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Vorrichtung zur Herabsetzung oder völligen Aufhebung der durch Induzierung
von der Obervoltseite auf der Untervoltseite von Transformatoren hervorgerufenen
Spannung In Anlagen, in denen die Generatoren über Transformatoren auf <las Netz
arbeiten, und in Anlagen, in denen Motoren über Transformatoren betrieben werden,
ohne daß eine Erdung des Nullpunktes vorgenommen wird, läßt sich ein einfacher Schutz
gegen Erdschluß auf der Generatoren- bzw. Motoren-Seite (Untervoltseite) dadurch
erreichen, daß man den Nullpunkt des zu schützenden Apparates oder des Transformators
über einen Spannungswandler S (Abb. F) erdet. An die Sekundärseite des Spannungswandlers
wird dann ein Relais gelegt, das eine etwa auftretende Spannung meldet bzw. den
Generator oder Motor nebst Transformator abschaltet. Anstatt über einen Spannungswandler
kann man auch über die Reihenschaltung einer lmpedanz Z mit einem Relais erden.
Dieser Schutz kann nur dann Anwendung finden, wenn die Oberspannung des Transformators
verhältnismäßig klein ist.
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Wenn nämlich auf der Obervoltseite des Transformators T in Abb. z
ein Erdschluß auftritt, entsteht an dem Spannungswandler S, trotzdem die Niederv
oltseite keinen Erdschluß hat, eine Spannung, die ein fehlerhaftes Auslösen des
Relais R bewirken kann. Diese bereits bekannte Spannungsübertragung ist so zu erklären,
daß die Hochvoltspulen des Transformators mit der Kiedervoltwicklung durch -eine
Kapazität C, die man such zwischen die Nullpunkte des Transformators gelegt denken
kann, verbunden sind. Bei einem Erdschluß auf der Obervoltseite erhält also der
Nullpunkt des Transformators auf der Obervoltseite Phasenspannung. Es fließt unter
dem Einfluß dieser Spannung nun ein Strom über die Serienschaltung,-- bestehend
aus der Kapazität C, als der äquivalenten Kapazität der Transformatorenwicklungen,
über die Kapazität Ck (Abb. 2), die die Summe der Kapazitäten der Nieder voltwicklung
des Transformators gegen Erde, der Generatoren-bzw. Motorenwickluig gegen Erde und
die der Leitungen zwischen Transformator und Apparat gegen Erde darstellen - soll.
Parallel zu dieser Kapazität Ck ist die Impedanz Z geschaltet.
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Man kann ein fehlerhaftes Ansprechen des Relais in bekannter Weise
dadurch ' vermeiden, daß man die Impedanz, beispielsweise einen Widerstand, so bemißt,
daß das Relais R bei dem größtmöglichen Fehlerstrom noch nicht anspricht. Diese
Impedanz kann auch in die Sekundärseite des Spannungswandlers S' in Abb. z gelegt
werden. Man
kann das Relais auch so unempfindlich machen; daß es
beidem Fehlets"trom sicher nicht anspricht. Anderseits ist es erwünscht, dafl die
Niedervoltseite des Transformators und 4
i der zu schützende Generator, Motor
odersonstige Verbraucher über möglichst hohe Widerstände geerdet wird, denn bei
einem auftretenden Erdschluß wird der Strom um so geringer, je höher die Impedanz
Z ist. Ein hoher Strom kann hier nicht erwünscht sein, da er bei einem Erdschluß
große Zerstörungen im Generator oder Transformator verusachen könnte. Bei Anlagen,
die mit höherer Spannung arbeiten, sind die Fehlerströme, selbst wenn man die Kapazität
Ck durch Parallelschaltung einer ganzen Reihe von Kabeln soweit wie möglich vergrößert,
doch so hoch, daß an Stelle des. Spannungswandlers S ein Leistungstransforator treten
müßte. Auch aus diesem Grunde muß der Fehlerstrom zweckmäßig beseitigt werden.
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Wie aus dem Schema in Abb. 2 hervorgeht, kann man die Spannung zwischen
den Punkten b-c dadurch herabsetzen, daß man die Impedanz zwischen den Punkten a-b
möglichst hoch macht. Dies ist nach Abb.3 dadurch möglich, daß man eine entsprechend,
bemessene Drosselspule mit der Induktivität L zwischen die Nullpunkte ein und desselben
Transformators legt. Sie ist so abzustimmen, daß der Kreis a-b in Stromresonanz
arbeitet. Dann muß der Strom, der zwischen den Punkten a und b fließt, ein Minimum,
die Impedanz zwischen a und b also ein Maximum werden. Diese Anordnung,
die für parallele Leitungen oder Netze mit angeschlossenen Erdschluß-,pulen, also
ganz andere Verhältnisse, Voraussetzungen und Größenordnungen, bekannt ist, hat
in Schutzanlagen den Nachteil, daß es nicht möglich ist, eine annähernd verlustfreie
Drosselspule zu bauen, so daß tatsächlich doch noch ein beträchtlicher Reststrom
zwischen den Punkten b-c fließen müßte.
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Eine weitere Möglichkeit wäre die, die Impedanz zwischen den Punkten
b und c so gering wie möglich zu machen. Diese Anordnung hat den bereits obenerwähnten
Nachteil, daß die Ströme bei einem auftretenden Fehler so groß werden, daß schwere
Verbrennungen im Generator oder Transformator zu befürchten sind.
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Die Fehler der im vorstehenden erwähnten Anordnung können mit Hilfe
einer Kompensationsschaltung beseitigt. werden. Abb. 4. zeigt ein in Frage kommendes
Schaltschema. Darin ist mit T wiederum der Transformator, mit S der Spannungswandler,
mit R das Relais und mit G der zu schützende Generator, Motor oder sonstige Verbraucher
bezeichnet. Um die Empfindlichkeit des Relais zu steigern, sind in bekannter Weise
Eisenwiderstände L vor das Relais geschaltet, das in diesem Falle aber nicht direkt,
sondern unter Zwischenschaltung eines Wandlers W Strom erhält. Der letztere ist
mit einer dritten Wicklung versehen, die ihrerseits von einem Stromwandler U gespeist
wird, der über eine Kapazität K zwischen dem Obervoltnullpunkt des Transformators
T und Erde liegt. Die Abstimmung kann durch entsprechende Wahl der Kapazität K o9er
durch Änderung der Windungszahlen des Stromwandlers U oder des Wandlers W vorgenommen
werden. Die Einrichtung wird so abgeglichen, daß der auf der Primärseite des Wandlers
W fließende Fehlerstrom durch einen entsprechenden Strom, der durch die Kapazität
K und den Stromwandler U fließt, aufgehoben wird, so daß das Relais R nicht ansprechen
kann. An Stelle der Eisenwiderstände L können beliebige Impedanzen Verwendung finden,
die allerdings, den Nachteil haben, -daß -man die Relaisempfindlichkeit mit ihrer
Hilfe nicht steigern kann. Die Anordnung braucht nur für den einen Fall abgeglichen
zu werden, daß bei gesunder Niedervoltseite auf der Obervoltseite ein Erdschluß
auftritt.
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Eine weitere Anordnung, die in der gleichen Weise arbeitet, ist in
Abb. 5 angegeben. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Abb. 4.. An den Nullpunkt
des Generators ist obervoltseitig ein Spannungswandler I' gelegt, der durch eine
Impedanz, z. B. eine Kapazität K, die in Serie mit der dritten Wicklung des Wandlers
W liegt, belastet ist. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist die gleiche wie
die der in Abb. q, beschriebenen. Man kann auch auf den Spannungswandler S verzichten
und den Wandler W, wie Abb. 6 zeigt, in Serie mit einer Impedanz Z direkt an den
Nullpunkt des Generators oder Transformators auf der Niedervoltseite legen. Man
kann weiter an Stelle des Wandlers W das Relais R mit zwei Wicklungen versehen,
von denen die eine von dem Kompensationsstrom durchflossen wird.
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Die in Abb. q. und 5 mit K bezeichnete Kapazität kann auch durch eine
andere beliebige Impedanz ersetzt werden, wenn man den Strom in der Tertiärwicklung
des Wandlers W beispielsweise durch Parallelschaltung vor. Kondensatoren oder anderen
geeigneten Impedanzen entsprechend schwenkt. Es könnte ferner beispielsweise eine
reine Induküvität an Stelle des Kondensators K Verwendung finden. In diesem Falle
hätte man lediglich die Anschlüsse an der Tertiärwicklung des Wandlers W zu vertauschen.
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Zu. dem gleichen Zweck kann man auch eine bekannte Anordnung zum Erfassen
des Erdschlusses benutzen. In diesem Falle wird an den Spannungswandler S eine beliebige
Impedanz
7 über den Wandler W gelegt. Der letztere erhält wie vorher
eine Wicklung, die von dem Kompensationsstrom durchflossen wird. An seine Sekundärwicklung
wird das Relais R gelegt, an eine weitere entsprechend bemessene Wicklung werden-
Glimmlampen oder andere elektrische Ventile, die in Abb. 7 mit B bezeichnet sind,
über entsprechende Impedanzen gelegt. Auch hier kann der Wandler W wiederum entbehrlich
gemacht werden, wenn die erforderlichen Wicklungen auf dem Relais selbst untergebracht
werden können.
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Abb. 8 zeigt eine weitere Anordnung, die ebenfalls zur Kompensation
benutzt werden kann. Durch Vorversuche wird festgestellt, welche Spannung an dem
Spannungswandler S bei. einem Erdschluß auf der Obervoltseite auftritt. Der Spannungswandler
V erhält ein solches Übersetzungsverhältnis, daß er gerade diese fehlerhafte Spannung
sekundär liefert, wenn die primäre Spannung gleich der Phasenspannung ist. Durch
die Serienschaltung beider Wandler mit dem Relais wird erreicht, daß sich die Fehlerspannung
und die Sekundärspannung des Wandlers h bei einem Erdschluß auf der Obervoltseite
aufheben, so daß das Relais nicht fälschlicherweise ansprechen kann.
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In Abb.9 ist die gleiche Schaltung unter Verwendung eines Spannungsteilers
X dargestellt. Sie ist dann vorteilhaft anzuwenden, wenn der Wandler V mit einem
anderen Übersetzungsverhältnis mit Rücksicht auf andere Apparate hergestellt werden
muß. Man kann an Stelle des Spannungsteilers X auch einen kleinen Transformator
an die Sekundärspannung des Wandlers Ir legen, um die erforderliche Kompensationsspannung
zu erhalten.
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Es ist nebensächlich, ob der Spannungswandler S an den Nullpunkt 'des
Generators, Transformators oder Motors gelegt wird. Man kann auch einen künstlichen
Nullpunkt benutzen, wenn die Nullpunkte unzugänglich sind oder wenn die Maschinen
und Transformatoren in Dreieck geschaltet sind. Die galvanisch mit der geschützten
Niedervoltseite verbundenen Teile werden durch die gleiche Apparatur mitgeschützt.
Entsprechende Anordnungen lassen sich bei Einphasen- und Mehrphasenanlagen durchführen.