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Selektiver Erdschlussschutz fiir Kabel, Maschinen, Transformatoren und sonstige elektrische Apparate mit voneinander isolierten Leiterteilen.
Es sind Erdschluss-Schutzeinrichtungen bekannt, bei denen zur selektiven Abschaltung nach dem
Wattmeterprinzip arbeitende Erdschlussrelais verwendet werden, deren Spannungsspulen an die Nullpunkt- spannung und deren Stromspulen bei Drehstromsystemen meist in der gemeinsamen Sternpunktver- bindung von drei in Asymmetriesehaltung angeordneten Stromwandlern liegen. Bei kompensierten
Netzen ist der Asymmetriestrom gleich dem Reststrom. Die Relais sprechen auf die Wattkomponente dieses Reststromes an. Da aber insbesondere bei Kabelnetzen in vielen Fällen die Wirkstromkomponente sehr klein ist, müssen die Erdsehlussrelais sehr empfindlich sein.
Um mit derartig empfindlichen Relais arbeiten zu können, darf in der gemeinsamen Sternpunktvorriehtung der in Asymmetriescha1tung angeordneten Stromwandlergruppe ausser im Erdschlussfall kein Unsymmetriestrom fliessen. Diese
Bedingung ist jedoch nur erfüllt, wenn die Wandler genau dieselbe Fehlercharakteristik aufweisen. Da nun selbst bei einer Fabrikationsserie die Stromwandler nicht immer genau gleich ausfallen, treten
Unsymmetrieströme auf, die die Relais ungewollt zum Ansprechen bringen können und somit die
Selektivität derartiger Einrichtungen in Frage stellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine selektive Erdsehlussschutzeinrichtung zu schaffen, die die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet und mit weniger empfindlichen Relais und ohne Falsehstromkompensation, die gelegentlich vorgeschlagen wurde, ebenfalls eine selektive Anzeige ohne Abtrennung der mit Erdschluss behafteten Einrichtung bewirkt.
Das Kennzeichen des neuen selektiven Erdschlussschutzes für Kabel, Maschinen, Transformatoren und sonstige elektrische Apparate mit voneinander isolierten Leiterteilen besteht darin, dass zwischen die während des normalen Betriebes nicht gegeneinander spannungsführenden Leiterteile im Augenblick des Erdschlusses eine durch Transformation aus der bei Erdschluss auftretenden Nullpunktspannung des Systems gewonnene Spannung gelegt wird, die zwischen den durch den Erdschlusslichtbogen überbrücken Leiterteilen einen Ausgleichstrom hervorruft, der auf die Niederspannungsseite übertragen wird und eine Erdschlussanzeige oder Abschaltvorrichtung betätigt. Die durch Transformation gewonnene Spannung kann von geringer Höhe sein.
Die Leiterteile werden am Anfang und Ende der zu schützenden Einrichtung durch die Hochspannungswicklung eines Spannungswandlers miteinander verbunden, die so geschaltet ist, dass die Leiterteile im Verhältnis ihres Querschnittes an der Netzstromübertragung teilnehmen, ohne dass dadurch im Kern des Spannungswandlers durch den Netzstrom ein Fluss erzeugt wird. Die Niederspannungswicklungen dieser Transformatoren werden über ein Maximalstrom-oder Wattmeterrelais an die Klemmen der Wicklung des vierten und fünften Schenkels eines Fünfsehenkel-ErdsehlusswandIers oder die Klemmen der Niederspannungswicklung einer Erdschlussspule angeschlossen.
Während des Normalbetriebes wird also dem Spannungstransformator, da die Spannung des neutralen Punktes Null ist, keine Spannung aufgedrückt, so dass auch zwischen den an die Hochvoltwicklung des Spannungstransformators ange- schlossenen, voneinander isolierten Leiterteilen keine Spannungsdifferenz besteht. Bei Erdschluss hingegen entsteht an der Wicklung des Fünfschenkelwandlers bzw. an der Wicklung der Erdsehlussspule eine Spannung, die über das Relais der Niederspannungswieklung des Spannungstransformators zugeführt
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wird. Liegt der Erdschluss ausserhalb der zu schützenden Strecke, so wird der das Relais durchfliessende Strom durch die Leerlaufleistung des Spannungswandlers begrenzt.
Liegt dagegen der Erdschluss innerhalb der mit unterteilten Leitern ausgerüsteten Strecke oder Wieldung, so werden die voneinander isolierten Leiterteile durch den Erdschlusslichtbogen überbrückt und kurzgeschlossen, so dass jetzt der Spannungs- transformator eine höhere Leistung als die Leerlaufleistung aufnimmt, auf die das zwisehengesehaltete Relais auf der Niederspannungsseite anspricht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es handelt sieh dabei um den Erdsehlusssehutz für ein Drehstromkabel, das an das Sammelschienensystem UW angeschlossen ist. Die Leiter jedes Kabels sind in drei Querschnitte unterteilt. Ausser dem Hauptleiter 1 sind zwei voneinander und gegen den Hauptleiter isolierte Hilfsleitergruppen 2 und 3 vorhanden, deren Enden am Anfang und Ende an den Spannungswandlern 4 mit der Hochspannungswicklung F-L-ll'liegen.
Die Niederspannungswicklungen a-p am Anfang des Kabels sind über die Relais 5 parallel geschaltet und liegen an den Klemmen abel der Sekundärwicklung des Fünfsehenkelwandlers 6, der primärseitig an das Drehstromsystem mr angeschlossen ist. Die in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehenen Erdschlussrelais 5 arbeiten nach dem wattmetrischen Prinzip. Ihre Stromspulen werden von den Erreger-
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der entsprechenden Spannungstransformatoren.
Am Ende des Kabels sind die Enden e der Niederspannungswicklungen der Spannungstransformatoren 4 ebenfalls verbunden, während die Anfänge a dieser Wicklungen dem Erdschlussüberwachugns-
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Kontakte werden die Anzeige-bzw. Absehaltrelais S von einer Gleichstromquelle gespeist.
Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende :
Tritt bei x ein Erdschluss im Kabel auf, so werden durch den Erdsehlusslichtbogen die voneinander isolierten Teilleiter überbrückt und die Hochvoltwicklungen F-W des an der Phse U liegenden Spannungswandlers 4 über den Widerstand der Teilleiterschleife kurzgeschlossen. Gleichzeitig erhält durch die Erdung der Phase F die Wicklung al-e des Fiinfschenkelwandlers Spannung, wodurch die an seine Klemmen angeschlossenen Spannungswandler 4 erregt werden. Während die Wandler in den Phasen r und W nur die Leerlaufleistung aufnehmen, ist der Wandler 4 in der erdgeschlossenen Phase F infolge der Überbrückung der Teilleiter belastet, so dass das Relais 5 zum Ansprechen gebracht wird.
Am Ende der Leitung liegen die Verhältnisse wie folgt :
Die Spannungswandler 4 in den Phasen V und 11'werden über die Teilleiter von der Hochvoltwieklung aus erregt. Die Spannungen der entsprechenden Niedervoltwicklungen a-e sind gleich. Der Wandler in der erdgeschlossenen Phase r dagegen erhält infolge des Kurzschlusses zwischen den Teil-
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wie das Erdschlussrelais 5 am Anfang der Strecke ab.
Für den Fall eines Erdschlusses ausserhalb der zu schützenden Strecke erhält zwar die Wicklung ai-ei des Fünfsehenkelwandlers 6 ebenfalls Spannung, so dass die drei Spannungswandler am Anfang des Kabels erregt werden und die Niederspannungswieklungen der Spannungswandier 4 am Ende des Kabels Spannungen gleicher Grosse und Richtung erhalten, jedoch können die Erdschlussrelais am Anfang nicht ansprechen, da die Belastung durch die kurzgeschlossenen Teilleiter, die mit den Wicklungen F-W der Spannungswandler verbunden sind, fehlt. Die Spannung der Niedervoltwicklungen ase der Spannungswandler 4 am Ende des Kabels sind in diesem Falle gleich gross, so dass in dem Erdschlussanzeigerelais 7 kein Strom entstehen kann.
Beim Erdschluss ausserhalb der zu schützenden Strecke werden also auch die am Ende des Kabels befindliehen Anzeige-oder Abschaltrelais 8 nicht ansprechen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Selektiver Erdsehlusssehutz für Kabel, Maschinen, Transformatoren und sonstige elektrische Apparate mit voneinander isolierten Leiterteilen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die während des Normalbetriebes nicht gegeneinander spannungsführenden Leiterteile (1, 2.
3) im Augenblick des Erdschlusses eine durch Transformation über Spannungswandler (4) aus der bei Erdschluss auftretenden Nullpunktspannung des Systems gewonnene Spannung gelegt wird, die zwischen den durch den Erd- schlusslichtbogen überbrückten Leiterteilen (1, 2, 3) einen Ausgleiehstrom hervorruft, der auf die Nieder- spannungsseite der Spannungswandler (4) übertragen wird und eine Erdschlussanzeige oder Abschaltvorrichtung (5, 7) betätigt.