DE744933C

DE744933C - Einrichtung zur Entnahme einer nach Groesse und Phase annaehernd konstanten Wechselspannung aus einem Netz mit stark schwankender Spannung

Info

Publication number: DE744933C
Application number: DEB186814D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Fleischmann
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1939-03-25
Filing date: 1939-03-26
Publication date: 1944-01-31

Description

Einrichtung zur Entnahme einer nach Größe und Phase annähernd konstanten Wechselspannung aus einem Netz mit stark schwankender Spannung Einrichtungen zur Konstanthaltung einer aus emem. Netz mit schwankender Spannung entnommenen Netzspannung sind bekannt. Die bisher bekannten Einrichtungen dieser Art vermögen jedoch nur mäßige Schwankungen der Netzspannung apszugleichen. Dag,-,geii wird an Schutzrelais für elektrische Anlagen gelegentlich die Forderung gestellt, daß sie bei -Spannungen zwischen der Nennspannung und einem ganz genngen Bruchteil derselben, z.B. 5#'o der Nennspannung, noch richtig arbeiten. Bei elektremagnetischen Schutzrelais ist diese Forderung nicht ohne weiter-es zu erreichen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hilfseinrichtung zur möglichsteif Konstanthaltung der dem. Relais zugeführten Spannung, die die SchutzreIais befähigen soll, der vorgenannten Forderung zu entsprechen. Es ist zwar bei Schutzrelais bereits bekannt, spannungsabhängige Widerstände zu verwenden oder auch Schaltungen, bei denen in Ab- hängigkeit von der Höhe der Spannung der vorgeschaltete Widerstand mechanisch verändert wird. Solche Einrichtungen haben je- doch eine Reihe von Nachteilen; Widerstände, die den Strom thermisdh regeln, haben kurze Lebensdauer, mechanisch veränderliche Widerstände in Form von selbsttätigen Reglern sind teuer.
Es ist ferner bekannt, einem Wechselstrenmetz schwankender Spannung unter Verwendung einer Reihenschaltung von Kondensator und stark gesättigter Drosselspule eine praktisch konstante Spannung zu entnehmen, wobei aber die Beibehaltung der Phasenlage der Spannung nicht in Rechnung gestellt ist. Handelt es sich aber um die Aufgabe, den Arbeitsbereich eines wattmetrischen Schutzrelais so zu vergrößern, daß es auch bei stark schwankenden Werten -der Null- punktspannung gegen Erde noch seinen Zweck ,erfüllt, so ist nicht nur die möglichst weitgehende Beibehaltung der Spannung, sondern ,lichst weitgehende Beibehaltung auch die mög der Phasenlage der Spannung von größter Bedeutung. Es müssen also Einrichtungen geschaffen werden, welche nicht nur die der Spannungsspule zugeführt-e Spannung beim Absinken der Netzspannung möglichst konstant halten, sondern auch deren Phasenlage gegenüber der N.etzspannun'-.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Einrichtung zur Entnahme einer nach Größe und Phase annähernd konstanten Wechselspannung »aus einem Netz mit stark schwankender Spannung, insbesondere zur Speisung des Spannungskreises- eines wattnietrischen Schutzrelais, zwecks Erweiterung seines Arbeitsbereiches, bei welcher gemäß der Erfindung die Spannungsspule des Relais parallel zie einer stark gesättigten Eisendrosselspule geschaltet und in Reihe zu dieser Parallelschaltung ein Kondensator geschaltet ist, dessenSpannungskennlinie diejenige derDrosselspule im Sättigungsbereich schneidet. Fig. i der Zeichnung zeigt in einem Diagramm die dabei auftretenden Ströme und Spannun 'gen. A ist die Kurve der Spannung an der Drosselspule, abhängig vom Strom, B ist die Kurve der Spannung an dem Kondensator, ,ebenfalls abhängig vom Strom.
Denkt man sich die Drosselspule verlustlos, so sind bei Reihenschaltung die Spannungen am Kondensator und an der Drosselspule algebraisch von-einander abzuziehen, und diese Differenz entspricht der an die Reihen-Schaltung von Kondensator und Drosselspule angelegten Netzspannung, deren Schwankun-#en ausgeglichen werden sollen. Die der Differenz zwischen der Spannung an der Drosselspule und der Spannung am Kondensator entsprechende Netzspannung wird in der Darstellung der Fig. i durch die Strecke a angegeben. Es ist aus der Zeichnungersichtlich ' daß die Spannung, b an der Drosselspule nahezu. konstant bleibt, auch wenn sich die Spannung a. d. h. die Netzspannung, um sehr große Beträge ändert. Der Erfindung #entsprechend wird also die konstant zu haltende Spannung an den Kleinmen der Drosselspule abgenommen. Aus Fig. i ist ersichtlich, daß die Forderung der Konstanz dieser Spannung um so besser erfüllt wird -, je flacher die Spannun 1- skurve der Drosselspule im Sättigungsbereich verläuft., und je mehr der Schnittpunkt der Spannungskennlinien des Kondensators und der Drosselspule auf dem geradlinigen Teil hinter dem Knie der Drosselspulenkennlinie liegt. Diese Forderung ist durch eine entsprechende Bemessung der Drosselspule ohne weiteres zu erfüllen. Wenn an die Klemmen der Drosselspule ein Verbraucher mit konstantem Widerstand ange: schlossen ist, so wird dieser eine von den Schwankungen der Netzspannung unabhängige konstante Klernmenspannung, also auch einen konstanten Strom aufnehmen.
Um die Forderung möglichst konstanten Stromes zu erfüllen, bedarf es also nur des Anschlusses eines Ohmschen Widerstandes an die Klemmen der Drosselspule, wobei dieser Widerstand zweckmäßig so hoch gewählt wird, daß der ihn durchfließende Strom auf die Reihenschaltung der Drosselspule und des Kondensators keinen merklichen Einfluß hat. Um diesen Strom in dem hochohmigen Widerstand vergrößern zu können, kann man zweckmäßig auf dem Eisenkern der Drosselspule eine zweite Wicklung anbringen und diese so schalten, daß ein Transformator oder ein Spartransformator entsteht. Dabei braucht die Zusatzwicklung nur den Strom in dem hochohmigen Widerstand zu führen und somit nur aus einem sehr dünnen Draht zu bestehen. Die Zusatzwicklung kann somit viele Windungen erhalten, wodurch man an den Klemmen des Widerstandes, dessen Strom man möglichst konstant halten möchte, eine verhältnismäßig hohe Spannung erhält, ohne für die Drosselspule und den Kondensator große Abmessungen verwenden zu müssen.
Die beschriebene Schaltung kann beispielsweise mit besonderem Vorteil für den Spannungskreis eines wattmetrischen Relais verwendet werden, wobei der genannte hochohmige Widerstand die Spannungsspule mit ihrem Vorschaltwiderstand ist. Bei solchen Relais, bei denen häufig verlangt wird, daß sie auch bei sehr kleinen Spannungen, z. B. bei wenigen Prozent der Nennspannung, noch ansprechen, wobei auch der Strom in der Stromspule proportional mit der Spannung kleiner geworden ist, ist neben der Forderung möglichst konstanten Stromes in der Spannungsspule auch noch die Forderung möglichst konstanter Phas#enlage dieses Strom-es gegenüber dem Strom in der Stromspule zu stellen. Auch diese Forderung wird, wie die Fig. 2a und 2b zeigen, von der Einrichtung gemäß der Erfindung erfüllt. In Fig. 2a ist das Diagranim für eine sehr kleine Gesamtspannung OB dargestellt, wobei OA die Drosselspulen- und AB die Kondensatorklemmenspannung ist. In Fig. 2b ist das gleiche dargestellt für eine große Gesamtspannung OB. Man sieht., daß die Vektoren OB in den Fig. 2a und 2b nur eine sehr kleine Phasenabweichung voneinander besitzen. Ist der Strom in der Stromspule des wattmetrischen Relais in Phase mit der Gesamtspannung OB, so ist der Strom in der Spannungsspule in Phase mit der Kkmmenspannung0A an der Drosselspule. Beide Vektoren schließen also einen Winkel von nahezu i8o- miteinander ein, das Drehmoment des wattmetrischen Relais ist somit das je,#veils liöchstmögliche.
Die Fig. 2 a und 2 b, zeigen, daß m#n, um diese Phasenlageforderungen möglichst gut zu erfüllen, danach trachten muß, die Eisen-und Kupferverluste derDrosselspulemöglichst gering zu halten. Man wird also, um die Wirksamkeit der Einrichtung auf das höchstmögliche Maß zu bringen, besonders verlustarmes hochwertiges Eisen verwenden, den magnetischen Luftweg möglichst klein halten und die 'Wicklung mit, im Ver,-leich mit der sonst üblichen Bemessung, ungewöhnlich großem Drähtquerschnitt ausführen. Diesletztere ist auch im Hinblick auf die Erwärmung der Drosselspulenwicklung erforderlich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Entnahme einer nach Größe und Phase annähernd konstanten Wechselspannung aus -einem Netz mit stark schwankender Spannung, insbesondere zur Speisung des Spannuggskreises eines wattmetrischen Schutzrelais zwecks Erweiterung seines Schutzbereiches, dadurch ge- kennzeichnet, daß, die Spannungsspule des Relais parallel zu einer stark gesättigten Eisendrosselspule geschaltet und in Reihe zu dieser Parallelschaltung ein Kondensator geschaltet ist, dessen Spannungskennlinie die Kurve der Drosselspule im Sättigungsbereich schneidet.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand bzw. die Impiedanz der Spannungsspule aroß ist gegen die Betriebsimpedanz der Drosselspule. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule als Volltransfonnator oder Spartransformator ausgebaut ist, an dessen Sekundärspule die Spannungsspule des wattmetrischen SchutzreIais angeschlossen ist. 4. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Eisenkern der Drosselspule besonders hochwertiges, verlustarmes Blech und ein Creringer Luftweg, für die Wicklung ein besonders großer Drahtquersdhnitt verwendet wird. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom. Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften ... Nr. 638 122, ( )00 456, 458 137; USA.-Patentsch-rift ........ . 1 831 oo6; Y,Elektrotech-nik und Maschinenbau«, igi6, S. 282 ff; Kein.ath: »Die Technik elektrischer Me#ß-"eräte«, 1928, Bd. II, S. 136 ff.