DE382472C - Einrichtung zum Auffinden der kranken Phase bei Erdschluessen in Wechselstromnetzen mit betriebsmaessiger Erdung - Google Patents

Description

In Wechselstromnetzen mit direkter oder indirekter Nullpunkterdung fließt im Falle eines Erdschlusses ein Strom über diese betriebsmäßige Erdungsstelle zur Erde ab. Dieser Strom kann dazu benutzt werden, die Tatsache des im Netz eingetretenen Erdschlusses anzuzeigen. Er läßt jedoch nicht erkennen, in welcher Phase des Netzes der Erdschluß eingetreten ist. Um auch diese Phase zu finden, beobachtet man vielfach die Spannungen aller Phasen des Netzes gegen Erde mit Hilfe von Voltmetern, welche zwischen Phasenleitung und Erde geschaltet sind. In Hochspannungsanlagen benötigt man aber hierzu besondere Spannungswandler für jede Phase, und dadurch wird die Einrichtung teuer, weil solche Spannungswandler sonst nicht erforderlich wären. Ein Spannungswandler, welcher zwischen zwei Phasen des Netzes geschaltet ist, ist dagegen in den meisten Anlagen schon aus anderen Gründen (Spannungs- und Leistungsmessung) vorhanden.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es,

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eine Einrichtung zu schaffen, welche mit Hilfe eines solchen zwischen zwei Phasen des Netzes angeschlossenen Spannungswandler im Falle eines Erdschlusses die kranke Phase anzeigt. Dies geschieht erfindungsgemäß mittels einer Anzeigevorrichtung, welche nach Art eines Wattmeters zwei Stromkreise enthält und in welcher der eine Stromkreis unmittelbar oder durch einen Stromwandler mit dem to zur Erde abfließenden Strom, der andere durch einen Spannungswandler von der Spannung zwischen zwei Phasen des Netzes gespeist wird.

Gegenüber bekannten Anordnungen wird hierdurch der Vorteil erreicht, daß nur ein einziger einphasiger Spannungswandler und nur eine einzige, fest angeschlossene (nicht umschaltbare) Anzeigevorrichtung benötigt werden.

Die Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, α ist das Wechselstromnetz, in diesem Fall ein Dreiphasennetz, dessen drei Phasen mit 1, 2, 3 bezeichnet sind; b ist ein an das Netz angeschlossener Betriebstransformator, c eine Erdungsdrosselspule, über welche der Nullpunkt des Transformators b geerdet ist; d ist ein in die Erdleitung eingebauter Stromwandler, e die Erdungsstelle; f ist ein Stromzeiger, welcher einen durch die Erdungssteile fließenden Strom und damit die Tatsache eines im Netz eingetretenen Erd- ^: Schlusses anzeigt; g· und Ii sind zwei Spulen einer nach Art eines Wattmeters gebauten Anzeigevorrichtung, und zwar g die Stromspule, _t welche durch den Stromwandler d mit dem Strom gespeist wird, der durch die Drosselspule c zur Erde fließt, und Ii die Spannungsspule, welche durch den Spannungswandler / von der Spannung zwischen zwei Phasen des Netzes gespeist wird. Vor dieser Spule liegt in dem Beispiel der Abb. 1 ein Vorschaltwiderstand k, der zunächst als induktionsfreier Widerstand angenommen werden kann.

Die Wirkung dieser Einrichtung geht aus ; dem Vektordiagramm (Abb. 2) hervor. In diesem Diagramm bedeuten E₁ E-, E_x die drei Phasenspannungen. Ereignet sich in einer der drei Phasenleitungen ein Erdschluß, beispielsweise in der Phase 1, so liegt auch an der Erdungsdrosselspule c die Spannung E₁. Da diese Drosselspule nur Reaktanz ohne nennens- , werten Ohmschen Widerstand besitzt, so wird j durch sie ein Strom J₁ fließen, der auf der j Spannung E₁ im Vektordiagramm annähernd j senkrecht steht. Ebenso ward im Falle eines Erdschlusses in der Phase 2 oder 3 der Strom J₂ oder J₃ zustande kommen. Dieser Strom bzw. ein Strom, welcher ihm proportional und phasengleich ist, durchfließt nun die Spule g der Anzeigevorrichtung. In der Spannungsspule /; dagegen,, welche durch den Spannungswandler i von der Spannung JS₁, S = E₁ — .E_n gespeist wird, fließt über den Ohmschen Widerstand k ein Strom J_sp, der mit der Spannung E₁, _:! phasengleich ist. Ist nun die Anzeigevorrichtung, welche die Spulen g und h enthält, etwa nach dem Drehfeldprinzip gebaut (mit zwei festen Spulen und einer beweglichen Trommel oder Scheibe), so daß ihr Ausschlag Null ist, wenn die Ströme in den beiden Spulen phasengleich oder in Opposition sind und ein Maximum wird, wenn sie im Vektordiagramm auf-. einander senkrecht stehen, so wird die nach Abb. ι geschaltete Anzeigevorrichtung im ! Falle eines Erdschlusses in der Phase 2 nicht ! anzeigen, weil die Stromvektoren J₂ und J_SI) entgegengesetzt gleiche Phase haben, im Falle eines Erdschlusses in der Phase 1 oder 3 wird sie dagegen anzeigen, und zwar in dem einen Fall nach rechts und in dem anderen Fall nach links ausschlagen. Man wird also aus dem Ausschlag der Anzeigevorrichtung erkennen können, in welcher Phase des Netzes ein Erdschluß eingetreten ist, nachdem man die Tatsache des Erdschlusses an sich durch Beobachten des Stromzeigers / erkannt hat.

Ist dagegen die Anzeigevorrichtung, welche die Spulen g und h enthält, etwa nach dem dynamo-metrischen Prinzip gebaut (mit einer festen und einer beweglichen Spule), so daß ihr Ausschlag Null ist, wenn die Ströme in beiden Spulen im Vektordiagramm aufeinander senkrecht stehen und ein Maximum wird, wenn sie phasengleich oder in Opposition sind, so würde die nach Abb. 1 geschaltete Anzeigevorrichtung im Falle eines Erdschlusses in der Phase 1 oder 3 in der gleichen Richtung und gleich stark ausschlagen, so daß man nicht erkennen könnte, ob sich der Erd- 10c Schluß in Phase 1 oder 3 ereignet hätte. Um auch in diesem Falle die Phase des Netzes, welche den Erdschluß enthält, stets erkennen zu können, soll nach der Erfindung die Phase des Wechselstromes in einer der beiden Spulen durch bekannte Mittel so verändert werden, daß die Anzeigevorrichtung bei einem Erdschluß in einer der drei Phasen nicht oder wenig anzeigt, bei einem Erdschluß in einer der beiden anderen Phasen des Netzes dagegen stärker nach der einen oder anderen Seite ausschlägt. Beispielsweise kann die Phase des Stromes in der Spannungsspule dadurch verändert werden, daß an Stelle des Ohmschen Widerstandes k ein ganz oder teilweise induktiver Widerstand eingeschaltet wird. Wählt man das Verhältnis des Ohmschen Widerstandes zur Reaktanz des Vorschaltwiderstandes k so, daß der Strom /_sp hinter der Spannung E₁, ₃ um 30⁰ zurückbleibt, so entsteht das Vektordiagramm, Abb. 3. In diesem Diagramm steht der

Strom J_SP senkrecht auf dem Strom /₃. Die Anzeigevorrichtung wird also im Falle eines Erdschlusses in der Phase 3 nicht anzeigen, im Falle eines Erdschlusses in der Phase 1 5 oder 2 dagegen anzeigen, und zwar in den! einen Fall nach rechts, in dem anderen Fall nach links ausschlagen. Verwendet man als Vorschaltwiderstand k einen rein induktiven Widerstand, so daß der Strom J_sp hinter der Spannung E₁₁₃ um 90⁰ zurückbleibt, so steht dieser Strom im Vektordiagramm senkrecht auf dem Strom /₂. Die Anzeigevorrichtung Λλ-ird dann im Falle eines Erdschlusses in der Phase 2 nicht anzeigen, im Falle eines Erd-Schlusses in der Phase 1 oder 3 dagegen anzeigen, und zwar in dem einen Fall nach rechts, in dem anderen Fall nach links ausschlagen.

Es ist nicht notwendig, daß die Erdung direkt oder indirekt an den natürlichen Null- \ punkt des Netzes, d. h. an den Nullpunkt eines Betriebstransformators angeschlossen ist. Sie kann auch an einen künstlichen Nullpunkt angeschlossen sein, wie er beispielsweise durch drei Widerstände oder drei Drosselspulen oder [ durch einen Löschtransformator oder durch ähnliche Einrichtungen gebildet wird. Es ist auch nicht notwendig, daß die indirekte Er- ^; dung wie in dem Beispiel der Abb. 1 über eine Drosselspule erfolgt; es kann statt dieser auch ein Ohmscher Widerstand verwendet werden. Die Lage des Stromes, der über diesen Widerstand zur Erde abfließt, wird dann anders sein als in Abb. 2 und 3, und es wird aus diesem Grunde notwendig sein, den Vektor des Stromes /_sp in eine andere Lage zu drehen als in diesen Beispielen, um zu ver- , meiden, daß der Ausschlag der Anzeigevor- ■ richtung bei einem Erdschluß in einer Phase ; derselbe ist wie tei einem Erdschluß in einer ι anderen Phase. Es ist dagegen nicht not- \ wendig, diese Verdrehung so zu wählen, daß | der Ausschlag bei einem Erdschluß in einer ' der drei Phasen gleich Null wird, denn, wenn ; z. B. im Falle der Abb. 3 der Strom J_sp nicht ^: um 30⁰, sondern um 15⁰ oder 45⁰ gegen die : Spannung zurückläge, dann würde der Aus- : schlag der Anzeigevorrichtung immer noch ; für einen Erdschluß in jeder der drei Phasen _: ein anderer sein. Die erforderliche Verände- ^! rung der Phasenlage kann anstatt in der ; Spannungsspule! auch in der Stromspule vor- ; genommen werden, beispielsweise durch Par- 1 allelschalten eines Ohmschen Widerstandes zu j dieser Spule oder durch andere bekannte ^j Mittel. Die Einrichtung kann ebenso wie in 1 Dreiphasennetzen auch in solchen mit einer anderen Phasenzahl, z. B. in Einphasennetzen, angewendet werden. Im Falle eines Einphasennetzes kann man erreichen, daß der Ausschlag der Anzeigevorrichtung bei einem Erdschluß in der einen Phase nach rechts, bei einem Erdschluß in der anderen Phase nach links geht. Bei Vier- oder Mehrphasennetzen kann man erreichen, daß der Ausschlag der Anzeigevorrichtung für Erdschlüsse in etwa der Hälfte aller Phasen nach rechts, für Erdschlüsse in der anderen Hälfte der Phasen nach links geht und daß jeder einzelnen Phase bei gleicher Richtung des Ausschlages eine andere Größe des Ausschlages entspricht.

Ebenso wie in Netzen mit Nullpunkterdung ist die Erfindung auch anwendbar, wenn irgendein anderer Punkt des Netzes direkt oder indirekt geerdet ist. In diesem Fall wird bei einem Erdschluß in der betriebsmäßig geerdeten Phase nur ein kleiner oder gar kein Strom durch die betriebsmäßige Erdungsstelle fließen, also auch nur ein kleiner oder gar kein Ausschlag der Anzeigevorrichtung entstehen, und es kann auf dieselbe Weise in den betrachteten Beispielen erreicht werden, daß bei einem Erdschluß in einer der anderen Phasen ein Ausschlag der Anzeigevorrichtung entsteht, und zwar Ausschläge von verschiedener Richtung oder Größe bei Erdschlüssen in verschiedenen Phasen.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zum Auffinden der kranken Phase bei Erdschlüssen in Wechselstromnetzen mit betriebsmäßiger Erdung, dadurch gekennzeichnet, daß in einer einzigen, nicht umschaltbaren Anzeigevorrichtung, die nach Art eines Wattmeters zwei Stromkreise enthält, der eine Stromkreis unmittelbar oder durch einen Stromwandler mit dem zur Erde abfließenden Strom, der andere durch einen Spannungswandler von der Spannung zwischen zwei Phasen des Netzes gespeist wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des Wechselstromes in einer der beiden Spulen durch bekannte Mittel so verändert wird, daß die Anzeigevorrichtung bei einem Erdschluß in einer der Netzphasen nichts oder wenig anzeigt, bei einem Erdschluß in den anderen Netzphasen dagegen starker in dem einen oder anderen Sinne ausschlägt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen,