DE2358197C3 - Verfahren zur automatischen Einstellung von Erdschlußspulen (PETERSEN-Spulen) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Einstellung von Erdschlußspulen (PETER-SEN-Spulen), bei dem die Sternpunkt-Erd-Spannung (Erdschlußsf ulen-Spannung) ständig gemessen und die Induktivität der Erdschk-ßspule innerhalb eines vorgegebenen, die Resonanzinduktivitäten einschließenden Induktivitätsbereichs ir Abhängigkeit von der gemessenen Sternpunkt-Erd-Spannung verändert wird, bei dem nämlich nach dem Beginn jedes Einstellzyklus die Induktivität der Erdschlußspule verändert wird und dann, wenn bei der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule länger als eine vorgebbare Zeitspanne ein negativer Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit vorliegt, die Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule geändert wird.

Ein solches Verfahren ist bekannt (CH-PS 295806).

Erdschlußspulen werden bekanntlich in Drehstromnetzen zur induktiven Sternpunkterdung (im Gegensatz zur starren Sternpunkterdung) verwendet. Dabei wird die Induktivität der verwendeten Erdschlußspulen so bemessen, daß bei Erdschluß (zumindest nahezu) Parallelresonanz mit den Erdkapazitäten des Netzes besteht. Die für ein bestimmtes Drehstromnetz mit bestimmten Erdkapazitäten zur Erzielung von Parallelresonanz erforderliche Induktivität der Erdschlußspule ist zuvor mit »Resonanzinduktivität« bezeichnet worden. Liegt Parallelresonanz vor, dann kann bis auf einen durch ohmsche Widerstände gegebenen Reststrom kein Erdschlußstrom fließen. Die induktive Sternpunkterdung kann entweder unmittelbar durch Anschluß von Erdschlußspulen, auch PETERSEN-Spulen genannt, in den Stempunkten der Leistungstransformatoren oder durch Verwendung besonderer Transformatoren (Nullpunktbildner, Löschtransformatoren) erfolgen. Damit durch Unsymmetriespannungen zwischen dem Sternpunkt des Drehstromnetzes und der Erde keine unzulässig hohen Spannungen in dem Parallelresonanzkreis entste hen, werden die Erdscblußspulen zumeist so eingestellt, daß eine bestimmte Überkompensation oder auch Unterkompensation vorliegt. Die an einer Erdschlußspule anstehende und meß-

bare Sternpunkt-Erd-Spannung, eingangs Erdschlußspulen-Spannung genannt, ermöglicht eine Aussage darüber, ob die in Rede stehende Erdschlußspule so eingestellt ist,- daß sie für das gerade vorliegende Drehstromnetz die Resonanzinduktivität darstellt. Ist das der Fall, so erreicht die an der Erdschlußspule anstehende Sternpunkt-Erd-Spannung ihren Maximalwert (vgl. die CH-PS 295806, Fig, 2, und die CH-PS 334804, Fig. 1 und 2), Bei den in Rede stehenden Verfahren zur automatischen Einstellung von Erdschlußspulen wird folglich die Induktivität der Erdschlußspule innerhalb eines vorgegebenen, die -möglicherweise benötigten — Resonanzinduktivitäten einschließenden Induktivitätsbereiches in Abhängigkeit von der gemessenen Sternpunkt-Erd-Spannung verändert

Im einzelnen geht das Verändern der Induktivität der Erdschiußspuie in Abhängigkeit von der gemessenen Sternpunkt-Erd-Spannung wie folgt vor sich: Nach dem Beginn jedes Einstellzyklus wird die In-

duktivität der Erdschiußspuie - durch eine hier im einzelnen nicht zu erörternde Stelleinrichtung - verändert. Diese Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule kann zu einem positiven Differentialquotienten der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit

führen. Dann wird die Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule zunächst so lange beibehalten, bis die Resonanzinduktivität erreicht ist, bis also die Sternpunkt-Erd-Spannung ihren Maximalwert erreicht hat. Die nach dem Beginn eines Ein- stellzyklus eingeleitete Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule kann aber auch zu einem negativen Differentialquotienten der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit führen. Dann wird die Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschluß-

spule nach einer vorgebbaren Zeitspanne geändert, so daß die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule nur für eine vorgebbare Zeit »in die falsche Richtung läuft«, dann die Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule geändert

wird und die nunmehr »richtige« Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule zunächst so lange beibehalten wird, bis an der Erdschlußspule die Resonanzinduktivität eingestellt ist, die Sternpunkt-Erd-Spsmnung also ihren Maximalwert erreicht

so hat. Beim Erreichen der Resonanzinduktivität wird die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule und die Rihtung dieser Veränderung zunächst noch beibehalten, so daß nunmehr die Sternpunkt-Erd-Spannung wieder abnimmt, also ein negativer Diffe-

rentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit entsteht. Legt nun dieser negative Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit die vorgegebene Zeitspanne vor, so wird die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule ge-

stoppt. Die zuvor beschriebene »vorgebbare Zeitspanne«, innerhalb der ein negativer Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nicht zu einer Änderung der Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule führt, verhindert also, durch

Spannungseinbrüche im Drehstromnetz entstehende Maxima der Sternpunkt-Erd-Spannung als das die Resonanzinduktivität anzeigende Maximum der Sternpunkt-Erd-Spannung zu verkennen.

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Pas zuvor erläuterte, aus der CH-PJ5 295806 bekannte Verfahren s?ur automatischen Erstellung von Erdscblußspulen ist nun insoweit nachteilig, als der EtnsteUzyWus nach der zuvor erläuterten »vorgebbaren Zeitspanne« nach dem Erreichen 4er Resonanzinduktivität beendet wird. Innerhalb dieser »vorgebbaren Zeitspanne« läuft die Induktivität der Erdschlußspule - in Abhängigkeit von deir Steilheit der Resonanzkurve - mehr oder weniger weit von der Resonanzinduktivität weg, so daß die erreichbare Genauigkeit des bekannten Verfahrens zur automatischen Einstellung von Erdschlußspulen zu wünschen übrig läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das zuvor erläuterte Verfahren zur automatischen Einstellung von Erdschlußspulen so auszugestalten und weiterzubilden, daß mit ihm die gewünschte Kompensation eines Drehstromnetzes mit Hilfe einer Erdschlußspule mit verbesserter Genauigkeit erreicht werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren, mit dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten EinJiellschritt die maximal auftretende Sternpunkt-Erd-Spannung gespeichert und in einem zweiten Einstellschritt die Ver- änderung der Induktivität der Erdschlußspule beim Erreichen der gespeicherten Sternpunkt-Erd-Spannung oder eines vorgebbaren Teilbetrags davon beendet wird. Der dadurch erreichte Vorteil ist zusammengefaßt darin zu sehen, daß die gewünschte Kompensa- Jo tion eines Drehstromnetzes - auch eine Überkompensation oder eine Unterkompensation - mit Hilfe einer Erdschlußspule mit bsonderer Genauigkeit erreicht werden kann. Tatsächlich kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine vollständige ^!5 Kompensation bzw. jede gewünschte Über- oder Unterkompensation exakt eingestellt werden, weil die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule exakt beim Erreichen der gespeicherten, maximal aufgetretenen Sternpunkt-Erd-Spannung (oder eines ^o vorgebtaren Teilbetrages davon) beendet wird, während bei dem bekannten Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule in einem unbestimmten Abstand von der maximal aufgetretenen Stempunkt-Erd-Spannung beendet wird.

Im /olgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Strrnpunkt-Erd-Spannung über der Induktivität der Erdschluß- so spule, bei einem Einstellvorgang, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines elektronischen Geräts zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Fig. 1 zeigt die Sternpunkt-Erd-Spannung i>5 über der Induktivität der Erdschlußspule während eines Einstellvorganges, d. h. bei einer automatischen Einstellung der Induktivität der Erdsdhlußspule, um in einem Drehstromnetz eine Kompensation oder auch eine Überkompensation oder eine Unterkompensation vorzunehmen. Dabei wird die Sternpunkt-Erd-Spannung ständig gemessen und die Induktivität der Erdschlußspule innerhalb eines ,vorgegebenen, die Resonanzinduktivitäten einschließenden Induktivitätsbereichs in Abhängigkeit von der gemessenen Sternpunkt-ßid-Spannung verändert.

Bei Beginn eines Einstellzyklus, der nun anhand der Fig. 1 erläuter' werden soll, sei A der Ausgangspunkt, dem eine Sternpunkt-Erd-Spannung 4, und eine Indukvitität der Erdschlußspule A₁ zugeordnet ist, Nun muß die Induktivität der Erdscnlußspitle 50 verändert werden, daß der Maximalpunkt E (oder ein dem Maximalpunkt E nahe gelegener Punkt F oder G) erreicht wird. Zunächst wird die Induktivität der Erdschlußspule verringert, Dabei wird ein negativer Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit festgestellt. Wenn der festgestellte negative Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit langer als eine vorgegebene Zeitspanne T vorgibt, wird die Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspuie geändert; das passiert im Punkt B. Nunmehr wird also die Induktivität der Erdschlußspule vergrößert, wobei ein positiver Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit festgestellt wird, der keine Auswirkungen auf die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspuie hat. Ist der Punk C erreicht, so wird bei fortschreitender Vergrößerung der Induktivität der Erdschlußspule wiede- ein negativer Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung festgestellt, und zwar bis zum Erreichen des Punktes D. Die Zeitspanne T₁, in der ein negativer Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit vorliegt, ist kleiner als die vorgegebene Zeitspanne T, so daß auch jetzt die Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule nicht geändert wird, die Induktivität der Erdschlußspule also weiter vergrößert wird, wobei nacheinander die Punkte J und G und dann der Maximalpunkt E erreicht werden. Nach dem Erreichen des Maximalpunktes E wird bei fortschreitender Vergrößerung der Induktivität der Erdschlußspuie ein negativer Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung festgestellt. Liegt dieser negative Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit länger als die Zeitspanne T vor, so wird wieder die Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule geändert; das geschieht im Punkt H.

Erfindungsgemäß wird bei der zuvor beschriebenen Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule in einem ersten Einstellschritt die im Maximalpunkt E auftretende maximale Sternpunkt-Erd-Spannung U₁ gespeichert und in einem zweiten Einbtellschritt die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule, d. h. die Verringerung der Induktivität der Erdschlußspuie beim Erreichen der gespeicherten Sternpunkt-Erd-Spannung U₁ oder eines vorgebbaren Teilbetrags davon, nämlich beim Erreichen der Sternpunkt-Erdspannung U₁ beendet.

Es ist bereite zuvor mehrfach ausgeführt worden, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Drehstromnetz kompensiert, aber auch überkompensiert oder unterkompensiert werden kann. Bezogen auf die Fig. 1 liegt eine Unterkompensation vor, wenn die Induktivität der Erdschlußspule kleiner ist, als es dem Maximalpunkt E entspricht, während eine Überkompensation vorliegt, wenn die Induktivität der Erdschlußspu'e größer ist, als es dem Maximalpunkt E entspricht. Soll mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Drehstromnetz kompensiert werden, so wird die Veränderung dev Induktivität der Erdschlußspule beendet, wenn der Maximalpunkt zum zweiten MaJ erreicht wird. Soll jedoch mit Hilfe des erfindungs^emäßen Verfahrens ein Drehstromnetz über- oder unterkompensiert werden, so wird die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule be-

endet, wenn der Punk F (Überkompensation) oder der Punkt G (Unterkompensation) zum zweiten Mal erreicht wird. Um, ausgehend vom Punkt H, feststellen zu können, ob der Punkt F oder der Punkt E erreicht worden ist, werden als Kriterien einerseits die Sternpunkt-Erd-Spannung U_v andererseits die Veränderungsrichtung - positiver Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit oder negativer Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit - herangezogen.

Die Fig. 2 zeigt nun das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines elektronischen Geräts zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens. Dieses Gerät besteht aus einem Gleichrichter 1, einem Siebglied 2, einem Differenzierglied 3, einer Diode 4, einem Zeitglied 5. einem Flip-Flop 6, zwei UND-Gliedern 7, 8, zwei Relais 9, 10, drei Flip-Flops 11,12,13, einem UND-Glieder 14, einem 3peiCi*ici ta yZüi opciCiicfüiig uci ίΤιΰΛίϊΐΐαι aiii tretenden Sternpunkt-Erd-Spannung), einem Spannungsteiler 16, einem Differenzverstärker 17, einem Differenzierglied 18, einem Schwellwertschalter 19, einem Zeitglied 20 und einem Differenzierglied 21 (aus einem Kondensator 22, einem Widerstand 23 und einer Diode 24).

Die Funktionsweise des in Fig. 2 mit Hilfe eines Blockschaltbildes dargestellten elektronischen Geräts zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich wie folgt beschreiben:

Die Sternpunkt-Erd-Spannung wird dem Gleichrichter 1 zugeführt, der vorzugsweise mit Operationsverstärkern ausgeführt ist, um die Schwellenspannung von Gleichrichterdioden auszuschalten und eine exakte Gleichrichtung bis herunter in den Millivoltbereich zu ermöglichen. Die gleichgerichtete Sternpunkt-Erd-Spannung wird durch das Siebglied 2 (oder durch mehrere Siebglieder 2) geglättet. Mit Hilfe des Differenziergliedes 3 wird der Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit gebildet. Zweckmäßigerweise ist das Differenzierglied 3 sehr empfindlich ausgelegt, da an seinem Ausgang eine digitale Aussage - positiver Differentialquotient oder negativer Differentialquotient - genügt. Wenn bei der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule ein negativer Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit langer als eine vorgebbare Zeitspanne vorliegt, dann wird die Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule geändert. Deshalb ist an den Ausgang des Differenzierglieds 3 eine Diode 4 angeschlossen, über dio nur ein Sign! »negativer Differentialquotient« an das Zeitglied 5 gelangt. An den Ausgang des Zeitglieds 5 ist das Flip-Flop 6 angeschlossen, das ausgangsseitig, wie in Fig. 2 im einzelnen dargestellt, zwei UND-Glieder 7, 8 und zwei Relais 9, 10 aufweist. Die Relais 9,10 sind antivalent angesteuert und bewirken eine Vergrößerung bzw. eine Verringerung der Induktivität der Erdschlußspule. Die UND-Glieder 7, 8 werden durch ein Flip-Flop 11 freigegeben, was weiter unten noch näher erläutert wird.

Die Flip-Flops 12,13 bilden einen Zähler, der nach zwei (aus dem Zeitglied S kommenden) Eingangssignalen ein Ausgangssignal abgibt und damit das UND-Glied 14 freigibt. Die zweite UND-Bedingung für das UND-Glied 14 wird aus dem Speicher 15, dem Spannungsteiler 16 und dem Differenzverstärker 17 gewonnen. Der Speicher 15 kann im einfachsten Fall in bekannter Weise durch eine Gleichrichterdiode und einem Ladekondensator gebildet sein. Es ist jedoch zweckmäßig, auch hier Operationsverstärker vorzusehen. Der Speicher 15 wird dadurch zurückgesetzt, daß er an die Flip-Flops 12, 13 angeschlossen ist.

(Schaltungen der zuvor beschriebenen Art werden auch als »Sample- and Hold-Schaltungen« bezeichnet.) Der Differenzverstärker 17 ist einerseits mit dem Ausgang des Siebglieds 2, andererseits mit dem Spannungsteiler 16 verbunden. Für die Freigabe des UND-Gliedes 14 gilt nun folgendes:

a) Nach zwei Ausgangssignalen des Zeitgüedes 5 gibt das Flip-Flop 13 ein Ausgangssignal ab, das als Eingangssignal an das UND-Glied 14 gelangt. (Bezogen auf die grafische Darstellung in Fig. 1

ι > ist das dann der Fall, wenn der Punkt H erreicht

worden ist.)

b) Die am Spannungsteiler 16 liegende maximale Sternpunkt-Erd-Spannung U_] ist größer al« liie am Ausgang des Sicbgücücs 2 and an dem daran

angeschlossenen Eingang des Differenzverstärkers 17 anliegende momentane (gleichgerichtete unJ gesiebte) Sternpunkt-Erd-Spannung; der Ausgang des Differenzverstärkers 17 führt das Potential Null. Wenn nun die am Ausgang des -'5 Siebgliedes 2 und an dem damit verbundenen

Eingang des Differenzverstärkers 17 liegende momentane (gleichgerichtete und geglättete) Sternpunkt-Erd-Spannung gleich oder größer ist als die am anderen Eingang des Differenzverstärkers 17 liegende, vom Spannungsteiler 16 kommende Spannung, dann führt der Ausgang des Differenzverstärkers ein positives Potential. (Bezogen auf die grafische Darstellung nach Fig. 1 ist das dann der Fall, wenn der Punkt F erreicht worden ist.)

Sind für das UND-Glied 14 die UND-Bedingungen erfüllt, so wird über das Flip-Flop 11 die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule beendet.

Die Gewinnung des Startsignals für das Flip-Flop 11 ist nicht Gegenstand der Erfindung. Eine Möglichkeit der Gewinnung dieses Startsignals soll jedoch im folgenden erläutert werden:

In der Praxis soll das in Rede stehende Gerät in Betrieb gesetzt werden, wenn in dem entsprechenden Drehstromnetz Leitungen zu- oder abgeschaltet werden, d. h., wenn sich die Sternpunkt-Erd-Spannung plötzlich ändert und diese Änderung über eine bestimmte Zeitspanne anhält. Man kann deshalb über das Differenzierglied 18 und den Schwellwertschalter so 19 das Zeitglied 20 ansteuern, welches nach einer vorgegebenen Zeitspanne den gewünschten Star'impuls abgibt.

Zwischen dem Ausgang des Flip-Flops 6 und einem weiteren Eingang des UND-Gliedes 14 ist gestrichelt eine Verbindung vorgesehen. Diese Verbindung wird realisiert, wenn ein Drehstromnetz mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Drehstromnetz über- oder unterkompensiert werden soll.

Schließlich bedarf das vorgesehene Differenzierglied 21 noch der Erläuterung. Sollte aus irgendeinem Grunde der Differenzverstärker 17 nicht ansprechen, z. B. weil die am Spannungsteiler 16 liegende, maximal aufgetretene Sternpunkt-Erd-Spannung wesentlich größer ist als die momentan erreichbare Sternes punkt-Erd-Spannung, so wird durch das Differenzierglied 21 beim Zurückkippen des Flip-Flops 13 der Speicher 15 wieder auf Null gesetzt, so daß ein neuer Einstellzyklus beginnt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Verfahren zur automatischen Einstellung von Erdscblußspulen (PETERSEN-Spulen), bei dem die Sternpunkt-Erd-Spannung (Erdschlußspulen-Spannung) ständig gemessen und die Induktivität der Erdschlußspule innerhalb eines vorgegebenen, die Resonanzinduktivitäten einschließenden Induktivitätsbereiches in Abhängigkeit von der gemessenen Sternpunkt-Erd-Spannung verändert wird, bei dem nämlich nach dem Beginn jedes Einstellzyklus die Induktivität der Erdschlußspule verändert wird und dann, wenn bei der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule länger als eine vorgebbäre Zeitspanne ein negativer Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit vorliegt, die Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Einstellschritt die maximal auftretende Sternpunkt-Erd-Spannung gespeichert und in einem zweiten Einsteilschritt die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule beim Erreichen der gespeicherten Sternpunkt-Erd-Spannung oder eines vorgebbaren Teilbetrags davon beendet wird.