DE2711629C2 - Method and circuit arrangement for locating permanent earth faults in three-phase networks - Google Patents

Method and circuit arrangement for locating permanent earth faults in three-phase networks

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Description

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren und eine Schaltungsanordnung zum Verwenden bei der Ortung von Dauererdanschlüssen in Drehstromnetzen mit induktiv geerdetem Sternpunkt.The invention relates to a measuring method and a circuit arrangement for use in locating of permanent earth connections in three-phase networks with inductively earthed star point.

Das Auffinden von Dauererdschlüssen ist mit den bekannten Methoden schwierig und zeitraubend.Finding permanent earth faults is difficult and time-consuming with the known methods.

So wird z. B. häufig das-Wirkleistungs-Richtungsrelais Μ verwendet, das an einen Summenstromwandler oder Kabelumbauwandler angeschlossen wird.So z. B. is often used the real power direction relay Μ , which is connected to a summation current transformer or cable converter.

Das Wirkleistungs-Richtungsrelais liefert jedoch bei kleinen Wirkrestströmen keine sichere Anzeige mehr. Die verwendeten Wandler müssen bezüglich Bürde, Strom- und Winkelfehler genau abgestimmt werden, vermachte Netze müssen häufig in Strahlen aufgelöst werden. Auch benötigt der Suchvorgang recht viele Zeit, da mehrere Messungen jeweils erforderlich sind. Schließlich ist nachteilig, daß zur Kontrolle der richtigen Einstellung versuchsweise Erdschlüsse in dem betreffenden Netz erzeugt werden müssen.However, the active power direction relay no longer provides a reliable indication of small active residual currents. The transformers used must be precisely coordinated with regard to the load, current and angle errors, bequeathed nets often have to be resolved into rays. The search process also requires quite a few Time as multiple measurements are required each time. Finally, it is disadvantageous that the correct control is used Setting experimental earth faults must be generated in the network concerned.

Bekannt ist es ferner, zur Verbesserung der Meßmöglichkeiten den Erdstrom durch einen Belastungswiderstand im Erdstromkreis dauernd oder 1^ vorübergehend zu vergrößern. Dazu wird z. B. an die Hilfswicklung der Erdschluß-Löschspule ein Belastungswiderstand geschaltet (Literatur: »Der Erdschluß im Netzbetrieb«, Seite 14—15, Siemens AG, Bestell-Nr. E141/1212).It is further to improve the ground current Capabilities continuously by a load resistor in the earth circuit or 1 ^ temporarily enlarge known. For this purpose z. B. a load resistor is connected to the auxiliary winding of the earth fault extinguishing coil (literature: "The earth fault in mains operation", pages 14-15, Siemens AG, order no. E141 / 1212).

Es stellt sich somit die Aufgabe, die Anzeige eines Dauererdschlusses während des Ortungsvorgangs zu vereinfachen und sicher zu machen, & h. letzten Endes die genannten Nachteile des vorbekannten Geräts zu vermeiden.The task is thus to display a permanent earth fault during the locating process simplify and make safe, & h. in the end the mentioned disadvantages of the previously known device avoid.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Induktivität der Erdschluß-Löschspule periodisch geändert wird und daß die aus einem Erdschluß im Netz resultierenden periodischen Stromänderungen das Kriterium für das Vorhandensein eines Dauererdanschlusses bilden.The present invention solves this problem in that the inductance of the earth fault extinguishing coil is changed periodically and that the periodic current changes resulting from an earth fault in the network form the criterion for the presence of a permanent earth connection.

Drehstromnetze mit induktiv geerdetem Sternpunkt haben zwischen Sternpunkt und Erde eine Erdschluß-Löschspule (auch Petersenspule genannt), die dazu dient, einen kapazitiven Erdschlußstrom möglichst weitgehend zu kompensieren.Three-phase networks with an inductively earthed star point have an earth fault extinguishing coil between the star point and earth (also called Petersenspule), which serves to reduce a capacitive earth fault current as possible largely to compensate.

Um nun erfindungsgemäß die Induktivität der Erdschluß-Löschspule periodisch zu verändern, wird im Falle einer Erdschluß-Löschspule mit Sekundärwicklung an diese letztere periodisch eine Impedanz an- und abgeschaltet. Im Falle, daß keine Sekundärspule vorhanden ist, wird ein Einphasen-Umspanner parallel zur Erdschluß-Löschspule geschaltet und die Impedanz wird periodisch an den Eingang des Umspanners an- und abgeschaltet.In order to periodically change the inductance of the earth fault extinguishing coil according to the invention, in In the case of an earth fault extinguishing coil with a secondary winding, an impedance is periodically applied to the latter and switched off. In the event that there is no secondary coil, a single-phase transformer will be in parallel switched to the earth fault extinguishing coil and the impedance is periodically applied to the input of the transformer. and switched off.

Wird nun die Erdschluß-Löschspule von Strom durchflossen, liegt also beispielsweise ein stationärer Erdschluß vor, so ergeben sich aus der periodisch erfolgenden Induktivitätsänderung Stromänderungen im Netz, die als Kriterium für das Vorhandensein eines Erdschlusses dienen.If current flows through the earth fault extinguishing coil, there is, for example, a stationary one If there is a ground fault, then the periodically occurring change in inductance results in changes in current in the network, which serve as a criterion for the existence of an earth fault.

Um einen Dauererdschluß zu beseitigen, muß selbstverständlich der Leitungsabschnitt, der mit Erdschluß behaftet ist, aufgefunden d. h. geortet werden. Die Ortung erfolgt dadurch, daß erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen im Netz an geeigneter Stelle eingesetzt werden und daß zum Teil manche Leitungsstrecken aufgetrennt werden, um aus dem Ansprechen einzelner erfindungsgemäßer Schaltungsanordnungen Rückschlüsse auf die Lage des vom Erdschluß betroffenen Leitungsabschnittes ziehen zu können. Diese Art der Ortung selbst ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung.In order to eliminate a permanent earth fault, of course, the line section with the earth fault is afflicted, found d. H. be located. The location takes place in that according to the invention Circuit arrangements in the network are used at a suitable point and that some line sections are partially separated in order to prevent the response individual circuit arrangements according to the invention conclusions about the location of the ground fault to be able to pull the affected line section. However, this type of location itself is not an issue the invention.

Die bei erfindungsgemäßer periodischer Änderung der Induktivität der Erdschluß-Löschspule bei gegebenem Erdschluß im Netz resultierenden Stromänderungen werden durch Summenstromwandler (Stromwandler in Holmgreen-Schaltung oder Kabelumbauwandler) erfaßt, gleichgerichtet, differenziert und zur Anzeige benutzt.The periodic change according to the invention of the inductance of the earth fault extinguishing coil for a given Current changes resulting from earth faults in the network are compensated for by summation current transformers (current transformers in Holmgreen circuit or cable converter) recorded, rectified, differentiated and for display used.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens und der zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehenen Schaltungsanordnung dient die Zeichnung, in welcher F i g. 1 die Schaltung der Erdschluß-Löschspule und deren Induktivitätsänderung betrifft. In Fig.2 ist eine Schaltungsanordnung einfachster Form zur Durchführung des Meßverfahrens dargestellt. F i g. 3 zeigt eine vervollkommnete Form der Schaltung.To explain the measuring method according to the invention and the method for carrying out this method provided circuit arrangement serves the drawing in which F i g. 1 the circuit of the earth fault extinguishing coil and their change in inductance concerns. A circuit arrangement of the simplest form is shown in FIG to carry out the measurement process. F i g. 3 shows a perfected form of the circuit.

In Fig. 1 ist der Hochspannungstransformator 1 dargestellt, wobei die dargestellten Schaltungsarten des Trafos (Dreieck primär/Stern sekundär) nur als ein Beispiel unter mehreren Möglichkeiten aufzufassen sind. Die Sekundärseite des Trafos 1 liefert die Netzleitungen R, S, T. Der Sternpunkt der Sekundärwicklung ist über die Erdschluß-Löschspule 2 geerdet. Bei gesundem Netz hat der Sternpunkt keine SpannungIn Fig. 1, the high-voltage transformer 1 is shown, the types of transformer circuit shown (triangle primary / star secondary) are only to be understood as an example among several possibilities. The secondary side of the transformer 1 supplies the power lines R, S, T. The star point of the secondary winding is earthed via the earth fault extinguishing coil 2. In the case of a healthy network, the star point has no voltage

gegenüber Erde und es fließt dann demzufolge durch die Spule 2 auch kein Strom.with respect to earth and consequently no current flows through the coil 2.

Liegt aber z. B. zwischen Phase Tund Erde ein Schluß vor, was in F i g. 1 durch den Blitz angedeutet wird, dann ist bekanntlich der Sternpunkt nicht spannungsfrei und es fließt ein Strom durch die Erdschluß-Löschspule 2. Bei dieser Betrachtung werden die Umladevorgänge beim Beginn eines Dauererdschlusses nicht weiter berücksichtigtBut is z. B. between phase T and earth a conclusion before what is shown in FIG. 1 is indicated by the lightning bolt, then it is known that the star point is not voltage-free and a current flows through the earth fault extinguishing coil 2. In this view, the recharging processes not further taken into account at the start of a permanent earth fault

Erfindungsgemäß wird mit Hilfe eines Taktgerätes 3 eine Impedanz, und zwar vorzugsweise eine Kapazität 4, an die Sekundärwicklung der Erdschluß-Löschspule 2 oder an einen zur Erdschluß-Löschspule 2 parallelgeschalteten Einphasen-Umspanner periodisch an- und abgeschaltet. Das Taktgerät 3 schaltet selbsttätig mit einer Frequenz, die beispielsweise in der Größenordnung von 1/3 Hz liegen kann. Durch das Zuschalten einer Impedanz an die Sekundärwicklung der Spule 2 wird die induktivität der Spule geändert, was dazu führt, daß bei Stromfluß periodisch geändert wi-d, was auch eine periodische Beeinflussung der in den Netzleitungen zwischen Erdschluß-Löschspule und Fehlerstelle fließenden Ströme ergibt. Das Vorhandensein von pulsierenden Stromänderungen ist somit ein Kriterium für einen Dauererdschluß und kann zum Orten des Erdschlusses ausgewertet werden. So ist es durchaus möglich, den pulsierenden Strom mittels Summenstromwandler 5 oder auch mittels Kabelumbauwandler zu erfassen und beispielsweise mittels Meßgerät 6 zu messen. Zum Orten ist es aber einfacher, die Stromänderungen dauernd unter automatischer Kontrolle zu haben. Dazu wird die erfindungsgernäße Schaltung F i g. 2 angewendet.According to the invention, an impedance, specifically preferably a capacitance, is established with the aid of a clock device 3 4, to the secondary winding of the earth fault extinguishing coil 2 or to one connected in parallel to the earth fault extinguishing coil 2 Single-phase transformer switched on and off periodically. The clock device 3 switches automatically a frequency which, for example, can be of the order of 1/3 Hz. By switching on an impedance to the secondary winding of coil 2, the inductance of the coil is changed, which leads to that wi-d changed periodically with current flow, which also has a periodic influence on the power lines there are currents flowing between the earth fault extinguishing coil and the fault location. The presence of pulsating current changes is therefore a criterion for a permanent earth fault and can be used to locate the Ground fault can be evaluated. So it is quite possible to measure the pulsating current by means of a summation current transformer 5 or by means of a cable converter and, for example, by means of a measuring device 6 measure up. However, it is easier to locate the current changes continuously under automatic control to have. For this purpose, the circuit F i g. 2 applied.

Der vom Stromwandler 5 erfaßte Summenstrom, der mit der Frequenz des Taktgerätes 3 pulsiert, erhält nach Gleichrichtung und Glättung einen rechteckförmigen Verlauf. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Stromänderung gegenüber dem Gesamtstrom recht klein ist, und zwar liegt das Verhältnis Stromänderung zu Gesamtstrom in der Größenordnung von etwa 3 :1000 bis etwa 60 :1000. Aus diesem Grunde wird von einer Differenzierstufe 7 Gebrauch gemacht, die vom Anstiegsteil des Rechtecks einen spitzen, schmalen positiven Impuls und vom Abstiegsteil einen gleichartigen negativen Impuls liefert. Durch diese beiden Impulse wird von der Impulsformerstufe 8 wieder ein Rechteckimpuls gebildet, der unmittelbar eine Anzeigevorrichtung 9, s beispielsweise eine Leuchtdiode., ansprechen lassen kann, und zwar pulsierend mit der Frequenz des Taktgeräts 3.The total current detected by the current transformer 5, which pulsates with the frequency of the clock device 3, receives after Rectification and smoothing have a rectangular shape. It must be taken into account that the change in current compared to the total current is quite small, namely the ratio of the change in current to the total current on the order of about 3: 1000 to about 60: 1000. For this reason there is a differentiation stage 7 made use of a sharp, narrow positive pulse and from the rising part of the rectangle delivers a similar negative impulse from the descent part. Through these two impulses the Pulse shaper 8 again formed a square pulse, which directly a display device 9, s, for example, a light-emitting diode., can respond, pulsing with the frequency of the Clock device 3.

Falls im Netz mit Störimpulsen gerechnet werden muß, ist es zweckmäßig, diese beispielsweise durch eine Verzögerungsstufe 10 herauszufiltern.If interference pulses are to be expected in the network, it is advisable to use a Filter out delay stage 10.

Im Netz der Fig. 1 könnte ein Stromfluß durch die Erdschluß-Löschspule 2 auch dann auftreten, wenn eine der drei Netzle'tungen unterbrochen wäre. Am Ansprechen der Anzeigevorrichtung 9 könnte man dannIn the network of FIG. 1, a current flow through the earth fault extinguishing coil 2 could also occur if a the three network lines would be interrupted. The response of the display device 9 could then

is nicht erkennen, ob ein Erdschluß oder eine Leitungsunterbrechung vorliegt. Um letzteres selbsttätig auszuscheiden wird davon ausgegangen, daß wegen der Vermaschung der heutigen Drehstromnetze es als außerordentlich unwahrscheinlich angesehen werden kann, daß die Spannung an einer der drei Phasen ausfällt Demzufolge werden gemäß F i g. 3 an die drei Phasen R, S, Γ des Netzes drei gleich große ohmsche Widerstände 11, 12, 13 angeschlossen, deren andere Anschlüsse zu einem Sternpunkt 14 zusammengehen.it is not possible to detect whether there is a ground fault or a line break. In order to automatically eliminate the latter, it is assumed that, due to the intermeshing of today's three-phase networks, it can be regarded as extremely unlikely that the voltage on one of the three phases will fail. 3 three equal-sized ohmic resistors 11, 12, 13 connected to the three phases R, S, Γ of the network, the other connections of which merge to form a star point 14.

An diesem Sternpunkt 14 tritt eine Spannung dann und nur dann auf, wenn ein Erdschluß vorliegt. Diese Tatsache wird in der erfindungsgemäßen Schaltung verwendet, indem an einem UND-Gatter 15 der eine Eingang an die Verzögerungsstufe 10 und der andere Eingang an den über den Schwellwertschalter 16 gehenden Sternpunkt 14 geschaltet ist. Das UND-Glied 15 kann nur dann durchschalten, wenn an seinen beiden Eingängen gleichzeitig je ein Signal ansteht, nämlich letzten Endes das vom Summenstromwandler 5 und das vom Sternpunkt 14 herrührende Signal, also nur wenn ein Erdschluß vorliegt. Im Falle, daß die Anzeigevorrichtung 9 eine Leuchtdiode oder eine sonstige Signallampe enthält, wird diese synchron mit dem Taktgerät 3 blinken. Die Leuchtdiode kann in bekannter Weise auch ersetzt werden durch ein Relais nebst geeignetem Vorverstärker, wobei eine der üblichen Schaltungen verwendet werden kann, um das Relais zur Daueranzeige (nicht blinkend) zu bringen.At this star point 14 a voltage occurs if and only if there is a ground fault. These Fact is used in the circuit according to the invention by adding to an AND gate 15 the one Input to the delay stage 10 and the other input to the via the threshold switch 16 going star point 14 is switched. The AND gate 15 can only switch through if on both of them Inputs a signal is pending at the same time, namely in the end that from the summation current transformer 5 and that signal originating from star point 14, i.e. only if there is a ground fault. In the event that the display device 9 contains a light emitting diode or some other signal lamp, this is synchronized with the Clock device 3 flash. The light-emitting diode can also be replaced by a relay in a known manner suitable preamplifier, whereby one of the usual circuits can be used to control the relay To bring permanent display (not flashing).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Meßverfahren zum Verwenden bei der Ortung von Dauererdschlüssen in Drehstromnetzen mit induktiv geerdetem Sternpunkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität der Erdschluß-Löschspule (2) periodisch geändert wird und daß die aus einem Erdschluß im Netz resultierenden periodischen Stromänderungen das Kriterium für das Vorhandensein eines Erdschlusses bilden.1. Measurement method for use in locating permanent earth faults in three-phase networks with inductively earthed star point, characterized in that the inductance of the earth fault extinguishing coil (2) is changed periodically and that the resulting from an earth fault in the network periodic current changes form the criterion for the existence of an earth fault. 2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Taktgeber (3) eine Impedanz periodisch an die Sekundärwicklung der Erdschluß-Löschspule (2) bzw. an einem zur Erdschluß-Löschspule (2) parallelgeschalteten Einphasen-Umspanner zu- und abgeschaltet wird.2. Measuring method according to claim 1, characterized in that by means of a clock (3) a Impedance periodically to the secondary winding of the earth fault extinguishing coil (2) or to one of the Earth-fault extinguishing coil (2) connected in parallel single-phase transformer is switched on and off. 3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz vorzugsweise eine Kapazität (4) ist. ao3. Circuit arrangement for performing the method according to claim 2, characterized in that that the impedance is preferably a capacitance (4). ao 4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Netz resultierenden periodischen Stromänderungen mittels Summenstromwandler (5) erfaßt und einem Differenzierglied (7) zugeführt werden, dessen Ausgang an eine Impulsformerstufe (8) angeschlossen ist, deren Ausgangssignal eine Anzeigevorrichtung (9) betätigt.4. Circuit arrangement for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the periodic current changes resulting in the network are detected by means of summation current transformer (5) and fed to a differentiating element (7), the output of which is connected to a pulse shaper (8), the output signal of which is a Display device (9) actuated. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Impulsformerstufe (8) über ein Verzögerungsglied (10) an den einen Eingang eines UND-Gatters (15) und daß der über drei gleich große ohmsche Widerstände (11,12, 13) gebildete Sternpunkt (14) an einen Schwellwertschalter (16) angeschlossen isi, dessen Ausgangssignal am zweiten Eingang des UND-Gatters (15) ansteht, dessen Ausgangssignal bei gegebenem Dauererdschluß die Anzeigevorrichtung (9) periodisch ansprechen läßt.5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the output of the pulse shaper stage (8) via a delay element (10) to one input of an AND gate (15) and that the via three equal ohmic resistances (11, 12, 13) formed star point (14) is connected to a threshold switch (16) whose output signal pending at the second input of the AND gate (15), the output signal of which for a given Permanent earth fault can respond periodically to the display device (9). 4040
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