DE2503141A1 - Statorerdschluss-ueberwachungseinrichtung - Google Patents

Statorerdschluss-ueberwachungseinrichtung

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DE2503141A1
DE2503141A1 DE19752503141 DE2503141A DE2503141A1 DE 2503141 A1 DE2503141 A1 DE 2503141A1 DE 19752503141 DE19752503141 DE 19752503141 DE 2503141 A DE2503141 A DE 2503141A DE 2503141 A1 DE2503141 A1 DE 2503141A1
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DE
Germany
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earth
circuit
stator
frequency
voltage source
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DE19752503141
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English (en)
Inventor
Geb Kramar Majda Dipl Ing Ilar
Franz Ritter
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BBC Brown Boveri France SA
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BBC Brown Boveri France SA
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/06Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors

Description

  • 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.

Claims (6)

  1. Patentansprtiche
    Statorerdschluss-Ueberwachungseinrichtung für Generatoren in Blockschaltung, bei der zwischen dem Generator und Erde eine Zusatzspannungsquelle mit von der Netzfrequenz verschiedener Frequenz eingeschaltet ist, und eine Vergleichseinrichtung zur Unterscheidung zwischen Erdschlussfreiem Zustand und Erdschlussfall enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Klemme (R,S,T) des Generators (2) und Erde die Reihenschaltung einer Drossel (5) und der Zusatzspannungsquelle (6) eingeschaltet ist und dass die Vergleichseinrichtung Mittel (7,8,9) zur Detektion der Schwingkreiskenngrbssen des aus Stator (2), natürlichen Erdkapazitäten (4) und Drossel (5) bestehenden Schwingkreises enthält.
  2. 2. Statorerdschluss-Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität der Drossel (5) und/oder die Frequenz der Zusatzspannungsquelle (6) derart gewählt sind, dass der Schwingkreis im erdschlussfreien Zustand in Resonanz ist.
  3. 3. Statorerdschluss-Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Zusatzspannungequelle zwischen 5 und 15 Hz beträgt.
  4. 4. Statorerdschluss-Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung ein auf Stromänderungen im Schwingkreis ansprechendes Relais (9) enthält.
  5. 5. Statorerdschluss-Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung ein Tiefpassfilter (8) mit einer Grenzfrequenz unterhalb der Netzfrequenz enthält.
  6. 6. Statorerdschluss-Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung (7,8,9) Mittel zum Blockieren des Relais (9) bei Ausfall der Zusatzspannungsquelle (6) enthält.
DE19752503141 1974-12-20 1975-01-27 Statorerdschluss-ueberwachungseinrichtung Ceased DE2503141A1 (de)

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WO2000072422A1 (en) * 1999-05-24 2000-11-30 Abb Power Automation Ag An electrical machine winding ground-fault protection system

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SE7514391L (sv) 1976-06-21
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SE413825B (sv) 1980-06-23

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