DE846128C - Schutzeinrichtung fuer Kondensatorbatterien - Google Patents

Description

Kondensatorbatterie)! werden öfters als Wanderwellenschutz am Ende von Frei leitungen vor den zu schützenden Maschinen angeschlossen. Anderseits werden solche Batterien auch zur Verbesserung des Phaseii'winkels verwendet und an den Verbraucherorten in Hoch- und Xiederspannungsleitunigen eingeschaltet.

Ks war bisher üblich, diese Batterien durch Hochleistungssicheruugen zu schützen oder auch 1 vei größeren Anlagen d'ie allgemein I>ekaninten Maximalstrornrelais mit oder ohne Stromwandlerauslösung für den Schutz der Kondensatorbatterie heranzuziehen. In vereinzelten Fällen wurden auch die in Serie geschalteten Konden-satorelemente durch Einzelsicherutiigen abgesichert.

Diese Schutzanordnungen hal>en gewisse Nachteile. Sie sind, wie weiter unten näher ausgeführt.

kein Schutz gegen innere Defekte der Kondensatorbatterie. Ks ist beispielsweise sehr wohl denkbar, daß von einer Batterie, in der 20 oder mehr Einzelelemente in Serie geschaltet sind, eines davon infolge eines inneren Kurzschlusses unbrauchbar wird. In diesem Fall wird jedoch nicht die ganze Batterie unbrauchbar. Die Kapazität und damit der Kondensatorstrom vergrößert sich nur prozentual nach Ylaßgalx: der Anzahl der defekten' Elemente.

Infolge der an der Batterie meist auftretenden Spanmungsschwankungen, die + ι ο Ve und mehr betragen können, muß die Einstellung des Ül)erstromschutzes derart vorgenommen werde«, daß auch bei maximaler Spannung die Überstromechutzeinrichtung durch den Einschaltstromstoß m'cht ausgelöst wird. Aus diesen Gründen wird) die vorerwähnte Ülxirstromschutzeinrichtung meistens so eingestellt,

daß die Auslösung"erst bei einem Überstrom erfolgt, '.■ der dem 1,5- bis· 2fachen Nennstrom entspricht. Es ist leicht ersichtlich, daß bei einer Kondensatorbatterie, bei der die Anzahl der in Serie geschalteten Elemente 10 bis 20 beträgt, der sich einstellende Überstrom bei innerem Defekt eines Elementes zu klein ist, um die Überstromschutzeinrichtung zum Ansprechen zu bringen.

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch behoben, daß ein Relais vorgesehen ist, das im wesentlichen auf die Änderung des Wechselstromwiderstandes der nachgeschalteten Kondensatorl >atterie anspricht und aus zwei mechanisch gekuppelten und derart gegeneinandergeschalteten Drehsystemen l>esteht, daß beim' Unterschreiten eines l)estimmten einstellbaren Minimalwertes des Wechselstromwiderstandes das gekuppelte Drehsystem im positiven Sinn zu dlrehem beginnt und nach einer von der Größe des Wechselstromwiderstandes abhängigen Zeit einen Kontakt schließt, während bei Werten des Wechseistromwiderstandes ol>e,rhalb des eingestellten Minimalwertes ein Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung auftritt, den Kontakt öffnet und ihn gegen einen festen Anschlag drückt. Relais, die l>ei einem 1>estehenden Verhältnis zwischen Spannung und Strom ansprechen, sind an sich l)ekanTit. Sie dienen im wesentlichen als Schutzorgane für Freileitungen und Netze und sind dadurch gekennzeichnet, daß ihre Auslösezeit abhängig ist von der Impedanz der geschützten Freileitung, d. h. die Auslösezeit des Relais ist um so größer, je weiter der Kurzschluß von der Schutzstelle entfernt ist. Demgegenüber weist jedoch das Relais der Erfindung einige Besonderheiten auf, die im wesentliehen darin begründet sind, daß es speziell für den Schutz einer Kondensatorbatterie bestimmt ist.

Die vorerwähnte Eigenschaft des Ansprechen« auf die Impedanz einer niachgeschalteten Kondensatorbatterie wird beispielsweise dadurch erhalten, daß die Drehmomente eines /^ä-Systems und eines F²-Systems mechanisch gegeneinandergeschaltet werden. Es gut dann für Stillstand:

/²-C₂F² = 0 oder

Dabei l>edeutet / den Strom im /—System, V die Spannung am F²-System, C₁, C₂ die Konstantendes /²- bzw. F^ä-Systems, Z die Impedanz der nachgeschalteten Kondensatorbatterie.

Für ein Ijestimmtes Z, beispielsweise Z₀, herrsche Gleichgewicht, d. h. die Drehmomente der l>eiden Drehsysteme seien genau gleich groß. Wird der Strom kleiner, d. h. die Impedanz größer als Z₀, so ül>er\yiegt das Drehmoment des F²-Drehsystems und dreht den Anker rückwärts bis zu einem festen Anschlag. Wird dagegen der Strom größer, l>eispielsweise l>ei inneren Kurzschlüssen, so wird Z kleiner, und das Drehmoment des /²-Systems überwiegt. Dadurch !»ginnt sich der Scheibenanker nach vorwärts zu drehen und bewirkt an einem Kontakt die Auslösung des Schalters der zu schützenden Batterie.

.Die Impedanz, bei der Gleichgewicht /lerrscht, d'ie sog. Ansprechimpedanz, kann durch irgendwelche Mittel einstellbar gemacht werden. Für die praktische Lösung werden als Drehsysteme zweck- ■ mäßigerweise Ferrarissysteme verwendet. Es sind aber auch Direhankersysterne möglich, l>ei denen das Drehmoment proportional zu I² bzw. V² ist, entsprechend dier verwendeten Wicklung.

Die Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des Ernndunigsgegenstand'es mit Ferrarisdrehisystemen.

ι Ijedeutet einie Systemacbse, die oben und unten vertikal gelagert ist und zwei Systemscheiben 2, 21 trägt. Auf die Schei1>e 2 wirkt ein i^/2-System 3, während auf die Scheibe 21 ein /²-System 31 wirkt. 5 und 7 bzw. 51 und¹71 sind Spannungs- bzw. Stromspulen, die zur Erzeugung von phasenverschobenen Triebnüssen dienen. Durch einen: Dämpfungsmagneten 8, der auch auf die untere Triebscheil« 21 wirkt, kann die Auslösezeit eingestellt werden. Das ^-System 3 ist nun parallel an· ein Wechselstromnetz 9 angeschlossen und erzeugt auf die Systemscheibe 2 ein Drehmoment im Uhrzeigersinn. Desgleichen erzeugt das /²-System, das in Serieschaltung im Wechselstromnetz 9 liegt, ein Drehmoment, das im Gegienuhrzeigersinn auf die Achse 1 wirkt und dementsprechend auch dem Drehmoment des F²-Systems 3 entgegenwirkt. Das Wechselstromnetz 9 speist über einen Schalter 14 eine Kondensatorbatterie 18, die aus einer größeren Anzahl von Serie geschalteten Elementen 19 besteht.

An der Systemachse 1 wird im weiteren über eine beliebige, in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Übersetzung ein Kontaktarm 11 angetriel >en. Bei überwiegendem Drehmoment im Uhrzeigersinn liegt dieser Kontaktarm an einem Anschlag 13, und der an eine Hilfsspannung 10 angeschlossene Auslösestromkreis eines Auslöserelais 17 ist geöffnet. Eine Arretierung 16 hält daher den Schalter 14 entgegen dem Zug einer Feder 15 geschlossen. Wirkt dagegen das /²-System überwiegend im Gegeniuhrzeigersinn, so schließt der Kontaktarm 11 über einen Kontakt 12 den Auslösestromkreis des Auslöserelais 17 und bringt den Schalter 14 zur Auslösung.

Im Normalbetrieb ist der Schalter 14 geschlossen, und die Kondensatorbatterie 18, die hier zur Phasenverbesserung dient, übernimmt die Blindlastlieferung für das Netz 9. Das Schutzrelais ist dabei so eingestellt, daß die Drehmomente der beiden Systeme gerade aufgehoben werden oder daß das ^-System ganz leicht überwiegt, so daß der Kontaktarm 11 gegen den Anschlag 13 gedrückt wird.

Im Störungsfalle, d. h. bei Kurzschluß eines oder nehrerer Kondenisatorelemente, entsteht eine Impedanizänderunig, wobei das Relais im Gegenuhrzeigersinn zu laufen beginnt, da in diesem Fall das Drehmoment des /²-Systems überwiegt. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit, die je nach der Größe flies inneren Defektes länger oder kürzer ist, wird der Kontakt 12 geschlossen, wobei sich in der obenerwähnten Art und Weise die Auslösung des Schalters 14 ergibt.

Tritt dagegen.eine ixHrächtliche Spannungssteige- | rung am Xetz 9 ein, so steigt außer dem Strom im /²-System auch die Spannung am f²-System im gleichen. Mal.ie,ebenso erhöhen sich die Drehmomente im gleichen Mal.istab, und¹ das Relais bleibt weiterhin in Ruhe.

Die neue Schutzeinrichtung Ix'sitzt den großen Vorteil der Spaunungsunabhängigkeit. d. h. das Relais kann so exakt eingestellt werden, daß auch beim geringsten innern Defekt der Schutz zur Aus- ' lösung kommt, daß dagegen die Spannung an der Kondensatorbatterie weitgehend schwanken kann, ' ohne daß die Schutzeinrichtung zur Auslösung kommt. Desgleichen Ix'sitzt die Einrichtung eine gewisse Frequenzuuabhängigkeit (Ix'zogen auf das Relais). Das Drehmoment ist Ixm ixM'den Systemen ungefähr direkt proportional der Frequenz/. Die daraus resultierenden DrehmomentseThöhungen bzw. -erniedrigungen helx'ii sich daher gegenseitig auf.

Allerdings ändert sich bei einer Frequenzänderung natürlich auch die Impedanz der Kondensatorbatterie, Wh eine innere Störung vorgetäuscht werden kann. 1 )ie Frequenzänderungen sind jedoch im allgemeinen so gering, daß das Relais für diesen Betrag ülxTSclmssig eingestellt werden kann·. Als weiterer Vorteil ist zu werten die billige Herstellung, da sämtliche !einzelteile einer normalen Zählerfabrikation entnommen werden können.

Durch Änderung der Konstanten C₁ kann der Impedanzwert des Schutzrelais eingestellt werden. Diese Hinstellmöglichkeit kann dadurch erreicht werden, daß das Drehmoment am /²-System durch Veränderung des Flusses, z. B. indem der Luftspalt verändert wird, den vorliegenden Verhältnissen angepaßt wird. Der gleiche Erfolg kann, durch Anzapfungen an den Triebspulen erreicht werden. Anderseits kann auch noch der Phasenwinkel zwischen den 1 χμ den TriebHüssen eines Drehsystems geändert werden, und zwar für sich allein oder in Verbindung mit den Ix'iden obenerwähnten Maßnahmen, leine Änderung des Phasenwinkel* kann z. B. durch Änderung des magnetischen X'elxMischlusses bei einem der TriebHüsse oder durch Einschaltung von Induktivitäten, Kapazitäten oder Widerständen in geeigneter und an sich Ix'kannter Weise erreicht werden.

leine Änderung der Auslösezeit des Schutzrelais läßt sich, leicht durch einfaches W-rs teilen des Dämpfun'gsmagneten (S erreichen, da dadurch die Dreligeschwindigkeit des Drehsysteins ixxMnrlußt werden kann.

leine analoge Wirkung wie mit dem Ix^schriebenen Schutzrelais kann natürlich auch mit einem ähnlich aufgebauten Relais, dessen Drehmomente jedoch verhältnis'gleich /² und /: · / sin. φ sind, erreicht werden. Solche Relais gehen aus dem Ixvschriebenen Relais durch lx'kannte Schaltmaßnahmen hervor. Die im vorhergehenden angestellten Betrachtungen gelten in gleicher Weise auch für diesen Fall.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterien Lretren innere Kurzschlüsse, gekennzeichnet durch ein Relais, das im wesentlichen auf die Änderung des Wechselstromwiderstandes der nachgeschalteten Kondensatorbatterie anspricht und aus zwei mechanisch gekuppelten und derart gegenei na nderge schal te ten Drehsystemen Ix^steht, daß lx>im Unterschreiten eines bestimmten einstellbaren Minimalwertes des Wechselstrom-Widerstandes das gekuppelte Drehsystem im positiven Drehsinn zu drehen beginnt und nach einer von der Größe des Wechselstromwiderstandes abhängigen Zeit einen Kontakt schließt, während bei Werten des Wechselstromwider-Standes oberhalb des eingestellten Minimal wertes ein Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung auftritt, den Kontakt öffnet und ihn gegen einen festen Anschlag drückt.

   2. Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterie!! gegen innere Kurzschlüsse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrelais aus einem /²-System und einem r'²-Systern aufgebaut ist und auf Änderungen der Impedanz anspricht.

   3. Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterien gegen innere Kurzschlüsse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrelais aus einem /--System und einem Ii · I sin <( -System aufgebaut ist und auf Änderungen der Reaktanz anspricht.

   4. Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterien gegen innere Kurzschlüsse, gemäß Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung des Luftspaltes am Triebeisen des /²-Systems die Minimalimpedanz eingestellt wird.

   5. Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterien gegen innere Kurzschlüsse gemäß Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung des Luftspaltes am Triebeisen des /'--Systems die Minimalreaktanz eingestellt wird.

   6. Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterien gegen innere Kurzschlüsse gemäß Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anzapfungen an den Spulen des /²-Systems die Minimalimpedanz eingestellt wird.

   7. Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterie!! gegen innere Kurzschlüsse gemäß Ansprüche 1 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß durch Anzapfungen an den Spulen des /—Systems die Minimalreaktanz eingestellt wird.

   8. Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterien gegen innere Kurzschlüsse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Veränderung des Phasenwinkels der beiden Triebflüsse variable Induktivitäten verwendet werden.

   Q. Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterien gegen innere Kurzschlüsse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Veränderung des Phasenwinkel« der lxMden Triebflüsse variable Kapazitäten verwendet werden.

   10. Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterien gegen innere Kurzschlüsse gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Veränderung des Phasenwinkels der beiden

   Triebflüs'se variable Widerstände verwendet werden.

   Schutzeinrichtung für Kondensatorbatte-

   rien gegen innere Kurzschlüsse gemäß Anspruch i, dadurch gekennizeich.net, daß durch die Verstellung· des Dämpfunigsmagneten die Einstellung der Auslösezeit erfolgt.

   12. Schutzeinrichtung für Kondensatorbatterien gegen innere Kurzschlüsse gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß den Zuführungeleitungeu zu den Triebsystemen elektrische Filter zugeschaltet sind, um höhere Harmonische von den Triebsystemen fernzuhalten.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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