DE722348C

DE722348C - Insulation monitoring and earth fault display device for three-phase systems

Info

Publication number: DE722348C
Application number: DEB186236D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walther Bender
Original assignee: WALTHER BENDER DIPL ING
Current assignee: WALTHER BENDER DIPL ING
Priority date: 1939-02-09
Filing date: 1939-02-09
Publication date: 1942-07-08

Description

Isolationsüberwachungs- und Erdschlußanzeigeeinrichtung für Drehstromanlagen Die in isoliert betriebenen Drehstromnetzen, also in Anlagen ohne starr geerdeten Netzpunkt, auftretenden Erdschlüsse können an einer der Phasen, an einem (meist symmetrischen) Sternpunkt oder zwischen den Phasen auf einer Seite des Spannungsdreiecks oder auf dem Spannungsstern zwischen einer Phase und dem Sternpunkt liegen. Die letztgenannten beiden Fälle können an den Wicklungen der verschiedensten Maschinen, an Apparaten, Öfen usw. auftreten. Am häufigsten sind aber die erstgenannten beiden Arten, nämlich Erdschlüsse an einer der Phasen oder an einem Sternpunkt, diese letzteren besonders dann, wenn der Sternpunkt über eine D urchschlagssicherung geerdet ist, oder aber, wie sich in der Praxis gezeigt hat, auch infolge von Montagefiehlern.Insulation monitoring and earth fault display device for three-phase systems Those in isolated three-phase networks, i.e. in systems without solidly earthed Network point, earth faults can occur on one of the phases, on one (usually symmetrical) star point or between the phases on one side of the voltage triangle or lie on the voltage star between a phase and the neutral point. the The latter two cases can occur on the windings of the most varied of machines, occur on devices, ovens, etc. The first two mentioned are the most common Types, namely earth faults at one of the phases or at a star point, the latter especially if the star point is grounded via a blowdown fuse, or, as has been shown in practice, also as a result of assembly errors.

Die zur Erdschlußüberwachung solcher Anlagen bisher am meisten angewendeten Einrichtungen sind eigentlich nur Symmetrieüberwachungseinlichtungen, die jede auftretende Unsymmetrie der Spannung der Phasen gegen Erde anzeigen und somit zur Erfassung unmittelbarer Phasenerd schliisse gute Dienste leisten. Man legt hierbei jede Phase über einen Spaimungsmesser (evtl. über Spannulngswandler) an Erde. Normal zeigen alle drei Instrumente die Phasen spannung an, denn alle liegen an dem praktisch symmetrischen Sternpunkt der Erdkapazitäten der Anlage, und jede Störung dieser Symmetrie wird angezeigt. The most widely used for earth fault monitoring of such systems so far Facilities are actually just symmetry monitoring facilities that each occurring Display asymmetry of the voltage of the phases to earth and thus for detection Immediate phase earth connections provide good service. You lay every phase here via a relaxation meter (possibly via a voltage converter) to earth. Show normally all three instruments apply the phase voltage, because all of them are practical symmetrical star point of the earth capacitance of the system, and any disturbance of this Symmetry is displayed.

An Stelle dieser Einrichtung begnügt man sich auch häufig damit, die Sternpunktspannung der Anlage gegen Erde zu über wachen. Auch hierbei wird jede Unsymmletrie angezeigt. Von dilesen Schaltungen gibt es noch viele Abwarten. die alle den Fehler gemeinsam haben, daß symmetrische Erdschlüsse, wie z. B. Sternpunkterdschlüsse oder gleichmäßige Isolationsverschlechterungenaller drei Phasen, nicht angezeigt werden. Erdschlüsse auf dem Spannungsstern, also zwischen einer Phase und dem Sternpunkt, sind ebenfalls nicht als Erdschlüsse zu erkennen, denn die hierbei auftretende Anzeige kann ebensogut die Folge irgendeiner anderen Unsymmetrie sein.Instead of this facility, one is often satisfied with the Monitor the system's neutral point voltage to earth. Here too, everyone will Asymmetry displayed. There are still a lot of waiting for these circuits. the all have the common fault that symmetrical earth faults, such as. B. Neutral earth faults or uniform deterioration of the insulation in all three phases, not indicated will. Earth faults on the voltage star, i.e. between a phase and the star point, are also not to be recognized as earth faults, because here Any display that occurs can just as easily be the result of some other asymmetry.

Zum Schutze der Wicklungen von Maschineu gegen Erdschluß kann man in die Erdleitung des Sternpunktes eine Hilfswechselspannung einschalten, um auch Erdschlüsse am Sternpunkt oder in dessen Nähe zu erfassen. An Stelle dieser durch einen besonderen Umspanner erzeugten Hilfswechselspannung sind auch Schaltungen beschrieben wor den, bei denen eine dreiphasige unsymm etrische Drosselspule an die Generatorklemmen angeschlossen und der Sterapunkt der Drosselspule über ein Erdschlußrelais geerdet ist. To protect the windings of the machine against earth faults one can Switch on an auxiliary AC voltage in the earth line of the star point in order to also To detect earth faults at the star point or in its vicinity. In place of this through Auxiliary AC voltage generated by a special transformer are also circuits where a three-phase unbalanced choke coil is described the generator terminals connected and the stera point of the choke coil via a Earth fault relay is earthed.

Solche Einrichtungen, die zum Schutze größe--rer Gen-eratoren ausgeführt werden, sind kostspielig, da sie einen besonderen Umspanner für die Hilfsspannung oder eine dreiphasige Drossel benötigen. Eine bedeutende Vereinfachung läßt sich. durch eine bereits vorgeschlagene Einrichtung erzielen, bei der nur eine der Phasen und der Sternpunkt über Widerstände beliebiger Phasenlage an Erde gelegt zu werden brauchen, wobei diese Widerstände jedoch von höchstens der gleichen Größenordnung sein müssen wie die normalen komplexen Ableitwiderstände der Anlage gegen Erde. Durch den an der Phase liegenden Widerstand wird eine künstliche Verschiebung der meist praktisch symmetrischen komplexen Ableitwiderstände bewirkt. Such facilities, which are designed to protect larger generators are expensive because they have a special transformer for the auxiliary voltage or need a three-phase choke. A significant simplification can be made. by means of a previously proposed facility in which only one of the phases and the neutral point to be connected to earth via resistors of any phase position need, with these resistances of at most the same order of magnitude must be like the normal complex leakage resistances of the system to earth. The resistance at the phase causes an artificial shift in the mostly causes practically symmetrical complex leakage resistances.

In dem Widerstand des Sternpunktes kommt hierdurch ein Strom zum Fließen, der der er- -reichten Unsymmetrie des Systems d!er komplexen Ableitwiderstände und der künstlichen Widerstände entspricht. Dieser Strom kann einmal als ungefähres Maß für die komplexen Ableitwiderstände der Anlage gegen Erde benutzt werden und dient außerdem zur Anzeige von Erdschlüssen. Bei Erdschluß einer der Phasen erreicht er seinen Höchstwert, bei Sternpunkterdschluß verschwindet er dagegen. This causes a current to flow in the resistance of the star point Flow, the achieved asymmetry of the system of complex leakage resistances and corresponds to artificial resistances. This current can once as an approximate Measure for the complex leakage resistance of the system to earth can be used and also serves to indicate earth faults. One of the phases reached in the event of a ground fault it reaches its maximum value, on the other hand it disappears in the case of a neutral point earth fault.

Bei Benutzung eines Anzeigeinstrumentes (z. B. Strommesserj vor dem Widerstand des Sternpunktes hat diese Einrichtung den Nachteil, daß sich der Skalenpunkt für unendlich großen komplexen Ableitwiderstand (also für ein ideales Netz) neben dem Skalenpunkt für Phasenerdschluß befindet, während der Skalenpunkt für Sternpunkterdschluß am anderen Ende der Skala liegt. Bei Verwendung von Relais zur Erfassung dieser verschiedenen Erdschlüsse ist außerdem ein Überstrom- und ein Unterstromrelais notwendig. Erdschlüsse, die zwischen Sternpunkt und einer Phase -liegen, werden durch diese Einrichtung nur zum Teil erfaßt. When using a display instrument (e.g. ammeter before the Resistance of the star point, this device has the disadvantage that the scale point for infinitely large complex leakage resistance (i.e. for an ideal network) next to the scale point for phase earth fault, while the scale point for neutral point earth fault at the other end of the scale. When using relays to record this various earth faults, an overcurrent and an undercurrent relay is also necessary. Earth faults that lie between the star point and a phase are caused by this Establishment only partially covered.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß bei gleicher Anordnung der Widerstände nicht der Strom im Sternpunktwiderstand, sondern der Strom in der gemeinsamen Erdleitung der Widerstände zur Anzeige benutzt wird. These disadvantages are avoided according to the invention in that with the same arrangement of the resistors, not the current in the neutral point resistor, but the current in the common earth line of the resistors is used for display will.

Die Abb. 1 bis 3 zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Figs. 1 to 3 show exemplary embodiments of the subject matter of the invention.

In Abb. I ist der Stempunkt des Umspanners / über eine Durchschlagssicherung d geerdet. Am Sternpunkt liegt der kapazitive Widerstand g, an der Phasen der Ohmsche Widerstand k. Beide sind in einem Punkt verbunden und über einen Strommesser 4 an Erde £ gelegt. Bei Erdschluß des Stempunktes (Ansprechen der Durchschlagssicherung d) fließt ein Strom über den Strommesser A und den Widerstand k. Bei Erdschluß der Phase n fließt ein Strom über den Widerstand g und den Strommesser. Bei Erdschluß einer der Phasen v oder w fließen Ströme über beide Widerstände g und k, über den Strommesser A deren geometrische Summe. Durch geeignete Wahl der Größe und Phasenlage der Widerstände kann erreicht werden, daß sich für den Erdschluß jeder Phase und den Erdschlul;; des Sternpunktes jeweils ein anderer Ausschlag des Strommessers ergibt. Die gezeichnete Zusammenstellung der Widerstände g und k ergibt das in Abb. 3 angedeutete Skalenbild, wenn g absolut kleiner als k gemacht wird. In Fig. I is the stem point of the transformer / via a breakdown fuse d grounded. The capacitive resistance g is located at the star point and the ohmic resistance at the phase Resistance k. Both are connected at one point and connected via an ammeter 4 Earth £ laid. In the event of a ground fault at the stem point (response of the breakdown fuse d) a current flows through the ammeter A and the resistor k. In the event of a ground fault of the In phase n, a current flows through resistor g and the ammeter. In the event of an earth fault one of the phases v or w, currents flow through both resistors g and k, through the Ammeter A their geometric sum. By suitable choice of size and phase position the resistances can be achieved that each phase and ground fault the Erdschlul ;; of the star point a different deflection of the ammeter results. The compilation of the resistances g and k shown in Fig. 3 indicated scale image, if g is made absolutely smaller than k.

Bei idealem Netz ohne Erdkapazitäten und Isolationsfehler gegen Erde zeigt der Strommesser gar keinen Ausschlag. Bei normalem Netz dagegen ergibt sich eine Anzeige, die zwischen dem stromlosen Zustand und der Anzeige bei Sternpunkterdschluß liegt und die um so gröber ist, je kleiner die jeweiligen komplexen Ableitwiderstände der Anlage sind. With an ideal network without earth capacitances and insulation faults to earth the ammeter does not show any deflection. In the case of a normal network, on the other hand, the result is a display between the de-energized state and the display in the event of a neutral point earth fault and which is the coarser, the smaller the respective complex leakage resistances of the plant.

Eine grobe Eichung dieses Skalenbereiches in kQ Wechselstromwiderstand, in ,u F Erdkapazität oder bei gleichen angeschlossenen Leitungen in km Leitungslänge ist daher möglich. A rough calibration of this scale range in kQ alternating current resistance, in, u F Earth capacitance or with the same connected lines in km line length is therefore possible.

Abb. 2 stellt eine Einrichtung dar, bei der der Umspanner Beinen Sternpunkt besitzt und daher der Anschluß an einen künstlichen Sternpunkt erfolgt. Fig. 2 shows a device in which the stretcher legs Has a star point and therefore the connection is made to an artificial star point.

Die gezeichneten und beschriebenen Einrichtungen stellen nur einige Ausführungsbeispiele dar. Es sind noch mancherlei andere Anordnungen möglich. Insbesondere können statt einer Phase auch zwei oder alle drei Phasen angeschlossen werden. Weiter besteht ein großer Spielraum hinsichtlich des Größenverhältnisses der Widerstände zueinander. Meistens wird man den am Stempunkt liegenden Widerstand kleiner als den an der Phase liegenden wählen. Bei Netzen mit stark unsymmetrischen Erdkapazitäten kann man zur Stabilisierung zusätzlich Kapazitäten oder Ohmsche Widerstände zwischen jede Phase und Erde oder zwischen Sternpunkt und Erde legen und diese mit in die Instrument,eneichung einbeziehen. Durch die genannten Maßnahmen wird gleichzeitig das Erdpotential des Sternpunktes bei abgeschaltetem Netz auf ein gewünschtes Maß herabgesetzt. Durch geeignete Wahl des Größenverhältnisses und der Phasenlage der Widerstände, z. B. dadurch, daß der eine Widerstand kapazitiv und der andere ohmisch gewählt wird, ergeben sich Anordnungen, mit denen alle Erdschlüsse auf dem Spannungsstern oder auf dem Spannungsdreieck erfaßt werden können oder die für den Erdschluß jeder der drei Phasen verschiedene Instrumentenansschläge ergeben. Macht man den Sternpunktwiderstand ohmisch, so erreicht man zugleich eine Herabsetzung der sonst bei induktiven Erdschlüssen häufig auftretenden erhöhten Phasenerdspannungen. Natürlich können an Stelle von Meßinstrumenten Relais angeordnet werden, die zur Betätigung von Signaleinrichtungen oder zur Auslösung von Schaltvorgängen dienen. The facilities drawn and described represent only a few Various other arrangements are possible. In particular Instead of one phase, two or all three phases can also be connected. Further there is a great deal of leeway with regard to the size ratio of the resistors to each other. Most of the time, the resistance at the stem point will be less than choose the one associated with the phase. For networks with highly asymmetrical ground capacitances you can add capacities or ohmic resistances between for stabilization every Place phase and earth or between the star point and earth and calibrate them with the instrument include. Through the measures mentioned, the earth potential of the The star point is reduced to a desired level when the network is switched off. By suitable choice of the size ratio and the phase position of the resistors, e.g. B. in that one resistor is chosen capacitive and the other ohmic, there are arrangements with which all earth faults on the voltage star or on the voltage triangle can be detected or those for the earth fault of each of the three phases result in different instrument stops. One makes the neutral point resistance ohmic, then one achieves at the same time a reduction of what would otherwise be the case with inductive earth faults frequently occurring increased phase earth voltages. Of course, instead of Measuring instruments relays are arranged for the actuation of signaling devices or to trigger switching processes.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Insulation monitoring and earth fault display device for three-phase systems, in which at least one of the phases and a star point via resistors of any phase position, but of approximately the same order of magnitude like the absolute values of the normal complex leakage resistances of the to be monitored Plant against earth, connected at a common point and connected to earth, characterized in that the current flowing in the common ground line to Detection of earth faults or, with a healthy network, as an approximate measure for the complex ones The system's leakage resistance to earth is used.

2. Device according to claim I, characterized in that the in the common ground line current flowing through measuring devices or relays for display brought or used for signaling or for triggering a switching process will.

3. Device according to claim I and characterized in that the Contrary. stood at the star point; nkt absolutely smaller than the resistance on a phase is chosen in order to achieve that there is a neutral point for the earth fault The current in the common earth line is lower than in the case of an earth fault in the connected Phase.

4. Device according to claim I and 2, characterized in that one resistor is chosen capacitive and the other ohmic in order to achieve that for the earth fault of each phase there are different currents in the common earth line result.

5. Device according to claim I and 2, characterized in that the scales of the measuring instruments with special markings for the different types of earth faults are provided.

6. Device according to claim I and 2, characterized in that the scales of the measuring devices in kQ alternating current resistance, in µF earth capacitance or, with the same connected lines, are roughly calibrated in km line length.