DE2713231A1 - Erdschlusschutzverfahren fuer parallel arbeitende generatoren - Google Patents

Erdschlusschutzverfahren fuer parallel arbeitende generatoren

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DE2713231A1
DE2713231A1 DE19772713231 DE2713231A DE2713231A1 DE 2713231 A1 DE2713231 A1 DE 2713231A1 DE 19772713231 DE19772713231 DE 19772713231 DE 2713231 A DE2713231 A DE 2713231A DE 2713231 A1 DE2713231 A1 DE 2713231A1
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parallel
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DE19772713231
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Michael Dipl Ing Fiorentzis
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BBC Brown Boveri France SA
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BBC Brown Boveri France SA
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02H7/00—Emergency 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
    • H02H7/06—Emergency 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
    • H02H7/062—Emergency 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 for parallel connected generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
    • H02H3/17—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass by means of an auxiliary voltage injected into the installation to be protected

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Description

19/77
Me/Ca
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Erdschlusschutzverfahren für parallel arbeitende Generatoren
Die Erfindung betrifft ein Erdschlusschutzverfahren für parallel arbeitende Generatoren, wobei bei einem Erdschluss am Generator ein Erdschlusstrom zwischen der Fehlerstelle und einer an einem geeigneten Ort angeordneten' Erdungsstelle fliesst und das Netz an der Erdungsstelle über einen Erdungstransformator durch einen Erdungswiderstand geerdet ist.
Um einen direkt an einer Sammelschiene arbeitenden Generator selektiv gegen Erdschluss zu schützen, wird gemäss dem derzeitigen Stand der Technik die Nullstrommessung am Generatorabgang verwendet. Gemäss Fig. 1 fliesst bei einem Erdschluss am Generator ein Erdschlusstrom Iw zwischen der Fehlerstelle und einer an einem geeigneten Ort angeordneten Erdungsstelle E. An der Erdungsstelle wird das Netz über einen Erdungstransformator durch einen Erdungs-
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BBC Baden
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widerstand Ra bzw. Rb geerdet. Der Strom Iw ist ein reiner Wattstrom. Er wird an der Stelle A mit Vorteil mit Hilfe eines Richtungsrelais RR gemessen. Durch das Richtungsrelais werden die ebenfalls an der Stelle A fliessenden kapazitiven Ströme ausgesiebt. Der Ort des Erdungswiderstandes Ra oder Rb hängt von der spezifischen Erdungsmethode ab. Bei allen Methoden kann jedoch Iw nicht kleiner gewählt werden als die Fehlerströme If des Nullstromwandlers. Die heute üblichen Erdschlusswattströme Iw erfordern aufwendige Erdungstransformatoren und sonstige Erdungselemente wie z.B. Erdungsschütze und Erdungswiderstände.
Ein weiterer Nachteil aller dieser Methoden ist darin zu sehen, dass der Erdschlusswattstrom Iw und damit auch das Messmoment abnimmt, wenn der Erdfehler sich gegen den Sternpunkt der Maschine verlagert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bestehenden Verfahren für den Statorschlusschutz zu vermeiden und eine Filterung des Nutzstromes aus einem Gemisch von in gewissen Grenzen beliebig gestalteten Störströmen mit relativ einfachen Mitteln zu ermöglichen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei dem eingangs erwähnten Erdschlussverfahren für parallel arbeitende Generatoren das gesamte Netz durch eine betriebs-
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frequente Spannung gegen Erde verlagert wird und die Phase der Verlagerungsspannung im Sinne einer Phasenschwingung dauernd zwischen zwei Lagen hin- und hergeschaltet wird. In der Regel sind die zwei Lagen der Phasenschwingung zueinander gegenphasig.
Die Erfindung sei jetzt anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert. Das Punktionsprinzip des erfindungsgemäss für die Erzeugung der Verlagerungsspannung vorgeschlagenen Phasenschwingelementes ist in Fig. 2 dargestellt. Das Schutzobjekt (hier ein Netz 1) wird über einen Begrenzungswiderstand 2 mit Hilfe des Wandlers 3 gegen Erde verlagert. Die Verlagerungsspannung Uv wird einer betriebsfrequenten Quelle 4 entnommen. Der Verlagerungswandler 3 besitzt zwei Primärwicklungen 5 und 6, die sich entsprechend über die zwei Triacs 7 und 8 an die Quelle 4 anschliessen lassen. Ein Oszillator 9 öffnet abwechselnd die Triacs 7 und 8 abwechselnd mit einer Frequenz l/t,, so dass die Verlagerungsspannung Uv ihre Phasenlage mit der gleichen Frequenz immer wieder umdreht. Inv ist ein Inverter zur Erzielung der richtigen Steuersignalphasen. In Fig. 3 sind die zwei Phasenlagen von Uv mit Uv und Uv bezeichnet. Bei einem Isolationsfehler im Schutzobjekt 1 fliesst ein von Uv herrührender Strom Iv (Iv1, Iv2 in Fig. 3) durch den Begrenzungswiderstand 2 und erzeugt dort einen Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall wird über den Isolierwandler 12 (Fig. 2)
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dem Multiplikator 11 am Eingang χ zugeführt. Am Multiplikatoreingang y steht als Referenzsignal die Spannung Uv selbst. Um Rückwirkungen von Störströmen über die Impedanzen des Verlagerungswandlers zu vermeiden, kann das Referenzsignal auch separat synchron erzeugt werden. Dies ist in Fig. 2 der Fall, wo der Referenzsignalgenerator mit dem Oszillator in einem einzigen Block 9 dargestellt ist. Der Messtrom durch den Widerstand 2 besteht aus einem Nutzsignal Iv und aus einem undefinierbaren Störsignal Is. Is kann beliebige Frequenz, Phasenlage und in gewissen Grenzen auch Amplituden besitzen. Das Produkt am Ausgang des Multiplikators 11 lautet B = Uv χ (Iv + Is) = Uv · Iv + Uv · Is.
Der Anteil UvIs ist bei der Integration über eine beliebig lange Zeit tg gleich Null. Damit gibt es am V/iderstand 2 eine Unterscheidungsmöglichkeit zwischen dem Nutzstrom Iv, der nur bei einem Fehler fliessen kann, und allen möglichen Störströmen Is. Die Integration erfolgt am Filter 13.
Bei einem Versuchsprototyp wurden folgende Werte als günstig befunden:
Uv = 2 % der Netzphasenspannung
t, = 60 ms, wobei die Triacs nur ^5 ms lang gezündet werden, die übrigen 15 ms dienen als Sicherheitszeit, um gleichzeitiges Zünden beider Triacs durch Störströme zu vermeiden
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BBC Baden
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13 = Filter 12. Ordnung (~50 dB)
Fig. H zeigt den Anschluss des Phasenschwingelementes an das Netz 1. Der Erdungswiderstand Ra ist aus Ferroresonanzgründen immer noch notwendig, kann aber im Vergleich zu früher hochohmiger gewählt werden. Der durch die Verlagerungsspannung Uv erzeugte Nutzstrom Iv wird wie bisher an der Stelle A gemessen. Entscheidend ist jetzt, dass weder die Stromwandlerfehler noch sonstige Störströme an der Stelle A die Messung beeinflussen können. Dadurch kann der Nutzstrom Iv und damit auch die Verlagerungsspannung Uv sehr niedrig gewählt werden. Der Stromwandler A braucht nicht mehr aus Spezialkernen angefertigt zu werden, da die Störströme bis zu 100-mal grosser sein können als der Nutzstrom Iv, ohne die Messung zu stören.
Die erwähnte Aufgabe, eine Filterung des Nutzstromes aus einem Gemisch von in gewissen Grenzen beliebig gestalteten Störströmen zu ermöglichen, ist durch die erfindungsgemässe Verwendung einer betriebsfrequenten, jedoch in der Phase oszillierenden Verlagerungsspannung gelöst.
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Claims (1)

  1. BBC Baden
    27Ί3231
    Patentansprüche
    ί Iv Erdschlusschutzverfahren für parallel arbeitende Generatoren, wobei bei einem Erdschluss am Generator ein Erdschlusstrom zwischen der Fehlerstelle und einer an einem geeigneten Ort angeordneten Erdungsstelle fliesst und das Netz an der Erdungsstelle über einen Erdungstransformator durch einen Erdungswiderstand geerdet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Netz durch eine betriebsfrequente Spannung gegen Erde verlagert wird und die Phase der Verlagerungsspannung (Uv) im Sinne einer Phasenschwingung dauernd zwischen zwei Lagen hin- und hergeschaltet wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Lagen der Phasenschwingung zueinander gegenphasig sind.
    3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wandler (3) mit zwei Primärwicklungen (5j 6) vorgesehen ist, dessen Sekundärwicklung zur spannungsmässigen Verlagerung des Schutzobjektes (1) gegen Erde dient, dass die Verlage- rungsspannung (Uv) einer betriebsfrequenten (Quelle (1I) entnommen ist, dass die betriebsfrequente Quelle (1J)
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    ORIGINAL INSPECTED
    BBC Baden
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    nit dem einen Pol an den Verbindungspunkt der beiden Primärwicklungen (5, 6) des Wandlers (3) und mit dem anderen Pol parallel an die Eingänge zweier elektronischer Schalter (7, 8) angeschlossen ist, deren Ausgang jeweils mit dem freien Ende einer Primärwicklung (5 bzw. 6) verbunden ist, dass die beiden elektronischen Schalter (7, 8) durch das Ausgangssignal eines Oszillators (9) an ihren Steuerelektroden abwechselnd geöffnet werden, dass ein Begrenzungswiderstand (2) parallel an die Primärwicklung eines Isolierwandlers (12) angeschlossen ist, dessen Sekundärspannung dem einen Eingang (x) eines Multiplikators (11) zugeführt ist, dass am zweiten Eingang (y) des Multiplikators (11) als Referenzsignal eine betriebsfrequente Spannung ansteht und dass das Ausgangssignal des Multiplikators (11) einem Filter (13) mit Integrationswirkung zugeführt ist.
    H. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzsignal die Verlagerungsspannung (Uv) selbst am zweiten Eingang (y) des Multiplikators (11) ansteht.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzsignal am zweiten Eingang (y) des Multiplikators (11) ein separates, mit der Verlagerungsspannung synchron erzeugtes Signal ansteht.
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    EBC Baden
    6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3j ^ und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Schalter (7, 8) Triacs sind.
    7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerungsspannung (Uv) ca. 2 % der Netzphasenspannung beträgt.
    8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7> dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltperiode der Verlagerungsspannung (Uv) ca. 60 ms beträgt.
    9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Triacs (7, 8) nur ca. ^5 ins lang gezündet werden, während die restliche Zeit von ca. 15 ms als Sicherheitszeit dient, um gleichzeitiges Zünden beider Triacs durch Störströme zu vermeiden.
    10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 9* dadurch gekennzeichnet, dass der bei einem Isolationsfehler fliessende Nutzstrom (Iv) mit einem Richtungsrelais (RR) gemessen wird.
    BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
    809836/CH91
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