DE510932C

DE510932C - Device for canceling induced voltages

Info

Publication number: DE510932C
Application number: DEE36496D
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Buetow
Original assignee: ELEK ZITAETS ACT GES VORM W LA
Current assignee: ELEK ZITAETS ACT GES VORM W LA
Priority date: 1927-11-11
Filing date: 1927-11-11
Publication date: 1930-10-24

Description

An elektrischen Anlage- oder Metallteilen wird die durch Induzierung hervorgerufene Spannung durch eine Gegenspannung gleicher Form und Größe, aber entgegengesetzter Lage aufgehoben. Die zur Aufhebung der Induktionsspannung erforderliche Gegenspannung wird dem induzierenden Stromkreis entnommen. Wird beispielsweise die Untervoltseite eines Transformators durch Erdschluß auf der Obervoltseite induktiv beeinflußt, so kann man in bekannter Weise an der Sekundärwicklung eines zwischen dem obervoltseitigen Nullpunkt des Transformators und Erde angeschlossenen Spannungswandlers eine Gegenspannung abnehmen, die die Induzierung aufhebt. Die Sekundärwicklung des Spannungswandlers wird unter Zwischenschaltung eines Relais und einer geeigneten Impedanz an die Sekundärseite eines weiteren zwischen niederspannungsseitigem Nullpunkt oder Generatornullpunkt und Erde gelegten Spannungswandlers angeschlossen. Die Aufhebung der Induzierung ist für Generatoren, die über Transformatoren arbeiten, besonders wichtig, da dadurch Fehlauslösungen des Generatorenschutzes auch bei hochempfindlichen Einrichtungen vermieden werden. Allgemein läßt sich dieses Prinzip, die induzierte Spannung durch eine dem induzierenden Stromkreis entnommene Spannung aufzuheben, auch auf induktiv gekoppelte Stromkreise übertragen. Gleichfalls läßt es sich auf die in einem Stromkreise enthaltenen höheren Harmonischen anwenden.On electrical system or metal parts, the induced Tension through a counter-tension of the same shape and size, but opposite Location canceled. The counter voltage required to cancel the induction voltage is taken from the inducing circuit. For example, the lower voltage side of a transformer inductively influenced by a ground fault on the upper voltage side, so you can in a known manner on the secondary winding between the upper voltage side Transformer zero point and voltage transformer connected to earth decrease a counter-voltage that cancels the induction. The secondary winding of the voltage transformer is interposed a relay and a suitable impedance to the secondary side of another between the low-voltage zero point or generator zero point and earth connected voltage transformer. The cancellation of the induction is for generators, that work via transformers are particularly important because they result in false tripping generator protection can be avoided even with highly sensitive equipment. In general, this principle, the induced voltage by one of the inducing Cancel the voltage taken from the circuit, also transfer it to inductively coupled circuits. Likewise it leaves apply to the higher harmonics contained in a circuit.

Die von den bekannten Mitteln zur Aufhebung der kapazitiven und induktiven Einflüsse der Grundwelle abweichenden neuen Mittel und Anordnungen sind in folgendem zusammengefaßt:The known means for eliminating capacitive and inductive influences The new means and arrangements that deviate from the fundamental are summarized in the following:

Die bei fast jeder kapazitiven und induktiven Induzierung mitübertragene Oberspannung dreifacher Frequenz läßt sich durch eine Anordnung nach Abb. 1 aufheben. In der Figur stellen 1, 2 und 3 die drei Phasen eines Drehstromsystems dar, A A den induktiv beeinflußten Leiter und G einen Stromerzeuger, dessen dreifache Harmonische sich über die Kapazitäten C₁, C₂, Erde und die Nullpunktsleitung ausgleichen. Es soll nun die induzierte Spannung an dem Leiter A A gleich Null werden, d. h. die Induzierung soll aufgehoben werden. Um dies zu erreichen, wird die Sekundärwicklung eines Transformators oder Wandlers T in offenem Dreieck geschaltet, und in die offene Dreieckschaltung wird ein Schwingungskreis, bestehend aus der Kapazität C_n der Induktivität L_r und dem Ohmschen Widerstand R, gelegt. Durch diesen Resonanzkreis kann bei entsprechender Abstimmung praktisch nur ein Strom dreifacher Frequenz fließen. An dem Widerstand R läßt sich die zur Kompensation derThe triple frequency upper voltage transmitted with almost every capacitive and inductive induction can be canceled by an arrangement according to Fig. 1. In the figure, 1, 2 and 3 represent the three phases of a three-phase system, AA the inductively influenced conductor and G a current generator, the three-fold harmonics of which are equalized via the capacitances C ₁ , C ₂ , earth and the neutral line. The induced voltage on the conductor AA should now be equal to zero, ie the induction should be canceled. To achieve this, the secondary winding of a transformer or converter T is connected in an open delta, and an oscillating circuit consisting of the capacitance C _n, the inductance L _r and the ohmic resistance R is placed in the open delta connection. With appropriate coordination, only a current of three times the frequency can flow through this resonance circuit. At the resistor R can be used to compensate for the

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr. Walter Bütoiv in Frankfurt a. M.Dr. Walter Bütoiv in Frankfurt a. M.

an AA, also an der Kapazität C₂ liegenden Induktionsspannung erforderliche Spannung abnehmen. Sie wird einerseits an Erde, anderseits über einen Kondensator C₃ oder eine andere geeignete Impedanz an den induzierten Metallteil, beispielsweise die Leitung A A, gelegt. Die Impedanz, z.B. die Kapazität C₃, wird so bemessen, daß ein Strom der gewünschten Frequenz unter dem ίο Einfluß der am Widerstand R abgegriffenen Spannung fließt, der gleich dem induzierten, aber entgegengesetzt gerichteten ist, so daß die induzierte Spannung aufgehoben wird.decrease the voltage required at AA, that is to say at the capacitance C _{2 lying induction voltage.} On the one hand, it is connected to earth and, on the other hand, via a capacitor C ₃ or another suitable impedance to the induced metal part, for example the line AA . The impedance, for example the capacitance C ₃ , is dimensioned so that a current of the desired frequency flows under the influence of the voltage tapped at the resistor R , which is equal to the induced, but oppositely directed, so that the induced voltage is canceled.

Eine Phasenverschiebung der Spannung kann in bekannter Weise durch Kunstschaltungen, z. B. nach der Methode von Hummel oder Gorges (s. Elektrische Meßtechnik von W. Jaeger, 1928, S. 293) oder durch die Brücke mit drei Widerständen und einer Kaao pazität vorgenommen werden.A phase shift of the voltage can be done in a known way by artificial circuits, z. B. according to the method of Hummel or Gorges (see electrical measurement technology from W. Jaeger, 1928, p. 293) or through the bridge with three resistors and a Kaao capacity can be made.

Für die Aufhebung der 5. Harmonischen kann man die gleiche Schaltung wie zur Aufhebung der Induzierung durch die Grundwelle benutzen, da beide Harmonische zumeist gleichzeitig aufgehoben werden sollen. Soll aber nur die 5. Harmonische aufgehoben werden, so legt man nach Abb. 2 parallel zu der Sekundärwicklung eines Wandlers Tk einen Schwingungskreis, an dem man die zur Kompensierung notwendige Spannung fünffacher Frequenz abnimmt.The same circuit can be used for canceling the 5th harmonic as for canceling the induction by the fundamental wave, since both harmonics should mostly be canceled at the same time. If, however, only the 5th harmonic is to be canceled, an oscillating circuit is placed parallel to the secondary winding of a transducer Tk, as shown in Fig. 2, from which the voltage necessary for compensation is taken five times the frequency.

Nach dem für die Kompensation der 3. und 5. Harmonischen angegebenen Prinzip kann man selbstverständlich die Induzierung jeder dreizahligen und nichtdreizahligen Harmonischen kompensieren. Die Kompensationseinrichtung für mehrere Harmonische können ohne Störung zusammenarbeiten.According to the principle specified for the compensation of the 3rd and 5th harmonics one of course the induction of every threefold and non-threefold harmonic compensate. The compensation device for several harmonics can work together without interference.

Sind die Leitungen oder Apparate durch ungleiche Kapazitäten C₁ oder Induktivitäten gekoppelt, so kann man die unsymmetrische Spannungsübertragung sowohl der Grundwelle wie der höheren Harmonischen durch geeignete Wahl der Impedanzen Z₁, Z₂, Z₃ nach Abb. 3 wieder ausgleichen. Man erhält also trotz der unsymmetrischen Spannungsübertragung eine vollkommene Kompensation der Grundwelle und der höheren Harmonischen. Die gleiche Wirkung kann man durch verschiedene Bemessung der drei Wicklungen eines an die kompensierende Spannung angeschlossenen Wandlers erreichen. If the lines or apparatus are _{coupled by unequal capacitances C 1} or inductances, the asymmetrical voltage transmission of both the fundamental and the higher harmonics can _{be compensated for by a suitable choice of the impedances Z 1} , Z ₂ , Z ₃ as shown in Fig. 3. In spite of the asymmetrical voltage transmission, a complete compensation of the fundamental wave and the higher harmonics is obtained. The same effect can be achieved by differently dimensioning the three windings of a converter connected to the compensating voltage.

Auch für den Fall, daß eine doppelte, kapazitive Beeinflussung der Leitung A A z.B. durch eine Spannung von 50 Perioden und eine Spannung von i6²/₃ Perioden auftritt, läßt sich die Gesamtspannung kompensieren. Die Kompensationseinrichtungen werden dann in bekannter Weise für jede einzelne induzierte Spannung, also für 50 und i6²/₃ Perioden, getrennt angeordnet. Dabei werden die beiden zur Kompensierung bestimmten Spannungen entweder parallel oder hintereinander geschaltet. In Abb. 4 ist ein für diesen Zweck geeignetes Beispiel dargestellt. Auf einer Schwachstromleitung A A werden von einer parallel lauf enden Hochspannungsleitung von 50 Perioden und einer ebenfalls parallel laufenden Starkstromleitung von i6²/_a Periöden Spannungen induziert. Die Drehstromleitung von 50 Perioden D beeinflußt im Erdschluß die Leitung^! A über die Kapazitäten C₁, und die Leitung E von l6²/₃ Perioden beeinflußt die gleiche Leitung A A über die Kapazitäten C₁'. An dem Transformator T₁ wird die kompensierende Spannung von 50 Perioden für die Leitung D abgenommen, während am Transformator T₂ die Ausgleichsspannung von i6²/₃ Perioden gewonnen wird. Die Sekundärwicklungen beider Transformatoren liegen je in Reihe mit den Kapazitäten C₃ bzw. C₈' parallel an der Leitung A A. Es besteht also für jede Frequenz eine eigene Ausgleichseinrichtung. Die Abgleichung der Übersetzungsverhältnisse der Transformatoren T₁ und T₂ kann aber auch so erfolgen, daß nur eine Kapazität C₃ erforderlich ist (s. Abb. 5), wo die Sekundärwicklungen von T₁ und T₂ unter sich und mit C₃ in Reihe geschaltet sind.Also, in case that a double capacitive influence the direction AA, for example, by a voltage at 50 Hz and a voltage of i6 ^_2/3 periods occurs, the total voltage can be compensated. The compensating means are then arranged in a known manner, separately for each individual induced voltage, that is, for 50 and i6 ^_2/3 periods. The two voltages intended for compensation are switched either in parallel or in series. An example suitable for this purpose is shown in Fig. 4. On a low-voltage line AA , voltages are induced by a high-voltage line running in parallel with 50 periods and another high-voltage line running in parallel with 16 ² / _{a periods.} The three-phase line of 50 periods D influences the line ^! A via the capacitances C _1, and the line E of l6 ^_2/3 periods affects the same line AA on the capacitances C ₁ '. At the transformer T ₁ is the compensating voltage at 50 Hz is taken for the line D while the equalization voltage of i6 ^_2/3 periods is obtained at the transformer T _2. The secondary windings of both transformers are each in series with the capacitances C ₃ and C ₈ 'in parallel on the line A A. There is therefore a separate compensation device for each frequency. The adjustment of the transformation ratios of the transformers T ₁ and T ₂ can also be done in such a way that only one capacitance C _{3 is} required (see Fig. 5), where the secondary windings of T ₁ and T _{2 are} below each other and with C ₃ in series are switched.

Auch die induktive, d.h. durch magnetische Kopplung bewirkte Spannungsübertragung der Grundwelle und höheren Harmonischen, wie diese besonders an Schwachstromleitungen bei doppeltem Erdschluß einer parallel geführten Hochspannungsleitung auftritt, kann durch geeignete Maßnahmen aufgehoben werden.Also the inductive voltage transmission, i.e. through magnetic coupling the fundamental wave and higher harmonics, such as these especially on low-voltage lines if a double earth fault occurs on a high-voltage line running in parallel, suitable measures can be taken will.

Tritt z. B. in der in Abb. 6 mit Ό bezeichneten Drehstromleitung ein Erdschluß bei geerdetem Nullpunkt auf, so stellt die Stromschleife Phase 3, -E₂, E₁, ο die induzierende Stromschleife dar, die auf die Schleife Schwachstromleitung AA, Erde JS₄, JS₃ einwirkt. Der in der Leitung A A auftretende Strom läßt sich durch eine Gegenspannung am Transformator T aufheben. Die Gegenspannung wird von einer Anzahl Wandler W₁, W₂, W₃ geliefert, die in Art eines Durch- im führungswandlers aufgebaut sein können. Die Wandler werden in Reihe geschaltet und über eine Impedanz (z. B. Drossel L) an den Transformator T angeschlossen. An Stelle der Wandler W₁, W₂, W- kann auch ein Unsymmetriewandler, durch dessen Eisenkern alle drei Phasen 1, 2, 3 durchgeführt werden, Verwendung finden. Für den eingezeichneten Kurzschluß wird in der Sekundärwicklung des Wandlers W₁ eine Spannung entstehen, unter deren Einfluß ein Strom durch die Drossel L und den Transformator T fließt.Occurs z. For example, in the three-phase line labeled Ό in Fig. 6, there is a ground fault with a grounded zero point, the current loop phase 3, -E ₂ , E ₁ , ο represents the inducing current loop that is connected to the low-voltage line AA, earth JS ₄ , JS ₃ acts. The current occurring in the line AA can be canceled by a counter voltage on the transformer T. The counter voltage is supplied by a number of converters W ₁ , W ₂ , W ₃ , which can be constructed in the manner of a bushing in the lead-through converter. The converters are connected in series and connected to the transformer T via an impedance (e.g. choke L). Instead of the converters W ₁ , W ₂ , W- , an asymmetric converter, through whose iron core all three phases 1, 2, 3 are carried out, can also be used. For the short circuit shown, a voltage will arise in the secondary winding of the converter W ₁ , under the influence of which a current will flow through the choke L and the transformer T.

Die Wandler W₂ und PF₃ stören nicht, da sie infolge der großen Primärstreuung nur als Drossel wirken. Die Drossel L, die unter Vertauschung der Anschlüsse auch durch eine Kapazität ersetzt werden kann, ist so zu bemessen, daß die übertragene Spannung am Transformator T die Induzierungen in der Leitung A A vollständig aufhebt. Der Wandler T kann gegebenenfalls durch einen Konto densator überbrückt werden, so daß die Sprechströme der Leitung A A ungehindert fließen können. In ähnlicher Weise lassen sich alle induktiv induzierten Spannungen beseitigen.The converters W ₂ and PF ₃ do not interfere, since they only act as a choke due to the large primary scatter. The choke L, which can also be replaced by a capacitance by interchanging the connections, is to be dimensioned so that the transmitted voltage at the transformer T completely eliminates the induction in the line AA. The converter T can optionally be bridged by an account capacitor so that the speech currents of the line AA can flow unhindered. In a similar way, all inductively induced voltages can be eliminated.

Claims

Patent claims:

1. Device for eliminating the voltage transmitted capacitively from a three-phase system to a conductor triple frequency by an auxiliary voltage of the same size and type, but in opposite direction, characterized in that the secondary windings of a primary side connected to the inducing line converter (T) to obtain the auxiliary voltage connected in an open triangle and connected via an impedance, for example a capacitance (C ₃ ), to the points between which the voltage difference caused by the induction should disappear (Fig. 1).

2. Device according to claim 1, characterized in that for sharper sifting out of the compensation voltage three times the frequency to the open delta circuit, a resonance circuit tuned to the three-fold harmonic, consisting of capacitance (C _r ), inductance (L _7. ) And ohmic resistance (R) , is placed so that the equalizing voltage can be tapped at the ohmic resistor (Fig. 1).

3. Device for the elimination of a capacitive or inductive voltage transmission to electrical devices or metal parts by a voltage of the same size and type, but opposite direction, which are used in alternating current systems to eliminate any desired disturbing frequency, in three-phase current to eliminate any non-three-fold disturbing frequency can, characterized in that a resonance _{circuit (C 5} , L ₅ , R ₅ ) tuned to the interference frequency is connected to the secondary winding of a transformer primarily located between system zero (o) and earth (E) , to its Ohim resistance (R ₆ ) the equalizing voltage is tapped and applied via a corresponding impedance (C ₃ ) to the points whose potential difference should disappear (Fig. 2).

4. Device according to claim 3 for 6g elimination of a capacitive or inductive voltage transmission via unequal impedances (e.g. capacities C ₁ ) of a three-phase line, characterized in that the converter (Tk) to decrease the equalizing voltage at an artificial zero point (o), which is formed from correspondingly unequal impedances (Z ₁ , Z ₂ , Z ₈ ) is connected (Fig. 3).

5. Device for eliminating capacitive voltage transmissions according to claim 1 and 3, originating from two different voltage sources (G ₁ , G ₂ ) possibly different frequencies, characterized in that the secondary windings of the equalizing transducers (T ₁ , T ₂ ) in series or in parallel so that the resulting equalizing voltage has the same type and shape in terms of frequency and voltage superposition as the induced voltage, and that the equalizing voltage has one or two corresponding impedances (C ₃ , C ₃ '), if necessary with a phase shift Points, between which the induced voltage should disappear, is fed (Fig. 4 and 5).

6. Device for eliminating inductive voltage transmission to electrical devices, characterized in that the influencing line is guided through converters (W ₁ , W ₂ , W ₆ ) in the manner of bushing current transformers, on whose secondary windings the equalizing voltages are removed, and that these equalizing voltages if necessary, with phase rotation or the interposition of a suitable impedance (L), the inductively coupled line can be fed in such a way that no induced current can flow in it or the induced voltage is compensated (Fig. 6).

1 sheet of drawings