DE2713000C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Anzeige von Erdschlußwischern in Drehstromnetzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Anzeige von Erdschlußwischern in Drehstromnetzen mit isoliertem oder induktiv geerdetem Sternpunkt.

Verfahren und Anordnungen zur Anzeige von Erdschlußwischern basieren nach dem Stande der Technik zum Beispiel auf der Erfassung der Entladeschwingung, die durch Kurzschließen der Kapazität zwischen der vom Erdschluß betroffenen Phase und Erde entsteht. Gleichzeitig werden hierbei auch die Schwingungen der Aufladung der zwei übrigen fehlerfreien Leiter erfaßt. Das erfolgt in der Regel durch einen Summenstromwandler, der den Umladevorgang im Netz strommäßig aufnimmt.

So wird z.B. in der DE-OS 14 63 729 die erste Halbwelle dieser Umladung nach Umformung in einen Rechteckimpuls definierter Breite polaritätsmäßig verglichen mit der in Rechteckimpulse umgeformten netzfrequenten Verlagerungsspannung. Allerdings ergibt sich hierbei der Nachteil, daß ein Erdschlußwischer, der in der Nähe des Nulldurchgangs auftritt, eine Fehlmeldung zur Folge haben kann, weil das Signal der netzfrequenten Verlagerungsspannung klein gegen das Signal des mittelfrequenten Umladestromes ist.

Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung anzugeben, die es ermöglichen, alle auftretenden Erdschlüsse zu erfassen. Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Gemäß der Erfindung wird also jetzt nicht mehr mit der Verlagerungsspannung sondern mit dem UmladestiOm einer Nachbildung der Netz-Erde-Kapazitäten verglichen. Die Nachbildung der Netz-Erde-Kapazitäten erfolgt in bekannter Weise durch drei gleich große Kapazitäten, die mit ihrer einen Seite an den Phasen des Netzes liegen und mit den anderen Seiten zu einem Sternpunkt zusammengefaßt und über einen Stromwandler geerdet sind.

Ein im Netz auftretender Erdschluß zwischen einer Phase und Erde entlädt die aufgeladene Kapazität zwischen dieser Phase und Erde und lädt die Kapazitäten der beiden anderen Phasen gegenüber Erde auf. Es resultieren also zusätzliche Ströme im Netz, die über einen Summenstromwandler (Einzelwandler für jede Phase in Holmgreen-Schaltung oder Kabelumbauwandler) als Umladestrom meßtechnisch erfaßt werden. Der Umladestrom entspricht einer gedämpften Schwingung mit wesentlich höherer Frequenz als Netzfrequenz.

Zum anderen wird auch die nachgebildete Netz-Erde-Kapazität der vom Erdschluß betroffenen Phase entladen, und es werden die Kapazitäten der anderen beiden Phasen gegen Erde aufgeladen. Somit hat der künstliche Sternpunkt Spannung gegen Erde, und es resultiert ein Umladestrom, der durch einen Stromwandler meßtechnisch erfaßt wird.

Beide Umladevorgänge sind gedämpfte Entladeschwingungen von annähernd gleicher Frequenz. So erfolgt die Umladung der »natürlichen« Kapazität Netz-Erde meist mit einer Frequenz von 300 bis 800 Hz. Bei der ^künstlichen« Kapazitätsnachbildung wählt man die Kapazitäten so, daß z. B. eine mittlere Frequenz aus dem genannten Bereich entsteht.

Die erfindungsgemäße Schaltung, ihre Funktion sowie das Meßverfahren sollen nun anhand der Zeichnung näher beschrieben werden.

In Fi g. 1 ist die erfindungsgemäße Prinzip-Schaltung dargestellt.

F i g. 2 zeigt eine ausführlichere Schaltung.
In Fig. 1 unten sind die Kapazitäten 1, 2, 3 angedeutet, die zwischen den Phasen R, S, T des

so Drehstromnetzes und der Erde vorhanden sind. Mit dem Blitzsymbol zwischen Phase R und Erde soll ein Erdschluß (Erdschlußwischer) angedeutet werden. Dieser Erdschluß bewirkt einen Entladevorgang der Kapazität 3, d. h. eine gedämpfte Schwingung höherer Frequenz. Der Erdschluß wirkt sich auch auf die übrigen Phasen auf, deren Kapazitäten 1, 2 gleichzeitig aufgeladen werden, so daß Umladeströme entstehen, die zur Messung herangezogen werden über den Summenstromwandler 4. Der aus diesem Summenstromwandler 4 gewonnene Strom wird zum Anpassungswandler 5 geführt.

Mit den Phasen R, S, Tund den untereinander gleich großen Kapazitäten 6, 7, 8 wird ein Netz-Sternpunkt 9 gebildet, der über die Primärseite des Wandlers 10 geerdet ist.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß ein Erdschluß, der von der Meßstelle aus gesehen in Leitungsrichtung erfolgt, einen Umladestrom der natürlichen Netz-Erde-

Kapazitäten (1,2,3) erzeugt, der mit dem Umladestrom der Kapazitätsnachbildung (6,7,8) gleichphasig erfolgt.

Bei gegebener Gleichphasigkeit stehen dann am Exklusiv-ODER-Gatter 11 zwei Signale gleicher Polarität an, so daß das Exklusiv-ODER-Gatter 11 dann durchschaltet

Dagegen ist bei Erdschluß in Sammelschienenrichtung das Signal, das der Summenstromwandler 4 dem Netz entnimmt, gegenphasig zum Signal des Stromwandlers 10; beide Signale sind also verschiedener Polarität Durch den Inverter 13 wird die Polarität des einen Signals umgekehrt, so daß in diesem Falle das Exklusiv-ODER-Gatter 12 durchschaltet. Ober geeignete Operationsverstärker 14 bzw. 15 spricht dann eine der Anzeigevorrichtungen 16 oder 17 an. Und zwar 16 bei Gleichphasigkeit, d. h. bei Erdschluß in Leitungsrichtung und 17 bei Gegenphasigkeit, also bei Erdschluß in Sar.imelschienenrichtung.

Die Anzeigevorrichtungen 16, 17 sind im einfachsten Falle Signallampen, z. B. Leuchtdioden oder Glühlämpchen. Sie können auch durch Relais mit an sich bekannter Halteschaltung oder auch durch Haftrelais ersetzt werden, ebenfalls mit bekannter Schaltung.

Das generelle Meßverfahren und die Prinzipschaltung dazu (Fig. 1) lassen im übrigen nur das Erkennen von echten Erdschlußwischern zu. Damit soll gesagt sein, daß Schaltungen im Netz wie z. B. Umschaltung von Leitungsteilen, die erdschlußähnliche Umladeströme zur Folge haben, weil infolge ungleichmäßigen Schließens der Kontaktelemente kurzzeitig eine unsymmetrische Netzbelastung auftritt, keine Erdschlußanzeige zur Folge haben. Denn da sich diese Unsymmetrie nur über den Summenstromwandler 4 auswirkt und dagegen keine Verlagerungsspannung im Sternpunkt 9 zur Folge hat, so steht sowohl am Exklusiv-ODER-Gatter 11 als auch am Exklusiv-ODER-Gatter 12 nur je ein Signal an, so daß keines dieser beiden Gatter 11 und 12 durchschaltet und auch keine der Anzeigevorrichtungen 16 bzw. 17 anspricht.

Eine ausführlichere Schaltung für ein Gerät zur erfindungsgemäßen Anzeige von ErdschluDwischern ist in Fig.2 dargestellt. An die Stelle der beiden Stromwandler 5 und 10 treten nun Stromwandler 5a und 10a mit jeweils einer Mittelanzapfung auf der Sekuiidärseite zwecks Plus-Minus-Bildung.

Sekundärseitig sind Impulsformer 18, 19 bzw. 20, 21 angeordnet, von denen die einen (18 bzw. 20) nur für positive und die anderen (19 bzw. 21) nur für negative Signale leitend sind.

ίο Geben nun die Stromwandler 5a und 10a zwei gleichphasige Signale ab. so schalten entweder die Impulsformer 18 und 20 oder 19 und 21 durch. Bei Gegenphasigkeit beider Signale schalten dagegen entweder die Impulsformer 18 und 21 oder 19 und 20

!5 durch.

Hiermit allein sind jedoch die K.oinzidenz-(»Und«-) Bedingungen für die UND-Gatter 22, 23 bzw. 24, 25 noch nicht erfüllt. Vielmehr erhält bei Eintritt des Erdschlusses das ODER-Gatter 26 Signal und regt die

2i> Verzögerungsstufe 27 an, die das Monoflop 28 verzögert anstößt. In der Ablaufzeit des Monoflops 28 wird die UND-Bedingung für die UND-Gatter 22 oder 23 bzw. 24 oder 25 erfüllt, und es gelangt ein Impuls entweder über das ODER-Gatter 29 oder über das ODER-Gatter 30 zum Schaltverstärker 31 oder 32, der das jeweilige Haftrelais 33 oder 34 betätigt. Wird 33 betätigt, so leuchtet eine (in F i g. 2 nicht dargestellte) Signallampe mit der Bedeutung »Erdschluß in Leitungsrichtung« auf. Bei einem Erdschluß in Sammelschienen-

if. richtung spricht dagegen das Haftrelais 34 an und läßt eine zweite (in Fig. 2 nicht dargestellte) Signallampe aufleuchten.

Sollte vorher jeweils das andere Relais angesprochen werden, wird dieses zurückgestellt, bevor das zutreffende anspricht. Jedes der Relais 33 oder 34 kann auch willkürlich von Hand zurückgestellt werden durch Betätigen der Rückstelltaste 35.

Durch diese Funktion wird immer der zuletzt enolgte Erdschluß angezeigt, der für eine selektive Messung ausschlaggebend ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur selektiven Erfassung von Erdschlußwischern in dreiphasigen Netzen mit isoliertem oder induktiv geerdetem Sternpunkt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbwelle des Umladestroms der natürlichen Netz-Erde-Kapazitäten (1, 2, 3) polaritätsmäßig verglichen wird mit der ersten Halbwelle des Umladestroms von nachgebildeten Netzkapazitäten (6, 7,8) gegen Erde.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei ein Summenstromwandler (4) die bei Erdschluß im Netz auftretenden Umladeströme der natürlichen Kapazitäten (1, 2,3) der Phasen R, S, Tgegen Erde erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromwandler (10) piimärseitig an den Sternpunkt (9) der nachgebildeten Netzkapazitäten (6, 7, 8) und an Erde angeschlossen ist und bei Erdschluß die Umladesiröme der nachgebildeten Netzkapazitäten (6, 7, 8) erfaßt und daß die Sekundärseiten der Stromwandler (5 bzw. 10) an Eingänge von Exklusiv-ODER-Gattern (11 bzw. 12) angeschlossen sind, deren Ausgänge über Verstärkereinheiten (14 bzw. 15) die Anzeigevorrichtungen (16 bzw. 17) steuern.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Impulsformerstufen (18,19, 20, 21) einerseits über je zwei UND-Glieder (22,23 bzw. 24, 25) und andererseits über ein vierfaches ODER-Glied (26) mit nachfolgender Verzögerungsstufe (27) und Monoflop (28) über je eines der beiden Zweifach-ODER-Glieder (29 oder 30) und Verstärker (31, 32) eines der beiden Haftrelais (33 bzw. 34) ansprechen lassen, je nachdem, ob die zwei miteinander verglichenen Impulse gleiches oder verschiedenes Vorzeichen haben.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbildung der Netz-Erde-Kapazität mit solchen Kapazitatswerten erfolgt, daß sich bei Erdschluß eine mittlere Frequenz der Umladeschwingung ergibt.