DE749629C - Earth fault protection or earth fault indication device for electrical systems - Google Patents

Earth fault protection or earth fault indication device for electrical systems

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DE749629C
DE749629C DE1937749629D DE749629DD DE749629C DE 749629 C DE749629 C DE 749629C DE 1937749629 D DE1937749629 D DE 1937749629D DE 749629D D DE749629D D DE 749629DD DE 749629 C DE749629 C DE 749629C
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DE
Germany
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earth fault
protection
relay
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voltage
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Expired
Application number
DE1937749629D
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German (de)
Inventor
Christian Kneller
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/42Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to product of voltage and current
    • H02H3/422Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to product of voltage and current using homopolar quantities

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  • Protection Of Transformers (AREA)

Description

Erdschlußschutz- oder Erdschlußanzeige-Einrichtung -für elektrische Anlagen Um einen allfällig auftretenden Erdschlußstrom in elektrischen Anlagen zu begrenzen und Zerstörungen einzelner Teile zu vermeiden, wird zwischen einem elektrischen Nullpunkt des zu schützenden Teils und der Erde eine Relaiseinrichtung gelegt, die das Netz bzw. den zu schützenden Teil bei Erdschluß selbsttätig abschaltet. Die Einrichtung wird normalerweise ergänzt durch einen in die Leitung eingesetzten Summenstromwandler, der ebenfalls an eine Wicklung des Relais angeschlossen ist. An die Betriebssicherheit der Relaiseinrichtung werdem hohe Anforderungen gestellt. Es wird verlangt, daß die Relaiseinrichtung nicht nur von einem Mindeststrom ab das Netz abschaltet, sondern auch, ohne Schaden zu erleiden, kräftigere Erdschlußströme auszuhalten vermag, die den Mindeststrom um ein Mehrfaches übertreffen. Um die Relaiseinrichtunz zu schützen und gleichzeitig ihre Empfindlichkeit zu erhöhen, sind Kunstschaltungen angegeben worden, die mittels Widerständen mit stark positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten den Relaisstrom in geeigneten Grenzen halten. Mit solchen Widerständen läßt sich der Relaisstrom bzw. die Relaisspannung in einem Bereich von höchstens r : ¢ des Erdschlußstromes unabhängig von diesem nahezu konstant halten. Aus technischen Gründen werden die temperaturabhängigen Widerstände, gewöhnlich Eisenwasserstoffwiderstände, in einen Sekundär- oder Tertiärstromkreis eingeschaltet, wobei zur Verhinderung einer zu großen Ansprechzeit bzw. wegen der nicht vermeidbaren Trägheit solcher Widerstände eine hohe Anzahl kleinerer Einheiten mit geringer Wärmekapazität parallel liegen.Earth fault protection or earth fault display device -for electrical Systems In order to avoid a possible earth fault current in electrical systems limit and avoid destruction of individual parts is between an electrical Zero point of the part to be protected and the earth a relay device placed, the the network or the part to be protected switches off automatically in the event of a ground fault. the Equipment is usually supplemented by a summation current transformer inserted in the line, which is also connected to one winding of the relay. To operational safety high demands are placed on the relay device. It is required that the relay device not only switches off the network from a minimum current, but also, without suffering damage, is able to withstand more powerful earth fault currents which exceed the minimum current several times. To protect the relay equipment and at the same time to increase their sensitivity, artificial circuits are given using resistors with strongly positive or negative temperature coefficients keep the relay current within suitable limits. With such resistances one can the relay current or the relay voltage in a range of at most r: ¢ des Keep the earth fault current almost constant regardless of this. Due to technical reasons the temperature-dependent resistances, usually ferrous hydrogen resistances, switched into a secondary or tertiary circuit, whereby to prevent too long a response time or because of the unavoidable inertia of such Resistors parallel a large number of smaller units with low heat capacity lie.

Ferner hat man zwecks Schonung der Relais und Erhöhung des Ansprechbereiches sclic,n vorguschlagen, nicht lineare tZ'ider- stiüide, wie r. F. Trockengleichrichter und GtisentkAun, - ;szellen, parallel zu den Erd- sChluf,reiais einzuschalten. Hierbei entstellen aner unter Umständen starke Oberharmonische, die wiederum in verschiedener Beziehung Schwierigkeiten mit sich bringen. 1=s ist auch bekannt. die Nullliunl;tiinpedaii-r_ durch einen regelbaren Begrenzungswider- stand, z. 1i. einen Kohledruckregler, so zu ändern, daß über einen großen Bereich der Verlagerungsspamiting ein konstanter Erd- sclilulI#sti-oni erreicht wird. Diese Regelein- richtung muß jedoch große Ströme be- herrschen und nlul,') eitle entsprechend krälti#ge Konstruktion aufweisen. Derartige Einrich- tungen sind, insbesondere mit Rücksicht auf das seltene ansprechen des Schutzes, l@-irt- schaftlich kaum tragbar. Diese Nachteile werden durch die Erfin- dung behoben. Diese bestellt darin, daP, bei Erdschluß- oder Anzeigceinrichtungen elek- trischer anlagen, bei denen zwischen einem Nullpunkt des zii schützenden Abschnittes und Erde ein Schutzwiderstand konstanter Größe angeordnet ist, und durch einen Schnellregler, dessen Spanntnigssystein an diesen Wider- stand angeschlossen ist, dein Schutz oder Überwachungsrelais in einem großen Bereich eine konstante oder nahezu konstante Span- nung unabhängig von der Höhe der Verlage- rttngssjiailnttiig zugeführt wird. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei- spiel der Erfindung schematisch wiederge- geben. Es bedeutet i den zu schützenden Anlagetcil, z. 11. einen Generator, der auf die Sammelschienen 2 arbeitet. Der Generator kann mit dem bekannten Summenstromschutz, bestehend aus dem Summenstromwandler 3 und dem wattmetrischen Relais 4., ausgerüstet sein. Der Nullpunkt ist über den Schutzwider- stand 5 und die Primärwicklung des Trans- formators 6 an Erde gelegt. Zwischen der Selztlildal"wicl@luil5 ; des Transformators und der Spannungsspule 8 des wattmetrischen Relais ist erfindungsgemäß der mechanische Schnellregler @ vorgesehen, dessen Kontakt- bahn einschließlich der zugeordneten Wider- stände mit io, dessen Wälzsektor mit i i und dessen Erregerwicklung reit 12 bezeichnet ist. Ferner ist noch ein Zeitschütz. 1.1 mit Erreger- wicklung 13 angebracht, welches in der Ruhe- lage die Verbindung zwischen dem wattmetri- schen Relais 4. und dem Wälzsektor i i unter- bricht. Die Einrichtung mit Schnellregler ist nute derart ausgeführt, daß betgesundem Nutz, d. h. bei Fehlen eines lsrdschltil.,stroinrs litt Transformator 6, der Wälzkontakt i i am ohereii Ende der Kontaktbahn anliegt. heielir kleinen Erdschlußströmen, die unterbaff- tler Ansprechspannung der Schutzeinrichtung liegen, würde demnach am Trennschütz 14 die gesamte, in der Sekundärvicklung ; erzeugte EMK herrschen. Tritt nun l: F. ein Gestell- schlilß im Generator i auf, dann wird die Federkraft, welche den Wälzsektor in seiner Ruhelage zurückhält, durch die in der Spule 12 fliehenden Ströüie überwunden so daß die Kontaktbahn an einer solchen Stelle durch den Wälzsektor berührt wird, ;t-elche der :un Regler eingestellten Regelspannung entspricht. In bekannter Weise ist diese abgegriffene Regelspannung in weiten Grenzen von der ain gesamten Widerstand anliegenden Potential- differenz nahezu unabhängig. Mit dem Auf- treten des Erdschlußstromes wird ferner das Zeitschütz 14. betätigt, welches entsprechend seiner eingestellten Verzögerungszeit nach einer bestimmten Zeit seine Kontakte schliel_@t und die Spannungsspule 8 des Relais direkt mit dem Wälzsektor verbindet. Die @'cr@l@;c- rungs7eit im Zeitschütz 1 4 wird nun etwa gleich der Einstellzeit des Schnellreglers, am besten jedoch um einige Zehntelsekuiidcii größer als diese gewählt. Dadurch er- reicht, daß das empfindliche Relais .4 stets nur die bereits geregelte Spannung erhält. so daU) auch eine nur kurzzeitige schädliche i1>er- lastung verhindert wird. Der ges.unte IZ@bi@l- v organg ist bei der beschriebenen Anordnung in Bruchteilen einer Sekunde beendet, wo- durch ein Eisenbrand gröl5ereil Ausmaßes im Generator i infolge rascher Abschaltung mit Sicherheit vermieden ist. Die Schaltung kann abr, eichend von der i» der Abbildung wiedergegebenen auch so atis- geführt werden, da.ß die dein Reler auf der Primärseite zugeleitete Spannung- an eincin Teil des Nullpunktwiderstandes 5, vorzugs- weise in der Nähe des geerdeten Punktes, direkt oder unter Zwischenschaltung eines Wandlers abgegriffen wird. Fei der Einrichtung gemäß der Erndting ist es nur von untergeordneter Bedeutung, ob die Kontaktbahn des Schnellreglers direkt zwischen Nullpunkt und Erde bzw. deal Schutzwiderstand liegt oder ob der eiiigc- zeichnete Transformator dazwischen liegt. E;s kann sowohl die Erregerv-ickluiig des Schnell- reglers als auch die Erregerwickl.ulig des Zeit- schützes -unmittelbar von der Sekundarwick- lung des Transformators gespeist werden. Wegen der je nach dem Erdschlußstrom auf- tretenden starken Spannungsunterschiede und zur Erzielung einer hohen Regelempfindlich- keit hat sich jedoch die in der Zeichnung daijgestellte Ausführungsform als überlegen erwiesen. Sofern es erwünscht ist, können parallel zum Schnellregler zusätzliche Wider- stände verwendet «-erden, damit dieser nur eiiicii Teil der gesamten, dem Erdschlußrelais zugeführten Leistung zu regeln hat. Dement- sprechend ist es auch möglich, den Schnellregler als variablen Widerstand auszuführen und seiner Erregerspüle die Steuerspannung mit Hilfe eines festen und zu ihm in Reihe geschalteten Widerstandes zuzuführen. Die Schutzeinrichtung kann ferner auch an einen künstlichen Nullpunkt angeschlossen werden, wenn die eigentlichen Nullpunkte unzugänglich sind oder wenn das Netz bzw. der Generator in Dreieck geschaltet ist. Entsprechende Anordnungen mit Schnellregler lassen sich sowohl bei Ein- als auch bei Mehrphasennetzen durchführen.Furthermore, one has to protect the relay and increase the response range sclic, n propose, non-linear tZ'ider- stiüide, like r. F. Dry rectifier and GtisentkAun, - ; cells, parallel to the earth Call to switch on reiais. Disfigure here other, under certain circumstances, strong harmonics, which in turn in different relationships Bring difficulties. 1 = s is also known. die Nullliunl; tiinpedaii-r_ through an adjustable limitation resistance stood, e.g. 1i. a coal pressure regulator, so too change that over a large area of the Relocation spamiting a constant earth sclilulI # sti-oni is reached. This rule direction must however be large currents rule and nlul, ') vain correspondingly cold Have construction. Such equipment especially with regard to the rare response of protection, l @ -irt- economically hardly sustainable. These disadvantages are avoided by the invention fixed. This is included in daP Earth fault or display devices elec- tric systems where between one Zero point of the zii protective section and Earth a protective resistor of constant magnitude is arranged, and by a rapid regulator, whose tension in these opposing stand is connected, your protection or Monitoring relays in a large area a constant or almost constant chip independent of the amount of the publishing rttngssjiailnttiig is supplied. The drawing shows an example game of the invention schematically reproduced give. It means i the one to be protected Investment parts, e.g. 11. a generator that works on the Busbars 2 is working. The generator can with the known total current protection, consisting of the summation current transformer 3 and the wattmetric relay 4., equipped be. The zero point is via the protective resistor stand 5 and the primary winding of the formators 6 placed on earth. Between the Selztlildal "wicl @ luil5; of the transformer and the voltage coil 8 of the wattmetric According to the invention, the relay is the mechanical one Rapid regulator @ provided, the contact railway including the associated counter stands with io, its rolling sector with ii and whose excitation winding reit 12 is designated. There is also a time contactor. 1.1 with pathogen winding 13 attached, which in the rest position the connection between the wattmetri- relay 4. and the rolling sector ii. breaks. The facility with quick regulator is groove designed in such a way that healthy use, ie in the absence of a lsrdschltil., stroinrs suffered Transformer 6, the rolling contact ii on the ohereii At the end of the contact path. heielir small earth fault currents, the more submissive Response voltage of the protective device lie, would accordingly on the separating contactor 14 entire, in the secondary winding; generated EMK rule. Now step l: F. a frame close in generator i, then the Spring force, which the rolling sector in its Restrains rest position by being in the coil 12 fleeing Ströüie overcome so that the Contact path through at such a point the rolling sector is touched; t-elche der: un Control voltage corresponds to the set control voltage. In a known way, this is tapped Control voltage within wide limits of the ain entire resistance applied potential difference almost independent. With the rise The earth fault current will also occur Time contactor 14th actuated, which accordingly according to its set delay time at a certain time his contacts close and the voltage coil 8 of the relay directly connects with the rolling sector. The @ 'cr @ l @; c- rungs7eit in time contactor 1 4 is now about equal to the setting time of the high-speed regulator, on but best by a few tenths of a second chosen larger than this. This is enough that the sensitive relay .4 always only the already regulated voltage receives. so daU) even a short-term harmful i1> er load is prevented. The whole IZ @ bi @ l- The process is in the described arrangement ends in fractions of a second, where- due to an iron fire of razor-sharp proportions Generator i as a result of rapid shutdown with Security is avoided. The circuit can be calibrated from the i » the figure reproduced also so atis- be guided, that your reler on the Primary side supplied voltage to eincin Part of the zero point resistance 5, preferably wisely near the grounded point, directly or with the interposition of a Converter is tapped. Fei the establishment according to the Erndting it is only of minor importance whether the contact path of the fast regulator directly between zero and earth or deal Protective resistance or whether the eiic- drew transformer lies in between. It both the excitation nerve of the rapid controller as well as the pathogen development of the time schützes -directly from the secondary school- treatment of the transformer. Because of the occurring strong differences in tension and to achieve a high level of control sensitivity However, the speed has been shown in the drawing shown embodiment as superior proven. If desired, you can parallel to the fast regulator additional resistance stands used «- earth so that this only eiiicii part of the whole, the earth fault relay has to regulate the power supplied. Demented In other words, it is also possible to design the high-speed regulator as a variable resistor and to supply the control voltage to its excitation coil with the aid of a fixed resistor connected in series with it. The protective device can also be connected to an artificial zero point if the actual zero points are inaccessible or if the network or the generator is connected in delta. Corresponding arrangements with rapid regulators can be carried out for both single-phase and multi-phase networks.

Die der Erfindung entsprechende Einrichtung hat gegenüber den bekannten Einrichtungen also im wesentlichen folgende Vorteile: Der Regelbereich, innerhalb dessen dem Erdschlußrelais 4. eine konstante Spannung zugeführt wird, ist wesentlich größer als bei Verwendung der bekannten temperaturabhängigen Widerstände. Hierdurch ist es bei der Einrichtung nach der Erfindung möglich, die Empfindlichkeit wesentlich zu steigern, so daß näher am Nullpunkt liegende Anlageteile noch geschützt werden können. Die Einrichtung ist außerdem gegenüber der bekannten einfacher und mit in der Starkstromtechnik erprobten Mitteln ausführbar, die praktisch keinem Verschleiß unterworfen sind. Es beträgt auch die Ansprechzeit des Schutzes nur Bruchteile von Sekunden. Ferner werden bei der Regelung der dem Schutzrelais zugeführten Spannungen und Ströme Kurvenverzerrungen und unerwünschte Phasenverschiebungen vermieden.The device corresponding to the invention has compared to the known Facilities so essentially the following advantages: The control range, within whose constant voltage is fed to the earth fault relay 4. is essential greater than when using the known temperature-dependent resistors. Through this it is possible with the device according to the invention, the sensitivity substantially to increase, so that system parts lying closer to the zero point are still protected can. The device is also simpler than the known and with in the means of heavy current technology tried and tested, practically no wear and tear are subject. The response time of the protection is only a fraction of Seconds. Furthermore, in the regulation of the voltages supplied to the protective relay and currents curve distortion and undesired phase shifts avoided.

Claims (3)

PATENTANSPROCHE: i. Erdschlußschutz- oder ErdSChluß# anzeige-Einrichtung für elektrische Anlagen, in denen zwischen einem Nullpunkt des zu schützenden Abschnittes und Erde ein Schutzwiderstand konstanter Größe angeordnet ist, mit Überwachungs- oder Schutzrelais, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsspule dieses Relais von einem mechanischen Schnellregler, der nur für die Leistung der Schutz- oder Überwachungsrelais zu bemessen ist, vorzugsweise eines solchen nach dem Wälzverfahren, gespeist wird, welcher unabhängig von der Größe des Erdschlußstromes, auch bei großen Änderungen der Spannung oder des Stromes zwischen Nullpunkt und Erde, eine wenigstens nahezu konstante Spannung liefert. PATENT CLAIM: i. Earth fault protection or earth fault indication device for electrical systems in which between a zero point of the section to be protected and earth a protective resistor of constant size is arranged, with monitoring or protection relay, characterized in that the voltage coil of this relay of a mechanical high-speed regulator, which is only used for the performance of the protective or Monitoring relay is to be dimensioned, preferably one according to the Waelz method, is fed, which is independent of the size of the earth fault current, even with large Changes in voltage or current between zero and earth, at least one supplies almost constant voltage. 2. Erdschlußschutz- oder Erdschlußanzeige-Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Schnellregler eingestellte Spannung an das Schutz-oder Überwachungsrelais durch ein Zeitschütz weitergeschaltet wird, dessen Verzögerungszeit etwa gleich der Einstellzeit des Schnellreglers, vorzugsweise jedoch größer als diese ist. 2. Earth fault protection or earth fault indication device according to claim i, characterized in that the set by the rapid regulator Voltage to the protection or monitoring relay is switched on by a time contactor whose delay time is approximately equal to the setting time of the high-speed regulator, preferably however larger than this. 3. Erdschlußschutz- oder Erdschlußanzeige-Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung ( 13) des Zeitschützes (14) an den geregelten Stromkreis angeschlossen ist. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschrift ...... Nr. ¢58 137; Schleicher, Manfred von, Die moderne Selektivschutztechnik (1936i), S.311/12.3. Earth fault protection or earth fault display device according to claim i and 2, characterized in that the excitation winding ( 1 3) of the time contactor (14) is connected to the regulated circuit. To distinguish the subject matter of the application from the state of the art, the following publications were considered in the granting procedure: German patent specification ...... No. ¢ 58 137; Schleicher, Manfred von, The modern selective protection technology (1936i), p.311 / 12.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE969353C (en) * 1948-10-02 1958-05-22 Siemens Ag Frame protection arrangement for electrical machines or apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE458137C (en) * 1924-12-14 1928-04-04 Elek Zitaets Act Ges Vorm W La Protection device for electrical machines and devices against earth faults

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