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Einrichtung zur Unterdrückung des Erdschlussstromes von Hochspannungsnetzen.
Hochspannungsfreileitungsnetze haben bekanntlich in hohem Masse unter Erdschlüssen zu leiden, welche durch Isolatorenüberschläge verursacht werden. Betriebsunterbrechungen, Leitungsbrüche und Schäden, welche die Überspannungen des intermittierenden Erdschlusses verursachen, dürften die sinnfälligsten Folgen sein. Solange der Erdschlussstrom niedrig ist, verlischt der Erdschlusslichtbogen selbsttätig, ohne Schaden zu stiften ; erst von einer gewissen Grenze ab bleibt der Lichtbogen stehen und führt nach einiger Zeit zu irgendeiner Art der vielen möglichen Störungen.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der Folgen vorübergehender Erdschlüsse dadurch, dass der Erdschlussstrom zum Verschwinden gebracht wird oder dass an Stelle des der Phasen-
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gesetzt wird.
Erreicht wird dieses Ziel durch Zwischenschaltung von Drosselspulen zwischen dem Nullpunkt der Generatoren oder Transformatoren der Anlage und Erde, und zwar müssen die Drosselspulen gemäss der Erfindung so bemessen sein, dass sie unter der Phasenspannung den gesamten wattlos voreilenden Erdschlussstrom der Anlage als wattlos nacheilenden Strom aufnehmen.
Die Nullpunkterdung über Drosselspulen ist altbekannt. Sie dient je nach der Bemessung der Spulen zur Abführung statischer Ladungen, also als Überspannungsschutz oder zur Begrenzung des einphasigen Kurzschlussstromes im Fall eines Erdschlusses, also als Überstromschutz. Mit beiden bekannten Anordnungen hat die vorliegende nichts zu tun.
Die Wirkungsweise lässt sich am besten an Hand des einphasigen Schemas übersehen. In der Zeichnung (Fig. I) ist a ein Generator oder Transformator mit herausgeführtem Nullpunkt o, der über die Drosselspule d geerdet ist. b und c sind die Teilkapazitäten des Netzes gegen Erde.
Ist Ep die Ppasenspannung, A die Teilkapazität einer Phase gegen Erde, L die Induktivität der Drosselspule d und M die Kreisfrequenz so ist bei Erdung der einen Phase (vgl. Fig. 2) der Erdschlussstrom
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also doppelt so gross als im normalen Betriebe, in dem die Gesamtkapazität Ku in Rechnung zu ziehen ist und der Strom durch die Drosselspule d, der den Erdschluss der Phase in umgekehrter Richtung durchfliesst, ist
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Setzt man J-=, ;
. erhält also die Drosselspule eine Reaktanz von
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so nimmt sie im Fall eines Erdschlusses unter En einen Strom auf, der genau so hoch wie der
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geschlossenen Phase auf, so dass der Erdschlusspunkt stromlos bleibt.
In einem Dreiphasennetze ist der Erdschlussstrom bei Erdung einer Phase
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Er wird durch den entgegengesetzt gerichteten btrom hei Erdschlulispule autgehoben. wenn deren Induktivität
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gewählt wird. Eine Induktivität dieser Grösse nimmt unter der Phasenspannung im Erdschluss gemäss der Erfindung den angegebenen Erdschlussstrom auf.
Verschwindet die Ursache eines Isolatorenüberschlages, z. B. Gewitterüberspannung, Vögel usw., so verschwindet der Erdschluss, der ohne diese Aufsaugung des Erdschlussstromes durch den Erdschlusslichtbogen aufrecht erhalten wird. Nur für die kurze Zeit des Ausgleichsvorganges der geladenen erdgeschlossenen Phase tritt über den Erdschlusspunkt ein meist schwingender Ausgleichsstrom nach Erde über, der die Erdschlussfunkenhahn erhitzt und ionisiert. Steigt dann nach dem Verlöschen des Erdschlussfunkens die Spannung der erd-
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dieser Schwingungskreis sich selbst überlassen. Die vorher aufgezwungene Schwingung geht in eine freie Eigenschwingung über, die langsam abstirbt.
Infolgedessen steigt die Spannung an der vorher erdgeschlossenen Phase nicht augenblicklich, sondern langsam nach einem Exponentialgesetz auf den betriebsmässigen Wert an. Hierdurch wird die Gefahr der Rückzündung an der
Erdschlussstelle beseitigt.
Es kann Vorteile bieten, die natürliche Dämpfung des Systems durch Ohmsche Widerstände, welche parallel oder in Reihe mit der Drosselspule oder parallel zu Teilen der Drosselspule liegen, zu erhöhen. Eine der Dämpfung entsprechende Wattkomponente erscheint dann als Erdschlussstrom in Phase mit der Spannung der erdgeschlossenen Phase.
Diese an sich durchaus üblichen Methoden der Dämpfung werden hier für die Erzielung einer nicht selbstverständlichen wesentlichen Verbesserung benutzt. Eine genaue Übereinstimmung zwischen wattlos nacheilendem und voreilendem Strom stösst im praktischen Betriebe auf Schwierigkeiten. Bald wird im Erdschlusspunkt ein voreilender, bald ein nacheilender, wenn auch geringer Strom auftreten. Nacheilende Ströme unterbrechen wegen des Überwiegens der Induktivität sehr schwer selbsttätig, voreilende sehr leicht beim Durchgang durch Null im
Scheitelwert der EMK der icht erdgeschlossenen Phase. Bei der selbsttätigen Unterbrechung des wattlos voreilenden Stromes werden auf dem ganzen System Gleichspannungsladungen abgetrennt, welche zu Rückzündungen führen.
Durch die Dämpfung werden die wattlos voroder nacheilenden Restströme mit einem sie übertreffenden Wattstrom vereinigt, so dass im Erdschlusspunkt die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung gering wird. Hiermit werden die Bedingungen für eine leichte Löschbarkeit des an sich nur sehr schwachen Stromes im Erdschlussfunken wieder hergestellt.
Die Erdung des Nullpunktes über eine Drosselspule, welche den mitgeteilten Bedingungen gerecht wird, hat eine betriebstechnische sehr wichtige weitere Folge. Die starke Erhöhung der kapazitiven Belastung und die mit ihr verbundene Unsymmetrie der Ströme im Falle eines Erdschlusses-in ungeschützten Dreiphasenanlagen steigt bekanntlich, wie im Beispiel, der Ladestrom in der erdgeschlossenen Phase auf das Doppelte-wird beseitigt, falls die Erdschlussspule im Nullpunkt eines Transformators oder einer Drosselspule angeschlossen ist. Für die Stromerzeugungsanlage bleibt dann die Tatsache des Erdschlusses verborgen. Die kapazitiven Ladeströme, welche das Kraftwerk zu liefern hat, sind im Erdschluss ebenso hoch wie im ungestörten Betriebe.
In ausgedehnten Netzen würde bei Abgleichung mittels einer einzigen Spule die Abgleichung verschwinden, wenn aus irgendeinem Grunde Netzteile abgetrennt werden. Dies wird vermieden, wenn mehrere Drosselspulenerdungen derart auf das Netz verteilt und die zu den einzelnen Netzteilen gehörigen Spulen zusammen mit diesen abgetrennt werden, dass nach Massgabe der Betriebserfahrungen der Ausgleich in der Regel gewahrt bleibt. Zum Anschluss der Erdschlussspulen dienen die Nullpunkte der Netztransformatoren oder die Nullpunkte von Drosselspulen mit magnetischer Verkettung der einzelnen Phasen.
Die Beseitigung des Erdschlussstromes lässt sich auch durch Drosselspulen erreichen, die Phase für Phase zwischen Phase und Erde angeschlossen werden und bereits im ungestörten Betrieb den Ladestrom der zugehörigen Phase gegen Erde ausgleichen. Gegenüber der an erster Stelle beschriebenen hat diese Anordnung mehrere Nachteile. Die Drosselspulen sind für die volle Betriebsspannung zu isolieren im Gegensatz zu der Nullpunktdrosselspule, die für die Phasenspannung isoliert wird. Sie stehen dauernd unter Spannung und führen dauernd Strom. Ihre gesamte Scheinleistung ist z. B. in Dreiphasenanlagen dreimal grösser als die der Nullpunktdrosselspule, welche ausserdem mit unvergleichlich kleineren Abmessungen ausgeführt werden kann, da sie nur vorübergehend Strom führt.
Endlich kompensieren sie bereits im ungestörten Betrieb den Ladestrom der Netzkapazität gegen Erde und rauben hierdurch den Netzen die wirtschaftlich schwerwiegende Möglichkeit des Ausgleiches der nacheilenden Belastungsströme durch die voreilenden Ladeströme.
Es ist auch möglich, die zweite Anordnung mit der ersten zu vereinigen. Es kann dies insbsondere in der Weise geschehen, dass ein von magnetisch oder elektrisch unverketteten Drosselspulen gebildeter künstlicher Nullpunkt über eine weitere Drosselspule geerdet wird, wobei die Drosselspulen so zu bemessen sind, dass die zuletzt genannte Drosselspule im Fall des Erdschlusses einen Strom aufnimmt, welcher gleich oder annähernd gleich dem Erdschlussstrom ist.
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