DE2115807C3 - Erdschlußschutzeinrichtung für elektrische Geräte mit in Stern geschalteten Wicklungen - Google Patents

Description

irischen Gerätes wesentlich besset geeignet, sie be- größeren Wert eingestellt ist als die Grenzwertstufen

dingen aber einen sehr großen Aufwand für Filteran- 19 und 20. An den Ausgang dieser Grenzwertstufe

lagen zur Aussiebung des Stromes mit der Frequenz 27 ist der Eingang eines Taktgebers 28 geschaltet,

der Spannungsquelle zwischen Sternpunkt und Erde. der auf den Zähleingang 29 des Zählers 23 wirkt.

Außerdem werden hohe Anforderungen an die Ober- 5 Dieser Taktgeber 28 ist also immer dann eingeschal-

wellenfreihett der Verlagerungsspannungsquelle ge- tet, wenn die Grenzwertstufe 27 angesprochen hat

stellt, um die Filterwirkung zu verbessern. Ein Ausgang 30 des Zählers 23 ist an den zweiten

Die Erfindung betrifft damit eine Erdschlußschutz- Eingang des Und-Gliedes 31 geführt. Die Schaltung

einrichtung, wie sie im Oberbegriff des Patenten- im Inneren des Zählers ist dabei so zu treffen, daß

spruchs 1 beschrieben und aus der deutschen Ausle- io am Ausgang 30 des Zählers 23 immer dann ein Si-

geschrift 1 148 653 bekannt ist gnal vorhanden ist, wenn ein vorbestirmnter, nur

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer durch Toleranzgrenzen der verwendeten Schaltung

Erdschlußschutzeinrichtung zur Erfassung von Erd- gegebener, von Null verschiedener Wert im Zähler

Schlüssen, insbesondere Erdschlüsse im Sternpunkt 23 gespeichert ist. Der Ausgang des Und-Gliedes 31

oder in der Nähe desselben, ohne daß Fehlauslösun- 15 ist an einen Eingang eines Oder-Gliedes 32 ange-

gen durch Erdschlüsse außerhalb des elektrischen schlossen, dessen zweiter Hingang an den Ausgang

Gerätes — z. B. in Netzteilen, die mit diesen über 33 des Zählers 23 geführt ist. Der Ausgang 33 des

einen Transformator verbunden sind — auftreten Zählers 23 soll bei unterhalb der Netzfrequenz lie-

können. gender Frequenz der Verl.? ,^rungsspannungsquelle

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden 20 12 nur dann Signal führen, wenn der Zählerstand

Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevjnders vorteil- einen Wert überschreitet, der höher liegt als der

hafte Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes sind Wert, der vom Taktgeber während einer Periode der

in den Unteransprüchen beschrieben. Netzspannung (Störspannung) erreicht wird. Das

FJn Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in A.tsgangssignal am Oder-Glied 32 kann dann z. B.

F i g. I dargestellt. Die Funktionsweise bei fehler- 25 an ein Erdschlußerfassungsrelais geführt sein oder

freiem Gerät zeigen die Kurven nach F i g. 2, wäh- auf andere Art und Weise eine Anzeige des Erd-

rend in den Fig. 3 und 4 die Zählerstände bei Schlusses oder eine Auslösung von Schaltern bewir-

einem Erdschlußfehler mit und ohne Störspannung ken.

eingezeichnet sind. Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. I soll

Als zu schützendes Gerät ist in F i g. I ein Genera- 3° nun an Hand von F i g. 2 beschrieben werden. In tor 1 mit den Wicklungen2 vorgesehen, die auf einer Fig. 2a ist als Kurve i/13 die Spannung am Poten-Seite zu einem Sternpunkt 3 zusammengeschaltet tiometer 13 dargestellt. Die positiven Halbwellen sind. Die Eigenkapazität 4 und der Isolationswider- dieser Spannung steuern über die Diode 15 die stand 5 eines Phasenleiters sind angedeutet. Zwi- Grenzwertstufe 19 aus, so daß das Ausgangssignal sehen Sternpunkt3 und Erde6 befindet sich eine 35 der Grenzwertstufe 19 der Kurve G19 in Fig. la Wicklung eines Transformators 7, dessen zweite entspricht. In gleicher Weise entsteht als Ausgangs-Wickiu-g an einen Belastungswiderstand 8 ange- signal der Grenzwertstufe 20 die Kurve G 20. Das schlossen ist. Der Belastungswiderstand 8 ist mit den Ausgangssignal der Grenzwertstufe 19 gelangt auf Widerständen 9, 10 und 11 zu einer Brückenschal- die Kippstufe 24, so daß an dem Löscheingang 25 tung zusammengeschaltet. In einer Diagonale der 40 des Zählers 23 die in Fig. 2b dargestellte Kurve Brückenschaltung liegt eine Verlagerungsspannungs- Z 24 a vorhanden ist. Diese entspricht dem am Ausquelle 12, die beispielsweise eine Spannung mit einer gang der Zeitstufe 24 α auftretenden Signal.
Frequenz erzeugt, die unterhalb der Netzfrequenz Die an den Gleichstromklemmen des Gleichrichters liegt. In die zweite Brückendiagonale der Brücken- 14 auftretende Spannung ist als Kurve U14 in schaltung aus den genannten Widerständen ist ein 45 Fig. 2c dargestellt Diese Spannung gelangt auf Potentiometer 13 eingeschaltet, dessen Abgriff und den Eingang der Grenzwertstufe 27, so daß an deren unterer Anschluß an die Wechselstromanschlüsse Ausgang ein der Kurve C 27 entsprechendes Signal eines Gleichrichters 14 angeschlossen sind. Außer- einstellt. Der Grenzwert der Grenzwertstufe 27 ist dem liegen parallel zu den Wechselstromanschlüssen auf einen höheren Wert eingestellt als derjenige der des Gleichrichters 14 zwei antiparallel geschaltete 5° Grenzwertstufen 19 und 20, so daß der Taktgeber 28 Dioden 15 und 16, die in Reihe zu je einem Wi- erst eingeschaltet wird und nur so lange eingeschaltet derstand 17 und 18 geschaltet sind. Parallel zum bleibt, wie mit Sicherheit ein Signal an einem der Widerstand 17 liegt eine Grenzwertstufe 19 und par- Richtungseingänge 21 oder 22 voihanden ist. Der allel zum Widerstand 18 eine Grenzwertstufe 20, de- Zählerstand des Zählers 23 ist als Kurve S23 m ren Ausgänge an die Richtungseingänge 21 und 22 55 F i g. 2 d aufgetragen. Dabei ist angenommen, daß in für Vor- und Rückwärtszählung eines Zählers 23 an- dem zu schützenden Gerät kein Fehler vorhanden ist. geschlossen sind. An den Ausgang der Grenzwert- jedoch eine eingestreute, zwischen den Phasenleitern stufe 19 ist außerdem ein Eingang einer Kippstufe 24 und Erde liegende Störspannung am Belastungsso angeschlossen, daß die Kippstufe bei jedem neu widerstände abfällt Eine dazu proportionale Spaneintreffenden Signal in die jeweils andere Schaltstel- 60 nung liegt dann am Potentiometer 13. Diese Spanlung umschaltet. Ausgangsscitig ist die Kippstufe 24 nung hat ein ζ Frequenz von z.B. 50Hz, die über der über eine Zeitstufe 24a an den Löscheingang 25 des Frequenz der Zusatzspannungsquelle 12 liegt. Hier-Zählers 23 angeschlossen und weiterhin mit einem durch bleibt die Grenzwertstufe 27 nur eine so kurze Eingang eines dejn Zähler 23 nachgcschalteten Zeit angesprochen, daß die in dieser Zeit vom Takt-Und-Gliedes 31 verbunden. 65 geber 28 in den Zähler 23 eingezahlten Impulse nicht

An die Gleichsv/nmanschlüsse des Gleichrichters ausreichen, um ein Ausgangssignal am Ausgang 33

14 ist über einen Begrenzungswiderstand 26 eine des Zählers 23 zu erzeugen. Der hierzu notwendige

Grenzwertstufe 27 angeschlossen, die auf einen etwas Zählerstand ist in F i g. 2 d durch den Grenzwert

Z 33 bezeichnet. Der notwendige Zählerstand, um die Spannungen nach den Kurven U 12 und U 13 adein Signal am Ausgang 30 des Zählers 23 zu erzeu- dieren. Das hat für den Zählerstand im Zähler 23 zur gen, ist ebenfalls als Grenzwert Z 30 in Fi g. 2 d ein- Folge, daß er sich entsprechend der Kurve K 23 in getragen. Man sieht, daß der Zählerstand nach der F i g. 3 entwickelt.

Kurve S 23 diesen letzteren Wert schon bald über- 5 Der Grenzwert Z 33 wird hierbei nicht erreicht, alschreitet, so daß cine Bedingung zur Einschaltung lcrdings ist durch die Verschiebung des Nulldurchdes Und-Gliiides 31 gegeben ist. Der zweite Eingang ganges die Zeitdauer, in der die Grenzwertstufe 20 des Und-Gliedes 31 ist an den Ausgang der Kipp- ein Ausgangssignal abgibt, kürzer und die Ansprechstufe 24 angeschlossen, der während einer Meßpe- dauer der Grenzwertstufe 19 länger als bei fehlerriode jedoch kein Signal führt Infolgedessen ist die to freiem Betrieb. Infolgedessen wird am Ende der Bedingung für das Und-Glied 31 nicht erfüllt, so daß Meßperiode, wenn die Kippstufe 24 ein Ausgangssiauch am Ausgang des Oder-Gliedes 32 kein Signal gnal abgibt, der Zählerstand über dem Grenzwert vorhanden ist. Z30 liegen. Infolgedessen ist ein Ausgangssignal am

In F i g. 2 d ist außerdem noch die Kurve K 24 ein- Ausgang 30 des Zählers 23 vorhanden, so daß mit gezeichnet, aus der ersichtlich ist, daß beim nächsten 15 Auftreten eines Signals am Ausgang der Kippstufe Ansprechen der Grenzwertstufe 19 der an den Aus- 24 die Bedingung für das Und-Glied 31 erfüllt ist, so gang der Kippstufe 24 angeschlossene Eingang des daß das Oder-Glied 32 ein Signal an eine nachge-Und-Gliedes 31 Signal führt. Da der Löscheingang schaltete Erdschlußerfassungseinrichtung abgibt
25 des Zählers 23 über die Zeitstufe 24a vom Aus- Für den Fall, daß keine Störspannung vorliegt und

gang der Kippstufe 24 angesteuert wird, wird wäh- 20 nur die Spannung der Verlagerungsspannungsquelle rend der Verzögerungszeit der Zeitstufe 24 a geprüft, nach der Kurve U 12 — bedingt durch einen Erdob nach Beendigung einer Meßperiode, die gleich Schluß im zu schützenden Gerät — vorhanden ist, einer Periode der Spannung am Potentiometer 13 wird der Zählerstand über den Grenzwert Z 33 an-(Kurvel/13) ist, der Zählerstand nach der Kurve S 23 steigen, wie in F ig. 4 dargestellt ist. Der Schnittden durch die Ansprechgrenze Z 30 gegebenen Wert as punkt für den Zählerstand nach der Kurve Z 23 in noch überschreitet. F i g. 4 nrl dem Grenzwert Z 33 gibt den Zeitpunkt

Da die aus den Widerständen 8, 9, 10 und 11 be- an, von dem ab ein Signal am Ausgang 33 des Zähstehende Brückenschaltung abgeglichen ist, verur- lers 23 vorhanden ist. Da dieser Ausgang unmittelbar sacht die Spannung der Verlagerungsspannungs- an das Oder-Glied 32 angeschlossen ist, wird dieses quelle 12 keinen Spannungsabfall an dem Potentio- 30 ein Ausgangssignal liefern und damit den vorhandemeter 13, so daß die positive und negative Halbwelle nen Erdschluß anzeigen.

der Spannung am Potentiometer 13 gleich groß sind. Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, dafTdie

Infolgedessen wird der Zählerstand am Ende der Frequenz der Verlagerungsspannungsquelle 12 un-Meßperiode etwa auf dem Wert Null wieder ange- terhalb der Netzfrequenz liegt, mit der die Störspanlangt sein, so daß auch nach Beendigung der Meßpe- 35 nungen am Belastungswiderstand 8 auftreten. Diese riode kein Signal am Ausgang des Oder-Gliedes 32 niedrige Frequenz hat den Vorteil, daß nur ein gerinvorhanden ist. ger Strom über die Eigenkapazität 4 des Generain F i g. 2 a ist zusätzlich als Kurve U 12 die Span- tors 1 fließt, so daß man mit kleinen Werten für die nung der Verlagerungsspannungsquelle 12 gestrichelt Verlagerungsspannung und den Verlagerungsstrom eingetragen. Eine dieser Spannung proportionale 40 auskommt Grundsätzlich kann jedoch auch für die Größe hegt dann am Potentiometer 13, wenn z.B. Verlagerungsspannungsquelle 12 eine größere Fredurch einen Erdschluß im Sternpunkt 3 oder in der quenz als Netzfrequenz gewählt werden. In diesem Nähe desselben der Belastungswiderstand 8 ganz Fall muß allerdings die Auswerteschaltung des Zähoder teilweise kurzgeschlossen ist und damit die lerstandes vom Zähler 23 so geändert werden, daß Brückenschaltung nicht mehr abgestimmt ist. Liegt 45 eine Auslösung nicht bei der Spannung mit der niedalso ein Erdschluß im Sternpunkt oder in der Nähe rigeren Frequenz, sondern bei der Spannung mit desselben vor, so werden sich am Potentiometer 13 höherer Frequenz erfolgt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

2 Ϊ15 807 X 2 Schute elektrischer Geräte mit in Stern geschalteten Patentansprüche: Wicklungen ist gemeinsam, daß sie eine Verspan nung des Sternpunktes der dem elektrischen Gerät

1. Erdschlußschutzetnrichtung für elektrische zugehörigen Wicklungen gegen Erde ausnützen, um Geräte mit in Stern geschalteten Wicklungen und 5 eine Erdschlußanzeige zu erhalten.

einem zwischen Sternpunkt und Erde geschalteten Diese Sterapunktverspannung kann bei einem Syn-

hochohmigen Belastungswiderstand, der Teil chrongenerator durch die von ihm erzeugte dritte einer Brückenschaltung ist, in deren einer Dia- Oberschwingung ohnehin vorhanden spm. In vielen gonale eine Verlagerungsspannungsquelle liegt. Fällen ist aber nicht sichergestellt, daß diese dritte dadurch gekennzeichnet, daß die Fre- io Oberschwingung bei jedem Belastungszustand eines quenz der Verlagerungsspannungsquelle (12) von Gerätes vorhanden ist, so daß man zur Sicherstellung der Netzfrequenz abweicht und daß an die einer Spannungsdifferenz zwischen dem Sternpunkt zweite Diagonale (Potentiometer 13) der Brük- der Wicklungen und Erde eine Spannungsquelle einkenschaltung (8, 9, 10, II) eine Zeitmeßein- schalten muß. Als solche Spannungsquelle kanu eine richtung angeschlossen ist, die während einer 15 Gleichspannungsqtielle (deutsche Offentegungsschrift Periode der Wechselspannung in der zweiten I 803 858) oder eine Wechselspannungsquelle mit Diagonale der Brückenschaltung die zeitlichen Netzfrequenz (deutsche Offen'egungsschrift Abstände zwischen den Nulldurchgängen erfaßt 1 463 729) oder mit netzfremder Frequenz (deutsche und zur Bestimmung des Erdschlusses ein Aus- Auslegeschrift I 463 574) verwendet werden. Hiergangssignal abgibt, wenn entweder der zeitliche 20 durch ergeben sich sowohl Vor- als auch Nachteile Abstand zweier aufeinanderfolgender Nulldurch- der einzelnen Erdschlußschutzeinrichtungen. Die gänge etwa so groß ist wie der Kehrwert der Ver- Schwierigkeit bei der Erfassung eines Erdschlusses in lagerungsspannungsfrequenz oder wenn die bei- Sternpunktnähe oder im Sternpunkt liegt hauptsächden Zeiten zwischen aufeinanderfolgenden Null- lieh darin, daß jedes elektrische Gerät mit einem durchgängen sich um mehr als einen Mindestwert 25 Netz verbunden ist, während sich der Erdschlußunterscheiden, schutz nur auf die Teile erstrecken soll, die galva-

2. Erdschlußschutzeinrichtung nach An- nisch mit den in Stern gerschalteten Wicklungen versprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fre- bunden sind. Bei einer Synchronmaschine heißt das, quenz de- Verlagerungsspannungsquelle (12) un- daß die Syachronmaschinenwicklungen und die terhalb der Netzfrequenz liegt, daß die Zeitmeß- 30 Wicklungen eines angeschlossenen Transformators einrichtung aus einem -on einem Taktgeber den gegen Erdschluß zu schützenden Bereich darstel-(28) beeinflußten Zähler (23) besteht, daß dem len. Diese Wicklungen des Transformators haben geTaktgeber (28) eine an die gleichgerichtete Span- genüber den übrigen Wicklungen Koppelkapazitäten, nung der zweiten Brückendiagonale angeschlos- über die Störspannungen aus dem Netz auf die Wick- $ene Grenzwertstufe (27) vorgeschaltet ist, daß 35 Iungen des elektrischen Gerätes gelangen können, die Eingänge (21, 22) des Zählers (23) abhängig D^: se Störspannungen haben entweder Netzfrequenz von der Polarität der Spannung in der zweiten oder Frequenzen bestimmter Oberschwingungen des Brückendiagonale gesteuert sind und daß eine Netzes. Verwendet man daher zur Verspannung des dem Zähler (23) nachgeschaltete Auswerteinrich- Sternpunktes gegenüber Erde eine Wechselspannung lung (Und-GIied 31, Oder-Glied 32) dann ein Si- 40 mit Netzfrequenz, so muß diese, um sie eindeutig gegnal abgibt, wenn ein vorgegebener maximaler genüber den vom Netz eingestreuten Störspannungen Zählerstand überschritten oder am Ende der unterscheiden zu können, größer als diese Störspan-Spannungsperiode noch ein von Null wesentlich nungen gewählt werden. Die Höhe der Störspannunabweichender Zählerstand vorhanden ist. gen läßt sich grundsätzlich begrenzen durch einen

3. Erdschlußschutzeinrichtung nach An- 45 zwischen Sternpunkt und Erde geschalteten BeIaspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem stungswiderstand, wenn dieser genügend niederohmig Zahler nachgeschaltete Auswerteinrichtung ein gewählt wird, allerdings hat eine derartige Auslegung Oder-Glied (32) enthält, dessen einer Eingang ein eines Belastungswiderstandes wiederum die Folge, Signal erhält, wenn der Zählerstand den nor- daß im Erdschlußfalle der Erdschlußstrom erhöht malerweise bei Netzfrequenz erreichten Stand 50 wird.

wesentlich überschreitet (Zählerausgang 33), und Will man sowohl eine hohe Verlagerungsspan-

deren anderer Eingang ein Signal erhält, wenn nung als auch einen hohen Erdschlußstrom vermeifleichzeitig ein von Null wenig verschiedener den, so kann man als Verlagerungsspannung für den Zählerstand überschritten (Zählerausgang 30) Sternpunkt eine Spannung netzfremder Frequenz Und die Spannungsperiode, in der die Messung 55 wählen. Hierfür sind hohe Frequenzen schlecht ge- »tattfindet, beendet ist (Kippstufe 24). eignet, da sie hohe Ströme über die Erdkapazitäten

der in Stern geschalteten Wicklungen und der daran

angeschlossenen Leitungen treiben würden. Niedrige

_________ Frequenzen sind da trotz eines höheren Aufwandes

60 für Filteranlagen zur Ausstebung des Stromes mit der Frequenz der Spannungsqueile zwischen Sternpunkt und Erde vorteilhafter, man benötigt aber in jedem

Für den Erdschlußschutz elektrischer Geräte, die Falle eine Spannungsquelle netzfremder Frequenz, in Stern geschaltete Wicklungen haben, werden die im allgemeinen also einen aus einer Gleichspanverschiedensten Anordnungen angewendet, um auch 65 nungsquelle gespeisten, selbstgeführten Wechselricheinen Erdschluß im Sternpunkt der Maschine oder in ter (deutsche Auslegeschrift 1 463 574).
der Nähe desselben erfassen zu können. Niedrige Frequenzen sind wegen des hohen Wider^

Allen Erdschlußschutzeinrichtungen für den Standes der Eigenkapazität des zu schützenden elek-