DE647533C - Anordnung fuer den Schutz elektrischer Maschinen, Apparate und Geraete gegen Fehlerstrom bei Benutzung eines Summen- und Differenz-Stromwandlers und einer Wechselstrom-Hilfsspannung - Google Patents

Description

Die Verwendung eines Summen- und Differenz-Stromwandlers in Anordnungen für den Schutz · von Generatoren, Motoren, Transformatoren und anderen elektrischen Maschinen, Apparaten und Geräten ist bekannt. Aus dem Schema der Abb. 1 ist das Grundsätzliche des beispielsweisen Aufbaus einer solchen Einrichtung- zu ersehen. Anfang// und Ende R jeder Phase des zu schützenden Generators G sind durch, den Summen- und Differenz-Stromwandler W geführt, dessen Eisenkern E 'einen mittleren Steg ST aufweist. Hinter den Wandlern W ist der Nullpunkt gebildet und über einen Widerstand oder eine Wicklung eines Spannungswandlers Z bei O geerdet.

Abb. 2 erläutert die Schaltung näher. Die Überstromrelais und Strommesser sind an die auf dem Steg 57" des Wandlerkernsi E angebrachten, hier nicht eingezeichneten Wicklungen angeschlossen, in. denen jeweils die Summe der in den Leitern// und R fließenden Ströme gebildet wird. Die Differentialrelais/ sind an die auf dem Wandlerkern Z:

liegenden Differenzwicklungen D der Wandler W gelegt. In der bekannten Holmgreen-Schaltung überbrückt die Stromspule eines wattmetrischen Erdschlußrelais Q die beiden Nullpunkte; die Spannungsspule dieses Relais wird vom Spannungswandler Z gespeist.

In der aus den Abb. 1 und 2 ersichtlichen Form ist der Schutz für elektrische Maschinen, Apparate und Geräte häufig ausgeführt worden, 'und er hat sich im Regelfall auch bewährt. Es hat sich aber herausgestellt, daß in Fällen, in denen ein gegen einen Fehlerstrom beliebiger Art zu schützender Generator unmittelbar auf ein größeres Verteilungsnetz arbeitet, dessen Erdschlußstrom durch Löscheinrichtungen kompensiert ist, das Erdschlußrelais Q bei einem Erdschluß im Netz fehlerhaft ansprechen oder bei einem Fehler im Generator versagen kann, sofern neben dem Wattreststnom infolge einer Über- oder Unterkompensation ein Blindstrom von irgendwie nennenswertem Betrag auftritt. Diesem Mangel soll die Erfindung abhelfen, die jedoch nicht auf die Anwendung bei Generatoren beschränkt ist, sondern mit Vorteil auch für den Schutz anderer elektrischer Apparate und Geräte, beispielsweise Transformatoren, Motoren usw., herangezogen werden kann.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für den Schutz elektrischer Maschinen, Apparate und Geräte in Starkstromnetzen bei Benutzung eines Summen- 'und Differenz-Stromwandlers, wobei der Netzspannung eine Wechselhilfsspannung netzfremder Frequenz, vorzugsweise doppelter Netzfrequenz, zur Erd-

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

Dr.-Ing. W. Bütow in Frankfurt, Main.

schlußübenva ellung überlagert wird und der Nullpunkt oder eine Phase des Systems über einen Spannungswandler und die Hilfsspannungsquelle geerdet ist. Nach der Erfindung wird die Einrichtung so getroffen, daß die Differenzwicklung des Summen- und Dillerenz-Stromwandlers ein Differentialrelais und ein mit ihm in Reihe liegendes Erdschlußrelais speist und die Wechselhilfsspannung ίο netzfremder Frequenz dem in der Erdungsleitung liegenden Spannungswandler aufgedrückt wird. Auf diese Weise erreicht man, daß die Erdschlußstromstärke auf einen sehr geringen Wert verkleinert wird, was mit Rücksicht auf die Verbrennungen, die bei Strömen von mehr als etwa 4 Amp. Stärke auftreten, sehr vorteilhaft ist; die Verwendung der netzfremden Hilfsfrequenz trägt zur Vermeidung von Fehlauslösungen auch bei hoher Empfindlichkeit der Relais und Instrumente bei.

Die Empfindlichkeit der Anordnung nach der Erfindung kann man dadurch erhöhen, daß man den Summen- und Differenz-Stromwandler mit einer Tertiärwicklung ausrüstet und diese mit einem voreilenden Strom ständig belastet. Die Tertiärwicklung kann beispielsweise einen Kondensator oder ein ihm wirkungsgleiches Leitergebilde speisen; sie kann insbesondere auch auf zwei miteinander gekoppelte Resonanzkreise arbeiten, die auf eine Verstärkung nur der zu Meßzwecken benötigten Ströme abgestimmt sind. Einzelheiten der Anordnung nach der Erfindung sind aus dem Schema der Abb. 3 zu ersehen. Mit G ist der Schützling, also die zu schützende Wicklung eines Generators, Motors, Transformators oder sonstigen elektrischen Apparates oder Gerätes, bezeichnet, und diese Wicklung kann sowohl einphasig als auch viel phasig sein.

In der veranschaulichten Anordnung ist die Summenwicklung S des Summen- und Differenzwnndlers VV in herkömmlicher Weise mit einem Maximalrelais M und zusätzlich einem Strommesser Λ^Γ verbunden. Der Summen- und Differenzwandler VV möge eine Tertiärwicklung T haben, und diese ist durch einen Kondensator c überbrückt und somit durch ihn dauernd belastet. Hierdurch wird die Empfindlichkeit der Anordnung nach der Erfindung wesentlich erhöht. Der Kondensator c kann auch durch wirkungsgleiche Leitergebilde, beispielsweise durch dieReihenschaltung einer Kapazität und einer Induktivität, ersetzt werden.

An die Differenzwicklung D des Summen- und Differenzwandlers VV ist ein Differentialrelais/ angeschlossen. Dieses Relais liegt in ^o Reibe mit der Stromspule / eines Erdschlußrelais Q₁₁-, das hier ein wattmetrisches Relais j mit einer Spannungsspule c ist. Die zu schützende Wicklung ist über einen Spannungswandler, dessen Wicklungen Z₁ und Z₂ sind, sowie einen Hilfsspannungserzeuger LJ ft^ bei O geerdet. Der Hilfsspannungserzeuger U liefert Strom von einer Frequenz, die von der des Netzes (im Regelfall 50 Hz) verschieden ist, beispielsweise 150 oder 9000, vorzugsweise aber 100 Hz betragen möge.

Legt man die Spannungsspule e des wattmetrischen Erdschlußrelais Q₁₁. in Resonanzschaltung an die Klemmen U₁ und U₂ des Hilfsspannungserzeugers LJ, dann erhöht man abermals die Empfindlichkeit der Anordnung nach der Erfindung. Ferner kann eine Steigerung der Empfindlichkeit und außerdem eine Sicherung gegen Störbeeinflussungen auch ungeachtet der Eigenart des benutzten Erdschlußrelais dadurch verläßlich erreicht werden, daß man das Differentialrelais durch einen auf die Frequenz des vom Hilf&erzeugcr gelieferten Stroms abgestimmten Resonanzkreis und die Stromspule des Erdschlußrelais durch einen auf die Netzfrequenz abgestimmten Resonanzkreis nebenschließt. Auch diese Maßnahme ist im Schaltschema der Abb. 3 veranschaulicht. Parallel zur Spule des Differentialrelais/ liegt der aus der Induktivität χ und der Kapazität j' gebildete Resonanzkreis, der auf die Frequenz des Hilfserzeugers LJ abgestimmt ist, also die aus diesem kommenden Ströme ungehindert hindurchläßt, jedoch netzfrequente Ströme abdrosselt. Die Stromspule / des Erdschlußrelais Q_w ist von dem aus der Induktivität L und der Kapazität K gebildeten Resonanzkreis überbrückt, der auf die Netzfrequenz abgestimmt ist, also den vom Hilfsstromerzeuger gelieferten Strömen einen sehr hohen Widerstand entgegensetzt.

Der Schützling G hat fast ausnahmslos eine Kapazität gegen Erde, wie dies in Abb. 3 bei B durch einen sog. Ersatzkondensator angedeutet sein möge. Unter dem Einfluß der Spannung des HilfsStromerzeugers LJ würde durch B ein Strom fließen, der den Summen- und Differenzwandler VV unsymmetrisch belastet, so daß als Folge ein ungewolltes und somit fehlerhaftes Ansprechen des Erdschlußrelais Q₁₁, eintreten könnte. Um diesen Übelstand zu beseitigen, wird nach der Erfindung entweder an die Sekundäroder an die Tertiär- oder an eine Sonderwicklung des Wandlers VV ein Kondensator ■ oder ein ihm wirkungsgleiches Leitergebilde gelegt, der bzw. dessen Wirkgröße so bemessen ist, daß der Einfluß der störenden Erdkapazität kompensiert wird. Bei der Anordnung nach Abb. 3 ist zum vorgenannten Zweck der Kondensator C über die Spannungsspule<? des Erdschlußrelais Q₁₁, an die Tertiärwicklung T des Wandlers VV gelegt.

Es ist vielfach vorteilhaft, geradzahlige Harmonische eines zu schützenden Stromerzeugers auszunutzen; diese Harmonischen können im Netz nicht auftreten. Ähnliches gilt für Oberschwingungen im Erregerkreis, /.. B. höhere Nutenharmonische.

Die Verwendung wattmetrischer Erdschlußrelais hat noch den weiteren Vorteil im Gefolge, daß der aus L und Ιζ bestehende Siebkreis nicht besonders sorgfältig abgestimmt zu werden braucht. In bekannter Weise führt man einem solchen wattmetrischen Erdschlußrelais in erster Linie Leistung über seine Spannungsspule zu, so daß seine Stromspule wesentlich weniger Leistung benötigt als ein amperemetrisches Relais. Das ist der Grund für die höhere Empfindlichkeit einer Anordnung nach der Erfindung mit einem wattmetrischen Erdschlußrelais.

Das dem Schützling zugeordnete Netz bietet für die Hilfsströme bzw. -spannungen einen Kurzschluß. Infolgedessen fließt unter dem Einfluß der nach der Erfindung gewählten Hilfsspannung ein hinreichend starker Strom durch den Schützling und den bzw. die Wandler besonders dann, wenn der Nullpunktsspannungswandler durch einen Kondensator überbrückt wird. Es ist jedoch unmöglich, daß das Erdschlußrelais fehlerhaft anspricht, da es nach der Erfindung auf die Frequenz der Hilfsspannung bzw. des Hilfsstromes abgestimmt ist und ein Fehlerstrom durch es nur dann fließen kann, wenn ein Erdschluß im Schützling aufgetreten ist. Der durch die Eigenkapazität des Schützlings gegen Erde fließende Strom ist, ebenso wie auch der durch den Kompensationskondensator bzw. die Kompensationskondensatoren fließende Strom, von der Höhe der Klemmende spannung des Hilfsstromerzeugers abhängig. Die Anordnung nach der Erfindung arbeitet schon bei sehr kleinen Erdschlußströmen einwandfrei und bietet zudem den Vorteil, daß mit einem einzigen Satz von Summen- und Differenz-Stromwandlern die Gesamtheit aller artverschiedenen Fehler erfaßt werden kann, gegen die ein Schutz verlangt wird.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung für den Schutz elektrischer Maschinen, Apparate und Geräte gegen Fehlerstrom bei Benutzung eines Summen- und Differenz-Stromwandlers, wobei der Netzspannung eine Wechselhilfsspannung netzfremder Frequenz, vorzugsweise doppelter Netzfrequenz, zur Erdschlußüberwachung überlagert wird und der Nullpunkt oder eine Phase des Systems über einen Spannungswandler und die Hilfsspannungsquelle geerdet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzwicklung (D) des Summen- und Differenz-Stromwandlers (W) ein Differentialrelais (/) und ein mit ihm in Reihe liegendes Erdschlußrelais (Q₁,,) speist und die Wechselhilfsspannung netzfremder Frequenz dem in der Erdungsleitung liegendenSpannungswandler (Z₁, Z₂) aufgedrückt wird.
2. 2. Anordnung erhöhter Empfindlichkeit ^₀ nach Anspruch 1, bei der eine Tertiärwicklung (T) des Summen- und Differenz-Stromwandlers (W) ständig von einem voreilenden Strom durchflössen wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tertiärwicklung (T) einen Kondensator (c) oder ein ihm wirkungsgleiches Leitergebilde speist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tertiärwicklung (7") auf zwei miteinander gekoppelte Resonanzkreise arbeitet und diese auf eine Verstärkung nur der zu Meßzwecken benötigten Ströme abgestimmt gg sind.
5. 5. Gegen Störbeeinflussungen gesicherte Anordnung nach Anspruch r oder den Ansprüchen ι bis 4 mit einem wattmetrischen Erdschlußrelais, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsspule (e) dieses Erdschlußrelais (Qw) in Resonanzschaltung mit dem Hilfsstromerzeuger (U) verbunden, das Differentialrelais (/) durch einen auf die Frequenz des vom Hilfserzeuger g$ gelieferten Stromes abgestimmten Resonanzkreis (x, y) und die Stromspule (i) des Erdschlußrelais (Q_w) durch, einen auf die Netzfrequenz abgestimmten Resonanzkreis (L, Ιζ) nebengeschlossen ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Einfluß der Erdkapazität der zu schützenden Maschine, des Apparates oder Gerätes kompensierender Kondensator (C) oder ein ihm wirkungsgleiches Leitergebilde ständig an der Sekundär- bzw. Tertiär- (T) bzw. einer Sonderwicklung des Summen- und Differenz-Stromwandlers liegt. no

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen