlwinkel bestimmte Zjsit-'

Stromanteil zur Folge haben und eine sogenannte »5 konstante eingestellt werden. "

dynamische Messung erfordern. Es ist -zwar bereits ein Stromwandler mit einem

Unter Verzicht auf einen guten Wirkungsgrad,.der im Sekundärkreis -angeordneten, zur Kompensation Wandler hat man aus diesem Grund bereits eisenlose einer Impedanz des Wandlersekundärkreises dienen-Wandler oder solche mit geschertem Eisenkern ver- den Verstärker (negativer Widerstand) und mit Mitwendet, dessen resultierende Luftspaltlänge im Hin- 30 teln zur Fehlwinkelverringerung bekannt, jedoch erblick auf den maximalen zu übertragenden Strom folgt bei diesem Stromwandler durch den Verstärker gewählt ist. Bei derartigen Wandlern, und zwar ins- vorwiegend eine Beeinflussung des Betragsfehlers, besondere den eisenlosen Wandlern, läßt sich zwar und zur Verringerung des Fehlwinkels ist eine zueine hinlängliche Linearität der Magnetisierungskenn- sätzliche Impedanz vorgesehen, linie erzielen, aber diese Eigenschaft wird durch einen 35 Bei einer anderen bekannten Stromwandleranordanderen, beispielsweise beim Einsatz der Wandler nung ist zwar dadurch eine Beschränkung der Typenin Selektivschutzeinrichtungen, sehr nachteiligen zahl erreicht, daß an ein und dieselbe Wandlertype Effekt erkauft. Diese Wandler verursachen nämlich angeschlossene, unterschiedlich aufgebaute Bürden eine beim eisenlosen Wandler bis zu 90° betragende, durch geeignete Einstellung von zusätzlich zu der bei einem Wandler mit geschertem Eisenkern von der 40 Bürde im Sekundärkreis des bekannten Meßwandlers resultierenden Luftspaltlänge abhängige Phasenver- vorgesehenen Schaltungselementen, z. B. einer Drosschiebung zwischen Primär- und Sekundärgröße des sei, derart an den Wandler angepaßt werden, daß der Wandlers, die, da die Sekundärgröße eines Wandlers Wandler auch bei unterschiedlich aufgebauten Bürdie Primärgröße phasengetreu wiedergeben soll, den mit großer Präzision arbeitet, jedoch dient die einen Fehler des Wandlers darstellt und als Fehl- 45 Drossel zur Berücksichtigung der elektrischen Eigenwinkel bezeichnet wird. schäften der jeweils an den Meßwandler angeschlos-

Der Fehlwinkel hat seinerseits zur Folge, daß die senen Bürde. Bei der bekannten Stromwandleranordvom Wandler übertragene Leistung verringert wird. nung werden nämlich die Drossel sowie andere Schal-Ferner besitzt ein einen großen Fehlwinkel aufwei- tungselemente dazu benutzt, um im Sekundärkreis sender Wandler eine störende Temperaturabhängig- 5° auch bei unterschiedlicher Last stets eine Bürde keit und vor allem eine äußerst unerwünschte Bür- gleichen Betrages und gleichen Phasenwinkels zu denabhängigkeit, die seinen Abgleich auf die jewei- gewinnen.

lige Bürde erforderlich macht. Außerdem tritt bei Bei einer anderen bekannten Wandleranordnung

größerem Fehlwinkel in der Sekundärgröße ein stö- . führt eine zusätzliche Drossel zu einer Erhöhung der

render Einschwingvorgang auf. 55 inneren sekundären Bürde des Wandlers, durch die

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, der Fehlwinkel nur bei stationären Vorgängen beein-

einen Wandler zu schaffen, der sowohl einen für den flußt wird.

jeweiligen Anwendungszweck hinreichend großen Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Bereich linearer Übersetzung aufweist, als auch den Anordnung zeigt Fig. 1. Die Primärwicklung w, des

Fehlwinkel unterhalb eines zulässigen maximalen So Wandlers W, dessen Kern die Permeabilität μ.-, haben

Wertes zu halten gestattet. Diese Aufgabe löst ein möge, wird von dem zu übersetzenden Primärstrom/,

Stromwandler mit in seinem Sekundärkreis angeord- durchflossen. In dem von der Sekundärwicklung mit

neten, zur Kompensation einer Impedanz des Wand- der Induktivität L₂ und der Windungszahl w₂ mit

lersekundärkreises dienenden Verstärker (negativer dem Strom J₂ gespeisten Sekundärkreis ist eine Dros-

Widerstand) und mit Mitteln zur Fehlwinkelverrin- 65 sei D mit der Windungszahl w_a der Wicklungsinduk-

gerung, der dadurch gekennzeichnet ist, daß erfin- tivität L₁₁ und einer Kernpermeabilität //„ angeordnet,

dungsgemäß als Mittel zur Fehlwinkelverringerung In F i g. 1 sind ferner der Wicklungswiderstand A₂

der Verstärker dient und dazu so ausgelegt ist, daß der Sekundärwicklung des Wandlers und der Wick-

lungswiderstand RJ' der Drossel getrennt herausgezeichnet. Weiterhin befindet sich im Sekundärkreis die Nutzbürde RJ. Außerdem ist in den Sekundärkreis des Wandlers ein negativer Widerstand -R_x, beispielsweise ein gegengekoppelter Verstärker, eingeschleift, der infolge Erzeugung einer den durch die Klemmenspannung e an der Sekundärwicklung des Wandlers getriebenen Strom /., unterstützenden Spannung u_x den Gesamtwiderstand im Sekundärkreis, gegeben durch die Wicklungswiderstände R., und R_a sowie den Leitungswiderstand Z, verringert.

Es ist zwar bereits angegeben, bei einem mit Luftspalten zwecks Vergleichmäßigung der Permeabilität des Kernmaterials über die ganze Spulenlänge versehenen Wandlerkern die sich ergebende Phasendrehung von 90" durch phasenverschiebende Mittel, die z. B. in einem Verstärker enthalten sein können, zu korrigieren oder einem magnetischen Spannungsmesser ausgangsseitig einen integrierenden Verstärker zuzuschalten; aber den entsprechenden Veröffentlichungen ist kein Hinweis auf die Ausbildung dieser phasenverschiebenden Einrichtungen und erst recht nicht auf die erfindungsgemäße, besonders einfache und technisch absolut zuverlässige Lösung zu entnehmen. Weiter-hin fehlt den entsprechenden Veröffentlichungen die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis, daß ein induktiver Stromwandler für dynamische Messungen dann geeignet ist. wenn die Zeitkonstante seines Sekundärkreises einen vom Zeitverlauf des zu übertragenden Stromes bestimmten Mindestwert hat. Abgesehen davon, daß die angegebene Erkenntnis des Zusammenhanges zwischen Zeitkonstante und Fehlwinkel bisher nicht bekanntgeworden ist, lehrt der Stand der Technik auch nicht, daß die Einstellung der Zeitkonstante den stetigen Übergang von eisengeschlossenen Wandlern zu eisenlosen Wandlern vorzunehmen gestattet, wobei durch Verzicht auf Sekundärleistung ein Gewinn hinsichtlich des Überstromverhaltens erreicht und dennoch der Fehlwinkel unterhalb eines kritischen Wertes gehalten werden kann. .

Der Stromwandler nach der Erfindung ist immer dann anwendbar, wenn ein störender Fehlwinkel klein gehalten werden muß. Der Wandler kann also eisenlos sein oder einen gescherten Eisenkern besitzen, der den erforderlichen Bereich linearer Wandlerübersetzung sicherstellt. Auch bei Wandlern mit geschlossenem Eisenkern gestattet die Erfindung, in gewissem Maße den Fehlwinkel zu verringern.

Eine gegebenenfalls zusätzlich zum Verstärker im Wandlersekundärkreis angeordnete Drossel besitzt zweckmäßigerweise einen Eisenkern, der bei einer bevorzugten Ausführungsform Luftspalte aufweist, die seine wirksame Permeabilität auf einen zum Erreichen des erforderlichen Wertes der Zeitkonstante beitragenden Wert bringen. Dabei ist selbstverständlich zu beachten, daß die Permeabilität μ_α des Drosselkernes ebenfalls nur so groß sein darf, daß keine unzulässigen Verzerrungen der zu übertragenden Meßgröße infolge Sättigung der Kemmaterials auftreten.

Verständlicherweise kann die aktive Zeitkonstante, d. h. das Verhältnis von Induktivität zum ohmschen Widerstand der Sekundärwicklung tv₂ des Wandlers W, nicht beliebig groß gewählt werden, da bei gegebenen Abmessungen des Wandlers eine Vergrößerung der aktiven Zeitkonstante auf die Vergrößerung der Permeabilität des Wandlerkernes hinausläuft, die aber durch den Wert der vorgeschriebenen primären Amperewindungszahl und das Erfordernis der linearen Übertragung dos maximalen Primärstromes beschränkt ist.

Wie die eingangs angeführte Gleichung zeigt, kann die Zeitkonstante außer durch Vergrößern der Induktivitäten im Sekundärkreis auch durch Verkleinern der Widerstände in diesem Kreis groß gemacht werden. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig,

ίο den für die Sekundärwicklung des Wandlers und die Wicklung der Drossel zur Verfugung stehenden Wickelraum voll auszunutzen, um die vom Drahtquerschnitt abhängigen ohmschen Widerstände der Wicklungen möglichst klein zu halten.

»5 Fi g. 2 gibt an Hand eines Diagramms einen überblick über den bei dem erfindungsgemäßen Wandler erzielbaren stetigen Übergang vom eisenlosen Wandler zum eisengeschlossenen Wandler. Man erkennt, daß der eisengeschlossene Wandler eine Zeitkonstante von etwa 180 msec oder größer besitzt, während die Zeitkonstante des eisenlosen Wandlers bei etwa 0,1 msec liegt und demgemäß der Winkelfehler beim eisenlosen Wandler um Zehnerpotenzen größer als derjenige beim eisengeschlossenen Wandler ist. JEHe^-

*5 Erfindung bietet die vorteilhafte Möglichkeit, mit geringem zusätzlichen^ Aufwand, ohne Beeinflussung, des Überstromverhaitens des Wandlers die Zeitkonstante auf einen solchen Wert zu bringen, daß der Fehlwinkel unterhalb eines für den jeweiligen Anwendungsfall des Wandlers störenden Wertes liegt.

In der F i g. 1 ist ein mit einem Kern versehener

Wandler dargestellt und für das Kernmaterial eine Permeabilität «., angegeben worden. Es sei darauf hingewiesen, daß der dargestellte Kern nicht aus Eisen zu bestehen braucht, sondern daß es sich auch um einen Holz- oder Plastikkern oder einen anderen eisenlosen Kern handeln kann und daß andererseits bei Verwendung eines Eisenkernes dieser durch Luftspalte geschert sein kann, deren Dimensionierung man im Hinblick auf die maximale, unverzerrt zu übertragende Amperewindungszahl treffen wird. Ebensogut kann man, wenn dies auch aus konstruktiven Gründen schwierig sein wird, die Wicklungen des Wandlers auf andere Weise als durch Vorsehen eines Kernes halten.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Stromwandler mit einem im Sekundärkreis angeordneten, zur Kompensation einer Impedanz des Wandlersekundärkreises dienenden Verstärker (negativer Widerstand) und mit Mitteln zur Fehlwinkelverringerung, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Fehlwinkelverringerung der Verstärker dient und dazu so ausgelegt ist, daß die durch ihn bedingte Kompensation nur im Sinne einer Verringerung des ohmschen Gesamtwiderstandes des Sekundärkreises wirkt.

2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung des ohmschen Gesamtwiderstandes des Sekundärkreises derart erfolgt, daß die Zeitkonstante r des gesamten Sekundärkreises des Wandlers einen Wert besitzt, durch den der durch die Beziehung cot δ = id ■ τ gegebene Fehlwinkel <> bei der jeweils zu erwartenden niedrigsten Kreisfrequenz »>

des Primärstrome?; des Wandlers auf einen erforderlichen Mindestwert festgelegt ist.

3. Stromwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler einen den erforderlichen Bereich linearer Wandlerübersetzung sicherstellenden gescherten Eisenkern besitzt oder eisenlos ist.

4. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem negativen Widerstand eine Drossel im Sekundärkreis des Wandlers angeordnet ist.

5. Stromwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel einen Eisenkern mit Luftspalten aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen