DE661331C

DE661331C - Einrichtung zur UEberwachung der Abstimmung von Erdschlussloescheinrichtungen eines elektrischen Netzes

Info

Publication number: DE661331C
Application number: DEA74426D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Hueter
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1934-10-28
Filing date: 1934-10-28
Publication date: 1938-06-16

Description

Es ist bekannt, zur Überwachung der Abstimmung von Erdschlußlöscheinrichtungen eines elektrischen Netzes einen Zusatzwiderstand zu verwenden, der zwischen eine Netzphase und Erde geschaltet wird. Es wird dann gewöhnlich der Strom in dieser künstlichen Erdleitung oder die Spannung des Netzes gemessen und aus den Meßergebnissen Rückschlüsse über die Abstimmung des Netzes

»ο gezogen.

Die Erfindung betrifft nun eine besonders einfache Meßeinrichtung, bei der Spannungswandler überhaupt nicht erforderlich sind, bei der aber dennoch die Anzeige des genauen Kompensationszustandes scharf und stets richtig ist, unabhängig von allen Änderungen im Netz. Ferner wird genau unterschieden, ob das Netz über- oder unterkompensiert ist, so daß die Abstimmung hierdurch bedeutend erleichtert wird.

Die Einrichtung nach der Erfindung benutzt dabei ein Meßorgan, welchem der durch eine Löscheinrichtung und der durch den Zusatzwiderstand fließende Strom zugeführt wird. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die gegenseitige Beziehung dieser beiden Ströme ein Maß für die Kompensationsverhältnisse im Netz ist.

Die Richtigkeit dieser Erkenntnis sei an Hand der Abb. 1 nachgewiesen. In dieser ist mit T_T ein Netztransformator bezeichnet, in dessen Nullpunktverbindung eine Erdschlußspule L liegt. Die Kapazitäten des Netzes gegen Erde sind gemäß dem allgemein gültigen Ersatzschema konzentriert in der Null-Punktsverbindung liegend angenommen und mit 3&U bezeichnet. DerVerlustwiderstand des Erdschlußspulenkreises sei R_P und ist ebenso zwischen Nullpunkt und Erde liegend angenommen. Der Zusatzwiderstand, der zwischen einer Phase und Erde angeordnet ist, ist in Abb. ι mit R_n bezeichnet.

Wenn man nun annimmt, daß der resultierende Widerstand der in der Nullpunktsverbindung liegenden Kombination aus einem Wirkwiderstand R und einem Blindwiderstand X, die in Reihe geschaltet angenommen sind, besteht, dann gilt für die Spannung an diesem Widerstand

= J(R ₊ JX).

OO

Dieser Strom / ist gleichzeitig derjenige, der über den Widerstand R_n fließt, da ja immer nur dieser Weg zur Erde offen steht.

Für den Spulenstrom gilt die Beziehung

U = J_L-jcoL.

Aus beiden Gleichungen folgt
22 + j X

Jr=J

jcoL

(2)

(3)

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

Dr.-Ing. Ernst Hueter in Darmstadt.

Hieraus ergibt sich die Feststellung, daß J ι linear von / abhängt. Bei richtiger Abstimmung kann also nur ein ganz bestimmtes Verhältnis beider Ströme herrschen. Den Vergleich der Ströme könnte man in· verschiedener Weise durchführen. Führt rrian die Ströme einem Wattmeter zu, so ist die angezeigte Leistung bei vollständiger Kompensation gleich Null. Die Ausschläge neh-JO men bei kleiner Verstimmung rasch zu, werden aber bei großer Verstimmung wieder kleiner, so daß die Anzeige des Instrumentes doppeldeutig wird.

Dies ließe sich vermeiden, wenn man die ■ 5 Ströme in einem Leistungsfaktormesser vergleicht. Die Skala kann dann aber nur für eine bestimmte Leitungslänge im Amperereststrom geeicht werden. Bei anderen Längen muß linear umgerechnet werden. Außerdem jst eine 9O^O-Verschiebungsschaltüng anzuwenden, die die Einrichtung umständlich macht.

Die beste Lösung ist die erfindungsgemäße Verwendung eines Quotientenmessers in einer Schaltung gemäß Abb. 2. Die gleichen Teile tragen die nämlichen Bezugszeichen wie in Abb. i. Der Quotientenmesser K ist von dem durch die Spule L fließenden Strom und dem durch den Widerstand R/_t fließenden Strom eiregt. Beide Ströme werden Wandlern If₁, W₂ entnommen.

Die Skala eines Quotientenmessers verläuft bekanntlich ungefähr nach der Gleichung

65

70

C 4~ cos φ , Jz

(4)

wobei J₁ und J₂ die in den Spulen wirksamen Ströme, φ der Phasenwinkel zwischen beiden, C die Instrumentenkonstante und a der Ausschlag des Gerätes sind.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung werden dem Quotientenmesser die Ströme aus / und Ji zugeführt. Das cos φ-Glied bewirkt hierbei, daß der Ausschlag proportional dem reellen Teil des Verhältnisses der beiden Strome wird. Es gilt demnach für den Ausschlag die Gleichung:

tga = C

C · / · sin φ

reell. = -- —

C/ __JX__ Jl R + ]X'

(5)

Aus der bereits angegebenen gegenseitigen Beziehung der beiden Ströme läßt sich dann die weitere Beziehung ableiten

tg α — C ο) L

v-

(aus 1, 2 und 5). (6)

Da aber andererseits der Blindreststrom der Gleichung genügt

•kX

Rest = -

~ J ^Sm Ψ ·

(7)

4P läßt sich für den Ausschlag des Instrumentes die Beziehung angeben

(8)

tga—rjj—ωL J_Bl _Rest.

U ph

Das Instrument kann also unmittelbar in Ampereblindreststrom geeicht werden, wenn (oL, die Reaktanz der Erdschlußspule, konstant gehalten wird.

Soll jedoch die Erdschlußspule zur Abgleichung umgeschaltet werden, so muß das Gerät mehrere Skalen besitzen, je für eine Anzapfung eine besondere Skala. Der Punkt der vollständigen Kompensation ist aber unabhängig von der eingeschalteten Anzapfung, so daß es also nicht erforderlich ist, mehrere Skalen anzubringen, wenn man lediglich diesen Punkt gewinnen will.

Durch die Wahl der Konstanten C des Meßorgans kann man den Skalencharakter weitgehend verändern. Bei der durchführten Berechnung wurde eine verlustfreie Drossel90

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spule angenommen, die Gesamtverluste des Kreises wurden durch Hinzufügung des Widerstandes R_v berücksichtigt. Da aber ein Teil dieser Verluste in der Spule selbst entsteht, ist der Winkel zwischen Ji und U nicht mehr genau 90°. Dies wirkt sich in einer Verschiebung der Skala aus, die aber leicht eingestellt werden kann. Da aber die Verschiebung außerdem sehr klein ist, wird man sie in den meisten Fällen vernachlässigen dürfen. In dem unten angegebenen Beispiel würde der Punkt der richtigen Kompensation bei einem cos φ der Erdschlußspule von 0,1 angenähert bei i°/₀ Verstimmung liegen. Da die Anzapfungen der Spulen viel weiter auseinanderliegen, ist diese Verstimmung bedeütungslos.

In Abb. 3 ist eine Skala gezeigt, die für folgende Betriebsverhältnisse gilt: Phasenspannung = 10 000 Volt

110

■ = 100 Ohm

Rp ζ=. 1000 Ohm

Rh =9000 Ohm (Wirkwiderstand angenommen).

Der besondere Vorteil der Anordnung ist die Verwendung von einfachen und billigen Geräten. Die beiden Stromwandler W₁ und W₂ brauchen nur schwach isoliert zu sein, da sie beide an Erde liegen. Der Wert des

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Stromes / und damit des Widerstandes R_h hat keinen Einfluß auf das Ergebnis, man kann also nach Zweckmäßigkeitsgründen beliebig Ohmsche oder induktive Widerstände verwenden, u. U. auch Kapazitäten. Theore- ' tisch könnte man R_h beliebig groß machen; man wird aber nicht über einen gewissen Wert hinausgehen, da bei kleinen Strömen etwa vorhandene Unsymmetrien des Netzes

ίο stören können. Praktisch wird man den Hilfswiderstand so auslegen, daß er 4- bis iomal R₁, beträgt; dann wird die größte Verlagerung (bei Ohmschem Widerstand) io°/₀ bis 2o°/₀. Induktive oder kapazitive Hilfswiderstände werden nicht so zweckmäßig sein, da bei ihnen die Gefahr besteht, daß sie mit der resultierenden Kapazität eines unsymmetrischen Netzes einen Resonanzkreis bilden und dadurch die Spannungsverhältnisse stören.

«ο Schwankungen oder höhere Harmonische der Netzspannung haben keinen nennenswerten Einfluß auf das Ergebnis. An dem Ausschlag des Gerätes ist sofort zu erkennen, ob die Induktivität der Erdschlußspule zu groß oder zu klein ist, so daß man nicht auf ein Probieren angewiesen ist. Für die Praxis ist noch die Frage wichtig, wie sich die Anordnung verhält, wenn während der Messung ein Erdschluß an einer den Zusatzwiderstand nicht enthaltenden Phase eintritt. Der Zusatzwiderstand kommt dann an die verkettete, die Erdschlußspule an Phasenspannung, und es fließen entsprechende Ströme. Den Hilfswiderstand wird man in diesem Fall selbsttätig abtrennen, den Wandler im Erdschlußspulenerdanschluß wird man entweder so bemessen, daß er dem vollen Spulenstrom gewachsen ist und dann nur die Wicklung des Meßgerätes kurzschließen, oder der Wandler selbst wird primär kurzgeschlossen. Beides bereitet, da der Wandler nicht unter Hochspannung steht, keine Schwierigkeiten.

Die Einrichtung kann auch zur selbsttätigen Einstellung der Löscheinrichtung im Netz verwendet werden; für die entfernter aufgestellten ist es dabei erforderlich, die Steuerimpulse nach einem der bekannten Verfahren zu übertragen.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung der Abstimmung von Erdschlußlöscheinrichtungen eines elektrischen Netzes mit Hilfe eines Zusatzwiderstandes zwischen einer Netzphase und Erde, dadurch gekennzeichnet, daß der durch eine Löscheinrichtung und der durch den Zusatzwiderstand fließende Strom einem Quotientenmesser (K) zugeführt wird, der so „ausgebildet ist, daß er die reelle Komponente des Verhältnisses des Stroms (/) im Zusatzwiderstand (R_h) und des Stroms (J_L) in der Löschspule (L) anzeigt und damit den Blindreststrom quantitativ unmittelbar zu erfassen gestattet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotientenmesser (K) für Ampereblindreststrom geeicht ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 für einstellbare Erdschlußlöscheinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotientenmesser (K) mehrere Skalen besitzt, die je einer bestimmten Einstellung der Löscheinrichtungen (L) zugeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwiderstand (Rf₁) das 4- bis 1 of ache des Verlustwiderstandes (R_p) der Erdschlußlöscheinrichtung (L) beträgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwiderstand (Rj₁) als reiner Wirkwiderstand ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch Vorrichtungen, welche bei einem Erdschluß den Stromkreis des Zusatzwiderstandes (R_n) unterbrechen. 9"

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

den:

zur Patentschrift 661 331 Klasse 21c Gruppe 72. Vom Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worDipl.Ing. Erich Zimmermann in Darmstadt, Der zu Unrecht aufgeführte Erfinder Dr*Ing, Ernst Hueter in Darmstadt ist gestrichen worden.