NL8701238A - Frequentieafhankelijke overspanningsbeveiliging voor hoogspanningsinrichtingen. - Google Patents

Description

Korte aand.: Frequentieafhankelijke overspanningsbeveiliging voor hoogspanningsInrichtingen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het tegen overspanning beveiligen van een elektrisch toestel.

Dergelijke inrichtingen zijn algemeen bekend.

5 Een dergelijke bekende inrichting heeft een nage noeg vast beveiligingsspanningsniveau, zodat de beveiliging, die in het algemeen parallel geschakeld is aan de te beveiligen inrichting, aan zal spreken wanneer de aangeboden spanning het beveiligingsspanningsniveau van de beveiliging 10 overschrijdt. Wanneer het beveiligingsspanningsniveau van de beveiliging een marge lager wordt gekozen dan de tijdens bedrijfsomstandigheden maximaal toelaatbare spanningen van het te beveiligen toestel, wordt het te beveiligen toestel afdoende beveiligd tegen de meeste in netten voorkomende 15 overspanningen. Deze ontstaan door het gebruik van schakelaars of het optreden van blikseminslag. De beproevingsspan-ningen van het te beveiligen toestel (bijvoorbeeld een transformator) voldoen in het algemeen aan nationale en internationale normen, welke hoger zijn dan de maximale toelaatbare 20 spanning van het net, waarin het toestel wordt gebruikt.

In de praktijk is gebleken, dat ondanks deze, op het eerste gezicht afdoende schijnende beveiliging, de aldus beveiligde toestellen desondanks kunnen worden getroffen door interne overspanningsverschijnselen die tot defecten kunnen 25 leiden.

Onderzoek heeft uitgewezen, dat door resonantie (een dergelijk toestel is veelal voorzien van reactieve en capacitieve componenten), plaatselijk het beproefde spanningsniveau kan worden overschreden terwijl het spannings-30 niveau aan de klemmen van het toestel en aan de klemmen van de beveiliging nog onder het beveiligingsniveau ligt. Uit het onderzoek is tevens gebleken, dat dergelijke resonantiespan-ningen meestal hoge frequenties hebben.

De uitvinding poogt middelen te verschaffen ter 35 bescherming van elektrische toestellen tegen dergelijke ver- 8701238 t - 2 - i schij nselen.

Hiertoe is de inrichting voor het tegen overspanning beveiligen van een elektrisch toestel zodanig geconstrueerd, dat het beveiligingsspanningsniveau van de inrich-5 ting frequentie-afhankelijk is.

Door het toepassen van dergelijke frequentieafhan-kelijke beveiligingen waarbij het beveiligingsspanningsniveau van de beveiligingsinrichting verlaagd is in de frequentie-gebieden, waarbij resonantie optreedt, is het mogelijk te 10 voorkomen dat zich door resonantie in het toestel ontwikkelende, inwendige spanningen waarden kunnen bereiken die het toestel kunnen beschadigen.

Hierbij wordt opgemerkt, dat de resonantiefrequen-ties van dergelijke verschijnselen, zelfs van hetzelfde toe-15 stel, niet constant zijn; zij hangen onder meer af van de magnetische verzadiging van de ijzercircuits, die deel uitmaken van de binnen het toestel aanwezige zelfinducties, van de schakelingsconfiguratie van de zich binnen het toestel bevindende elementen en van de heersende netconfiguratie.

20 In het algemeen is de frequentie van dergelijke verschijnselen groter dan de netfrequentie, zodat het, om dergelijke verschijnselen gemakkelijk te kunnen onderscheppen, de voorkeur verdient bij frequenties, die afwijken van de netfrequentie het beveiligingsniveau lager te kiezen.

25 Tevens wordt opgemerkt dat elementen met een span- ningsafhankelijke impedantie in het algemeen op zichzelf reeds een in enige mate frequentieafhankelijk gedrag kennen. Dit parasitair gedrag is echter niet nuttig te gebruiken.

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding nader 30 worden verklaard aan de hand van de bijgaande tekeningen, waarin voorstellen:

Figuur 1: een schema van een bekende klassieke be-veiligingsschakeling;

Figuur 2: een schema van een eerste beveiligings-35 schakeling volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 3: een schema van een tweede beveiligings-schakeling volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 4: een schema van een derde beveiligings- 8701238 - 3 - * schakeling volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 5: een grafiek ter toelichting van de uitvinding; en

Figuur 6: een uitvoeringsvorm van de onderhavige 5 uitvinding.

Figuur l toont op schematische wijze een net 1, dat gerepresenteerd wordt door een spanningsbron 2 en een impedantie 3. Dit net is door middel van een spanningsvoerende draad 5 gekoppeld met een transformator 4. Om de transforma-10 tor 4 te beschermen tegen van het net 1 afkomstige overspanningen is tussen het net 1 en de transformator 4 een over-spanningsbeveiligingsschakeling 6 aangebracht. Deze bekende overspanningsbeveiligingsschakeling 6 wordt gevormd door een spanningsafhankelijke weerstand, i.c. een varistor 7. Deze 15 varistor 7 is zodanig gedimensioneerd, dat bij overschrijden van het beveiligingsspanningsniveau van de varistor 7, deze zal gaan geleiden, zodat een het beveiligingsspanningsniveau van de transformator 4 overschrijdende spanningspiek door de varistor 7 naar aarde wordt afgeleid.

20 De beperkingen van deze schakeling zijn in de in leiding nader uiteengezet.

Ter voorkoming van deze problemen verschaft de onderhavige uitvinding een frequentieafhankelijke overspan-ningsbeveiliging, waarvan een uitvoeringsvoorbeeld in figuur 25 2 is afgebeeld. De hier afgebeelde uitvoeringsvorm van de overspanningsbeveiligingsschakeling 8 volgens de onderhavige uitvinding is hier wederom tussen een door de combinatie van een spanningsbron 2 en een impedantie 3 gerepresenteerd net 1 en een transformator 4 geschakeld.

30 Deze overspanningsbeveiligingsschakeling 8 wordt gevormd door een tussen de spanningsvoerende draad 5 en aarde geschakelde serieschakeling van een condensator 9 en een varistor 10.

De condensator 9 en de varistor 10 zijn zodanig 35 gedimensioneerd, dat de werking van deze overspanningsbevei-ligingsschakeling 8 bij de netfrequentie gelijk is aan die van de bekende overspanningsbeveiligingsschakeling 6 volgens figuur 1. Bij hogere frequenties zal de impedantie van de 870123 8 * - 4 - condensator 9 echter afnemen, zodat de over de varistor 10 staande spanning groter wordt. Dit heeft tot gevolg, dat het beveiligingsspanningsniveau van de varistor 11 reeds bereikt wordt bij een lagere klemspanning, dan dat het geval is bij 5 de netfrequentie.

Bij deze schakeling wordt geen rekening gehouden met de impedantie 3 van het net (en het te beveiligen toestel ), welke impedantie in het algemeen een inductief karakter heeft. Deze impedantie zal de neiging hebben de frequen-10 tieafhankelijkheid van de schakeling te verstoren.

De in figuur 3 getoonde variant van deze schakeling poogt de invloed van de netimpedantie op de werking van de schakeling te verkleinen. Deze schakeling omvat twee in serie geschakelde varistors 10, 11 waarbij een condensator 9 15 aan de varistor 11 parallel is geschakeld. Bij de dimensione-ring van deze schakeling wordt rekening gehouden met de impedantie (inductiviteit) van het net, zodat de gewenste karakteristiek kan worden benaderd. De varistors 10 en 11 zullen bij de normale netfrequenties de beveiliging verzorgen, ter-20 wijl bij hogere frequenties, als gevolg van de condensator 9, de spanning over de varistor 10 toeneemt, zodat dan alleen dit element de beveiliging overneemt. Toch is de werking van deze schakeling nog in enige mate afhankelijk van de (variabele) impedantie van het net en het te beveiligen toestel.

25 Figuur 4 toont een andere overspanningsbeveili- gingsschakeling volgens de onderhavige uitvinding. Deze over-spanningsbeveiligingsschakeling 12 is wederom geschakeld tussen een net 1 en een transformator 4. De overspannings-beveiligingsschakeling 12 wordt gevormd door een serieschake-30 ling van een condensator 13 en een inductantie 14. Zowel aan de condensator 13 als aan de inductantie 14 is een varistor 15, resp. 16 parallel geschakeld. Bij deze schakeling is de invloed van de impedantie van het net en van het te beveiligen toestel nagenoeg geëlimineerd, aangezien deze impedanties 35 klein zijn ten opzichte van de inductiviteit 14.

De werking van deze schakeling berust eveneens op het verschijnsel dat de spanning over de condensator afneemt met de frequentie, en overigens op het verschijnsel dat de 8701238 - 5 - * spanning over de inductantie toeneemt met de frequentie. Door de geschikte keuze van de betreffende varistors wordt het beveiligingsspanningsniveau van de beveiliging vastgelegd.

Uiteraard moet hierbij rekening worden gehouden met het feit 5 dat het beveiligingsspanningsniveau bij de netfrequentie uiteraard overeenkomt met het beveiligingsspanningsniveau van de in figuur 1 getoonde schakeling.

Het is tevens mogelijk door toepassing van bijvoorbeeld een schakelaar het beveiligingsspanningsniveau instel-10 baar te maken. Hiermee kan, wanneer de beveiligingsschakeling is geïnstalleerd, het beveiligingsspanningsniveau op de voor die situatie meest geschikte waarde worden ingesteld.

Deze schakeling heeft verder het voordeel boven de in figuur 2 en 3 getoonde schakelingen, dat door het grotere 15 aantal componenten het aantal vrijheidsgraden voor de keuze van de gewenste frequentie-karakteristiek groter is. Hierbij moet uiteraard rekening gehouden worden met het feit dat de waarden van de condensator en van de inductantie niet geheel vrij te kiezen zijn, aangezien rekening moet worden gehouden 20 met het door deze schakeling opgenomen, resp. afgegeven blindvermogen. Tevens kan de resonantiefrequentie van de serieschakeling van de condensator en de inductantie zo laag mogelijk worden gekozen, zodat het beveiligingsspanningsniveau boven de netfrequentie steil daalt.

25 Figuur 5 toont een grafiek van de admittantie van de schakeling volgens figuur 4, waarbij Y=admittantie, f*frequentie en fD=resonantiefrequentie van LC-serieschake-ling.

Figuur 6 toont een uitvoeringsvorm van de in figuur 30 4 afgebeelde overspanningsbeveiligingsschakeling. Deze over-spanningsbeveiligingsschakeling wordt gevormd door een op een metalen voet 17 geplaatst isolerend huis 18, dat aan de bovenzijde wordt afgesloten door een metalen kap 19. In het huis 18 zijn twee elk door een isolerende omhulling 20 omge-35 ven kolomvormige ruimten 21, 22 aangebracht. Onder elk van deze kolommen 21, 22 is een van een omhulling voorziene schroefveer 23 aangebracht. Op één van de schroefveren 23 in de kolom 21 is een spoel 24 aangebracht, die de inductantie 8701238 4 . - 6 - 14 representeert. Boven de spoel 24 is een reeks in serie geschakelde condensatoren 25 aangebracht. Deze condensatoren representeren de capaciteit 13.

In de andere kolom 22, boven de andere schroefveer 5 23 is een stapel varistoren 26 aangebracht. Deze stapel varistoren 26 representeert de varistor 16. Boven de stapel varistoren 26 is een tweede stapel varistoren 27 aangebracht. Deze tweede stapel varistoren representeert de varistor 15.

10 Tussen de spoel 24 en de stapel condensatoren 25 en tussen de twee stapels varistors 26, 27 is een geleidende plaat 30 aangebracht, die de dwarsverbinding 31 in figuur 4 representeert. Zowel boven de tweede stapel varistoren 27 als boven de stapel condensatoren 25 is wederom een schroefveer 15 28 aangebracht. De schroefveren 28 en 23 sluiten de stapels varistoren, resp. condensatoren en de spoel op en fixeren deze op hun juiste plaats. De schroefveren doen tevens dienst als geleider, zodat de onderzijde van de betreffende stapel verbonden is met de voet 17, en de bovenzijde verbonden is 20 met de kap 19. Boven op de kap 19 is een aansluiting 29 aangebracht .

Vanzelfsprekend behoeft de in figuur 4 getoonde schakeling niet op deze wijze te worden uitgevoerd, er zijn vele andere uitvoeringsvormen mogelijk.

8701238

Claims (10)

1. Inrichting voor het tegen overspanning beveiligen van een elektrisch toestel, met het kenmerk, dat het beveiligingsspanningsniveau van de inrichting frequentieaf-hankelijk is.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het beveiligingsspanningsniveau bij van de netfrequentie afwijkende frequenties lager is dan bij de netfrequentie.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de inrichting gevormd wordt door een filter en 10 ten minste een element met een spanningsafhankelijke impedantie.

4. Inrichting volgens conclusie 3, het het kenmerk, dat het element met een frequentieafhankelijke impedantie gevormd wordt door een condensator.

5. Inrichting volgens conclusie 3, gekenmerkt door, een serieschakeling van een condensator en een element met een spanningsafhankelijke impedantie.

6. Inrichting volgens conclusie 5, gekenmerkt door, een serieschakeling van twee elementen met een spanningsaf- 20 hankelijke impedantie, waarbij een condensator aan één van deze elementen parallel geschakeld is.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat aan het andere element een zelfinductie parallel is geschakeld .

8. Inrichting volgens één van de voorafgaande con clusies, met het kenmerk, dat het beveiligingsspanningsniveau instelbaar is.

9. inrichting volgens één van de conclusies 3-8, met het kenmerk, dat de elementen met een spanningsafhanke- 30 lijke impedantie gevormd worden door varistors.

10. Inrichting volgens één van de conclusies 3-9, met het kenmerk, dat alle elementen in één behuizing zijn geplaatst. 8701238