-
Schutzeinrichtung gegen durch Erdschluß verursachte Überspannungen
in Wechselstromnetzen. Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen, welche den
Überspannungen entgegenwirken, die sich zwischen der Körpermasse und den Wicklungen
in Wechselstromnetzen entwickeln, wenn einer der Leitungsdrähte mit der Erde in
Berührung kommt. Tritt ein derartiger Erdschluß auf, so bildet sich ein Stromkreis.
in dein sich eine Selbstinduktion und eine Kapazität befinden und in welchem die
\Veclisels.pannung der Maschine zur Geltung kommt. In diesem Stromkreis wird die
Selbstinduktion durch den Leitungsdraht gebildet, welcher Erdschluß besitzt und
die Kapazität durch die des ranzen -Netzes (Kabel, Wicklungen-usw.) mit Bezug zu
der Erde. Die wirkende Spannung ist die zwischen den Klemmen und dein neutralen
Punkte des Wechselstromerzeugers vorhandene.
-
In manchen Fällen, insbesondere in Kabelnetzen mit Eisenarmierung,
können sehr beträchtliche Überspannungen durch das Wechselspiel zwischen Selbstinduktion
und Kapazität auftreten, die Resonanz der Grundwelle ist manchmal zu befürchten.
-
Aus dem Diagramm nach Abb. r der Zeichnung läßt sich entnehmen, wie
diese überspannung sich entwickelt. Bei einer Dreiphasenwechselstromniaschine wird
z. B. die Stromquelle durch drei Vektoren 0A, OB, 0C dargestellt, welche
die Spannungen der drei Phasen zwischen den Klemmen und einem neutralen Punkt darstellen.
Es sei angenominen, daß einer der Leitungsdrähte, welcher von der Klemme A ausgeht,
Erdschluß in einem derartgelegenen Punkt erhält, da!:i die Selbstinduktion des Leiters
-zwischen der Klemme und dem Erdschluß = I_ ist. Es sei ferner C die Kapazität des
Netzes gegen Erde und K der Ohmsche Widerstand de-Stromkreises Selbstinduktion-Kapazität,
welcher-durch den Erdschlüß bestimmt wird. Das Spannungsdiagramm dieses Stromkreises
ist in Abh. r durch die gebrochene Linie 0. A, D, E, 0 dargestellt. In dieser
Linie bedeutet 0A die Spannung der Stromquelle, AD -- RI die Widerstandsspannung,
DE = r" I_1 die selbstinduktionsspannung und
die Kapazitätsspannung.
-
Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß der neutrale Punkt der Wechselstroinquelle
infolge des Erdschlosses an ein Potential gelegt wird, welches durch den Vektor
0E dargestellt ist, der je nach dem Fall das Mehrfache des Vektors 0A betragen kann.
-
Der Wert des Vektors F_ in Funktion der Konstanten des Stromkreises
und der Spannung U der Wechselstromquelle ist durch die folgende Formel gegeben:
Aus dieser Formel läßt sich ohne weiteres entnehmen, daß die Überspannung wesentlich
von
den relativen Werten von Selbstinduktion und Kapazität abhängig ist.
-
Ein Mittel zur Herabsetzung der L"berspannung besteht in der Erhöhung
der Werte von L oder C in der Weise, daß oje LC groß wird gegenüber der Einheit.
-
Es wäre nun kostspielig und schwierig, die Kapazität des '.-\etzes
genügend zu erhöhen, um so mehr, als sich der Wert von I. mit der Lage des Erdschlußpunktes
ändert.
-
Ein besseres Mittel scheint in der Hinzufügung einer Selbstinduktion
an der Ab-
7 «-eigstelle jedes Leitungsdrahtes zu bestehen,
jedoch müßte auch diese Selbstinduktion einen verhältnismäßig großen Wert erhalten,
und sie würde demnach einen schädlichen Einfluß auf die Stromverteilung ausüben.
-
Gemäß der Erfindung wird in Reihe mit (lern Leitungsdraht, welcher
Erdschluß erhält, eine zusätzliche Induktion von großem Wert gelegt, jedoch nur
in dem Augenblick, in welchem der Erdschluß erfolgt, während bei normalem Betrieb
diese Selbstinduktion durch gegenseitige Induktion der Ströme v erschie-(lener Phasen
sich aufhebt.
-
_ In Abb. a ist beispielsweise ein Schema dieser Selbstinduktion bei
einem Speisekabel rum Schutze eines dreiphasigen Netzes veranschaulicht.
-
Entsprechend der Erfindung ist jeder der drei von den Verteilungsschienen
A, B, C ab-
gezweigte Leiter um den Kern desselben Transformators gewickelt;
die drei Wicklungen a, b und c besitzen die gleiche Anzahl Von Windungen
und sind derart miteinander -Verbunden, daß bei Normalbetrieb die Amperewindungen
in den drei Wicklungen sich gegenseitig aufheben. Infolge dieser Anordnung setzt
der Transformator dem Durchgang des Stromes nur eine geringe Reaktanz entgegen,
der ohne Einfluß auf die Stromverteilung ist. Erhält jedoch einer der Leiter Erdschluß,
so fließt der Kapazitätsstrom des =Netzes vollkommen durch diesen-Leiter, und die
Amperewindungen sind daher nicht mehr ausgeglichen, so daß der Transformator in
dem Stromkreis mit seiner Gesamtinduktion zur Wirkung kommt.
-
Die Anordnung wird so getroffen, daß der Betrieb, welcher sich in
dem Stromkreis durch die Erdung einer Phase einstellt, einer hohen Permeabilität
des magnetischen Stromkreises des Transformators entspricht und infolgedessen selbsttätig
eine Selbstinduktion --on hohem Werte in den Stromkreis eingefügt wird.
-
Die Anordnung wird z. B. derart getroffen, daß die zusätzliche Reaktanz
o) L a, welche in <len Stromkreis eingeführt wird, zehnmal so groß ist
als der Wert von
Unter diesen Umständen wird der Vektor E in keinem Fall größ,@r als 11,, U sein,
oder in anderen Worten, die Überspannung wird derart unbedeutend sein, daß ein weiterer
Schutz nicht mehr erforderlich ist.
-
Aus Abb. 3 ist ersichtlich, wie das Vektordiagramm sich in diesem
Falle ändert. Das Potential des neutralen Punktes, welches durch den Vektor 0E'
dargestellt ist, hat sich nur wenig geändert.
-
Ein derartiger Schutztransformator für ein gegebenes Speisekabel entspricht
in seinen Abmessungen einem Transformator, der für die halbe Leistung des Speisekabels
genügt, wirkt jedoch viel sparsamer als ein gewöhnlicher Transformator, denn bei
Normalbetrieb geht kein Kraftlinienfluß durch das Eisen. Der Transformator besitzt
bei normalem Betriebe nur eine Streureaktanz von geringem Werte, die jedoch nützlich
ist, da sie die Wechselstrommaschine gegen Kurzschlüsse zwischen den Phasen schützt.
-
Ein weiterer Vorteil dieses Transformators besteht darin, daß die
Speiseleitung gegen Überspannungen geschützt wird und das Speisekabel auch plötzlich
unter Spannung gesetzt werden kann, ohne gefährliche Überspannungen befürchten zu
müssen, wie es sonst der Fall wäre. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, einen Unterbrecher
mit versetzter Schließung der verschiedenen Phasen zu verwenden, denn in diesem
Fall dient der Transformator als Dämpfungsspule von großer Impedanz.