DE313473C - - Google Patents

Description

Im Patent 304823 ist eine Einrichtung angegeben, - welche in Hochspannungsnetzen die Unterdrückung bzw. Begrenzung und die lichtbogenfreie Abschaltnng des Erdschlußstromes sichert. Die Einrichtung besteht im wesentlichen darin, daß unter Benutzung der an sich bekannten Nullpunkterdung über Drosselspulen letztere derart bemessen sind, daß sie unter der Phasenspannung einen Strom gleich oder annähernd gleich dem Erdschlußstrom des Netzes aufnehmen.

Es bietet unter Umständen Vorteile, gemäß der Erfindung in den Drosselspulenzweig Hilfsspannungen bestimmter Richtung einzuführen.

Diese Hilfsspannungen können die gleiche oder entgegengesetzte Richtung haben wie die

• Spannung an der Drosselspule und gestatten je nach dieser Richtung die Verwendung von Spulen, welche für eine kleinere oder größere Spannung und dementsprechend für einen größeren oder kleineren Strom bemessen sind. Man ist so in der Lage, kleine Ungenauigkeiten in der Bemessung der Drosselspule auszugleichen, ferner Spulen von geeigneteren Abmessungen zu benutzen, insbesondere können dadurch unter Umständen in Verschiedenen Anlagen gleiche Drosselspulen bzw. bereits für andere Zwecke vorhandene Typen benutzt werden. Besonders wichtig ist» daß man bei nachträg-

liehen - Änderungen der Netzgrößen (Leitungslänge, Erdschlußstrom), die sich infolge eines Ausbaues des Netzes oder aus anderen Gründen ergeben können, durch Einfügung der Hilfsspannungen die ursprüngliche Drosselspule unverändert beibehalten kann. Weiter ermöglicht die Einführung von Hilfsspannungen, deren Richtung mit der Richtung des Spulenstromes zusammenfällt, eine willkürliche Beeinflussung der Dämpfung des aus der Spule und der Netzkapazität gebildeten Schwingungskreises und bietet somit den Vorteil der Begrenzung des Reststromes.

Nach Fig. 1, welche die Anwendung des Erfindungsgedankens bei einem Einphasensystem zeigt, werden in Reihe mit der Erdschlußspule d, welche den Nullpunkt 0. eines Generators oder Transformators α erdet, die Sekundärseiten zweier Transformatoren β und f oder die eines Transformators mit drittem freien Schenkel angeordnet, die primär einer- ,50 seits an den Polen g und h, andererseits an Erde liegen. Die Schaltung ist so auszuführen, daß im ungestörten Betrieb die Spannungen der Sekundärseiten ■ einander entgegenwirken. Die Fig. 1 läßt dies an den Stromrichtungen erkennen; die Ströme durch die Induktivitäten e und f sind denen durch die Kapazitäten c und b entgegengerichtet.

Bei Erdschluß ζ. B. der Phase g wird die Primärseite des Transformators f kurzgeschlossen, seine Spannung verschwindet. Dagegen erhält die Primärseite des Transformators e die volle Spannung g-h. Auf seiner Sekundärseite erscheint die Hilfsspannung E_Ä,

die nach der Schaltung der Fig. ι der Phasenspannung Ep entgegengerichtet ist, im .allgemeinen aber sowohl gleich wie entgegengerichtet sein kann.

Ist Je der Erdschlußstrom der Anlage, Jj der Strom in der Drosselspule, Jt der Strom auf der Primärseite jedes der beiden Trans ^formatoren e und/", so ist mit Rücksicht auf deren Übersetzungsverhältnis

F,

Soll nun der Erdschlußpunkt stromlos bleiben, so ergeben sich die Stromläufe gemäß Fig. ia und aus dieser die Bedingung

Jd = Je +2 Jt-Aus beiden Gleichungen erhält man dann

Ja = Je

oder, wenn m die Kreisfrequenz, K₁₁ die Teilkapazität einer Phase gegen Erde und L die Induktivität der Drosselspule d bedeutet,

τ irr : jr.\2 ·

L =

2M²K

bzw. allgemein

(Ep

.· ~ Jm^K₁₁ E_p* ■

Die zwei letzten Gleichungen gehen für den Fall des Fehlens einer Hilfsspannung über in die Gleichungen

oder allgemein

L =

2 m* K,

J m* K₁₁

- welche den ersten Grundgedanken des Hauptpatentes ausdrücken, nach welchem die Induktivität der Erdschlußspule so zu bemessen ist, daß sie unter der Phasenspannung den Erdschlußstrom des Netzes

Je = 2 E_p PlK₁₁

oder allgemein

aufnimmt.

Das aus den Teilkapazitäten b und c des Netzes gegen Erde, der Drosselspule d*\md den Transformatoren e und f gebildete schwingungsfähige System^ hat, wenn die mitgeteilten Bedingungen erfüllt sind, eine Eigenfrequenz gleich der Netzfrequenz, so daß auch das zweite im Hauptpatent ausgesprochene Ziel des langsamen Anstieges der Spannung am Unterbrechungspunkt erreicht wird.

Die für das einphasige Schema gegebenen Beziehungen gelten unverändert für das Drei- -phasensystem. In diesem werden die Sekundärseiten dreier Transformatoren oder die drei Phasen eines Transformators mit magnetischem Rückschluß (z. B. Vierschenkeltransformator) so hintereinander geschaltet, daß die Spannungen im normalen Betrieb ein geschlossenes Dreieck bilden, d. h. sich gegenseitig aufheben. Die Primärseiten liegen zwischen den Phasen und Erde. Im Fall eines Erdschlusses verschwindet die Spannung der erdgeschlossenen Phase und die beiden anderen Phasen liefern zusammen eine Spannung, welche mit der Richtung der Spannung der erdgeschlossenen Phase zusammenfällt.

Neben der wattlos voreilenden Komponente enthält der Erdschlußstrom auch eine Wattkomponente, die den Verlusten im Erdschlußkreis entspricht. Diese Wattkomponente verbleibt nach durchgeführter Abgleichung im Erdschlußpunkte als Reststrom. Sie läßt sich — dieses Bedürfnis liegt bei sehr hohen Restströmen vor — durch Einführung einer Hilfs spannung, die im Grenzfall in Phase mit dem Strom in der Drosselspule liegt, begrenzen oder aufheben.

Für die technische Lösung dieser Aufgabe stehen verschiedene Mittel zur Verfügung. Fig. 2 zeigt beispielsweise, wie die Hilfsspannung dadurch gewonnen wird, daß in Reihe mit der Drosselspule d eine Wechselstrom-Kollektormaschine k beliebiger Bauart mit Reihenschlußcharakteristik angeordnet wird. Führt im -95 Fall eines Erdschlusses der Spulenkreis Strom, so wird in der angetriebenen Maschine eine E. M. K. der Drehung in Phase mit dem Strom induziert, und die Erdschlußspule saugt* in Verbindung mit diesem Generator nicht nur die kapazitive, sondern auch die Verlustkomponente des Erdschlußstromes auf, so daß der Erdschlußpunkt stromlos wird. Durch. Einregelung der Kollektormaschine kann das Maß, in welchem die Aufsaugung erfolgt, beliebig eingestellt. werden. An Stelle der Kollektormaschine kann auch beispielsweise eine übersynchron angetriebene Asynchronmaschine, die als Asynchrongenerator arbeitet, treten. Durch die Einführung dieser Hilfsspannung kann die Dämpfung des Systems beliebig verringert werden, so daß die Löschmöglich&eit des Erdschlußstromes noch mehr gesteigert wird.

An der Wirkungsweise ändert sich nichts, wenn der Anschluß des Generators k, statt unmittelbar, über einen Reihentransformator erfolgt. Auch kann diese Art der Einführung einer Hilfsspannung in, den Drosselspulenkreis mit der an erster Stelle beschriebenen, in Fig. 1 12,0 dargestellten Art verbunden werden. ■·

Die Verwendung des Generators birgt gewisse

Nachteile in sich. Ist die E. M; K. zu hoch, so j kann sich der Schwingungskreis nach der Auf- j hebung des Erdschlusses — statt seine Spannung zu verlieren -— auf höhere Spannungen selbst erregen. Bei der Verwendung eines ] Asynchrongenerators läßt sich jedoch diese Möglichkeit beispielsweise dadurch vermeiden, daß die Eigenperiode des Systems etwas höher als die Betriebsfrequenz gewählt wird, so daß

■ίο der Asynchrongenerator im Vergleich zu der Eigenfrequenz weniger übersynchron umlauft und daher weniger Leistung als unter der Betriebsfrequenz im Erdschluß hergibt. Im übrigen wird der technische Zweck bereits durch eine Beschränkung des Erdschlußstromes vollauf erreicht. Verzichtet man auf die restlose Beseitigung des Reststromes, so liegt die Gefahr der Selbsterregung nicht vor.

Bei den beschriebenen Anordnungen ist die Aufsaugung der Wattkomponente und der wattlosen Komponente des Erdschlußstromes vereinigt. Es besteht auch· die Möglichkeit, die Aufsaugung der Wattkomponente getrennt vor sich gehen zu lassen. Nach Fig. 3 wird parallel zu der Erdschlußspule d, d. h. zwischen ; Nullpunkt des Netzes und Erde, ein geeigneter ■: Stromerzeuger k (z, B. Kollektormaschine oder : Asynchrongenerator) unmittelbar oder unter ; Zwischenschaltung eines Transformators ein- !

gebaut, welcher unter der Phasenspannung | im Erdschluß — abgesehen von seinem Ma- -gnetisierungsstrom — bei unmittelbarem Anschluß einen Wattstrom von gleicher oder angenähert gleicher Größe wie die Wattkomponente des Erdschlußstromes abgibt. Die Erdschlußspule kann zum Zweck des Anschlusses dieses I Stromerzeugers als Transformator dienen. Die Aufsaugung des Erdschlußstromes ist bei trans- ί formatorischer Übertragung der Generator- |

leistung gewährleistet, wenn die Wattleistung des Stromerzeugers gleich _v dem Produkte Wattkompohente des Erdschlußstromes mal Phasenspannung ist.

Diese Anordnung kann gleichfalls mit: derjenigen nach Fig. 1 verbunden werden, indem der Stromerzeuger entweder parallel zu der Erdschlußspule oder einem Teile derselben oder parallel zu den untereinander in Reihe geschalteten Sekundärseiten der Hilfstransformatoren gelegt wird.

Die Eigenart der im vorhergehenden für die Aufsaugung der Wattkomponente des Erdschlußstromes vorgesehenen Stromerzquger bringt es mit sich, daß die richtige Phasenlage der induzierten E. M. K. oder des Wattstromes dieser Stromerzeuger sich selbsttätig einstellt. Eine weitere Gruppe von Anordnungen ermöglicht die Aufsaugung der Wattkomponente mit Hilfe eines Transformators, in welchem die richtige Phasenlage der-Span^: nung mit Hilfe von Selbstschaltern bzw. Relais eingestellt wird, die, erst durch die bei Erdschluß ■ auftretende Verschiebung in der Spannungsverteilung beeinflußt werden. Bei -der Anordnung nach Fig. 4 ist der Hilfstransformator e' unter Zwischenschaltung- des Widerstandes f zwischen Nullpunkt und Erde gelegt. Die Primärseite des Hilfstransformators wird mit Hilfe von Nullspannungsrelais im Falle eines Erdschlusses, z. B. in der Phase g, an die Punkte h-g gelegt und umgekehrt im Falle eines Erdschlusses in der Phase h an die Punkte g-h, d. h. in beiden Fällen im umgekehrten Sinn geschaltet. Das Übersetzungsverhältnis des Hilfstransformators wird so gewählt; daß seine Sekundärspannung höher ist als die Phasenspannung der Anlage. Infolgedessen tritt über den Widerstand f ein Wattstrom in das ganze System ein, welcher die Wattkomponente des Erdschlußstromes ausgleicht, wenn er dieser gleich gemacht wird. In einer Dreiphasenanlage wird mit Hilfe von Nullspannungsrelais die Primärseite des Hilfstransformators an die Phasenspannung der jeweilig erdgeschlossenen Phase gelegt. Die Bedingung für die Aufsaugung der Wattkomponente ist die gleiche _ wie in einer Einphasenanlage. ·';

Die "Löschfähigkeit des Erdschlußlichtbogens ist, selbst wenn die Wattkomponente nicht beseitigt wird, so groß, daß im allgemeinen eine Unterdrückung der Wattkomponente' in einer der beschriebenen Schaltungen überflüssig erscheint. Im Fall eines dauernden Erdschlusses kann jedoch die Wattkomponente, die als Reststrom an der Erdschlußstelle verbleibt, bei zu hohen Erdübergangswiderständen so hohe Spannungen in der Nachbarschaft der «Erdschlußstelle hervorrufen, daß dann die beschriebenen Anordnungen zur Unterdrückung der Wattkomponente von Wert sind, falls eben der Erdschluß ein Dauererdschluß ist. Da jedoch die meisten praktisch vorkommenden Erdschlüsse vorübergehend sind und das Intätigkeittreten der Anordnung zur Aufsaugung der Wattkomponente nicht erfordern, wird zweckmäßigerweise bei der Anordnung nach Fig. 4 die durch Relais bewirkte Einschaltung des Hilfstransformators erst nach einer gewissen, durch die üblichen Zeitverzögerungseinrichtungen einstellbaren Zeit zu erfolgen haben, no

Es dürfte ohne Erläuterung verständlich sein, daß der Hilfst ransformator e' mit dem gleichen Erfolge parallel zu den untereinander in Reihe geschalteten Hilfstransformatoren e und f der Anordnung nach Fig. 1 oder parallel zu einem n'5 Teile der Erdschlußdrosselspule d geschaltet werden kann.

In einem Mehrphasensystem läßt sich die nach Fig. 2 mit Hilfe eines Stromerzeugers gewonnene Hilfs-E. M. K. in Phase mit dem Strome dadurch gewinnen, daß an Stelle des Stromerzepgers ein Transformator tritt, auf

dessen Primärseite mit Hilfe von Selbstschaltern und Relais, welche ähnlich gesteuei t werden wie bei der Anordnung der Fig. 4, der durch Transformation aus dem Dreiphasensystem gewonnenen Spannung die gewünschte Phasenlage gegeben wird.

Claims (7)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Einrichtnng zur Unterdrückung des Erdschlußstromes von Hochspannungsnetzen, nach Patent 304823, dadurch gekennzeichnet, daß in den Drosselspülen kreis Vorrichtungen zur Erzeugung einer Hilfsspannung eingefügt sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärspulen von Transformatoren, deren Zahl mit der Leiter- oder Phasenzahl der Anlage übereinstimmt und welche,primär zwischen den

   einzelnen Leitern oder Phasen und Erde angeschlossen sind, derart mit der Erdschlußspule hintereinander geschaltet sind, daß im erdschlußfreien Betrieb die Summe der Spannungen sekundärseitig gleich Null

   ist. . ■ >
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, . dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Erdschlußspule ein Stromerzeuger angeordnet ist, der eine mit. dem Drossclspulenstrom im wesentlichen gleich gerichtete E. M. K. liefert.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Erdschlußspule oder einem Teile derselben ein Stromerzeuger angeordnet ist, der einen mit der Spannung an der Spule im wesentlichen phasengleichen Ström liefert.
5. 5. Abänderung der Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromerzeuger an die untereinander in Reihe geschalteten Sekundärseiten der Hilfstransformatoren nach Anspruch 2 gelegt ist. . . ■ . :
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Erdschlußspule oder zu Teilen derselben unter Zwischenschaltung eines Ohmschen Widerstandes ein Transformator gelegt ist, der mit Hilfe von Selbstschaltern bzw. Relais im Falle eines Erdschlusses derartig erregt wird, daß die Richtung seiner Sekundärspannung mit der Richtung der Spannung der erdgeschlossenen Phase übereinstimmt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Mehrphasensystem in _v Reihe mit der Erdschlußspule ein Transformator angeordnet ist, der im Falle eines Erdschlusses mit^v Hilfe von Selbstschaltern bzw. Relais in der Art erregt wird, daß seine Sekundärspannung in Phase mit dem Drosselspulenstrom ist.

   Hierzu i*Blatt Zeichnungen.