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Die österr. Patente Nr. 114370 und Zusatz Nr. 120306 betreffen Einrichtungen zur künstlichen betriebsmässigen Spannungsverlagerung des Systemnullpunktes gegen Erde, mit deren Hilfe jedem Punkt der Maschinenwicklung ein gewisses Potential gegen Erde aufgedrückt wird, um bei Erdschluss an beliebiger Stelle der Wicklung einen zur Relaisbetätigung ausreichenden Erdschlussstrom hervorzurufen.
Durch Einfügung der die Spannungsverlagerung erzeugenden Hilfsspannung wird aber, wenn die an den Generator angeschlossenen Anlagenteile eine entsprechend grosse Kapazität gegen Erde besitzen,
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wird dann das Relais, namentlich wenn es ein reines Stromrelais ist, wie es bei Gruppensehaltung von
Generator und Transformator gewöhnlich benutzt wird, in derselben Weise beeinflusst wie von dem bei einem Isolationsdurchbruch zustande kommenden Erdschlussstrom und daher fälschlicherweise ansprechen.
Man könnte nun den schädlichen Kapazitätsstrom durch eine der bekannten Löscheinrichtungen kompensieren, indem man z. B. den Nullpunkt der zu überwachenden Maschine über eine Erdschlussspule mit Erde verbindet. Die Erdschlussspule wäre aber dann für die volle Phasenspannung und für den bei sattem Erdschluss an den Generatorklemmen auftretenden maximalen Erdschlussstrom zu bemessen und würde somit verhältnismässig kostspielig werden.
Die Löscheinrichtung wird viel kleiner ausfallen, wenn sie nach der Erfindung so in den Stromkreis der Nullpunktsverbindung eingeschaltet wird, dass sie nur den durch die Hilfsspannung infolge der Kapazität der angeschlossenen Anlagenteile hervorgerufenen Strom kompensiert. Dazu wird die Drosselspule an zwei Punkten der Erdverbindung angeschlossen, zwischen welchen sowohl im erdschlussfreien als auch im erdschlussbehafteten Betrieb keine höhere Spannung als die Zusatzspannung herrscht. Dies ist z. B. bei den Anschlusspunkten der Hilfsspannungsquelle der Fall.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit 1 ist ein Generator bezeichnet, der über Kabel 3 mit der Unterspannungswieklung 2 eines Transformators verbunden ist. An die Ausführungsklemmen des Generators ist ein in Stern geschalteter Hilfstransformator 11 angeschlossen, dessen eine Schenkelwicklung zwecks Erzeugung der Nullpunktsverlagerung die Verlängerung 12 besitzt, die ihrerseits über einen zur Speisung des Erdschlussrelais 7 dienenden Stromwandler 8 und den Erdungswiderstand 4 geerdet ist. Nach der Erfindung wird nun an die Zusatzspannung (Anschlusspunkte A und B) eine Drosselspule 10 gelegt, die so bemessen ist, dass sie den unter dem Einfluss der Kapazität des Generators sowie der mit ihm galvanisch verbundenen Anlagenteile (Kabel, Transformatorwicklung) entstehenden Strom kompensiert.
Aus dem Ersatzschema der Fig. 2, in welchem die Wicklung 12 als Sitz der eingeprägten Zusatzspannung P aufzufassen ist, ersieht man, dass der durch die Kapazität C fliessende Strom Je durch den von der Drosselspule 10 aufgenommene Strom J in seiner Wirkung auf das Erdschlussrelais gerade aufgehoben wird, wenn JL= Je gemacht wird. Das Erdschlussrelais wird nur von dem Ohmschen Reststrom, der wenige Prozente des Kapazitätsstromes ausmacht und das Relais nicht zum Ansprechen bringen kann, durchflossen.
*) Erstes Zusatzpatent Nr. 120306.
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Die Drosselspule 10 wirkt also im erdschlussfreien Betrieb ebenso wie eine zwischen den Generatornullpunkt und Erde geschaltete Lösehspule. Im Erdschlussfalle allerdings kompensiert die Drosselspule die Erdkapazität nicht, da sie ja nur an der Zusatzspannung P liegt und nicht, wie die Kapazität unter dem Einfluss der Nullpunktspannung N steht. Diese Tatsache ist aber nur als Vorteil zu werten, denn dadurch, dass im Erdschlussfalle der Erdschlussstrom nicht kompensiert ist, wird der Relaisstrom erhöht, so dass das Schutzrelais bei Erdschluss wie erwünscht um so sicherer ansprechen wird. Weiterhin liegt an der Drosselspule sowohl bei Erdschluss als auch im Normalbetrieb keine höhere Spannung als die Zusatzspannung P.
Ihre Eigenleistung verhält sich daher zur Eigenleistung einer an den Generatornullpunkt angeschlossenen Löschspule wie das Quadrat der Zusatzspannung zum Quadrat der Phasenspannung. Die Leistung der Drossel 10 wird also wesentlich geringer sein als die einer Lösehspule am Systemntülpunl, t. Da eir die Zusatzspannung nur ungefähr 10% der Phasenspannung angenommen zu werden braucht, besitzt die Drosselspule 10 nur etwa 1% der Leistung, welche eine Löschspule haben müsste. Diese Zahlen zeigen den Vorteil der Erfindung.
Es kann vorkommen, dass die von der Drosselspule 10 zu kompensierende Kapazität variabel ist, beispielsweise dadurch, dass an dem Generator 1 nicht nur der Transformator 2 über Verbindungkabel 3 angeschlossen ist, sondern dass auf der Unterspannungsseite auch noch irgendwelche Einrichtungen, etwa für Eigenbedarf, vorgesehen werden, die zu-oder abgeschaltet werden können, so dass die in Frage kommende Kapazität nicht konstant ist. In solchen Fällen wird man die Drossel 10 als regulierbare Drosselspule mit veränderlicher Induktivität ausbilden, um die erforderliche Abstimmung bei jedem Schaltzustand erreichen zu können.
In Fig. 3 ist ein weiteres Schaltungsbeispiel dargestellt, bei dem die Nullpunktsverlagerung durch die in die Erdleitung des Generatorerdungswiderstandes 4 eingeschaltete Sekundärwicklung 5 eines Einphasentransformators hervorgerufen wird, dessen Primärwicklung 6 an verketteter Spannung liegt.
Die Hilfsdrossel. M steht auch hier immer unter der Zusatzspannung P.
Bei Gruppenschaltung von Generator und Transformator wird die Verwendung reiner Stromrelais ausreichend sein ; bei Generatoren, die direkt auf ein Netz arbeiten, ist es auch möglich, wattmetrisehe Relais vorzusehen.
Unter Umständen kann es erforderlich sein, auch den Wattreststrom, der durch die Wirkwiderstände der Drossel 10 und des Erdungswiderstandes 4 und durch den Ableitungswiderstand bedingt ist,
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stand 12 so an die Wicklung 5 des Zusatztransformators und den Stromwandler 8 gelegt, dass zwischen Zusatzspannung und Kompensationsstrom bei richtiger Abgleichung eine Phasenverschiebung erzeugt wird, die entsprechend dem Wattreststrom grösser als 900 ist. Der Stromwandler 8 ist dann im erdschlussfreien Betrieb vollkommen stromfrei.
Zweckmässig ist es, in der beschriebenen Schaltung für den Widerstand 4 einen spannungsabhängigen Widerstand zu wählen, dessen Ohmwert mit steigender Spannung wächst. Dadurch wird der Maximalerdsehlussstrom und damit die Beanspruchung des Relais auf einen möglichst geringen Wert gehalten. Das Relais kann infolgedessen sehr empfindlich eingestellt werden.
Der Erfindungsgedanke kann, wie die beiden Beispiele zeigen, überall dort angewendet werden, wo zwei Punkte zugänglich sind, die sowohl im Erdschlussfalle als auch bei erdsehlussfreiem Betrieb eine Potentialdifferenz von der Grösse der Zusatzspannung aufweisen.
Um die Einstellung der Drosselspule bequem vornehmen zu können, ist es zweckmässig, diese regelbar auszubilden, z. B. als Induktionsregler oder als Stufenregler mit Anzapfungen oder als Drosselspule mit einstellbarem Luftspalt. Auch die verwendeten Ohmschen Widerstände werden zweckmässig zur
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Sicherung der Wicklung mehrphasiger Wechselstrommaschinen gegen Erdschluss nach Patent Nr. 114370, gekennzeichnet durch eine in dem Stromkreis der Nullpunktsverbindung liegende, derart bemessene und angeschlossene Induktivität (10), dass sie sowohl im erdschlussfreien als auch im erdschlussbehafteten Betrieb nur den durch die Hilfsspannung hervorgerufenen, durch die Kapazität der angeschlossenen Anlagenteile zur Erde fliessenden Strom kompensiert.