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Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlussreststromes.
Zur Überwachung der richtigen Abstimmung von Erdsehlusslöseheinriehtungen ist es erforderlich, den sogenannten Kompensierungsgrad zu kennen, d. h. das Verhältnis des Spulenstromes, bei mehreren Spulen der Summe der Ströme aller Löscher zum Erdsehlusskapazitätsstrom. Nur wenn dieses Verhältnis gleich 1 ist, herrscht vollkommene Resonanzabstimmung. Diese Abstimmung ist auch dann gegeben, wenn Reststrom nur eine Wirkkomponente besitzt, falls man von Oberwellen absieht.
Um nun die Überwachung der Abstimmung oder die Ermittlung des Erdschlussreststromes durchzuführen, hat man bereits Einrichtungen getroffen, bei denen eine Netzphase über einen ohmschen Widerstand bekannter Grösse geerdet und die dadurch hervorgerufene Verlagerung untersucht wird.
Hiebei wird ein Gerät verwendet, dem einerseits der Strom der zusätzlichen Erdverbindung, anderseits die Nullpunktsyerlagerung oder andere Spannungen zugeführt werden. Die Strommessung der Erdverbindung macht die Verwendung eines besonderen Stromwandlers erforderlich. Ausserdem ist die Messeinrichtung umständlich, da hiezu im allgemeinen zwei wattmetrisehe Systeme erforderlich sind und die gesuchte Grösse erst mühsam aus einem Koordinatensystem entnommen werden muss. Ferner liefert die Angabe des Messsystems keinen Wert, der unmittelbar für die Wahl der richtigen Abstimmung verwendet werden könnte. Diese Einrichtung ist an den Ort der Erdung gebunden.
Um diese Nachteile zu beseitigen, wird nach der Erfindung der Vergleich zweier dem Netz entnommener Spannungen durchgeführt, die bei richtiger Abstimmung eine bestimmte gegenseitige Phasenlage einnehmen. Dabei entsteht weiter der Vorteil, dass Oberwelleneinflüsse ausgeschaltet sind. Als derartige Spannungen können beispielsweise die Spannung der erdgeschlossenen Phase gegen Erde einerseits und die Nullpunktsverlagerungsspannung anderseits dienen. Richtige Abstimmung herrscht dann, wenn beide Spannungen in gleicher Phase liegen.
Die herrschenden Verhältnisse lassen sich am besten an Hand eines Diagramms betrachten.
Mit Z sei der resultierende Widerstand bezeichnet, der sich aus der Parallelschaltung der Erdschlusslöscheinrichtungen und der Erdkapazitäten des Netzes ergibt. Bei Erdung einer Phase U über einen Widerstand beschreibt die Nullpunktsspannung einen Kreis, der im Falle der Phase U die in dem Diagramm eingezeichnete Lage besitzt. (Vgl. R. Willheim, Das Erdschlussproblem in Hochspannungnetzen, Berlin 1936.) Die vom Sternpunkt 0 aus an den Kreis gezeichneten Vektoren stellen die Nullpunktsverlagerungsspannung EN des Netzes dar, u. zw. beträgt EN = J. Z, wenn J den Erdschlussreststrom bedeutet. Dem Punkt B des Diagramms entspricht Unterkompensation des Netzes (Z ist kapazitiv), dem Punkt A exakte Kompensation (Z = reiner Wirkwiderstand = W) und den Punkten links von J-Uberkompensation (Z ist induktiv).
Ferner gilt in jedem Falle UB = J. R und OB = J. Z. Mit Rist hiebei der konstante Wirkwiderstand der künstlichen Erdung bezeichnet. Nun ist UB die Erdspannung R der geerdeten Phase U
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so geeicht werden, dass der Erdsehlussreststrom unmittelbar abgelesen werden kann.
Besonders einfach wird die Ausführung der Messeinrichtung, wenn ein handelsübliches Gleichstrom-Ohmmeter bekannter Bauart Verwendung findet, das über Gleichrichter an die Spannungen E, und EN angeschlossen ist.
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wird also bei annähernd exakter Abstimmung mit ziemlicher Genauigkeit den Wattreststrom messen.
Die bekannte V-Kurve für den Erdschlussreststrom besitzt ein flaches Minimum. Die Verhältnisse sind jedoch in dem Diagramm zu ungünstig dargestellt ; denn der Kreismittelpunkt 111 liegt dem Vektor OU der Sternspannung tatsächlich viel näher, als es in Fig. 1 gezeichnet ist. Der Wert des Quotienten gibt den Wattreststrom nur dann genau an, wenn exakte Kompensation herrscht. Es bereitet jedoch keine Schwierigkeiten, den Wattreststrom auch bei nicht exakter Kompensation, beispielsweise bei Unterkompensation, wenn die Verlagerung des Sternpunktes nach B erfolgt, genau zu messen.
Da die Widerstandserdung über einen reinen Wirkwiderstand R vorgenommen wird, bestimmt der Vektor BU gleichzeitig die Phasenlage des durch den Widerstand fliessenden Stromes. Die resultierende Erdimpedanz des gesamten Netzes Z kann man sich in zwei Komponenten einer Parallel-
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Spannung EN, die Blindkomponente steht senkrecht dazu. Da die Strecke BU dem Reststrom J proportional ist, ist die Strecke BC ein Mass für den Wattreststrom, die Strecke CU ein Mass für den Blindreststrom. Das gleiche Verhältnis besteht im ähnlichen Dreieck OBD, das ebenfalls bei B den Winkel tp zwischen Erdspannung und Nullpunktsspannung aufweist. DO ist der Blindkomponente des Erdschlussreststromes proportional, BD der Wattkomponente.
Man erhält also die Wattkomponente des Erdschlussreststromes, wenn aus den beiden charakteristischen Spannungen EI und EN unter
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erdungen. Die mit dem Reaktanzmesser festgestellte Blindkomponente des Erdschlussreststromes wird dadurch eine Änderung erfahren. Da die Erdschlussspulen bis zu 80% der Sternspannung sicher noch ungesättigt sind, kann dieser Fehler bei bekannter Charakteristik der Erdschlussspulen leicht korrigiert werden. Die Skala des Instrumentes für Anzeige der Blindkomponente des Erdschlussreststromes muss einfach eine geringe Änderung erfahren, welche der mehr als proportionalen Vergrösserung der Stromaufnahme bei sattem Erdschluss entspricht.
Der Erdschlussreststrom und seine Komponenten J. und JB können auch mit Hilfe eines Phasenmessers bestimmt werden, dem die beiden Spannungen EI und EStern (der Phase U) zugeführt werden. Der Winkel OUB zwischen der Sternspannung UO der erdgeschlossenen Phase (im Beispiel U) und ihrer Erdspannung jEi = UB ist nämlich ein Mass für die Abstimmung ; er wird Null bei exakter Kompensation, gleichzeitig mit m.
Die Verwendung eines rein ohmschen Widerstandes hat den Vorteil, dass die Gefahr von Resonanzverlagerung vermieden ist. Wird statt dessen über eine Drosselspule geerdet, so kann deren Induktivität bei Unterkompensation des Netzes mit der restlichen Erdkapazität einen Serienresonanzkreis bilden.
Ähnliches gilt im Falle von Überkompensation bei Verwendung einer Kapazität zur Erdung einer Phase. Die Widerstandserdung kann entweder direkt oder indirekt unter Zwischenschaltung eines Transformators erfolgen. Für die Grösse eines Widerstandes R wird man zweckmässig einen Wert wählen, der im Vergleich zum Wirkwiderstand W der resultierenden aus Löscheinrichtung und Netzkapazität bestehenden Erdung einen grossen Wert besitzt. Dadurch bleibt die Nullpunktsverlagerung EN
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bei Durchführung der Messung so klein, dass kein schädlicher erdschlussähnlicher Zustand auftritt. Wird beispielsweise R = 4 W gewählt, dann wird die Verlagerung 20% der Sternspannung nicht überschreiten, ein sicher zulässiger Wert.
Wenn das Netz eine natürliche Unsymmetrie besitzt (Ungleichheit der Erdkapazitäten der drei Phasen), ändert sich zwar die Lage des Kreisdiagramms, bei exakter Kompensation liegt der Punkt A jedoch auf dem Vektor der Sternspannung der geerdeten Phase, so dass die Messverfahren gemäss der Erfindung auch in diesem Falle mit Erfolg angewendet werden können. Es bereitet übrigens keine Schwierigkeiten, den Einfluss der Unsymmetrie auf die Messung durch eine Hilfseinrichtung zu beseitigen.
Wie erwähnt, besteht der Vorteil der beschriebenen Methoden einerseits darin, dass einfache Geräte verwendet werden können, und anderseits darin, dass die Messung in einer Station vorgenommen werden kann, welche mit dem Aufstellungsort der Erdschlussspulen oder des Erdungswiderstandes nicht übereinstimmt. Es können solche Kompensometer in jeder Station aufgestellt werden, welche Messeinrichtungen besitzt, die die massgebenden charakteristischen Spannungen liefern. Es ist aber auch möglich, das Ergebnis der beschriebenen Messungen durch bekannte Fernmessverfahren an eine neutrale Stelle weiterzuleiten und weiter daraus dort oder in einer andern Anlage Regelimpulse abzuleiten, durch welche die Einstellung der Erdschlussspulen so lange geändert wird, bis der günstigste Kompensierungsgrad eingestellt ist.
Auch in solchen Fällen wird auf die Sättigungscharakteristik der Erdschlussspule Rücksicht zu nehmen sein. Die Regelimpulse können natürlich auch bereits am Einbauort der Messeinrichtungen gebildet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlussreststromes, insbesondere zur Überwachung der Abstimmung von Erdschlusslöscheinrichtungen in elektrischen Netzen mit Hilfe einer Erdung einer Phase über einen ohmschen Widerstand bekannter Grösse, gekennzeichnet durch den Vergleich zweier dem Netz entnommener Spannungen, die bei richtiger Abstimmung eine bestimmte gegenseitige Phasenlage einnehmen.