Einrichtung zum selektiven Erkennen eines mit Erdschluss behafteten Netzteils eines Hochspannungsnetzes. Wenn in einem Netzteil eines Hochspan nungsnetzes ein Erdschluss auftritt, dann ist es nicht ohne weiteres möglich, an den Span nungen gegen Erde zu erkennen, in welcher Zweigleitung die Fehlerstelle liegt, weil die Netzleiter aller Zweigleitungen sofort das Potential der zugehörigen Netzleiter der vom Erdsehluss betroffenen Zweigleitung annehmen.
Aus diesem Grunde ist bei durch Löschspulen geschützten Netzen bereits vorgeschlagen wor den, die Wattkomponente des an der Fehler stelle trotz der Abgleichung der Löschspule noch verbleibenden Erdschlussreststromes zum selektiven Erkennen der mit Erdschluss be hafteten Zweigleitung zu benutzen.
In die Netzleiter der Zweigleitungen werden zu die sem Zweck in der Nähe ihres Anschlusses an die Sammelschienen Wattmeter eingebaut, deren Stromspule von dem Fehlerstrom des Netzleiters, deren Spannungsspule aber von der an der Löschspule herrschenden Spannung gespeistwird. Beimfehlerhaften, symmetrischen Netz ist diese Spannung relativ klein und ein Fehlerstrom nicht vorhanden und der Ausschlag des Wattmeters Null, iw Erdschluss- falle aber ist ein Fehlerstrom vorhanden und die Spannung an der Löschspule steigt bis zum Wert der vollen Spannung der betroffe nen Netzphase.
Hierdurch tritt in dem Watt tneter welches in dem mit Erdschluss behafte ten Netzleiter liegt, ein erheblicher Ausschlag ein, während die in den Netzleitern gleicher Phase der andern Zweigleitungen eingebauten Wattmeter .einen . erheblich geringeren Aus schlag zeigen. Diese Einrichtungen haben aber erhebliche Naehteile. Schon der Um stand, dass es sich um Wattmeter handelt, bedingt die Zuführung vieler Spannungslei tungen zu den einzelnen Instrumenten, und da nicht die Hochspannung der Löschspule direkt verwendet werden kann, ist die Ver wendung eines oder mehrerer Spannungs- transformatoren erforderlich.
Hinzu kommt, dass die sichere Verschiedenheit der Watt meterausschläge zwischen dem Betrieb bei gesundem und krankem Netz nicht vorhanden ist, wenn die Löschspule auch bei gesundem Netz bereits eine erhebliche Spannung auf weist, wie es zum Beispiel als Folge einer Netzunsymmetrie der Fall sein kann.
Bei grossen Kapazitäts-Unsymmetrien und geringen Ableitungsverlusten kann schon im normalen Betrieb die Spannung an der Spule gleich oder sogar grösser als die Phasenspannung des Netzes und ein Fehlerstrom vorhanden sein, und daher ist es möglich, dass schon bei Normalbetrieb des Netzes erhebliche Wattmeteraussehläge vorhanden sind, die das selektive Erkennen einer fehlerhaften Zweig leitung sehr erschweren, wenn nicht unmög lich machen.
Bei diesem Verfahren wurde, wie bereits erwähnt, die Wattkomponente des an der Fehlerstelle noch verbleibenden Erdschluss-Reststromes, der einen Teil des kranken Netzleiters durchfliesst, zum selektiven Erkennen der betreffenden Zweigleitung ver wendet. Nun ist aber eine andere Möglich keit dadurch gegeben; dass man die ebenfalls im Erdschluss-Reststrom verbleibende Ober wellenkcmponente des Erdschlussstromes zu dem genannten Zweck verwendet.
Gegenstand der Erfindung ist hiernach eine Einrichtung zum selektiven Erkennen eines rnit Erdschluss behafteten Netzteils eines Hochspannungsnetzes, bei welcher in die Zweigleitungen auf höhere Harmonische ansprechende Vorrichtungen eingeschaltet sind; welche im Erdschlussstrom enthaltene Har monische anzeigen. Hier können beispiels weise die bekannten Frequenzmesser mit schwingenden Zungen verwendet werden, welche das gleichzeitige Vorhandensein mehre rer Wellen verschiedener Frequenz anzeigen oder die Abschaltung des kranken Netzteils herbeiführen.
Da es aber vor allem auf das Erkennen der Oberwelle ankommt, ist es zweckmässig; die Frequenzmesser nicht direkt mit dem Leiterstrom, sondern über Strom wandler zu speisen, deren Sekundärspule mit der Primärspule lose gekoppelt ist. Hierdurch wird die Empfindlichkeit der auf die Ober harmonische ansprechenden Zungen für die Grundfrequenz verkleinert.
Eine noch wirksamere Unterdrückung der Grundwelle im Frequenzmesserstromkreis wird an späterer Stelle bei Erläuterung der Fig. 3 angegeben werden. Das Auftreten höherer Harmonischer ist für den Zweck des selektiven Erkennens durch aus erwünscht und man kann es sogar dadurch unterstützen, dass man Löscheinrichtungen mit Eisensättigung ausführt. Die Lösch einrichtungen können Nullpunktsdrosselspulen, Polerdungsspulen, Löschtransformatoren, kurz alle zur induktiven Erdung die -enden Trans formatoren und Drosselspulen sein. Auch die zur Herstellung eines künstlichen Netznull punktes, z.
B. für den Anschluss einer Lösch- spule dienenden Einrichtungen werden eisen gesättigt dazu beitragen, class besonders die dritte Oberharmonische im Erdschlussstrorn ver stärkt wird. Erforderlichen Falles kann der An zeigevorrichtung auch die Eigenschaft eines Schutzrelais z. B. dadurch gegeben werden, dass sie im Erdschlussfalle direkt oder indirekt (über andere Relais) Schalter zur Auslösung bringt, welche die kranke Zweigleitung ab schalten oder Signaleinrichtungen zur Fern meldung betätigen.
Die Erfindung sei an Hand der Ausfüh rungsbeispiele der Fig. 1, 2 und 3 näher er läutert.
In Fig. 1 bedeutet G einen die Sammel schienen N speisenden Dreiphasengenerator, dessen Nullpunkt 0 über die Löschspule L geerdet ist. I und 1I sind Zweigleitungen, deren Phasen mit R, S und T bezeichnet sind. In die von den Sammelschienen ab gehenden Zweigleiter sind Frequenzmesser 17'R,1, 17',9r> 17r,, 1'a,rc, Fsr1, .FT", eingebaut, welche das Auftreten höherer Harmoniseher anzeigen.
Dieses Schaltbild ist nun durch die den Teilkapazitäten gegen Erde ent sprechenden Kondensatoren C und die den Ableitungswiderständen (bezw. totalen Ver lustwiderständen) entsprechenden Widerstände A ergänzt. Es ist angenommen, dass die Phase TI der Zweigleitung I Erdschluss hat was durch einen Blitzpfeil angedeutet ist. Es besteht somit eine leitende Verbindung im Punkte Q zwischen Leiter TI und Erde E und es fragt sich, welcher Art der den Lei ter Lt durchfliessende Reststrom ist.
Unter der Voraussetzung, dass die Löschspule L nahezu auf Resonanz mit den Teilkapazitäten des Netzes (in bezug auf die Grundwelle) abgestimmt ist, fliessen von jedem der gesun den Netzleiter drei Ströme zur Erde, nämlich ein Verluststrom J" ein Oberwellenstrom Ja und ein Kapazitätsstrom Ja der Grundfrequenz. Die Summe aller Kapazitätsströme (d' J.) durchfliesst nicht die Fehlerstelle, sondern tritt in die Löschspule L ein.
Die Summen aller Verlust- und Oberwellenströme dagegen, also s.' J, und s' Ja, treten in den Leiter T" ein und fliessen über diesen zur Sammelschiene und zum Generator. Während hiernach also der Leiter TI Ströme von Oberwellenfrequenz führt, ist dies bei dein in der Zweigleitung II befindlichen gleichphasigen Netzleiter TI, nicht der Fall.
Während der Frequenzmesser FTi das Vorhandensein dieser. Stromoberwelle an zeigt, ist am Frequenzmesser FT" kein Aus schlag wahrzunehmen.
Fasst man nun gemäss Fig. 2 die gleich- phasigen Frequenzmesser zu Gruppen zusäin- men darin ergibt sich rin Erdschlussfalle fol gendes Bild: Von den Frequenzmessern der im Erdschluss befindlichen Phase T sehlägt das im kranken Leiter I liegende Instrument stark aus, während das im Leiter II liegende Instrument keinen Ausschlag zeigt.
Die Fre- quenzmesser der andern Gruppen zeigen.ge- ringe und nahezu gleiche Ausschläge. Aus dem Verhalten der Frequerrzmesser ist also deutlich und eindeutig zu erkennen; welche Phase und welche Zweigleitung Erdschluss hat. In Fig. 3 ist eitle Schaltung zum An schluss des Anzeigeinstrumentes veranschau licht, durch welche die Einwirkung der Grund welle auf das Instrument ausgeschaltet wer den kann.
In dieser Figur stellt T einen mit dem Leiter D in Reihe geschalteten Stromwandler mit der Primärwicklung P und der Sekundärwicklung Q dar. Der Sekundär strom durchfliesst eine Brücke B, welche aus den vier Teilen Li, U71, L2, W2, gebildet ist.
Die Selbstinduktion Li und L2, wie auch die Widerstände Wi und W2 sind unter sich gleich und so bemessen, dass bei Stromdurch gang durch die Brücke, der Spannungsvektor der Grundfrequenz der Diagonale M N phasen- senkrecht auf dem Spantrungsvoktor der Dia gonale<I>U</I> Y steht.
Schliesst mal) nun d;e eine Spule eines anzeigenden Zweigspulen Instrumentes Z an die Punkte U V, die an dere an die Punkte .M <I>N</I> der Brücke an, dann zeigt das Instrument keinen Ausschlag, wenn Ströme der Grundfrequenz durch die Brücke fliessen.
Für jede Oberwelle aber steht der Spannungsvektor zwischen MN nicht mehr senkrecht auf dem Spannungsvektor zwischen U V, weil die Induktivitäten co Li und o,) L2 sich mit a geändert haben, während die Widerstände Wi und<B>1172</B> -ihren Wert behal ten. Treten also im Leiterstrom Oberwellen auf, so werden diese von dem Anzeigeinstru ment gemessen. Die Wirksamkeit der Ein richtungen nach Fig. 2 und Fig. 3 ist, wie ohne weiteres zu erkennen ist, unabhängig davon, ob eine Löschspule vorhanden ist oder nicht.
Eine andere Ausführungsmöglichkeit ist folgende: Klan schliesst die Klemmen der Sekundärwicklung des Stromwandlers über eitle auf Resonanz mit der Grundfrequenz abgestimmte Reihe von Selbstinduktion und Kapazität kurz. Wird an die gleichen Klem men dann- ein Voltmeter angeschlossen, so zeigt es nur Spannungen der Oberwellen frequenz an. Auch in dieser Weise lässt sich die Grundwelle von dein Anzeigeinstrument fernhalten.
Die beschriebene Anzeigevorrichtung kann auch dazu verwendet werden, von einer langen, einseitig gespeisten Zweigleitung dasjenige Teilstück zu erkennen, in welchem der Erd- schluss liegt. Wenn man nämlich auch in voneinander entfernte Punkte der Zweigleitung einige die Oberwellen anzeigende Instrumente einbaut, dann zeigen nur diejenigen Instru mente einen Oberwellenstrom an, welche in den Teilen der Zweigleitung liegen, welche sich zwischen Sammelschienen der Zentrale und der Fehlerstelle befinden; darüber hinaus schlagen die Instrumente nicht aus, weil der Erdschlussstrom diese Leiterteile nicht durch fliesst.
Werden die so verteilten Instrumente als Relais zum Abschalten der Leitung be nutzt, dann ist es zweckmässig, sie mit Zeit- einstellung derart wirken zu lassen, dass die Schaltzeiten umso kürzer sind, je weiter das Instrument von den Sammelschienen der Zentrale entfernt liegt. Die selektiven Eigen schaften der Anzeigevorrichtung lassen, sich auch bei kompliziertem Leitungsverlauf ver werten, nur muss dem einzelnen Falle die Anordnung der Instrumente sinngemäss an gepasst werden.
Der Vorteil des selektiven Erkennens liegt in der Möglichkeit, die Fehlerstelle rasch aufzusuchen und den Fehler in kürzester Zeit beseitigen zu können.
Device for the selective detection of a power supply unit of a high-voltage network with an earth fault. If a ground fault occurs in a power supply unit of a high-voltage network, it is not easily possible to tell from the voltages to ground which branch line the fault is in, because the line conductors of all branch lines immediately match the potential of the associated line conductors of those affected by the ground fault Accept branch line.
For this reason, in networks protected by quenching coils, it has already been proposed to use the watt component of the residual earth fault current at the fault location despite the adjustment of the quenching coil for the selective detection of the branch line with a ground fault.
For this purpose, wattmeters are installed in the mains conductors of the branch lines near their connection to the busbars, the current coil of which is fed by the fault current of the mains conductor, but the voltage coil is fed by the voltage prevailing at the quenching coil. In the case of a faulty, symmetrical network, this voltage is relatively small and there is no fault current and the deflection of the wattmeter is zero, but in the event of a ground fault, there is a fault current and the voltage on the quenching coil increases to the value of the full voltage of the network phase concerned.
As a result, there is a considerable fluctuation in the watt tneter which is located in the mains conductor afflicted with an earth fault, while the wattmeter built into the mains conductors of the same phase of the other branch lines. show considerably less deflection. However, these facilities have considerable sewing parts. The mere fact that it is a wattmeter necessitates the supply of many voltage lines to the individual instruments, and since the high voltage of the extinguishing coil cannot be used directly, the use of one or more voltage transformers is required.
In addition, there is no reliable difference in watt meter deflections between operation with a healthy and diseased network if the quenching coil already has a considerable voltage even with a healthy network, as can be the case, for example, as a result of a network asymmetry.
In the case of large capacity asymmetries and low leakage losses, the voltage at the coil can be equal to or even greater than the phase voltage of the network and a fault current can be present even during normal operation, and therefore it is possible that considerable wattmeter failures are already present during normal operation of the network, which make the selective detection of a faulty branch line very difficult, if not impossible.
With this method, as already mentioned, the watt component of the residual earth fault current remaining at the fault location, which flows through part of the diseased mains conductor, was used for the selective detection of the branch in question. But now another possibility is given; that one uses the harmonic component of the earth fault current, which also remains in the earth fault residual current, for the stated purpose.
The subject matter of the invention is a device for the selective detection of a power supply unit of a high-voltage network that is afflicted with an earth fault and in which devices responding to higher harmonics are switched into the branch lines; which display harmonics contained in the earth fault current. Here, for example, the known frequency meters with vibrating tongues can be used, which indicate the simultaneous presence of several waves of different frequencies or cause the disconnected power supply to be switched off.
But since it is primarily a question of recognizing the harmonic, it is useful; not to feed the frequency meter directly with the conductor current, but via current transformers, the secondary coil of which is loosely coupled to the primary coil. This reduces the sensitivity of the reeds that respond to the upper harmonics for the fundamental frequency.
An even more effective suppression of the fundamental wave in the frequency meter circuit will be specified at a later point in the explanation of FIG. 3. The occurrence of higher harmonics is desirable for the purpose of selective recognition and it can even be supported by executing quenching devices with iron saturation. The quenching devices can be zero point choke coils, pole grounding coils, quenching transformers, in short all the transformers and choke coils for inductive grounding. Also the point to produce an artificial net zero, z.
B. for the connection of a quenching coil serving devices will contribute iron saturated, especially the third harmonic in the earth fault current is strengthened. If necessary, the display device can also have the property of a protective relay z. B. be given by the fact that it triggers switches directly or indirectly (via other relays) in the event of an earth fault, which switch off the sick branch line or operate signaling devices for remote reporting.
The invention is based on the Ausfüh approximately examples of FIGS. 1, 2 and 3 he explains in more detail.
In Fig. 1, G means a three-phase generator feeding the busbars N, the zero point 0 of which is grounded via the quenching coil L. I and 1I are branch lines whose phases are denoted by R, S and T. Frequency meters 17'R, 1, 17 ', 9r> 17r ,, 1'a, rc, Fsr1, .FT ", which indicate the occurrence of higher harmonics, are built into the branch conductors going out from the busbars.
This circuit diagram is now supplemented by the capacitors C corresponding to the partial capacitances to earth and the resistors A corresponding to the leakage resistances (or total resistances). It is assumed that phase TI of branch line I has a ground fault, which is indicated by a lightning arrow. There is thus a conductive connection at point Q between conductor TI and earth E and the question arises as to what type of residual current flowing through the conductor Lt is.
Assuming that the quenching coil L is almost tuned to resonance with the partial capacitances of the network (with respect to the fundamental wave), three currents flow from each of the healthy network conductors to earth, namely a leakage current J ", a harmonic current Yes and a capacitance current Yes The sum of all capacitance currents (d 'J.) does not flow through the fault location, but enters the quenching coil L.
The sums of all loss and harmonic currents on the other hand, so see. ' J, and s' Yes, enter the conductor T "and flow via this to the busbar and to the generator. So while afterwards the conductor TI carries currents of harmonic frequency, this is the same-phase line conductor TI in the branch line II, not the one Case.
During the frequency meter FTi the presence of this. Shows current harmonic, no deflection can be perceived on the frequency meter FT ".
If the in-phase frequency meters are now combined into groups as shown in FIG. 2, the following picture emerges in the earth fault trap: Of the frequency meters for phase T, which is in the earth fault, the instrument in the diseased conductor I fails significantly, while the one in the conductor II lying instrument shows no rash.
The frequency meters of the other groups show small and almost identical deflections. The behavior of the frequency meter can therefore be clearly and unambiguously recognized; which phase and which branch line has an earth fault. In Fig. 3 vain circuit for connecting the display instrument is illustrated, through which the action of the fundamental wave on the instrument who can turn off.
In this figure, T represents a current transformer connected in series with the conductor D with the primary winding P and the secondary winding Q. The secondary current flows through a bridge B, which is formed from the four parts Li, U71, L2, W2.
The self-induction Li and L2, as well as the resistances Wi and W2, are equal to each other and are dimensioned in such a way that when current passes through the bridge, the voltage vector of the fundamental frequency of the diagonal MN is phase-perpendicular to the spantrungsvktor of the diagonal <I> U < / I> Y stands.
If one coil of an indicating branch coil instrument Z closes at the points UV, the other one at the points .M <I> N </I> of the bridge, then the instrument shows no deflection when currents of the fundamental frequency flow through the bridge.
For every harmonic, however, the voltage vector between MN is no longer perpendicular to the voltage vector between UV because the inductances co Li and o,) L2 have changed with a, while the resistances Wi and 1172 have their value keep th. So if harmonics occur in the conductor current, these are measured by the display instrument. The effectiveness of the devices according to FIGS. 2 and 3 is, as can be readily seen, regardless of whether an extinguishing coil is present or not.
Another possible implementation is as follows: Klan short-circuits the terminals of the secondary winding of the current transformer via a series of self-induction and capacitance that are tuned to resonance with the fundamental frequency. If a voltmeter is then connected to the same terminals, it only shows voltages of the harmonic frequency. In this way, too, the fundamental wave can be kept away from your display instrument.
The display device described can also be used to recognize that part of a long branch line fed on one side in which the earth fault is located. If one builds some instruments indicating the harmonics in distant points of the branch line, then only those instru ments indicate a harmonic current which are in the parts of the branch line which are located between the busbars of the control center and the fault location; In addition, the instruments do not deflect because the earth fault current does not flow through these conductor parts.
If the instruments distributed in this way are used as relays to switch off the line, then it is advisable to let them work with a time setting in such a way that the switching times are shorter the further away the instrument is from the central busbars. The selective properties of the display device can be evaluated even in the case of a complicated pipe run, only the arrangement of the instruments has to be adapted accordingly to the individual case.
The advantage of selective detection lies in the possibility of finding the fault location quickly and eliminating the fault in the shortest possible time.