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für Ströme der Betriebsfrequenz dagegen einen sehr hohen Widerstand darstellen. Parallel zur Strom- spule i des Erdschlussrelais Q liegt ein aus der Induktivität L und der Kapazität K bestehender und auf die Betriebsfrequenz abgestimmter Resonanzkreis.
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gelegte Transformator P. Seine Sekundärseite besteht aus zwei Wicklungen gleicher Windungszahl, die über die Gleichrichter V1 und Vs auf-den Transformator U arbeiten, dessen Primärwicklung also von einem pulsierenden Gleichstrom durchflossen wird. In der Sekundärwicklung von U entsteht eine Spannung doppelter Frequenz, die dem Nullpunktspannungswandler Z zugeführt wird.
In den Stromkreis der Sekundärwicklung des Transformators U sind der Widerstand F zur Regulierung der Stromstärke und ein Siebkreis, bestehend aus den Drosselspulen W1 und W2 und dem Kondensator B, gelegt.
Die Drosselspule W2 wird mit dem Kondensator B so abgeglichen, dass sie in Stromresonanz bei der Betriebsfrequenz arbeitet. Dadurch wird erreicht, dass in diesem Kreis merkliche Ströme der Betriebsfrequenz nicht fliessen können. Bei einer Frequenz, die grösser ist als die Betriebsfrequenz, kann der Stromresonanzkreis, bestehend aus B und Wodurch eine Kapazität ersetzt werden. Deshalb ist eine weitere Drosselspule W1 vorgessshaltet, die so abgeglichen ist, dass sie mit der resultierenden Kapazität des Parallelkreises (B und Ws) bei der Hilfsfrequenz in Spannungsresonanz arbeitet. Ströme der Hilfsfrequenz können also ungehindert fliessen. Der Widerstand F dient zur Regulierung des Stroms der Hilfsfrequenz.
Er wird so eingestellt, dass der höchst zulässige Erdschlussstrom auf den gewünschten Betrag gebracht wird.
Der Überstromsehutz wirkt grundsätzlich in genau der gleichen Weise wie bei den bisher bekannten Anlagen. Wenn beispielsweise ein Kurzschluss in Phase 1 und II auftritt, werden die Amperemeter N1
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und veranlassen, dass die gefährdete Maschine vom Netz getrennt wird. In den Differentialrelais J sowie in dem Erdschlussrelais kann bei dieser Störung kein Strom fliessen. Die Differentialrelais wirken erst, wenn ein Schluss zwischen zwei Windungen verschiedener Phasen auftritt. Ein Beispiel hiefür ist in Fig. 2 dargestellt. Ein Strom fliesst von der Fehlerstelle über die Wicklung der Phase 1 durch den Wandler , in der Phase I zum Nullpunkt, von dem letzteren über den Wandler der Phase 11 zur Wicklung der Phase 11 und zur Fehlerstelle zurück.
Die Wandler der Phasen 1 und II sind also unsymmetrisch belastet, so dass die Differentialrelais J1 und J2 ansprechen. Da über den Fehler ein Strom mit der Betriebsfrequenz fliesst, parallel zur Stromspule i des Erdsehlussrelais Q aber der auf die Betriebsfrequenz abgestimmte
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die Ströme, die die Differentialrelais J1 und J2 durchfliessen, die gleiche Grösse haben. Das Erdschlussrelais Q könnte, wenn der Resonanzkreis L und K nicht vorhanden wäre, nur von sehr kleinen Strömen durchflossen werden.
Es'genügt also auch hier, wenn der Resonanzkreis mit geringer Genauigkeit abgeglichen ist, zumal das Erdschlussrelais so geschaltet ist, dass es nur bei der Hilfsfrequenz arbeitet, Um dies zu erreichen, ist die Spannungsspule e des Erdschlussrelais Q über eine Kombination von Drosselspulen und Kondensatoren an die Sekundärseite des Transformators U gelegt, an der eine Spannung mit der doppelten Betriebsfrequenz liegt. Der Stromresonanzkreis, bestehend aus der Kapazität k und der Induktivität !, ist so abgeglichen, dass er bei der Betriebsfrequenz in Resonanz arbeitet. Für Ströme der Betriebsfrequenz stellt er dann einen sehr hohen Widerstand dar, während er für die Hilfsfrequenz unter der Voraussetzung, dass sie höher als die Betriebsfrequenz ist, durch eine Kapazität ersetzt werden kann.
Die letztere wird mit der Drosselspule m so abgeglichen, dass sie bei der Hilfsfrequenz in Spannungsresonanz arbeitet. Dadurch wird erreicht, dass die Spannungsspule 8 des Erdschlussrelais Q praktisch nur von Strömen zweifacher Betriebsfrequenz durchflossen wird. pa wattmetrische Stromrelais im allgemeinen nur einen Ausschlag geben, wenn der Strom in der Stromspule und der Strom in der Spannungsspule die gleiche Frequenz haben, kann das Erdsehlussrelais auf Ströme der Betriebsfrequenz überhaupt nicht ansprechen.
Bei einem Erdschluss, der in Fig. 3 in Phase III angenommen ist, fliesst unter dem Einfluss der Hilfsspannung, die vom Transformator U geliefert wird, ein Strom durch den Transformator Z über den Nullpunkt des Generators durch den Wandler. der Phase 111, die fehlerhafte Wicklung der Phase-III zur Erde und von dort zum Transformator Z zurück. Dieser Strom fliesst durch eine Schiene des Wandlers in Phase III, so dass in der Differentialwicklung D eine Spannung induziert wird. Infolge-
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des Erdschlussrelais Q und den Nulleiter zur Wicklung D. Die Spannungs spule e des Erdschlussrelais Q wird auch im ungestörten Betriebe von einem Strom der Hilfsfrequenz durchflossen.
Es spricht an, da der Strom in der Stromspule und der in der Spannungsspule nahezu in Phase liegen.
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Über die Fehlerquelle fliesst neben dem Strom, der durch den Frequenzumformer P geliefert wird, ein weiterer Strom von derobetriebsfrequenz, der von der Spannung des Generators und der Kapazität des Netzteils, auf den die Maschine arbeitet, abhängig ist. Der diesem Strom entsprechende Sekundär- strom fliesst über das Differentialrelais Jg und den Resonanzkreis L und K am Relais Q vorbei.
Die Komponente des Erdschlussstroms, welche die Betriebsfrequenz hat, kann ferner dadurch wesentlich verringert werden, dass der Transformator Z einen Eisenkern erhält, der mit Luftspalten versehen ist. Infolge des dadurch hervorgerufenen, grossen Magnetisierungsstroms wird der kapazitive Erdssshlussstrom ganz oder teilweise kompensiert, wie dies von der Erdschlussspule von Petersen bekannt ist.
Die Wicklung des Generators oder des zu schützenden Apparats hat Kapazität gegen Erde. Diese ist, wie Fig. 4 andeuten soll, längs der Wicklung verteilt. In Fig. 4 bezeichne G eine Phase des Generators oder des zu schützenden Apparats. Ihre Enden sind a und b, u. zw. soll a am Nullpunkt liegen. Die
Kapazität gegen Erde ist durch die Kondensatoren ale, 022 und 033 angedeutet. Im normalen Betrieb liegt am Punkt b Phasenspannung Up. Der Punkt a ist spannungslos. Die Spannungsverteilung ist in Fig. 4 eingezeichnet. Fig. 5 zeigt den Verlauf der Ströme J11, J22 und J33, die unter dem Einfluss der verschieden hohen Spannungen durch 011, 022 und 01J3 fliessen.
Während die Leitung H stromlos ist, fliesst durch den Leiter R die Summe der Verschiebungsströme J11 + J22 + J33 = Jo zurück. Dieser Strom kann stören, da er ein Unsymmetriestrom ist, der auch dann fliesst, wenn das Netz und der zu schützende Apparat in Ordnung sind. Ähnliche Betrachtungen können für den Fall angestellt werden, dass ein Erdschluss aufgetreten ist. Sie gelten für die Spannung mit der Betriebsfrequenz.
Wenn der Einfluss der Kapazität des zu schützenden Apparats gegen Erde bei der Hilfsfrequenz untersucht werden soll, kann man eine entsprechende Ersatzkapazität in der Mitte der Wicklung a, b annehmen, wie Fig. 6 zeigt. Die Hilfsspannung netzfremder Frequenz ruft einen Strom hervor, der in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist. Auch hier fliesst ein Störstrom durch den Leiter R.
Der Störstrom mit der Betriebsfrequenz ist durch die Erfindung unschädlich gemacht. Der Strom mit der Hilfsfrequenz beeinflusst die Genauigkeit nicht, wenn man das wattmetrische Erdschlussrelais Q (Fig. 1-3) so einstellt, dass es bei kapazitivem Strom ein negatives Drehmoment, bei schwach induktivem Strom ein positives Drehmoment liefert. Es ist aber auch möglich, diese Ströme durch Kompensation unwirksam zu machen. Zu diesem Zweck wird eine weitere Wicklung auf dem Eisenkern der Wandler (Fig. 7) aufgebracht. Sie wird über den Kondensator Ci an die Phasenspannung der Maschine gelegt.
Da die Störströme sehr klein sind, genügen kleine Kapazitäten, wie sie z. B. die Beläge von Durehführungs- isolatoren aufweisen. Man kann diese weitere Wicklung auch über einen Spannungswandler oder Trans- formator T nach Fig. 8 an die Untervoltseite des letzteren über eine entsprechend grössere Kapazität C, legen. Durch diese Anordnung lassen sich die Störströme vollständig kompensieren.
Wenn die Störströme mit der Betriebsfrequenz, die ja bei dieser Anordnung nicht stören können, nicht ausgeglichen werden sollen, lässt sich die Einrichtung vereinfachen, wie die Fig. 1-3 zeigen. Hier liegen die Kondensatoren C"C, O2 und 03 an der Spannung des Transformators Z. Dann werden nur die Verschiebungsströme mit der Hilfsfrequenz kompensiert.
Die in den Fig. 1-3, 7 und 8 gezeichnete dritte Wicklung kann durch die Wicklung D ersetzt werden, die beiden Zwecken dienen kann. Eine der Wicklungen (in Fig. 1-3 die dritte) kann durch einen Kondensator in bekannter Weise überbrückt werden, um den Magnetisierungsstrom des Wandlers aufzuheben. Das gleiche Ziel wird ohne diese Kondensatoren erreicht, wenn man die Resonanzkreise x und y in entsprechender Weise verstimmt, so dass die Differentialrelais J im Optimum arbeiten. Durch richtige Bemessung des Resonanzkreises L und K lässt sich erreichen, dass auch das Erdscblussrelais mit dem grössten Nutzeffekt arbeitet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung für den Schutz elektrischer Maschinen, Apparate und Geräte in Starkstromnetzen bei Benutzung eines Summen-und Differenzstromwandlers, wobei der Netzspannung eine Wechselhilfsspannung netzfremder Frequenz, vorzugsweise doppelter Netzfrequenz, zur Erdsehlussüberwachung überlagert wird und der Nullpunkt oder eine Phase des Systems über einen Spannungswandler und die Hilfsspannungsquelle geerdet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzwicklung des Summenund Differenzstromwandlers ein Differentialrelais und ein-mit ihm in Reihe liegendes Erdschlussrelais speist und die Wechselhilfsspannung netzfremder Frequenz der Sekundärwicklung des in der Erdungsleitung liegenden Spannungswandlers aufgedrückt wird.