DE358378C

DE358378C - Device to prevent harmful earth fault currents in earthed high-voltage networks with asymmetrically distributed capacitance

Info

Publication number: DE358378C
Application number: DEA31285D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Julius Jonas
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1918-12-29
Filing date: 1918-12-29
Publication date: 1922-09-09

Description

Einrichtung zur Verhinderung schädlicher Erdschlußströme in geerdeten Hochspannungsnetzen mit unsymmetrisch verteilter Kapazität. Es ist bekannt, die Erdschlußströme in geerdeten Hochspannungsnetzen mit auf die Netzphasen symmetrisch verteilter Kapazität durch Einschaltung von geeignet bemessenen Drosselspulen in dem Erdungsstromkreis zu unterdrücken. Die Bemessung der Erdungsdrosselspule erfolgt bei Einphasenstrom nach der Gleichung wo Z die Induktivität der Drosselspule, w die Netzfrequenz, C die Teilkapazität einer Netzphase gegen Erde bedeutet.Device to prevent harmful earth fault currents in earthed high-voltage networks with asymmetrically distributed capacitance. It is known to suppress the earth fault currents in earthed high-voltage networks with capacitance symmetrically distributed over the network phases by connecting suitably dimensioned inductors in the earth circuit. The earthing reactor is dimensioned for single-phase current according to the equation where Z is the inductance of the choke coil, w is the mains frequency, C is the partial capacitance of a mains phase to earth.

Es läßt sich zeigen, daß bei unsymmetrisch verteilter Kapazität eine restlose Unterdrückung der Erdschlußströme durch die Bemessung der am Netznullpunkt liegenden Drosselspule nicht möglich ist, denn wie groß man auch die Induktivität der Drosselspule bemißt, die Unsymmetrie der Anordnung in bezug auf ihre elektrischen Größen bleibt bestehen und läßt sich nur durch eine andere Unsymmetrie ausgleichen. Dies kann z. B. in der Weise geschehen, daß man die Drosselspule nicht an den Nullpunkt des Netzes, sondern an einen Spannungspunkt des Generators (Transformator o. dgl.) anschließt. Beim Erdschluß eines Phasenleiters wirkt dann zwar für den Kapazitätsstrom in der Erdungsstelle immer noch die Spannung 2 E, wenn E die Phasenspannung bedeutet. Für den Drosselspulenstrom kommt aber, je nachdem die Kapazität Cl oder C2 durch den Erdschluß überbrückt ist, die Spannung Ei oder E2 in Betracht, wobei Ei > E, E, > E und Ei +E2-2E ist.It can be shown that if the capacitance is asymmetrically distributed, a complete suppression of the earth fault currents is not possible by dimensioning the choke coil located at the mains zero point, because no matter how large the inductance of the choke coil is measured, the asymmetry of the arrangement with regard to its electrical parameters remains and can only be compensated for by another asymmetry. This can e.g. B. done in such a way that the reactor is not connected to the zero point of the network, but to a voltage point of the generator (transformer or the like.). In the event of a ground fault in a phase conductor, the voltage 2 E still acts for the capacitance current in the grounding point, if E means the phase voltage. For the choke coil current, however, depending on whether the capacitance C1 or C2 is bridged by the earth fault, the voltage Ei or E2 comes into consideration, where Ei> E, E, > E and Ei + E2-2E.

Die Bemessung der Drosselspule errechnet sich dann in folgender Weise Für den Erdschluß an C, muß Jcl = JD sein, also 2 E w Cl - r. Für den Erdschluß an C1 muß entsprechend Jc2 - JD sein, also 2 E w C2 - 2. aus z. und 2. folgt und El -i- EZ = 2 E wz L (C,+ Ca). Da nun El + E2 - 2 E ist, so ist für völlige Unterdrückung der Erdschlußströme w2 L (C,+ C2) = z, also L = und Ci -E- C2 - = o. 5. Weiter lassen sich El und E2 und damit der Spannungspunkt des Generators bestimmen, an den die Drosselspule anzuschließen ist. Dies läßt sich aber praktisch nur sehr schwer ausführen. Sieht man jedoch hiervon ab und schließt, wie es üblich und bequem ist, die Drosselspule an den Nullpunkt des Netzes an, dann führt die berechnete Bemessung der Drosselspule zu Verhältnissen, die den normalen Betrieb der Anlage durch das Auftreten großer Überspannungen des Netzes gefährden, was der Einfachheit wegen an einem Einphasennetz näher erläutert werden soll, dessen Nullpunkt über eine solche Drosselspule geerdet ist.The dimensioning of the choke coil is then calculated as follows: For the earth fault at C, Jcl = JD , i.e. 2 E w Cl - r. For the earth fault at C1, Jc2 must be JD , i.e. 2 E w C2 - 2. from z. and 2. follows and El -i- EZ = 2 E wz L (C, + Ca). Since El + E2 - 2 E, then for complete suppression of the earth fault currents w2 L (C, + C2) = z, i.e. L = and Ci -E- C2 - = o. 5. El and E2 and thus the voltage point of the generator to which the choke coil is to be connected can also be determined. However, this is very difficult to do in practice. If, however, one disregards this and closes the choke coil to the zero point of the network, as is usual and convenient, then the calculated dimensioning of the choke coil leads to conditions that endanger the normal operation of the system due to the occurrence of large overvoltages in the network, which for the sake of simplicity, it will be explained in more detail using a single-phase network whose zero point is grounded via such a choke coil.

Nimmt man hierbei wieder die ungleichen Größen der Teilkapazitäten C1 und C2 gegen Erde an, so bestehen unter Vernachlässigung der Widerstände die Gleichungen E = Eci + Ev - + i2 w L, 6. 2E=Ec,+Ec2= + 7. i3 -= ü -f- i2. 8 Aus diesen Gleichungen berechnet sich der Strom i2 in der Drosselspule i2 9. Für C2 § Ci und gemäß Gleichung 5 für Cl + C2 = wird i2 unendlich und auch die Spannung an der Erdungsdrosselspule ED - i2 w L unendlich, d. h. also: Die Bemessung der Drosselspule mit Rücksicht auf die völlige Unterdrückung der Erdschlußströme ohne Verlegung ihres Anschlußpunktes führt zu Resonanzerscheinungen bei normalem Betrieb und zu gefährlichen Überspannungen. Da nämlich das Potential des an Erde liegenden Endes der Drosselspule festliegt, muß sich das Potential des andern Endes der Drosselspule, also des Netznullpunktes, derart verschieben, daß die Spannungsdifferenz an der Drosselspule den Wert i2 w L, also im vorliegenden Falle den Wert unendlich annimmt. Durch die Wirkung des Ohmschen Widerstandes der Drosselspule und der Streureaktanz der den Netznullpunkt bildenden Wicklungen wird ein so gewaltiges Anwachsen der Ströme und Spannungen zwar verhindert, aber es bleibt immerhin die Gefährdung der Anlage durch die Bemessung der Drosselspule lediglich in Rücksicht auf die Unterdrückung der Erdschlußströme bei Netzen mit unsymmetrisch verteilter Kapazität bestehen.If one assumes here again the unequal sizes of the partial capacitances C1 and C2 with respect to earth, then, neglecting the resistances, the equations E = Eci + Ev - + W L i2, 6. 2E = Ec + Ec2 = + 7. i3 - = ü -f- i2. 8 The current i2 in the choke coil i2 is calculated from these equations 9. For C2 § Ci and according to equation 5 for Cl + C2 = i2 becomes infinite and also the voltage at the earthing choke coil ED - i2 w L is infinite, i.e. therefore: The dimensioning of the choke coil with regard to the complete suppression of the earth fault currents without relocating their connection point leads to resonance phenomena during normal operation and to dangerous overvoltages. Since the potential of the end of the choke coil that is connected to earth is fixed, the potential of the other end of the choke coil, i.e. the mains zero point, must shift in such a way that the voltage difference across the choke coil assumes the value i2 w L, i.e. in the present case the value infinite . The effect of the ohmic resistance of the choke coil and the leakage reactance of the windings forming the network zero point prevent such a tremendous increase in currents and voltages, but at least the risk to the system due to the dimensioning of the choke coil remains in view of the suppression of the earth fault currents Networks with asymmetrically distributed capacity exist.

Gemäß der Erfindung sollen nun bei Netzen mit unsymmetrisch verteilter Kapazität die Erdschlußströme auf ein unschädliches Maß herabgedrückt werden, ohne daß dadurch gefährliche Resonanzerscheinungen im normal betriebenen Netz hervorgerufen werden. Zu diesem Zwecke soll zwischen Nullpunkt des Netzes und Erde eine derart bemessene Drosselspule eingeschaltet sein, daß als äußerste Annäherung an den zu vermeidenden Wert L= für die Induktivität der Drosselspule der Ausdruck L= zu gelten hat, wo m für Einphasenstrom = 2, für Dreiphasenstrom - 3 zu setzen ist und unter C" die Teilkapazität gegen Erde derjenigen Phase zu verstehen ist, welche die kleinste oder größte Teilkapazität gegen Erde hat.According to the invention, in networks with asymmetrically distributed capacitance, the earth fault currents are now to be reduced to a harmless level without causing dangerous resonance phenomena in the normally operated network. For this purpose, between the zero point of the network and earth, a choke coil dimensioned in such a way should be connected that the closest approximation to the value to be avoided L = for the inductance of the choke coil the expression L = has to apply, where m for single-phase current = 2, for three-phase current - 3 and under C "is to be understood as the partial capacitance to earth of the phase which has the smallest or largest partial capacitance to earth.

In der Gleichung i2 - wird dann der Nenner einen von Null verschiedenen Wert erhalten, und der Drosselspulenstrom bleibt daher bei normalem Betrieb des Netzes eine endliche Größe. Setzt man nun nämlich zu deren Begrenzung L=- also z. B. beim Einphasennetz L oder L - dann ist der Wert des Bruches stets gleich i und Somit nach Gleichung g a2 = und die Spannung an der Erdungsdrosselspule bei normalem Betrieb ED-i2wL=E. Auch dieser Wert wäre an sich noch reichlich hoch, aber wenn man berücksichtigt, daß in den in Betracht kommenden Stromkreisen Ohmscher Widerstand und Streureaktanzen vorhanden sind, dann erkennt man, daß die Größe von i2 und En in Wirklichkeit noch erheblich unter dem abgeleiteten Wert bleiben wird, so daß gefährliche Überspannungen nicht mehr zu erwarten sind.In equation i2 - the denominator will then be given a value other than zero, and the inductor current will therefore remain a finite quantity during normal operation of the network. If one now sets L = - so z. B. the single-phase network L or L - then is the value of the fraction always equal to i and thus according to equation g a2 = and the voltage at the grounding reactor during normal operation ED-i2wL = E. Even this value would still be quite high, but if one takes into account that ohmic resistance and leakage reactances are present in the circuits in question, then one recognizes that the size of i2 and En will in reality remain considerably below the derived value so that dangerous overvoltages are no longer to be expected.

Hinsichtlich der Verminderung der Erdschlußströme ist im allgemeinen die Abweichung in der Bemessung der Induktivität der Drosselspule nicht sehr erheblich, wenn in der Gleichung für L anstelle des Ausdrucks (C1+ C2 -f- .. .) der Ausdruck m Cx tritt. Bei ganz extremen Fällen, wo diese Abweichung das zulässige Maß überschreitet, ist es überhaupt nicht mehr möglich, durch eine an den Nullpunkt des Netzes angelegte Erdungsdrosselspule die Erdschlußströme auf ein unschädliches Maß herabzudrücken. In diesem Falle ist hierfür die Einfügung von Zusatzspannungen in den Erdungsstromkreis unbedingt erforderlich. Die angegebene Bemessungsregel schafft also den Ausgleich zwischen zwei widerstreitenden Störungsmomenten bei geerdeten Hochspannungsnetzen.With regard to the reduction of the earth fault currents is generally the deviation in the dimensioning of the inductance of the choke coil is not very significant, if in the equation for L instead of the expression (C1 + C2 -f- ...) the expression m Cx occurs. In very extreme cases, where this deviation exceeds the permissible level, it is no longer possible at all, by means of an applied to the zero point of the network Earthing reactor to reduce the earth fault currents to a harmless level. In this case, this is the insertion of additional voltages in the earthing circuit absolutely necessary. The specified calculation rule thus creates the compensation between two conflicting disturbances in earthed high-voltage networks.

Claims

Claim: Device for preventing harmful earth fault currents in earthed high-voltage networks with capacitance asymmetrically distributed to the network phases, characterized in that a choke coil is connected between the zero point of the network and earth in such a way that the closest approximation to the value to be avoided L = for the inductance of the choke coil the expression L - has to apply, where m is to be set for single-phase current = 2, for three-phase current = 3 and under C, the partial capacitance to earth of that phase is to be understood, which has the smallest or largest partial capacitance to earth.