DE2716605C2 - Schaltungsanordnung zur ErdschluBerfassung bei einem Stromrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erdschlußerfassung bei einem Stromrichter, der insbesondere für hohe Spannung ausgelegt ist, mit drei elektrischen Bauelementen, die mit ihrem einen Anschluß jeweils an die Wechselspannungsleitungen des Stromrichters angeschlossen und mit ihrem anderen Anschluß gemeinsam in einem künstlichen Sternpunkt zusammengeschlossen sind, und mit einer Stromerfassungsschaltung, die zwischen den künstlichen Stern- punkt und Erde geschaltet ist und die bei Erdschluß ein Meldesignal abgibt

Beim Betrieb einer elektrischen Anlage stellt sich häufig das Problem, einen Erdschluß in dieser Anlage rasch und zuverlässig zu erkennen und anzuzeigen, damit auf schnellstem Wege eine Störungsmeldung abgegeben und/oder Schutzmaßnahmen für die Anlage eingeleitet werden können. Ein solcher Erdschluß kann in einer direkten niederohmigen Verbindung (»satter Erdschluß«) zwischen einem Punkt der Anlage und Erde oder aber auch in einer widerstandsbehafteten Verbindung zwischen diesen Stellen bestehen. Widerstandsbehaftete Verbindungen liegen beispielsweise bei mangelhafter Isolierung vor. Diese kann zur Bildung eines Kriechstroms oder eines Lichtbogen- führen.

■to Aus der Siemens-Zeitschrift 46 (1972), Heft 12, Seiten 909 bis 911, insbesondere Bild 1, ist eine Schaltungsanordnung zur Erdschlußerfassung in der Ständerwicklung einer elektrischen Maschine für hohe Spannung bekannt. Diese Schaltungsanordnung umfaßt u. a. einen Erdungstransformator. Die Primärwicklung des Erdungstransformators besitzt drei Wicklungen, die jeweils mit ihrem einen Anschlußende an einen der drei Phasenleitcr der Maschine angeschlossen sind. Die anderen Anschlußenden der drei Wicklungen sind

w gemeinsam in einem künstlichen Sternpunkt zusammengeführt, der direkt mit Erde verbunden ist Die drei Wicklungen der Sekundärwicklung des Erdungstransformators sind im offenen Dreieck zusammengeschaltet In dieses Dreieck wird eine 20-Hz-Zusatzspannung eingespeist, so daß das Drehstromsystem mit dieser Zusatzspannung gegenüber Erde verspannt wird. Ein Meldesignal für das Auftreten eines Erdschlusses wird an einem Übertrager abgegriffen, der ebenfalls sekundärseitig angeordnet ist

Eine solche Schaltungsanordnung kann zur Erdschlußüberwachung in einem Wechselspannungsnetz, das mit einem Stromrichter galvanisch verbunden ist, nicht angewendet werden. Das liegt daran, daß in der Verlagerungsspannung eines solchen speziellen Wech-

« selspannungsnetzes ein Gleichspannungsanteil auftreten kann. Ein Gleichspannungsanteil tritt immer dann auf, wenn sich ein Erdschluß auf der Gleichstromseite des Stromrichters einstellt, wenn also die Plus- oder

Minusleitung des Stromrichters über einen mehr oder weniger großen Widerstand mit Erde verbunden ist. Das kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn infolge einer defekten Isolierung ein Kurzschluß zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung im Zündübertrager eines der gesteuerten elektrischen Ventile auftritt. Der Gleichspannungsanteil in der Verlagerungsspannung würde einen hohen Strom in der Primärwicklung des Erdungstransformators verursachen und dadurch zu einer Funktionsstörung oder gar zur völligen Zerstörung des Erdungstransformators führen.

Aus dem Lehrbuch »Fehler und Fehlerschutz in elektrischen DrehstromaDtagen« von H. T i t ζ e, 2. Band, Springer-Verlag, Wien 1953, S. 68, ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die ebenfalls zur Erdschlußerfassung dient Bei dieser Schaltungsanordnung werden drei Spannungswandler verwendet Jeweils ist hier die Primärwicklung eines dieser Spannungswandler einerseits an eine Phasenleitung und andererseits an einen gemeinsamen künstlichen Sternpunkt angeschlossen. Der künstliche Sternpunkt ist auch hier wieder direkt mit Erde verbunden. Am offenen Dreieck der drei Sekundärwicklungen der Spannungswandler wird eine Meßspannung abgegriffen, die der dreifachen Verlagerungsspannung entspricht

Auch bei dieser Schaltungsanordnung kann der unter gewissen Umständen auftretende Gleichspannungsanteil in der Verlagerungsspannung zu einer schwerwie genden Funktionsstörung führen. Die Spannungswandler können nämlich schon bei relativ niedrigem Gleichstrom in die Sättigung gehen. Auch diese Schrltungsanordnung ist daher zur Erdschlußerfassung bei eii.em Stromrichter nicht einsetzbar.

Es ist auch bekannt, ein über Stromrichter gespeistes Gleichstromsystem durch Überlagern einer Hilfswechselspannung auf Erdschluß zu überwachen (DE-AS 25 42 811).

Aus dem Siemens-Prospekt LE 2,1975, Seiten 6/65 bis 6/68, Abschnitt »Elektronischer Erdschlußwächter EEW 1«, ist die eingangs genannte Schaltungsanordnung bekannt. Es handelt sich dabei um eine Schaltungsanordnung, mit der in einem Stromrichter der Isolationszustand gegen Erde überwacht wird. Diese Schaltungsanordnung enthält als wesentliche elektrische Bauelemente drei hochohmige, rein ohmsche Widerstände, die mit ihrem einen Ansclilußende jeweils mit einer Wechselspannungsleitung des zu überwachenden Stromrichters verbunden sind. Mit ihrem anderen Anschlußende bilden die Widerstände gemeinsam einen künstlichen Sternpunkt. Zwischen diesen Sternpunkt und Erde ist eine Hilfswicklung geschaltet. Die Hilfswicklung ist Bestandteil einer Stromerfassungsschaltung, die auch einen Ringkernwandler umfaßt. Im störungsfreien Betrieb ist die gemessene Verlagerungsspannung gleich Null, und es fließt über die Hilfswicklung kein Erdschlußstrom. Im Erdschlußfall dagegen ergibt sich zwischen dem mit dem Stromrichter verbundenen Drehstromnetz und Erde nin endlicher Erdschlußwiderstand. Dadurch wird eine gewisse Unsymmetrie der Phasenspannungen gegenüber Erde verursacht. Über die Hilfswicklung fließt nunmehr ein nennenswerter Erdschlußstrom. Die Hilfswicklung beeinflußt den Ringkernwandler, so daß der Erdschlußstrom mit Hilfe des Ringkernwandlers in ein Meldesignal umgeformt wird Das Meldesignal bringt nach weiterer Umformung und Verstärkung ein in Ruhestromschaltung arbeitender Relais zum Abfallen.

Bei dieser Schaltungsanordnung darf im Erdschlußfall die Verlagerungsspannung eine beliebige Kurvenform haben, insbesondere darf sie auch einen Gleichspannungsanteil besitzen, ohne daß darunter die Funktionsfähigkeit leidet Jedoch sind bei dieser Schaltungsanord- nung die drei den Sternpunkt bildenden Widerstände nicht nur im Erdschlußfall, sondern auch im ungestörten Fall dauernd belastet Das hat zur Folge, daß die drei Widerstände für die Dauerbelastung bemessen sein müssen. Hochohmige Widerstände jedoch, die für eine

ίο hohe Leistung und gleichzeitig auch für eine hohe Spannung ausgelegt sind, lassen sich jedoch nur cchwer und mit hohen Kosten beschaffen. Außerdem besitzen solche Widerstände ein beträchtliches Bauvolumen, so daß sie in der Schaltungsanordnung verhältnismäßig viel Platz beanspruchen. Weiterhin ist ein ständiger Energieverlust in den drei Widerständen als nachteilig zu verzeichnen. Außerdem macht sich auch die entstehende Verlustwärme nachteilig bemerkbar.

Aufgabe aer Erfindung ist es demnach, die eingangs genannte Schaltungsanordnung zur Eiüschlußerfassung bei einem Stromrichter so auszugestalten, daß sie im ungestörten Fall mit einem geringen Energieverbrauch auskommt Sie soll auch weiterhin imstande sein im Erdschlußfall eine Verlagerungsspannung auch mit Gleichspinnungsanteil störungsfrei zu verarbeiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als elektrische Bauelemente die Primärwicklungen von drei Spannungswandlern vorgesehen sind, und daß in Reihe zur Stromerfassungsschaltung zwischen den

jo künstlichen Sternpunkt und Erde ein hochohmiger Widerstand geschaltet ist

Die Schaltungsanordnung umfaßt also im wesentlichen drei Spannungswandler, die primärseitig einen Sternpunkt bilden, einen hochohmigen Widerstand und eine im Vergleich dazu niederohmige Stromerfassungsschaltung. Sie beruht auf der Messung der Verlagerungsspannung durch Messung des Stroms im hochohmigen Widerstand. Zur Bemessung des hochohnugen Widerstands ist dabei folgendes zu bemerken: Er muß

4u so dimensioniert sein, daß die Gleichstromvormagnetisierung der Spannungswandler im Erdschlußfall beim Auftreten eines Gleichspannungsanteils auf einen solchen Wert begrenzt wird, daß die Funktion dieser Spannungswandler noch voll gewäht leistet ist Die Bemessung hängt also sowohl von der Größe des zu erwartenden Gleichspannungsanteils als auch von den Eigenschaften der verwendeten Spannungswandler ab. Eine spezielle Bemessungsregel für den allgemeinen Fall läßt sich somit für den hochohmigen Widerstand

so nicht angeben.

Die Schaltung der Sekundärwicklungen der drei Spannungswandler ist im Prinzip gleichgültig. Sie kann aiso z. 3. offen, also ohne jede Schaltverbindung sein. Doch hat sich im Experiment folgendes herausgestellt:

ν-. Wegen der nichtlinearen Magnetisierungskennlinie üblicher Spannungswandler enthält der Magnetisierungsstrom der Spannungswandler Oberschwingungen, von denen die Oberschwingung dritter Ordnung deutlich hervortritt Diese Oberschwingung verursacht

Wi eine Harmonische dritter Ordnung in der Spannung zwischen Sternpunkt und Erde. Es hat sich gezeigt, daß diese Harmonische durch Bürden der Sekundärwicklungen der Spannungswandler verkleinert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist daher

v, vorgesehen, daß die Sekundärwicklungen der Spannungswandler miteinander im Dreieck geschaltet sind, und daß in die Dreiecksschaltung der Sekundärwicklungen als gemeinsame Bürde ein ohmscher Widerstand

eingeschaltet ist. Abweichend hiervon kann aber auch so vorgegangen werden, daß jede Sekundärwicklung an einen eigenen ohmschen Widerstand als Bürde angeschlossen ist.

Die Verwendung einer Dreiecksschaitung mit eingeschaltetem Widerstand hat gegenüber der getrennten Bürdung den Vorteil, daß nur ein einziger Widerstand benötigt wird; allerdings muß dieser für eine Spannung bemessen sein, die dreimal so hoch ist als bei getrennter Bürdung.

Aus Sicherheitsgründen ist es zweckmäßig, die Sekundärwicklungen an einer Stelle an Schutzerde anzuschließen. Eine solche Maßnahme kann durch gesetzliche Bestimmungen bei einem Stromrichter ohnehin vorgeschrieben sein.

Im allgemeinen wird man bestrebt sein, die Meßschaltung potentialmäßig von der Auswerteschaltung zu trennen. Eine weitere Ausbildung sieht demgemäß vor,

transformator umfaßt, dessen Eingang zwischen dem hochohmigen Widerstand und Erde angeschlossen ist, und daß an den Ausgang des Gleichstromtransformators ein Arbeitswiderstand angeschlossen ist, an dem das Meldesignal abgegriffen ist. Hierbei ist dafür gesorgt, daß der Gleichstromtransformator nicht auf hohem Potential liegt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform läßt sich für einen Umrichter angeben, der aus zwei zusammengeschalteten Stromrichtern besteht. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schaltungsanordnung zur Erdschlußerfassung mit Stromerfassungsschaltung an die Wechselspannungsleitungen des weiteren Stromrichters angeschlossen ist, und daß die Meldesignale beider Stromerfassungsschaltungen auf ein Additionsglied gegeben sind.

Die Vorteile dieser Ausführungsform beruhen auf folgender Tatsache: Der Stromrichterbetrieb bei beiden Stromrichtern ruft in den beiden Sternpunkten hohe Oberschwingungsspannungen hervor, die jedoch einen gegenphasigen Verlauf haben. Sie heben sich also bei der Addition im Additionsglied, das kann beispielsweise ein Summierverstärker sein, auf, so daß an dessen Ausgang die Spannung annähernd gleich Null ist. Bei Erdschluß jedoch entstehen in den beiden Sternpunkten Verlagerungsspannungen mit gleichphasigem Verlauf. Der Erdschlußfall wird also durch eine besonders deutliche Signalabgabe hervorgehoben. Das führt zu einem besonders sicheren und schnellen Anzeigen und/oder Einleiten von Schutzmaßnahmen und einer hohen Ansprechempfindlichkeit.

Weitere zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist insbesondere für die Erdschlußüberwachung von Hochspannungsanlagen mit einem oder mehreren Stromrichtern geeignet Solche Hochspannungsanlagen können Spannungen von z. B. 500 kV aufweisen. Die Anwendung bei einem Stromrichter für Niederspannung, z. B. für 500 oder 1000 V, ist jedoch genauso möglich.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand an Bauelementen und Kosten zu fertigen. Bedeutsam ist daß bei dieser Schaltungsanordnung der künstliche Sternpunkt nicht direkt oder nur niederohmig mit Erde verbunden ist Infolge der Zwischenschaltung des hochohmigen Widerstands führt hier selbst eine hohe Verlagerungsspannung noch zu einem relativ geringen Erdschlußstrom; dieser ist für die Spannungswandler infolge ihrer Dimensionierung noch ohne weiteres verträglich. Das gilt auch für einen Gleichspannungsanteil in der Verlagerungsspannung. Die Verlagerungsspannung kann also im Erdschlußfall eine beliebige Kurvenform besitzen. Hieraus wird auch deutlich, daß die Schaltungsanordnung nicht nur einen Erdschluß auf der Drehstromseite, sondern auch einen Erdschluß auf der Gleichstromseite des Stromrichters anzeigt.

Besonders bedeutsam ist auch, daß im ungestörten

ίο Fall der liochohmige Widerstand zwischen künstlichem Sternpunkt und Erde nicht belastet ist. Es entstehen somit keine Dauerverluste an Energie. Auch eine störende Erwärmung der Umgebung wird vermieden. Wird das Meldesignal der Schaltungsanordnung zum Abschalten der Spannung an den Wechselspannungsleitungen des Stromrichters verwendet, so muß der hochohmige Widerstand zwar für die Spannung des Stromrichters, braucht jedoch nur für eine kurzzeitigf

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2n gung muß sich nämlich nur nach derjenigen Energie richten, die zwischen dem Auftreten des Erdschlusses und dem Abschalten des Wechselspannungsnetzes aufzunehmen ist. Ein solcher Widerstand erfordert nur einen vertretbaren Kostenaufwand. Er beansprucht verhältnismäßig wenig Platz.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand νυιι zwei Figuren näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur Erdschlußerfassung bei einem Stromrichter und

F i g. 2 zwei Schaliungsanordnur.gen zur Erdschlußerfassung in Verbindung mit zwei miteinander verbundenen Stromrichtern.
Nach Fig. 1 wird ein Verbraucher 2 aus einem Stromrichter 4 mit gesteuerten Hauptventilen in Brückenschaltung gespeist. Bei dem Verbraucher 2 kann es sich speziell um eine elektrische Maschine und bei dem Stromrichter 4 um einen Wechselrichter mit gesteuerten Hauptventilen in Drehstrom-Brückenschaltung handeln. Die drei Wechselspannungsleitungen U, V, Wdes Stromrich'ers 4 sind über Drosselspulen 8 und einen Schalter 10 mit einem dreiphasigen Wechselspannungsnetz 12 mit den Phasenleitern R, S, Γ verbunden. Bei dem Wechselspannungsnetz 12 kann es sich insbesondere um ein Versorgungsnetz mit hoher Spannung handeln.

Weiterhin ist eine Schaltungsanordnung zur Erdschlußerfassung im Stromrichter 4 vorgesehen. Mit dieser Schaltungsanordnung ist es möglich festzustellen,

so ob zwischen einer Wechselspannungsleitung U, V, W des Stromrichters 4 einerseits und Erde E andere, /eits ein Erdschluß besteht Zur Erfassung eines solchen Erdschlusses wird die natürliche Verlagerungsspannung (»Nullspannung«) herangezogen. Sie erscheint bei Erdschluß im Sternpunkt des Drehstromsystems, das durch die Wechselspannungsleitungen U, V, W repräsentiert wird. Vorliegend ist dieser Netzsternpunkt nicht zugänglich oder nicht vorhanden. Daher wird mit Hilfe von drei Spannungswandlern 14, 16, 18 ein künstlicher Sternpunkt 20 gebildet

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die Primärwicklungen der drei Spannungswandler 14, 16,18 mit ihrem einen Anschluß jeweils an eine Wechselspannungsleitung U, V bzw. W des Stromrichters 4 angeschlossen sind. Mit ihrem anderen Anschluß sind sie gemeinsam im künstlichen Stempunkt 20 zusammengeschlossen. Die Sekundärwicklungen aller drei Spannungswandler 14, 16,18 sind miteinander im Dreieck geschaltet In diese

Dreiecksschaltung ist als gemeinsame Bürde ein ohmscher Widerstand 22 eingeschaltet. Er ist relativ niederohmig bemessen, und sein ohmscher Wert kann beispielsweise 100 oder 1000 Ohm betragen. Ist sein Widerstandswert Null, so können sich — wie Untersuchungen gezeigt haben — unter Umständen hochfrequente Schwingungen hoher Amplitude einstellen. Er ist bei Verwendung üblicher Spannungswandler z. B. für 300 V ausgelegt. Er sorgt dafür, daß die Oberschwingungen in der Sternpunktipannung und /.wischen dem Siernpunkt 20 und Erde E herabgesetzt werden. Die Dreiecksschaltung der Sekundärwicklungen wird aus Sicherheitsgründen an einer beliebigen Stelle an Erde F angeschlossen; für die Funktion ist diese Erdung jedoch nicht erforderlich.

Der Sternpunkt 20 ist nicht direkt, vielmehr über einen hochohmigen Widerstand 24 und eine demgegcn über niederohmige Stromerfassungsschaitung 20 mit !>de Everbunden. Im ungestörten Fall (kein Erdschluß) liegt dir künstliche Sternpunkt 20 etwa auf Erdpotential. Im Erdschlußfall dagegen tritt die Verlagerungsspannung υ auf, die beträchtliche Werte annehmen kann. Diese Verlagerungsspannung u hat im hochohmigen Widerstand 24 einen proportionalen Erdschlußstrom / zur Folge, der mit Hilfe der Stromerfassungsschaitung 26 gemessen und in ein Meldesignal umgeformt wird. Dieses Meldesignal wird im vorliegenden Fall in der Stromerfassungsschaitung 26 zu einem Abschaltsignal weiterverarbeitet, das über eine Signalleitung 28 zum öffnen des Schalters 10 bei Erdschluß herangezogen wird.

Die Bemessung des hochohmigen Widerstands 24 wird unter Berücksichtigung folgender Überlegung vorgenommen: Die Funktion der Spannungswandler 14, 16, 18 muß auch bei einem gleichstromseitigen Erdschluß des Stromrichters 4, also bei Verbindung einer der beiden Zuleitungen zwischen Stromrichter und Verbraucher 2 mit Erde E gewährleistet sein. Die zulässige Vormagnetisierung der Spannungswandler 14, 16, 18 darf also auch im ungünstigsten Fall eines Erdschlusses nicht überschritten werden. Im ungünstigsten Fall muß mit einem Gleichspannungsanteil in der Verlagerungsspannung u gerechnet werden, die dem halben Wert der gleichgerichteten Spannung am Verbraucher 2 bei höchster Aussteuerung des Stromrichters 4 entspricht.

In einer bereits experimentell untersuchten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung, die zur Erdschlußerfassung bei einem Stromrichter für eine Spannung von 500 kV diente, wurde als Widerstandswert für den hochohmigen Widerstand 24 ein Wert von etwa 1 MOhm als funktionsgerecht gefunden. Dieser Wert kann, da bei der Dimensionierung viele Einflußgroßen eingehen, für andere Ausführungsformen nur als grober Richtwert angesehen werden. Der Wert des Widerstands 22 betrug in der untersuchten Ausführungsform ca. 100 Ohm. Auch dieser Wert kann für andere Ausführungsformen nur als grober Richtwert angesehen werden.

Der hochohmige Widerstand 24 muß zwar für eine hohe Spannung, braucht aber nur für eine relativ geringe Leistung ausgelegt zu sein; diese Leistung ist durch die Zeit zwischen dem Auftreten eines Erdschlusses und dem Abschalten der Wechselspannungsleitungen U, V, Wdurch öffnen des Schalters 10 mittels der Stromerfassungsschaitung 26 bestimmt.

Es war bereits erwähnt worden, daß durch den hochohmigen Widerstand 24 ein der Verlagerungsspannung u proportionaler Erdschlußstrom / fließt. Dieser wird durch die Stromerfassungsschaitung 26 ausgewertet. Hierbei ist es zweckmäßig, von einer potentialfreien Signalübertragung mittels eines Gleichslromtransformators Gebrauch zu machen. Dieses ist in Fig ! symbolisch im Bild für die Stromerfassungsschaitung 26 angedeutet.

Nach Fig. 2 sind zwei Hochspannungs-Stromrichter Aa und 46 über Glättungsdrosselspulen 5 und 7 zu einem

ίο Umrichter z.usammcngeschaltet. Die Wechsclspannungsleitungen des Stromrichters 4a sind mit //'. V", W und diejenigen des Stromrichters Ab mit I)". V", W" bezeichnet. Die Frequenzen sind mit Γ und f" benannt. Die Frequenz /'kann z. B. starr sein und 50 Hz betragen,

π und die Frequenz f" kann einstellbar sein. Den Stromrichtern 4a. Ab sind zwei gleichartige Schaltungsanordnungcn zur Erdschlußerfassung zugeordnet, die ausgangsseitig miteinander verktiüpii sind. Die Bauelemente der zum Stromrichter 4a gehörenden Schaltungs-

2n anordnung sind mit dem Zusatz a und diejenigen des Stromrichters Ab sind mit dem Zusatz b versehen. Beide Schaltungsanordnungen zeigen im wesentlichen denselben Aufbau wie diejenige in F i g. I.

Auf den beiden Drehstromseiter, des Umrichters 4a,

« Ab. 5, 7 sind Spannungswandler 14a, 16a, 18a bzw. 146. 16/?, 186 in primärseiliger Sternschaltung angeschlossen. Der Sternpunkt 20a. 2Oi) ist jeweils über einen hochohmigen Widerstand 24a bzw. 246 und über eine Stromerfassungsschaitung 26a bzw. 26b mit Erde E

3" verbunden.

Am Eingang der Stromerfassungsschaltungen 26a, 26b liegen jeweils z.wei in Gegenreihe geschaltete Zenerdioden 30a, 306. Diese erfüllen eine Schutzfunktion; sie sorgen dafür, daß die Eingangsspannung nicht über den Wert der Zenerspannung hinausgeht. An den Eingang ist weiterhin jeweils ein Gleichstromtransformator 32a bzw. 32b angeschlossen. Diese dienen zur potentialfrcien Übertragung des erfaßten Erdstroms i_a bzw. it, und erleichtern die nachfolgende Weiterverarbeitung dieser Signale. Die Gleichstromtransformatoren 32a, 326 sind nur schematisch dargestellt. Sie können in üblicher Weise aus elektronischen Bauelementen aufgebaute Zerhacker umfassen. Das Übertragungsverhältnis der zugehörigen Transformatoren kann beispielsweise 1 : 1 betragen. Dann wird das Stromsignal i, bzw. /f, potentialfrei ebenfalls im Verhältnis 1 :1 übertragen. Am Ausgang jedes Gleichstromtransformators 32a. 32b liegt ein Arbeitswiderstand 34a, 346. Dieser ist gegen Masse, also nicht gegen Erde E geschaltet.

V) Auch die weitere Signalverarbeitung geht von Masse, nicht von Erde E als Bezugspotential aus. Am Arbeitswiderstand 34a, 346 ist ein Ausgangssignal v* Vf, abgreifbar, das direkt proportional zum Strom /, bzw. k und auch direkt proportional zur Verlagerungsspannung u, bzw. Üb ist; es liegt jeweils in dem für die weitere Verarbeitung durch Operationsverstärker günstigen Spannungsbereich von 0 bis etwa 10 V. Die Spannungen Ua, Ub und V₃, Vb sowie die Ströme /* 4 können reine Wechselgrößen oder Gleichgrößen mit überlagerten Wechselgrößen sein.

Der z. B. sechspulsige Stromrichterbetrieb ohne Erdschluß ruft in den beiden Sternpunkten 20a, 206 Spannungen u„ m hervor, die Oberschwingungen enthalten, von denen jene dritter Ordnung (Frequenz 3/ und 3Γ) die höchste Amplitude haben. Die dritten Harmonischen treten in den Sternpunkten 20a, 206 im wesentlichen in Gegenphase auf, weshalb sie sich im Additionspunkt 38 eines Additionsgliedes 40 praktisch

aufheben. Als Additionsglied 40 kann hierbei ein .Summierverstärker, insbesondere ein Operationsverstärker, vorgesehen sein. An dessen Ausgang ist die Spannung ivpraktisch Null.

Bei Erdschluß dagegen entstehen in den Sternpunkfen 20a, 20b Vsrlagerungsspannungen U₁, ut, mit gleichphasigem Verlauf. Durch Addition am Additionspunkt 38 erhält man nun am Ausgang des Additionsgliedes 40 eine Spannung w ungleich Null, und zwar eine Wechselspannung, der gegebenenfalls ein Gleichanteil überlagert sein kann.

Dem Additionsglied 40 ist eine Gleichrichterschallung 42 iiachgeschaltet. Diese besteht aus zwei parallelen Zweigen. Der eine Zweig enthält eine Diode 44 und der andere Zweig enthält die Reihenschaltung einer Diode 46 mit einem Inversionsglied 48. Die Gleichrichterschaltung 42 gewährleistet, daß beide Polaritäten der Summenspannung (u₃ + iih) erfaßt

10

Vergleichspunkt 50 eines Kippverstärkers 52 gegeben. Am Vergleichspunkt 50 liegt auch eine an einem Einstellorgan, speziell einem Potentiometer 54 abgegriffene Spannung, ivlit dem Potentiometer 54 kann der Ansprechpunkt des Kippverstärkers 52 und damit der zulässige Störpegel eingestellt werden.

Das Ansprechen des Kippverstärkers 52 führt zum Durchschalten eines nachgeschalteten Transistors 56. Mit diesem Transistor 56 liegt ein Relais 58 in Reihe. Mit

ίο dessen Schaltkontakt 60 läßt sich ein Meldesignal für das Auftreten von Erdschluß und/oder ein Abschaltsignal für das Netz I)'. V, W und/oder U". V", W" und/oder für Gleichspannungspole der Stromrichter 4<i, 4b abgeben.

Die Verknüpfung von zwei .Schaltungsanordnungen zwecks zweiseitiger Erdschlußerfassung nach F-' i g. 2 hat den Vorteil, daß sich infolge der Kompensationsmöglichkeit eine hohe Ansprechempfindlichkeit erreichen laßt.

Die gleichgerichtete Spannung y ist auf den

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   I:, Schaltungsanordnung zur ErdschluQerfassung bei einem Stromrichter, der insbesondere für hohe Spannungen ausgelegt ist, mit drei elektrischen Bauelementen, die mit ihrem einen Anschluß jeweils an die Wechselspannungsleitungen des Stromrichters angeschlossen und mit ihrem anderen Anschluß gemeinsam in einem künstlichen Stempunkt zusammengeschlossen sind, und mit einer Stromerfassungsschaltung, die zwischen den künstlichen Sternpunkt und Erde geschaltet ist und die bei Erdschluß ein Meldesignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Bauelemente die Primärwicklungen von drei Spannungswandlern (14, 16, 18) vorgesehen sind und daß in Reihe zur Stromerfassungsschaltung (26) zwischen den künstlichen Sternpunkt (20) und Erde (E) ein hochohmiger Widerstaüä{24) geschaltet ist (F ig. 1 und 2).
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen der Spannungswandler (14, 16, 18) miteinander im Dreieck geschaltet sind und daß in die Dreiecksschaltung der Sekundärwicklungen als gemeinsame Bürde ein ohmscher Widerstand (22) eingeschaltet ist(Fig. Iund2).
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sekundärwicklung der Spannungswandler (14, 16, 18) an einen eigenen ohmschen Widerstand als Bürde angeschlossen ist
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreiecksschaltung der Sekundärwicklungen an finer Stelle an Erde (E) angeschlossen ist (F i g. 1 und 2).
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sekundärwicklung an Erde angeschlossen ist
6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungsschaltung (26) einen Gleichstromtransformator (32) umfaßt, dessen Eingang zwischen dem hochohmigen Widerstand (24) und Erde (E) angeschlossen ist und daß an den Ausgang des Gleichstromtransformators (32) ein Arbeitswiderstand (34) angeschlossen ist, an dem das Meldesignal ^abgegriffen ist (F i g. 2).
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz gegen unzulässige Überspannungen dem Eingang des Gleichstromtransformators (32) zwei in Gegenreihe geschaltete Zenerdioden (30) parallel geschaltet sind (F i g. 2).
8. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für einen Umrichter, der neben dem Stromrichter einen weiteren, mit diesem zusammengeschalteten Stromrichter umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schaltungsanordnung zur Erdschlußerfassung mit Stromerfassungsschaltung (Kb) an die Wechselspannungsieiiungen (U", V", W") des weiteren Stromrichters (4b) angeschlossen ist und daß die Meldesignale (V* vt,) beider Stromerfassungsschaltungen (26a, 26b) auf ein Additionsglied (40) gegeben sind (F i g. 2).
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Additionsgliedes (40) eine Gleichrichterschaltung (42) zur Ausnutzung beider Polaritäten der Verlagerungsspannung angeschlossen ist.
10. 10, Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Additionsglied (40) ein Kippverstärker (42) nachgeschaltet ist
11. U. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippverstärker (42) ein Einstellorgan (54) zur Einstellung des Kippunktes besitzt
12. 12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Meldesignal (v* »yjzur Betätigung eines Melderelais (58) vorgesehen ist