DE569515C

DE569515C - Selektiver Erdschlussschutz fuer Kabel, Maschinen, Transformatoren und sonstige elektrische Apparate

Info

Publication number: DE569515C
Application number: DEA62415D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Rottsieper
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1931-06-23
Filing date: 1931-06-23
Publication date: 1933-02-04

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 4. FEBRUAR 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE 68so

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Selektiver Erdschlußschutz für Kabel, Maschinen, Transformatoren und sonstige elektrische Apparate

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Juni 1931 ab

Es sind Erdschlußschutzeinrichtungen bekannt, bei denen zur selektiven Abschaltung nach dem Wattmeterprinzip arbeitende Erdschlußrelais verwendet werden, deren Spannungsspulen an die Nullpunktspannung und deren Stromspulen bei Drehstromsystemen meist in der gemeinsamen Sternpunktverbindung von drei in Asymmetrieschaltung angeordneten Stromwandlern liegen. Bei kompensierten Netzen ist der Asymmetriestrom gleich dem Reststrom. Die Relais sprechen auf die Wattkomponente dieses Reststromes an. Da aber insbesondere bei Kabelnetzen in vielen Fällen die Wirkstromkomponente sehr klein ist, müssen die Erdschlußrelais sehr empfindlich sein. Um mit derartig empfindlichen Relais arbeiten zu können, darf in der gemeinsamen Sternpunktvorrichtung der in Asymmetrieschaltung angeordneten Strom-

ao wandlergruppe außer im Erdschlußfall kein Unsymmetriestrom fließen. Diese Bedingung ist jedoch nur erfüllt, wenn die Wandler genau dieselbe Fehlercharakteristik aufweisen. Da nun selbst bei einer Fabrikationsserie die Stromwandler nicht immer genau gleich ausfallen, treten Unsymmetrieströme auf, die die Relais ungewollt zum Ansprechen bringen können und somit die Selektivität derartiger Einrichtungen in Frage stellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine selektive Erdschlußschutzeinrichtung zu schaffen, die die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet und mit weniger empfindlichen Relais und ohne Falschstromkompensation, die gelegentlich vorgeschlagen wurde, ebenfalls eine selektive Anzeige ohne Abtrennung der mit Erdschluß behafteten Einrichtung bewirkt.

Das Kennzeichen des neuen selektiven Erdschlußschutzes für Kabel, Maschinen, Transformatoren und sonstige elektrische Apparate mit voneinander isolierten Leiterteilen besteht darin, daß zwischen die während des normalen Betriebes nicht gegeneinander spannungführende Leiterteile im Augenblick des Erdschlusses eine durch Transformation aus der bei Erdschluß auftretenden Nullpunktspannung des Systems gewonnene Spannung gelegt wird, die zwischen den durch den Erdschlußlichtbogen überbrückten Leiterteilen 5" einen Ausgleichstrom hervorruft, der auf die Niederspannungsseite übertragen wird und eine Erdschlußanzeige oder Abschaltvorrichtung betätigt. Die durch Transformation gewonnene Spannung kann von geringer Höhe sein.

Die Leiterteile werden am Anfang und Ende der zu schützenden Einrichtung durch

*■) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Karl Rottsieper in Berlin-Adlershof.

die Hochspannungswicklung eines Spannungswandlers miteinander verbunden, die s:i geschaltet ist, daß die Leiterteile im Verhältnis ihres Querschnittes an der Netzstrom-Übertragung teilnehmen, ohne daß dadurch im Kern des Spannungswandlers durch den Netzstrom ein Fluß erzeugt wird. Die Niederspannungswicklungen dieser Transformatoren werden über ein Maximalstrom- oder ίο Wattmeterrelais' an die Klemmen der Wicklung des vierten und fünften Schenkels eines Fünfschenkel-Erdschlußwandlers oder die Klemmen der Niederspannungswicklung einer Erdschlußspule angeschlossen. Während des Normalbetriebes wird also dem Spannungstransformator, da die Spannung des neutralen Punktes Null ist, keine Spannung aufgedrückt, so daß auch zwischen den an die Hochvoltwicklung des Spannungstransformators angeschlossenen voneinander isolierten Leiterteilen keine Spannungsdifferenz besteht. Bei Erdschluß hingegen entsteht an der Wicklung des Fünfschenkelwandlers bzw. an der Wicklung der Erdschlußspule eine Spannung, die über das Relais der Niederspannungswicklung des Spannungstransformators zugeführt wird. Liegt der Erdschluß außerhalb der zu schützenden Strecke, so wird der das Relais durchfließende Strom durch die Leerlaufleistung des Spannungswandlers begrenzt. Liegt dagegen der Erdschluß innerhalb der mit unterteilten Leitern ausgerüsteten Strecke oder Wicklung, so werden die voneinander isolierten Leiterteile durch den Erdschlußlichtbogen überbrückt und kurzgeschlossen, so daß jetzt der Spannungstransformator eine höhere Leistung als die Leerlauf leistung aufnimmt, auf die das zwischengeschaltete Relais auf der Nieder-Spannungsseite anspricht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es handelt sich dabei um den Erdschlußschutz für ein Drehstromkabel, das an das Sammelschienen- +5 system UVW angeschlossen ist. Die Leiter jedes Kabels sind in drei Querschnitte unterteilt. Außer dem Hauptleiter i sind zwei voneinander und gegen den Hauptleiter isolierte Hilfsleitergruppen 2 und 3 vorhanden, deren Enden am Anfang und Ende an den Spannüngswandlern 4 mit der Hochspannungswicklung F-L-W liegen. Die Niederspannungswicklungen a-e am Anfang des Kabels sind über die Relais 5 parallel geschaltet und liegen an den Klemmen O₁, e_± der Sekundärwicklung des Fünf schenkel wandlers 6, der primärseitig an das Drehstromsystem UVW angeschlossen ist. Die in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehenen Erdschlußrelais 5 arbeiten nach dem wattmetrischen Prinzip. Ihre Stromspulen werden von den Erregerströmen der einzelnen Wandler durchflossen. Die Spannungsspulen liegen parallel zu den Wicklungen a-e der entsprechenden Spannungstransformatoren.

Am Ende des Kabels sind die Enden e der Niederspannungswicklnugen der Spannungstransformatoren 4 ebenfalls verbunden, während die Anfänge α dieser Wicklungen dem Erdschlußüberwachungsrehiis 7 zugeführt sind. Das Erdschlußüberwachungsrelais 7 enthält drei Magnetsysteme mit den Wicklungen a«-e₂, a./-e₂' und a₂"-e₂" und drei Kontaktpaare k_rk₂\ k_s-k_a\ k_a-ki· Über diese Kontakte werden die Anzeige- bzw. Abschaltrelais 8 von einer Gleichstromquelle gespeist. Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende:

Tritt bei χ ein Erdschluß im Kabel auf, so werden durch den Erdschlußlichtbogen die voneinander isolierten Teilleiter überbrückt und die Hochvoltwicklungen F-W des an der Phase U liegenden Spannungswandlers 4 über den Widerstand der Teilleiterschleife kurzgeschlossen. Gleichzeitig erhält durch die Erdung der Phase U die Wicklung U^e_x des Fünfschenkelwandlers Spannung, wodurch die an seine Klemmen angeschlossenen Spannungswandler 4 erregt werden. Während die Wandler in den Phasen V und W nur die Leerlaufleistung aufnehmen, ist der Wandler 4 in der erdgeschlossenen Phase U infolge der Überbrückung der Teilleiter belastet, so daß das Relais 5 zum Ansprechen gebracht wird.

Am Ende der Leitung liegen die Verhältnisse wie folgt:

Die Spannungswandler 4 in den Phasen V und W werden über die Teilleiter von der Hochvoltwicklung aus erregt. Die Spannungen der entsprechenden Niedervoltwickungen a-e sind gleich. Der Wandler in der erdgeschlossenen Phase U dagegen erhält infolge des Kurzschlusses zwischen den Teilleitern keine Spannung. Die Spannung an der Niedervoltwicklung a-e ist O. Das hat zur Folge, daß die Wicklung a₂-e₂ und a₂"-e₂" des Erdschlußanzeigerelais 7 Spannung erhält, wodurch das Kontaktpaar A₁-S₁' und k_s-k_s' geschlossen und der Gleichstromkreis für das no Abschalt- bzw. Anzeigerelais 8, welches der Phase U zugeordnet ist, eingeschaltet wird. Dieses Relais schaltet dann das Kabel ebenso wie das Erdschlußrelais 5 am Anfang der Strecke ab.

Für den Fall eines Erdschlusses außerhalb der zu schützenden Strecke erhält zwar die Wicklung O₁-^₁ des Fünfschenkelwandlers 6 ebenfalls Spannung, so daß die drei Spannungswandler am Anfang des Kabels erregt werden und die Niederspannungswicklungen der Spannungswandler 4 am Ende des Kabels

Claims

Spannungen gleicher Größe und Richtung erhalten, jedoch können die Erdschlußrelais am Anfang nicht ansprechen, da die Belastung durch die kurzgeschlossenen Teilleiter, die mit den Wicklungen F-W der Spannungswandler verbunden sind, fehlt. Die Spannung der Niedervoltwicklung a-e der Spannungswandler 4 am Ende des Kabels sind in diesem Falle gleich groß, so daß in dem Erdschlußanzeigerelais 7 kein Strom entstehen kann. Beim Erdschluß außerhalb der zu schützenden .Strecke werden also auch die am Ende des Kabels befindlichen Anzeige- oder Abschaltrelais 8 nicht ansprechen. PATE N T Λ XSPR t j C H E:

1. Selektiver Erdschlußschutz für Kabel, Maschinen, Transformatoren und sonstige elektrische Apparate mit voneinander isolierten Leiterteilen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die während des Normalbetriebes nicht gegeneinander spannungführenden Leiterteile fi, 2, 3) im Augenblick des Erdschlusses eine durch Transformation über Spannungswandler (4) aus der bei Erdschluß auftretenden Nullpunktspannung des Systems gewonnene Spannung gelegt wird, die zwischen den durch den Erdschlußlichtbogen überbrückten Leiterteilen (i, 2, 3) einen Ausgleichstrom hervorruft, der auf die Niederspannungsseite der Spannungswandler (4) übertragen wird und eine Erdschlußanzeige- oder iVbschaltvorrichtung (S, 7) betätigt.

2. Selektiver Erdschlußschutz nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Leiterteile (2, 3)' an der Netzstromübertragung teilnehmen.

3. Selektiver Erdschlußschutz nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang und Ende jeder Leitung je ein Spannungswandler (4) vorgesehen ist, durch den im Erdschlußfall die Erzeugung der Spannungsdifferenz zwischen den isolierten Leiterteilen (1, 2, 3) durch Transformation der Nullpunktspannung erfolgt.

4. Selektiver Erdschlußschutz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungswicklung (F-W) jedes Spannungswandlers (4) an ihren Enden mit den zugehörigen Leiterteilen (2, 3) in Verbindung steht, während die Mitte (L) der Hochspannungswicklung durch einen Leiter (1) an den entsprechenden Phasenleiter (UVW) angeschlossen ist.

5. Selektiver Erdschlußschutz nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeige- oder Abschaltvorrichtung ein Wattmeterrelais (5) vorgesehen ist, dessen Spannungsspule (Sp) an der Nullspannung des Systems und dessen Stromspule (St) an der Niederspannungswicklung des an die Nullspannung angeschlossenen Spannungswandlers (4) liegt.

6. Selektiver Erdschlußschutz nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungswandler (4) an die Niederspannungswicklung einer Erdschlußspule oder an die Wicklungen des vierten und fünften Schenkels eines Fünfschenkelwandlers (6) angeschlossen sind.

7. Selektiver Erdschlußschutz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederspannungswicklungen (a-e) der Spannungswandler (4) der einzelnen Phasen unter sich parallel geschaltet sind.

8. Selektiver Erdschlußschutz nach Anspruch ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kabeln nur die Spannungswandler (4) auf der einen Seite der Strecke an die Nullpunktspannung angeschlossen sind, während die Niederspannungswicklungen der Spannungswandler (4) auf der anderen Seite nur an ein Erdschlußanzeigerelais (7) angeschaltet sind, wodurch auch auf beiden Seiten des Kabels im Falle eines Erdschlusses eine Signalisierung des Fehlers oder Abschaltung des Kabels erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen