DE742359C - Erdschlussschutz fuer betriebsmaessig nicht geerdete Gleichstrommaschinen und -netze - Google Patents

Description

• Erdschlußschutz für betriebsmäßig nicht geerdete Gleichstrommaschinen und -netze Es ist bekannt, daß Erdschlüsse in betriebsmäßig reicht geerdeten Gleichstromanlagen insofern weniger gefährlich für den Betrieb sind als in Wechselstrom- oder Drehstromanlagen, da in seltenen Fällen der Erdschluß nach kurzer Zeit in einen Kurzschluß übergeht. Bei Wechselstrom- oder Drehstromnetzen müssen dagegen Erdschlüsse nach Möglichkeit innerhalb kürzester Zeit beseitigt werden, da durch Rückzündungen und hohen Stromübergang über die Erdschlußstellen leicht große Störungen in demn Netz hervorgerufen werden können.
• Obwohl diese Schwierigkeiten bei Gleichstromnetzen nicht eintreten, empfiehlt es sich, Erdschlüsse zum mindesten selektiv anzuzeigen und diese zu beseitigen, sobald die Betriebsbedingungen dies zulassen, da bei lang andauernden Erdschlüssen in Gleichstr om-

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  doch noch ein Erdschluß in Kurzschluß übergehen kann.
• An sich bedeutet ein Erdschluß in einem Gleichstromnetz keine Änderung des Stromzuflusses, so daß der Erdschluß als solcher, da er ohne Nebenerscheinung auftritt, nicht zu irgendeiner Anzeige durch Stromrelais herangezogen werden kann. Es muß daher, um die Lage des Erdschlusses festzustellen, bei dem Gleichstromnetz ein Zustand geschaffen werden, der demn eines Wechselstromnetzes oder Drehstromnetzes bei Erdschluß ähnelt. Eine solche Anordnung wird erfindungsgemäß dadurch geschaffen, daß von einer Wechselstromquelle mit Hilfe eines besonderen Transformators mit zwei Sekundä rwicklunrien auf beide Leiter des Gleichstrornsvstenis eine Wechselspannung aufgedrückt wird, wobei die beiden Sekundärwicklungen des Transformators zu einem Nullpunkt zusammengefaßt sind, der an Erde gelegt wird.
• In der Abb. I ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit I ist e in Gleichstromgenerator bezeichnet, der über einen Schalter 2 die Sammelschiene 3 speist. An die Sammelschiene ist in der gezeichneten Weise ein Transformator 4 angeschlossen, der von einer Wechselstromquelle 5 gespeist wird und über die Kondensatoren 6 und 7 Wechselspannung in den Gleichstromkreis drückt. Die Kondensatoren sind als Gleichstromsperren angeordnet, um den Stromfluß durch die Sekundärwicklungen 41 und 42 des Transformators zu verhindern. Die mit gleicher Windungszahl aufgeführten Sekundärwicklungen sind zu einem Sternpunkt 4o zusammengefaßt, der über einen Schalter 8 geerdet ist. Die beiden Sekundärwicklungen 4I und 42 müssen hierbei deichen Wickelsinn aufweisen. Da darnn in den beiden die Sammelschiene mit Wechselspannung speisenden Leitungen keine Potentialdifferenz zwischeneinander besteht, wird über die Kondensatoren kein kapazitiver Strom getrieben, der sich beispielsweise über die Wicklung irgendwelcher Gleichstromabnehmer oder die beiden Leiter der Gleichstromnetze schließen könnte. Lediglich ein kapazitiver Erdschlußstromn fließt, durch die sekundäre Wechselspannung getrieben, ständig zwischen Erde und den Leitern des Gleichstromnetzes. Da diese auf das Gleichstromnetz aufgedrückte Wechselspannung zur Betätigung von wattmetrischen Erdschlußrelais herangezogen werden soll, muß die Frequenz so gewählt werden, daß sie nicht mit der der Gleichspannung überlagerten Frequenz, die von den Gleichstromerzeugern herrührt, übereinstimmt, da sonst ein falsches Ansprechen der Erdschlußrelais auftreten kann.
• Die Größe der Kondensatoren 6 und 7 muß so bemessen werden, daß im Erdschlußfall ein größererStrom über diese Kondensatoren fließt, als im Normalbetrieb über die Kondensatoren und die Kapazität des Netzes auftreten kann.
• In die Generatoranschlußleitungen sind nun Stromwandller 9 und Io eingebaut, die nach besonderen Gesichtspunkten ausgelegt sein müssen. Bei einem Erdschlulß sollen von demn Transformator aus nach der Erdschlußstelle fließende künstlich aufgedrückte kapazitive Ströime in genügender Höhilie auf die Sekundärseite des Wandlers übertragen werden. Dazu müssen die Stromwandler ein möglichst niedriges Übersetztngsverhältnis besitzen, damnit die Hilfsstromquelle zur Einführung der Wechselspannung möglichst klein sein kann. tragen, die aber erfindungsgemäß nicht die Frequenz der zusätzlichen zur Überwachung dienenden Wechselspannung haben darf. Außerdem ist ein kleiner Strom auf der Sekundärseite vorhanden, der sich über die Kapazität der Maschine nach Erde schließt. Im Fehlerfall dagegen tritt eine beträchtliche Erhöhung des Stromes auf, so daß die Stromspulen I Io und I I I des Relais I I Strom erhalten. Da auch die Spannungsspule I I2 erregt wird, kann somit ein Ansprechen des Relais erfolgen.
• In der Abb. I ist in der Nähe des Generators ein Fehler angedeutet und durch Pfeile in der gesamten Schaltung die Richtung der fließenden Wechselströme angegeben.
• Das Erdschlußrelais besteht dabei zweckmäßig aus einem System, dessen Stromspulen I Io und I I I auch zusammengefaßt werden können. Das Spannungsrähmchen I I2 wird auch inm normalen Betrieb erregt. Bei Ansprechen kann das Relais in bekannter Weise die Signalisierung oder, wenn dies erwünscht ist, die Abschaltung des Erdschlusses bewirken. Zweckmäßig ist auf alle Fäll, einen Schalter II3 am Relais vorzusehen, der das Öffnen des Erdschlußschalters S bewirkt, um ztu verhindern, daß durch den künstlich aufgedrückten Erdschlußstrom etwa Zerstörungen an den Erdschlußstellen hervorgerufen werden.
• Abb. 2 entspricht im wesentlichen der Abb. i. Hierbei ist angenommen, daß der Erdschluß außerhalb des Schutzbereiches aufgetreten ist. Wie aus den Pfeilen zu ersehen ist. werden in diesem Falle die Stromwandler in verschiedenen Richtungen vom künstlich aufgedrückten Wechselstrom durchflossen, so daß sich die Wirkungen im Dynamometer auflieben und dieses somit nicht anspricht. Da es jedoch zweckmäßig ist, die künstlich aufgedrückte Wechselspannung in jedem Erdschlußfall vollständig vom 1Tetz abzutrennen, wird durch ein zeitverzögertes Relais 12, das in die Erdverbindung der Sekundärwicklung des Transformators eingeschaltet ist, der Schalter S geöffnet.
• Die in den Abb. i und 2 skizzierte einfache Einrichtung kann leicht auch auf andere Gleichstromnetzteile, die nicht über eine Hilfstromsquelle geerdet sind, ausgedehnt «-erden, sofern nur mindestens ein Teil des Gleichstromnetzes über eine HilfsspannungsquelIe nach der Erfindung geerdet ist. In der i Abb. 3 ist eine solche Anordnung dargestellt. In der Zentrale A und in der Zentrale E werden Wechselspannungen dein gesamten Netz aufgedrückt. Der angedeutete Erdschluß wird keil zusätzlicher Wechselstrom auf das Netz aufgedrückt wird, muß die Spannung für den Spannungspfad des Erdschlußrelais dann durch einen Hilfstransformator erzeugt werden. Der Spannungspfad wird dann in diesen Stationen über einen Kondensator an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen, der so bemessen ist, datß die Spannung in den Erdschlußrelais die gleiche Phasenlabe aufweist wie der künstlich auf-,gedrückte Erdschlußstromn. Es ist selbstverständlich, daß sämtliche in den einzelnen Stationen aufgedrückten Wechselspannungen, auch wenn diese lediglich dem Spannungspfad des Dynamometers zugeführt werden, synchron sein müssen.
• Sollte es sich bei einem Netz empfehlen, noch weitere Einspeisestellen Für den künstlichen Erdschlußstrom einzuführen, um die Sicherheit des Ansprechens zu erhöhen, so ist dies ohne weiteres möglich. Auch in dem vorbeschriebenen Falle wird dann zweckmäßig die aufgedrückte Wechselspannung durch besondere Zeitrelais über Schalter in der Erdverbindung abgeschaltet, wenn ein Erdschluß aufgetreten ist.
• Es ist denkbar, daß durch plötzliches Auftreten von Änderungen des stationären Detriebszustandes des Gleichstromnetzes, z.B. durch starke Einschaltstromstöße, Ströme auf der Sekundärseite der Stromwandler erzeugt werden, die erhöhte Spannungen an den Sekundärklemmen der Wandler hervorrufen. Es empfiehlt sich, die Wandler durch Shuntung tmit Hilfe von Hochstromnableitern zu sichern, die eine bestimmte Ziindspannung besitzen und dann verlöschen, sobald der stationäre Zustand wiederhergestellt ist. Sollten die im Gleichstromenthaltenen höheren Harmonischen möglicherweise ein Fehlansprechen der Erdschlußrelais bewirken, so sind diese mit Hilfe von Siebkreisen von den Erdschlußrelais fernzuhalten.
• Die Abriegelung leg Gleichstromes von Errle kann nicht nur durch Kondensatoren erfolgen, sondern beispielsweise auch durch eine transformatorische Nullpunktbildung. Hierbei muß selbstverständlich darauf geachtet werden daß über die zwischen die Gleichstronmleitung geschalteten Selkundärwicklungen des Transformators ein möglichst geringer Gleichstrom fließt, unm tutniötige Verluste und Wärtnebildung im Transformator zu vermeiden. Diese Wicklungeu sind also horche oihnig auszuführen. i

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: t. Erdschlußschutzeinrichtung für hetrtel)stnaßir nicht geerdete Gleichstrom- einen Transformator demn Gleichstromsvstem derart aufgedrückt wird, daß kein Wechselstrompotential zwischen den Gleichstromleitern auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator mit zwei Sekundärwicklungen ausgerüstet ist, die zwischen je einen Gleichstromleiter und Erde geschaltet sind und einen solchen Wickelsinn haben, daß kein Wechselstrompotential zwischen den Gleichstromleitern auftritt. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromleiter über Kondensatoren an die Sekundärwicklungen angeschlossen sind. 3. Einrichtung nach Anspruch I dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromleiter ohne Zwischenschaltung voll Kondensatoren an die Sekundärwicklungen angeschlossen sind, die aber dann ihrerseits entsprechend hocholhmig ausgeführt sein müssen. 4. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselspannung solcher Frequenz verwendet wird, die sich deutlich voll der Frequenz der Gleichstromwelligkeit unterscheidet. 5. Einrichtung nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den vom Generator bzw. demn zu schützenden Anlageteil ausgehenden Leitungen Stromwandler angeordnet sind, welche die Stromspulen von Erdschlußrelais speisen. 6. Einrichtung nach Anspruch I und 5, dadurch gekennzeichnet, datß die Wandler durch Hochstromableiter überbrückt sind, die beim Auftreten eines bestimmten Überstromes ansprechen und verlöschen, sobald der stationäre Zustand wiederhergestellt wird. j. Einrichtung nach Anspruch I und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung für die Spannungsspule des Relais unmittelbar oder transformatorisch dem Netz bzw. den voll der @lilfsstromquelle zum Netz füihrendlen Leitungen enltnominen wird. 8. Einrichtung nach Auspruch I in Auwenldung auf mehrfach gespeiste Gleichstromnetze, dadurch gelkennzeichtnet, daß in den Stationen, in denen kein zusäitzlicher Wechselstrom auf (las Netz aufgedrückt wird, Hilfsiransformatorcn angeordnet sind, welche die Spannung für den Spannungspfad dleg Erdschlußrelatis erzeugen. 9. Einriclhtung nach Anspruch I und ,8, (dadurch "cl;enuzeiclitict, (laß (leg Spannungspfad über einen 1,#otl(lensator :in die ekun(lürwici;lunrr rles Transfoiniators die Span1ittn 1- in den l@.rdschlul.lrelais die z'leiche I'hasenla,re aufweist wie der Iciinstlicli auf`edrückte Hrdschlußstroin. io. l?ini-iclitun, nach Anspruch i bis o. dadurch -el;ennzeichnet, daß in der Ililfserdverliiii(lung ein Schalter vorgesehen ist. der eine bestimmte Zeit nach f?ititretc#ri eine. I_rrlschlusses @lie Hilfsstroniduelle tind damit flas (;,lriciistroninetz vcn I?rde trennt. i i. Einrichtung nach Ansl>rucl@ r bis io, dadurch gekennzeichnet, dal' die etwa von <len (sleichstr#>nierzeugern herv@ir@erufenen Wechselstronikomlionenten durch abge-:timmte Siebkreise von den @:r<@sch@u(.'@-relais ferngehalten wcrden.