DE1918734A1 - Erdschlussschutzeinrichtung fuer Gleichstromkreise - Google Patents

Description

Brown * BoV er i & Gie., Baden {Schweiz}

süs'sl sei = = sir: ss :ss:sssssss r-s s SSs = sis:

für

Die Erfiftdurtg Betrirft eine Erdschlüssschutze'in^ieh-tüng für ÖlelchstiOninefcze mit Hilfe von Hilfsspänntingen und von eritgegengfifäetssfe in Reihe geschalteten Dioden und auf den Ansprechenden Relais.

Zur Erfassung.von Erdschlüssen in elektrischen Neizen behutist .man fremdspannungen, welche einseitig an Erde angeschlossen sind» Ein Strom kann dann erst fliessen, wenn ein zweite Funkt an Erde liegt. Dies ist bei Mneftt-.Er'd- -jsöhlüss der-Fall. Tritt an irgendeiner Stelle in dem betreffenden Hetz ein Erdschiuss auf, so ist deir Stromkreis geschlossen und es kann Strom in einem Relais, fliessen. Dieses zeigt den Erdschluss an oder schaltet einen Schalter ab,

In Öleichströmnetzen hat ifran Weohselspannungen tifcer Kapä- i finsiitig angekoppelt, wobei der WeehSiSistroinkreis

BADORiGIMAL

einseitig an fercäe getMjgb ist. Tritt iiriöieiehstfGmii^fez ein, Erdschluss' ätif^ so fÜesst aus diesein Wechselstromkreis ifrer* die iCäfäzitlf elfl Streifi_s der* ein Relais ^ttrfi Ätiöp^e^fteiT i

Diese An^l©#iniiftg hai aber de'ri Nachteil^ dass ätieh¹ f Hessen Können* wenn das (lieiehitröinngtis elfte gr'össf ζitat gegen Erde besitzt* ffän iftafs- also deft Änspr^eftWert des

' Lädeströme nicht angeworfen werdet kann. Die« verringert di# Empfindlichkeit des Schutzes. Ferner können P^älschäüsliöstingen durch Öberweiien entstehen« in Gleichströifthetzen_f die duröh Gleichrichter gespeist werden» sind immer mehr oder weniger starke Oberwellen vorhanden. Diese schlieässen sich ebenfalls Über den Ankopplungskondensator und die Netzkapazitäten, södass Falschauslösungen entstehen können«

Die Kondensatoren haben ferner noch deii Nachteil j iftit den; Indi4k,tivitäten des Gleiehstromhetzes Resonanzkreise zu bilderij welchei die Oberwellen und auch die Hiifswechse!spannung unzulässig erhöhen können. , ^

Es ist ferner Bekannt, Hllfsgielchspannungen über Kondensatoren an das zu schützende Netz änzuschliessen und den durch' einen Erdschiuss erhöhten OberwellenstiOra zur Erdschlussänzeige oder Auslösung heranzuziehen^ Diese Einrichtung wird insbesondere bei galvanisch gekoppeitert Gleich- und Wechselstromnetzen benutzt iiÄS I 255

Für den Schutr von Wechselstromnetzen ist es bekannt, zur Erfassung der Erdschlüsse iacLwr entgegengesetzt in Reihe liegende Dioden, deren Mittelpunkt über ein Messwerk oder Relais mit Erde verbunden ist, zu verwenden. Hierbei ist keine Hilfsspannung erforderlich. Diese Einrichtung spricht auf Erhöhung des Ableitstromes an, dient also zur Ueberwachung des Netzes (DRP 971 635). Diese Einrichtung ist aber nur für Wechselstromnetze vorgesehen.

Um nun die erwähnten Nachteile für den Erdschlussschutz von Gleichstromnetzen zu beseitigen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Hilfsspannung eine aus einer Wechselspannung über Gleichrichter gewonnene Gleichspannung ist, dass die Ankopplung der gleichgerichteten Hilfsspannung über entgegengesetzt geschaltete Dioden erfolgt und dass das Relais über einen HiIfstransformator an die Wechselspannung angeschlossen ist.

• In den Figuren 1 und 2 werden zwei Anwendungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

In der Fig. 1 ist das Gleichstromnetz mit 1 bezeichnet. Es ^ ist mit dem Verbraucher 2 belastet. Die Hilfswechselspannung

oo ist mit 3 bezeichnet. Sie wird über den Transformator q dem

^J Schutzkreis zugeführt, dieser besteht aus dem hier als

cd Stromwandler ausgeführten Hilfsträneformator 5 und der Gleich-

^ω richterbrücke 6. Diese ist gleichstromseitig über den Widerstand 7 an den Verbindungspunkt entgegengesetzt in Reihe geschalteter Dioden 8 und 9 angeschlossen. Diese Dioden können

BAD ORIGINAL

. - 4 - ". 53/68

■ als Avalanche-Dioden ausgeführt sein und damit zugleich einen' ,üeberspannungsschutζ bilden. Am Hilfstransformator 5 liegt ein Relais 10. Dies kann als Wechselstromrelais Unmittelbar oder als polarisiertes Gleichstromrelais über die Gleichrichterbrücke 11 angeschlossen werden. Ferner ist·ein Ver- . . gleichskreis vorgesehen, welcher unmittelbar an den Transformator H angeschlossen ist und aus dem Einstellwiderstand 12 und einer weiteren Gleichrichterbrücke besteht. Die Gleich-

^w richterbrücke 13 ist entgegengesetzt, wie die Gleichrichterbrücke 11 gerichtet, sodass die entstehenden Ströme gegeneinander wirken. ■

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist nun folgende:

Im erdßchlussfreien Zustand des Gleichstromnetees ist der Schutzkreis nicht geschlossen, sodass kein Stront im Hilfstransformator 5 fliessen kann. Lediglich eine Hilfebelastung Ii ist noch vorhanden, die als Grundbelastung für die Gleich-' richterbrücke 6 dient und ein sofortiges Arbeiten der GIeICh*- richter beim Eintreten eines Stromes bewirkt. Ueber das Gleichstromnetz 1 fliesst kein Hilfsstrom, da eine Erdverbindung im Gleichstromnetz fehlt.

Tritt nun aber ein Erdschluss am Verbraucher oder an einer anderen Stelle des Gleichstromnetzes auf, so ist der Schutz.-kreis geschlossen. Es fliesst ein Strom aus dem Transformator Über die Gleichstrombrücke 6, den Widerstand 7, die Dioden 8 und 9 ins Gleichstromnetz, von dort in die Erdschlussstelle

909045/1043

- ■"?"■ 1.118734

Über Erde zurück zur Glel ehr Ich terbrüeice 6, dann über den . Hilfstransformator· 5 zurück zum Transformator k und damit zur Wechselstromquelle 3. Der strom im TransformatOr 5 bewirkt einen Strom im Relais 10, das dann anspricht. Der Vergleichskreis; 12, 13 dient dazu, die Änsprechgenauigkeit des Relais 10 zu erhöhen und den Ansprechwert einstellen zu können. Der Strom im Vergleichskreis wirkt gegen die Auslösung.also wie eine Gegenfeder. Erst wenn der Ansprechstrom den Gegenatrom. überwiegt, löst daslfelais aus. Der Gegenstrom kann mit dem Widerstand 12 eingestellt werden.

Man kann mit dieser Anordnung auch die Ableitströme des Gleichströmnetzes erfassen, da auch hierbei ein, wenn auch hochohmige Erdverbindung vorhanden ist. Der Stromverlauf ist der gleiche, wenn man sich die gezeichnete Erdverbindung mit einem hoehohmigen Widerstand in Reihe vorstellt (nicht gezeichnet). Eine genaue Messung des Ableitstromes ist aber nicht möglich, da zusätzlich die Spannung des Gleichstromnetzes selbst einen Strom erzeugt, der sich ebenfalls über den Schutzkreis schliesst und die Messung verfälscht. Dieser Strom schliesst sich wie folgt:

Plussammeischiene, Erschlussstelle mit Isolationswiderstand,, «° Gleichrichterbrücke 6, Widerstand 7, Dioden 9» Minussammel-

oo schiene. Dazu fliesst aber parallel zur Gleichrichterbrücke

ein Teilstrom auch über den Hilfstransformator 5. Die Sekun-

¹^ - " ■ ■

Q därwicklung des Transformators ^ zurück zur Gleichrichter· «»> brücke 6. Dieser Fehlerstrojii ist nur bei völlig symmetrischer Isolation null» wächst aber mit der. Unsymmetrie der Isola- : '-■; ^y - , . BADORIGJNAL

13187-34

tlonswiderstände an,_; sodass eine genaue Messung des AbleItstromes nicht.möglich wird. Noch ungenauer wird die Messung,, wenn die Spannung des Gleichstromnetzes veränderlich ist, da Ja der· Zus atzs trom von der Höhe der angelegten Spannung abhängt. Dagegen für die Erfassung des Erdschlussschutzes selber

un- --■::■.. .- : : ist dieser Feh ler st rom/erheb lieh, es kann also damit, ein gute** Erdschlussschutz nicht aber eine. Isolationsmessung erhalten werden.

Die Kapazitäten des; Gleichstromnetzes haben auf; die Auslösung hierbei keinen Einfluss, ebenso nicht die Oberwellen und Irgendwelche Resonanzerscheinungen. Dies Ist der Vorteil gegenüber, den bekannten Einrichtungen. - ' · _; ν

Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel, das noch den Vorteil hat, auch die Ableitströme genau messen zu können. Das Gleichstromnetz 1st wieder mit 1 bezeichnet, ebenso die Belastung mit 2. Der HilfswechselstrOm 3 speist über den Transformator 4.den Schutzkreis. Dieser besteht aus dem-"Hilf str ans format or 5, der über die Dioden 15 und 16 und d*en Widerstand 7 mit den An- , kopplungsdioden 8 und 9 verbunden ist. Diese können wiederum _s. Avalanche-Dioden sein. Ferner sind die beiden Widerstände 17 und 18 vorgesehen, die In der Mitte geerdet und mit den Kondensatoren 19 und 20 verbunden sind. Das Relais 10 besitzt zwei Wicklungen, von denen die eine im Schutzkreis, die andere im Vergleichskreis liegt. . ·

- 7 - '" ' · · 53/68

Die Wirkungsweise ist hierbei folgende:

Im Normalbetrieb, also ohne Erdschluss ist der S^hutzkreis wieder offen, nur der Vergleichskreis 12, 13 hält das Relais 10 in der Ruhestellung fest. In der Auslösewicklung des Relais. 10 fliesst aber kein Strom. Im Erdschlussfalle dagegen ist folgender Stromkreis geschlossen:

Am Hllfstransformator 5 wird eine V.'echselspannung erzeugt, während der positiven Halbwelle dieser Wechselspannung fliesst über die Diode 15 ein Strom, über den Widerstand, die Dioden 8 und 9 ins Gleichstromnetz 1 hinein. Dort fliesst dieser Strom über die Erdschlussstelle zurück zur Mitte der Widerstände 17 und 18 und dann über den Widerstand 17 zum Transformator 5 zurück. Hierbei wird zugleich der Kondensator 19 aufgeladen,und zwar liegt der Pluspol dann an der geerdeten Seite. Während der negativen Halbwelle kann kein Strom fHessen, ; da dann.die Diode 15 sperrt. Parallel zu den Widerständen 17 . und 18 liegt aber dasRelais 10. Der Strom im Widerstand 17 teilt sich also auf und fliesst auch über.das Relais 10 und den Widerstand 18..Das Relais spricht an, wenn der Strom grosser als der durch den Widerstand 12 eingestellte Gegenstrom in der zweiten Wicklung des Relais 10 ist.

_o Mit dieser Schaltung kann nun auch der Isolationszustand des

oo Gleichstromnetzes festgestellt werden. Die Schaltung ist nämlich

^ so getroffen, dass die Gleichspannung im Gleichstromnetz

ο sich nicht auf den Schutzkreis auswirken kann, sodass nur der '.

^w Stromanteil durch den Hilfstransformator 5 im Relais fliessen

kann. Auch der im Erdschlussfalle durch die Gleichspannung ent-

BAD OBSQPAL " - " -

^3/G8

stehende Erdschlussstrom kann nicht durch das Relais 10 fliessen. Dies geht aus folgender Ueberlegung hervor: Vom Pluspol des Gleichstromnetzes 1 fliesst über die Erdschlussstelle ein Strom zum Mittelpunkt zwischen den Widerständen 17 und 18. Dieser teilt sich in gleicher V/eise auf die beiden Widerstände auf und fliesst über die Dioden 15 und 16 • sowie die Diode 9 zum Minuspol zurück. Durch die gleiche Aufteilung in den Widerständen liegt am Relais 10 keine Spannung. Der zusätzliche Widerstand 21 dient dazu, um den Widerstand der Sekundärseite des Hilfstransformators 5 auszugleichen, sodass eine völlige Symmetrie vorhanden ist. Durch diese Ströme werden auch die Kondensatoren 19 und 20 in gleicher Weise aufgeladen, sodass auch durch diese kein Strom im Relais fliessen kann. Es fliesst also im Relais 10 nur der Strom, der von der Wechselspannung 3 über den. Hilfstransformator 5 erzeugt wird. Hierdurch kann also auch der Isolationswiderstand unbeeinflusst von der Spannung im Gleichstromnetz durch das Relais 10 (oder ein entsprechendes Messgerät) gemessen werden. Die Kondensatoren 19 und 20 dienen im wesentlichen dazu, um auch während der negativen Halbwelle der Wechselspannung einen Strom im Relais zu ermöglichen, sodass das Relais während der ganzen Periode des Wechselstroms

^ angezogen bleibt. '

co " "■ ■"■""'■ ■-' " -■ -- ■""-■ -' -

'*- Das zweite Beispiel besitzt also ;ge;genüber dem ersten Beispiel cn

.^, ausser den schon erwähnten Vorteilen ^ no eh den Vorteil, auch

•^ Isolationswiderstände einwandfrei vfests^bel^eii zu können. Ausser-

dem wird, auch im Erdschlussfalle 4«r.fS,tjrom.,_;aus dem Gleichstronr

netz vom Relais ferngehalten^: * ..^ -j -\ .;/v _:-

BAD ORIGINAL

Claims (1)

1. ... Pa tent a a s f> r u c fo c; _: , ...

   ^Erdschlussscliutzeinriciitung für Glelehstromnetze mit Hilfe " von .Hi If s spannungen· und von entgegengesetzt in Reihe geschalteten Dioden und auf den Fehlerstrom ansprechenden Relais, dadurch gekennzeichnet> dass die Hilfsspannung eine aus einer Wechselspannung über Gleichrichter gewonnene Gleichspannung ist, dass die Ankopplung der gleichgerichteten Hilfsspannung über, entgegengesetzt geschaltete Moden erfolgt und dass das Relais Über einen Hilfstransformater an die Wechselspannung angaschloss«n ist · . ;

   Irdscljlussschiuti macli

   , iass 4as Uelaäa iibei· iolieidhri^iter an

   zelehnet, das3 das Relais zwischen den Enden zweier inReihe

   mit Kondensatoren überbrückt sind und das3 diese

   Über £iii;g«gen;geä«t«fc tn leito« an

   _# wobei die V«rMiiidüSigBS*e3.lÄ &&r iSlifrictorlehteap über weiteren Widerstand mit der ^i*i»duitgast«3.lÄ der Änkopplungs diodtft irertounden sind» ., SDSS^S/ 1j3^3 ' . . .

   1318734

   Ij- . Erdschlussschutz nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais ein Differentialrelais ist, das einerseits über den Hilfstransformator an die den MessJcreis speisende Wechselspannung, andererseits über einen einstell·; baren Widerstand an die Wechselspannung angeschlossen ist»

   ,5V Erdschlussschutz nach Unteranspruch 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialrelais an einer Glselclirichterbrückenschaltung liegt. - -

   ^₁ ' Erdschlussschutz nach Unteranspruch 2 und 3, dadurch ;gekennzelehnet, dass das Relais zwei gegeneinander wirkende Wicklungen !besitzt.

   ; Erdselilüssseniutz nach Patentanspruch, dadurch gelceamzelehnet, dass die Anfcopplungsdioden,

   t ■■ >

   CIe

   ■ ' i.