DE967743C - Erdschlussschutz fuer Einphasengenerator - Google Patents

Erdschlussschutz fuer Einphasengenerator

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DE967743C
DE967743C DEL12312A DEL0012312A DE967743C DE 967743 C DE967743 C DE 967743C DE L12312 A DEL12312 A DE L12312A DE L0012312 A DEL0012312 A DE L0012312A DE 967743 C DE967743 C DE 967743C
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DE
Germany
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earth fault
fault protection
voltage
earth
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Expired
Application number
DEL12312A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Ernst Kudicke
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/06Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

Durch die deutsche Patentschrift 882 115 ist ein Erdschhißschutz für einen Emphasengenerator bekanntgeworden, der über .einen Schalter an ein nicht geerdetes Netz oder eine Sammelschiene angeschlossen ist. Diese Schutzeinrichtung beruht auf dem Vergleich einer festen Spannung (Generatorspannung-) mit der arithmetischen Summe der Spannungsabfälle, die an Blind- und Ohmschen-Widerständen entstehen, wobei zwischen Erde und der einen Klemme des Generators ein Blindwiderstand und zwischen Erde und der anderen Klemme des Generators ein Ohmscher Widerstand angeordnet ist. Bei Auftreten eines Erdschlusses werden diese Spannungsabfälle kleiner als vorher, und diese Änderung wird durch ein Relais ausgewertet, welches mk seinem Arbeitskontakt den Stromkreis eines den Ausschalter betätigenden Schützes schließt. Das Relais hat dabei zur Durchführung des Spannungsvergleichs zwei Wicklungen. Ferner werden unter anderem drei Einphasentransformatoren, drei Gleichrichter und ein regelbarer Spannungsteiler benötigt.
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung dieses ErdscMußsch'Utzes insoweit, als die gleiche* Wirkung mit wesentlich geringerem Aufwand an Schaltelementen erzielt wird. Erfindungsgemäß ist
709 801/23
dabei die Anordnung so getroffen, daß ein Relais mit nur einer Wicklung verwendet wird. Diese Wicklung wird, vorzugsweise über einen Stromwandler, durch die vektorielle Summe der Ausgleichströme erregt, welche im Erdschluß falle über zwei einseitig geerdete komplexe Widerstände fließen, von denen einer mit der einen, der andere mit der anderen spannungsführenden Klemme des Generators galvanisch verbunden ist. Dabei sind die beiden komplexen Widerstände nach Betrag und Phase voneinander verschieden.
Die Erfindung möge an Hand der in den Figuren gezeigten Ausfühningsbeispiele und Diagramme näher erläutert werden.
Fig. ι zeigt ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung mit verschiedenen Erdschlüssen I bis V,
Fig. 2 ein Srihaubild des gesamten Ausgleichstromes / durch die komplexen Widerstände in Abhängigkeit von der Lage des Erdschlusses,
Fig. 3 die Lage und Größe der Spannungen in den in Fig. 1, 4 und 5 gezeigten Anordnungen bei Fehlen eines Erdschlusses,
Fig. 4 das Gesamtschaltbild eines erfindungsgemäßen Erdschhißschutzes für Blockschaltung von Generator und Transformator,
Fig. 5 eine besondere Ausführungsform der Erfindung für den vereinfachten selektiven Statorerdschlußschutz mehrerer in Blockschaltung über Leistungsschalter auf eine Sammelschiene arbeitender Generatoren mit besonders geringem Aufwand, an Schaltelementen,
Fig. 6 einen Teil der in Fig. 5 dargestellten Anordnung.
In Fdg. ι ist mit 1 die zu schützende Wicklung des Generators dargestellt. An die Klemme U ist ein komplexer Widerstand angeschlossen, bestehend aus der Serienschaltung des Ohmschen Widerstandes 2 mit dier Kapazität 3. An die Klemme V ist ebenfalls eine Serienschaltung angeschlossen, bestehend aus dem Ohmschen Widerstand 4 und der Kapazität 5. Beide komplexen Widerstände sind über ein Amperemeter 6 geerdet. Bei erdschlußfreier Maschine stellt sich an den Klemmen U1 V der Wicklung gegenüber Erde die in Fig. 3 gezeigte Spannungsverteilung ein. Alle Punkte der Wicklung führen Spannung gegen Erde. Daher muß stets ein Ausgleichstrom / durch das Amperemeter 6 fließen, wenn irgendein Punkt der Wicklung 1 geerdet wird. Die Größe des Ausgleichstromes / in Abhängigkeit von der Lage des Erdschlusses ist in willkürlichem Maßstab in Fig. 2 dargestellt.
Fig. 4 zeigt ein Gesamtschaltbild eines erfindungsgemäßen Erdsdhlußnetzes. Die beiden Klemmen U und V eines Einphasengenerators 1 sind mit der Unterspannungswicklung 7 eines Isoliertransformators 8 verbunden. Von der Oberspannungswicklung 9 wird über den Schalter 10 die Energie ins Netz abgegeben. An die Klemme U des Generators ist die Reihenschaltung aus Ohmschem Widerstand 2 und Kapazität 3 angeschlossen. Eine entsprechende Kombination von Ohmschem Widerstand 4 und Kapazität 5 liegt an der Klemme V. Von den Kapazitäten 3 und 5 geht eine Verbindung über die Stromwandler 11 nach Erde, an welchen sekundärseitig dasErdschlußrelais 12 angeschlossen ist. Dieses Relais schaltet bei einem Erdschluß auf der Primärseite den Leistungsschalter 10 über dessen Auslösespule 13 ab. Die Beträge der Widerstände von 2 und 3 und diejenigen der Widerstände von 5 und 4 sind nicht gleich und verhalten sich VOrZUg1Sweise wie 2:1. Hierdurch wird einerseits eine hinreichende Ansprechsicherheit des Erdschlußrelais 12 für Erdschluß an jeder beliebigen Stelle des Unterspannungsteiles der Anlage sichergestellt, andererseits ist eine übermäßige Beanspruchung der Isolation von Maschine und Transformator gegen Erde vermieden.
Fig. 5 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausfüh- 8<> rungsform der Erfindung für den selektiven Erdschlußschutz von mehreren Einphasengeneratoren 43 und 44, welche über je einen Leistungsschalter 15 und 16 auf eine Sammelschiene 17 arbeiten. Im Zuge der Stromverbindung von Generator 43 zum Leistungsschalter 15 sind die Stromwandler 18 undi 19 angeschlossen, die sekundärseitig in Unsymtnetriesohaltung parallel geschaltet sind, so daß sich die Summe der Betriebsströme aufhebt. Die Absolutwerte d"er Widerstände von 2 zu 3 und von 5 zu 4 verhalten sich wiederum wie 1:2.
Tritt ein Erdschluß z. B. im elektrischen Mittelpunkt des Generators 43 auf, so fließt ein Strom, welcher getrieben wird durch das Potential zwischen Erde und dem Mittelpunkt der Wicklung. Dieser Strom fließt .in einem Augenblick, wie die Pfeilrichtung- andeutet, über den zugehörigen Generator-Leistungsschalter 15, die Stromwandler 18 und 19 zum Mittelpunkt des Generators 43, von dort nach Erde und über die Ohmschen und kapa- 10a zitiven Widerstände 2, 4 und 3, 5 zurück. Hierbei werden die Stromwandler 17 und 18 primär gleichsinnig vom Fehlerstrom durchflossen, während sich die Summe der Betriebsströme aufhebt, so daß sekundärseitig ein Ausgleicbstrom über den Stromwandler 20 zustande kommt. Der Stromwandler 20 ist auf seiner Sekundärseite durch einen Widerstand 21 geshuntet. Über einen Gleichrichter 22 wird der Spannungsabfall an dem Widerstand 21 dem Relais 23 zugeführt, welches als empfindliches Tauchspul- oder Drehspulrelais ausgebildet sein kann. Der Kontakt des Relais schließt sich und gibt Gleichspannung auf die Auslösespule 24 des Schalters 15.
Ist ein Generator über ein Kabel mit dem Sammelschienensystem verbunden, wie dies bei Generator 44 der Fall ist, so wird zweckmäßig ein Kabelringwandler 25 angewandt, der gleichfalls über einen Zwischenwandler 26, Shunt 27, Gleichrichter 28, Relais 29 und Auslösespule 30 den Leistungsschalter 16 im Erdschlußfalle des Generators 44 abschaltet.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann auch. zur Anzeige von Erdschlüssen benutzt werden, die im Einphasennetz oder in den Generatoren oder sonstigen spannungsführenden Teilen der Anlage
entstehen. Fig. 5 zeigt eine Signalisierungseinrichtung, bestehend aus Kabelringwandler 31, Stromwandler 32, Gleichrichter 33, Relais 34. Falls, von der Sammelschiene aus gesehen, hinter dem Schalter 36 ein Erdschluß auftritt, wird durch Vermittlung der genannten Schaltelemente eine Hupe oder ein anderes anzeigendes Gerät eingeschaltet.
Um die in den Widerständen 2 und 4 umgesetzte Leistung nutzbar zu machen, ist es zweckmäßig, diese Widerstände beispielsweise durch je ein Elektrowärmegerät zu realisieren, das über einen einphasigen Transformator zwischen Erde und die Leitung U bzw. V geschaltet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die kapazitive Komponente 3 bzw. 5 eines der beiden komplexen Widerstände 2, 3 bzw. 4, 5 ausschließlich durch die bereits vorhandene Kapazität der zugehörigen Sammelschiene gegen Erde gebildet wird. Es ist
ao hierzu nur erforderlich, die Kapazität des anderen der beiden komplexen Widerstände durch Zuschaltung eines entsprechend bemessenen Kondensators etwa doppelt so groß zu machen wie die Erdkapazitä.t einer der Sammelschienen. Fig. 6 zeigt eine solche Anordnung. Es bedeuten 39, 40 die Sammelschienenkapazitäten, 36, 37 den Zusatzwiderstand für Leitung U, 38 den Zusatzwiderstand für Leitung V.

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Erdschlußschutz für Einphasengenerator, der über einen Schalter an ein erdfreies Netz oder eine Sammelschiene angeschlossen ist und bei dem die Schutzeinrichtung auf dem Vergleich einer festen Spannung mit der arithmetischen Summe der Spannungsabfälle, die an Blind- und Ohmschen Widerständen entstehen, beruht, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Relais (12) mit einer Wicklung, welche vorzugsweise über einen Stromwandler (11) durch die vektorielle Summe der Ausgleichströme erregt wird, die im Erdschlußfalle über zwei einseitig geerdete komplexe Widerstände (2, 3 und 4, 5) fließen, von denen einer (2, 3) mit dar einen (U), der andere (4, 5) mit der anderen spannungsführenden. Klemme (V) des Generators (1) galvanisch verbunden ist, wobei die beiden komplexen Widerstände nach Betrag und/oder Phase voneinander verschieden sind.
2. Erdschlußschutz nach Anspruch 1, dauurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden komplexen Widemtände eine Seirienschaltung oder Parallelschaltung je eines Ohmschen und eines Blindwiderstandes, insbesondere einer Kapazität, ist.
3. Erdschlußschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Blindkomponente zur Wirkkomponente bei dem einen der beiden komplexen Widerstände näherungsweise wie ι : 2 verhält, während sie sich bei dem anderen der beiden komplexen Widerstände ungefähr wie 2 : 1 verhält.
4. Erdschluß schutz nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (1) über einen Transformator (8) angeschlossen ist und der Schalter (10) auf der Oberspannungsseite des Transformators (8) liegt.
5. Erdschlußschutz nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den ständigen Stromfluß in dem ". Ohmschen Widerstand (2) 'hervorgerufene Erwärmung, z. B. durch einen Heißwasserspeicher, ausgenutzt wird.
6. Erdschlußschutz nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement des Heißwasser speicher s über einen Transformator an die Spannung der einen Generatorklemme gegen Erde angeschlossen ist.
7. Erdschlußschutz nach Anspruch 1 oder einem der folgenden für den Selektivschutz von mehreren Einphasengeneraitoren (43, 44), welche über je einen Leistungsschalter (15, 16) auf eine Sammelschiene (17) arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Generatoren zusammen zwei einpolig geerdete komplexe Widerstände (2, 3 und 4, 5) vorgesehen sind, wobei einer der beiden verbleibenden freien Anschlüsse jedes dieser Widerstände mit der einen, der andere mit der anderen Sammelschiene des Einphasensystems verbunden ist.
8. Erdschluß schutz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der zu schützenden Generatoren (43, 44) ein Relais (23, 29) zugeordnet ist, dessen Wicklung durch den Summenetrom zweier auf der Sekundärseite gegensinnig parallel geschalteter Stromwandler (18, 19) erregt wird, wobei pr.imärseitig der eine der beiden Stromwandler (10) in den einen (U), der andere (10) in den anderen Leiter zwischen Generator und Leistungsschalter eingeschaltet ist.
9. Erdschluß schutz nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein einer Kabelverbindung zwischen einem der zu schützenden Einphasengeneratoren und seinem Leistungsschalter an Stelle zweier auf der Sekundiärseite gegensimniig parallel geschalteter Stromwandler (18, 19) ein Kabelringwandler (25) verwendet ist.
10. Erdschlußschutz nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, !insbesondere nach Anspruch 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärseiten der in den Verbindungsleiteirn zwischen Generator und Laistungsschalter liegenden Stromwandler bzw. die Sekundärseite1 des Kabelstromwandlers, vorzugsweise über einen weiteren Stromwandler (20, 26), an einen vorzugsweise einstellbaren Spannungsteiler (21, Zj) angeschlossen sind bzw. ist und daß die am Spannungsteiler abgegriffene
Spannung über einen Gleichrichter (22,28), insbesondere einen Graetzgleichrichter, an die Spule des die Auslösung einleitenden Relais (23, 29) gelegt ist.
11. Erdschlußschutz nach Anspruch 1 oder einem der folgenden zum Schütze mindestens einer von der Sammelschiene (17) unter Zwischenschaltung eines Leistungsschalters (36) abgehenden Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Einzelleitern liegenden Stromwandler bzw. der Kabelringwandler (31) in den, von der Sammelschiene aus gesehen, hinter dem zugehörigen Leistungssahalter (36) liegenden Leistungsabschnitt geschaltet sind bzw. ist.
12. Erdsohlußschutz nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, insbesondere nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdschlußrelais (34) eine Erdschlußsignaldsierung durch Hupe (35), Lampenzeichen, Registriergerät oder ähnliches auslöst.
13. Erdschluß schutz nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, insbesondere nach Anspruch 2, bei dem die beiden komplexen Wider-, stände (2, 3 und 4, 5) je aus einer Parallelschaltung eines Ohmschen und eines kapazitiven Widerstandes bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Komponente (-3 bzw. 5) eines der beiden komplexen Widerstände (2, 3 bzw. 4, 5) ausschließlich durch die bereits vorhandene Kapazität der zugehörigen Sammelschiene gegen Erde gebildet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 844 192;
Schleicher: »Die moderne Selektivschutzteohnik und die Methoden zur Fehlerortung«, Berlin 1936, S. 311, Abb. 85, S. 312;
M. Walter: »Strom- und Spannungswandler«, München 1944, S. 34, Abb. 39;
ETZ, 1950, S. 389 bis 393.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE844192C (de) * 1942-11-04 1952-07-17 Brown Ag Einrichtung zum selektiven Erdschlussschutz von Wechselstrom-Generatoren

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE844192C (de) * 1942-11-04 1952-07-17 Brown Ag Einrichtung zum selektiven Erdschlussschutz von Wechselstrom-Generatoren

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