DE655887C - Anordnung zur Erfassung eines Gestellschlusses am Sternpunkt oder in unmittelbarer Naehe des Sternpunktes der Wicklungen mehrphasiger Maschinen und Apparate - Google Patents

Description

Im Hauptpatent ist eine Gestellschlußschutzeinrichtung behandelt, bei der die gegenseitige Phasenlage zweier Teilspannungen einer verketteten Spannung gegen Erde überwacht wird. Im normalen Betriebsfall, d. h. wenn kein Erdschluß oder Gestellschluß besteht, besitzen diese beiden Teilspannungen eine solche Phasenlage zueinander, daß die Teilspannungen in genauer Phasenopposition stehen. Dies gilt für die Voraussetzung, daß der Nullpunkt des Generators völlig isoliert ist. Je größer die Leitungskapazitäten werden, um so mehr ändern sich die Verhältnisse dem Fall des geerdeten Sternpunktes, bei welchem die beiden Teilspannungen die relative Phasenlage zweier Phasenspannungen einnehmen, die sie auch bei einem Gestellschluß am Sternpunkt erhalten.

Der Einfluß der Kapazitäten auf die Phasenverschiebung der beiden vom Relais überwachten Teilspannungen läßt sich erfindungsgemäß kompensieren. Im nachfolgenden werden besonders geeignete an Hand von Figuren erläutert.

In Fig. ι sind ein Generator 1, eine Gestellschlußschutzeinrichtung, bestehend aus einem zweiphasigen oder zwei einphasigen Spannungswandlern 2 und einem Gestellschlußrelais 3, wiedergegeben. Der Generator 1 arbeitet auf einen Transformator 4. Es ist angenommen, daß die Leitung zwischen Generator ι und Transformator 4 eine erhebliche Erdkapazität besitzt, also beispielsweise aus mehreren parallelen Kabeln besteht. Die Kapazität ist als konzentrierte Kapazität 5 angedeutet. Durch den Einfluß dieser Kapazitäten 5 gegen Erde, welche einen geerdeten kapazitiven Sternpunkt bilden, wird der Sternpunkt des gesamten Systems 1 bis 4 gegen Erde festgelegt. Die durch diesen kapazitiven Sternpunkt bewirkte Festlegung des Systemsternpunktes gegen Erde wird überraschenderweise durch Anordnung eines weiteren künstlichen Sternpunktes nicht notwendig verstärkt, sondern kann im Gegenteil aufgehoben werden. Dieser zusätzliche geerdete Sternpunkt wird zu dem Zweck erfindungsgemäß aus drei Induktivitäten 6 gebildet, deren Größe bei der Betriebsfrequenz gleich der Widerstandsgröße der Kapazitäten

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden: Dr.-Ing. Karl Hammers und Dr.-Ing. Reinhold Sonnenschein in Berlin-Siemensstadt.

ist. Die Induktivitäten sind zweckmäßig einzeln einstellbar. Der induktive Sternpunkt 6 und der kapazitive Sternpunkt 5 kompensieren sich dann auch in ihrer Wirkung auf die Phasenlage der beiden Teilspannungen des Wandlers 2, so daß also durch richtige Bemessung und Verteilung der drei Induktivitäten entsprechend der Größe der Kapazitäten der einzelnen Phasenleiter gegen Erde die ίο beiden Teilspannungen, welche den Spannungswandler 2 erregen, in Phasenopposition zueinander gebracht werden können. Auf das Relais 3 wirkt dann keine Spannung, solange die Anlage erdschlußfrei ist.
Eine andere Methode zur Kompensation des störenden Einflusses der Leitungskapazität auf die Phasenlage der beiden Teilspannungen des Spannungswandlers zeigt Fig. 2. Bei dieser Anordnung wird ein künstlicher Sternpunkt verwendet, der aus drei Kapazitäten 7 gebildet ist. Diese drei Kapazitäten 7, welche. untereinander in dem gleichen Größenverhältnis stehen wie die Phasenleiterkapazitäten gegen Erde, sind geerdet, und in der Erdverbindung liegt ein Wandler 8, welcher durch eine Wicklung 9 einen zusätzlichen Kraftfluß im Wandler 10 hervorruft. Dieser Kraftfluß erzeugt solche Zusatzspannungen in der Primärwicklung und der Sekundärwicklung, daß die Phasenverschiebung der beiden Spannungen der Sekundärwicklungen bis zur Phasenopposition dieser Spannungen vergrößert wird. Da der künstliche Sternpunkt 7 aus Kapazitäten gebildet ist, hat die Zusatzerregung, welche von den Wicklungen ausgeht, ohne weiteres die richtige Phasenlage; denn der über die Primärwicklung des Wandlers 10 fließende Netzkapazitätsstrom bildet die Ursache für die störende Phasenverschiebung der beiden Teilspannungen dieses Wandlers. Wenn die Höhe der Zusatzerregung nicht ausreichend oder zu groß ist, wird die ohne die Zusatzerregung bestehende Phasenverschiebung entweder nur unvollkommen oder im Übermaß kompensiert. In Fig. 2a ist die Wirkung der Zusatzerregung gemäß Fig. 2 im Vektordiagramm erläutert. R, S und T sind die Ecken des Sternes der drei Phasenspannungen OR, OS und OT. Die Spannung zwischen den Punkten S und T ist gemä-ß dem Hauptpatent auf- ■ geteilt in zwei Teilspannungen, welche die Primärwicklung des Wandlers 10 erregen. Bei kapazitätsfreiem Netz wurden dies die Teilspannungen ^C und TC sein. Infolge des Einflusses der Netzkapazität entsprechen die Teilspannungen aber den Vektoren 5Vi und TA. Bei richtig abgestimmter Erregung der Zusatzwicklung 9 wird der Phasenwinkel zwisehen den Teilspannungen auf 18o° vergrößert, so daß die Teilspannungen den Vektoren SC und TC !entsprechen. Bei Unterkompensation erhalten die Teilspannungen etwa die Lage SB und TB und bei Überkompensation die Lage SD und TD.

Als Gestellschlußrelais wird in Fig. 2 ein wattmetrisches Relais 11 verwendet, welches von den beiden Sekundärspannungen erregt' wird, deren gegenseitige Phasenlage sich bei einem Erdschluß oder Gestellschluß ändert, so daß dann das wattmetrische Relais ausschlägt.

Unter der Voraussetzung, daß die Leitungskapazität konstant ist, kann eine zusätzliche Erregung des Spannungswandlers 10 auch auf eine abweichende Weise erreicht werden, etwa durch die in Fig. 3 wiedergegebene Anordnung. Es wird in der Erregerwicklung 9 ein Magnetisierungsstrom hervorgerufen, der von einer geeigneten Spannung des Systems, beispielsweise einer verketteten Spannung oder Phasenspannung des Generators 1, entnommen wird. Es kann die gleiche verkettete Spannung benutzt werden, welche zwecks Erregung des Wandlers 10 in zwei Teilspannungen gegen Erde zerlegt ist. Von dieser verketteten Spannung wird mit Rücksicht darauf, daß der Kapazitätsstrom der Leitung nicht mit dieser Spannung in Phase ist, eine phasenverschobene Spannung mit Hilfe einer Kunstschaltung 12 abgenommen und an die Wicklung 9 gelegt. Zur Einstellung der richtigen Phasenlage kann man die Widerstände der Kunstschaltung 12 oder einen TeiJ dieser Widerstände veränderlich machen und so einstellen, daß bei erdschlußfreier Anlage die Phasenverschiebung der beiden Teilspannungen, die auf das Relais 3 oder entsprechend auf das Relais 11 der Fig. 2 einwirken, dem erdschlußfreien Zustand der Leitung entsprechend i8o° beträgt.

An Stelle der verketteten Spannung, die in Fig. 3 in der Kunstschaltung 12 liegt, kann man auch irgendeine Phasenspannung, beispielsweise die Spannung der dritten Phase, ganz oder zum Teil benutzen, wie in der Figur durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Die Anwendung der verketteten Spannung, die in Fig. 3 gezeichnet ist, hat jedoch den Vorteil, daß das Gestellschlußrelais nicht bei einem Kurzschluß zwischen denjenigen beiden Phasenleitern, deren verkettete Spannung für die Erregung des Wandlers 10 benutzt ist, anspricht. Wenn nämlich die Spannung der dritten Phase für die Erregung der Zusatzwicklung benutzt wird, besteht die Gefahr, daß bei einem Zusammenbrechen der an den Wandler 10 angeschlossenen verketteten Spannung das Relais 3 infolge der Einwirkung der Zusatzwicklungen 9 zum Ansprechen kommt. Diese Gefahr ist beseitigt, wenn die Spannung an der Wicklung 9 gleichzeitig mit der Spannung an den Primärwicklungen 10 des Wandlers verschwindet.

Soweit in den Ausführungsbeispielen Induktivitäten oder Kapazitäten unmittelbar an die Leitung angeschlossen sind, wird man in der Regel, um mit kleineren Geräteeinheiten auszukommen, Transformatoren oder Wandler verwenden und die erforderlichen Induktivitäten oder Kapazitäten oder sonstigen Widerstände in den Sekundärkreis verlegen, so daß sie von den Hochspannungsteilen vollkommen getrennt sind. Man besitzt dadurch auch größere Freiheit in der Dimensionierung dieser zusätzlichen Einrichtungen.

In den durch Fig. 2 und 3 erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird eine zusätzliche Erregung des Spannungswandlers 10 angewendet. An deren Stelle kann auch eine zusätzliche Spannung nur in den Relaiskreis, d. h. in den Sekundärkreis des Wandlers, eingeführt werden. Beispielsweise kann die Sekundärspannung des Spannungswandler 8 aus Fig. 2 und gleichfalls die von der Kunstschaltung 12 abgegriffene Spannung in den Erregerkreis des Relais 3 (Fig. 1 und 3) derart eingefügt werden, daß bei erdschlußfreiem Netz und gestellschlußfreier Maschine 1 die resultierende Spannung an den Klemmen des Relais 3 Null ist. Bei der Anordnung, die in Fig. 2 dargestellt ist, kann die Spannung des Wandlers 8 in die gemeinsame Leitung beider Relaiskreise eingeschaltet werden, über die die Erregerströme der beiden Relaiswicklungen fließen. Es addiert sich dann diese Spannung zu jeder der beiden Einzelspannungen, und die Abstimmung muß so getroffen werden, daß das wattmetrische Relais 11 in der richtigen Weise erregt wird. Da das Wattmeter 11 nicht ansprechen soll, wenn die beiden Spannungen an den beiden Relaiswicklungen in genauer Phasenopposition stehen, empfiehlt sich die Anwendung eines Blindwattmeters, d. h. die Erregung in einer der beiden Wattmeterspulen wird zweckmäßig um 90⁰ geschwenkt. In gleicher Weise kann die von der Kunstschaltung 12 abgenommene Spannung direkt oder unter Verwendung eines Zwischenwandlers in den Relaiskreis eingeführt werden. Auch kann die Zusatzspannung in die Erdverbindung der Primärwicklungen des Spannungswandlers 2 bzw. 10 eingefügt werden. Die Zusatzerregung kann auch durch eine zweite Wicklung im Relais 3 erzielt werden, welche von dem Korrekturstrom durchflossen wird. Auch durch ungleiche Sekundärwindungszahlen und/oder ungleiche Belastung der beiden Sekundärwicklungen, welche das Relais speisen, kann die infolge der Netzkapazität zerstörte Übereinstimmung in Größe und Phase beider Spannungen wiederhergestellt werden.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   ι. Gestellschlußschutzanordnung nach Patent 631 222 für auf ein Netz mit beachtlicher Kapazität gegen Erde arbeitende Maschinen oder Apparate, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung der Netzkapazität auf die Phasenverschiebung zwischen den das Relais beeinflussenden Teilspannungen kompensiert ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen des zu schützenden Netzes über Induktivitäten geerdet sind, die mit der Netzkapazität auf· gleiche Widerstandsgröße bei der Betriebsfrequenz abgestimmt sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein künstlicher Sternpunkt aus Widerständen, Induktivitäten oder "Kapazitäten geerdet ist und daß dec -normalerweise über diese Erdung fließende Strom benutzt ist, um in dem Spannungswandler, der von den Teilspannungen erregt wird, eine zusätzliche Erregung hervorzurufen, durch welche die von der ■ Netzkapazität herrührende Phasenverschiebung zwischen den beiden Teilspannungen genau oder angenähert kompensiert wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3 derart abgeändert, daß die zusätzliche Erregung des Spannungswandlers einer verketteten Spannung oder einer Phasenspannung des zu schützenden Netzes entnommen ist und daß die Phasenlage dieser Zusatzerregung so gewählt ist, daß durch sie die von der Netzkapazität herrührende Phasenverschiebung zwischen den beiden Teilspannungen kompensiert wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung in ihrer Größe derjenigen verketteten Spannung proportional ist, welche in zwei Teilspannungen gegen Erde zerlegt ist, deren gegenseitige Phasenlage von dem Gestellschlußrelais überwacht wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Erregungskreis des Gestellschlußrelais eine zusätzliche Spannung eingeführt ist, welche die normalerweise infolge der Netzkapazität herrschende Spannung kompensiert.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Relais einwirkenden Spannungen durch ungleiche Sekundärwindungszahlen und zusätzliche ungleiche Belastung auf gleiche Größe und Phasengleichheit gebracht werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen