Einrichtung zur Verminderung schädlicher Erdschlussströme in geerdeten Hochspannungsnetzen mit auf die Netzpliasen unsymmetrisch verteilter Kapazität. Es ist bekannt, die Erdschlussströme in geerdeten Hochspannungsnetzen finit auf die Netzphasen symmetrisch verteilter Kapazität durch Einschaltung von geeignet bemessenen Drosselspulen in dein Erdungsstromkreise zu unterdrücken. Die Bemessung der Erdungs- drosselspule erfolgt beim Einphasenstrom nach
der Gleichung
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wo<I>L</I> die Induhtivität der Drosselspule, (u die Netzfrequenz, C die Teilkapazität einer \Tetz- phase gegen Erde bedeutet.
Es lässt sich zeigen, dass bei uns @-inine- trisch verteilter Kapazität eine restlose Unter- drückung der Erdschlussströme durch die Be messung der am Netznullpunkte liegenden Drosselspule nicht möglich ist, denn wie gross man auch die Induktivität der Drosselspule bemisst,
die Unsymmetrie der Anordnung in bezug auf ihre elektrischen Grössen bleibt bestehen und lässt sich nur durch eine andere UnsSmmetrie ausgleichen.
Dies kann zum Beispiel in der Weise geschehen, dass man die Drosselspule nicht an de) Nullpunkt des Netzes, sondern an einen Spannungspunkt des Generators (Transformator oder derglei chen) anschliesst. Beim Erdschluss eines Phasen leiters wirkt dann zwar für den Kapazitäts strom in der Erdungsstelle immer noch die Spannung 2 E, wen) E Phasenspannung be deutet.
Für den Drosselspulenstrom kommt aber, je nachdem die Kapazität C oder C2 durch den Erdschluss überbrückt ist, die Span- nung E, oder E2 in Betracht, wobei Ei'# E,E2@ E undL',t 1-Li=2Eist. Die Bemessung der Drosselspule errechnet sich dann in folgender Weise:
Für den Erdschluss an C#, muss zwischen den Effektivwerten gelten JC, <I>=JD,</I> wenn der .<B>Ei</B> rdsehlussstrom ver schwinden soll, also
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Für den Erdschluss an C muss entspre chend JC'_ <I>= JD</I> sein;
also<I>2 E<B>to
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</B></I> Aus i) und 2) folgt -
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und Ei + E2 <I>- 2</I> -w= L <I>(C<B>+C2)</B></I> Da nun Ei -+- E= = 2 E ist, ist für völ lige Unterdrückung der Erdschlussströme
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Diese Bemessung der Drosselspule bringt aber für den normalen Betrieb die Gefahr des Auftretens grosser Überspannungen des Netzes mit sich, wenn nicht,
wie es bei obiger Ableitung vorausgesetzt war, die Drosselspule an einen entsprechend gewählten Spannungspunkt des Generators angeschlossen wird. Dies lässt. sich aber praktisch nur sehr schwer ausführen, wenn man nicht zu dem Hilfsmittel der Einfügung von Zusatzspan nungen mittelst besonderer Zusatztransforma toren greifen will.
Sieht man hiervon ab und schliesst, wie es üblich und bequem ist, die Drosselspule an den Nullpunkt des Netzes an, dann führt die Bemessung der Drossel spule in Rücksicht auf die Verhinderung der Erdschlussströme zu Verhältnissen, die den normalen Betrieb der Anlage gefährden, was nunmehr der Einfachheit -wegen an einem Einphasennetz näher erläutert werden soll, dessen Nullpunkt' über eine Drosselspule ge erdet ist.
Nimmt man hierbei ungleiche Grösse der Teilkapazitäten Ci und C gegen Erde an, so bestehen bei C > C die Gleichungen
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Bei Ca - < C ist JD durch<I>-JD zu er-</I> setzen.
Aus diesen Gleichungen berechnet sich der Strom<I>JD</I> in der Drosselspule unter Ver nachlässigung der Ohmschen Widerstände.
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Für C C #'- und gemäss Gleichung 5) für
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wird<I>JD</I> unendlich und auch die Spannung an der Erdungsdrossel- spule ED <I>= JD</I> (o <I>L</I> unendlich. d. h.
also Die Bemessung der am Netznullpunkte lie genden Drosselspule mit Rücksicht auf die völ lige Unterdrückung der i rdschlussströme führt zu Resonanzerscheinungen bei normalem Be triebe und gefährlichen Überspannungen.
Da nämlich das Potential des an Erde liegen den Endes der Drosselspule festliegt, muss sich das Potential des andern Endes der Drosselspule, also des Netznullpunktes, der art verschieben, dass die Spannungsdifferenz an der Drosselspule den Wert .ID to L, also im vorliegenden Falle den Wert unendlich annimmt.
Durch die Wirkung des Ohmschen Widerstandes der Drosselspule und der Streu- real,-tanz der den Netznullpunkt bildenden Wicklungen wird ein so gewaltiges Anwach sen der Ströme und Spannungen zwar ver hindert, aber es bleibt immerhin die Gefähr dung der Anlage durch die Bemessung der Drosselspule lediglich in Rück-sieht auf die Unterdrückung derErdschlussströme beiNetzen mit unsymmetrisch verteilter Kapazität be stehen.
Gemäss vorliegender.Erfindung sollen nun bei Netzen mit unsymmetrisch verteilter Ka pazität die Erdschlussströme auf ein unschäd liches Mass herabgedrückt werden, ohne dass dadurch gefährliche Resonanzerscheinungen im normal betriebenen Netze hervorgerufen werden.
Zu diesem Zwecke soll zwischen Nullpunkt des Netzes und Erde eine derart bemessene Drosselspule eingeschaltet sein, dass als äusserste Annäherung an den zu ver meidenden Wert
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für die Induktivität der Drosselspule der Aus druck
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zu gelten hat, wo<I>na =</I> Anzahl der Teilkapazitäten ist für Einphasen strom = 2, für Dreiphasenstrom = 3, für Zweiphasenstrom = 4 zu setzen ist und unter die Teilkapazität gegen Erde derjenigen Phase zu verstehen ist, welche die kleinste oder grösste Teilkapazität gegen Erde hat.
In der Gleichung
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wird dann der Nenner einen von<B>Null</B> ver schiedenen Wert erhalten, und der Drossel- spulenstrom bleibt daher bei normalem Be triebe des Netzes eine endliche Griil.')e. Setzt man nun weiter, zu deren Begrenzung
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also zum Beispiel beim Einphasennetz
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dann ist der Wert des Bruches
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stets gleich und somit nach Gleichung 9)
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und ED=JD üjL=Edie Span nung an der Erdungsdrosselspule bei nor malem Betriebe. Auch dieser Wert wäre an sich noch reichlich hoch, aber wenn man be rücksichtigt, dass in den in Betracht kom- menden Stromkreisen Ohmscher @@'iderstan d und Strerireaktanzen vorhanden sind, dann erkennt man, dass die Grösse von<I>JD</I> und ED irr Wirklichkeit noch erheblich unter dem abgeleiteten Werte bleiben wird,
so dar ge fährliche Überspannungen nicht mehr zu er warten sind.
Die Unterdrückung der Erdschlussströme wird hierbei unvollkommener, jedoch wird im allgemeinen der Mangel nicht sehr erheblich. Bei ganz extremen Fällen, d. h. bei starker Unsymmetrie, ist es überhaupt nicht mehr möglich, durch eine an den Nullpunkt des Netzes angelegte Erdungsdrosselspule die Erdschlussströme auf ein unschädliches Ma(i herabzudrücken:
i solchen Füllen ist hier für die .Einfügung von Zusatzspannungen ir: den Erdungsstromkreis unbedingt erforderlich Die angegebene Bemessungsregel schafft alsc den Ausgleich zwischen zwei widerstreiten den Störungsmomenten hei geerdeten Hoch- span ungsnetzen. nämlich die Verrneidung der Spannungsresonanz bei normalem Net.z- b2trieb und die Verhinderung schädlicher <RTI
ID="0003.0053"> Erdschlussströrne im Falle des Erdschlusses einer Netzphase.
Device for reducing harmful earth fault currents in earthed high-voltage networks with capacitance that is asymmetrically distributed over the network pliases. It is known to suppress the earth fault currents in earthed high-voltage networks finitely on the network phases of symmetrically distributed capacitance by connecting appropriately dimensioned inductors in the earthing circuits. The rating of the earthing reactor is based on single-phase current
the equation
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where <I> L </I> is the inductivity of the choke coil, (u the mains frequency, C the partial capacitance of a \ Tetz- phase to earth.
It can be shown that with us @ -inin- trically distributed capacitance, a complete suppression of the earth fault currents is not possible by measuring the choke coil at the mains zero point, because no matter how large the inductance of the choke coil is measured,
the asymmetry of the arrangement with regard to its electrical parameters remains and can only be compensated for by a different asymmetry.
This can be done, for example, by connecting the choke coil not to the zero point of the network but to a voltage point of the generator (transformer or the like). In the event of an earth fault in a phase conductor, the voltage 2 E still acts for the capacitance current in the earthing point, if) E phase voltage means.
For the choke coil current, however, depending on whether the capacitance C or C2 is bridged by the earth fault, the voltage E or E2 comes into consideration, where Ei '# E, E2 @ E and L', t 1-Li = 2E. The dimensioning of the choke coil is then calculated as follows:
For the earth fault at C #, JC, <I> = JD, </I> must apply between the rms values if the. <B> Ei </B> rdsehlussstrom is supposed to disappear, i.e.
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For the earth fault at C, JC'_ <I> = JD </I> must be appropriate;
so <I> 2 E <B> to
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</B> </I> From i) and 2) follows -
EMI0001.0062
and Ei + E2 <I> - 2 </I> -w = L <I>(C<B>+C2)</B> </I> Now that Ei - + - E = = 2 E is for complete suppression of earth fault currents
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However, this dimensioning of the choke coil brings with it the risk of major overvoltages in the network for normal operation, if not,
as it was assumed in the above derivation, the choke coil is connected to a correspondingly selected voltage point of the generator. This leaves. but in practice it is very difficult to run if you do not want to resort to the aid of inserting additional voltages using special additional transformers.
If you disregard this and, as is customary and convenient, close the choke coil to the zero point of the network, then the dimensioning of the choke coil with regard to the prevention of earth fault currents leads to conditions that endanger the normal operation of the system, which is what now For the sake of simplicity, it will be explained in more detail on a single-phase network whose zero point is earthed via a choke coil.
If one assumes unequal size of the partial capacitances Ci and C to earth, then the equations exist for C> C
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For Ca - <C, JD must be replaced by <I> -JD </I>.
The current <I> JD </I> in the choke coil is calculated from these equations, neglecting the ohmic resistances.
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For C C # '- and according to equation 5) for
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<I> JD </I> becomes infinite and so does the voltage at the earthing reactor ED <I> = JD </I> (o <I> L </I> infinite.
The dimensioning of the choke coil located at the mains zero point with regard to the complete suppression of the residual currents leads to resonance phenomena in normal operation and dangerous overvoltages.
Since the potential of the end of the choke coil that is connected to earth is fixed, the potential of the other end of the choke coil, i.e. the mains zero point, must shift in such a way that the voltage difference across the choke coil has the value .ID to L, i.e. in the present case the Takes on infinite value.
The effect of the ohmic resistance of the choke coil and the stray real, -dance of the windings forming the network zero point prevents such a huge increase in currents and voltages, but at least the risk to the system from the dimensioning of the choke coil remains in retrospect, there is a suppression of earth fault currents in networks with asymmetrically distributed capacitance.
According to the present invention, in networks with asymmetrically distributed capacitance, the earth-fault currents should now be reduced to a harmless level without causing dangerous resonance phenomena in normally operated networks.
For this purpose, between the zero point of the network and earth, a choke coil dimensioned in such a way should be switched on that as the closest approximation to the value to be avoided
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the expression for the inductance of the choke coil
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applies, where <I> na = </I> the number of partial capacities is to be set for single-phase current = 2, for three-phase current = 3, for two-phase current = 4 and the partial capacitance to earth of the phase which the has the smallest or largest partial capacity to earth.
In the equation
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the denominator will then receive a value other than zero, and the choke coil current will therefore remain a finite limit during normal operation of the network. ') e. If one continues now, to limit them
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for example with a single-phase network
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then is the value of the fraction
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always the same and thus according to equation 9)
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and ED = JD üjL = E The voltage at the earthing reactor during normal operations. This value would also be quite high in itself, but if one takes into account that Ohmscher @@ 'iderstand and Strerireactances are present in the relevant circuits, then one recognizes that the size of <I> JD </ I> and ED err reality will still remain considerably below the derived values,
so that dangerous overvoltages can no longer be expected.
The suppression of the earth fault currents becomes imperfect here, but in general the deficiency is not very significant. In very extreme cases, i. H. In the case of strong asymmetry, it is no longer possible at all to reduce the earth fault currents to a harmless level by using an earthing reactor connected to the zero point of the network:
Such filling is absolutely necessary here for the .insertion of additional voltages ir: the earthing circuit. The specified dimensioning rule creates the balance between two conflicting high-voltage networks that are hot earthed. namely the avoidance of the voltage resonance with normal power supply and the prevention of harmful <RTI
ID = "0003.0053"> Earth fault currents in the event of an earth fault in a line phase.