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Schutzvorrichtung für einen elektrischen Generator, der über einen
Transformator auf ein Netz höherer Spannung arbeitet In vielen elektrischen Anlagen
arbeiten die Generatoren nicht unmittelbar auf das Netz, sondern jeder Generator
arbeitet über einen besonderen Transformator auf das Netz, welches im allgemeinen
eine höhere Spannung als der Generator besitzt. Derartige Schaltungen, bei denen
Generator und Transformator eine Einheit bilden, werden als Blockschaltungen bezeichnet.
Um hierbei. einen Erdschluß im Generator oder in der Unterspannungswicklung des
Transformators festzustellen, ist e s bekannt, die Spannung,des Sternpunktes des
Generators oder eines künstlichen Sternpunktes gegen Erde mit Hilfe eines Spannungsrelais
zu erfassen. Mit einer .derartigen Anordnung ist man jedoch nicht in der Lage, Fehler
in der Nähe des Stern-Punktes oder im Sternpunkt selbst festzustellen, weil bei
einem solchen Fehler keine Spannjung des Sternpunktes gegen Erde oder nur eine geringfügige
Spannung auftritt. Man hat deshalb vorgeschlagen, eine künstliche Verspannung des
Sternpunktesi gegen Erde vorzusehen, indem man eine Gleich- oder Wechselspannungsquelle
beispielsweise zwischen Sternpunkt :des Generators und Erde eingeschaltet hat.
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Um zu erreichen, :daß bei Generatoren in Blockschaltung bei einem
oberspannungsseitigen Erdschluß keine zu hohe Spannung auf der Niederspannungsseite
auftritt, ist es ferner bekannt, den Sternpunkt des Generators über einen verhältnismäßig
niederohmigen Widerstand zu erden.
Die Erfindung zeigt nun einen
Weg, uni sowohl eine Herabsetzung oder Spannung, ;die bei einem oberspannungsseitigen
Erdschluß auf der Unterspannungsseite auftritt, auf ein unschädliches Maß zu bewirken,
als :auch einen Erdschluß im Generator zu erfassen, ganz gleichgültig; wo auch immer
er auftreten mag, .ohne daß besondere Spannungsquellen notwendig sind. Gemäß: der
Erfindung werden bei einem Drehstromgenerator in Blockschalteng die Phasenleitungen
über Kondensatoren geerdet, iund es wird zur Anzeige eines Erdschlusses im Generator
der über die Kondensatoren fließende Strom benutzt, wobei diese sio. bemessen sind,
da.ß unabhängig vonderFehlerstelle im Generator dieser Strom bei einem Erdschluß
im Generator immer größer ist als bei einem oberspannungsseitigen Erdschluß. Bei
einem Erdschluß im Sternpunkt tritt zwar kein Strom der Grundwelle auf, aber die
in jedem Generator vorhandene Spannung ;der dritten Harmonischen treibt einen Strom
über die Kondensatoren zur Erde. Dieser wird benutzt, um das Erdsehlußrelais oder
die Anzeigevorrichtung zum Ansprechen zu bringen. Bei einem Erdschluß an der Klemme
des Generators fließt zwar kein Strom der dritten Harmonischen: mehr, aber es fließt
ein Strom der Grundwelle. BeiFehlern zwischen diesen beiden Grenzfällen; tritt sowohl
ein Strom der Grundwelle als auch der dritten Oberwelle auf: Die Kondensatoren werden
nun so bemessen, daß der Strom, der bei einem Erdschlüß- im Generator auftritt;
-immer größer ist als der bei einem oberspannungsseitigen Erdschluß auftretende
Strom. Die Anwendung der Kondensatoren für diesen Zweck bringt den Vorteil mit sich,
daß dies leicht erfüllt werden kann, ohne daß bei einem Erdschluß, an der Klemme
ein zu großer Strom auftritt. Der Grund hierfür liegt darin, däß die Kondensatoren
den Strömen der dritten Harmonischen nur den dritten Teil ihres Widerstandes-entgegensetzen,
den .sie für Ströme der Grundfrequenz besitzen. Würde man statt Kondensatoren Ohmsche
-Widerstände verwenden; sio könnte man auch bei entsprechender Bemessung erreichen,
daß nur bei einem Erdschluß im Generator das Erdschlußrelais zum -Ansprechen kommt,
aiber man. würde dann viel größere Ströme bei einem Klemmenerdschluß in Kauf 'nehmen
müssen. Bei Verwendung von Kondensatoren sind diese Schwierigkeiten vermieden.
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Durch die Anwendung der Kondensatoren zwischen Iden einzelnen Leitern.
und Erde wird bei einem öberspannungsseitigen: Erdschluß oder bei Wanderwellen,
die über die gegenseitige Kapazität der Transformatorwieklungen in die Unterspannungseeite
eindringen, die auf der Unterspannunigsseite gegen Erde auftretende Spannung herabgesetzt.
Es tritt nämlich eine Spannungsteilung auf, :da sich die Spannung auf die gegenseitige
Kapazität der Transformatorwicklungen und die Kapazität. gegen Erde der Ndederspannungs-Seite
verteilt. -Es ist zwar bekannt, zur Erfassung von Erdschlüssen. im Sternpunkt einerelektrischenMaschine
die dritte Harmonische heranzuziehen. Bei diesen bekannten Einrichtungen wird über
Kondensatoren ein künstlicher Sternpunkt gebildet und dieser über eine Drosselspule
mit Erde verbunden. Diese Drosselspule wird so@ ausgelegt, daß sie mit den Kondensatoren
- in Resonanz für die dritte Harmonische ist. Bei dieser bekannten Einrichtung ist
aber nicht darauf Rücksicht genommen, daß, wenn die mit,dem Generator nicht galvanisch
verbundene Wicklung des Transformators eine höhere Spannung besitzt als der Generator,
bei einem Erdschluß auf ,der Oberspannungsseite ein Fehlansprechen des Relais vorkommen
kann. Man könnte dies vermeiden, indem man. parallel zum Relais einen Ohmachen Widerstand
legt. Die Erfindung vermeidet die Verwendung besonderer Widerstände und schlägt
demgegenüber vor, die zur Erdung benutzten Kapazitäten so zu bemessen, däß bei jedem
Fehler im Generator der auftretende, über die Anzeigevorrichtung fließende Erdschlußstrom
größer ist als der Erdschlußstrom, welcher bei einem oberspannungsseitigen Erdschluß
über das Gerät fließt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Ein Generator G arbeitet über einen Transformator T auf ein Netz N höherer Spannung.
Gemäß der Erfindung sind die drei Phasenleiter, welche die Generatorwicklung mit
der Unterspannun@gswicklung des Transformators verbinden, über Kondensatoren Co
geerdet. In der Verbindung des Sternpunktes der Kondensatoren mit Erde liegt über
einen Stromwandler S ein Relais R. Bezeichnet man mit Cn die gegenseitige Kapazität
der Transformatorwicklungen und verlangt man beispielsweise, daß bei einem oberspannungsseitigen
Erdschluß die Spannung auf 5 % der Generatorspannung im Niederspannungsteil abgesenkt
wird, dann, sind :die Kondensatoren Co so zu bemessen, daß ihre Kapazität ungefähr
gleich ist
Dabei ist K der Faktor, der angibt, um wieviel die Spannung der Oberspannungsseite
des Netzes größer ist als die Spannung des Generators.
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Bei einem Erdschluß im Generator tritt, wenn er im Sternpunkt auftritt,
wie erwähnt, nur ein Strom der dritten Oberwelle auf. Die Kondensatoren Co bieten
diesem Strom nur den dritten Teil des Widerstandes; den sie einem Ström der Grundwelle
entgegensetzen. Wenn der Generator z. B. 3 °lo dritte Harmonische, bezogen auf die
Nennspannung, besitzt, so ergibt eitle Rechnung, @daß bei dem gewählten Beispiel
der über das Relais bei einem Erdschluß im Sternpunkt fließende Strom ungefähr doppelt
so groß ist wie. der Strom; der bei einem Erdachluß im Oberspannungsnetz auftritt.
Bei einem Erdschluß an der Klemme tritt ungefähr der iofache Strom wie bei einem
Erdsehluß im Sternpunkt auf: Es ist dies lediglich ein Strom der Grundfrequenz,
da die dritte Harmonische bei einem Erdschluß an der Klemme keinen Strom über die
Fehlerstelle sendet. Nimmt man an, daß der Anstieg
des Stromes
der Grundwelle in Abhängigkeit von der Entfernung der Fehlerstelle vom Sternpunkt
gleich oder schneller erfolgt als die Abnahme des Stromes der dritten Harmonischen
mit der Entfernung der Fehlerstelle vom Sternpunkt, so ist man sicher, daß das Relais
bzw. der Strommesser, ganz gleichgültig, wo auch immer im Generator der Fehler auftreten
mag; mit Sicherheit anspricht und einen Strom erhält, der mindestens doppelt so
groß ist wie der Strom bei einem oberspannungsseitigen Erdschluß, so daß man das
Relais leicht so einstellen kann, daß es einen Generatorerdschluß mit Sicherheit
erfaßt, bei einem oberspannungsseitigen Erdschluß dagegen nicht anspricht. Ist die
vorstehend erwähnte Voraussetzung über die Änderung des Oberwellenstroms und Grundwellenstroms
mit der Fehlerentfernung vom Sternpunkt nicht genau erfüllt, so muß man,die Größe
der Kondensatoren etwas anders, wählen.
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Wenn die Rechnung zeigt, daß bei der angenommenen Spannungsabsenkung
der Strom bei einem Erdschluß im Generatorsternpunkt gleich oder kleiner als der
Strom bei einem oberspannungsseiti:gen Erdschluß ist, so muß man die Kondensatoren
größer wählen, so daß ihr Widerstand kleiner wird und damit auch die Spannungsabsenkung
geringer wird. Es wird dann der Strom bei einem Generatorerdschluß entsprechend
größer.
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Im Ausführungsbeispiel wird der Erdschlußstrom in der Verbindung des
Nullpunktes der Kondensatoren mit Erde erfa.ßt. Statt dessen könnte auch beispielsweise
in Reihee mit jedem Kondensator ein Stromwandler geschaltet und die parallel geschalteten
Sekundärwicklungen zur Erregung des Relais benutzt werden. Schaltet man in Reihe
mit jeder dieser Sekundärwicklungen einen.. Strom-Zeiger, so kann man die Symmetrie
der Anlage gegen Erde noch zusätzlich überwachen.