DE695481C - Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlussreststromes - Google Patents

Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlussreststromes

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DE695481C
DE695481C DE1936A0078568 DEA0078568D DE695481C DE 695481 C DE695481 C DE 695481C DE 1936A0078568 DE1936A0078568 DE 1936A0078568 DE A0078568 D DEA0078568 D DE A0078568D DE 695481 C DE695481 C DE 695481C
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DE1936A0078568
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Dr-Ing Erich Gross
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/16Measuring asymmetry of polyphase networks

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Description

  • Einrichtung; zur Ermittlung des Erdschlußreststromes Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlußreststromes, insbesondere seiner Wirk- und Blindkomponente, in mit Erdschlußlöscheinrichtcmgen versehenen elektrischen Netzen.
  • Es ist bekannt, zur Feststellung-des durch Erdschlußlöscheinrichtungen erzielten Kompensationsgrades in Hochspannungsnetzen zwischen eine Phase und Erde einen rein Ohmschen oder rein induktiven Widerstand bzw. eine Kombination von beiden einzuschalten, die solche Größe haben, daß dadurch nur eine geringe, den Betrieb nicht beeinträchtigende Spannungsabsenkung eintritt und ein künstlicher unvollkommener Erdschluß hergestellt wird, der zur Messung des Grades der Abgleichung dient. Hierbei wird jeweils eine Netzgröße mit einer an dem Erdungswiderstand oder an der Erds-chlußlösheinrichtung auftretenden elektrischen Größe verglichen. Dies hat den Nachteil, daß die Messung nicht an jeder beliebigen Stelle durchgeführt werden kann. Man müßte also zur Messung an verschiedenen Stellen Fernüb ertragungseinrichtungen verwenden, die jedoch teuer und umständlich werden.
  • Die bekannten Einrichtungen ergeben auch nicht die durch die Erfindung, erzielte Möglichkeit, die Wirk- und Blindkomponente direkt in einem entsprechend geeichten Gerät anzuzeigen.
  • Erfindungsgemäß werden bei Verwendung einer rein Ohmschen Erdung zwei dem Netz entnommene Spannungen verglichen, und zwar die Spannung der erdgeschlossenen Phase gegen Erde mit der Nullpunktsverlagerungsspannung.
  • Der Quotient der Größen dieser beiden Spannungen ergibt, ohne Berücksichtigung der Phasenlage gemessen, den Erdschaißreststrom, also die Wirk- und Blindkomponente nicht getrennt. Wird dieser Reststrom ein Minimum, so ist der Erdschlußreststrom ein reiner Wirkstrom, so daß hiermit auch der durch die Löscheinrichtung erzielte Kornpensationsgrad festgestellt werden kann. Wie später erläutert werden soll, ist das Minimum jedoch nicht scharf, so daß auch schon bei nicht vollkommener Resona'nzabstinmung die Wirkkomponente des Erdschluß'reststromes mit guter Annäherung gemessen werden kn Vergleicht man die Spannungen unter Berücksichtigung des zwischen ihnen bestehenden Phasenwinkels, so ergibt sich in einem Resistanzmesser die Wirkkomponente und in einem Reaktanzmesser die Blindkomponente des Erdschlußstroms.
  • Die herrschenden Verhältnisse' lassen sich am besten an Hand des Diagramms der Abbildung betrachten.
  • Die Löschwirkung von Erdschlußspulen Petersenspullen, Löschtransformatoren oder verwandte Bauarten, hängt vom Komperisie rungsgrad ab-. Die Spulen sollen so leine stellt werden, daß die Parallelschaltung des induktiven Widerstandes der Löscheinrichtung mit der Erdkapazität des Netzes einen Sperrkreis für die Grundfrequenz bildet. Es wird dann wegen der unvermeidlichen Verluste nur Wirkstrom durchgelassen. Diese Parallelschaltung, resultierende Ersatzimpedanz Z, kann also bei exakter Abstimmung durch einen rein Ohmschen Widerstand W ersetzt werden.
  • Wird nun eine Phase des Netzes, beispielsweiser, über einen Wirkwiderstand R geerdet, so entsteht eine Verlagerung EN des Erdpotentials. Aus der Theorie der hochohmigen Widerstandserdung einer Netzphase ist bekannt, daß die Verlagerung bei variabler Abstimmung, variable Ersatzimpedanz Z, einen Kreis beschreibt, der im angenommenen Beispiel der Widerstandserdung der PhaseU die eingezeichnete Lage besitzt. Die von 0 aus an den Kreis gezeichneten Vektoren ergeben die Nullpunktverlagerung EN des Netzes, und zwar ist EN = JZ mit J als Erdschlußreststrom. Dabei entspricht der Punkt B einer Unterkompensation des Netzes (Z ist kapazitiv), der Punkt A exakter Kompensation (Z=W) und Punkte links von A einer Überkompensation (Z induktiv, tYberschuß von Spulenstrom).
  • Im besonderen Falle exakter Kompensation ist UA= J.R und OA=J.W, wobei mitJ jetzt der Wattreststrom (Z W) bezeichnet wird. UA ist El, die Erdspannung der geerdeten Phase U und OA = EN die Nullpunktsverlagerung des Netzes. Wird Jleliminiert, so bleibt E1. : EN = R:W. Daraus folgt 1 = 1 . E1 oder der Wattreststrom bei W R Ey EStern EStern E1 satter Phasenerdung JW = W = R # EN.
  • In dieser Formel sind EStern und R bekannte Größen, so daß der WattreststromJw E1 ermittelt werden kann, wenn der Quotient EN gemessen wird. Bei nicht exakter Kompensation (Z = W) gibt derselbe Meßwert den EStern . E1 Reststrom JZ = R # EN.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher zur Ermittlung des Reststromes bei satter Erdung das charakteristische Spannungsverhältnis bestimmt. Wird ein Quotientenmeßgerät angeordnet, das den Quotienten der beiden Spannungen ES und EN direkt mißt, so ist die Größe des Reststromes besonders einfach bestimmt. Wie aus der Abbildung ersehen werden kann, ist es jedoch nicht notwendig, diesen Quotienten zur bestimmung des Wattreststromes tatsächlich .teL exakter Kompensation (PunktA) zu messen, denn die Größen von ES und EN ändern sich nicht sehr wesentlich, wenn der kapazitive Erdschlußstrom des Netzes nicht genau kompensiert ist, die V-Kurve des Reststromes besitzt also ein flaches Minimum. Der Kreismittelpunkt M liegt tatsächlich auch. noch viel.näher der Sternspannung OU, als in der Abbildung gezeichnet ist die Verhältnisse sind also in dieser Abbildung noch zu ungünstig dargestellt.
  • Besonders einfach wird die Ausführung der Meßeinrichtung, wenn ein handelsübliches Gleichstromohmmeter bekannter Bauart Verwendung findet, das über Gleichrichter an die Spannung E1 und EN der Meßeinrichtung angeschlossen ist.
  • Da die Widerstandserdung über einen reinen Wirkwiderstand R vorgenommen wird bestimmt der Vektor B U gleichzeitig die Phasenlage des durch den Widerstand fließenden Stromes. Die resultierende Erdimpedanz des gesamten Netzes kann man sich in zwei Komponenten einer Parallelschaltung zerlegt denken, wobei die eine ein reiner Wirkwiderstand, nämlich der Verlustwider-E1 stand W ist, der die Wattkomponente W bestimmt, und in eine dazu parallel zu schaltende reine Blindkomponente X, durch welche E1 der Blindstromanteil des Erdschlußrest-X stromes bestimmt wird. Diese beiden Stromvektoren stehen aufeinander senkrecht. Die Wattkomponente liegt in Phase mit der- treibenden Spannung EN, die Blindhomponente steht senkrecht dazu. Da die Strecke BU dem Reststrom J proportional ist, ist die Strecke BC ein Maß für den Wirkreststrom, die Strecke CU ein Maß für den Blindreststrom.
  • Das gleiche Verhältnis besteht in ähnlichem Dreieck OBD, das ebenfalls bei B den Winkel # zwischen Erdspannung und Nellpunktsspannung aufweist. DO ist der Blindkomponente des Erdschlußreststromes proportional, BD der Wirkkomponente. Man erhält also die Wirkkomponente des Erdschlußreststromes, wenn aus den beiden charakteristischen Spannungen E1 und EN unter Berücksichtigung ihres Phasenverschiebungswinkel # der Quotient gebildet wird. Somit erhält man den vollen Erdschlußwirkstrom EStern E1 JW= . . cos # R EN durch Messung mit einem Resistanzmesser an sich bekannter Bauart.
  • Auf ähnliche Weise kann auch die Blindkomponente JB des Erdschlußreststromes ermittelt werden. Nach den Ausführungen oben wird EStern E1 J B = . . sir R EN Hierfür ist ein Reaktanzmesser an sich blekannter Bauart geeignet. Bei direktem Erdschluß werden die Erdschlußspulen infolge der Sättigung einen höheren Strom aufnehmen als bei den Messungen mit hocho'hmigien Widerstandserdungen. D¢e mit dem Reaktanzmesser festges.tellte Blindkomponente des Erdschlußreststromes wird dadurch eine Änderung verfahren. Da aber die Erdschlußspulen bis zu 800/o der Sternspannung sicher noch ungesättigt sind, kann dieser Fehler bei bekannter Charakteristik der Erdschlußspulen leicht korrigiert werden. Die Skala des Instrumentes für Anzeige der Blindkomponente des Erdschlußreststromes muß leinfach eine geringe Änderung erfahr-en, welche der mehr als proportionalen Vergrößerung der Stromaufnahme bei sattem Erdschluß entspricht.
  • Dler Erdschlußreststrom und seine Ktomponenten Jw und JB können auch mit Hilfe eines Phasenmessers bestimmt werden, dem die beiden Spannungen E, und EN zugeführt werden und der bei cos# = 1 exakte Kompensation anzeigt. Aber auch der Winkel OUB zwischen der Sternspannung UO der erdgeschlossenen Phase (im Beispiel U) und ihrer Erdspannung E1 = UB ist ein Maß für die Abstimmung; er wird Null bei exakter Kompensation, gleichzeitig mit #.
  • Die Verwendung eines rein Ohmschen Widerstandes bat den Vorteil, daß die Gefahr einer Resonanzverlagerung vermieden ist.
  • Wird statt dessen über eine Drosselspule geerdet, so kann deren Induktivität bei Unterkompensation des Netzes mit der restlichen Erdkapazität einen Serienresonanzkreis bilden.
  • Ähnliches gilt im Falle von Überkompensation bei Verwendung einer Kapazität zur Erdung einer Phase. Die Widerstandserdung kann entweder direkt oder indirekt unter Zwischenschaltung eines Transformators Serfolgen. Für die Größe eines Widerstandes R wird man zweckmäßig einen Wert wählen, der im Vergleich zum Wirkwiderstand W der resultierenden, aus Löscheinrichtung und Netzkapazität bestehenden Erdung einen großen Wert besitzt. Dadurch bleibt die Nullpunktsverlagerung EN bei Durchführung der Messung so klein, daß kein schädlicher erdschlußähnlicher Zustand auftritt. Wird beispielsweise R R = =4W gewählt, dann wird die Verlagerung 20% der Sternspannung nicht überschreiten, ein sicher noch zulässiger Wert.
  • Wenn das Netz eine natürliche Unsymmetrie besitzt (Ungleicheit der Erdkapazitäten der drei Phasen), ändert sich zwar die Lage des Kreisdiagrams, bei exakter Kompensation liegt der Punkt jedoch wieder auf dem Vektor der Sternspannung der geerdeten Phase, so, daß die Meßverfahren gemäß der Erfindung auch in diesem Falle mit Erfolg angewendet werden können. Es bereitet übrigens keine Schwierigkeiten, den Einfluß der Unsymmetrie auf die Messung durch eine Hilfseinrichtung zu beseitigen.
  • Wie erwähnt, besteht der Vorteil der beschriebenen Methoden darin, daß die Messung in einer Station vorgenommen werden kann, welche mit dem Aufstellungsort der Erdschlußspulen oder des Erdungswiderstandes nicht übereinstimmt. Es können solche Kompensometer in jeder Station aufgestellt werden, welche Meßeinrichtungen besitzt, welche die maßgebenden charakteristischen Spammngen liefern. Es ist ferner möglich, das Erhebt nis der beschriebenen Messungen durch bekannte Fernmeßverfahren an eine neutrale Stelle weiterzuleiten und dort oder in einer anderen Anlage Regelimpulse abzuleiten, durch welche die Einstellung der Erdscilußspulen so lange geändert wird, bis der günstigste Komp ensierungsgrad eingestellt ist.
  • Auch in solchen Fällen wird auf die Sättigungscharakteristik der Erdschlußspule Rücksicht zu nehmen sein. Die Regelimpulse können natürlich auch bereits am Einbauort der Meßeinrichtungen gebildet werden.

Claims (9)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : I. Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlußreststromes, insbesondere seiner Wirk- und Blindkomponente, in mit Erdschlußlöscheinrichtungen versehenen elektrischen Netzen unter Verwendung einer Erdung einer Phase über einen Ohmschen Widerstand bekannter Große, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullpunktsverlagerungsspannung (OB) mit der Spannung der erdgeschlossenen Phase (UB) gegen Erde verglichen wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen nur der Größe nach miteinander verglichen werden.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzSeichnet, daß die Spannung gen ihrer Phasenlage nach miteinander verglichen werden, und daß zu diesem Zweck ein Leistungsfaktormeßgerät verwendet wird, das durch cos # = I Idas Verschwinden der Blindkomponente angibt.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung gen ihrer Größe nach unter Berücksichtigung des Phasenwinkels verglichen werden.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Wirkkomponente des Erdschlußreststromes ein Resistanzmesser dient.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch I oder I und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Blindkomponente des Erdschlußreststromes ein Reaktanzmesser dient.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergleichenden Spannungen über Gleichrichter einem Gleichstrommeßorgan zugeführt sind.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert der künstlichen Erdung größer ist als der Wirkwiderstand des Netzes gegen Erde, der sich bei völliger Kompensation der Erdstrom;blindkomponente ergibt.
  9. 9. Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlußreststromes, insbesondere seiner Wirk- und Blindkomponente, in mit Erdschlußlöscheinriclltung versehenen elektrischen Netzen unter Verwendung einer Erdung einer Phase über einen Ohmschen Widerstand bekannter Größe, gekennzeichnet durch die Messung des Winkels (OUB) zwischen der Sternspannung (UO) der erdgeschlossenen Phase (U) und der Spannung (UB) dieser Phase gegen Erde.
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