DE971445C - Verfahren zur Loeschung des Erdschlusslichtbogens in Drehstromanlagen - Google Patents

Description

Bei der bekannten klassischen Methode der Kompensation des kapazitiven Erdschlußstromes wird dieser mit Hilfe einer Resonanzspule nach Petersen durch einen um i8o° entgegengesetzten induktiven Strom' aufgehoben.

Die grundsätzliche Schaltung einer solchen Kompensationsanordnung ist in Fig. ι wiedergegeben. Es ist angenommen, daß die Phase T eines Drehstromsystems, das an die in Stern geschaltete Wicklung eines Transformators angeschlossen ist, durch einen Erdschluß mit der Erde B verbunden wird. Dadurch ist die Kapazität der Phase T gegen Erde überbrückt. Der Sternpunkt O des Transformators nimmt Sternpunkt—Erdspannung an, die gleich der Phasenspannung 0-T ist. Über die Erdschlußstelle fließt der kapazitive Strom der nicht erdgeschlossenen gesunden Phasen. Der Verlauf dieses Stromes ist in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet; er findet über die Transformatorwicklung seinen Rückschluß.

Um die unerwünschte Wirkung dieses kapazitiven Erdschlußstromes, ζ. Β. Schrittspannungen, Zerstörung durch thermische Wirkung und Rückzündungserscheinungen, zu beseitigen, wurde bei der Erdschlußresonanzspule eine Induktivität L zwischen dem Sternpunkt O des Transformators und Erde B angeschlossen, die infolge der im Erdschlußfalle anstehenden Sternpunkt—Erdspannung einen induktiven Strom über die Erdschlußstelle schickt. Dieser induktive Strom, welcher um i8o° dem kapazitiven Erdschlußstrom nacheilt und von etwa der gleichen Größe ist wie letzterer, kompensiert diesen, d. h., die Erdschlußstelle wird stromlos. In Fig. 2 ist dieser Stromverlauf, der seinen

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Rückschluß über die Spule findet, mit entgegengesetzten Pfeilen an der Erdschlußstelle angedeutet.

In einem Diagramm der Erdschlußkompensation ist obiger Vorgang vektoriell dargestellt. Darin bedeutet:

E-U_E die Sternpunkterdspannung,

E-I_Ebap den kapazitiven Erdschlußstrom,

E-/sp ind den induktiven Spulenstrom an der

' ' Erdschlußstelle.

Die in Richtung E-U_E bei J_Ekap, E und I_sp.ind. g^e~ zeichneten Vektoren deuten die ohmschen Komponenten der Ströme an.

Der Verwendung der Resonanzspule ist aber namentlich in ausgedehnten Netzen für hohe und höchste Spannungen eine Grenze gesetzt. Daher geht man vielfach dazu über, Drehstromnetze mit starr geerdetem Sternpunkt zu betreiben. In dicht besiedelten Gebieten ergeben sich jedoch bei einem Betrieb mit starrer Sternpunkterdung gewisse Schwierigkeiten, die sich vor allem durch das Auftreten großer Schrittspannungen äußern. Hinzu kommt, daß bei der Hochspannungsfernübertragung über Gebiete mit schlechter Erdungsmöglichkeit der Maste gleichfalls Schwierigkeiten bei der Beherrschung der Erdschlußfrage auftreten.

Auch ist bereits eine Isolationsüberwachungsund Erdschlußanzeigeeinrichtung für Drehstromanlagen bekannt, bei der eine der drei Phasen und ein weiterer Punkt über Widerstände verbunden und an Erde gelegt sind, wobei der in der gemeinsamen Erdleitung fließende Strom zur Anzeige benutzt wird. Es wird nicht der Sternpunkt, sondern lediglich zwei der drei Phasen über gleiche oder verschieden große Widerstände beliebiger Phase in einem gemeinsamen Punkt verbunden und an Erde gelegt. Diese Einrichtung kann lediglich durch einen Zeigerausschlag kenntlich machen, daß ein Isolationsfehler bzw. ein Erdschluß im Drehstromnetz vorliegt, jedoch ist die Einrichtung nicht dazu bestimmt, und auch nicht geeignet, einen Erdschlußstrom zum Verschwinden zu bringen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Löschung des Erdschlußlichtbogens in Drehstromanlagen. Erfindungsgemäß wird ein kapazitiver Erdschlußstrom durch Zuschalten einer Kapazität und einer der Sternpunkterdspannung entgegengerichteten Zusatzspannung an der erdschlußbehafteten Phase von der Erdschlußstelle fortgeleitet. Durch die Zusatzspannung einer Phase in Verbindung mit einer Kapazität zwischen dem Endpunkt der Zusatzspannung und Erde wird der kapazitive Neutralpunkt beliebig längs der Phase, vom Sternpunkt des Drehstromsystems aus betrachtet, im positiven oder negativen Sinne verschoben. Eine Resonanzspule wird somit nicht verwendet. Hinzu kommt, daß die Beseitigung des kapazitiven und ohmschen Stromes an der Erdschlußstelle ohne Verwendung der Resonanzspule eine weitere günstige Wirkung mit sich bringt, und zwar wird die Schwingungsfähigkeit bzw. Schwingungsneigung von erdschlußbehafteten Netzgebilden vermindert.

Im folgenden soll das Verfahren erläutert werden. Unter der Annahme, die Phase R eines Dreh- 6g stramsystems sei erdgeschlossen (s. Fig. 3), fließt über die Erdschlußstelle RE der vektoriell sich addierende Erdschluß strom der beiden gesunden Phasen 5 und T. Es ist der Erdschlußstrom

In =

J TE

IStF. "Η Im — Iß·

I R'E

. Dieser Erdschlußstrom soll von der Erdschlußstelle in der unangenehmen Verbindung R-E entfernt werden. Es ist also notwendig, die Potentialdifferenz zwischen R und E zu beseitigen. Dies geschieht am zweckmäßigsten durch die Verwendung der Zusatzspannung R-R' dadurch, daß die Transformatorwicklung des Schenkels R verlängert wird. Zwischen dem Endpunkt R' der Wicklung und Erde wird die Kapazität Cu als Umlenkkapazität eingebaut. Die Umlenkkapazität Cu in Verbindung mit der Zusatzspannung R-R' bewirkt, daß der kapazitive Strom, der zuvor über die Verbindung R-E floß, seinen Weg über R-R'-Cu-E nimmt. Es wird also der kapazitive Erdschlußstrom in dem System umgelenkt. Diese Stromumlenkung hebt das Potential zwischen R und E auf. Es gibt nunmehr die Beziehung:

In Fig. 4 ist die Prinzipschaltung zur Umlenkung des kapazitiven Erdschlußstromes analog zu der Kompensation des kapazitiven Erdschlußstromes mittels Resonanzspule wiedergegeben. Aus dem Vektordiagramm Fig. 5 kann entnommen werden, daß entgegengesetzte kapazitive Ströme sich an der Erdschlußstelle aufheben, während im vorliegenden Falle zwei entgegengesetzte Spannungen entgegengesetzte kapazitive Ströme erzeugen, die sich an dem vorhandenen Erdschlußpunkt zu O aufheben bzw. durch die Art ihrer Hintereinanderschaltung einen anderen Verlauf des kapitiven Erdschlußstromes erzwingen.

Das Prinzip der Umlenkung des kapazitiven Erdschlußstromes hat den Vorteil, kein schwingungsfähiges Gebilde zu benutzen. Eine Erläuterung ist durch ein mechanisches Modell möglich. Ein normales Drehstromsystem kann durch ein no mechanisches Modell veranschaulicht werden, das in Fig. 6 wiedergegeben ist.

Es rotieren drei im Winkel von 120⁰ gegeneinander versetzte Arme um einen Mittelpunkt. An den Enden der Arme befinden sich flache Gewichte, die die Kapazitäten der einzelnen Phasen gegenüber Erde darstellen. Eine Mittellinie £ gibt das Nullpotential wieder. Durchläuft ein Arm die Mittellinie, so bedeutet dies, daß die betroffene Phase das Potential Null gegenüber der Mittellinie iao besitzt. Dieses kommt sichtbar zum Ausdruck dadurch, daß dieser Arm die Mittellinie überdeckt. Befindet sich ein Arm in senkrechter Stellung zur Mittellinie, so hat das Gewicht den größten Abstand von der Mittellinie, besitzt also dieser gegen- iss über das höchste Potential. Oberhalb der Mittel-

linie befindet sich der Bereich positiven Potentials, unterhalb derselben der Bereich negativen Potentials.

In Fig. 7 ist der Erdschlußfall eines unkompensierten Netzes wiedergegeben. Der Drehpunkt des Systems befindet sich am Endpunkt der erdgeschlossenen Phase. Die Wirkung der überbrückten erdgeschlossenen Kapazität ist Null. Die Größe des kapazitiven Erdschlußstromes wird durch die Entfernung der Kapazitäten von der Mittellinie wiedergegeben. Der resultierende Erdschlußstrom ist Null in der Stellung, in der die Kapazitäten von der Mittellinie nach dem Plus- und Minusbereich den gleichen Abstand haben.

In Fig. 8 ist der gleiche Erdschlußfall wie in Fig. 7 wiedergegeben. An einem zusätzlichen Hebelarm über die erdgeschlossene Phase hinaus ist jedoch ein Gewicht angebracht, das um den Drehpunkt gegenüber der nicht erdgeschlossenen Phasen das Gleichgewicht des Systems herstellt. Diese Änderung am Modell gibt den Fall der Erdschlußstromumlenkung durch eine zusätzliche Spannung wieder. Die zusätzliche Spannung wird durch den Hebelarm R-E, und die Umlenkkapazität wird durch das Gewicht E dargestellt.

A. Grundsätzliche Ausbildung der Apparatur für die Erdschlußstromumlenkung

In Fig. 9 ist schematisch ein Drehstromsystem dargestellt mit den Phasen R, S und Γ. Die Phase T soll, wie mit dem großen Pfeil angedeutet, erdgeschlossen sein. Der Verlauf des Erdschluß stromes über die Erdschlußstelle ist mit den gestrichelten Pfeilen angedeutet; der Erdschluß strom fließt von der Erdschlußstelle über die Kondensatoren C_s und C₁. zum Transformator und findet von dort über die Phase T den Rückschluß zur Erdschlußstelle. Der kapazitive Erdschlußstrom soll nun um die Erdschlußstelle so umgelenkt werden, daß zwisehen der Phase T und der Erdschlußstelle kein kapazitiver Strom fließt. Dieses kann durch die in Fig. 9 dargestellte Apparatur erreicht werden. Die zwischen den Phasen R, S und T liegenden drei Einphasen-Erdungsspannungswandler erhalten drei Erdschlußrelais, welche im normalen Betrieb den Kontakt geöffnet halten. Tritt nun der Erdschluß in PhaseT ein, so bricht die Spannung des Einphasen-Erdungsspannungswandlers, der zwischen Phase T und Erde liegt, primärseitig zusammen.

Dadurch fällt der Kontakt des Erdschlußrelais 1 ab. Das Relais gibt einen Gleichstromimpuls auf die Spule des Schalters 2, welcher sich unverzögert schließt.

Zwischen die Phase T und den Sternpunkt des Transformators wird der Spartransformator 3 eingeschaltet, welcher mit Hilfe seines zusätzlichen Potentials zwischen T und der Kapazität Cu einen Strom über die Kapazität Cu schickt. Dieser Strom ist jedoch der kapazitive Erdschlußstrom, welcher ursprünglich über die Erdschluß stelle floß, d. h., durch diese Maßnahme erhält die Phase T gegen Erde das Potential Null. Demzufolge liegt kein Grund vor, daß zwischen der Erdschlußstelle der Phase T und Erde ein Strom fließt. Der Stromverlauf des kapazitiven Stromes ist durch die voll ausgezeichneten Pfeile wiedergegeben. Es ist daraus festzustellen, daß der Erdschlußstrom nun nicht mehr die Erdschlußstelle passiert. Er wird umgelenkt. Handelt es sich nur um einen kurzzeitigen Erdschluß, so kann die Apparatur durch Betätigung des Druckknopfes 4 wiederum ausgeschaltet werden. In diesem Falle würde der Spannungswandler zwischen Phase T und Erde seine normale Leitererdspannung annehmen.

Besteht der Erdschluß in Phase T noch weiterhin als satter Erdschluß, so würde das Relais 1 noch weiter in abgefallenem Zustand bleiben und wiederum nach Loslassen des Druckknopfes 4 die Einschaltung des Schalters 2 bewirken.

Ist Normalbetrieb vorhanden und soll beispielsweise wie bei wichtigen Anlagen, bei denen eine Abschaltung nicht möglich ist, an einer Phase eine Reparatur (z. B. Auswechseln von Isolatoren) durchgeführt werden, so ist dies unter Verwendung der Erdschlußstromumlenkung gleichfalls möglich. Es würde in diesem Falle künstlich der Schalter 2 eingelegt werden, wodurch die Phase T gegenüber Erde spannungslos wird. Sicherheitshalber wäre es dann erforderlich, beiderseits der Reparaturstelle die Phase T mit Hilfe von Trennschaltern zu erden, damit das Personal ungefährdet arbeiten kann. Im Falle der notwendigen Unterbrechung der Phase T wäre vor und hinter dem Trennschalter für eine Überbrückung der Reparaturstelle zu sorgen.

B. Die Verschiebung des neutralen Punktes in Drehstromsystemen zum Zwecke der ioo°/oigen
Erdschlußüberwachung

In Drehstromsystemen, gleichgültig ob diese mit starr geerdetem, induktiv geerdetem oder freiem Sternpunkt betrieben werden, werden die drei Phasen elektrisch möglichst symmetrisch ausgelegt. Dadurch vermeidet man im störungsfreien normalen Betrieb bei freiem Sternpunkt unerwünschte Sternpunkt-Erdspannungen, bei starr geerdetem Sternpunkt Nullpunktströme nach Erde und bei induktiv geerdetem Sternpunkt Resonanzerscheinungen zwischen Erdschlußspule und Erdkapazität des Drehstromsystems.

Diese Ausbildung von Drehstromsystemen bringt es mit sich, daß bei Erdschlüssen im Sternpunkt oder in der Nähe desselben ein geeigneter Indikator fehlt, der in Form einer Potentialdifferenz zur Erdschlußanzeige herangezogen werden kann. Um Erdschlüsse in einem Drehstromsystem ioo°/oig zu erfassen, d. h. über den gesamten Bereich der Wicklung, wurde nach einem früheren Vorschlag eine künstliche Spannung gegenüber Erde auf den Sternpunkt gedrückt; d. h., durch diese Zusatzspannung hatte jeder Punkt der Wicklung ein Potential gegenüber Erde.

Diese Verlagerung ermöglichte die Ausbildung eines iootyoigen Erdschlußschutzes, der hauptsächlich bei Generatoren, die auf Transformatoren in Block arbeiten, benutzt wird. Die Anwendung

dieses Verfahrens ist jedoch begrenzt. "Bei größerer Kapazität des Drehstromsystems gegenüber Erde fließt dauernd ein erheblicher kapazitiver Erdschlußstrom, der durch die Verlagerungsspannung getrieben wird. Der zur Begrenzung des Erdschlußstromes im Erdschlußfalle notwendige ohmsche Widerstand, der in Reihe mit der Verlagerungsspannung angeordnet werden muß, erhält zwangläufig Werte, die unterhalb des kapazitiven

ίο Widerstandes liegen. Bei Klemmenerdschlüssen ergibt sich dadurch eine erhebliche Leistungsaufnahme des Widerstandes, was zu einer kostspieligen Apparatur führt, die das Ziel der ioo°/oigen Erfassung von Erdschlüssen in Drehstromnetzen f ragwürdig erscheinen läßt.

Um eine wirtschaftlich und technisch günstige Lösung der ioo°/oigen Erdschlußüberwachung zu ermöglichen, ist es notwendig, einen außerhalb des Drehstromsystems liegenden Neutralpunkt zu

so finden, der nicht wie bei der erwähnten Verlagerung künstlich erzwungen wird. Hierzu werden nachstehend zwei Verfahren angegeben:

i. In Fig. ίο ist eine in Stern geschaltete Drehstromwicklung dargestellt, welche an ein Drehstromnetz mit den Phasen R, S und T angeschlossen ist. Jede dieser Phasen hat die gleiche Kapazität gegen Erde, was bei Kabelnetzen und gut verdrillten Freileitungsnetzen praktisch auch der Fall ist. Parallel zu den Punkten R-O ist ein Spartransformator angeschlossen, der seine größte Spannung zwischen den Klemmen R und K besitzt. Zwischen K und Erde E ist eine Kapazität Cu eingeschaltet. Unter Einwirkung der Spannung Q-K fließt ein kapazitiver Strom, der seinen Rückschluß über die Erde E und die Kapazitäten der drei Phasen gegen Erde findet. Es ergibt sich die Beziehung: Spannung .(O_v—K) -Kapazität Cu gleich Spannung (O_v—O) -Kapazität (C^+C₅ +C₇-).

Dabei ist O_v der spannungslose Punkt oder neutrale Punkt des Drehstromsystems. Das dargestellte Amperemeter A führt keinen Strom, da zwischen O_v und E keine Potentialdifferenz ist. Eine bestimmte Festlegung des Punktes O_v läßt sich beliebig durch entsprechende Dimensionierung von Cu bzw. Variation der Spannung O_v — K erreichen.

2. Bei Freileitungsnetzen, die nicht ausreichend

verdrillt sind, weisen Drehstromsysteme vielfach im störungsfreien Betrieb keine gleiche Phasen— Erdspannungen auf. Eine Kontrolle des Drehstromsystems selbst zeigt, daß der eigentliche Neutralpunkt außerhalb des symmetrischen Sternpunktes liegt. In Fig. 11 ist ein Drehstromf reileitungssystem angedeutet, in dem die Phasen 5 und T näher an Erde liegen als die Phase R. Während die Phase R die Kapazität C% gegenüber Erde be'sitzt, ist die Kapazität der Phasen J? und T um den Wert C_s bzw. C_t größer.

Um einen gewünschten Neutralpunkt O_v zu erhalten, ist es unter Ausnutzung der natürlichen Netzunsymmetrie möglich, die Kapazität Cu kleiner zu dimensionieren. Will man auf die Kapazität Cu vollständig verzichten, so kann man entsprechende zusätzliche Kapazitäten zwischen den Phasen S und Erde und T und Erde anordnen. Dieses Verfahren 6j bekommt besondere Bedeutung, sofern ein vom Sternpunkt des Netzes verschobener Neutralpunkt gewünscht wird und kein Sternpunkt zum Anschluß eines Spartransformators vorhanden ist.

Mechanisch läßt sich die Verwendung von Umlenkkapazitäten in Verbindung mit der Schaffung eines verlagerten' Neutralpunktes gleichfalls demonstrieren. In Fig. 12 dreht sich das Modell um den Punkt O_v. Dieser ist gegenüber dem Sternpunkt entgegen der Richtung einer Phase verlagert. Um 7£ das System mechanisch zu balancieren, ist ein Hebelarm und ein Gewicht zusätzlich angebracht. Der Hebelarm entspricht der zusätzlichen Umlenkspannung und das Gewicht der Umlenkkapazität C, d. h., ein normales Drehstromsystem kann elektrisch ausbalanciert werden, so daß der Verlagerungspunkt O_v das Potential Null gegenüber der Mittellinie oder der Erde besitzt.

In Fig. 13 wird das Modell zu dem Punkt O_v durch Anbringung zweier zusätzlicher Gewichte an den Phasen ausbalanciert, die dem Punkt O_v am nächsten liegen. Elektrisch läßt sich dieses durch Vergrößerung der Kapazitäten dieser Phasen gegenüber Erde erreichen.

90 C. Die praktische Anwendung des verlagerten

Neutralpunktes

a) ioo%iger Generator-Erdschlußschutz bei Generator—Transformator in Blockbetrieb In Fig. 14 ist die Schaltung nach der bisher übliehen Weise wiedergegeben, allerdings in der Vereinfachung, daß an Stelle eines dreiphasigen Nullpunkt-Verlagerungstransformators ein Spartransformator angewandt wurde, der dem- Sternpunkt des Generators entgegen der Phase R die Spannung O — O_v aufdrückt. Zwischen dem Verlagerungspunkt O_v und Erde Eist ein Einphasentransformator angeschlossen, der sekundärseitig mit EisenwasserstofFwiderständen belastet ist. Die Verlagerungsspannung O — O_v bewirkt einen Stromfluß über die Primärwicklung des Einphasen-Transformators nach Erde E und über die Kapazitäten C^, C_s, C_T, ferner über die Generatorwicklung zum Punkt O. Die Auslegung des Einphasen-Transformators in Verbindung mit den daran angeschlossenen Eisenwasserstoffwiderständen muß nun derart erfolgen, daß bei einem Erdschluß des Sternpunktes O oder in den diesem Punkt benachbarten Windungen des Generators "der künstlich fließende Erdschlußstrom größer ist als der Strom, der im störungsfreien Normalbetrieb durch die Kondensatoren Cfl, C₅, C_T fließt.

Bei niedrigen Kapazitätswerten von C^, C₅ und C₁- treten keine Schwierigkeiten auf. Sind jedoch zwischen Generator und Transformator längere iao Kabelverbindungen vorhanden, so wird die Dimensionierung des Einphasen-Transformators und der Widerstände recht umfangreich, wodurch erhebliche Kosten entstehen.

Bei Anwendung einer Umlenkkapazität nach Fig. 15 lassen sich die Kosten erheblich herab-

drücken. Da der Verlagerungspunkt O_v tatsächlich durch die Umlenkkapazität Cu zu einem Neutralpunkt wird, kann an Stelle eines Einphasen-Transf ormators ein Spannungswandler verwendet werden.

b) ioo°/oiger Generator-Erdschlußschutz bei parallel auf Sammelschienen arbeitenden Generatoren mit angeschlossenem Netz

Bei der Verwendung der üblichen Verlagerung erhält die Spannungsspule des wattmetrischen Erdschlußrelais eine Spannung, die durch die Spannungsregenerierungseinrichtung noch zusätzlich verstärkt wird. Unsymmetrieströme in der Stromwandlergruppe, an die die Stromspule des wattmetrischen Erdschlußrelais angeschlossen ist, können Fehlauslösungen des Schutzes bewirken. Das Auftreten unerwünschter Unsymmetrieströme tritt bisweilen beim Zuschalten größerer Transformatoreinheiten auf.

In dem Schaltbild Fig. 16 ist unter Verwendung von Umlenkkapazitäten Cu der Verlagerungspunkt O_v im Normalbetrieb neutralisiert. Die Umlenkkapazität für das Netz ist an der Sammelschiene angeordnet. Dort befindet sich auch die gemeinsame Erdschlußstromerzeugung zur Betätigung des wattmetrischen Erdschlußrelais. Bei dem rechten Generator ist eine zusätzliche Umlenkkapazität vorgesehen, die mit Rücksicht auf das Generatorkabel notwendig ist. Dadurch ist der Schutz vor der Synchronisierung einwandfrei ioo°/oig, weil bereits vor dem Synchronisieren der Verlagerungspunkt O_v neutralisiert ist.

Bei dem linken Generator wurde keine Umlenkkapazität vorgesehen, da bei blanker Schienenverbindung zwischen Generator und Generatorleistungsschalter der erforderliche Umlenkstrom nur sehr gering ist. Die Systemverlagerung vor der Synchronisierung wird in diesem Falle durch eine Belastung des Spannungswandlers mittels Widerständen erzwungen.

c) ioo°/oiger Generator-Erdschlußschutz in sin 99-Schaltung bei parallel auf ein umkompensiertes

Netz arbeitenden Generatoren

Bisher wurden Generator-Erdschlußschutzeinrichtungen in sin^-Schaltung nur mit o.o%igem Schutzumfang ausgebildet. Die Anwendung des Verfahrens der Bildung eines Neutralpunktes erfolgt nunmehr durch die Ausbildung von 100%'igem Generator-Erdschlußschutz in sin 99-Schaltung nach Fig. 17. Die Umlenkkapazitäten werden in gleicher Weise angewandt wie bei b). Die weitere Ausstattung des Schutzes entspricht der bisher üblichen bei 90°/oigem sin^-Schutz, lediglich mit dem Unterschied, daß die Spannungswandler für den Spannungspfad des Erdschlußrelais zwischen dem Neutralpunkt O_v und Erde E angeschlossen werden.

d) Anwendung des verlagerten Neutralpunktes bei Drehstromnetzen mit Erdschlußspule

Bei Drehstromnetzen mit verlagertem Neutralpunkt ist die Anwendung der Erdschlußkompensation mit Hilfe von Resonanzspulen in ähnlicher Weise wie bei Netzen mit nicht verlagertem Neutralpunkt möglich. Es ist jedoch darauf zu achten, daß entsprechend dem Schaltbild Fig. 18 die Erdschlußspule zwischen dem Neutralpunkt O_v und Erde angeschlossen wird. Bei Erdschlüssen in den Phasen T und S, sofern die Verlagerung entgegen der Phase R erfolgt ist, liegt eine niedrigere Spannung an den Klemmen der Petersen-Spule als bei Erdschluß in Phase R. Da die Größe des kapazitiven Erdschluß stromes von der treibenden Spannung O_v — E abhängt, paßt sich die Spule organisch den Erfordernissen an und kompensiert den über die Erdschlußstelle fließenden Strom.

In Fig. 19 ist das Verhalten der Erdschlußspule bei Erdschlüssen in der Phase R bei I und bei Erdschluß der Phase 5 bei II wiedergegeben. Das Vektordiagramm Fig. 20 für den Erdschluß bei I zeigt, daß sich der zusätzliche kapazitive Strom der Umlenkkapazität Cu in gleicher Richtung zu dem kapazitiven Erdschlußstrom addiert, welcher von den Phasen S und T herrührt.

Bei Erdschluß II zwischen S und Erde (Fig. 21) addiert sich der zusätzliche kapazitive Strom an der Erdschlußstelle, herrührend von der Umlenkkapazität, vektoriell zu dem kapazitiven Erdschlußstrom, welcher durch die Kapazität der Phasen R und T gegen Erde entsteht.

Der Punkt O_v ist verschiebbar angeordnet. Je weiter er sich von O dem Punkt K nähert, vergrößert sich dadurch zwangläufig die erforderliche Umlenkkapazität Cu, welche notwendig ist, um den Punkt O_v zu neutralisieren. Dadurch wird zwangläufig der notwendige Spulenstrom zur Kompensation des kapazitiven Erdschlußstromes erhöht. Außerdem ändert sich der Spulenstrom bei den Erdschlüssen in den Phasen R und 6". Die entsprechenden Kurven sind in Fig. 22 angedeutet.

In vertretbaren Grenzen bewegt sich, wie durch die gestrichelt gezeichnete Ordinate angedeutet ist, die Größe der Erdschlußspule zwischen O — O_v, sofern der Spannungsbereich zwischen O — O_v in der Größenordnung von 15% der Phasenspannung O—R gehalten wird.

e) ioo'/oiige Erdschlußüberwachung von Niederspannungsnetzen mit freiem Sternpunkt. Kapazitive und ohmsche Stromumlenkung bei Erdschlüssen

Erdschlußproblemen bei Niederspannungsnetzen mit freiem Sternpunkt wurde bisher nur wenig Beachtung geschenkt. In den meisten Fällen ist lediglich eine Erdschlußsignalisierung vorhanden, die vom Betriebspersonal beobachtet wird und nach deren Ansprechen unter Berücksichtigung der Betriebsverhältnisse die Erdschluß suche vorgenommen wird. Dabei ist die Gefahr vorhanden, daß der Erdschluß infolge der Zerstörwirkung des Erdschlußstromes an der Erdschlußstelle zu einem Kurzschluß wird, der unangenehme Betriebsausfälle mit sich bringen kann.

Es ist naheliegend, die Zerstörwirkung des Erdschlußstromes an der Erdschlußstelle aufzuheben. Die über die Erdschluß stelle fließenden kapazitiven und ohmschen Erdschlußströme werden am zweck-

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mäßigsten umgeleitet. In Fig. 23 ist hierzu die grundsätzliche Schaltung wiedergegeben. Erfährt z. B. die Phase 5 einen Erdschluß, so ist es notwendig, über einen einpoligen Schalter eine Verbindung zwischen s' und die an Erde angeschlossene Kapazität und den parallel dazu liegenden ohmschen Widerstand herzustellen. Es erfolgt die Umlenkung sowohl des kapazitiven als auch des ohmschen Anteils. Es kann nun'der Betrieb so lange ungestört weitergeführt werden, wie dieses bis zur nächsten Reparaturschicht erforderlich ist. Durch die zwischen K und E angeschlossene Kombination einer Kapazität und eines ohmschen Widerstandes wird der Neutralpunkt O_v des Netzes außerhalb des eigentlichen Drehstromsternes gelegt, so wird die ioo%ige Erdschlußüberwachung des Netzes ermöglicht. Die Erdschlußsignalisierung übernimmt ein Erdschlußrelais, das an einem Spannungswandler, der zwischen O_v und Erde liegt, angeschlossen ist. Ein parallel zum Erdschlußrelais angeklemmtes Voltmeter ermöglicht die Beobachtung des Neutralpunktes O_v gegenüber Erde.

Da bei Erdschluß der Phase R im besonderen durch den zwischen K und E liegenden kapazitiven und ohmschen Widerstand der Erdschlußstrom höher ist als bei den Erdschlüssen der Phasen 5¹ und T, ist die Spannung R—r" größer gewählt als die Spannung S—s' bzw. T—t'. Diese höhere Spannung R—r" ermöglicht bei Erdschluß von R eine vollständige Erdschlußstromumlenkung.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Löschung des Erdschlußlichtbogens in Drehstromanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß ein kapazitiver Erdschlußstrom durch Zuschalten einer Kapazität und einer der Sternpunkterdspannung entgegengerichteten Zusatzspannung an der erdschlußbehafteten Phase von der Erdschlußstelle fortgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zusatzspannung einer Phase in Verbindung mit einer Kapazität. zwischen dem Endpunkt der Zusatzspannung

4-5 und Erde der kapazitive Neutralpunkt beliebig längs der Phase, vom Sternpunkt des Drehstromsystems aus betrachtet, im positiven oder negativen Sinne verschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erdschluß einer Phase eines Drehstromnetzes der kapazitive Erdschlußstrom durch Zuschalten eines Kondensators über eine Zusatzspannung entgegen der Sternpunkterdspannung umgelenkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein außerhalb des Drehstromsystems liegender kapazitiver Neutralpunkt geschaffen wird, von dem aus das Drehstromnetz gegen Erdschlüsse überwacht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem freien Sternpunkt des Drehstromsystems und Erde ein Spartransformator in Reihe mit einem Kondensator eingeschaltet ist und im Erdschluß falle eine besondere Anzapfung des Spartransformators mit der erdschlußbehafteten Phase durch einen Schalter verbunden wird, so daß der kapazitive Erdschlußstrom um die Erdschlußstelle umgelenkt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im erdschlußfreien, normalen Betrieb die Erdschlußstrom-Umlenkeinrichtung benutzt wird, um nach Wahl eine Phase zum Zweck von Reparaturarbeiten gegenüber Erde spannungslos zu machen, wobei vor und*binter der Reparatursteile die Phase zusätzlich mit einem geeigneten Trennschalter geerdet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des kapazitiven Erdschlußstromes eine Resonanzspule zwischen dem kapazitiven Neutralpunkt des Netzes und Erde angeschlossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch Schaffung eines gegenüber Erde potentiallosen, verlagerten Neutralpunktes in Drehstromnetzen mit freiem Sternpunkt durch Umlenkung des kapazitiven uod ohmschen Verlagerungsstromes.

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In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 722 348, 730 966, 178;

»Relaisbuch« v. Walter, Frank'sche Verlagsbuchhandlung Stuttgart, 4. Auflage, 1951, S. 225, 2. Absatz und Abb. 151 sowie S. 226;

Zeitschrift »Der Maschinenschaden«, 1950, Aufsatz von Moormann;

ETZ 64 (1943), S. 313 bis 316.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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