-
Statorerdschluss-Ueberwachungseinrichtung Die Erfindung bezieht sich
auf eine Statorerdschluss-Ueberwachungseinrichtung fdr Generatoren in Blockschaltung,
bei der zwischen dem Generator und Erde eine Zusatzspannungsquelle mit einer von
der Netzfrequenz verschiedenen Frequenz eingeschaltet ist, und eine Vergleicheinrichtung
zur Unterscheidung zwischen erdschlussfreiem Zusatnd und Erdschlussfall enthält.
-
Eine Einrichtung dieser Art ist z.B. aus der DT-PS 1 463 574 bekannt.
Dort ist die Zusatzspannungsquelle zwischen einem Stern- bzw. Nullpunkt des Generators
zur Erzeugung einer Verlagerungsspannung eingeschaltet. Als Zusatzspannungsquelle
dient ein Wechselrichter, in dessen Gleichstromkreis ein Gleichstromrelais als Detektionsglied
angeordnet ist.
-
Abgesehen von den hohen Anforderungen, die an die Zusatzspannungsquelle
gestellt werden, weist die bekannte Einrichtung zwei gravierende Mängel auf: Die
Ueberwachungseinrichtung kann auch auf netzfrequenzfremde Störungen ansprechen,
und die Einrichtung setzt die Zugänglichkeit des Null- bzw.
-
Sternpunktes voraus.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Statorerdschluss-Ueberwachungseinrichtung
zu schaffen, die die Mängel des Bekannten nicht aufweist, an jedem Generator in
Blockschaltung inshesondere auch nachträglich noch anschliessbar ist und die sich
durch geringen Aufwand und Wirtschaftlichkeit auszeichnet.
-
Diese Aufgabe wird bei einer Statorerdschlus s-Ueberwachungseinrichtung
der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen einer
Klemme des Generators und Erde die Reihenschaltung einer Drossel und der Zusatzspannungsquelle
eingeschaltet ist und dass die Vergleichseinrichtung Mittel zur Detektion der Schwingkreiskenngrössen
des aus Stator, natürlichen Erdkapazitäten und Drossel bestehenden Schwingkreises
enthält.
-
Stator des Generators, die Kapazität der gesamten Niederspannungsseite
und Drossel bilden einen Schwingkreis mit
einer bestimmten Resonanzfrequenz.
Ein Statorerdschluss verändert die Impedanzen des Schwingkreises. Diese Veränderungen
werden von der Vergleichseinrichtung erfasst und beim Ueberschreiten bestimmter
Kenngrössen, insbesondere des Stromes im Schwingkreis, als Erdschluss gemeldet.
-
Beosnders vorteilhaft ist es, die Induktivität der Drossel und/oder
die Frequenz der Zusatzspannungsquelle derart zu wählen, dass das genannte System
im erdschlussfreien Zustand sich in Resonanz befindet. Auf diese Weise lassen sich
bereits geringe Impedanzänderungen erfassen.
-
Vorzugsweise liegt die Resonanzfreuenz wesentlich niedriger als die
Netzfrequenz, vorzugsweise zwischen 5 und 15 Hz. Die gesamte Kapazität aller Phasen
des Generators incl. der mit ihnen galvanisch verbundenen Elemente (zuleitungen,
Niederspannungsseite des Blocktransformators etc.) liegt Ublicherweise zwischen
0,3 und 2 uF. Die erforderliche Drosselinduktivität beträgt dann zwischen 100 und
300 Henry, liegt also bei Induktivitätswerten, die sich wirtschaftlich realisieren
lassen, zumal die Drosseln solche mit Eisenkern sein sollen.
-
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass mit kleiner werdendem ohmschen
Widerstand der Drossel die Ansprechempfindlichkeit des Schutzes zunimmt. Drosselwiderstände
zwischen lKOhm und 2 KOhm stellen dabei einen guten Kompromiss zwischen Empfindlichkeit
und Wirtschaftlichkeit dar.
-
Zur Erfassung der Kenngrössen des Schwingkreises enthält die Vergleichseinrichtung,
die über einen Wandler an den Schwingkreis angekoppelt ist, eine Auswerte- bzw.
Auslöseschaltung.
-
Der Wandler ist vorzugsweise als Stromwandler ausgebildet, dessen
Primärseite in Reihe mit der Drossel bzw. der Spannungsquelle liegt. Als Detektionsglied
kann dann ein Minimalstromrelais üblicher Bauart verwendet werden.
-
Wenngleich die Drossel bereits als Filterglied für die im Schwingkreis
vorhandene netzfrequente Stromkomponente wirkt, empfiehlt es sich, dem Minimalstromrelais
ein Tiefpassfilter mit einer Eckfrequenz unterhalb der Netzfrequenz vorzuschalten.
-
Sollte aus irgendeinem Grunde die Zusatzspannungsquelle ausfallen,
so wird das Minimalstromrelais blockiert und dieser Zustand signalisiert. Auf diese
Weise lässt sich vermeiden, dass Erdschlüsse irrtümlich detektiert werden.
-
In der Praxis hat es sich gezeigt, dass Statorerdschluss-Ueberwachungseinrichtungen
der vorgeschlagenen Art unempfindlich sind gegenüber netzfrequenten oder höherfrequenten
Störungen
aus dem Netz, da der Schwingkreis wie ein schmalbandiges Bandfilter fr die Freauenz
der Zusatzspannungsquelle wirkt. Eine weitere Steigerung der Unempfindlichkeit gegenüber
den genannten Störungen lässt sich durch geeignete Filter in der Vergleichseinrichtung
erzielen.
-
Die Nullpunktverschiebung des Null- bzw. Sternpunktes, die durch die
Ankopplung der erzeugt wird, wird derart gewählt, dass sie zwischen 3 und 6% der
Phasnspannung beträgt, wobei sich der kleinere Wert auf Maschinen mit höheren Phasenspannungen
(grösser 10 kV) bezieht.
-
Damit bleibt die Nullpunktverschiebung wesentlich unterhalb der Werte,
die mit üblichen Verlagerungsmethoden (10 - 15%) benötigt werden.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels, einer Statorerdschluss-Ueberwachungseinrichtung in Blockdarstellung,
näher erläutert.
-
An die Niederspannungsseite eines Transformators 1 ist ein Generator,
von dem nur die Statorwicklung 2 dargestellt ist, angeschlossen. Die Klemmen des
Generators sind mit R,S,T, sein Null- bzw. Sternpunkt mit 3 bezeichnet. Ein Kondensator
4 symbolisiert die Kapazität des Stators incl. derNiederspannungsseite
des
Transformators l.gegen Erde. An die Klemme R des Generators ist über eine Drossel
5 eine Zusatzspannungsquelle 6 angeschlossen. Ein zwischen der Zusatzspannungsquelle
und Erde eingeschalteter Wandler 7 erfasst die Kenngrössen des aus der Kapazität
4, der Drossel 5 und gegebenenfalls der Impedanzen von Zusatzspannungsquelle und
Wandler bestehenden Schwingkreises. An den Wandler 7 ist eine aus einem Filter 8
und einem Minimalstromrelais 9 bestehende Auswerte- bzw.
-
Auslöseschaltung angeschlossen.
-
In Abhängigkeit von der gesamten Impedanz des Schwingkreises stellt
sich eine bestimmte Eigenfrequenz desselben ein. Diese Eigenfrequenz kann in einfacher
Weise bestimmt werden, bzw.
-
durch Wahl der Drosselinduktivität und/oder der Frequenz der Zusatzspannungsquelle
auf einen bestimmten Wert festgelegt werden. Tritt an irgendeiner Stelle der Statorwicklung
2 ein Erdschluss auf, so wird die natürliche Impedanz der Wicklung bzw. die Impedanz
des gesamten mit ihr galvanisch verbundenen Stromkreises vergrössert, der Schwingkreis
wird verstimmt.
-
Durch die Verstimmung des Schwingkreises reduziert sich der zugehörige
Strom im Schwingkreis. Diese Stromänderung wird über den Wandler 7 in die Auswerte-
bzw. Auslöseschaltung übertragen. Beim Unterschreiten vorgegebener Stromwerte spricht
das Minimalstromrelais 9 an und signalisiert damit den Erdschluss. -
Um
zu verhindern, dass kurzzeitige Stromänderungen in Richtung kleinerer Ströme im
Schwingkreis zu keiner Fehlauslösung führen, ist das Minimalstromrelais 9 mit einer
Verzögerungseinrichtung 10 ausgerüstet , die Verzögerungszeit liegt dabei, wie in
der Schutztechnik üblich, bei ca.0,5 s.
-
Die Frequenz der Zusatzspannungsquelle 6 liegt zwischen 5 und 15 Hz.
Die Induktivität der Drossel 5 beträgt je nach Frequenz und natürlicher Erdkapazität
des zu überwachenden Systems zwischen 100 und 300 Hy. Aufgrund der niedrigen Abstimmung
des Systems wird insbesondere die 50Hz-Komponente des Schwingkreisstromes, die gerade
bei einem Klemmenkurzschluss auftreten kann, erheblich gedämpft. Diese Art der Dämpfung
bewirkt zusammen mit dem im Auslösekreis angeordneten Filter 8 ein sicheres Ansprechen
des Schutzes und die Vermeidung von Fehlauslösungen im Kurzschlussfall.
-
Sollte aus irgendeinem Grunde die Zusatzspannungsquelle 6 ausfallen,
so wird das Minimalstromrelais 9 blockiert und dieser Zustand signalisiert.
-
Eine Veränderung der Kapazität des zu überwachenden Kreises, z.B.
wenn zwischen Transformator 1 und Generator ein Generatorschalter angeordnet ist
und dieser betätigt wird, verursacht keine Beeinträchtigung der Wirksamkeit des
Schutzes.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Impedanzwerte bei
vollem Kurzschluss bis hin zu Kurzschlüssen bis ca. 1000 Ohm vergleichsweise unabhängig
sind von Kapazitätsänderungen der genannten Art, was in Anbetracht der niedrigen
Frequenz der Zusatzspannungsouelle einleuchtend ist.
-
Zur Erzielung eines vollkommenen Schutzes sollte die Oberspannungsseite
des Blocktransformators schutztechnisch von der zu überwachenden Anordnung entkoppelt
sein, was beispielsweise durch Erdung des Sternpunktes des Blocktransformators erfolgen
kann, sofern dieser nicht schon geerdet ist, was bei Netzspannungen über 110 KV
üblich ist.