CH96765A - Einrichtung zur Unterdrückung des Erdschlussstromes von Hochspannungsnetzen. - Google Patents

Einrichtung zur Unterdrückung des Erdschlussstromes von Hochspannungsnetzen.

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CH96765A
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/08Limitation or suppression of earth fault currents, e.g. Petersen coil

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Description


  Einrichtung zur     Unterdrückung    des     Erdschlussstromes    von Hochspannungsnetzen.    Es ist bekannt, den Nullpunkt von Trans  formatoren usw. über Drosselspulen zu erden.  Es ist auch bekannt, dass es durch solche  Nullpunkterdungen über Drosselspulen mög  lich ist, den     Erdschlussstrom    zu unterdrücken.  Die Verwendung von solchen     Erdungsdrossel-          spulen    für den Nullpunkt hat indessen man  cherlei Nachteile, u. a. auch den, dass solche  Drosselspulen nicht leicht den veränderlichen  Verhältnissen des Netzes angepasst werden  können.  



  Gemäss der Erfindung wird eine Einrich  tung zur Unterdrückung des     Erdschlussstromes     von Hochspannungsnetzen dadurch     geschaffen,          da(J)    an die Netzleitungen ein Transformator  angeschlossen wird, dessen Primärwicklung  bei     11lehrphasenanlagen    Sternschaltung hat,  und dass der Nullpunkt der Primärwicklung  ohne Einschaltung von Drosselspulen an Erde       golegt    wird. Die vorzugsweise in Reihe ge  schalteten Sekundärwicklungen des Trans  formators müssen für die Unterdrückung des       Erdschlussstromes    über einen     wesentlich    in-         duktiven    Widerstand geschlossen sein, der  regelbar sein kann.

   Die     Sekundärw        icklüng     hat die Wirkung, dass die bei einem Er     d-          schluss    aus der Zusammenwirkung der pri  mären und sekundären Felder sich ergebende       Induktanz    der Primärwicklung gegenüber der       Betriebsinduktanz    so herabgemindert ist, dass  der aus dem Nullpunkt des Transformators  zur Erde fliessende Strom angenähert die  Grössenordnung des     Erdverschlussstromes    hat.  Die Sekundärwicklung wird bei     Mehrphasen-          anlagen    zweckmässig im Dreieck geschaltet.  



  Mit Hilfe des erwähnten in den Sekun  därkreis eingeschalteten Regelwiderstandes  ist es möglich, den Transformator den ver  änderlichen Verhältnissen eines Netzes jeder  zeit leicht anzupassen.  



  Um für den Fall des     Erdschlusses    den  beträchtlichen magnetischen Fluss der an den  unbeschädigten Netzteilen liegenden Spulen  einen Weg zu bieten, der nicht die kurz  geschlossene Spule durchsetzt, ist es zweck  mässig, in bekannter Weise einen besondern      Schenkel ausser den Schenkeln der Phasen  spulen vorzusehen, über den der erwähnte       Kraftfluss    sich schliessen kann. Es kann dann  durch diesen sehr beträchtlichen magnetischen  Fluss keine     E.1yT.    K. in der durch     Erdschluss     kurzgeschlossenen Spule erzeugt werden, so  dass es möglich ist, deren E.     M.    K. so nahe  der Null zu halten, wie es die Wechselwir  kung der Sekundärspule und der kurzge  schlossenen Primärspule gestattet.

   Diese Wir  kung lässt sich auch mit einem Manteltrans  formator erreichen.  



  Liegen die elektrischen Verhältnisse der  Leitung derart, dass ihr Ladestrom - der       Erdschlussstrom    -- nicht genau um 90   gegen  die Spannung der an Erde liegenden Phase  verschoben ist, und erfährt der Nullpunkt  strom durch die Verhältnisse am     Erdungs-          transformator    selbst eine Abweichung gegen  jene Spannung von 90  , so beträgt die Pha  senverschiebung zwischen Nullpunktstrom und  Ladestrom 180  , vermehrt oder vermindert  um eine gewisse Abweichung.

   Da nun zum  Löschen des     Erdschlussstromes    diese Phasen  verschiebung möglichst genau 180   sein soll,  so wird die Abweichung mit Vorteil dadurch  beseitigt, dass in den Stromkreis der Sekun  därspule eine regelbare Selbstinduktion mit  oder ohne Zusatz von Kapazität und     Ohrn-          schen    Widerstand eingeschaltet wird. Bei  dein in der     Fig.    1 dargestellten Ausführungs  beispiel sind die vom Transformator 11 aus  gehenden Netzleitungen über die Primär  spulen 12, 13, 14 des     Erdungstransformators     an Erde gelegt, während die im Dreieck  geschalteten Sekundärspulen 15, 16, 17 über  den regelbarem induktiven Widerstand 18. ge  schlossen sind.

   Ausser einer     Induktanz    18  kann auch noch     Ohnrscher    Widerstand im  Stromkreis der Sekundärspule enthalten sein.  Durch die eingeschaltete Selbstinduktion 18  wird im Sekundärkreis ein der     Sekundär-          E.        1M.        K.    nacheilender Strom erzeugt, der in  bekannter Weise wie in jedem andern Trans  formator die Phasenlage des Primärstromes  und infolgedessen auch die Phasenverschie  bung zwischen Primärstrom und der primären  E.     hl.    K. beeinflusst.

      Der Transformator kann dabei ausser der       Kompensationswicklung    noch eine zweite  Sekundärwicklung tragen, die die Benutzung  des Transformators für irgend welche andern  Zwecke ermöglicht.  



  Während des regelrechten Betriebes ist  die Erdungsleitung nicht vom Strom durch  flossen und der Transformator entnimmt dem  Netz nur     14Tagnetisierungsstrom.    Bei grossen  Netzen stellt also der     Erdungstransformator     ohne Last, sofern er nicht wie ein gewöhn  heller Transformator mit Verbrauchern be  lastet ist, sondern nur als     Sicherheitsvorrich-          tung    dient.

   Der     Erdungstran#formator    könnte  also wegen seines hohen     Anscbaffungspreises     als     Sicherheitsvorrichtung        a.lleiu    die Wirt  schaftlichkeit der Anlage stark beeinträch  tigen, vor allem wäre das in sehr grossen  Netzen der fall, bei denen der Schutz gegen       Erdschluss        erwünscht,    eine Erweiterung der       Transformatorenanlage    an sich aber nicht  erforderlich ist.  



  Es ist daher von Vorteil, wenn der Er  dungstransformator zur     Kompensierung    der  Ladeströme des Netzes herangezogen wird,  die von der     Stromerzeugungsanlage    geliefert  werden müssen und die     Wirtschaftlichkeit     der ganzen Anlage ei-lieblich herabdrücken  können. Anstatt also besondere Drosselspulen  einzubauen, die den Ladestrom kompensieren,  kann der     Erdungstransformator    so bemessen  und     angeordnet    werden, dass er zur Kom  pensation der gesamten Ladeströme des Netzes  oder eines bestimmten Teils davon geeignet  ist.

   Es können dabei alle die für die Kom  pensationsdrosseln anderweitig abgeleiteten  Regeln bezüglich aller ihrer elektrischen  Werte auf die     Erdungstransformatoren    zur  Anwendung gebracht werden, soweit es dessen  ursprüngliche Bestimmung zulässt, d. h. der       Erdungsstrorntransformator    wird elektrisch  und magnetisch so bemessen, dass er wäh  rend des normalen Betriebes möglichst grobe  wattlose Ströme aufnimmt oder die Sekun  därwicklung, die ja, wenn der Transformator  nur zum Löschen des     Erdschlusslichtbogens     verwendet werden soll, im normalen Betrieb  (ohne     Erdschluss)    unbelastet ist, wird nun      zum Ausgleich der Ladeströme stark induk  tiv belastet.

   Durch Abschalten, Umschalten  oder Verändern dieser induktiven Belastung       kann.    dann die Wirkung zum Ausgleich der  Ladeströme im Netz dem jeweiligen Bedarf.  leicht angepasst werden.  



  Natürlich können auch die bisherigen       1\Iittel,    die Netzladeströme zu kompensieren,  mit den eben genannten Mitteln zusammen  angewendet werden. Man kann dann z. B.  besondere, durch lange Zeit abgeschaltete  Strecken nach der alten Methode kompen  sieren, während der Hauptnetzteil durch den       Endungstransformator    kompensiert wird. -Da  der Endungstransformator auch als solcher der  ,jeweiligen Netzkapazität angepasst werden       inuss,    so können die dazu an sich bekannten  Einrichtungen zur     Abstufung    der Spulen  induktanz in geeigneter Weise zu dem neuen  Zweck verwendet oder mit passenden Ein  richtungen kombiniert werden, die der neue  Zweck allein fordern würde.

   Umgekehrt kann  auch die Notwendigkeit, den Endungstrans  formator als solchen mit gestufter     Induktanz     zu versehen, in dem Mass fortfallen oder ver  ringert werden, wie die abschaltbaren Netz  teile bereits mit kompensierenden Drosseln       ausgestattet    sind.  



  Für sehr grosse Netze werden     Löschtrans-          formatoren    dieser Art sehr gross und teuer  und, da sie nur im Störungsfalle, also   wenn es nach Wunsch geht - sehr selten  in     Wirkung    treten, so bedeuten sie eine be  trächtliche     unverzinste    Kapitalanlage.  



  Der Löschtransformator kann nun dadurch  auch betriebsmässig zur Arbeitsleistung her  angezogen werden, dass er ausser der durch       Induktanz    geschlossenen Wicklung noch eine  in Stern geschaltete Sekundärwicklung erhält,  die wie die Sekundärwicklung eines gewöhn  lichen Transformators belastet werden kann;  diese belastbare Sekundärwicklung kann be  liebiges     Übersetzungsverhältnis    haben, so dass       der        Löschtransformator    mit andern gewöhn  lichen Transformatoren parallel arbeiten kann.  



  Es ist nun zwar ohne weiteres möglich,  die durch     Induktänz    geschlossene Wicklung,  die bei Drehstrom als     Dreieckwicklung    ge-    schaltet wird, wie eine gewöhnliche Dreieck  wicklung zu belasten; es lohnt aber nicht,  diese Wicklung der Belastung entsprechend  stärker zu bemessen, weil die Verbraucher  im Störungsfalle zu starken Spannungsschwan  kungen ausgesetzt sind.

   Bei der     Sternsekun-          därwicklung    ist das nicht der Fall, da im  Augenblick des     Erdschlusses    die zu den un  versehrten Netzleitungen gehörigen Phasen  der Primärwicklung     Dreieckspannung    statt       Sternspannung    erhalten, dieser Wandel aber  auch an der Sekundärwicklung in Erschei  nung tritt, so dass dann die beiden Wick  lungen, die Primär- und Sekundärwicklung,  nach     offener        V-Schaltung    weiterarbeiten.  



  Die     Fig.    2 zeigt ein solches Ausführungs  beispiel der Erfindung für Drehstrom. Mit I  ist die Primärwicklung des Transformators  gezeichnet, deren Nullpunkt unmittelbar, also  ohne Zwischenschaltung von Spulen, an Erde  gelegt ist.     II    ist die in Stern geschaltete  Sekundärwicklung, die wie die Sekundär  wicklung eines gewöhnlichen Transformators  belastet ist. J ist die Wicklung, die den  Transformator zur     Absaugung    des     Erdschluss-          stromes    geeignet macht.  



  Ausser mit gewöhnlicher Lampen- oder       Motorenlast    kann die Wicklung     1I    auch mit       Induktanzen    zusätzlich derart belastet wer  den, dass völlige oder teilweise Kompensation  der Kapazitätsströme des Netzes erreicht  wird.  



  Diese zusätzlichen     Induktanzen    können  in Stern geschaltet und ihr Nullpunkt mit  dein der     Stern-Sekundärwicklung    leitend ver  bunden werden.     Dadurch    wird erreicht, dass  bei     Erdschluss    der Transformator über seinen  primären     Nullpunkt    einen induktiven Strom  nach Erde sendet, der sich über den Iso  lationsfehler schliesst und so, je nach seiner  Grösse, den     Erdschlussstrom    hier ganz oder  teilweise kompensiert.

   Das Eigentümliche ist  dann, dass betriebsmässig die     Nullpunktsver-          bindung    eine     Verbindung    von     Äquipotential-          punkten    ist, also stromlos ist, während sie  bei     Erdscbluss    den aus der Spannungsver  schiebung in den drei Sekundärwicklungen  des Transformators sich     eigebenden    Aus-      Bleichstrom führt. Um diesem Strom die  richtige Grösse zu geben, müssen die     Induk-          tanzen    geeignete Abmessungen und einen  magnetischen Ausgleichsweg, beispielsweise  einen vierten Schenkel haben.  



  Wird bei einer Einrichtung der oben be  schriebenen Art das Netz mit Motoren oder  andern     Betriebsinduktanzen        "o    hoch belastet,  dass diese einen Teil der erforderlichen Kom  pensation übernehmen, so werden unter Um  ständen die     Induktanzen,    die in Stern an die  Sekundärwicklung gelegt sind, für den Be  triebszustand entbehrlich. Würde man sie ab  schalten, so würde dadurch natürlich auch  die etwaige Kompensation eines bei einem  Isolationsfehler auftretenden     Erdschlussstromes          aufgehoben    sein.

   Um für diesen Fall die er  forderliche Sicherheit zu     schaffen,        können    an  der oben beschriebenen Einrichtung Mittel  zum Umschalten dieser     Induktanzen    vorge  sehen sein.  



  Zweckmässig wird die Umschaltung so  vorgenommen, dass die     Induktanzen    in Pa  rallel- oder Serienschaltung an die in Drei  eck geschaltete Hilfswicklung des Transfor  mators gelegt werden. Sind die     Übersetzungs-          verhältnisse    zwischen den verschiedenen       Wicklungen    richtig gewählt, so kann für jede  der erwähnten oder noch andere möglichen  Schaltungen die gewünschte Kompensations  wirkung mit Sicherheit erreicht werden.  



       Man    kann natürlich auch bei der zuerst  geschilderten Belastung der Sekundärwick  lung durch in Stern geschaltete     Induktanzen     entsprechende Drosselspulen in den Kreis  der     Dreieckwicklung    legen, so dass die ge  schilderten Kompensationswirkungen gleich  zeitig auftreten.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung zur Unterdrückung des Erd- schlussstromes von Hochspannungsnetzen, da durch gekennzeichnet, dass der Nullpunkt der Primärwicklung eines an das Netz ange schlossenen Transformators ohne Zwischen schaltung von Drosselspulen an Erde gelegt und die Sekundärwicklung elektrisch so be lastet ist, dass bei einem Erdschluss der aus dem Nullpunkt des Transformators zur Erde fliessende Strom angenähert die Grösse des zu kompensierenden Erdschlussstromes hat, wo bei die dem Nullpunktstrom entgegenwir kende Induktanz wesentlich kleiner als die Betriebsinduktanz ist.
    UNTERANSPRÜCHE: 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwick lung bei Mehrphasenanlagen in Dreieck schaltung geschlossen ist. @. Einrichtung nach Patentanspruch und 1.'n teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Sekundärkreis ein Regelwider stand eingeschaltet ist, der eine Einrege lung der ganzen Einrichtung dem jewei ligen Zustande des Netzes entsprechend gestattet. 3.
    Einrichtung nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdungstransformator dadurch den veränderlichen Verhältnissen des Netzes angepasst werden kann, dass in den Strom kreis der Sekundärspulen eine veränder liche Selbstinduktion mit oder ohne Zu satz von Kapazität und Ohm'schen Wider stand eingeschaltet ist. 4. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdungstransfor- mator elektrisch so bemessen und so an geordnet und dessen Sekundärwicklung elektrisch so belastet ist, dass er bei nor malem Betrieb zur Kompensation der Lade ströme des Netzes oder eines Teils davon herangezogen werden kann.
    a. Einrichtung nach Patentanspruch und Un teranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator gemeinsam mit bekannten Ladestromkompensatoren ins Netz eingebaut ist, zum Zweck, bezüglich der Bemessung und Induktanzabstufung desErdungstransformatorsVereinfachungen zu erreichen. 6. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator eine zu betriebsmässiger Belastung geeig- trete, zusätzliche, in Stern geschaltete Sekundärwicklung besitzt.
    7. Einrichtung nach Patentanspruch und Un teranspruch 6, mit Belastung der zusätz lichen Sekundärwicklung durch Induk- tanzen, dadurch gekennzeichnet, dass diese in Stern geschaltet sind und ihr Null punkt mit dem der Sternsekundärwick- lung leitend verbunden ist.
    B. Einrichtung nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1, 6 und 7, gekennzeichnet durch Schaltmittel, mit deren Hilfe unter besondern Belastungsverbältnissen die In- duktanzen von der Stern-Sekundärwick- lung abgetrennt und an die offene Drei eckwiclzlung gelegt werden können. .
CH96765D 1918-05-26 1921-01-17 Einrichtung zur Unterdrückung des Erdschlussstromes von Hochspannungsnetzen. CH96765A (de)

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