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Einrichtung zur Kompensation des Erdsehlussstromes.
Es ist bereits bekannt, zur Kompensation des ErdseMustromes zwischen das zu schützende Netz und Erde induktive Löscheinrichtungen zu schalten, die auf die Kapazität des Netzes gegen Erde derart abgestimmt sind, dass die Blindkomponente des Erdschlussstromes verschwindet. Auch besondere Vorrichtungen, die als Schwingungskreise zur Kompensation der höheren Harmonischen des Netzes ausgebildet sind, hat man bereits verwendet. Derartige Einrichtungen sind aber wegen der Grösse der aufzubringende induktiven Blindleistung kostspielig : ausserdem tritt bei den durch die Induktivitäten der Einrichtung und die Kapazität des Netzes gebildeten Sehwingungskreisen, namentlich dann. wenn die Dämpfung gering ist, leicht eine unerwünschte Erregung ein.
Durch die Verwendung von Eisen hängt auch die Induktivität der Einrichtung von der Höhe der Erdschlussspannung ab, so dass diese Abstimmung nicht für jeden vorkommenden Erdschluss ihren günstigsten Wert besitzt und bei sattem Erdschluss von der bei Teilerdsehluss verschieden ist.
Um das Potential des erdgesehlossenen Leiters gegen Erde zu Null zu machen und dadurch den Erdsehlusslichtbogen zum Erlöschen zu bringen, hat man auch Anordnungen getroffen, bei denen der fehlerbehaftete Netzleiter durch einen Schalter, einen sogenannten Schutzerder, unmittelbar mit Erde verbunden wird. Da jedoch die ÜberbrÜckung durch den Schalter nur dann einen wirksamen Neben-
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ordnung nur ein unvollkommener Schutz erreicht. Bei einem Erdschluss, der den Wicklungsteil einer Maschine erfasst, bedeutet der Schutzerder durch das Kurzschliessen von Windungen eine Gefahr fiir den gestörten Apparat.
Diese Nachteile der bekannten Einrichtungen werden erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass beim Auftreten eines Erdschlusses zwischen Erde und einem Netzpunkt, dessen Potential gegen den Systemnullpunkt mit dem Potential des erdgeschlossenen Punktes gegen den Systemnullpunkt ganz oder nahezu nach Grösse und Phasenlage übereinstimmt, eine Impedanz und in Reihe mit dieser eine zusätzliche Wechselspannung geschaltet wird, deren Frequenz gleich der Netzfrequenz ist und deren Grösse und Phasenlage so eingestellt ist, dass ein den Erdschlussstrom kompensierender Strom auftritt.
Dazu wird die Spannung des Stromerzeugers so gewählt, dass der Spannungsabfall der in Reihe liegenden Impedanz des Kompensationskreises vorzugsweise der zusätzlichen Impedanz der Einrichtung kompensiert ist.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. An die Netzleiter R8T sind verschiedene Verbraucher und Stromerzeuger 1, 2, 3, 4 geschaltet, die verschiedene Wicklungsanordnungen besitzen. So sind die Wicklungen des Apparates 1 in A geschaltet, die des Apparates 2 in Zickzack, des Apparates 3 in Dreieck und des Apparates 4 in Stern. Nach der Erfindung wird nun an das Netz eine Einrichtung geschaltet, die aus einzelnen, auf Eisenkernen angeordneten Wicklungen besteht, die das Abbild sämtlicher in dem Netz vorkommender Wicklungen darstellen.
Diese Abbildwicklungen 6 bestehen im vorliegenden Falle aus einer Sternwicklung und einer auf besonderem Eisenkern angeordneten Dreieck-
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der Punkt B über eine Impedanz 8 und einen Stromerzeuger 7 mit Erde zu verbinden. Der Stromerzeuger 7 muss dann einen dem an der Stelle A auftretenden Erdschlussstrom J1 entgegengesetzten und gleich grossen Strom J2 liefern, so dass an der Stelle A beide Ströme sich aufheben. Dazu ist es zweckmässig, den Stromerzeuger 7 als Drehregler mit dreiphasiger, an das Netz angeschlossener Primärwicklung und einphasiger Sekundärwicklung auszubilden, die jederzeit eine gleich grosse, aber in ihrer Richtung von der Rotorstellung abhängige Spannung U liefert.
Die Phasenlage kann dabei durch entsprechende an Hand der späteren Abbildungen beschriebene Relaiseinrichtungen ermittelt und zur Verstellung des Rotors herangezogen werden. Die Grösse der Spannung kann durch entsprechende Regeleinrichtungen des Primärkreises eingestellt werden. Diese Verhältnisse sind aus dem dargestellten Spannungsdiagramm abzulesen. Die Spannung, die der Punkt A im Dreieck der verketteten Spannungen RST gegenüber dem Nullpunkt N besitzt, ist mit UE bezeichnet. Mit dieser Spannung gleich gross ist die Spannung U des Punktes B der Abbildwieklung gegen den Systemnullpunkt. Der Stromerzeuger 7 muss daher eine Spannung U liefern, die gleich gross und entgegengesetzt gerichtet der Spannung Uc ist, wobei Ue den Spannungsabfall der Impedanzen des Erdschlusskreises, vorzugsweise den der Impedanz 8 darstellt.
In der Abbildung ist angenommen, dass U und U z in Phase sind mit U" bzw. UE. Dies ist dann der Fall, wenn die Impedanz 8 so gewählt ist, dass ihr Wirkwiderstand zu ihrem Blindwiderstand in demselben Verhältnis steht wie der Wirkwiderstand zu dem Blindwiderstand des Netzes. Da letzterer in der Hauptsache aus einer Kapazität besteht, die im Nullpunkt N der Sternpunktswicklung 4 angeschlossen und zwischen Erde geschaltet angenommen werden kann (, so muss auch die Impedanz 8 vorzugsweise aus einer Kapazität bestehen. Bei einem derart gewählten Verhältnis von Wirk-und Blindwiderstand der Impedanz 8 entsprechend dem Wirk-und Blindwiderstand des Netzes wird auch die
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sationsstrom in demselben Masse ändern.
Die Grösse der Impedanz 8 ist dabei beliebig wählbar. Für die Wahl ihrer Grösse sind folgende Überlegungen massgebend : Wenn die Impedanz und der Stromerzeuger beispielsweise an den Punkt B der Abbildwicklung angeschlossen sind und in diesem Augenblick der Erdschluss bei A wieder gelöscht ist und die Erdschlussstelle volle Isolationsfestigkeit wieder besitzt, aber ein zweiter Erdschluss an einer andern Stelle auftritt, dann wird dadurch ein Überstrom in der Einrichtung der Erfindung hervorgerufen.
Die Grösse dieses Überstromes ist nun von der Grösse der Impedanz 8 abhängig. Zu seiner Begrenzung
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der Stromerzeuger 7 aufzubringen hat, um so grösser, je grösser der Spannungsabfall Uc an der Impedanz ist. Mit Rücksicht auf eine wirtschaftliche Ausführung werden beide Forderungen dadurch in Einklang gebracht, dass man für den bei einem zweiten Erdschluss entstehenden Überstrom eine für die Einrichtungen des Netzes ungefährliche Höhe einsetzt.
Die Wirkung der Anordnung auf den Uberstrom ist demnach dieselbe wie die eines vollkommenen. d. h. an der jeweiligen Erdsehlussstelle angeordneten Schutzerders, ohne dass aber die Nachteile des Sehutzerders, wie z. B. die bei einem zweiten Erdsehluss auftretenden Überströme, sieh einstellen.
Diese Wirkung wird dadurch erreicht, dass die Spannungsdifferenz zwischen dem erdgeschlossenen Punkt und Erde durch eine zusätzliche Spannung zu Null gemacht wird und dass diese Spannung über derart bemessene Widerstände in den Erdsehlusskreis eingefügt wird, dass keine schädlichen Überströme auf-
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zu betragen brauchen, ist die von dem Stromerzeuger aufzubringende Leistung nur sehr gering und nur ein Bruchteil der Leistung, die eine induktive Löscheinrichtung besitzen müsste. Durch eine entsprechende Dimensionierung des Stromerzeugers und der Abbildwieklung ist es möglich, die Kurve der Spannung, die dem Netz aufgedrückt wird, so zu gestalten, dass sie mit der Spannungskurve des Systemnullpunktes gegen die entsprechenden im Netz vorkommenden Wicklungsteile übereinstimmt.
Dadurch wird nicht nur die Grundwelle des Erdsehlussstromes kompensiert, sondern auch dessen Oberwellen. Ebenso wird durch entsprechende Ausbildung der Impedanzen 8, d. h. in entsprechende Unterteilung von Wirkund Blindwiderständen es ermöglicht, nicht nur die kapazitive, sondern auch die Ohmsche Komponente des Erdsehlussstromes zu kompensieren.
Statt zur Erzeugung der zusätzlichen Spannung einen besonderen Apparat 7 anzuordnen, kann man auch dazu die Abbildwicklung selbst heranziehen. In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel hiefiir gezeigt. Der in Stern geschaltete Teil der Abbildwieklung 11 ist dabei um Wicklungsteile vergrössert. so dass den mit dem Netz verbundenen Eckpunkten der Sternwicklung U1, V1 und Wi die Punkte U2, V2, ha entsprechen, deren Spannung bereits um die Spannung Us gegenüber dem Systemnullpunkt erhöht ist. Mit den Punkten Fs, K :, sind die Eckpunkte des andern Teiles der Abbildwicilung verbunden. der eine Dreieck, Zickzack- und A-Wicklung enthält.
Dem erdgeschlossenen Punkt J. entspricht dann der Punkt D der Abbildwicklung, dessen Potential gegen den Systemnullpunkt bereits um die
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(vgl. Vektorbild).
In Fig. 2 ist weiterhin gezeigt, wie der Punkt D der Abbilds icklung ausgewählt wird. Die Abbild- wicklung ist mit zahlreichen Anzapfungen versehen, die an einen Kontaktwähler 15 geführt sind. Über den Kontakten des Wählers 15 bewegt sich ein Hebel 20, dessen Achse 19 über die Impedanz 8 und eine parallelgeschaltete Schutzfunkenstrecke 14 mit Erde verbunden ist und anderseits je nach seiner Stellung die Verbindung mit dem entsprechenden Punkt der Abbildwieklung herstellt. Der Kontakthebel 20 ist dabei so ausgebildet, dass er sowohl rotierende Bewegungen um seine Achse ausführen als auch die Entfernung seines Kontaktstückes von der Achse 19 ändern kann.
Diese Bewegungen werden durch aus der Fernmeldetechnik bekannte Einrichtungen nach den Angaben eines an sich bekannten Asym- meters 16 ausgeführt. Das Asymmeter 16, das über Spannungswandler 18 mit dem Netz RST in Verbindung steht, zeigt dabei in bekannter Weise die Lage des erdgeschlossenen Punktes 22 gegen den
Systemnullpunkt an und steuert den Kontakthebel 20 auf den entsprechenden Kontakt 17.
Um die Abbildwicklung 11 gleichzeitig zur Stromlieferung auszunutzen, ist auf ihren Schenkeln eine Wicklung 12 angeordnet, die zur Speisung von elektrischen Verbrauchern 13 dient.
Soll die Einrichtung lediglich Erdschlüsse von Netzleitungen, d. h. sogenannte Vollerdschlüsse erfassen, dann ist die Anordnung von Abbildwicklungen überflüssig. Statt des Asymmeters werden einfache Erdschlussrelais verwendet, die die erdgeschlossene Phase auswählen und an diese die zusätzliche Impedanz und die Hilfsspannung schalten.
Die Einrichtung vereinfacht sich auch dann, wenn, wie es in vielen Netzen der Fall ist, nur in Stern geschaltete Wicklungen vorkommen. In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für diesen Fall dargestellt. Es ist angenommen, dass zwischen den Sammelschienen zweier Stationen A und B eine Freileitung 23 die Verbindung herstellt. Die Transformatoren 11 im Werke A und 24 im Werk B sind auf der Hochvoltseite in Stern geschaltet, ebenso die übrigen nicht gezeichneten Maschinen des Netzes. Der Transformator 11 ist gleichzeitig als Abbildwicklung der Sternschaltung des Netzes RST ausgebildet und mit einer Regeleinrichtung 28 verbunden, die durch ein Erdschlussrelais 29 gesteuert wird.
Das Relais 29 ist dabei in offenem Dreieck an die Sekundärwicklung eines Spannungswandlers 37
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Abbildwicidung H verbunden, während die Sternwicklung nach einem besonderen Regelapparat, etwa mit der in Fig. 3 beschriebenen, eingestellt wird. Der Kontakthebel 39 wird dabei von einem Motor 45 angetrieben, der mittelbar oder unmittelbar von der Erdschlussspannung in Gang gesetzt wird. Zur
Gewinnung der Erdschlussspannung ist ein Erdschlussrelais 29 vorgesehen, das an einem Spannungswandler 41 liegt. Der Spannungswandler 41 ist parallel zu einer Erdschlussspule 40 und einem Schalter 42 gelegt, die beide in die Erdverbindung des Sternpunktes N2 der Abbildwicklung 11 eingebaut sind.
Zwischen den Kontakthebel 39 und den Sternpunkt N2 ist ein weiterer Spannungswandler 46 gelegt, dessen Sekundärwicklung mit der Sekundärwicklung des Stromwandlers 41 derart verbunden ist, dass in dem Relais 47 die Differenz der Spannungen beider Wandler wirksam wird. Wenn diese Differenz zu Null geworden ist, d. h. wenn die von der Einrichtung erzeugte Spannung mit der Erdsehlussspannung gleich gross und gleichgerichtet ist, dann wird ein Schutzschalter 9 betätigt, der in der Verbindungsleitung zwischen dem Kontakthebel 39 und Erde über der Impedanz 8 liegt. Gleichzeitig werden von dem Schalter 9 die Kontakte 43 betätigt, welche die StromzufÜhrung zu dem : Motor 45 unterbrechen und dadurch den Kontakthebel 39 stillsetzen.
Weiterhin wird mit dem Schalter 9 ein Kontakt 44 geschlossen und dadurch der Sehutzsehalter 42 geöffnet. Die Erdsehlussspule 40, die bis zu diesem Augenblick die Kompensation des Erdschlussstromes übernahm, wird in diesem Augenblick abgeschaltet.
Bei einem Erdschluss, der eine Dreieckwicklung des Netzes etwa an der Stelle A betrifft, erfolgt die Auswahl des entsprechenden Punktes der Abbildwicklung 11 nur durch Betätigung des Kontakt- wählers 38. Wenn aber der Erdschluss in einer Sternwicklung des Netzes liegt, dann muss nach einer erfolglosen Umdrehung des Kontakthebels 39 die Sternwicklung in der an Hand der Fig. 3 beschriebenen Weise einreguliert werden. Der Kontakthebel 39 muss sieh auf den Eckpunkt der Dreieckwicklung einstellen, der mit der erdschlussbehafteten Phase verbunden ist. Die beschriebene Einrichtung bewirkt diese Einstellung automatisch innerhalb der zweiten Umdrehung des Hebels 39. Die Lage der Spannungsvektoren ist aus dem beigezeiehneten Vektordiagramm zu entnehmen.
Um die Sternwicklung der Abbildwicklung 11 regelbar zu machen, kann auch ein Doppeldrehregler den Klemmen U1, U1, W'1 vorgeschaltet werden. Der Anschluss der Dreieckwicklung kann dann
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Relais 29 erfolgen.
In entsprechender Weise wie bei Dreiphasennetzen kann auch die Erfindung in Zweiphasennetzell Anwendung finden. In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel hiefür gezeigt. Die Abbildwieldung besteht aus anzapfbaren Wicklungsteilen, die durch eine besondere Sekundärwicklung 12 magnetisch eng verkettet sind. Ein von der Höhe der Erdschlussspannung, die von dem Relais 29 geliefert wird, beeinflusster Regelapparat 28 stellt den dem erdgeschlossenen Punkt entsprechenden Punkt der Abbildwicklung 11 ein. Zur Auswahl der richtigen Phase ist ein Umschalter 48 vorgesehen, der von einer mit dem Relaissatz 31 betätigten Spule 33 geschaltet wird. Der Relaissatz 31 dient dabei ebenso wie in Fig. 3 dazu, die erdgeschlossene Phase auszuwählen.
Mit der Bewegung des Kontakthebels 30 des Umschalters
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natürlich auch zur Feinregelung die Impedanz 25 herangezogen werden.
Die Einrichtung kann auch mit einer Erdschlussspule 26 vereinigt werden, in der Weise, dass zunächst die Spule 26 eingeschaltet ist und dann in demselben Masse, wie die Einrichtung der Erfindung den Erdschlussstrom kompensiert, die Induktivität zurückgeregelt wird. Die Arbeitsweise beider Einrichtungen kann auch so erfolgen, dass die induktive Löscheinrichtung 26 abgeschaltet wird, wenn der
Schalter 9 die Abbildwicklung 11 mit Erde verbindet.
Zum Schutze der Einrichtung nach der Erfindung kann ausser dem Schutzschalter 9 in allen Fällen noch ein dreipoliger Überstromschalter vorgesehen werden, der in die Verbindungsleitung der Abbildwicklung 11 mit dem Netz eingebaut ist. Wenn dann ein Kurzschlussstrom infolge eines zweiten Erdschlusses auftritt, während noch die Regeleinrichtung eine Stellung einnimmt, die zur Kompensation eines ersten Erdschlusses dient, dann wird dieser Überstromschalter betätigt werden. Zur Begrenzung des Kurzschlussstromes wird man aber vor allem die Impedanz, den Stromerzeuger und die Abbildwicklung oder irgendeinen dieser Apparate mit entsprechend hoher Streuinduktivität ausrüsten.
In vielen Fällen wird es dann auch genügen, wenn der Sehutzschalter 9 mit einer Überstromwicklung versehen wird und dadurch die vor allem beanspruchte Kapazität der Impedanz 8 oder 25 ausschaltet. Wenn das Netz nicht lange in verlagertem Zustand betrieben werden soll, kann auch der Leistungssehalter 9 mit einem Zeitrelais verbunden werden, so dass der Stromkreis der Schutzeinrichtung nach Ablauf einer bestimmten Zeit unterbrochen wird. Vielfach werden einzelne Netzteile über Reaktanzen, wie sie mit 52 in Fig. 6 bezeichnet sind, miteinander verbunden.
Wenn dann die Schutzeinrichtung einen Erdschluss in einem benachbarten Netzteil kompensieren soll, dann muss sie eine höhere Zusatzspannung aufbringen, als das Erdschlussrelais 29 anzeigt, da die Erdschlussspannung, die an der Einbaustelle erscheint, geringer ist als die tatsächlich mit dem Erdschluss behafteten Netzteile j, Ti herrschende. Durch entsprechende an sich bekannte Zusatzeinrichtungen, welche die Lage des Erdschlusspunktes in bezug auf die Reaktanzen 5 erkennen lassen, wird dann die Koppelung des Erdschlussrelais 29 mit der Regeleinrichtung 28 in der Weise beeinflusst, dass die Regeleinrichtung bei einem Erdschluss, der in einem andern Netzteil liegt, entsprechend höher einreguliert ist.
Um zu erkennen, ob ein Erdschluss gelöscht ist, kann man ein Voltmeter 51 (Fig. 6) mit zwei Zeigern anordnen, die beide von der zwischen dem Systemnullpunkt und Erde herrschenden Spannung beeinflusst werden. Der eine Zeiger wird aber noes nährend des Bestehens des Erdschlusses festgehalten. Ist nun der Ausgleichsstrom J2, der von der Einrichtung nach der Erfindung geliefert wird, genau gleich dem Erdschlussstrom J1, dann wird auch nach dem Erlöschen des Erdschlusses nichts geändert. In dem an Hand der Fig. 6 gezeigten Diagramm ist angenommen, dass der Strom J2 zu klein wäre. Nach dem Erlöschen des Erdschlusses müssen jedoch Ji und J2 gleich gross werden, d. h. J1 wird kleiner und J2 grösser, bis ihre Werte übereinstimmen.
Dem kleiner gewordenen Strom J1 entspricht eine ebensolche Erdschlussspannung UE, d. h. die wiederkehrende Spannung beträgt Ul'h-UR, dargestellt durch den Vektor E-T. Der festgehaltene Zeiger des Voltmeters 51 zeigt dementsprechend einen grösseren Ausschlag an als der bewegliche. Es ist demnach leicht zu erkennen, ob der Erdschluss noch weiter besteht oder bereits gelöscht ist.
An Stelle des Voltmeters 51 kann man bei der Ausführung nach Fig. 5 ein dem Relais 47, das auf die Differenz der in den beiden Wandlern 41 und 46 gewonnenen Spannungen anspricht, parallelgeschaltetes Nullvoltmeter anordnen. Wenn dieses auch nach der Löschung des Lichtbogens Null anzeigt, dann war die Regeleinrichtung auf richtige Kompensation eingestellt. Durch Bewegen des Kontakthebels oder Regeln der Impedanz 8 kann man feststellen, ob der Erdschlusslichtbogen bereits gelöscht ist oder nicht. Wenn nämlich nach der Änderung der Regeleinstellung das Nullvoltmeter keinen Ausschlag zeigt, so ist dies ein Beweis dafür, dass die Kompensation richtig getroffen war.
Die im Erdschlusskreis liegenden Impedanzen 8, die vorzugsweise als Kapazitäten ausgebildet sind, wird man zweckmässig in den Sekundärkreis eines Transformators legen, dessen Primärwicklung in die Erdschlussverbindung geschaltet ist. Die Spannung der Sekundärwicklung ist dabei mit Rücksicht auf eine wirtschaftliche Ausnutzung der Impedanzen zu wählen. Die Darstellung der Abbildwicklungen wurde bei den Ausführungsbeispielen auf die vorkommenden Wicklungen der an das Netz angeschlossenen Apparate als Ganzes beschränkt. Es besteht aber die Möglichkeit, die einzelnen Wicklungen, wie sie bei den vorkommenden Maschinen gebildet werden, aus Teilwicklungen zusammenzusetzen, in der Weise, dass die einzelnen Wicklungselemente einer Maschine in den Abbildwicklungen nachgebildet werden, indem man z.
B. die einer Maschine des Netzes entsprechende Abbildwicklung statt auf einem Transformatorkern in einem Maschinengehäuse nach derselben Wickelart anordnet.
Da die Einrichtung der Erfindung ebensowenig wie die bekannte induktive Löscheinrichtung geeignet ist, die Wirkungen eines Mehrfacherdschlusses zu beseitigen, ist es zweckmässig, bei einem solchen die Einrichtung nicht in Tätigkeit treten zu lassen.
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Device for compensation of the earth fault current.
It is already known to connect inductive quenching devices between the network to be protected and earth to compensate for the earth leakage current, which are matched to the capacity of the network to earth in such a way that the reactive component of the earth fault current disappears. Special devices that are designed as oscillating circuits to compensate for the higher harmonics of the network have already been used. Such devices are expensive because of the size of the inductive reactive power to be applied: in addition, the visual oscillation circles formed by the inductances of the device and the capacity of the network occur, especially then. if the attenuation is low, an undesirable excitation is easy.
By using iron, the inductance of the device also depends on the level of the earth fault voltage, so that this coordination does not have its most favorable value for every earth fault that occurs and is different from that in the case of a partial earth fault in the case of a full earth fault.
In order to bring the potential of the earth-closed conductor to zero and thereby extinguish the earth-fault arc, arrangements have also been made in which the faulty mains conductor is connected directly to earth by a switch, a so-called protective earth. However, since the bridging by the switch is only an effective secondary
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order only an imperfect protection is achieved. In the event of an earth fault that affects the winding part of a machine, the protective earth means a danger for the faulty apparatus due to the short-circuiting of windings.
According to the invention, these disadvantages of the known devices are eliminated by the fact that when an earth fault occurs between earth and a network point, the potential of which towards the system zero point corresponds to the potential of the earth-connected point towards the system zero point completely or almost in terms of size and phase position, an impedance and in series with This an additional AC voltage is switched, the frequency of which is the same as the mains frequency and whose magnitude and phase position is set so that a current that compensates for the earth fault current occurs.
For this purpose, the voltage of the power generator is chosen so that the voltage drop of the series impedance of the compensation circuit is preferably compensated for the additional impedance of the device.
In Fig. 1 an embodiment of the invention is shown. Various loads and power generators 1, 2, 3, 4 with different winding arrangements are connected to the power line R8T. The windings of apparatus 1 are connected in A, those of apparatus 2 in zigzag, of apparatus 3 in triangle and of apparatus 4 in star. According to the invention, a device is now connected to the network which consists of individual windings arranged on iron cores, which represent the image of all the windings occurring in the network.
In the present case, these image windings 6 consist of a star winding and a triangular winding arranged on a special iron core.
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to connect the point B via an impedance 8 and a power generator 7 to earth. The power generator 7 then has to supply a current J2 which is opposite to the earth fault current J1 occurring at point A and of the same size, so that at point A both currents cancel each other out. For this purpose it is expedient to design the power generator 7 as a rotary regulator with a three-phase primary winding connected to the mains and a single-phase secondary winding which always supplies an equally large voltage U, but its direction depends on the rotor position.
The phase position can be determined by appropriate relay devices described on the basis of the illustrations below and used to adjust the rotor. The size of the voltage can be adjusted by means of appropriate control devices in the primary circuit. These relationships can be read from the voltage diagram shown. The voltage that point A in the triangle of the interlinked voltages RST possesses in relation to zero point N is denoted by UE. This voltage is the same as the voltage U of point B of the image movement towards the system zero point. The power generator 7 must therefore supply a voltage U which is the same size and in the opposite direction to the voltage Uc, Ue representing the voltage drop in the impedances of the earth fault circuit, preferably that of the impedance 8.
In the figure it is assumed that U and U z are in phase with U ″ or UE. This is the case when the impedance 8 is chosen so that its effective resistance to its reactance is in the same ratio as the effective resistance to that Reactance of the network. Since the latter mainly consists of a capacitance that can be connected to the neutral point N of the neutral point winding 4 and connected between earth (the impedance 8 must also preferably consist of a capacitance. With such a selected ratio of active -and reactance of the impedance 8 corresponding to the real and reactance of the network is also the
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change the station current by the same amount.
The size of the impedance 8 can be selected as desired. The following considerations are decisive for the choice of its size: If the impedance and the power generator are connected to point B of the image winding, for example, and at this point the earth fault at A is deleted again and the earth fault point has full insulation resistance again, but a second earth fault on one occurs elsewhere, this causes an overcurrent in the device of the invention.
The size of this overcurrent is now dependent on the size of the impedance 8. To its limitation
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the power generator 7 has to apply, the greater the greater the voltage drop Uc across the impedance. With a view to economic execution, both requirements are brought into harmony by using a level that is harmless for the network facilities for the overcurrent that occurs in the event of a second earth fault.
The effect of the arrangement on the overcurrent is therefore the same as that of a perfect one. d. H. at the respective Erdsehlussstelle arranged protective earth, but without the disadvantages of the Sehutzerders such. B. the overcurrents occurring with a second short-circuit, see set.
This effect is achieved in that the voltage difference between the earth-connected point and earth is made zero by an additional voltage and that this voltage is inserted into the earth fault circuit via resistors dimensioned in such a way that no harmful overcurrents occur.
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need to be, the power to be generated by the power generator is only very low and only a fraction of the power that an inductive quenching device would have to have. By appropriately dimensioning the generator and the image, it is possible to design the curve of the voltage that is imposed on the network in such a way that it matches the voltage curve of the system zero point against the corresponding winding parts occurring in the network.
This not only compensates for the fundamental wave of the earth fault current, but also its harmonics. Likewise, by appropriately designing the impedances 8, d. H. By subdividing active and reactive resistances accordingly, it is possible to compensate not only the capacitive but also the ohmic component of the earth fault current.
Instead of arranging a special apparatus 7 to generate the additional voltage, the image development itself can also be used for this purpose. In Fig. 2 an embodiment is shown for this. The star-connected part of the image structure 11 is enlarged by winding parts. so that the corner points of the star winding U1, V1 and Wi connected to the network correspond to the points U2, V2, ha, the voltage of which is already increased by the voltage Us compared to the system zero point. With the points Fs, K :, the corner points of the other part of the image development are connected. which contains a triangle, zigzag and A-winding.
The grounded point J. then corresponds to the point D of the image winding, whose potential towards the system zero point is already around
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(see vector image).
FIG. 2 also shows how point D of the image winding is selected. The image winding is provided with numerous taps which are led to a contact selector 15. A lever 20 moves over the contacts of the selector 15, the axis 19 of which is connected to earth via the impedance 8 and a protective spark gap 14 connected in parallel, and on the other hand, depending on its position, establishes the connection to the corresponding point of the image. The contact lever 20 is designed in such a way that it can both perform rotating movements about its axis and also change the distance of its contact piece from the axis 19.
These movements are carried out by devices known from telecommunications technology in accordance with the specifications of an asymmetric 16 known per se. The asymmetry meter 16, which is connected to the network RST via voltage converter 18, shows in a known manner the position of the grounded point 22 relative to the
System zero point and controls the contact lever 20 to the corresponding contact 17.
In order to use the image winding 11 at the same time to supply power, a winding 12 is arranged on its legs, which is used to feed electrical loads 13.
If the device is only intended to provide earth faults in power lines, i. H. Detect so-called full earth faults, then the arrangement of image windings is superfluous. Instead of the asymmetry, simple earth fault relays are used that select the earth-closed phase and switch the additional impedance and the auxiliary voltage to it.
The setup is also simplified if, as is the case in many networks, only star-connected windings are used. In Fig. 3, an embodiment of the invention is shown for this case. It is assumed that an overhead line 23 establishes the connection between the busbars of two stations A and B. The transformers 11 in Plant A and 24 in Plant B are star-connected on the high-voltage side, as are the other non-illustrated machines in the network. The transformer 11 is at the same time designed as a replica winding of the star connection of the network RST and is connected to a control device 28 which is controlled by an earth fault relay 29.
The relay 29 is connected to the secondary winding of a voltage converter 37 in an open triangle
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Representation H connected, while the star winding is set according to a special control apparatus, such as that described in FIG. The contact lever 39 is driven by a motor 45, which is set in motion directly or indirectly by the ground fault voltage. To
A ground fault relay 29 connected to a voltage converter 41 is provided to obtain the ground fault voltage. The voltage converter 41 is placed in parallel with an earth fault coil 40 and a switch 42, both of which are built into the earth connection of the star point N2 of the imaging winding 11.
Another voltage converter 46 is placed between the contact lever 39 and the star point N2, the secondary winding of which is connected to the secondary winding of the current converter 41 in such a way that the difference between the voltages of the two converters takes effect in the relay 47. When this difference has become zero, i.e. H. If the voltage generated by the device is equal to the earth fault voltage and is rectified, a circuit breaker 9 is actuated, which is located in the connection line between the contact lever 39 and earth above the impedance 8. At the same time, the contacts 43 are actuated by the switch 9, which interrupt the power supply to the motor 45 and thereby stop the contact lever 39.
Furthermore, a contact 44 is closed with the switch 9, thereby opening the protective switch 42. The ground fault coil 40, which up to this point took over the compensation of the ground fault current, is switched off at this point.
In the event of an earth fault affecting a delta winding of the network at point A, the selection of the corresponding point of the image winding 11 is only made by actuating the contact selector 38. However, if the earth fault is in a star winding of the network, an unsuccessful one must Rotation of the contact lever 39, the star winding can be adjusted in the manner described with reference to FIG. The contact lever 39 must be adjusted to the corner point of the triangular winding that is connected to the earth faulted phase. The device described brings about this setting automatically within the second rotation of the lever 39. The position of the voltage vectors can be seen from the vector diagram attached.
In order to make the star winding of the image winding 11 controllable, a double rotary control can also be connected upstream of the terminals U1, U1, W'1. The connection of the triangular winding can then
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Relay 29 take place.
In a manner similar to that in three-phase networks, the invention can also be used in two-phase network cells. An exemplary embodiment for this is shown in FIG. The Abbildwieldung consists of tapped winding parts that are magnetically closely linked by a special secondary winding 12. A control apparatus 28, which is influenced by the level of the earth-fault voltage supplied by the relay 29, sets the point of the image winding 11 corresponding to the earth-connected point. To select the correct phase, a changeover switch 48 is provided, which is switched by a coil 33 actuated by the relay set 31. The relay set 31 serves, as in FIG. 3, to select the earth-closed phase.
With the movement of the contact lever 30 of the switch
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The impedance 25 can of course also be used for fine control.
The device can also be combined with a ground fault coil 26 in such a way that first the coil 26 is switched on and then the inductance is regulated back to the same extent as the device of the invention compensates for the ground fault current. The operation of both devices can also take place in such a way that the inductive quenching device 26 is switched off when the
Switch 9 connects the image winding 11 to earth.
To protect the device according to the invention, in addition to the circuit breaker 9, a three-pole overcurrent switch can be provided in all cases, which is built into the connection line between the image winding 11 and the network. If a short-circuit current then occurs as a result of a second earth fault while the control device is still in a position that serves to compensate for a first earth fault, this overcurrent switch will be actuated. In order to limit the short-circuit current, however, the impedance, the current generator and the imaging winding or any of these devices will be equipped with a correspondingly high leakage inductance.
In many cases it will also be sufficient if the protective switch 9 is provided with an overcurrent winding and thereby switches off the above all stressed capacitance of the impedance 8 or 25. If the network is not to be operated in a shifted state for a long time, the power switch 9 can also be connected to a time relay, so that the circuit of the protective device is interrupted after a certain time has elapsed. In many cases, individual network parts are connected to one another via reactances, as they are denoted by 52 in FIG. 6.
If the protective device is then to compensate for an earth fault in a neighboring power supply unit, then it must apply a higher additional voltage than the earth fault relay 29 indicates, since the earth fault voltage that appears at the installation point is lower than the power supply units j, Ti that actually have the earth fault ruling. The coupling of the earth fault relay 29 to the control device 28 is then influenced by corresponding additional devices known per se, which reveal the position of the earth fault point in relation to the reactances 5, in such a way that the control device in the event of an earth fault in another power supply unit , is regulated accordingly higher.
In order to recognize whether an earth fault has been deleted, a voltmeter 51 (FIG. 6) with two pointers can be arranged, both of which are influenced by the voltage between the system zero point and earth. However, one pointer is no longer held while the earth fault exists. If the equalizing current J2, which is supplied by the device according to the invention, is exactly equal to the earth fault current J1, then nothing is changed even after the earth fault has been extinguished. In the diagram shown with reference to FIG. 6, it is assumed that the current J2 would be too small. After the earth fault has been extinguished, however, Ji and J2 must be equal, i.e. H. J1 gets smaller and J2 bigger until their values match.
A ground fault voltage UE of the same type corresponds to the current J1, which has become smaller, i.e. H. the restoring voltage is Ul'h-UR, represented by the vector E-T. The held pointer of the voltmeter 51 accordingly shows a larger deflection than the movable one. It is therefore easy to see whether the earth fault still exists or has already been deleted.
Instead of the voltmeter 51, in the embodiment according to FIG. 5, a zero voltmeter can be arranged in parallel with the relay 47, which responds to the difference between the voltages obtained in the two converters 41 and 46. If this shows zero even after the arc has been extinguished, then the control device was set to correct compensation. By moving the contact lever or regulating the impedance 8 one can determine whether the earth-fault arc has already been extinguished or not. If the zero voltmeter shows no deflection after changing the control setting, this is proof that the compensation was correct.
The impedances 8 in the earth fault circuit, which are preferably in the form of capacitances, are expediently placed in the secondary circuit of a transformer, the primary winding of which is connected to the earth fault connection. The voltage of the secondary winding is to be selected with consideration for an economical use of the impedances. In the exemplary embodiments, the representation of the image windings was restricted to the windings occurring in the apparatuses connected to the network as a whole. However, there is the possibility of assembling the individual windings, as they are formed in the machines that occur, from partial windings in such a way that the individual winding elements of a machine are reproduced in the image windings by z.
B. arranges the image winding corresponding to a machine of the network instead of on a transformer core in a machine housing according to the same winding type.
Since the device of the invention is just as unsuitable as the known inductive quenching device for eliminating the effects of a multiple earth fault, it is advisable not to let the device come into operation in such a case.