Erdschlussschutzeinrichtung in einem Ein- oder Mehrphasensystem Für den Erdschlussschutz in Ein- oder Mehrphasen systemen, die nicht- oder nur hochohmig geerdet sind, und auch für den Erdschlussschutz von elektrischen Maschinen wird im allgemeinen die bei einem Erd- schluss auftretende natürliche Verlagerungsspannung eines vorhandenen oder künstlich gebildeten Null- bzw. Sternpunktes gegenüber Erde herangezogen.
Diese Ver lagerungsspannung bringt beim überschreiten eines be stimmten einstellbaren Wertes ein Erdschlussrelais zum Ansprechen. Ein 100prozentiger Schutz für Wechsel- oder Drehstromsysteme, in denen elektrische Maschinen oder Transformatoren mit in Stern geschalteten Wick lungen vorhanden sind, lässt sich mit dieser Art des Erdschlussschutzes nicht erreichen, da ein auftretender Erdschluss im Sternpunkt oder in der Nähe desselben keine oder nur eine sehr kleine Verlagerungsspannung hervorruft und daher das Erdschlussrelais nicht zum Ansprechen bringt.
Aus diesem Grund können zur Erzielung eines voll ständigen Erdschlussschutzes zusätzlich zur Verlage rungsspannung die durch drei teilbaren, vom Genera tor erzeugten Spannungsoberwellen herangezogen wer den. Dadurch erreicht man, dass auch bei einem Erd- schluss im Sternpunkt über ein Erdschlussrelais ein Strom fliesst, der als Kriterium für das Vorhandensein eines Erdschlusses herangezogen werden kann.
Es gibt nun aber Maschinen, die nicht in jedem Belastungsfall ausreichend hohe durch drei teilbare Oberwellen hervorrufen, so dass die Verwendung der Oberwellenspannung nicht für einen vollständigen Erd- schlussschutz ausreicht. In diesen Fällen bleiben nur noch solche Schaltungen für den Erdschlussschutz übrig, bei denen eine künstliche Verlagerungsspannung verwendet wird.
Schaltet man z. B. zwischen Sternpunkt und Erde eine Gleichspannungsquelle ein, so erzielt man zwar auf eine einfache Weise einen vollständigen Erdschluss- schutz, jedoch wird die Verspannung des Sternpunktes mit einer Gleichspannung heute kaum noch angewen det, da sich infolge des Gleichstromes unangenehme Nebenerscheinungen an der Leiteroberfläche bzw. an der Isolation des Ständers der Maschine ergeben kön nen. Auch können durch den fliessenden Gleichstrom im Erdschlussfall Spannungswandler und andere gegen Erde geschaltete Induktivitäten in Sättigung geraten.
Ein solcher Spannungswandler täuscht aber beispiels weise für eine andere nachgeschaltete Schutzanordnung eine zu kleine Spannung vor, so dass ein Fehlanspre- chen erfolgen kann.
Es befriedigen aber auch diejenigen Schaltungen nicht vollständig, bei denen zwischen Sternpunkt und Erde eine Wechselspannungsquelle eingeschaltet ist. Hier muss man entweder eine relativ hohe künstliche Verlagerungsspannung wählen oder man muss durch Wahl eines kleinen Widerstandes im Erdschlusskreis einen relativ hohen Erdschlussstrom zulassen, wenn Störeinflüsse durch Schalthandlungen oder Kurzschlüs se im Netz unwirksam bleiben sollen.
Es ist zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten eine Anordnung vorgeschlagen worden, bei der zur Ver spannung des Sternpunktes eine Wechselspannung mit netzfremder Frequenz gewählt wird, so dass man auf Störeinflüsse aus dem Netz keine Rücksicht mehr zu nehmen braucht. Bei dieser vorgeschlagenen Anord nung kommt man mit einer relativ kleinen Verlage rungsspannung aus, doch lässt sich eine Verspannung des Sternpunktes auch hierbei nicht vollständig ver meiden, so dass die Spannungen der Phasenleiter durch die Verlagerungsspannung des Erdschlussschutzes an gehoben werden und so eine zusätzliche Isolation er forderlich machen bzw. die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Erd- oder Kurzschlusses vergrössern.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Erd- schlussschutzeinrichtung in einem Ein- oder Mehrpha- sensystem, durch die ein vollständiger Erdschlussschutz möglich ist, ohne dass eine Verlagerungsspannung zu- sätzlich zu der bei einem Erdschluss evtl. auftretenden Verlagerungsspannung vorgesehen werden muss.
Im Geg--nsatz zu allen bekannten Anordnungen wird das Erdschlussrelais bei jedem beliebigen Fehler zweckmäs- sig mit etwa dem gleichen Erdschlussstrom beaufschlagt, so dass der grösstmögliche Erdschlussstrom nicht we sentlich über dem Stromwert liegen muss, der gerade noch zum Ansprechen der Schutzeinrichtung ausreicht. Bei der neuen Erdschlussschutzeinrichtung werden Im pulssender benutzt, die eine bestimmte Zeit nach je dem auftretenden Spannungsmaximum einen Entla dungsvorgang auslösen, so dass der Spannung netzsyn chrone Impulse überlagert werden.
Diese Impulse tre ten jedoch niemals im Spannungsmaximum auf, so dass keine Erhöhung der Spannung erfolgt.
Ein derartiger Impulssender liegt bei einer bekann ten Schaltung für den Erdschlussschutz zwischen Stern punkt und Erde. Dadurch wird erreicht, dass der nor malerweise sinusförmige Erdschlussstrom in einzelne Impulse umgewandelt wird, so dass eine eindeutigere Unterscheidung des Erdschlussstromes von Störströmen möglich ist.
Im Gegensatz zu dieser bekannten Anord nung, bei der ein Impulssender zwischen Sternpunkt und Erde geschaltet ist, besteht die neue Erdschluss- schutzeinrichtung erfindung--gemäss darin, dass minde stens zwei einseitig geerdete Impulssender vorhanden sind, von denen jeder mit je einem von zwei Leitern des Einphasensystems oder jeder mit je einem Phasen leiter des Mehrphasensystems gekoppelt sind und dass zwischen die Impulssender und Erde eine Relaisanord nung zur Erfassung der Impulsströme eingeschaltet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 das Schaltbild eines Drehstromsystems mit Impulssendern und Erdschlussrelais, Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Spannungen und des Impulsstromes bei einem Erdschluss im Sternpunkt, Fig.3 eine Darstellung der Verbindungswege für die Impulsströme und Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der Spannungen und der Impulsströme beim Erdschluss eines Phasenleiters.
In Fig. 5 ist ein Beispiel für den Aufbau der Re laisanordnung zur Erfassung des Impulsstromes darge stellt, während die Fig. 6 bis 8 weitere Ausführungsformen bzw. An- schlussmöglichkeiten für die Impulssender enthalten. Der Generator 1 in Fig. 1 enthält die Feldwicklun gen 2, 3 und 4, die zu einem Sternpunkt 5 verbun den und ausserdem an die Phasenleiter R, S und T eines Drehstromsystems angeschlossen sind. Die Pha senleiter R, S und T sind ihrerseits mit den in Dreieck geschalteten Primärwicklungen eines Blocktransforma tors 6 verbunden.
Als Impulssender dienen hier soge nannte Kippdrosselsender, die jeweils aus einer Dros sel mit nahezu rechteckförmiger Magnetisierungsschlei- fe und einem dazu in Reihe geschalteten Kondensator bestehen. Die Kondensatoren 7, 8 und 9 dieser Kipp- drosselsender sind mit den Phasenleitern R, S und T verbunden, während die freien Enden der dazu in Reihe geschalteten Kippdrosseln 10, 11 und 12 zu einem Sternpunkt 13 zusammengeschlossen sind. Der Stern punkt 13 ist über die Primärwicklung eines Stromwand lers 14 mit Erde verbunden.
An die Sekundärwicklung eines Stromwandlers 14 ist ein Erdschlussrelais 15 über ein Filter 16 angeschlossen. Das Filter 16 hat die Auf- gabe, im wesentlichen nur die von den Impulssendern erzeugten Impulsströme an das Erdschlussrelais 15 weiterzugeben.
Ausserdem ist zwischen die Verbin dungspunkte der Kippdrosselsender mit den Phasenlei tern des Drehstromsystems und der Primärwicklung des Transformators 6 ein Stromwandlersatz 17 in Sum- menstromschaltung eingefügt, dessen SLkundärwicklun- gen über ein Filter 18 an ein zweites Erdschlussrelais 19 angeschlossen sind. Das Filter 18 und das Erd- schlussrelais 19 sind dabei genau so aufgebaut wie das Filter 16 mit dem Erdschlussrelais 15.
Das Erdschluss- relais 19 wird also zusammen mit dem Erdschluss- relais 15 dann ansprechen, wenn die Impulsströme ebenfalls über den Stromwandlersatz 17 fliessen. Dies ist nur dann der Fall, wenn in Fig. 1 ein Erdschluss rechts vom Summenstromwandler, also z. B. in der Wicklung des Transformators 6 vorliegt.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 wird anhand der Fig. 2 näher erläutert. Hier ist der zeitliche Verlauf der Phasenleiterspannung ER, Es, ET so wie der Verlauf des von den Impulssendern erzeugten Impulsstromes IP darg-stellt. Ein Impulsstrom fliesst immer, wenn ein Erdschluss in dem Drehstromsystem vorhanden ist. Er wird durch die Kippdrosselsender auf folgende Weise erzeugt: Zum Zeitpunkt to ist z. B. der Kondensator 7 auf den Maximalwert der Spannung ER aufgeladen und die Kippdrossel 10 ist gesättigt.
Vom Zeitpunkt to an nimmt die Spannung ER wieder ab, der Ladestrom des Kondensators 7 versucht in einen Entladestrom überzugehen, d. h. die Richtung des über die Kippdrossel 10 und den Kon densator 7 fliessenden Stromes kehrt sich um. Dadurch wird der Eisenkern der Kippdrossel 10 entsättigt. Wäh rend der Ummagnetisierungszeit fliesst so gut wie kein Strom, so dass der Kondensator 7 seine Ladung bis zum Zeitpunkt ti beibehält.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Drossel 10 vollständig ummagnetisiert und der Kon densator 7 kann sich von der Maximalspannung auf die Augenblicksspannung zum Zeitpunkt ti entladen. Dieser Entladungsvorgang ruft bei bestehendem Erd- schluss einen Stromimpuls IP hervor; er wird eine un wesentliche Verzerrung der Spannung ER zur Folge haben, wenn im Drehstromsystem kein Erdschluss vor handen ist. Dies lässt sich leicht aus der Darstellung der Fig. 3 ersehen.
Hier ist die Sternschaltung der Kipp- drosselsender mit den Kondensatoren 7 bis 9 und den Kippdrosseln 10 bis 12 sowie die Wicklungen 2 bis 4 des Generators 1 noch einmal dargestellt. Die ein gezeichneten Pfeile kennzeichnen den Weg der Impuls ströme, die vom Sternpunkt 13 über die Primärw*ck- lung des Stromwandlers 14 dann zum Sternpunkt 5 fliessen können, wenn der Sternpunkt 5 einen Erd- schluss aufweist. Dies wird in den Fig. 1 und 3 durch den Erdschlusspfeil Ei dargestellt.
Nimmt man nun an, dass ein Erdschluss nicht im Sternpunkt 5 besteht, sondern dass z. B. der Phasen leiter T an der Stelle des Erdzchlusspfeiles E2 in F*g. 1 mit Erde verbunden ist, so ist der Impulssender des Phasenleiters T ausser Betrieb, während die Impuls sender der Phasenleiter R und S eine um das dreifache erhöhte Spannung vorfinden. Die sich dann erg benden Spannungen und Ströme sind in Fig. 4 dargestallt. Wie man sieht, sind nur noch die Spannung ER und E4 vorhanden und der sich dann ergebende Impulsstrom IP hat den eingezeichneten Verlauf.
Im Unterschied zu dem Impulsstrom nach Fig. 2 entstehen also in ei ner Periode nur vier anstelle von sechs Stromimpulsen. Diese Stromimpulse haben jedoch wegen der erhöhten Spannung einen grösseren Maximalwert, so dass der für die Erwärmung der Erdschlussstelle massgebende Effektivwert des Impulsstromes und damit der über die Erdschlussstelle fliessende Erdschlussstrom nahezu in beiden Fällen gleich gross ist. Mit der vorliegenden Anordnung erhält man also einen Erdschlussstrom, des sen Wert weitgehend unabhängig von Fehlerort und Verlagerungsspannung ist.
Da der Maximalwert des Erdschlussstromes sich vom kleinstmöglichen Wert nicht wesentlich unterscheidet, wird auch im ungünstigsten Fall nur ein sehr geringer Strom über die Erdschluss- stelle fliessen, so dass Schäden durch den Erdschluss- strom nicht auftreten können.
Ein Beispiel für den Aufbau des Filters 16 mit dem nachgeschalteten Relais 15 ist in Fig. 5 dargestellt. Die mit der Sekundärwicklung des Stromwandlers 14 ver bundenen Anschlüsse sind über einen Eingangswandler 20 an einen Widerstand 21 geführt, an dem ein dem Erdschlussstrom proportionaler Spannungsabfall auf tritt. über einen Reihenkondensator 22 sowie über ein Filter 23 ist an den Widerstand 21 die Primärwick lung eines Wandlers 24 angeschlossen, an dessen Se kundärwicklung Gleichrichterelemente 25 und 26 in Mittelpunktschaltung liegen.
Die Gleichstromanschlüsse dieser Mittelpunktschaltung sind ausserhalb des Filters 16 an das Erdschlussrelais 15 geführt, dem zur Span nungsbegrenzung noch eine Zener-Diode parallel g> schaltet ist. Die nicht dargestellten Kontakte des Erd- schlussrelais können zur Meldung eines Erdschlusses oder zur Abschaltung des Drehstromsystems herange zogen werden, sie können aber auch zusammen mit Kontakten des Erdschlussrelais 19 zusätzlich zu einer Anzeige der Erdschlussstelle im Drehstromsystem aus genutzt werden.
Wie aus F g.4 zu ersehen ist, fehlt b--im Strom über die Erdschlussstelle jeweils der Strom des durch den Erdschluss kurzgeschlossenen Impulssenders. Um in jedem Fall einen Erdschlussstrom zu erhalten, sind also mindestens zwei Impulssender erforderlich. Man kann also z. B. die Kippdrossel 12 in Fig. 1 auch weg lassen; den Kondensator 9 wird man in der Praxis aber trotzdem vorsehen, damit keine unsymmetrische Belastung der drei Phasen durch die Kondensatoren 7 und 8 bestehen bleibt.
Die Impulssender können auch über Transforma toren angeschlossen werden. Eine derartige Schaltung zeigt Fig. 6. Anstelle der Impulssender sind in Fig. 6 Primärwicklungen der Koppeltransformatoren 27, 28 und 29 zwischen die Phasenleiter R, S, T und Erde geschaltet. Die Kondensatoren 7 bis 9 und die Kipp- drosseln 10 bis 12 liegen nun in Reihe zu den Sekun därwicklungen der Koppeltransformatoren 27 bis 29. Die Sekundärwicklungen und die Impulssender sind beide in Stern geschaltet und die Sternpunkte sind an das Filter 16 angeschlossen.
Es ist keineswegs erforderlich, dass als Impulssen der nur Kippdrosselsender verwendet werden. Es kommt nur darauf an, dass Stromimpulse jeweils eine gewisse Zeit nach dem Auftreten des Maximalwertes der Pha- senleiterspannungen ausgelöst werden. Fig.7 zeigt in einphasiger Darstellung eine Anordnung, bei der die Strom- bzw. Spannungsimpulse über gesteuerte Strom- richter ausgelöst werden. Der Phasenleiter R ist über den Koppeltransformator 30 mit Erde verbunden.
Die ser Koppeltransformator besitzt die Sekundärwicklun gen 31 und 32, die über gesteuerte Stromrichter 33 und 34 antiparallel an die Anschlüsse eines Impuls- kondensators 35 geschaltet sind. Der Impulskonden sator 35 ist über einen Begrenzungswiderstand ständig mit einer Gleichspannungsquelle 37 verbunden, so dass er unmittelbar nach jeder Entladung wieder aufgela den wird. Ausserdem ist in Reihe zu dem Impulskon densator 35 noch eine Drossel 36 geschaltet, die nach jedem Entladungsvorgang kurzzeitig eine Sperrspan nung an den steuerbaren Gleichrichtern 33 oder 34 hervorruft, so dass diese nach jedem Entladungsvor gang sicher sperren.
Die Zündimpulse der steuerbaren Gleichrichter 33 und 34 werden über hochohmige Vorwiderstände 38 und 39 sowie die D:oden 40 und 41 in Mittelpunkt schaltung von der Sekundärwicklung eines Sättigungs- wandlers 42 abgenommen, dessen Primärwicklung über Wechselstromwiderstände 43 und 44 zur Drehung der Phasenlage an eine dem Drehstromsystem entnomme ne Spannung angeschlossen ist.
Durch Veränderung der Wechselstromwiderstände 43 und 44, die hier als in duktiver und ohmscher Widerstand dargestellt sind, lässt sich die Phasenlage der Zündimpulse für die steuer baren Gleichrichter 33 und 34 einstellen. Die steuer baren Gleichrichter 33 und 34 rufen abwechselnd eine Entladung des Impulskondensators 35 hervor und über tragen auf die Primärwicklung des Koppeltransforma tors 30 über die antiparallel geschalteten Sekundärwick lungen 31 und 32 positive und negative Impulse auf die Spannung des Phasenleiters R.
In Fig. 8 ist der Koppeltransformator 30 zusammen mit den in Fig. 7 nicht dargestellten Koppeltransfor matoren 45 und 46 der Phasenleiter S und T noch einmal dargestellt. Hier ist in Reihe zu jedem Koppel transformator je ein aus der Parallelschaltung eines Kondensators mit einer Drossel bestehender Sperrkreis geschaltet. Diese Sperrkreise sind auf die Netzfrequenz abgestimmt, so dass die Belastung des Drehstromsy- stems durch die Sternschaltung der Koppeltransforma toren auf ein Minimum abgesenkt wird.
Die wesentlich höher frequenten Stromimpulse im Falle eines Erd- schlusses werden von d---n Kondensatoren in den Sperrkreisen 47 bis 49 ungehindert durchgelassen. Auf die Sperrkreise kann man insbesondere dann verzich ten, wenn die Impulse jeweils im Nulldurchgang der Phasenleiterspannungen gegeben werden. Die Sperr kreise sind wie die Impulssender in Fig. 1 zu einem Sternpunkt zusammengefasst und über die Primärwick lung des Stromwandlers 14 mit Erde verbunden.
Die beschriebene Einrichtung für den vollständigen Erdschlussschutz ist ebenso auf Wechselspannungs- systeme, z. B. für Einphasenmaschinen anwendbar. Hier wird an jeden der beiden vorhandenen Phasenleiter jeweils ein Impulssender angeschlossen. Da sich die Phasenlage der beiden Phasenleiterspannungen gegen über Erde nicht von einander unterscheiden, würden bei gleich ausgeführten Impulssendern die positiven und negativen Impulse zeitlich zusammenfallen. Dieses kann man aber leicht vermeiden, wenn man die Pha senlage der durch die einzelnen Impulssender erzeug ten Impulse in bezug auf die Spannung verschieden wählt.
Dies lässt sich bei Kippdrosselsendern z. B. leicht durch unterschiedliche Windungszahlen für die Kipp- drosseln oder durch unterschiedliche Dimensionierung der Eisenkerne erreichen. Die Wirkungsweise einer der artigen Anordnung ist dann die gleiche, wie die Wir kungsweise der beschriebenen Impulssender für ein Dreiphasensystem.
Earth fault protection device in a single or multi-phase system For earth fault protection in single or multi-phase systems that are not or only high resistance earthed, and also for earth fault protection of electrical machines, the natural displacement voltage of an existing or artificial formed zero or star point with respect to earth.
This displacement voltage causes an earth fault relay to respond when a certain adjustable value is exceeded. 100% protection for AC or three-phase systems in which there are electrical machines or transformers with star-connected windings cannot be achieved with this type of earth fault protection, since an earth fault that occurs in or near the star point is nonexistent or only very weak causes a small displacement voltage and therefore does not trigger the earth fault relay.
For this reason, in addition to the displacement voltage, the voltage harmonics generated by the generator, which can be divided by three, can be used to achieve full earth fault protection. This ensures that even in the event of an earth fault in the star point, a current flows via an earth fault relay, which can be used as a criterion for the existence of an earth fault.
However, there are machines that do not produce sufficiently high harmonics that can be divided by three in every load case, so that the use of the harmonic voltage is not sufficient for complete earth-fault protection. In these cases, only those circuits remain for earth fault protection in which an artificial displacement voltage is used.
If you switch z. B. a DC voltage source between the star point and earth, a complete earth fault protection can be achieved in a simple way, but the tensioning of the star point with a DC voltage is hardly used today, because the direct current causes unpleasant side effects on the conductor surface or . on the insulation of the stand of the machine. In the event of a ground fault, the flowing direct current can also saturate voltage transformers and other inductances connected to ground.
However, such a voltage converter simulates, for example, a voltage that is too low for another downstream protective arrangement, so that an incorrect response can occur.
However, even those circuits are not completely satisfactory in which an alternating voltage source is switched on between the star point and earth. Here you either have to choose a relatively high artificial displacement voltage or you have to allow a relatively high earth fault current by selecting a small resistor in the earth fault circuit if interference from switching operations or short circuits in the network is to remain ineffective.
To avoid these difficulties, an arrangement has been proposed in which an alternating voltage with a frequency external to the network is selected for the voltage of the star point, so that there is no longer any need to consider interference from the network. With this proposed arrangement, a relatively small displacement voltage is sufficient, but tension in the star point cannot be completely avoided here either, so that the phase conductor voltages are increased by the displacement voltage of the earth fault protection and additional insulation is required make or increase the probability of an earth fault or short circuit occurring.
The present invention relates to an earth-fault protection device in a single-phase or multi-phase system, by means of which complete earth-fault protection is possible without having to provide a displacement voltage in addition to the displacement voltage that may occur in the event of an earth fault.
In contrast to all known arrangements, the earth-fault relay is appropriately charged with approximately the same earth-fault current in the event of any fault, so that the highest possible earth-fault current does not have to be significantly higher than the current value that is just sufficient for the protective device to respond. With the new earth fault protection device, pulse transmitters are used which trigger a discharge process for a certain period of time depending on the voltage maximum that occurs, so that the voltage is superimposed on pulses synchronized with the mains.
However, these pulses never occur in the voltage maximum, so that there is no increase in voltage.
Such a pulse transmitter is in a well-known circuit for earth fault protection between the star point and earth. This ensures that the normally sinusoidal earth fault current is converted into individual pulses, so that a clearer distinction between the earth fault current and interference currents is possible.
In contrast to this known arrangement, in which a pulse transmitter is connected between the neutral point and earth, the new earth fault protection device consists in the fact that there are at least two pulse transmitters earthed on one side, each with one of two conductors of the single-phase system or each with a phase conductor of the multi-phase system are coupled and that a relay arrangement is switched on between the pulse transmitter and earth to detect the pulse currents.
An embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 shows the circuit diagram of a three-phase system with pulse transmitters and earth fault relays, FIG. 2 shows the time profile of the voltages and the pulse current in the event of an earth fault at the star point, FIG. 3 shows the connection paths for the pulse currents and FIG. 4 shows the time profile of the voltages and the pulse currents in the event of a ground fault in a phase conductor.
FIG. 5 shows an example of the structure of the relay arrangement for detecting the pulse current, while FIGS. 6 to 8 contain further embodiments and connection options for the pulse transmitters. The generator 1 in Fig. 1 contains the Feldwicklun conditions 2, 3 and 4, which verbun to a star point 5 and are also connected to the phase conductors R, S and T of a three-phase system. The Pha senleiter R, S and T are in turn connected to the delta-connected primary windings of a block transformer 6.
So-called tilting throttle transmitters are used here as pulse transmitters, each of which consists of a throttle with an almost rectangular magnetization loop and a capacitor connected in series. The capacitors 7, 8 and 9 of these toggle choke transmitters are connected to the phase conductors R, S and T, while the free ends of the toggle chokes 10, 11 and 12 connected in series for this purpose are connected to a star point 13. The star point 13 is connected to earth via the primary winding of a power converter 14.
A ground fault relay 15 is connected to the secondary winding of a current transformer 14 via a filter 16. The task of the filter 16 is to pass on essentially only the pulse currents generated by the pulse transmitters to the earth fault relay 15.
In addition, a current transformer set 17 in summation current circuit is inserted between the connection points of the tilting throttle transmitter with the phase conductors of the three-phase system and the primary winding of the transformer 6, the secondary windings of which are connected to a second earth fault relay 19 via a filter 18. The filter 18 and the earth fault relay 19 are constructed in exactly the same way as the filter 16 with the earth fault relay 15.
The earth fault relay 19 will therefore respond together with the earth fault relay 15 when the pulse currents also flow through the current transformer set 17. This is only the case if, in FIG. 1, a ground fault to the right of the summation current transformer, i.e. e.g. B. is present in the winding of the transformer 6.
The mode of operation of the circuit according to FIG. 1 is explained in more detail with reference to FIG. Here is the time profile of the phase conductor voltage ER, Es, ET as well as the profile of the pulse current IP generated by the pulse transmitters. A pulsed current always flows when there is an earth fault in the three-phase system. It is generated by the tilt throttle transmitter in the following way: At time to z. B. the capacitor 7 is charged to the maximum value of the voltage ER and the tilting throttle 10 is saturated.
From time to on, the voltage ER decreases again, the charging current of the capacitor 7 tries to change into a discharging current, i. H. the direction of the current flowing through the tilting throttle 10 and the capacitor 7 is reversed. As a result, the iron core of the tilt throttle 10 is desaturated. Almost no current flows during the magnetization reversal time, so that the capacitor 7 retains its charge until time ti.
At this point in time, the inductor 10 is completely magnetized and the capacitor 7 can discharge from the maximum voltage to the instantaneous voltage at time ti. This discharge process causes a current pulse IP in the event of an earth fault; it will result in an insignificant distortion of the voltage ER if there is no earth fault in the three-phase system. This can easily be seen from the illustration in FIG. 3.
Here the star connection of the breakdown choke transmitters with the capacitors 7 to 9 and the breakdown chokes 10 to 12 as well as the windings 2 to 4 of the generator 1 is shown again. The arrows drawn in indicate the path of the pulse currents which can then flow from the star point 13 via the primary winding of the current transformer 14 to the star point 5 when the star point 5 has an earth fault. This is shown in FIGS. 1 and 3 by the earth fault arrow Ei.
If one now assumes that there is no earth fault at star point 5, but that z. B. the phase conductor T at the point of the earth fault arrow E2 in F * g. 1 is connected to earth, the pulse transmitter of the phase conductor T is out of operation, while the pulse transmitter of the phase conductors R and S find a voltage that is three times higher. The voltages and currents then resulting are shown in FIG. As you can see, only the voltages ER and E4 are still present and the resulting pulse current IP has the curve shown.
In contrast to the pulse current according to FIG. 2, only four instead of six current pulses arise in a period. However, due to the increased voltage, these current pulses have a higher maximum value, so that the effective value of the pulse current, which is decisive for the heating of the earth fault, and thus the earth fault current flowing through the earth fault, is almost the same in both cases. With the present arrangement, a ground fault current is obtained, the value of which is largely independent of the fault location and the displacement voltage.
Since the maximum value of the earth fault current does not differ significantly from the smallest possible value, even in the worst case, only a very low current will flow through the earth fault so that damage from the earth fault current cannot occur.
An example of the structure of the filter 16 with the relay 15 connected downstream is shown in FIG. The connections connected to the secondary winding of the current transformer 14 are led via an input transformer 20 to a resistor 21 at which a voltage drop proportional to the earth fault current occurs. Via a series capacitor 22 and a filter 23, the primary winding of a converter 24 is connected to the resistor 21, on the secondary winding of which rectifier elements 25 and 26 are in the middle point circuit.
The direct current connections of this mid-point circuit are routed outside the filter 16 to the earth fault relay 15, to which a Zener diode is connected in parallel to limit the voltage. The contacts of the earth fault relay (not shown) can be used to report an earth fault or to switch off the three-phase system, but they can also be used together with contacts of the earth-fault relay 19 to display the earth-fault point in the three-phase system.
As can be seen from F g.4, b - in the current via the earth fault, the current of the pulse transmitter short-circuited by the earth fault is missing. In order to receive a ground fault current in any case, at least two pulse transmitters are required. So you can z. B. omit the tilt throttle 12 in Fig. 1; In practice, however, the capacitor 9 will still be provided so that the capacitors 7 and 8 do not have an asymmetrical load on the three phases.
The pulse transmitters can also be connected via transformers. Such a circuit is shown in FIG. 6. Instead of the pulse transmitters, primary windings of the coupling transformers 27, 28 and 29 are connected between the phase conductors R, S, T and earth in FIG. The capacitors 7 to 9 and the flip-flop chokes 10 to 12 are now in series with the secondary windings of the coupling transformers 27 to 29. The secondary windings and the pulse transmitters are both connected in star and the star points are connected to the filter 16.
It is by no means necessary that only the tilt throttle transmitter be used as pulses. It is only important that current pulses are triggered a certain time after the occurrence of the maximum value of the phase conductor voltages. FIG. 7 shows in a single-phase representation an arrangement in which the current or voltage pulses are triggered via controlled power converters. The phase conductor R is connected to earth via the coupling transformer 30.
This coupling transformer has the secondary windings 31 and 32, which are connected in anti-parallel to the connections of a pulse capacitor 35 via controlled converters 33 and 34. The impulse condenser 35 is constantly connected to a DC voltage source 37 via a limiting resistor so that it is recharged immediately after each discharge. In addition, a choke 36 is connected in series with the Impulskon capacitor 35, which briefly causes a blocking voltage to the controllable rectifiers 33 or 34 after each discharge process, so that they lock safely after each discharge process.
The ignition pulses of the controllable rectifiers 33 and 34 are taken from the secondary winding of a saturation converter 42 via high-ohm series resistors 38 and 39 as well as the D: oden 40 and 41 in the center circuit, the primary winding of which is connected to one of the Voltage taken from the three-phase system is connected.
By changing the alternating current resistances 43 and 44, which are shown here as ductile and ohmic resistance, the phase position of the ignition pulses for the controllable rectifiers 33 and 34 can be adjusted. The controllable rectifier 33 and 34 alternately cause a discharge of the pulse capacitor 35 and carry over to the primary winding of the coupling transformer 30 via the anti-parallel connected secondary winding 31 and 32 positive and negative pulses to the voltage of the phase conductor R.
In Fig. 8, the coupling transformer 30 is shown together with the coupling transformers 45 and 46, not shown in Fig. 7, the phase conductors S and T again. Here, a blocking circuit consisting of the parallel connection of a capacitor with a choke is connected in series with each coupling transformer. These blocking circuits are matched to the mains frequency, so that the load on the three-phase system is reduced to a minimum by the star connection of the coupling transformers.
The much higher frequency current pulses in the event of an earth fault are let through unhindered by d --- n capacitors in the blocking circuits 47 to 49. You can do without the trap circuits, especially if the pulses are given at the zero crossing of the phase conductor voltages. The blocking circuits are summarized as the pulse transmitter in Fig. 1 to a star point and connected to the primary winding of the current transformer 14 with ground.
The described device for complete earth fault protection is also applicable to AC voltage systems, e.g. B. applicable to single-phase machines. A pulse transmitter is connected to each of the two existing phase conductors. Since the phase position of the two phase conductor voltages does not differ from one another with respect to earth, the positive and negative pulses would coincide in time with the same pulse transmitters. However, this can easily be avoided if the phase position of the pulses generated by the individual pulse transmitters is selected differently with respect to the voltage.
This can be done with tilt throttle transmitters z. B. can be easily achieved by different numbers of turns for the toggle chokes or by different dimensions of the iron cores. The operation of such an arrangement is then the same as the operation of the described pulse transmitter for a three-phase system.