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Einrichtung zur selbsttätigen Absehaltung von elektrischen Stromerzeugern oder Umwandlern beim
Auftreten eines Erdschlusses.
Zur selbsttätigen Abschaltung elektrischer Maschinen und Transformatoren beim Auftreten eines Erdschlusses sind bereits eine Reihe von Vorrichtungen bekannt, bei denen der Schalter durch ein wattmetrisches Relais ausgelöst wird, dessen Stromspule von der geometrischen Summe derjenigen Ströme erregt wird, welche in den Anschlussleitungen der zu schützenden Maschinen usw. fliessen, während die Spannungsspule von der Spannung des Systemnullpunktes gegen Erde erregt wird. Der die Stromspule des Relais erregende Strom wird dabei gewöhnlich durch die sogenannte Summensehaltung von Stromwandlern gewonnen, während für die Gewinnung der Nullpunktspannung verschiedene Möglichkeiten
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Sekundärwicklung oder mit viertem Schenkel.
Eine solche Vorrichtung setzt voraus, dass an irgendeiner Stelle des Systems, sei es innerhalb, sei es ausserhalb der zu schützenden Apparate, eine betriebsmässige Verbindung mit Erde besteht, weil ja nur dann der Erdschluss von einem beträchtlichen, zur Erregung der Stromspule ausreichenden Strom durchflossen wird. Nash der Erfindung besteht diese betriebsmässige Erdung darin, dass ausserhalb der zu schützenden Apparate ein künstlicher Nullpunkt geschaffen wird ; welcher, was auch im System vor sich gehen mag, in seinem Potential in zwangläufiger Abhängigkeit vom Potential des Systemnullpunktes steht, d. h. desjenigen Punktes, für den die geometrische Summe der gegen ihn gemessenen Phasenspannungen null ist.
Dieser künstliche Nullpunkt wird dann über Widerstände, Induktivitäten, Kapazitäten oder Kombinationen aus solchen an Erde gelegt. Die Bemessung dieser Nullpunktapparate hängt davon ab, welche Empfindlichkeit der Anordnung gewünscht wird, d. h. wie gross der Erdschlussstrom einerseits mit Rücksicht auf das sichere Ansprechen, anderseits mit Rücksicht auf Beschädigung der zu schützenden Apparate durch Ausbrennen der Erdschlussstelle im Falle eines Erdschlusses gewählt wird.
Erdschlussrelais zeigen bei ihrem Ansprechen an, dass in dem betreffenden Abzweig eine Rückschlussstelle für Nullpunktleistung aufgetreten ist. Unter Nullpunktleistung wird dabei eine Zusatzleistung des Systems verstanden, welche durch das Auftreten einer Nullpunktspannung und eines in den drei Leitern dem Betriebsstrom überlagerten Stromes charakterisiert ist. In einem solchen Störungsfalle ist die Stromsumme der drei Leiter nicht mehr Null. Naturgemäss muss dieser Stromanteil in andern Teilen des Systems aufgebraucht werden. In Hochspannungsnetzen nehmen die von den Leitern im Nebenschluss zur Erde abgegebenen Blind-und Wirkströme, welche durch Kapazität und Ableitung-
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grosser Strom in der neu entstandenen Strombahn.
In Kraftwerken, bei welchen mehrere Generatoren auf Sammelschienen parallel arbeiten und von den Sammelsehienen Umspanner und allenfalls kleinere Netzteile versorgt werden, liegen die Verhältnisse anders. Der Erdfehler weist wegen der bescheidenen kapazitiven und Ohmschen Ableitungsverluste des Systems nur einen geringen Stromübertritt auf, so dass das Erdschluss-Überwachungsrelais eines solchen Abzweiges keinen ausreichenden Betätigungsstrom erhält.
Man hat sich dadurch geholfen, dass man jedem Generator einen an seinen Nullpunkt anzu- schliessenden Erdungswiderstand zugeordnet hat ; er bildet einen Verbraucher für die Nullpunktspannung, dessen Strom sich über die Fehlerstelle rückschliesst. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin,
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dass in sämtlichen analog ausgerüsteten Maschinen und Umspannern der Zentrale der vom Erdwiderstand aufgenommene Strom gleiche Richtung aufweist und kein selektives Kennzeichen für die gestörte Einheit bietet.
Selbst wenn man den Unsymmetriestrom der sammelsehienenseitig gelegenen Stromwandler jeder Einheit an Stelle des Stromes im Erdungswiderstand für die Betätigung des Relais heranzieht, versagt die Schaltung, wenn der betreffende Generator für sich allein auf die Schienen arbeitet. Wenn hingegen eine grössere Anzahl von gleichartig ausgerüsteten Maschinen mitarbeitet, so würde der von ihren Erdwiderständen verbrauchte Strom über die Sammelschienen und die Wicklung der kranken Maschine aus der Erdfehlerstelle bezogen werden. Es könnte also die Fehlerstelle mit einem unzulässig hohen Strom belastet werden. Diese Nachteile lassen sich dadurch vermeiden, dass für den zur Fehleranzeige benutzten Erdstrom ein eindeutiger festgelegter Weg geschaffen wird.
Man belässt den Generatoren und Umspannern die Eigenschaft, dass sie nur einen verschwindend kleinen Beitrag zum Übergangsstrom der Fehlerstelle liefern und schafft einen konzentrierten Verbraucher für Nullpunktleistung, der ständig an den Sammelschienen hängt. Hiefür ist ein künstlicher Nullpunkt geeignet, an welchen ein Widerstand oder eine sonstige Impedanz angeschlossen wird. Der von letzterer aufgenommene Strom tritt nur im Störungsfalle auf und schliesst sich in unverzweigter Strombahn über die Fehlerstelle. Diese wird also unabhängig von dem jeweiligen Betriebszustand der Anlage vom Strom der an den künstlichen Nullpunkt angeschlossenen Impedanz und praktisch nur von diesem durchflossen.
Die Primärwicklungen der Stromwandler der vom Fehler nicht betroffenen Einheiten führen hingegen keinen Unsymmetriestrom, d. h. ihre Stromsumme bleibt Null und die angeschlossenen Erdschluss-Überwachungsrelais werden vom Strom der Fehlerstelle nicht passiert. Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht darin, dass bei genügender Kleinheit der in den geschützten Apparaten entstehenden Ableitungsströme von kapazitivem oder Ohmschem Charakter, also bei praktisch reiner Ausbildung der angegebenen Stromverteilung an Stelle wattmetrischer Erdschlussrelais auch genügend empfindliche amperemetrisch arbeitende Stromrelais zur Verwendung gelangen können. Unter den gemachten Voraussetzungen braucht nämlich keine Unterscheidung zwischen verschiedenen Energieflussrichtungen getroffen werden, weil die intakt gebliebenen Einheiten Nullpunktleistung weder aufnehmen noch abgeben.
Um die Impedanz des künstlichen Nullpunktes möglichst klein zu halten, wird nach der Erfindung der künstliche Nullpunkt durch Ziekzacksehaltung einer Wicklung mit oder ohne magnetische Verkettung der zugehörigen Eisenwege hergestellt. Dadurch wird erreicht, dass auch bei Kurzschlüssen in der Nähe des Nullpunktes ein zur Betätigung der Auslöseorgane ausreichender Strom entsteht.
In Fig. 1 ist der künstliche Nullpunkt durch die in Ziekzacksehaltung liegenden Wicklungen Cj-Cj ; gebildet, die auf einem dreischenkligen Kern oder drei einphasigen Kernen angeordnet sind. Der künstliche Nullpunkt kann mit einer beliebig geschalteten Sekundärwicklung dl, d2, da versehen werden, um deren Klemmen M, v, w Leistung entnehmen zu können. Es kann auch ein vorhandener Stationstransformator als Sehutztransformator gemäss der Erfindung ausgebildet werden.
Das Zusammenwirken der ganzen Anordnung gemäss der Erfindung wird durch Fig. 2 veranschaulicht. In dieser bedeutet e die Wicklung eines der zu schützenden, an die Sammelschienen R, S, T über Schalter f angeschlossenen Apparate. Die Sekundärwicklungen der drei Stromwandler g sind parallel geschaltet und wirken auf die Stromspule des Auslösers r. Die Spannungsspule des Relais wird von der an der Nullpunktimpedanz z auftretenden Spannung gespeist.
Durch eine Anordnung gemäss der Erfindung wird erreicht, dass immer der und nur der Apparat abgeschaltet wird, in welchem ein Erdschluss stattgefunden hat. Genauer gesagt, reagiert jedes Relais auf einen Erdschluss zwischen den summengeschalteten Stromwandler und dem Nullpunkt der elektromotorischen Kräfte, welche ihren Sitz in dem zu den Stromwandlern gehörigen Apparat haben.