DE1126011B

DE1126011B - Device for detecting and locating arcing faults in electrical systems

Info

Publication number: DE1126011B
Application number: DES72352A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ernst Weiland
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-02-03
Filing date: 1961-02-03
Publication date: 1962-03-22

Description

Vorrichtung zur Erfassung und Ortung von Fehlerlichtbögen in elektrischen Anlagen Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erfassung und Ortung von Fehlerlichtbögen in elektrischen Anlagen. Es sind Schutzeinrichtungen für Schaltanlagen gegen Beschädigungen durch Kurzschlußlichtbögen bekanntgeworden, bei denen eine Abschaltung der gefährdeten Anlagen erfolgt, indem die Abschaltorgane in Abschaltabhängigkeit von einer lichtempfindlichen Einrichtung gebracht sind, die von Lichtbögen ausgelöst wird. Eine solche Schutzeinrichtung läßt sich jedoch nur für einfache Schaltanlagen verwenden, da sie keine selektive Erfassung der Fehlerstelle zuläßt. Um eine selektive Abschaltung bei aufwendigeren Schaltanlagen zu erreichen, hat man daher die Schaltmittel, die zum Abschalten der gefährdeten Anlagenteile dienen, in Abschaltabhängigkeit sowohl von einer lichtempfindlichen Einrichtung gebracht, die durch den Lichtbogen ausgelöst wird, als auch vom Lichtbogenstrom selbst. Eine Auslösung erfolgt also nur bei gemeinsamer Anregung durch die lichtempfindliche Einrichtung und den Lichtbogenstrom. Dabei ist jedem Leistungsschalter, jedem Trenner und deren Verbindungsleitungen - je eine lichtempfindliche Einrichtung zuzuordnen. Bei einer solchen Zuordnung könnte auch bei Verwendung von Lichtlöschern eine selektive Erfassung von Fehlern erreicht werden, jedoch ist es praktisch nicht möglich, z. B. in einer Schaltzelle vorhandene Schaltanlagenteile optisch getrennt zu überwachen. Daher hat man sich bisher bei Verwendung von Lichtbogenlöschern damit begnügt, nur bei einfach aufgebauten Anlagen mit einer Einspeisung und einer Sammelschiene eine solche Anordnung zu verwenden.Device for detecting and locating arcing faults in electrical systems The invention relates to a device for detecting and locating arcing faults in electrical systems. There are protective devices for switchgear against damage by short-circuit arcs are known, in which a shutdown of the endangered systems takes place in that the shutdown devices are switched off by a light-sensitive device that is triggered by arcs. However, such a protective device can only be used for simple switchgear, since it does not allow selective detection of the fault location. In order to achieve selective shutdown in more complex switchgear systems, the switching means, which are used to shut down the endangered parts of the system, have been switched off, both by a light-sensitive device that is triggered by the arc, and by the arc current itself only with joint excitation by the light-sensitive device and the arc current. Each circuit breaker, each disconnector and their connecting lines must be assigned a light-sensitive device. With such an assignment, a selective detection of errors could be achieved even when using light extinguishers, but it is practically not possible, for. B. to monitor existing switchgear parts optically separated in a switchgear cubicle. For this reason, when using arc extinguishers, it has hitherto been sufficient to use such an arrangement only in systems of simple construction with a feed and a busbar.

Die Ortung zusätzlich von der Stellung der einzelnen Trennschalter abhängig zu machen, ist nur bedingt möglich, da der zeitliche Verlauf des Kurzschlußlichtbogens, die Eichung der Meldeschalter und mögliche Störstellungen der Trenner Unsicherheiten bringen. Eine Abfrage des Leistungsschalters reicht für diese Zwecke ebenfalls nicht aus.The location is also based on the position of the individual disconnectors to make it dependent is only possible to a limited extent, since the course of the short-circuit arc over time, the calibration of the signaling switch and possible faults in the isolator uncertainties bring. Querying the circuit breaker is also not sufficient for these purposes the end.

Lichtbogenlöscher werden vorwiegend an den Einspeisestellen am Kabelendverschluß und eventuell an den Sammelschienen eingesetzt. Diese Netzpunkte sind in elektrischen Anlagen praktisch immer mit Spannungswandlern ausgerüstet. Werden die vorhandenen Spannungswandler nicht über Sicherungen und Trenner angeschlossen, so können ohne besondere Maßnahmen die Spannungen als Kriterium, ob ein Anlagenteil am Lichtbogenkurzschluß beteiligt ist oder nicht, herangezogen werden. Es ist jedoch dann erforderlich, daß zusätzlich ein Signal von einem fotoelektrischen Meßglied zur Erfassung des Lichtbogenfehlers vorliegt.Arc extinguishers are mainly used at the feed points on the cable termination and possibly used on the busbars. These network points are in electrical Systems are practically always equipped with voltage converters. Will the existing Voltage converters are not connected via fuses and isolators, so you can do without special measures the voltages as a criterion as to whether a part of the system has an arc short circuit involved or not. However, it is then necessary that in addition a signal from a photoelectric measuring element for detecting the There is an arc fault.

Diese Nachteile zu vermeiden und auch bei Anlagen mit mehreren Einspeisungen und mehreren Sammelschienen ohne optische Trennung eine selektive Erfassung und Ortung von Fehlerlichtbögen zu erreichen, gelingt nach der Erfindung auf einfache Weise dadurch, daß neben einem fotoelektrischen Meßglied zur Erfassung des eigentlichen Fehlerlichtbogens ein Spannungsunsymmetriemeßglied und ein Spannungsabweichungsmeßglied zur Erfassung der Spannungsabweichung von Nenn- und Nullwert der Anlagenspannung angeordnet sind und daß ferner eine Kombination logischer Schaltungselemente vorgesehen ist, an deren Eingängen das fotoelektrische Meßglied; `das Unsymmetriemeßglied und das Spannungsabweichungsmeßglied angeschlossen sind bei solchem Aufbau der Kombination logischer Schaltungselemente, daß am Ausgang ein Fehlersignal ansteht, wenn entweder ein Lichtbogenfehler und Spannungsunsymmetrie und/oder ein Lichtbogenfehler und Spannungsabweichung vorliegt.To avoid these disadvantages and also in systems with multiple feeders and multiple busbars without optical separation a selective detection and Achieving the location of arcing faults is achieved in a simple manner according to the invention Way in that in addition to a photoelectric measuring element to detect the actual Fault arc a voltage unbalance measuring element and a voltage deviation measuring element for recording the voltage deviation from the nominal and zero value of the system voltage are arranged and that a combination of logic circuit elements is also provided is, at whose inputs the photoelectric measuring element; `the asymmetry element and the voltage deviation measuring element are connected with such a structure of the combination logic circuit elements that an error signal is present at the output if either an arc fault and voltage imbalance and / or an arc fault and There is a voltage deviation.

Der neuen Einrichtung liegt folgende Erkenntnis zugrunde. Bei einem Kurzschluß ändert die Netzspannung ihren Augenblickswert sofort. Wollte man die Anregung für den Lichtbogenlöscher allein abhängig von der Höhe der Spannung machen, so wäre dies ohne weiteres nur bei Gleichspannung möglich. Bei Wechselstrom, insbesondere bei Drehstrom muß jedoch die ständige Änderung der Spannung entsprechend der Netzfrequenz berücksichtigt werden. Durch Gleichrichten der Stern- und Dreiecksspannung in einer Drehstrombrücke steht zwar bereits eine Gleichspannung zur Verfügung, doch bricht diese Spannung bei einem zweiphasigen Kurzschluß zwischen den gesunden Phasen nur unbedeutend zusammen. Ein Glätten der Spannung ergäbe eine Zeitverzugerung in der Anregung und scheidet damit aus. Die Überwachung der Spannungshöhe führt also nur bei einem dreiphasigen Kurzschluß zu einer sicheren Anregung.The new facility is based on the following knowledge. At a Short circuit, the mains voltage changes its instantaneous value immediately. Did you want that Make the excitation for the arc extinguisher dependent solely on the voltage level, so this would only be possible with direct voltage. With alternating current, in particular with three-phase current, however, the constant change in voltage must correspond to the mains frequency must be taken into account. By rectifying the star and delta voltages DC voltage is already available in a three-phase bridge, but it is this voltage breaks in the event of a two-phase short circuit between the healthy phases only insignificantly together. Smoothing the tension would result in a time lag in of the suggestion and is therefore ruled out. The monitoring of the voltage level therefore leads only in the event of a three-phase short-circuit to a safe pickup.

Bekanntlich entstehen Kurzschlußlichtbögen im allgemeinen zweiphasig, um dann nach unbestimmten Zeiten, im allgemeinen frühestens etwa nach 3 ursec, in den dreiphasigen Kurzschluß überzugehen. Durch Überwachung der Spannungsunsymmetrie, die sich bei einem zweiphasigen Kurzschluß sofort einstellt, liegt für diesen Fehler eine eindeutige Anregung vor. Unter der Voraussetzung, daß jeder dreiphasige Kurzschluß aus einem zweiphasigen Kurzschluß entsteht, würde diese Anregung mit Hilfe der Spannungsunsymmetrie genügen. Es bleibt jedoch eine Unsicherheit bestehen, da die Übergangszeit vom zweiphasigen zum dreiphasigen Kurzschluß so klein sein kann, daß das Auslösekommando noch nicht beendet ist. Außerdem kann ein Lichtbogenkurzschluß, wenn auch in seltenen Fällen, dreiphasig beginnen. Daneben besteht auch die Möglichkeit, daß der Grenzwert der Beleuchtungsstärke, z. B. am Kabelendverschluß, erst zu einem Zeitpunkt erreicht wird, bei dem der Kurzschluß bereits dreiphasig besteht. Bei Anordnung der Stromleiter in einer Ebene wird auch bei einem dreiphasigen Kurzschluß, bedingt durch den unsymmetrischen Aufbau der Schienen, noch eine geringe Spannungsunsymmetrie vorhanden sein. Hieraus ergeben sich die Bedingungen, denen die neue Vorrichtung zur Erfassung und Ortung von Fehlerlichtbögen in elektrischen Anlagen genügt. Bei einem dreiphasigen Kurzschluß müssen alle Spannungswerte am Meßort kleiner als die niedrigste Betriebsspannung, aber größer als Null sein. Ferner . muß ein Lichtbogenkurzschluß vorliegen, d. h. der Fehlerlichtbogen muß das fotoelektrische Meßglied zum Ansprechen bringen. Bei einem zweiphasigen Kurzschluß dagegen muß eine Abweichung vom Symmetrie- oder Unsymmetrieaufbau vorhanden sein und wiederum ein Fehlerlichtbogen das fotoelektrische Meßglied zum Ansprechen bringen.It is well known that short-circuit arcs generally occur in two phases, and then after indefinite times, generally after about 3 ursec at the earliest, in to pass the three-phase short circuit. By monitoring the voltage imbalance, which occurs immediately in the event of a two-phase short circuit, is responsible for this fault a clear suggestion. Provided that every three-phase short circuit arises from a two-phase short circuit, this would be stimulated with the help of the voltage unbalance suffice. However, there remains an uncertainty as the transition period from the two-phase for three-phase short-circuit can be so small that the trip command is not yet is finished. In addition, an arc short circuit can, albeit in rare cases, start in three phases. In addition, there is also the possibility that the limit value of the Illuminance, e.g. B. at the cable termination, only reached at a time in which the short circuit already exists in three phases. When arranging the conductors in one plane, even with a three-phase short circuit, due to the asymmetrical Structure of the rails, there may still be a slight voltage imbalance. From this arise the conditions that the new device for detection and location arcing faults in electrical systems is sufficient. In the event of a three-phase short circuit all voltage values at the measuring location must be lower than the lowest operating voltage, but be greater than zero. Furthermore. there must be an arc short circuit, d. H. the arc fault must cause the photoelectric measuring element to respond. at a two-phase short circuit, on the other hand, must be a deviation from the symmetry or asymmetry structure be present and in turn an arc fault to the photoelectric measuring element Bringing an appeal.

Zur näheren Erläuterung wird auf die Ausführungsbeispiele in der Zeichnung verwiesen; es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild für die neue Vorrichtung zur Erfassung und Ortung von Fehlerlichtbögen, Fig. 2 die Schaltung für ein Spannungsabweichungsmeßglied und ein Unsymmetriemeßglied mit phasendrehenden Schaltungselementen, die eine verkettete ; Spannung um 60" e1. +180° e1. verdrehen, Fig.2a ein Zeigerdiagramm zu Fig.2 zur Darstellung der Spannungsverdrehung im Phasenunsymmetriemeßglied, Fig. 3 die Schaltung für ein Spannungsunsymmetrie- i meßglied mit phasendrehenden Schaltungselementen, bei der eine Phasenspannung um 60° verdreht ist, Fig. 3a das zu Fig. 3 zugehörige Zeigerdiagramm der Spannungen, Fig.4 ein Spannungsunsymmetriemeßglied, bei dem zwei verkettete Spannungen um jeweils 60' e1. durch phasendrehende Schaltungselemente verdreht sind, Fig. 4a das zugehörige Spannungszeigerdiagramm zu Fig. 4.For a more detailed explanation, reference is made to the exemplary embodiments in the drawing referenced; 1 shows a block diagram for the new device for detection and location of arcing faults, FIG. 2 shows the circuit for a voltage deviation measuring element and an unbalance measuring element with phase-rotating circuit elements, which is a chained ; Twist the voltage by 60 "e1. + 180 ° e1., Fig.2a is a vector diagram for Fig.2 Representation of the voltage distortion in the phase asymmetry measuring element, FIG. 3 the circuit for a voltage unbalance i measuring element with phase-rotating circuit elements, in which a phase voltage is rotated by 60 °, FIG. 3a that associated with FIG. 3 Vector diagram of the voltages, FIG. 4 a voltage asymmetry measuring element in which two linked tensions by 60 'e1 each. by phase-rotating circuit elements are rotated, FIG. 4a the associated voltage vector diagram for FIG. 4.

In Fig. 1 ist das Primärnetz der Schaltanlage, z. B. ein Mittelspannungsnetz, mit 1 bezeichnet. An das Primärnetz 1 ist ein Spannungswandler 2 angeschlossen. Der Ausgang des Spannungswandlers 2 ist mit einem Spannungsunsymmetriemeßglied 3 und einem Spannungsabweichungsmeßglied 4 verbunden. Der Ausgang des Spannungsunsymmetriemeßgliedes 3 ist an einen ersten Eingang eines Und-Gatters 5 mit zwei Eingängen angeschlossen. Der zweite Eingang des Und-Gatters 5 ist mit dem Ausgang eines fotoelektrischen Meßgliedes 6 verbunden. Der Ausgang des Spannungsabweichungsmeßgliedes 4 ist an den ersten Eingang eines Und-Gatters 7 mit zwei Eingängen angeschlossen. Der zweite Eingang des Und-Gatters 7 ist wiederum mit dem Ausgang des fotoelektrischen Meßgliedes 6 verbunden.In Fig. 1, the primary network of the switchgear, e.g. B. a medium-voltage network, denoted by 1. A voltage converter 2 is connected to the primary network 1. The output of the voltage converter 2 is connected to a voltage asymmetry measuring element 3 and a voltage deviation measuring element 4. The output of the voltage asymmetry measuring element 3 is connected to a first input of an AND gate 5 with two inputs. The second input of the AND gate 5 is connected to the output of a photoelectric measuring element 6. The output of the voltage deviation measuring element 4 is connected to the first input of an AND gate 7 with two inputs. The second input of the AND gate 7 is in turn connected to the output of the photoelectric measuring element 6.

Die Wirkungsweise der vorher beschriebenen Einrichtung ist folgende: Tritt ein Lichtbogenfehler auf, so gibt das fotoelektrische Meßglied 6 ein Fehlersignal an den zweiten Eingang des Und-Gatters 5 und den zweiten Eingang des Und-Gatters 7. Liegt zugleich eine Spannungsunsymmetrie im Primärnetz 1 vor, so erhält das Und-Gatter 5 ein weiteres Signal über das Spannungsunsymmetriemeßglied 3. Am Ausgang des Und-Gatters 5 steht dann ein Fehlersignal zur Anregung des Lichtbogenlöschers an. Bei Übergang des vorher angenommenen zweiphasigen Kurzschlusses in einen dreiphasigen Kurzschluß oder bei einem sofortigen dreiphasigen Kurzschluß sind die Eingänge des Und-Gatters 7 besetzt. Somit wird ein Fehlersignal zur Anregung des Lichtbogenlöschers vom Und-Gatter 7 weitergegeben. Die Anlage gewährleistet also sowohl bei zweiphasigen als auch bei dreiphasigen Kurzschlüssen eine sichere Anregung. Die Zeitspanne, den die Vorrichtung vom ursprünglichen Auftreten des Fehlers bis zur Anregung des zugeordneten Lichtbogenlöschers benötigt, beträgt nur Bruchteile einer Millisekunde. Zur Sicherheit gegen Fehler im Spannungsunsymmetrie- oder Spannungsabweichungsmeßglied kann zusätzlich ein durch das fotoelektrische Meßglied angeregtes Zeitglied vorgesehen werden, das seinerseits dann, wenn der Lichtbogen über einen vorgegebenen Zeitraum ansteht, ein Signal an das Und-Gatter 5 und 7 abgibt und deren Eingänge für das Spannungsunsymmetrie-und Spannungsabweichungsmeßglied besetzt. Dieses vom Zeitglied herrührende Signal kann auch über eine andere nicht zur Erfindung gehörende Schaltung den Lichtbogenlöscher zum Ansprechen bringen.The function of the device described above is as follows: If an arc fault occurs, the photoelectric measuring element 6 emits an error signal to the second input of the AND gate 5 and the second input of the AND gate 7. If there is also a voltage asymmetry in the primary network 1, the AND gate receives 5 another signal via the voltage asymmetry measuring element 3. At the output of the AND gate 5 there is then an error signal to excite the arc extinguisher. At transition the previously assumed two-phase short circuit into a three-phase short circuit or in the event of an immediate three-phase short circuit, the inputs of the AND gate are 7 occupied. Thus, an error signal for the excitation of the arc extinguisher is generated by the AND gate 7 passed. The system ensures both two-phase and a safe pickup in the case of three-phase short circuits. The length of time that the device from the original occurrence of the fault to the activation of the assigned arc extinguisher is only a fraction of a millisecond. For security against mistakes a through the photoelectric measuring element excited timing element are provided, which in turn then, if the arc is present for a specified period of time, a signal is on the AND gate outputs 5 and 7 and their inputs for the voltage unbalance and Voltage deviation measuring element occupied. This signal originating from the timer can also the arc extinguisher via another circuit not belonging to the invention to respond.

In Fig.2 ist ein Hilfsdrehstromnetz mit den Phasenleitern R, S und T dargestellt, das seinerseits über einen Spannungswandler an das Hauptnetz angeschlossen ist. An die Phasenleiter R, S und T sind die Gleichrichterdioden 11, 12 und 13, alle in bezug auf den Phasenleiter mit gleicher Durchlaßrichtung, angeschlossen. Die Ausgänge der drei Gleichrichterdioden 11, 12 und 13 sind im Knotenpunkt 14 elektrisch miteinander verbunden. Ferner sind an die Phasenleiter R, S und T drei weitere Gleichrichterdioden 15, 16 und 17 angeschlossen, die in bezug auf die vorgenannten Gleichrichterdioden 11, 12 und 13 entgegengesetzte Durchlaßrichtung aufweisen. Die drei freien Eingänge der Gleichrichterdioden 15, 16 und 17 sind miteinander verbunoen und bilden den Knotenpunkt 18. Der Knotenpunkt 18 und der Knotenpunkt 14 sind über eine Reihenschaltung von zwei Widerständen 19 und 20 in Potentiometerschaltung mit Mittelabgriff 21 miteinander verbunden. Der Knotenpunkt 14 ist an ein Bezugspotential Mp für die gesamte Vorrichtung angeschlossen. Somit liegt zwischen dem Spannungsteilerabgriff 21 und dem Bezugspotential Mp am Knotenpunkt 14 eine der Betriebsspannung proportionale Spannung. Bei Auftreten eines dreiphasigen Kurzschlusses wird diese Spannung kleiner als ein vorgegebener Spannungswert. Schließt man an den Spannungsteilerabgriff und den Knotenpunkt 14 den Eingang einer Kippstufe 22 an und ordnet dieser Kippstufe 22 eine Umkehrstufe 23 nach, so steht bei entsprechender Bemessung der Kippstufe 22 am Ausgang der Umkehrstufe 23 ein Signal an, wenn die Spannung des Hauptnetzes gegenüber der geforderten Betriebsspannung absinkt.In Figure 2, an auxiliary three-phase network with the phase conductors R, S and T is shown, which in turn is connected to the main network via a voltage converter. The rectifier diodes 11, 12 and 13 are connected to the phase conductors R, S and T, all with the same forward direction in relation to the phase conductor. The outputs of the three rectifier diodes 11, 12 and 13 are electrically connected to one another at node 14. Furthermore, three further rectifier diodes 15, 16 and 17 are connected to the phase conductors R, S and T , which have opposite forward direction with respect to the aforementioned rectifier diodes 11, 12 and 13. The three free inputs of the rectifier diodes 15, 16 and 17 are connected to one another and form the node 18. The node 18 and the node 14 are connected to one another via a series circuit of two resistors 19 and 20 in a potentiometer circuit with a center tap 21. The node 14 is connected to a reference potential Mp for the entire device. Thus, between the voltage divider tap 21 and the reference potential Mp at the node 14, there is a voltage proportional to the operating voltage. When a three-phase short circuit occurs, this voltage becomes lower than a specified voltage value. If the input of a flip-flop 22 is connected to the voltage divider tap and the node 14 and an inverter 23 is arranged after this flip-flop 22, if the flip-flop 22 is dimensioned accordingly, a signal is present at the output of the inverter 23 when the voltage of the main network compared to the required Operating voltage drops.

Der Knotenpunkt 18 und der Knotenpunkt 14 werden ferner mit dem Eingang einer weiteren Kippstufe 24 verbunden, an deren Ausgang dann eine Spannung anliegt, wenn die Betriebsspannung größer als Null ist. Führt man die beiden Ausgänge der Umkehrstufe 23 und der Kippstufe 24 einem Und-Gatter 25 zu, so steht bei einem dreiphasigen Kurzschluß im Hauptnetz am Ausgang des Und-Gatters 25 ein Signal an.- Dieses Signal und ein weiteres Signal, herrührend vom fotoelektrischen Meßglied, führen zur Anregung des Lichtbogenlöschers.The node 18 and the node 14 are also connected to the input of a further flip-flop 24, at the output of which a voltage is applied when the operating voltage is greater than zero. If the two outputs of the inverter 23 and the flip-flop 24 are fed to an AND gate 25, a signal is present at the output of the AND gate 25 in the event of a three-phase short circuit in the main network. This signal and another signal originating from the photoelectric measuring element , lead to the excitation of the arc extinguisher.

An das Drehstromhilfsnetz R, S, T ist ferner ein Hilfstransformator 28 angeschlossen mit zwei Primärwicklungen 28a und 28b. Die Primärwicklung 28a liegt an den Phasenleitern R und S. Die Primärwicklung 28b liegt an den Phasenleitern S und T. Die Sekundärwicklung 28c des Hilfstransformators 28 enthält die beiden Ausgangsklemmen 29 und 30 und eine Mittelanzapfung 31. An die Ausgangsklemme 29 sind ein Kondensator 32 und ein einstellbarer Widerstand 33 angeschlossen. An die Mittelanzapfung 31 ist ein Widerstand 34 und an die Ausgangsklemme 30 ein einstellbarer Widerstand 35 angeschlossen. Die freien Enden der Widerstände 33, 34 und 35 sind elektrisch miteinander verbunden und bilden gemeinsam den Knotenpunkt 36. An den Knotenpunkt 36 und an die Mittelanzapfung 31 ist eine Doppelweggleichrichterbrücke 37 angeschlossen. Parallel zum Ausgang der Doppelweggleichrichterbrücke 37 ist ein Widerstand 38 gelegt. Die eine Eingangsklemme des Widerstandes 38 ist mit dem Bezugspotential Mp verbunden. ; Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Spannungsunsymmetriemeßgliedes wird die Fig. 2a hinzugezogen. Mit Hilfe des Kondensators 32 und des einstellbaren Widerstandes 33 wird eine voreilende Verschiebung der verketteten Spannung USR um 60° ei. erreicht. Durch Zwischenschaltung des Hilfstransformators 28 wird ferner noch die Spannung um weitere 180° ei. gedreht. Im fehlerfreien Netz ist somit die Summe der Spannungen UsR und U.sT gleich Null. Bei einer Störung tritt gegen den Phasen- e leiter S eine Unsymmetriespannung auf, die in der Gleichrichterbrücke 37 gleichgerichtet und als Gleichspannung am Widerstand 38 auftritt. Diese Gleichspannung kann als Signalspannung für die Lichtbogenlöscheinrichtung verwendet wLrden. Die Fig. 2a 5 zeigt die Drehung des Zeigers SR um 60" ei. und um weitere 180° ei., wodurch die Spannungen UssR und U,sT um 180' ei. gegeneinander verschoben sind. Bei Unsymmetrien muß somit eine Differenzspannung, die von Null abweicht, auftreten. An auxiliary transformer 28 with two primary windings 28a and 28b is also connected to the three-phase auxiliary network R, S, T. The primary winding 28a is connected to the phase conductors R and S. The primary winding 28b is connected to the phase conductors S and T. The secondary winding 28c of the auxiliary transformer 28 contains the two output terminals 29 and 30 and a center tap 31. A capacitor 32 and a are connected to the output terminal 29 adjustable resistor 33 connected. A resistor 34 is connected to the center tap 31 and an adjustable resistor 35 is connected to the output terminal 30. The free ends of the resistors 33, 34 and 35 are electrically connected to one another and together form the node 36. A full-wave rectifier bridge 37 is connected to the node 36 and to the center tap 31. A resistor 38 is placed parallel to the output of the full-wave rectifier bridge 37. One input terminal of the resistor 38 is connected to the reference potential Mp. ; 2a is used to explain the mode of operation of the voltage asymmetry measuring element. With the aid of the capacitor 32 and the adjustable resistor 33, a leading shift of the line voltage USR by 60 ° ei. achieved. By interposing the auxiliary transformer 28, the voltage is also increased by a further 180 °. turned. In a fault-free network, the sum of the voltages UsR and U.sT is therefore zero. In the event of a fault, an asymmetry voltage occurs across the phase conductor S, which is rectified in the rectifier bridge 37 and appears as a direct voltage across the resistor 38. This DC voltage can be used as a signal voltage for the arc extinguishing device. FIGS. 2a 5 showing rotation of the pointer SR 60 "ei. And egg by a further 180 °., Whereby the voltages UssR and U, sT ei 180 '. Are shifted from each other. In the case of asymmetries thus has a differential voltage of Deviating from zero.

Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsart eines Spannungsunsymmetriemeßgliedes. Dieses Meßglied erfcrdert das Vorhandensein eines Nulleiters im Netz. Das Drehstromhilfsnetz enthält somit die Phasenleiter R, S und T und einen Nulleiter O. An den Phasenleiter R ist ein einstellbarer Widerstand 41, an den Phasenleiter T ein einstellbarer Widerstand 42 in Reihenschaltung mit einem Kondensator 43 angeschlossen. Die freien Enden des Kondensators 43 und des einstellbaren Widerstandes 41 sind miteinander zu einem Knotenpunkt 44 verbunden. Der Knotenpunkt 44 ist über einen Widerstand 45 an den Nulleiter O angeschlossen. Mit dem Nullleiter O und dem Knotenpunkt 44 sind die Eingänge der Primärwicklung eines Isoliertransformators 46 verbunden. Die Sekundärwicklung des Isoliertransformators 46 ist an die Eingänge einer Gleichrichterbrückenschaltung 47 angeschlossen, parallel zu deren Ausgängen ein Widerstand 48 gelegt ist. Das eine Anschlußende des Widerstandes 48 ist an das Bezugspotential Mp gelegt.3 shows a further embodiment of a voltage asymmetry measuring element. This measuring element requires the presence of a neutral conductor in the network. The three-phase auxiliary network thus contains the phase conductors R, S and T and a neutral conductor O. An adjustable resistor 41 is connected to the phase conductor R and an adjustable resistor 42 in series with a capacitor 43 is connected to the phase conductor T. The free ends of the capacitor 43 and the adjustable resistor 41 are connected to one another to form a node 44 . The node 44 is connected to the neutral conductor O via a resistor 45. The inputs of the primary winding of an insulating transformer 46 are connected to the neutral conductor O and the node 44. The secondary winding of the isolating transformer 46 is connected to the inputs of a rectifier bridge circuit 47, a resistor 48 being placed in parallel with the outputs. One terminal end of the resistor 48 is connected to the reference potential Mp.

Die Wirkungsweise der Schaltung wird nunmehr mit Hilfe der Fig. 3a erläutert. Die Phasenspannung Ur des Hilfsstromnetzes wird durch den Kondensator 43 mit einstellbarem Widerstand 42 voreilend verschoben und mit der Phasenspannung UR verglichen. Die beiden Spannungen UT und UR sind im ungestörten Netz gleich groß und um 180° ei. gegeneinander verschoben. Sie heben sich somit auf. Tritt ein zweiphasiger Kurzschluß auf, so hat dieser eine Unsymmetriespannung in bezug auf den Sternpunkt zur Folge, die mit der Netzfrequenz pulsiert. Diese Unsymmetriespannung wird in der Gleichrichterbrücke 47 gleichgerichtet und steht als Gleichspannung am Widerstand 48 zur Verfügung. Eine an den Widerstand 48 angeschlossene nicht dargestellte Kippstufe liefert somit bei Unsymmetrie des Hauptnetzes das gewünschte Ausgangssignal.The mode of operation of the circuit will now be explained with the aid of FIG. 3a. The phase voltage Ur of the auxiliary power system is shifted in advance by the capacitor 43 with an adjustable resistor 42 and compared with the phase voltage UR . The two voltages UT and UR are equal in the undisturbed network and around 180 °. shifted against each other. So they cancel each other out. If a two-phase short circuit occurs, this results in an asymmetry voltage with respect to the star point, which pulsates with the mains frequency. This unbalance voltage is rectified in the rectifier bridge 47 and is available as a direct voltage at the resistor 48 . A flip-flop (not shown) connected to the resistor 48 thus supplies the desired output signal in the event of an asymmetry in the main network.

Die Schaltung nach Fig. 4 arbeitet ohne Nulleiter, jedoch ist eine zweimalige Verschiebung der Dreiecksspannungen des Drehstromhilfsnetzes vorgenommen. Hierzu sind das Drehstromhilfsnetz R, S, T, und zwar an den Phasenleiter R die Reihenschaltung einer einstellbaren Induktivität 51 mit einem einstellbaren Widerstand 52 angeschlossen und an den Phasenleiter T die Reihenschaltung eines Kondensators 53 mit einem einstellbaren Widerstand 54. Die freien Enden der einstellbaren Widerstände 52 und 54 sind zu einem elektrischen Knotenpunkt 55 verbunden. An den Knotenpunkt 55 ist ferner ein Widerstand 56 angeschlossen, dessen freies Ende mit dem Phasenleiter S verbunden ist. Parallel zum Widerstand 56 liegt die Primärwicklung eines Isoliertransformators 57. Am Ausgang des Isoliertransformators 57 ist eine Gleichrichterbrückenschaltung 58 angeschlossen, deren Ausgang wiederum abgeschlossen ist durch einen Widerstand 59.The circuit according to FIG. 4 operates without a neutral conductor, but the triangular voltages of the three-phase auxiliary network are shifted twice. For this purpose, the three-phase auxiliary network R, S, T, namely the series circuit of an adjustable inductance 51 with an adjustable resistor 52 is connected to the phase conductor R and the series circuit of a capacitor 53 with an adjustable resistor 54 is connected to the phase conductor T. The free ends of the adjustable resistors 52 and 54 are connected to an electrical node 55. A resistor 56, the free end of which is connected to the phase conductor S, is also connected to the node 55. The primary winding of an insulating transformer 57 is parallel to the resistor 56. A rectifier bridge circuit 58 is connected to the output of the insulating transformer 57, the output of which is in turn terminated by a resistor 59.

Die Wirkungsweise der zuletzt genannten Schaltung ist folgende: Die verkettete Spannung US-R des Drehstromhilfsnetzes wird durch die Induktivität 51 und den Widerstand 52 um 60° ei. nacheilend und die verkettete Spannung Us-T durch den Kondensator 53 und den Widerstand 54 voreilend um 60° ei. verschoben. Im ungestörten Netz heben sich dann, wie aus Fig. 4a hervorgeht, die Spannungen US-R und Us-T gegenseitig auf, d. h., ihre Summe ist Null. Bei gestörtem Netz ist die Summe von Null verschieden, und es tritt sofort eine Unsymmetriespannung gegen den Phasenleiter S auf. Diese Unsymmetriespannung pulsiert mit der Netzfrequenz. Über die Gleichrichterbrückenschaltung 58 wird eine der Spannungsunsymmetrie proportionale Gleichspannung am Widerstand 59 abgegriffen. Die Gleichspannung am Widerstand 59 dient als Eingangssignal für die Kombination logischer Schaltungselemente.The last-mentioned circuit works as follows: The line voltage US-R of the three-phase auxiliary network is increased by 60 ° through the inductance 51 and the resistor 52 . lagging and the line-to-line voltage Us-T through the capacitor 53 and the resistor 54 leading by 60 ° ei. postponed. In the undisturbed network, as can be seen from FIG. 4a, the voltages US-R and Us-T cancel each other out, ie their sum is zero. If the network is disturbed, the sum is different from zero and an unbalance voltage against the phase conductor S occurs immediately. This unbalance voltage pulsates with the mains frequency. A DC voltage proportional to the voltage asymmetry is tapped off at resistor 59 via rectifier bridge circuit 58. The DC voltage across resistor 59 serves as an input signal for the combination of logic circuit elements.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for detecting and locating arcing faults in electrical systems, characterized in that in addition to a photoelectric Measuring element for detecting the actual arc fault is a voltage asymmetry measuring element and a voltage deviation measuring element for detecting the voltage deviation from nominal and zero value of the system voltage are arranged and that further a combination logic circuit elements -provided, at whose inputs the photoelectric Measuring element, the asymmetry measuring element and the voltage deviation measuring element connected are with such a structure of the combination of logic circuit elements that at the output a fault signal is present when either an arc fault or voltage imbalance and / or there is an arc fault and voltage deviation. , 2nd device according to claim 1, characterized in that for the combination of logical elements two AND gates are provided, of which the inputs of the first AND gate are provided Flip-flops to the photoelectric measuring element and; to the voltage deviation measuring element are connected, while the inputs of the second AND gate to the photoelectric Measuring element and are connected to the voltage asymmetry measuring element. 3. Device according to claim 1, characterized in that for the voltage deviation measuring element two rectifier diodes directly or indirectly to each phase conductor mutually opposite transmission direction are provided, of which the outputs of the rectifier diodes in one forward direction and the inputs of the rectifier diodes in the other forward direction are connected to one another, and that the electrical Nodes of the rectifier inputs and the rectifier outputs on one each Input of a potentiometer circuit are connected in such a way that the voltage at the input of the potentiometer circuit a measure of the voltage deviation from the zero value and the voltage between the potentiometer circuit connector and an input Measure for the voltage deviation from the nominal value of the system voltage. 4. Device according to claim 1, characterized in; that the voltage asymmetry measuring element phase-shifting Contains circuit elements, the two voltages of a polyphase alternating current network twist against each other so that they are 180 ° e1. are directed against each other, and that a differential circuit is provided such that if there is a deviation from the voltage symmetry There is a differential voltage in the system voltage. Considered publications: German patent specification No. 744 206.