DE432982C

DE432982C - Display device for selective detection of a branch line of a high-voltage network with an earth fault

Info

Publication number: DE432982C
Application number: DEA45347D
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Publication date: 1926-08-19

Description

Wenn in einer Zweigleitung eines durch Löschspulen geschützten Hochspannungsnetzes ein Erdschluß auftritt, dann ist es nicht ohne weiteres möglich, an den Spannungen gegen Erde zu erkennen, in welcher Zweigleitung die Fehlerstelle liegt, weil die Netzleiter aller Zweigleitungen sofort das Potential der zugehörigen Netzleiter der vom Erdschluß betroffenen Zweigleitung annehmen. Aus diesem Grunde ist bei durch Löschspulen geschützten Xetzen bereits vorgeschlagen worden, die Wattkomponente des an der Fehlerstelle trotz der Abgleichung der Löschspule noch verbleibenden Erdschlußreststromes zum selektiven Erkennen der mit Erdschluß behafteten Zweigleitung zu benutzen. In die Xetzleiter der Zweigleitungen werden zu diesem Zweck in der Xähe ihres Anschlusses an die Sammelschienen Wattmeter eingebaut, deren Stromspule von dem Fehlerstrom des Xetzleiters, deren Spannungsspule aber von der an der Löschspule herrschenden Spannung gespeist wird. Beim fehlerfreien symmetrischen Xetz ist diese Spannung relativ klein und ein Fehlerstrom nicht vorhanden und der Ausschlag des Wattmeters XuIl, im Erdschlußfalle aber ist ein Fehlerstrom vorhanden, und die Spannung an der Löschspule steigt bis zum Wert der vollen Spannung der betroffenen Netzphase. Hierdurch tritt in dem Wattmeter, welches in dem mit Erdschluß behafteten Netzleiter liegt, ein erheblicher Ausschlag ein, während die in den Netzleitern gleicher Phase der anderen Zweigleitungen eingebauten \\^rattmeter einen erheblich geringeren Ausschlag zeigen. Diese Einrichtungen haben aber erhebliche Nachteile. Schon der Umstand, daß es sich um Wattmeter handelt, bedingt die Zuführung vieler Spannungsleitungen zu den einzelnen Instrumenten, und da nicht die Hochspannung der Löschspule direkt verwendet werden kann, ist die Verwendung eines oder mehrerer Spannungstransformatoren erforderlich. Aber die sichere Verschiedenheit der Wattmeterausschläge zwischen dem Betrieb bei gesundem und krankem Netz ist nicht vorhanden, wenn die Löschspule auch bei gesundem Netz bereits eine erhebliche Spannung aufweist, wie es z. B. als Folge einer Netzunsymmetrie der Fall sein kann. Bei großen Kapazitätsunsymmetrien und geringen Ableitungsverlusten kann schon im normalen Betrieb die Spannung an der Spule gleich oder sogar größer als die Phasenspannung des Netzes und ein Fehlerstrom vorhanden sein, und daher ist es möglich, daß schon bei Normalbetrieb des Netzes erhebliche Wattmeterausschläge vorhanden sind, die das selektive Erkennen einer fehlerhaften Zweigleitung sehr erschweren, wenn nicht unmöglich machen. Bei diesem Verfahren wurde, wie bereits erwähnt, die Wattkomponente des an der Fehlerstelle noch verbleibenden Erdschlußreststromes, der einen Teil des kranken Netzleiters durchfließt, zum selektiven Erkennen der betreffenden Zweigleitung verwendet. Nun ist aber eine andere Möglichkeit dadurch gegeben, daß man die ebenfalls im Erdschlußreststrom verbleibende Ober-Wellenkomponente des Erdschluß stromes zu dem genannten Zweck verwendet.If an earth fault occurs in a branch line of a high-voltage network protected by quenching coils, then it is not easily possible to recognize from the voltages to earth in which branch line the fault is, because the network conductors of all branch lines immediately equate to the potential of the associated network conductors from the earth fault accept affected branch line. For this reason, it has already been proposed in Xnets protected by quenching coils to use the watt component of the residual earth leakage current remaining at the fault location despite the adjustment of the quenching coil for the selective detection of the branch line afflicted with an earth fault. For this purpose, wattmeters are installed in the network conductors of the branch lines near their connection to the busbars. With fault-free symmetrical Xetz, this voltage is relatively small and there is no fault current and the deflection of the wattmeter XuIl, but in the event of a ground fault there is a fault current and the voltage at the quenching coil rises to the value of the full voltage of the network phase concerned. In this way, a substantial deflection occurs in the power meter, which is in the ground fault entailing line conductor, while the same in the power conductors to phase of the other branch lines built \\ ^r attmeter show a considerably smaller scale. However, these facilities have considerable disadvantages. The mere fact that it is a wattmeter necessitates the supply of many voltage lines to the individual instruments, and since the high voltage of the quenching coil cannot be used directly, the use of one or more voltage transformers is necessary. But the sure difference in wattmeter rashes between operation with a healthy and a diseased network does not exist if the quenching coil already has a considerable voltage even with a healthy network, as is the case, for example, with a healthy network. B. may be the case as a result of a network imbalance. In the case of large capacitance asymmetries and low leakage losses, the voltage on the coil can be equal to or even greater than the phase voltage of the network and a fault current can be present even during normal operation, and therefore it is possible that considerable wattmeter fluctuations are already present during normal operation of the network make selective detection of a faulty branch line very difficult, if not impossible. In this method, as already mentioned, the watt component of the residual earth fault current remaining at the fault location, which flows through part of the diseased power line, was used for the selective detection of the branch line concerned. Now, however, there is another possibility in that the upper-wave component of the earth-fault current also remaining in the earth-fault residual current is used for the purpose mentioned.

Gegenstand der Erfindung ist hiernach eine Anzeigevorrichtung zum selektiven Erkennen einer mit Erdschluß behafteten Zweigleitung eines Hochspannungsnetzes, bei welcher in die Zweigleitungen auf höhere Harmonische ansprechende Einrichtungen eingeschaltet sind, welche im Erdschlußstrom enthaltene Harmonische anzeigen. Hier können beispielsweise die bekannten Frequenzmesser mit schwingenden Zungen verwendet werden, welche das gleichzeitige Vorhandensein mehrerer Wellen verschiedener Frequenz anzeigen oder die Abschaltung des kranken Netzteiles herbeiführen. Da es aber vor allem auf das Erkennen der Oberwelle ankommt, ist es zweckmäßig, die Frequenzmesser nicht direkt mit dem Leiterstrom, sondern über Stromwandler zu speisen, deren Sekundärspule mit dfer Primärspule lose gekoppelt ist. Hierdurch wird die Empfindlichkeit der aufThe invention relates to a display device for selective recognition a branch line of a high-voltage network with an earth fault, in which in the branch lines switched to higher harmonic responsive devices which indicate harmonics contained in the earth fault current. Here, for example the known frequency meters with vibrating tongues are used, indicating the simultaneous presence Show several waves of different frequency or the shutdown of the sick Bring about the power supply. But since it is primarily a question of recognizing the harmonic wave, is it is advisable to use the frequency meter not directly with the conductor current, but via To feed current transformers whose secondary coil is loosely coupled to the primary coil. This increases the sensitivity of the

die Oberharmonische ansprechenden Zungen für die Grundfrequenz verkleinert.the harmonic responsive reeds for the fundamental frequency are reduced.

Eine noch wirksamere Unterdrückung der Grundwelle im Frequenzmesserstromkreis wird an späterer Stelle bei Erläuterung der Abb. 3 angegeben werden.An even more effective suppression of the fundamental wave in the frequency meter circuit will be specified later in the explanation of Fig. 3.

Das Auftreten höherer Harmonischer ist für den Zweck des selektiven Erkennens durchaus erwünscht, und mau kann es sogarThe occurrence of higher harmonics is for the purpose of selective recognition quite desirable, and it can even be

ίο dadurch unterstützen, daß man die Löscheinrichtungen mit Eisensättigung ausführt. Diese Löscheinrichtungen können Xullpunktdrosselspulen, Polerdungsspulen, Löschtransformatoren, kurz alle zur induktiven Erdung dienenden Transformatoren und Drosselspulen sein. Auch die zur Herstellung eines künstlichen Netznullpunktes, z. B. für den Anschluß einer Löschspule dienenden Einrichtungen werden eisengesättigt dazu beitragen, daß besonders die dritte Oberharmonische im Erdschlußstroin verstärkt wird. Erforderlichenfalls kann der Anzeigevorrichtung auch die Eigenschaft eines Schutzrelais z. B. dadurch gegeben werden, daß sie im Erdschlußfalle direkt oder indirekt (über andere Relais) Schalter zur Auslösung bringt, welche die kranke Zweigleitung abschalten oder Signaleinrichtungen zur Fernmeldung betätigen. ίο support by having the extinguishing equipment with iron saturation. These extinguishing devices can have zero point choke coils, Pole grounding coils, quenching transformers, in short all transformers and choke coils used for inductive grounding be. Also the production of an artificial network zero point, z. B. for the connection of a quenching coil serving facilities saturated with iron will contribute to the fact that especially the third harmonic in the earth fault current is amplified. If necessary the display device can also have the property of a protective relay z. B. are given by the fact that they are in the event of a ground fault directly or indirectly (via other relays) triggers switches that switch off the diseased branch line or Operate signaling devices for remote reporting.

Die Erfindung sei an Hand der Ausführungsbeispiele der Abb. 1, 2 und 3 näher erläutert. The invention will be explained in more detail using the exemplary embodiments in FIGS. 1, 2 and 3.

In Abb. ι bedeutet Q einen die Sammelschienen N speisenden Dreiphasengenerator, dessen Nullpunkt O über die Löschspule L geerdet ist. I und II sind Zweigleitungen, deren Phasen mit R, S und T bezeichnet sind. In die von den Sammelschienen abgehenden Zweigleiter sind Frequenzmesser FR/, Fs_Jt F Ti, FRn, FSn, F Tu eingebaut, welche das Auftreten höherer Harmonischer anzeigen. Dieses Schaltbild ist nun durch die den Teilkapazitäten gegen Erde entsprechenden Kondensatoren C und durch die den Ableitungswiderständen (bzw. totalen Verlustwiderständen) entsprechenden Widerstände W ergänzt. Es ist angenommen, daß die Phase T der Zweigleitung I Erdschluß hat, was durch einen Blitzpfeil angedeutet ist. Es besteht somit eine leitende Verbindung im Punkte O zwischen Leiter Γ/ und Erde E, und es fragt sich, welcher Art der den Leiter T₁ durchfließende Reststrom ist. Unter der Voraussetzung, daß die Löschspule L nahezu auf Resonanz mit den Teilkapazitäten des Netzes (in bezug auf die Grundwelle) abgestimmt ist, fließen von jedem der gesunden Netzleiter drei Ströme zu Erde, nämlich
ein Verluststrom /„,,In Fig. Ι Q means a three-phase generator feeding the busbars N , the zero point O of which is grounded via the quenching coil L. I and II are branch lines whose phases are labeled R, S and T. Frequency meters FR /, Fs _Jt F Ti, FRn, FSn, F Tu , which indicate the occurrence of higher harmonics, are built into the branch conductors going out from the busbars. This circuit diagram is now supplemented by the capacitors C corresponding to the partial capacitances to earth and by the resistors W corresponding to the leakage resistances (or total loss resistances). It is assumed that phase T of branch line I has a ground fault, which is indicated by a lightning arrow. There is thus a conductive connection at point O between conductor Γ / and earth E, and the question arises as to what type of residual current flowing through conductor T _{1 is.} Assuming that the quenching coil L is tuned to almost resonance with the partial capacitances of the network (with respect to the fundamental wave), three currents flow from each of the healthy network conductors to earth, namely
a leakage current / ",,

ein Oberwellenstrom J₀ unda harmonic current J ₀ and

ein Kapazitätsstrom J_c der Grundfrequenz.a capacitance current J _{c of} the fundamental frequency.

Die Summe aller Kapazitätsströme (Σ/J durchfließt nicht die Fehlerstelle, sondern tritt in die Löschspule L ein. Die Summen aller Verlust- und Oberwellenströme dagegen, also Σ/,,. und i/₀, treten in den Leiter T₁ ein und fließen über diesen zur Sammelschiene und zum Generator. Während hiernach also der Leiter T₁ Ströme von OberwellenfrequenzThe sum of all capacitance currents (Σ / J does not flow through the fault location, but enters the quenching coil L. The sums of all loss and harmonic currents, on the other hand, i.e. Σ / ,,. And i / ₀ , enter the conductor T ₁ and flow about this to the busbar and the generator. While thereafter so the head _T1 streams of harmonic frequency

: führt, ist dies bei dem in der Zweigleitung II: leads, this is the case in branch line II

! befindlichen gleichphasigen Netzleiter T_n \ nicht der Fall. Während der Frequenzmesser F Tj das Vorhandensein dieser Stromoberwelle anzeigt, ist am Frequenzmesser FTu ! located in-phase power line T _n \ is not the case. While the frequency meter F Tj indicates the presence of this current harmonic, the frequency meter FTu

ι kein Ausschlag wahrzunehmen.ι no rash noticeable.

Faßt man nun gemäß Abb. 2 die gleichphasigen Frequenzmesser zu Gruppen zusammen, dann ergibt sich im Erdschlußfalle folgendes Bild: Von den Frequenzmessern der im Erdschluß befindlichen Phase T If the in-phase frequency meters are now combined into groups as shown in Fig. 2, the following picture results in the event of an earth fault: Of the frequency meters for phase T which is in the earth fault

; schlägt das im kranken Leiter I liegende Instrument stark aus, während das im Leiter II liegende Instrument keinen Ausschlag zeigt. Die Frequenzmesser der anderen Gruppen zeigen geringe und nahezu gleiche Ausschläge. Aus dem Verhalten der Frequenzmesser ist also deutlich und eindeutig zu erkennen, welche Phase und welche Zweigleitung Erdschluß hat. In Abb. 3 ist eine Schaltung zum Anschluß des Anzeigeinstruments veran- go schaulicht, durch welche die Einwirkung der Grundwelle auf das Instrument ausgeschaltet werden kann. In dieser Abbildung stellt T einen mit dem Leiter D in Reihe geschalteten Stromwandler mit der Primärwicklung P und der Sekundärwicklung Q dar. Der Sekundärstrom durchfließt eine Brücke B, welche aus den vier Teilen L₁, W₁, L₂, W₂ gebildet ist.; the instrument located in the sick ladder I deflects strongly, while the instrument located in ladder II shows no deflection. The frequency meters of the other groups show small and almost identical deflections. From the behavior of the frequency meter it can be clearly and unambiguously recognized which phase and which branch line has an earth fault. Fig. 3 shows a circuit for connecting the display instrument verango, by means of which the effect of the fundamental wave on the instrument can be switched off. In this figure, T represents a current transformer connected in series with conductor D with primary winding P and secondary winding Q. The secondary current flows through a bridge B, which is formed from the four parts L ₁ , W ₁ , L ₂ , W ₂ .

j Die Selbstinduktion L₁ und L₂ wie auch diej The self-induction L ₁ and L ₂ as well as the

; Widerstände W₁ und W₂ sind unter sich gleich und so bemessen, daß bei Stromdurchgang durch die Brücke für die. Spannung der Grundfrequenz die Diagonale M N phasensenkrecht auf der Diagonalen U V steht. Schließt man nun die eine Spule eines anzeigenden Zweispulen-Instrumentes Z an die; Resistors W ₁ and W ₂ are equal and dimensioned so that when current passes through the bridge for the. Voltage of the fundamental frequency the diagonal MN is phase perpendicular to the diagonal UV . If you now close the one coil of a two-coil indicating instrument Z to the

: Punkte U V, die andere an die Punkte M N der Brücke an, dann zeigt das Instrument: Points UV, the other to points MN of the bridge, then the instrument shows

■ keinen Ausschlag, wenn Ströme der Grundfrequenz durch die Brücke fließen. Für jede■ no deflection when currents of the fundamental frequency flow through the bridge. For every

; Oberwelle aber steht die Diagonale M N im Spannungsdiagramm nicht mehr senkrecht auf U V, weil die Induktivitäten (H)L₁ und ω L₃ sich mit ω geändert haben, während die; In the harmonic, however, the diagonal MN in the voltage diagram is no longer perpendicular to UV, because the inductances (H) L ₁ and ω L _{3 have} changed with ω , while the

\ Widerstände W₁ und W₂ ihren Wert behalten. Treten also im Leiterstrom Oberwellen auf, \ Resistors W ₁ and W ₂ keep their value. So if harmonics occur in the conductor current,

< so werden diese von dem Anzeigeinstrument ■gemessen. Die Wirksamkeit der Einrichtungen nach Abb. 2 und 3 ist, wie ohne weiteres zu erkennen ist, unabhängig davon, ob eine < this is how they are measured by the display instrument ■. The effectiveness of the devices according to Fig. 2 and 3 is, as can be seen without further ado, regardless of whether a

; Löschspule vorhanden ist oder nicht.; Extinguishing coil is present or not.

Eine andere Ausführungsmöglichkeit istAnother option is

folgende: Man schließt die Klemmen der Sekundärwicklung des Stromwandler über eine auf Resonanz mit der Grimdfrequenz abgestimmte Reihe von Selbstinduktion und Kapazität kurz. Wird an die gleichen Klemmen dann ein Voltmesser angeschlossen, so zeigt es nur Spannungen der Oberwellenfrequenz an. Auch in dieser Weise läßt sich die Gfundwelle von dem Anzeigeinstrument ίο fernhalten.the following: The terminals of the secondary winding of the current transformer are closed a series of self-induction and resonance with the basic frequency Capacity short. If a voltmeter is then connected to the same terminals, it only shows voltages of the harmonic frequency at. In this way, too, the fundamental wave can be removed from the display instrument ίο keep away.

Die beschriebene Anzeigevorrichtung kann auch dazu verwendet werden, von einer langen, einseitig gespeisten Zweigleitung dasjenige Teilstück zu erkennen, in welchem der Erdschluß liegt. Wenn man nämlich auch in voneinander entfernte Punkte der Zweigleitung einige die Oberwellen anzeigende Instrumente einbaut, dann zeigen nur diej enigen Instrumente einen Oberwellenstrom an, ao welche in den Teilen der Zweigleitung liegen, welche sich zwischen Sammelschienen der Zentrale und der Fehlerstelle befinden; darüber hinaus schlagen die Instrumente nicht aus, weil der Erdschlußreststrom diese Leiteras teile nicht durchfließt. Werden die so verteilten Instrumente als Relais zum Abschalten der Leitung benutzt, dann ist es zweckmäßig, sie mit Zeiteinteilung derart wirken zu lassen, daß die Schaltzeiten um so kürzer sind, je weiter das Instrument von den Sammelschienen der Zentrale entfernt liegt. Die selektiven Eigenschaften der Anzeigevorrichtung lassen sich auch bei komplizierterem Leitungsverlauf verwerten, nur muß dem einzelnen Falle die Anordnung der Instrumente sinngemäß angepaßt werden.The display device described can also be used by a long, unilaterally fed branch line to recognize the section in which the Earth fault is. If you are also in distant points of the branch line some instruments that show the harmonics are built in, then only those show Instruments a harmonic current, ao which are in the parts of the branch line, which are located between the busbars of the control center and the fault location; about that In addition, the instruments do not knock out, because the residual current to earth faults these conductors parts does not flow through. The instruments distributed in this way are used as relays for switching off is used by the management, then it is advisable to let it work with time division in such a way that that the switching times are the shorter the further the instrument is from the busbars away from the headquarters. The selective properties of the display device can also be used in the case of a more complicated pipe run, only the individual must The arrangement of the instruments should be adapted accordingly.

Der \"orteil des selektiven Erkennens liegt in der Möglichkeit, die Fehlerstellen rasch aufzusuchen und den Fehler in kürzester Zeit beseitigen zu können.The \ "advantage of selective recognition lies in the ability to locate the faults quickly and the fault in the shortest possible time to be able to eliminate.

Claims

Patent Claims:

i. Display device for the selective detection of a faulty earth fault:

Branch line of a high voltage network,. characterized in that responsive devices are turned on in the branch lines to higher harmonics which indicate higher harmonics contained in the earth leakage or cause the disconnection of the power supply diseased [.

2. Display device according to claim 1; characterized in that instruments are switched into the branch lines of the Xetzes which indicate the simultaneous presence of several waves of different frequencies.

3. Display device according to claim 1, characterized in that the on higher harmonic responsive devices in the power lines indirectly via current transformers with loose coupling are switched on to reduce the influence of the fundamental wave.

4. Display device according to claim 1, characterized in that the harmonics an instrument indicating a power line is a two-coil instrument, the coils of which are each attached to a diagonal one Wheatstone bridge formed from self-induction and resistances connected which is directly or via a current transformer in series with the mains conductor and which has self-induction and the resistors are so arranged and dimensioned that in the voltage diagram for the fundamental frequency, the diagonals of the bridge are perpendicular to each other.

5. Display device according to claim 1, characterized in that as the indicating Instrument a single coil instrument (volt or ammeter) is used, which is connected to the secondary winding of a series connected to the line conductor lying current transformer, being parallel to the instrument a series consisting of self-induction and capacitance and tuned to resonance with the fundamental frequency is connected is.

6. Display device according to claim 1, characterized in that the display device at the same time serves as a protective device and is designed as a relay for this purpose, which in the event of an earth fault can switch off the associated line or operate a signaling device.

7. Display device according to claim 1, characterized in that at several spatially distant points of a line harness on harmonic Currents responsive devices are switched on, which act as a relay with time setting can be set up to switch off the sick part of the line, with the time setting of the individual Relay is such that the tripping time decreases with the distance from the control center.

1 * sheet of drawings.