DE1146176B - Schutzeinrichtung gegen Kurzschluesse in elektrischen Netzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung gegen Kurzschlüsse in elektrischen Netzen, bei welcher eine Überwachungs-Wechselspannung mit gegen die Netzfrequenz um ein Vielfaches höherer Frequenz auf das Stromnetz aufgedrückt wird und bei der wenigstens ein nur auf die Überwachungsfrequenz ansprechendes Überstromrelais vorgesehen ist, welches im Falle eines Kurzschlusses Abschaltvorrichtungen für das Netz betätigt, wobei aus Induktivitäten und Kapazitäten bestehende, auf die Überwachungsfrequenz abgestimmte Sperrkreise vorgesehen sind, um die Überwachungsfrequenz von bestimmten Teilen des Netzes fernzuhalten.

Es ist bereits bekannt, einen Hochfrequenzstrom durch aus abgestimmten Induktivitäten und Kapazitäten bestehende Sperrkreise von irgendwelchen bestimmten Bereichen eines Stromnetzes fernzuhalten. Hierzu wird in eine Leitung eines Netzes ein Parallelresonanzkreis eingeschaltet, welcher bekanntlich für die Frequenz, auf die er abgestimmt ist, einen unendlichen Widerstand bietet. Andere Frequenzen werden von dem so gebildeten Sperrkreis um so besser durchgelassen, je weiter sie von der Resonanzfrequenz entfernt sind. Bei Stromnetz-Überwachungseinrichtungen wird also die normale niederfrequente Netzfrequenz fast ungehindert durch die Induktivität des Sperrkreises hindurchgelassen, während die Uberwachungsfrequenz, auf die der Sperrkreis abgestimmt ist, im wesentlichen vollständig zurückgehalten wird.

Zusätzlich oder statt dessen können hinter den Sperrkreisen noch Reihenresonanzkreise vorgesehen sein, welche die Leitung mit Erde verbinden, um bei einer Verstimmung der Sperrkreise durch Kurzschlüsse oder sonstige Betriebsstörungen die hindurchgelangende Überwachimgsfrequenz nach Erde abzuleiten.

Bei der bekannten Anordnung besteht der Nachteil, daß die Induktivitäten der Sperrkreise so stark ausgelegt sein müssen, daß sie den normalen Netzstrom leiten können, ohne durch Erwärmung oder das Auftreten von Überspannungen Schaden zu nehmen. Bei Starkstromnetzen ist für die Ausbildung der Induktivitäten also ein beträchtlicher Aufwand erforderlich.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Schutzeinrichtung gegen Kurzschlüsse für elektrische Netze, bei der der Überwachungsstrom höherer Frequenz von den Generatoren und den Verbrauchern durch eingebaute Sperrkreise dadurch weitgehend ferngehalten wird, daß auf die Verwendung aufwendiger zusätzlicher Induktivitäten verzichtet wird.

Hierzu ist bei der Schutzeinrichtung gegen Kurz-Schutzeinrichtung gegen Kurzschlüsse
in elektrischen Netzen

Anmelder:
Charbonnages de France, Paris

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore, Patentanwalt,

Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 9. Juli 1957 und 2. Juni 1958
(Nr. 742 804 und Nr. 766 904)

Claude Gagniere, Creil (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

Schlüsse der oben angegebenen Art gemäß der Erfin* dung vorgesehen, daß die Sperrkreise aus den Wicklungen der Stromquelle oder der Verbraucher sowie aus dazu parallel geschalteten Kapazitäten bestehen. Diese Ausbildung gestattet es, in vorteilhafter Weise den Einbau zusätzlicher Induktivitäten zu vermeiden, indem die ohnehin vorhandenen Induktivitäten der Ständerwicklungen des Generators bzw. auf der Verbraucherseite vorhandene Induktivitäten ausgenutzt werden.
Es ist zwar bereits bekannt, die zwischen Sekundar- und Primärwicklung eines Transformators zwangläufig vorhandene Kapazität durch Parallelschaltung einer Induktionsspule und eines Ankopplungskondensators zu kompensieren; durch diese Maßnahme wird jedoch nicht der Übergang des höherfrequenten Überwachungsstromes von der Primär- auf die Sekundärwicklung verhindert. Die Kompensationsschaltung hat vielmehr den Sinn, die unerwünschte Kapazität zwischen den Wicklungen unschädlich zu machen, während die Überwachungs-

4j frequenz unbeeinflußt auf die Sekundärseite des Transformators infolge der induktiven Kopplung seiner beiden Wicklungen übergeht. Es handelt sich also um eine andere Aufgabe als bei der Erfindung.

Es ist weiterhin bekannt, die Induktivität von im Leitungszug liegenden Stromwandlern zur Sperrung von Überlagerungsströmen besonders hoher Frequenz auszunutzen.

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Die Erfindung wird beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 das Grundschaltbild einer Schutzeinrichtung gegen Kurzschlüsse gemäß der Erfindung und

Fig. 2 das Schaltbild eines Drehstromnetzes mit der Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung, wobei außerdem ein Schutz gegen Erdschlüsse vorgesehen ist.

Nach Fig. 1 ist ein Überwachungsfrequenzgenerator G mit einem Dreiphasen-Ausgang über einen Schalter 11 und z. B. aus Reihenresonanzkreisen be- ίο stehende Filterelemente 12 an die drei Phasen R, S, T eines Drehstromnetzes angeschlossen. Das Drehstromnetz wird durch einen Generators mit drei Ständerwicklungen gespeist. Ein Hauptschalter 14 wird durch ein Relais betätigt, das durch auf den Überwachungsstrom ansprechende Überstromrelais gesteuert wird.

Gemäß der Erfindung sind in der Nähe der Klemmen des Generators S zwischen die Phasen Abstimrnungskondensatoren 15, 16, 17 geschaltet. Die Kapazitätswerte dieser Kondensatoren sind so gewählt, daß sie zusammen mit den Induktivitäten der Ständerwicklung des Generators 5 auf die Überwachungsfrequenz abgestimmte Sperrkreise bilden. Dadurch wird die in den Ständerwicklungen verbrauchte Wirkleistung des Uberwachungsstromes auf ein Minimum herabgesetzt.

Die Kondensatoren können einstellbar sein, so daß eine genaue Abstimmung der Sperrkreise möglich ist.

Wenn zwischen den Ausgangsklemmen des Generators und der Stelle, an der die Kondensatoren angeschaltet sind, ein Hauptschalter vorgesehen ist, sind parallel zu jedem Kondensator Ableitwiderstände 15', 16', 17' geschaltet, um die Entladung der Kondensatoren nach einer Abschaltung zu gewährleisten.

In gleicher Weise können an den Klemmen der an das Netz angeschlossenen Verbraucher Kapazitäten vorgesehen sein, welche zusammen mit den Induktivitäten der Verbraucher ebenfalls Sperrkreise bilden. Die Induktivitäten können z. B. aus den Wicklungen von an das Netz angeschlossenen Motoren bestehen.

Die Wirkungsweise der Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung wird an Hand von Fig. 2 beschrieben, wo ein Drehstromnetz mit mehreren Stichleitungen L dargestellt ist. Der Überwachungsfrequenz-GeneratorG liefert einen dreiphasigen Überwachungsstrom in das Netz. Der Netzstrom wird von einer Stromquelle S geliefert, welche aus einem Transformator oder einem rotierenden Generator bestehen kann. Zur Begrenzung der Leistung des Überwachungsfrequenz-Generators G sind die Induktivitäten der Stromquelle S wieder durch Kondensatoren 45, 46, 47 in Dreieckschaltung, wie dargestellt, oder auch in Sternschaltung zu Sperrkreisen ergänzt.

Auf der Hauptleitung und jeder Stichleitung L des Netzes sind an verschiedenen Stellen an die einzelnen Phasen Stromwandler 71, 72, 73 bzw. 71', 72', 73' angeschaltet, welche über Filter 81 bzw. 8Γ Überstromrelais 77, 78, 79 bzw. 77', 78', 79' speisen. Die Filter sind so gewählt, daß sie die Netzfrequenz und deren störende Harmonische von den Überstromrelais fernhalten. Die Relais 77, 78, 79 bzw. 77', 78', 79' steuern ein weiteres Relais, das in der Stammleitung bzw. in den Stichleitungen L angeordnete Netzschalter Dj betätigt. Die aus den Stromwandlern, den Filtern und den verschiedenen Relais bestehenden Überwachungsschaltungen sind in Fig. 2 mit Dt bzw. Dt! bezeichnet.

Während des normalen Betriebes ist der über die Stromwandler fließende Überwachungsstrom mit der Überwachungsfrequenz F zu klein, um die Relais 77, 78, 79 zu erregen. Sobald jedoch ein Kurzschluß (ζ. B. mit einer Impedanz von 10 Ohm) auftritt, steigt der Überwachungsstrom in der betreffenden Stichleitung L über den Wert des Erregungsstromes der Überstromrelais 77, 78, 79 bzw. 77', 78', 79' an. Daraufhin wird der entsprechende Schalter Dj geöffnet.

Da die Filter 81, 81' Hochpässe sind, wird die Wirkung des Überwachungsstromes im Falle eines Lichtbogens (wie er in den meisten Fällen entsteht) noch verstärkt durch die Harmonischen, welehe der Lichtbogen erzeugt. Falls der Lichtbogen eine gewisse Stärke erreicht, kann der durch diesen erzeugte Anteil an Harmonischen sogar ausreichen, um die Überstromrelais allein zum Ansprechen zu bringen. Es ist jedoch nicht möglich, eine Schutzeinrichtung allein auf das Auftreten solcher durch einen Lichtbogen erzeugter Harmonischer abzustellen, da in bestimmten Fällen auch ein Brand ohne wesentliche Lichtbogenerscheinungen auftreten kann. Das ist z. B. mehr oder weniger beim Phasenkurzschluß über die Gummiisolation eines biegsamen Stromkabels der Fall.

Die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung, welche normalerweise nur zur Überwachung von Kurzschlüssen zwischen den Phasen geeignet ist, kann dadurch auch zur Überwachung von Erdschlüssen geeignet gemacht werden, daß zwischen den Sternpunkt der Stromquelle S und Erde eine Kapazität 107 gelegt wird, welche für den Über-wachungsstrom nur einen geringen Widerstand darstellt. Beim Auftreten eines Erdschlusses 106 wird über den Kondensator 107 ein Stromkreis für den Überwachungsstrom zum Sternpunkt der Stromquelle S hin geschlossen. Dadurch entsteht ein Überwachungsstrom von solcher Größe, daß er zur Öffnung des Schalters Dj in der betreffenden Stichleitung L bzw. der Stammleitung ausreicht.

Die Kapazität 107 wird vorteilhafterweise so gewählt, daß sie mit jeder der Wicklungen der Stromquelle S für die Überwachungsfrequenz einen Reihenresonanzkreis bildet.

Die Anordnung wird vorzugsweise so getroffen, daß im FaUe eines Kurzschlusses auf einer Stichleitung L zunächst die zugehörige Überwachungsschaltung Dt anspricht, während die zur Stronl·· quelle S hin gelegene Schaltung Dt' nur bei Fehlern anspricht, die zwischen ihr und jeder Schaltung Dt liegen, oder bei Versagen dahinterliegender Überwachungsschaltungen.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß mit der Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung ein Schutz gegen Kurzschlüsse zwischen zwei Phasen sicher möglich ist, bei denen etwa 20 Ampere bei 550 Volt fließen, was einem Leitungswiderstand von 25 Ohm während des Kurzschlusses entspricht. Dabei kann der Gesamtanlaufstrom der Motoren etwa 1000 Ampere betragen.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schutzeinrichtung gegen Kurzschlüsse in elektrischen Netzen, bei welcher eine Überwachungs-Wechselspannung mit gegen die Netzfrequenz um ein Vielfaches höherer Frequenz auf das Stromnetz aufgedrückt wird und bei der

wenigstens ein nur auf die Überwachungsfrequenz ansprechendes Überstromrelais vorgesehen ist, welches im Falle eines Kurzschlusses Abschaltvorrichtungen für das Netz betätigt, wobei aus Induktivitäten und Kapazitäten bestehende, auf die Überwachungsfrequenz abgestimmte Sperrkreise vorgesehen sind, um die Überwachungsfrequenz von bestimmten Teilen des Netzes fernzuhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrkreise aus den Wicklungen der Stromquelle (5) oder der Verbraucher sowie aus dazu parallel geschalteten Kapazitäten (15,16,17; 45, 46, 47) bestehen.

2. Schutzeinrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten (15, 16, 17; 45, 46, 47) einstellbar sind.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß zwischen den Kapazitäten und den Wicklungen ein Schalter vorgesehen ist, parallel zu den Kapazitäten (15, 16, 17) Ableitwiderstände (15', 16', 17') geschaltet sind.

4. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Erfassung von Erdschlüssen zwischen den Sternpunkt der Netzstromquelle (S) und Erde ein Kondensator (107) geschaltet ist.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (107) mit jeder Wicklung der Netzstromquelle (S) einen Reihenresonanzkreis bildet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 637111, 725 747,
761432;

USA.-Patentschrift Nr. 1 831 338;
H. Titze, »Fehler und Fehlerschutz in elektrischen Drehstromanlagen«, Wien 1953, Bd. 2, S. 235, 236.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen