SE440841B - Forfarande och anordning for detektering av jordslutningar, elektriska anordningar i ett elektriskt net - Google Patents

Description

7802157-3 2 stället A flytande, kapacitiva strömmarna. Platsen för jordnings~ motståndet Ra eller Rb beror på den specifika jordninqsmetoden.

Vid alla metoder kan emellertid Iw icke väljas mindre än noll- strömstransformatorns felströmmar If. De för närvarande vanliga aktiva jordslutningsströmmarna Iw kräver dyrbara jordningstrans- formatorer och övriga jordningselement, såsom exempelvis jordnings- skydd och jordningsmotstånd.

En ytterligare nackdel med alla dessa metoder ligger i att den aktiva jordslutningsströmmen Iw och därmed även mätmomentet avtar, när jordfelet förskjuts mot maskinens nollpunkt.

Uppfinningen har till ändamål att undvika nackdelarna hos de befint- liga metoderna för statorkortslutning och möjliggöra en filtrering av den nyttiga strömmen från en blandning av, inom vissa gränser godtyckligt formade störningsströmmar med relativt enkla mdel.

Enligt uppfinningen uppnås detta vid det inledningsvis~angivna förfarandet och anordningen genom de i patentkraven 1 och 12 an- givna kännetecknande bestämningarna. Vid det angivna jordslut- ningsförfarandet för parallellt arbetande generatorer förskjuts hela nätet sålunda mot jord genom en spännign med driftfrekvens och förskjutningsspänningens fas i form av en fassvängning fort- löpande kopplas fram och åter mellan tvâ lägen. I regel är fas- svängningens två lägen i motfas relativt varandra.

Uppfinningen förklaras nedan i anslutning till fig. 2-4. Funktions- principen för det enligt uppfinningen för alstring av förskjutnings- spänningen föreslagna fassvängningselementet visas i fig. 2.

Skyddsobjektet (här ett nät l) förskjuts över ett begränsninge- motstånd 2 med hjälp av transformatorn 3 mot jord. Förskjutnings- spänningen Uv uttas från en källa 4 med driftfrekvens. Förskjutnings- transformatorn 3 har två primärlindningar 5 och 6, som kan anslutas över var sin motsvarande triak 7 och 8 till källan 4. En oscillator 9 öppnar växelvis triakerna 7 och 8 med en frekvens l/tl, så att förskjutningsspänningen Uv om och om igen vrider sitt fasläge med samma frekvens. Inv är en inverterare för att uppnå de korrekta Styrsignalfaserna. I fig. 3 betecknas de båda faslägena för Uv med Uvl och Uvz. Vid ett isolationsfel i skyddsobjektet l flyter en, från Uv härrörande ström Iv flvl, Ivz i fíq. 3) qenom begränS_ nlngsmoiistlåndvt 2 och aL-Hirfn dííz vi! zzplinxllxzqshxll. DQLU, gpjinniuíyrq fall tillförs över isolationstrnnsformalorn I2 (fiq. 2) multiplikar 3 7802157-3 torn ll vidingången x. Vid multiplikatoringången y föreligger såsom referenssignal spänningen Uv själv. För att undvika återverkningar av störströmmar över förskjutningstransformatorns impedanser, kan även referenssignalen alstras synkront separat. Detta är fallet i fig. 2, där referenssignalgeneratorn visas, tillsammans med oscillatorn i ett enda block 9. Mätströmmen genom motståndet 2 består av en nyttosignal IV och av en odefinierbar störsignal Is.

Is kan ha godtycklig frekvens, fasläge och inom vissa gränser även amplitud. Produkten vid multiplikatorns ll utgång lyder B = Uv x (Iv + Is) = UV. Iv + Uv. Is.

Delen UvIs är vid integrationen över en godtyckligt lång tid tg lika med noll. Därigenom erhålls vid motståndet 2 en möjlighet att skilja mellan nyttoströmmen Iv, som endast kan flyta vid ett fel, och alla möjliga störströmmar Is. Integrationen sker vid filtret l3.

Vid en försöksprototyp visade sig följande värden gynnsamma: Uv = 2% av nätfasspänningen tl = 60 ms, varvid triakerna endast tänds under 45 ms, medan de övriga 15 ms tjänar såsom säkerhetstid för att undvika samtidig tändning av båda triakerna genom störströmmar. 13 = Filter 12. Ordning (^v50 dB).

Fig. 4 visar anslutningen av fassvängningselementet till nätet l.

Jordningsmotståndet Ra är fortfarande nödvändigt av ferrorresonans- skäl, men kan i jämförelse med tidigare väljas högohmigare. Den genom förskjutningsspänningen Uv alstrade nyttoströmmen Iv mäts såsom hittills vid stället A. Avgörande är nu att varken ström- transformatorfelen eller andra störströmmar vid stället A kan på- verka mätningen. Därigenom kan nyttoströmmen Iv och därmed förskjut- ningsspänningen Uv väljas mycket låga. Strömtransformatorn A behöver icke längre tillverkas av specialkärnor, emedan störström- marna kan vara upptill 100 gånger större än nyttoströmmen Iv, utan att störa mätningen.

Den angivna uppgiften att möjliggöra filtrering av nyttoströmmen ur en blandning av störströmmar med inom vissa gränser godtycklig form löses genom användning enligt uppfinningen av en förskjutnings~ spänning med driftfrekvens men med oscillerande fas. 7802157-3 ¶ l 4 Lista över beteckningar.

Fig. l Iw = jordslutningsström E = jordningsställe Ra,Rb = jordningsmotstånd RR = riktningsrelä Ic = kapacitiv ström vid stället A If = felström Fig. 2 l = Skyddsobjekt 2 = Begränsningsmotstånd 3 = Transformator Uv = Förskjutningsspänning 4 = Källa med driftfrekvens 5, 6 = Primärlindningar 7, 8 = Triaker 9 = Oscillator Inv = Inverterare ll = Multiplikator l2 = Isoleringstranformator x, y = Multiplikatoringångar 13 = Filter Fig. 3 Uvl, Uyz = konträra faslägen hos Uv Ivl, IV2 = konträra faslägen hos Iv Is = störsignal Fig. 4 1 = Nät 3 = Jordningsmotstånd UV' = Förskjutningsspänning Iv = Nyttoström A = Strömtransformator Is = Störström

Claims (21)

7802157-3 5 Patentkrav

1. Förfarande för detektering av jordslutningar i elek- triska anordningar i ett elektriskt nät, speciellt parallell- kopplade elektriska anordningar, såsom generatorer, k ä n n e - t e c k n a t av atten fasmodulerad växelsignal alstras för att bilda en växlande testsignal, att växeltestsignalen tillförs det elektriska nät som innehåller de elektriska anordningarna, samt att från det elektriska nätet härleds en svarsignal, motsvar- ande den växlande testsignalen och indikerande en jordslutning vid en av de elektriska anordningarna.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den fasmodulerade växelsignalen utförs av en fasmodulerad växelspänning.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att fasmoduleringen innefattar att fasläget hos en växelsignal omkopplas kontinuerligt mellan två faslägen.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att den kontinuerliga fasomkopplingen av växelsignalen utförs såsom en fassvängning.

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den fasmodulerade växelsignalens frekvens är lika med nät- frekvens.

6. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att hela det elektriska nätet förspänns mot jord medelst test- signalen, som är av nätfrekvens.

7. Förfarande enligt krav 1, k_ä n n e t e c k n a t av att fasmoduleringen innefattar att fasläget hos en växelsignal, omkopplas mellan två faslägen, som är i motfas relativt varandra.

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att fasomkoppling av växelsignalen utförs under omkopplings- perioder, som uppgår till omkring 60 ms.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att var och en av omkopplingsperioderna omfattar en triggnings- tid av omkring 45 ms och en återstående tid, som bildar en säker- hetsfaktor.

10. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att den växlande testspänningens amplitud uppgår till Omkring 2% av nätens amplitud. _' .L . “___-mn 7 8 Û 2 1 5 7 - 3 6

11. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att fasmoduleringen utförs medelst en moduleringsfunktion samt att svarssignalen demoduleras till bildande av en signal, som indikerar jordslutningen i en elektrisk anordning.

12. 1 2 . Anordning för detektering av jordslutningar i elek- triska anordningar i ett elektriskt nät, sêeciellt parallell- kopplade elektriska anordningar såsom generatorer, k ä n n e - t e c k n a d av dels en transformator (3) med två primärlind- ningar (5,6) och en sekundärlindning för att pátrycka en växlande testspänning på det elektriska nät (1) som innehåller de elek- triska anordningarna, dels en källa (4) för att alstra testspänn- ingen, vilken källa har ett par uttagskontakter av vilka, den ena är ansluten till en hopkopplingspunkt mellan transformatorns båda primärlindningar, dels två elektroniska omkopplingsorgan (7,8) med ingångar och utgångar, varvid spänningskällan med sin andra uttagskontakt är ansluten parallellt med de tvâ elektroniska om- kopplingsorganens ingångar, varjämte en utgång från var och en av de elektroniska omkopplingsorganen är ansluten till den fria änden hos var sin av primärlindningarna, dels en oscillator (9), som avger en utsignal för att växelvis öppna de elektroniska om- kopplingsorganen, dels en isolationstransformator (12) med en primärlindning och en sekundärlindning, dels ett motstånd (2), parallellkopplat med isolationstransformatorns primärlindning, var- vid isolationstransformatorns sekundärlindning avger en svars- spänning, som motsvarar testspänningen och indikerar en jord- slutning, dels en multiplikator (11) med en första ingång (x) och en andra ingång (y) samt en utgång för att avge en utsignal, varvid isolationstransformatorns svarsspänning tillförs multi- plikatorns första ingång, dels medel för att påtrycka en spän- ning, som bildar en referenssignal, på multiplikatorns andra in- gång, och dels ett filter (13) för att utföra en integrations- operation, varvid multiplikatorns utsignal tillförs filtret.

13. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att spänningskällan (4) arbetar vid nätfrekvensen.

14. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda medel för att pâtrycka en spänning avger en referens- spänning med väsentligen nätfrekvensen.

15. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av - ,att nämnda medel för att påtrycka en spänning avger testspännin- gen såsom referensspänning till multiplikatorns (11) andra in- gång (y). ._ rzswrzi-.u-.rg w 7802157-3 r _

16. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda medel för att påtrycka en spänning tillför en sepa- rat signal, som genereras väsentligen i synkronism med test- spänningen och uppträder såsom referenssignal vid multiplika- torns (11) andra ingång (y).

17. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att de elektroniska omkopplingsorganen innefattar triaker (7,8).

18. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att testspänningens amplitud uppgår till omkring 2% av nätspän- ningens amplitud.

19. Anordning enligt krav 18, k ä n n e t e c k n a d av att triakerna (7,8) har omkopplingsperioder, uppgående till om- kring 60 ms.

20. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att triakerna (7,8) har omkopplingsperioder, uppgående till omkring 60 ms, varvid triakerna är tända under omkring 45 sek och återstoden av tiden tjänar såsom en säkerhetstid för att hindra samtidig tändning av båda triakerna genom störningsströmmar.

21. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av riktningsreläanordníngar (RR) för att mäta den nyttiga ström (Iv), som flyter vid förekomst av ett isolationsfel i det elek- triska nätet (1).