DE492263C

DE492263C - Protective circuit for the forced retention of the voltage distribution to earth along the neutral conductor in low-voltage networks

Info

Publication number: DE492263C
Application number: DEK98684D
Authority: DE
Inventors: Hans Auernheimer
Original assignee: Kraftwerk Altwuerttemberg A G
Current assignee: Kraftwerk Altwuerttemberg A G
Priority date: 1926-04-13
Filing date: 1926-04-13
Publication date: 1930-02-21

Description

Schutzschaltung zum zwangläufigen Festhalten der Spannungsverteilung gegen Erde längs des Nulleiters in Niederspannungsnetzen Es war bisher üblich, den Nullpunkt des Transformators in der Station auf der Niederspannungsseite direkt an Erde zu legen. Diese Erdung sollte nach der bisher üblichen Auffassung einen möglichst geringen Widerstand aufweisen. Man suchte diese Anordnung noch dadurch zu verbessern, daß man längs des Nulleiters mehrere Erden, auf die ganze Länge verteilt, anbrachte. Da sich in den einzelnen Niederspannungsanlagen diese Schutzerdung einerseits infolge der zu hohen Kosten, andererseits aber infolge der Unmöglichkeit, eine gute Erde herzustellen, nicht durchführen ließ, war man gezwungen, den Nulleiter für diese Schutzmaßnahme mit heranzuziehen, was allgemein unter dem Namen Nullung bekannt ist.Protective circuit for the inevitable retention of the voltage distribution against earth along the neutral conductor in low-voltage networks Zero point of the transformer in the station on the low-voltage side directly to lay on earth. This earthing should, according to the usual view up to now, a have the lowest possible resistance. This arrangement was still sought through to improve that along the neutral conductor several earths are distributed over the entire length, attached. Since this protective grounding is on the one hand in the individual low-voltage systems because of the high costs, but on the other hand because of the impossibility of producing a good one Establishing earth, not allowing it to go through, one was forced to use the neutral conductor for to use this protective measure with what is commonly known as zeroing is.

Wenn aber ein Schutz gegen zu hohe Berührungsspannung gewährleistet sein soll, muß unter allen Umständen die Spannungsverteilung längs des Nulleiters bekannt und von Zufälligkeiten unabhängig sein. Dies ist bei der heute üblichen Anordnung nicht der Fall.But if protection against excessive touch voltage is guaranteed should be, the stress distribution along the neutral conductor must be under all circumstances be known and independent of coincidences. This is common today Arrangement not the case.

Der Widerstand aller Erdungen ändert sich nämlich je nach den Boden-, Witterungs- und Grundwasserverhältnissen. Damit ändert sich bei einem am Ende der Leitung auftretenden Kurzschluß zwangläufig auch die Spannungsverteilung des Nulleiters gegen Erde. Diese wird sogar so ungünstig, daß dann die volle Spannung gegen Erde auf der einen Seite des Nulleiters auftritt, wenn auf der anderen Seite der Widerstand praktisch Null ist.The resistance of all earthing changes depending on the ground, Weather and groundwater conditions. So that changes at one at the end of the Line occurring short circuit inevitably also the voltage distribution of the neutral conductor against earth. This is even so unfavorable that then the full voltage against earth on one side of the neutral occurs when on the other side the resistance occurs is practically zero.

Die Rechnung für die in Abb. r dargestellte Schaltung zeigt, daß diese Spannungsverteilung von dem Verhältnis der Widerstände der Erdungen am Anfang und Ende der Leitung abhängig ist, wie dies Abb. 2 zeigt. Darin ist die Spannung Ei an der Stationserde und E2 am Ende der Leitung in Abhängigkeit des Verhältnisses der Widerstände Z2 und Z, der beiden Erden aufgetragen. Da die Kurve für alle Spannungsverhältnisse gilt, wurden der Einfachheit halber El und E, in Prozenten der Phasenspannung E, aufgetragen. Die geringste Berührungsspannung wird erreicht, wenn die Spannungen El und EZ gleich groß sind. Dies ist der Fall, wenn beide Widerstände Z, und Z2 gleich sind oder wenn das Verhältnis von 4 zu Z, = i ist. Wir erhalten sogar in der Mitte der Leitung einen Punkt, der gegen Erde das Potential Null aufweist, wie die Kurve a in Abb. 3 zeigt. Je- nach dem Verhältnis _ der Erdwiderstände verschiebt sich der Punkt nach rechts oder links (z. B. Kurve b und c) - und erreicht, wie oben angegeben, den Grenzwert (Kurve d), sobald der eine Widerstand gleich Null wird. Aus den Untersuchungen - ergibt sich weiter, daß die Anwendung von mehr als zwei Erden, nämlich am Anfang und am Ende der Leitung, zwecklos ist. Wird . z. B. nach Abb. 4 in der Mitte der Leitung eine weitere Erdung angeordnet, so wird an dieser (nach Abb. 3) die Spannung nur wenig von Null verschieden sein, d. h. die Erdung ist überflüssig.The calculation for the circuit shown in Fig. R shows that this voltage distribution is dependent on the ratio of the resistances of the earths at the beginning and end of the line, as Fig. 2 shows. This shows the voltage Ei at the station earth and E2 at the end of the line as a function of the ratio of the resistors Z2 and Z of the two earths. Since the curve applies to all voltage ratios, E1 and E have been plotted as a percentage of the phase voltage E for the sake of simplicity. The lowest contact voltage is achieved when the voltages El and EZ are equal. This is the case when both resistances Z1 and Z2 are equal or when the ratio of 4 to Z1 = i. We even get a point in the middle of the line which has zero potential to earth, as curve a in Fig. 3 shows. Depending on the ratio of the earth resistances, the point shifts to the right or left (e.g. curve b and c) - and, as stated above, reaches the limit value (curve d) as soon as one resistance is equal to zero. From the investigations - it also emerges that the use of more than two earths, namely at the beginning and at the end of the line, is pointless. Will . z. If, for example, according to Fig. 4, another earthing is arranged in the middle of the line, the voltage at this (according to Fig. 3) will only differ slightly from zero, ie the earthing is superfluous.

Das gleiche gilt für die in Abb. 5 dargestellte Schaltung mit den zugeschalteten Erden Z4 und Z5, da sich diese zu einer resultierenden Erde Z3 (Abb. 4) zusammenfassen lassen.The same applies to the circuit shown in Fig. 5 with the connected earths Z4 and Z5, as these become a resulting earth Z3 (Fig. 4) can be summarized.

Gemäß der nachfolgend beschriebenen Erfindung wird das Potential des Nulleiters gegen Erde so festgelegt, daß die Spannung des Nullleiters gegen Erde längs der Leitung möglichst klein wird. Für den Schutzbezirk bedeutet dies, daß die Berührungsspannung des Nullleiters auf eine Spannung zwischen Null und halber Phasenspannung gebracht wird. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß am Anfang des Nulleiters, also in der Station, und an seinem Ende nicht eine direkte Erdung hergestellt wird, sondern daß zwei gleich große Impedanzen (Z1 und Z2) oder Impedanzkombinationen von Ohmschen Widerständen, Drosselspulen oder Kapazitäten zur Anwendung kommen. Durch Verwendung dieser entsprechend hohen Impedanzen wird man von dem Einfluß der naturgemäß veränderlichen Erde unabhängig. Die Anordnung nach Abb. r hat weiter den Vorteil, daß der Strom, der bei einer fehlerhaften Verbindung des Nulleiters oder einer Phase mit Erde entsteht, durch entsprechende Wahl der Impedanzen in willkürlich wählbarem Maße beschränkt wird. Dadurch wird die Gefahr der elektrischen Anlage für Mensch und Tier herabgesetzt, und es können vielleicht Brandschäden usw. verhütet werden. Unter Umständen kann es erüorderlich sein, das Verhältnis der Impedanzen Zi,Z, nach Bedarf abzuändern, um eine andere gewünschte Verteilung des Potentials längs des Nulleiters gegen Erde zu erzwingen (Abb.6).According to the invention described below, the potential of the The neutral conductor to earth is set in such a way that the voltage of the neutral conductor to earth becomes as small as possible along the line. For the protected area this means that the contact voltage of the neutral conductor to a voltage between zero and half Phase voltage is brought. The essence of the invention is that at the beginning of the neutral conductor, i.e. in the station, and not a direct earthing at its end is produced, but that two equal impedances (Z1 and Z2) or impedance combinations ohmic resistances, inductors or capacitors are used. By using these correspondingly high impedances, one is protected from the influence of the naturally changeable earth independently. The arrangement according to Fig. R has further the advantage that the current, which in the event of a faulty connection of the neutral conductor or a phase with earth arises, by appropriate choice of the impedances in arbitrary selectable dimensions is limited. This increases the risk of the electrical system for humans and animals, and it can perhaps prevent fire damage etc. will. Under certain circumstances it may be necessary to change the ratio of the impedances Zi, Z, change as needed to get another desired distribution of potential to force along the neutral against earth (Fig.6).

Die Bemessung der Widerstände bzw. der Impedanzen richtet sich ferner nach der Höhe der induzierten Spannung bzw. des induzierten Stromes, die auftreten können, wenn auf der Oberspannungsseite des Hochspannungstransformators- ein Erdschluß auftritt.The dimensioning of the resistances or the impedances is also based according to the level of the induced voltage or the induced current that occur can if on the high voltage side of the high voltage transformer a ground fault occurs.

Die Erdungen brauchen nicht unbedingt in der Transforrnatorenstation und am Ende der Leitung zu erfolgen, sondern können auch an zwei anderen durch die Verhältnisse und den zu sichernden Bezirk bestimmten Punkten längs der Leitung angeordnet werden. Bei der Auswahl der Erdungsstellen sind die Boden- und Grundwasserverhältnisse nachzuprüfen, ob sie sich für eine gute Erdung eignen. Auch die Bodenpreise, die Lage von Grundstücken und die Art des Anschlusses können für den Platz der Erdungsstelle entscheidend werden. Ausschlaggebend in dieser Richtung ist besonders auch die Lage des zu sichernden Bezirks. Soll z. B. in einem Dorf, dessen Transformatorenstation weit vom Dorfe abliegt, ein guter Schutz gegen zu hohe Berührungsspannung erzielt werden, so wird man die beiden Erdungsstellen am Anfang und Ende des durch die Häuser begrenzten Bezirks wählen (Abb. 7) und auf die unnötige Herabsetzung der Berührungsspannung für die durch ihre Lage geschützte Freileitung von der Station zum bewohnten Bezirk verzichten. Ebenso ist es nicht erforderlich, die -zweite Erdung am Ende der Gesamtleitung anzuordnen. Liegt beispielsweise außerhalb des Häuserblocks noch eine Straßenbeleuchtung größerer Ausdehnung, so wird man keinen besonderen Wert auf die Herabsetzung der Berührungsspannung für diesen durch andere Maßnahmen genügend geschützten Anlageteil legen und die Leitung an der Anschlußstelle der Straßenbeleuchtung erden. Die Anordnung der Erden hängt also ganz von den örtlichen und wirtschaftlichen Verhältnissen ab.The earths do not necessarily need in the transformer station and to be done at the end of the line, but can also be passed to two other through the Relationships and the district to be secured specific points arranged along the line will. When choosing the earthing points, the soil and groundwater conditions are important to check that they are suitable for a good earth connection. Even the land prices that Location of land and the type of connection can determine the place of the earthing point become decisive. The decisive factor in this direction is also the location of the district to be secured. Should z. B. in a village whose transformer station Far from the village, a good protection against excessive contact voltage is achieved so one will use the two earthing points at the beginning and end of the through the houses limited area (Fig. 7) and on the unnecessary lowering of the contact voltage for the overhead line from the station to the inhabited district, which is protected by its location waive. It is also not necessary to have the second earthing at the end of the overall line to arrange. For example, if there is still street lighting outside the block of greater extent, one does not place any particular emphasis on the lowering of the Contact voltage for this part of the system, which is adequately protected by other measures and earth the cable at the connection point for the street lighting. The order of the earth depends entirely on the local and economic conditions.

Unter Umständen ist es zweckmäßig, die Erdung über eine Impedanz oder direkt an einem künstlichen Nullpunkt, der inner- oder außerhalb der Station liegt, vorzunehmen. Dieser künstliche Nullpunkt kann aus beliebigen Impedanzen (Transformatoren, Drosselspulen, Kondensatoren, Widerständen usw.) gebildet werden (Abb.8). Zweckmäßig dürften Kondensatoren benutzt werden, die gleichzeitig zur Kompensation des Leerlaufstromes des Transformators und der Blindlast Verwendung finden können.It may be useful to connect the ground via an impedance or directly at an artificial zero point, which is inside or outside the station, to undertake. This artificial zero point can be made up of any impedances (transformers, Reactors, capacitors, resistors, etc.) are formed (Fig.8). Appropriate Capacitors should be used, which at the same time compensate for the no-load current the transformer and the reactive load can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Protective circuit for the compulsory retention of the Voltage distribution to earth along the neutral conductor in low-voltage networks, thereby marked that in the station and at the end of the line or at two others points along the river, determined by the circumstances and the district to be secured Line, e.g. B. at the borders of the area to be protected, grounding of the neutral conductor via two impedances or impedance combinations of inductors, capacitors Or ohmic resistors are arranged, the dimensions of which are chosen so that the voltage of the neutral conductor to earth for all parts accessible to contact as small as possible and at the same time independent of the randomness of the earth resistance is.

2. Protection circuit according to claim x, characterized in that the grounding instead of at the zero point of the generator or transformer via artificial zero points, consisting of any impedances, auxiliary transformers or motors, takes place, provided the ground conditions an earthing of the transformer or Generator zero point or the protection zone the generator or transformer not included.

3. Protection circuit according to claim z and 2, characterized in that that the ohmic values of the impedances used for grounding with regard to the induced Current or the induced voltage are selected due to the capacitive coupling from the high and low voltage side of the transformer occurs when in the high voltage network a ground fault occurs.