DE971635C - Einrichtung zur UEberwachung von Drehstromsystemen auf ohmsche Ableitungen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Uberwachung von Drehstromsystemen auf ohmsche Ableitungen Die zur Überwachung von Drehstromsystemen auf ohmsche Ableitungen bisher am meisten angewendeten Einrichtungen sind eigentlich nur Symmetrieüberwachungseinrichtungen, die die Unsymmetrie der Phasenerdspannungen anzeigen und zur Erfassung unmittelbarer Phasenerdschlüsse gute Dienste leisten. Symmetrische Erdschlüsse, wie sie z. B. bei Erdschluß eines Sternpunktes (z. B. Ansprechen der nach VDE vorgeschriebenen Durchschlagsicherung in Niederspannungsnetzen) auftreten, werden hiermit nicht erfaßt, ebensowenig werden symmetrische Isolationsverschlechterungen angezeigt.
• Weiter sind Schaltungen ausgeführt worden, die durch Widerstände beliebiger Phasenlage eine Verschiebung der bei gesundem Netz ungefähr symmetrischen Phasenerdspannungen bewirken und so dem Sternpunkt bei gesundem Netz eine gewisse Spannung gegen Erde geben. Diese Schaltungen haben aber den Nachteil, daß die genannten Widerstände in der Größenordnung der natürlichen Netzkapazitäten gegen Erde liegen müssen und somit bei größeren Netzen unhandlich werden und auch eine oft unerwünschte Erhöhung des Netz-Erdschluß stromes bedingen. Ferner ist hierbei die Unterscheidung der Zu- oder Abschaltung von Kabelstrecken (die eine Veränderung der Erdkapazitäten bewirken) und von zunehmenden ohmschen Isolationsfehlern schwer möglich (Deutsche Patentschriften 722 348, 730 966, 74I 178).
• Es sind auch schon Überwachungseinrichtungen für ein- und mehrphasige Leitungsstränge mit einem Prüfstromkreis bekannt, der einerseits über die Leiter des zu schützenden Leitungsstranges, andererseits über den am entfernten Ende des Stranges angeschlossenen Schutzerdleiter verläuft und bei ordnungsmäßigem Zustand der Anlage wirkungslos bleibt, jedoch bei Störungen (Leiterbruch oder Erdschluß) die Abschaltung der Stromzufuhr oder eine Signalgabe bewirkt; hierbei wird als Prüfstrom Gleichstrom benutzt, der bei ordnungsmäßigem Zustand der Netzleitungen und des Schutz-Erdeleiters dauernd in unveränderter Stärke die eine Wicklung eines Differentialgerätes durchfließt, dessen Gegenwicklung von einem über die Netzleiter gelieferten Gleichstrom gleichbleibender Stärke gespeist wird. Der Gleichstrom der Prüfstromkreise wird am Anfang und Ende des zu schützenden Leitungsstranges über elektrische Ventile entnommen, die paarweise in Gegentaktschaltung an die Netzleiter angeschlossen sind. Es handelt sich hierbei also um Gleichgewichtsschaltungen mit dauernd fließenden Überwachungs gleichströmen, die am Anfang und am Ende eines zu schützenden Leitungsstranges entnommen werden. Solche Einrichtungen sind schon ihrem Aufbau nach zum Schutz jeweils nur eines Leitungsstranges bestimmt und sprechen bei Leiterbruch und krassen Fehlern an, also bei Fehlern, die das Gleichgewicht im Differenzialrdais genügend weit stören (Einsele: Entwicklung der Überwachungsgeräte für Leitungen, Siemens-Zeitschrift, 1952, Heft 8, S. 387). Schon Kombinationen dieser Fehler, wie Leiterbruch bei gleichzeitiger Erdberührung, führen zu unübersichtlichen Veränderungen der Überwachungsströme. Hiermit ist also keine zuverlässige und empfindliche Überwachung des Isolationswiderstandes eines verzweigten Netzes möglich (französische Patentschrift Nr. 846 2in).
• Es ist auch bekannt, zur Überwachung von Drehstromsystemen die drei Phasen über je einen Gleichrichter mit Erde zu verbinden und die in den einzelnen Gleichrichterzweigen bei Erdschluß fließenden Ströme z. B. durch Lampen anzuzeigen.
• Die Ströme in den einzelnen Gleichrichterzweigen ergeben jedoch, wie sich durch Versuch zeigen läßt, trotz des Aufwandes von drei getrennten Anzeigemitteln keinen brauchbaren Aufschluß über den Isolationszustand des Netzes, außer bei satten Erdschlüssen (USA.-Patentschrift 2 428 563).
• Bei Generatorschutzeinrichtungen ist es bekannt, eine an anderer Stelle entnommene Meßgleichspannung vorzugsweise über den Transformatorsternpunkt zwischen Drehstromsystem und Erde aufzudrücken, wobei auch künstliche Sternpunkte verwendet werden. Diese Einrichtungen haben den Nachteil, daß eine besondere Gleichstromquelle zur Messung herangezogen werden muß. Wird als solche, wie üblich, ein Transformator mit einer Gleichrichterschaltung verwendet, so ergibt sich der weitere Nachteil, daß diese Stromquelle für eine bestimmte Netzfrequenz bemessen werden muß und für stark abweichende Netz frequenzen nicht brauchbar ist.
• Ferner schließt dieses System der aufgedrückten Gleichspannung die Möglichkeit aus, Phasenerdschlüsse von Sternpunkterdschlüssen zu unterscheiden (britisches Patent 25 776 vom Jahre I9 I I: schweizerisches Patent 2I9 285; Relais Engineering, 1945, 5. I9I/I92).
• Das Wesen der vorliegenden Erfindung bebteht darin, daß in einer Einrichtung zur Überwachung von Drehstromsystemen auf ohmsche Ableitungen. hei der mindestens zwei Netzpole über Widerstände mit einem gemeinsamen Punkt verbunden sind, der seinerseits an Erde gelegt ist und bei der in Reihe mit den Widerständen in ein und derselben Richtung wirkende Gleichrichter eingeschaltet sind. welche in den betreffenden Verbindungen wirkende Wechselspannungen in eingeprägte Gleichspannungen umwandeln, der in der gemeinsamen Erdleitung fließende, über die ohmschen Ableitungen des Netzes sich schließende Gleichstrom als Maß für die ohmschen Ableitungen, vorzugsweise durch kontinuierliche Anzeige seiner Größe in einem Meßgerät, benutzt wird. Diese Einrichtung hat gegenüber den bekannten, mit eingeprägter Meßgleichspannung arbeitenden Schaltungen hauptsächlich den Vorteil, daß eine empfindliche und eindeutige Messung des gesamten Isolationszustandes mit einem einzigen Meßgerät möglich ist. Gegenüber den bekannten Schaltungen mit aufgedrückter Meßgleichspannung hat die Lösung gemäß der Erfindung den Vorteil, daß es möglich ist, satte Sternpunkt- und satte Phasenerdschlüsse und gewünschtenfalls sogar satte Erdschlüsse der verschiedenen Phasen voneinander zu unterscheiden.
• Auch ist keine besondere Meßstromquelle erforderlich, und es besteht gegenüber der üblichen Erzeugung einer aufgedrückten Meßgleichspannung mit Transformator und Gleichrichtern der Vorteil der Frequenzunabhängigkeit.
• Die Abb. I bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. In Abb. I ist der Sternpunkt 0 des Transformators t iiber eine Durchschlagsicherung D geerdet. Am Sternpunkt liegt der Widerstand R, mit dem Gleichrichter Gt, an der Phase R der Widerstand R2 mit dem Gleichrichter G2. Beide Zweige sind in einem Punkt verbunden und über den Widerstand RE und den Strommesser A an Erde gelegt. Parallel zu dem Widerstand RE und dem Strommesser A liegt eine Kapazität C. Bei Erdschluß des Sternpunktes (z. B.
• Ansprechen der Durchschlagsicherung D) fließt ein Strom über A-RG2-R2 zur Phase R. Ein Wechselstromanteil dieses Stromes fließt über CE.
• Bei Erdschluß der Phase R fließt ein Strom durch den Erdungszweig A-RE bzw. CE und über G1-R3 zum Sternpunkt 0 des Transformators. Bei Erdschluß einer der Phasen oder T fließen Ströme über den Erdungszweig und beide Gleichrichterzweige. Durch geeignete Wahl der Größe der Widerstände Rt und R2 kann erreicht werden, daß sich für den Erdschluß des Sternpunktes und der PhaseR verschiedene Ströme im Erdungszweig und somit im Strommesser 24 ergeben. Erdschlüsse der Phasen S und T ergeben höhere Ströme.
• Bei idealem Netz ohne Erdkapazitäten und ohne Isolationsfehler gegen Erde fließt im Erdungszweig überhaupt kein Strom. Bei einem Netz mit reinen Kapazitäten ohne Isolationsfehler fließt im Erdungszweig nur ein geringer Wechselstrom, der größtenteils über die Kapazität CE geht. Bei Verwendung eines Drehspulinstrumentes A wird dieser Strom überhaupt nicht angezeigt. Bei einem bestimmten Isolationsfehler eines beliebigen Netzpunktes fließt ein Gleichstromanteil im Erdungszweig, der zunächst für die verschiedenen Phasen und den Sternpunkt verschieden hoch zu sein scheint. Da die Erdkapazitäten des Netzes jedoch einen praktisch symmetrischen Erdungssternpunkt bilden und ihre kapazitiven Leitwerte nach Erde wesentlich größer sind als die der zu messenden kleinen Isolationsfehler, ist die treibende Spannung bei solchen Isolationsfehlern die gleiche, einerlei, ob diese an einer Phase oder am Netzsternpunkt liegen. Erst wenn die Isolationsfehler (bzw. deren Leitwerte) sich größenordnungsmäßig den Netzkapazitäten nähern, wird der Gleichstrom im Erdungszweig verschieden, je nachdem an welchem der vier Netzpunkte (Phasen R, S, T und Sternpunkt 0) der Isolationsfehler liegt.
• In Abb. 4 ist ein Skalenbeispiel eines Drehspulmeßgerätes X dargestellt, bei dem die Wechselstromkomponente im Erdungszweig also nicht angezeigt wird. In einem Netz ohne Isolationsfehler ist das Instrument stromlos, und der Zeiger steht links auf dem Punkt 00. Der Widerstand R1 ist hierbei kleiner als R2 (Abb. I) gewählt. Bei Sternpunkterdschluß steht der Zeiger auf dem Punkt 0, während bei Erdschluß der Phase R sowohl wie bei anderen Phasenerdschlüssen S, T der Zeiger rechts auf den großen Blitzpfeil weist, wo der Ausschlag durch Zeigeranschlag begrenzt ist. Zweckmäßig wird die Skala des Meßgerätes im Fehlerbereich als Bildskala ausgeführt. Auf der linken Seite zwischen den Punkten Co (ganz links) und 0 (SternpunkterdschluB) ist eine Eichung in kQ angebracht, die strenggenommen nur für symmetrische Isolationsfehler gilt. Soweit jedoch die Netzkapazitäten gegen Erde groß sind gegen die Leitwerte der Isolationsfehler, gilt die Eichung für beliebige Netzpunkte.
• Abb. 2 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens dar, bei dem drei Netz punkte, und zwar die drei Phasen über Gleichrichter mit vorgeschalteten Widerständen in einem gemeinsamen Punkt verbunden sind. Die drei Gleichrichter G1, G2, Gg sind über die Widerstände Rl, R2, R3 an die drei Phasen gelegt. Der Widerstand R1 an Phase R ist wiederum kleiner gewählt als die Widerstände R2 und R3. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist ähnlich der unter Abb. I beschriebenen.
• Abb. 3 stellt eine andere Abart dar, wobei nur zwei Phasen R und S über Widerstände Rl und R2 angeschlossen sind und einen Knotenpunkt bilden und ein Gleichrichter GE nur in der gemeinsamen Erdleitung angeordnet ist. Die Wirkungsweise auch dieser Anordnung entspricht der unter Abb. I beschriebenen.
• Die gezeichneten und beschriebenen Einrichtungen stellen nur einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es kann aber auch bei 3phasigem Anschluß ein künstlicher, an den drei Phasen R, S, T liegender Sternpunkt gebildet werden, an den nunmehr die Schaltung nach Abb. I gelegt wird, wobei der Anschluß des Gleichrichters G1 an diesen künstlichen Sternpunkt an Stelle des Transformatorsternpunktes gelegt wird.
• Ferner kann auch in die gemeinsame Erdleitung ein Gleichrichter geschaltet werden. Weiter besteht ein großer Spielraum hinsichtlich des Größenverhältnisses der Widerstände zueinander und des Absolutwertes dieser Widerstände. Natürlich können an Stelle von Meßinstrumenten oder zusätzlich zu diesen Relais angeordnet werden, die zur Betätigung von Signaleinrichtungen oder zur Auslösung von Schaltvorgängen dienen. Auch kann durch Verwendung spannungsteilender Einrichtungen (Drosseln, Kapazitäten, Widerstände) die Spannung an den Gleichrichtern herabgesetzt werden.
• PATENTANSPROCHE: I. Einrichtung zur Uberwachung von Drehstromsystemen auf ohmsche Ableitungen, bei der mindestens zwei Netzpole über Widerstände mit einem gemeinsamen Punkt verbunden sind, der seinerseits an Erde gelegt ist und bei der in Reihe mit den Widerständen in ein und derselben Richtung wirkende Gleichrichter eingeschaltet sind, welche in den betreffenden Verbindungen wirkende Wechselspannungen in eingeprägte Gleichspannungen umwandeln, dadurch gekennzeichnet, daß der in der gemeinsamen Erdleitung fließende, über die ohmschen Ableitullgen des Netzes sich schließende Gleichstrom als Maß für die ohmschen Ableitungen, vorzugsweise durch kontinuierliche Anzeige seiner Größe in einem Meßgerät, benutzt wird.

Claims (1)

1. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Einweggleichrichter ganz oder teilweise in der gemeinsamen Erdleitung liegen.

   3. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Einweggleichrichter nur in den von den Netzpolen ausgehenden Leitungen liegen.

   4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände in ihrem gegenseitigen Größenverhältnis so gewählt sind, daß sich für einzelne Haupterdschluß arten verschiedene Meßströme ergeben.

   5. Einrichtung nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Erdleitung zusätzliche Widerstände vorgesehen sind.

   6. Einrichtung nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen kapazitiven Nebenschluß zu den strommessenden Einrichtungen der Wechselstromanteil hierin herabgesetzt wird.

   7. Einrichtung nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Skala eines Strommessers in ihrem Anfangsbereich in kQ der symmetrischen Isolationsfehler gegen Erde geeicht ist und der sich daran anschließende Fehlerbereich in an sich bekannter Weise als Bildskala ausgeführt ist, die eine Unterschei dung einzelner Hauptfehlerarten anschaulich macht.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 4I9, 898, 582 742, 722348, 730 966, 732755, 74I I78; schweizerische Patentschrift Nr. 2I9 285; französische Patentschrift Nr. 846 2I9; britische Patentschrift Nr. 25 776 vom Jahre 1911; USA.-Patentschrift Nr. 2 428 563; P a c k ard, »Relay Engineering«, Philadelphia, Dez. I945, 5. I9I/I92.

   In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 935 742.