CH625918A5

CH625918A5 -

Info

Publication number: CH625918A5
Application number: CH131878A
Authority: CH
Inventors: Hans Laber
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1977-04-14
Filing date: 1978-02-07
Publication date: 1981-10-15
Also published as: GB1599935A; JPS53128739A; SE421976B; ATA152978A; CA1099341A; BE865868A; US4198628A; SE7803320L; DE2716605C2; FR2387542A1; DE2716605B1; AT363546B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erdschlusserfassung bei einem Stromrichter, der insbesondere für hohe Spannung ausgelegt ist, mit drei elektrischen Bauelementen zur künstlichen Sternpunktbildung, die mit ihrem einen Anschluss jeweils an die Wechselspannungsleitungen des Stromrichters angeschlossen und mit ihrem anderen Anschluss gemeinsam zum künstlichen Sternpunkt zusammengeschlossen sind, und mit einer Stromerfassungsschaltung, die zwischen den künstlichen Sternpunkt und Erde geschaltet ist und die bei Erdschluss ein Meldesignal abgibt.

Beim Betrieb einer elektrischen Anlage stellt sich häufig das Problem, einen Erdschluss in dieser Anlage rasch und zuverlässig zu erkennen und anzuzeigen, damit auf schnellstem Wege eine Störungsmeldung abgegeben und/oder Schutzmassnahmen für die Anlage eingeleitet werden können. Ein solcher Erdschluss kann in einer direkten niederohmigen Verbindung («satter Erdschluss») zwischen einem Punkt der Anlage und Erde oder aber auch in einer widerstandsbehafteten Verbindung zwischen diesen Stellen bestehen. Widerstandbehaftete Verbindungen liegen beispielsweise bei mangelhafter Isolierung vor. Diese kann zur Bildung eines Kriechstroms oder eines Lichtbogens führen.

Aus der Siemens-Zeitschrift 46 (1972), Heft 12, Seiten 909 bis 911, insbesondere Bild 1, ist eine Schaltungsanordnung zur Erdschlusserfassung in der Ständerwicklung einer elektrischen Maschine für hohe Spannung bekannt. Diese Schaltungsanordnung umfasst u.a. einen Erdungstransformator. Die Primärwicklung des Erdungstransformators besitzt drei Wicklungen, die jeweils mit ihrem einen Anschlussende an einen der drei Phasenleiter der Maschine angeschlossen sind. Die anderen Anschlussenden der drei Wicklungen sind gemeinsam in einem künstlichen Sternpunkt zusammengeführt, der direkt mit Erde verbunden ist. Die drei Wicklungen der Sekundärwicklung des Erdungstransformators sind im offenen Dreieck zusammengeschaltet. In dieses Dreieck wird eine 20-Hz-Zusatzspannung eingespeist, so dass das Drehstromsystem mit dieser Zusatzspannung gegenüber Erde verspannt wird. Ein Meldesignal für das Auftreten eines Erdschlusses wird an einem Übertrager abgegriffen, der ebenfalls sekundärseitig angeordnet ist.

Eine solche Schaltungsanordnung kann zur Erdschlussüberwachung in einem Wechselspannungsnetz, das mit einem Stromrichter galvanisch verbunden ist, nicht angewendet werden. Das liegt daran, dass in der Verlagerungsspannung eines solchen speziellen Wechselspannungsnetzes ein Gleichspannungsanteil auftreten kann. Ein Gleichspannungsanteil tritt immer dann auf, wenn sich ein Erdschluss auf der Gleichstromseite des Stromrichters einstellt, wenn also die Plus- oder Minusleitung des Stromrichters über einen mehr oder weniger grossen Widerstand mit Erde verbunden ist. Das kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn infolge einer defekten Isolierung ein Kurzschluss zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung im Zündübertrager eines der gesteuerten elektrischen Ventile auftritt. Der Gleichspannungsanteil in der Verlagerungsspannung würde einen hohen Strom in der Primärwicklung des Erdungstransformators verursachen und dadurch zu einer Funktionsstörung oder gar zur völligen Zerstörung des Erdungstransformators führen.

Aus dem Lehrbuch «Fehler und Fehlerschutz in elektrischen Drehstromanlagen» von H. Titze, 2. Band, Springer-Ver-lag, Wien, 1953, Seite 68, ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die ebenfalls zur Erdschlusserfassung dient. Bei dieser Schaltungsanordnung werden drei Spannungswandler verwendet. Jeweils ist hier die Primärwicklung eines dieser Spannungswandler einerseits an eine Phasenleitung und andererseits an einen gemeinsamen künstlichen Sternpunkt angeschlossen. Der künstliche Sternpunkt ist auch hier wieder direkt mit Erde verbunden. Am offenen Dreieck der drei Sekundärwicklungen der Spannungswandler wird eine Messspannung abgegriffen, die der dreifachen Verlagerungsspannung entspricht.

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Auch bei dieser Schaltungsanordnung kann der unter gewissen Umständen auftretende Gleichspannungsanteil in der Verlagerungsspannung zu einer schwerwiegenden Funktionsstörung führen. Die Spannungswandler können nämlich schon bei relativ niedrigemGleichstrom in die Sättigung gehen. Auch diese Schaltungsanordnung ist daher zur Erdschlusserfassung bei einem Stromrichter nicht einsetzbar.

Aus dem Siemens-Prospekt LE 2,1975, Seiten 6/65 bis 6/68, Abschnitt «Elektronischer Erdschlusswächter EEW 1», ist die eingangs genannte Schaltungsanordnung bekannt. Es handelt sich dabei um eine Schaltungsanordnung, mit der in einem Stromrichter der Isolationszustand gegen Erde überwacht wird. Diese Schaltungsanordnung enthält als wesentliche elektrische Bauelemente drei hochohmige, rein ohmsche Widerstände, die mit ihrem einen Anschlussende jeweils mit einer Wechselspannungsleitung des zu überwachenden Stromrichters verbunden sind. Mit ihrem anderen Anschlussende bilden die Widerstände gemeinsam einen künstlichen Sternpunkt. Zwischen diesen Sternpunkt und Erde ist eine Hilfswicklung geschaltet. Die Hilfswicklung ist Bestandteil einer Stromerfassungsschaltung, die auch einen Ringkernwandler umfasst. Im störungsfreien Betrieb ist die gemessene Verlagerungsspannung gleich Null, und es fliesst über die Hilfswicklung kein Erdschlussstrom. Im Erdschlussfall dagegen ergibt sich zwischen dem mit dem Stromrichter verbundenen Drehstromnetz und Erde ein endlicher Erdschlusswiderstand. Dadurch wird eine gewisse Unsymmetrie der Phasenspannungen gegenüber Erde verursacht. Über die Hilfswicklung fliesst nunmehr ein nennenswerter Erdschlussstrom. Die Hilfswicklung beeinflusst den Ringkernwandler, so dass der Erdschlussstrom mit Hilfe des Ringkernwandlers in ein Meldesignal umgeformt wird. Das Meldesignal bringt nach weiterer Umformung und Verstärkung ein in Ruhestromschaltung arbeitendes Relais zum Abfallen.

Bei dieser Schaltungsanordnung darf im Erdschlussfall die Verlagerungsspannung eine beliebige Kurvenform haben, insbesondere darf sie auch einen Gleichspannungsanteil besitzen, ohne dass darunter die Funktionsfähigkeit leidet. Jedoch sind bei dieser Schaltungsanordnung die drei den Sternpunkt bildenden Widerstände nicht nur im Erdschlussfall, sondern auch im ungestörten Fall dauernd belastet. Das hat zur Folge, dass die drei Widerstände für die Dauerbelastung bemessen sein müssen. Hochohmige Widerstände jedoch, die für eine hohe Leistung und gleichzeitig auch für eine hohe Spannung ausgelegt sind, lassen sich jedoch nur schwer mit hohen Kosten beschaffen. Ausserdem besitzen solche Widerstände ein beträchtliches Bauvolumen, so dass sie in der Schaltungsanordnung verhältnismässig viel Platz beanspruchen. Weiterhin ist ein ständiger Energieverlust in den drei Widerständen als nachteilig zu verzeichnen. Ausserdem macht sich auch die entstehende Verlustwärme nachteilig bemerkbar.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, die eingangs genannte Schaltungsanordnung zur Erdschlusserfassung bei einem Stromrichter so auszugestalten, dass sie im ungestörten Fall mit einem geringen Energieverbrauch auskommt. Sie soll auch weiterhin imstande sein, im Erdschlussfall eine Verlagerungsspannung auch mit Gleichspannungsanteil störungsfrei zu verarbeiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass als elektrische Bauelemente die Primärwicklungen von drei Spannungswandlern vorgesehen sind, und dass in Reihe zur Stromerfassungsschaltung zwischen den künstlichen Sternpunkt und Erde ein hochohmiger Widerstand geschaltet ist.

Die Schaltungsanordnung umfasst also im wesentlichen drei Spannungswandler, die primärseitig einen Sternpunkt bilden, einen hochohmigen Widerstand und zweckmässig eine im Vergleich dazu niederohmige Stromerfassungsschaltung. Sie beruht auf der Messung der Verlagerungsspannung durch Messung des Stroms im hochohmigen Widerstand. Zur Bemessung des hochohmigen Widerstands ist dabei folgendes zu bemerken: Er muss so dimensioniert sein, dass die Gleichstromvormagnetisierung der Spannungswandler im Erdschlussfall beim Auftreten eines Gleichspannungsanteils auf einen solchen Wert begrenzt wird, dass die Funktion dieser Spanntingswand-ler noch voll gewährleistet ist. Die Bemessung hängt also sowohl von der Grösse des zu erwartenden Gleichspannungsanteils als auch von den Eigenschaften der verwendeten Spannungswandler ab. Eine spezielle Bemessungsregel für den allgemeinen Fall lässt sich somit für den hochohmigen Widerstand nicht angeben.

Die Schaltung der Sekundärwicklungen der drei Spannungswandler ist im Prinzip gleichgültig. Sie kann also z. B. offen, also ohne jede Schaltverbindung sein. Doch hat sich im Experiment folgendes herausgestellt: Wegen der nichtlinearen Magnetisierungskennlinie üblicher Spannungswandler enthält der Magnetisierungsstrom der Spannungswandler Oberschwingungen, von denen die Oberschwingung dritter Ordnung deutlich hervortritt. Diese Oberschwingung verursacht eine Harmonische dritter Ordnung in der Spannung zwischen Sternpunkt und Erde. Es hat sich gezeigt, dass diese Harmonische durch Bürden der Sekundärwandler verkleinert werden kann.

Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung ist daher vorgesehen, dass die Sekundärwicklungen der Spannungswandler miteinander im Dreieck geschaltet sind, und dass in die Dreiecksschaltung der Sekundärwicklungen als gemeinsame Bürde ein ohmscher Widerstand eingeschaltet ist. Abweichend hiervon kann aber auch so vorgegangen werden, dass jede Sekundärwicklung an einen eigenen ohmschen Widerstand als Bürde angeschlossen ist.

Die Verwendung einer Dreiecksschaltung mit eingeschaltetem Widerstand hat gegenüber der getrennten Bürdung den Vorteil, dass nur ein einziger Widerstand benötigt wird; allerdings muss dieser für eine Spannung bemessen sein, die dreimal so hoch ist als bei getrennter Bürdung.

Aus Sicherheitsgründen ist es zweckmässig, die Sekundärwicklungen an einer Stelle an Schutzerde anzuschliessen. Eine solche Massnahme kann durch gesetzliche Bestimmungen bei einem Stromrichter ohnehin vorgeschrieben sein.

Im allgemeinen wird man bestrebt sein, die Messschaltung potentialmässig von der Auswerteschaltung zu trennen. Eine weitere Ausbildung sieht demgemäss vor, dass die Stromerfassungsschaltung einen Gleichstromtransformator umfasst, dessen Eingang zwischen dem hochohmigen Widerstand und Erde angeschlossen ist, und dass an den Ausgang des Gleichstromtransformators ein Arbeitswiderstand angeschlossen ist, an dem das Meldesignal abgegriffen ist. Hierbei ist dafür gesorgt, dass der Gleichstromtransformator nicht auf hohem Potential liegt.

Eine besonders vorteilhafte Verwendung lässt sich für einen Umrichter angeben, der aus zwei zusammengeschalteten Stromrichtern besteht. Diese Verwendung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Schaltungsanordnung zur Erdschlusserfassung mit Stromerfassungsschaltung an die Wechselspannungsleitungen des weiteren Stromrichters angeschlossen ist und dass die Meldesignale beider Stromerfassungsschaltungen auf ein Additionsglied gegeben sind.

Die Vorteile dieser Verwendung beruhen auf folgender Tat-sache: Der Stromrichterbetrieb bei beiden Stromrichtern ruft in den beiden Sternpunkten hohe Oberschwingungsspannungen hervor, die jedoch einen gegenphasigen Verlauf haben. Sie heben sich also bei der Addition im Additionsglied, das kann beispielsweise ein Summierverstärker sein, auf, so dass an dessen Ausgang die Spannung annähernd gleich Null ist. Bei Erdschluss jedoch entstehen in den beiden Sternpunkten Verlagerungsspannungen mit gleichphasigem Verlauf. Der Erdschluss5

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fall wird also durch eine besonders deutliche Signalabgabe hervorgehoben. Das führt zu einem besonders sicheren und schnellen Anzeigen und/oder Einleiten von Schutzmassnahmen und einer hohen Ansprechempfindlichkeit.

Weitere zweckmässige Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist insbesondere für die Erdschlussüberwachung von Hochspannungsanlagen mit einem oder mehreren Stromrichtern geeignet. Solche Hochspannungsanlagen können Spannungen von z. B. 500 kV aufweisen. Die Anwendung bei einem Stromrichter für Niederspannung, z. B. für 500 oder 1000 V, ist jedoch genauso möglich.

Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist mit einem verhältnismässig geringem Aufwand an Bauelementen und Kosten zu fertigen. Bedeutsam ist, dass bei dieser Schaltungsanordnung der künstliche Sternpunkt nicht direkt oder nur niederohmig mit Erde verbunden ist. Infolge der Zwischenschaltung des hochohmigen Widerstandes führt hier selbst eine hohe Verlagerungsspannung noch zu einem relativ geringen Erdschlussstrom; dieser ist für die Spannungswandler infolge ihrer Dimensionierung noch ohne weiteres verträglich. Das gilt auch für einen Gleichspannungsanteil in der Verlagerungsspannung. Die Verlagerungsspannung kann also im Erdschlussfall eine beliebige Kurvenform besitzen. Hieraus wird auch deutlich, dass die Schaltungsanordnung nicht nur einen Erdschluss auf der Drehstromseite, sondern auch einen Erdschluss auf der Gleichstromseite des Stromrichters anzeigt.

Besonders bedeutsam ist auch, dass im ungestörten Fall der hochohmige Widerstand zwischen künstlichem Sternpunkt und Erde nicht belastet ist. Es entstehen somit keine Dauerverluste an Energie. Auch eine störende Erwärmung der Umgebung wird vermieden. Wird das Meldesignal der Schaltungsanordnung zum Abschalten der Spannung an den Wechselspannungsleitungen des Stromrichters verwendet, so muss der hochohmige Widerstand zwar für die Spannung des Stromrichters, braucht jedoch nur für eine kurzfristige Leistungsaufnahme ausgelegt zu werden. Die Auslegung muss sich nämlich nur nach derjenigen Energie richten, die zwischen dem Auftreten des Erdschlusses und dem Abschalten des Wechselspannungsnetzes aufzunehmen ist. Ein solcher Widerstand erfordert nur einen vertretbaren Kostenaufwand. Er beansprucht verhältnismässig wenig Platz.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Schaltungsanordnung zur Erdschlusserfassung bei einem Stromrichter und

Figur 2 zwei Schaltungsanordnungen zur Erdschlusserfassung in Verbindung mit zwei miteinander verbundenen Stromrichtern.

Nach Figur 1 wird ein Verbraucher 2 aus einem Stromrichter 4 mit gesteuerten Hauptventilen in Brückenschaltung gespeist. Bei dem Verbraucher 2 kann es sich speziell um eine elektrische Maschine und bei dem Stromrichter 4 um einen Wechselrichter mit gesteuerten Hauptventilen in Drehstrom-Brückenschaltung handeln. Die drei Wechselspannungsleitungen U, V, W des Stromrichters 4 sind über Drosselspulen 8 und einen Schalter 10 mit einem dreiphasigen Wechselspannungsnetz 12 mit den Phasenleitern R, S, T verbunden. Bei dem Wechselspannungsnetz 12 kann es sich insbesondere um ein Versorgungsnetz mit hoher Spannung handeln.

Weiterhin ist eine Schaltungsanordnung zur Erdschlusserfassung im Stromrichter 4 vorgesehen. Mit dieser Schaltungsanordnung ist es möglich festzustellen, ob zwischen einer Wechselspannungsleitung U, V, W des Stromrichters 4 einerseits und Erde E andererseits ein Erdschluss besteht. Zur Erfassung eines solchen Erdschlusses wird die natürliche Verlagerungsspannung («Nullspannung») herangezogen. Sie erscheint bei Erdschluss im Sternpunkt des Drehstromsystems, das durch die Wechselspannungsleitungen U, V, W repräsentiert wird. Vorliegend ist dieser Netzsternpunkt nicht zugänglich oder nicht vorhanden. Daher wird mit Hilfe von drei Spannungswandlern 14,16,18 ein künstlicher Sternpunkt 20 gebildet.

5 Aus Figur 1 ist ersichtlich, dass die Primärwicklungen der drei Spannungswandler 14,16,18 mit ihrem einen Anschluss jeweils an eine Wechselspannungsleitung U, V bzw. W des Stromrichters 4 angeschlossen sind. Mit ihrem anderen Anschluss sind sie gemeinsam im künstlichen Sternpunkt 20 io zusammengeschlossen. Die Sekundärwicklungen aller drei Spannungswandler 14,16,18 sind miteinander im Dreieck geschaltet. In diese Dreiecksschaltung ist als gemeinsame Bürde ein ohmscher Widerstand 22 eingeschaltet. Er ist relativ niederohmig bemessen, und sein ohmscher Wert kann bei-15 spielsweise 100 oder 1000 Ohm betragen. Ist sein Widerstandswert Null, so können sich - wie Untersuchungen gezeigt haben - unter Umständen hochfrequente Schwingungen hoher Amplitude einstellen. Er ist bei Verwendung üblicher Spannungswandler z.B. für 300 V ausgelegt. Er sorgt dafür, dass die 2o Oberschwingungen in der Sternpunktspannung und zwischen dem Sternpunkt 20 und Erde E herabgesetzt werden. Die Dreieckschaltung der Sekundärwicklungen wird aus Sicherheitsgründen an einer beliebigen Stelle an Erde E angeschlossen; für die Funktion ist diese Erdung jedoch nicht erforderlich. 25 Der Sternpunkt 20 ist nicht direkt, vielmehr über einen hochohmigen Widerstand 24 und eine demgegenüber nieder-ohmige Stromerfassungsschaltung 26 mit Erde E verbunden. Im ungestörten Fall (kein Erdschluss) liegt der künstliche Sternpunkt 20 etwa auf Erdpotential. Im Erdschlussfall dagegen tritt 30 die Verlagerungsspannung u auf, die beträchtliche Werte annehmen kann. Diese Verlagerungsspannung u hat im hochohmigen Widerstand 24 einen proportionalen Erdschlussstrom i zur Folge, der mit Hilfe der Stromerfassungsschaltung 26 gemessen und in ein Meldesignal umgeformt wird. Dieses Mel-35 designai wird im vorliegenden Fall in der Stromerfassungsschaltung 26 zu einem Abschaltsignal weiterverarbeitet, das über eine Signalleitung 28 zum Öffnen des Schalters 10 bei Erdschluss herangezogen wird.

Die Bemessung des hochohmigen Widerstandes 24 wird 40 unter Berücksichtigung folgender Überlegung vorgenommen: Die Funktion der Spannungswandler 14,16,18 muss auch bei einem gleichstromseitigen Erdschluss des Stromrichters 4, also bei Verbindung einer der beiden Zuleitungen zwischen Stromrichter und Verbraucher 2 mit Erde E, gewährleistet sein. Die 45 zulässige Vormagnetisierung der Spannungswandler 14,16,18 darf also auch im ungünstigsten Fall eines Erdschlusses nicht überschritten werden. Im ungünstigsten Fall muss mit einem Gleichspannungsanteil in der Verlagerungsspannung u gerechnet werden, die dem halben Wert der gleichgerichteten Span-5o nung am Verbraucher 2 bei höchster Aussteuerung des Stromrichters 4 entspricht.

In einer bereits experimentell untersuchten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung, die zur Erdschlusserfassung bei einem Stromrichter für eine Spannung von 500 kV diente, 55 wurde als Widerstandswert für den hochohmigen Widerstand 24 ein Wert von etwa 1 MOhm als funktionsgerecht gefunden. Dieser Wert kann, da bei der Dimensionierung viele Einfluss-grössen eingehen, für andere Ausführungsformen nur als grober Richtwert angesehen werden. Der Wert des Wider-60 stands 22 betrug in der untersuchten Ausführungsform ca. 100 Ohm. Auch dieser Wert kann für andere Ausführungsformen nur als grober Richtwert angesehen werden.

Der hochohmige Widerstand 24 muss zwar für eine hohe Spannung, braucht aber nur eine relativ geringe Leistung aus-65 gelegt zu sein; diese Leistung ist durch die Zeit zwischen dem Auftreten eines Erdschlusses und dem Abschalten der Wechselspannungsleitungen U, V, W durch Öffnen des Schalters 10 mittels der Stromerfassungsschaltung 26 bestimmt.

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Es war bereits erwähnt worden, dass durch den hochohmigen Widerstand 24 ein der Verlagerungsspannung u proportionaler Erdschlussstrom i fliesst. Dieser wird durch die Stromerfassungsschaltung 26 ausgewertet. Hierbei ist es zweckmässig, von einer potentialfreien Signalübertragung mittels eines 5

Gleichstromtransformators Gebrauch zu machen. Dieses ist in Figur 1 symbolisch im Bild für die Stromerfassungsschaltung 26 angedeutet.

Nach Figur 2 sind zwei Hochspannungs-Stromrichter 4a und 4b über Glättungsdrosselspulen 5 und 7 zu einem Umrich- 10 ter zusammengeschaltet. Die Wechselspannungsleitungen des Stromrichters 4a sind mit U', V', W' und diejenigen des Stromrichters 4b mit U", V", W" bezeichnet. Die Frequenzen sind mit f' und f" benannt. Die Frequenz f' kann z.B. starr sein und 50 Hz betragen, und die Frequenz f" kann einstellbar sein. Den )5 Stromrichtern 4a, 4b sind zwei gleichartige Schaltunganordnungen zur Erdschlusserfassung zugeordnet, die ausgangsseitig miteinander verknüpft sind. Die Bauelemente der zum Stromrichter 4a gehörenden Schaltungsanordnung sind mit dem Zusatz a und diejenigen des Stromrichters 4b sind mit dem 20 Zusatz b versehen. Beide Schaltungsanordnungen zeigen im wesentlichen denselben Aufbau wie diejenige in Figur 1.

Auf den beiden Drehstromseiten des Umrichters 4a, 4b, 5,7 sind Spannungswandler 14a, 16a, 18a bzw. 14b, 16b, 18b in pri-märseitiger Sternschaltung angeschlossen. Der Sternpunkt 20a, 25 20b ist jeweils über einen hochohmigen Widerstand 24a bzw. 24b und über eine Stromerfassungsschaltung 26a bzw. 26b mit Erde E verbunden.

Am Eingang der Stromerfassungsschaltung 26a, 26b liegen jeweils zwei in Gegenreihe geschaltete Zenerdioden 30a, 30b. 30 Diese erfüllen eine Schutzfunktion; sie sorgen dafür, dass die Eingangsspannung nicht über den Wert der Zenerspannung hinausgeht. An dem Eingang ist weiterhin jeweils ein Gleichstromtransformator 32a bzw. 32b angeschlossen. Diese dienen zur potentialfreien Übertragung des erfassten Erdstromes ia 35 bzw. ib und erleichtern die nachfolgende Weiterverarbeitung • dieser Signale. Die Gleichstromtransformatoren 32a, 32b sind nur schematisch dargestellt. Sie können in üblicher Weise aus elektronischen Bauelementen aufgebaute Zerhacker umfassen. Das Übertragungsverhältnis der zugehörigen Transformato- 40 ren kann beispielsweise 1:1 betragen. Dann wird das Stromsignal ia bzw. ib potentialfrei ebenfalls im Verhältnis 1:1 übertragen. Am Ausgang jedes Gleichstromtransformators 32a, 32b liegt ein Arbeitswiderstand 34a, 34b. Dieser ist gegen Masse,

also nicht gegen Erde E, geschaltet. Auch die weitere Signal- 45 Verarbeitung geht von Masse, nicht von Erde E als Bezugspotential aus. Am Arbeitswiderstand 34a, 34b ist ein Ausgangssignal va, vb abgreifbar, das direkt proportional zum Strom ia bzw. ib und auch direkt proportional zur Verlagerungsspannung ua bzw. ub ist; es liegt jeweils in dem für die weitere Verarbeitung durch Operationsverstärker günstigen Spannungsbereich von 0 bis etwa 10 V. Die Spannungen ua, ub und va, vb sowie die Ströme ia, ib können reine Wechseigrössen oder Gleichgrössen mit überlagerten Wechseigrössen sein.

Der z.B. sechspulsige Stromrichterbetrieb ohne Erdschluss ruft in den beiden Sternpunkten 20a, 20b Spannungen ua, ub hervor, die Oberschwingungen enthalten, von denen jene dritter Ordnung (Frequenz 3f und 3f' ) die höchste Amplitude haben. Die dritten Harmonischen treten in den Sternpunkten 20a, 20b im wesentlichen in Gegenphase auf, weshalb sie sich im Additionspunkt 38 eines Additionsgliedes 40 praktisch aufheben. Als Additionsglied 40 kann hierbei ein Summierverstärker, insbesondere ein Operationsverstärker, vorgesehen sein. An dessen Ausgang ist die Spannung w praktisch Null.

Bei Erdschluss dagegen entstehen in den Sternpunkten 20a, 20b Verlagerungsspannungen ua, ub mit gleichphasigen Verlauf. Durch Addition am Additionspunkt 38 erhält man nun am Ausgang des Additionsgliedes 40 eine Spannung w ungleich Null, und zwar eine Wechselspannung, der gegebenenfalls ein Gleichanteil überlagert sein kann.

Dem Additionsglied 40 ist eine Gleichrichterschaltung 42 nachgeschaltet. Diese besteht aus zwei parallelen Zweigen. Der eine Zweig enthält eine Diode 44, und der andere Zweig enthält die Reihenschaltung einer Diode 46 mit einem Inversionsglied. Die Gleichrichterschaltung 42 gewährleistet, dass beide Polaritäten der Summenspannung (ua + ub) erfasst werden können.

Die gleichgerichtete Spannung y ist auf den Vergleichspunkt 50 eines Kippverstärkers 52 gegeben. Am Vergleichspunkt 50 liegt auch eine an einem Einstellorgan, speziell einem Potentiometer 54 abgegriffene Spannung. Mit dem Potentiometer 54 kann der Ansprechpunkt des Kippverstärkers 52 und damit der zulässige Störpegel eingestellt werden.

Das Ansprechen des Kippverstärkers 52 führt zum Durchschalten eines nachgeschalteten Transistors 56. Mit diesem Transistor 56 liegt ein Relais 58 in Reihe. Mit diesem Schaltkontakt 60 lässt sich ein Meldesignal für das Auftreten von Erdschluss und/oder ein Abschaltsignal für das Netz U', V', W' und/oder U", V", W" und/oder für Gleichspannungspole der Stromrichter 4a, 4b abgeben.

Die Verknüpfung von zwei Schaltungsanordnungen zwecks zweiseitiger Erdschlusserfassung nach Figur 2 hat den Vorteil, dass sich infolge der Kompensationsmöglichkeit eine hohe Ansprechempfindlichkeit erreichen lässt.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Schaltungsanordnung zur Erdschlusserfassung bei einem Stromrichter, der insbesondere für hohe Spannungen ausgelegt ist, mit drei elektrischen Bauelementen zur künstlichen Sternpunktbildung, die mit ihrem einen Anschluss jeweils an die Wechselspannungsleitungen des Stromrichters angeschlossen und mit ihrem anderen Anschluss gemeinsam zum künstlichen Sternpunkt zusammengeschlossen sind, und mit einer Stromerfassungsschaltung, die zwischen den künstlichen Sternpunkt und Erde geschaltet ist und die bei Erdschluss ein Meldesignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Bauelemente die Primärwicklungen von drei Spannungswandlern (14, 16,18) vorgesehen sind, und dass in Reihe zur Stromerfassungsschaltung (26) zwischen den künstlichen Sternpunkt (20) und Erde (E) ein hochohmiger Widerstand (24) geschaltet ist (Fig. 1 und 2).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklungen der Spannungswandler (14,16,18) miteinander im Dreieck geschaltet sind, und dass in die Dreiecksschaltung der Sekundärwicklungen als gemein- ■ same Bürde ein ohmscher Widerstand (22) eingeschaltet ist (Fig. 1 und 2).

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sekundärwicklung der Spannungswandler

( 14,16,18) an einen eigenen ohmschen Widerstand als Bürde angeschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiecksschaltung der Sekundärwicklungen an einer Stelle an Erde (E) angeschlossen ist (Fig. 1 und 2).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sekundärwicklung an Erde angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerfassungsschaltung (26) einen Gleichstromtransformator (32) umfasst, dessen Eingang zwischen dem hochohmigen Widerstand (24) und Erde (E) angeschlossen ist, und dass an den Ausgang des Gleichstromtransformators (32) ein Arbeitswiderstand (34) angeschlossen ist, an dem das Meldesignal (v) abgegriffen ist (Fig. 2).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schutz gegen unzulässige Überspannungen dem Eingang des Gleichstromtransformators (32) zwei in Gegenreihe geschaltete Zenerdioden (30) parallel geschaltet sind (Fig. 2).

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Meldesignal (va, vb) zur Betätigung eines Melderelais (58) vorgesehen ist.

9. Verwendung zweier Schaltungsanordnungen zur Erdschlusserfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für eine zwei zusammengeschaltete Stromrichter umfassenden Umrichter, wobei jeweils einem Stromrichter jeweils eine Schaltungsanordnung zur Erdschlusserfassung zugeordnet ist und die Meldesignale (va, vb) beider Stromerfassungsschaltungen (26a, 26b) auf ein Additionsglied (40) gegeben sind (Fig. 2).

10. Verwendung zweier Schaltungsanordnungen zur Erdschlusserfassung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Additionsgliedes (40) eine Gleichrichterschaltung (42) zur Ausnutzung beider Polaritäten der Verlagerungsspannung angeschlossen ist.

11. Verwendung zweier Schaltungsanordnungen zur Erdschlusserfassung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Additionsglied (40) ein Kippverstärker (52) nachgeschaltet ist.

12. Verwendung zweier Schaltungsanordnungen zur Erdschlusserfassung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kippverstärker (52) ein Einstellorgan (54) zur Einstellung des Kippunktes besitzt.