DE19620141C2

DE19620141C2 - Meßanordnung zum Erfassen von Erdschlüssen im Erregerkreis einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE19620141C2
Application number: DE19620141A
Authority: DE
Inventors: Juergen Fritischi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-05-07
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: DE19620141A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zum Erfassen eines Erdschlusses im Erregerkreis einer elektrischen Maschine, bei der ein eine Spannung mit einer im Hz-Bereich liegenden Frequenz abgebender Rechteckgenerator einerseits über hochohmige Widerstände symmetrisch an den über Erdkapa zitäten mit Erde verbundenen Erregerkreis angekoppelt ist und andererseits über einen Meßshunt mit Erde verbunden ist und bei der unter Heranziehung jeweils einer Halbperiode einer an dem Meßshunt abfallenden Spannung sowohl eine Überprüfung eines den Erregerkreis, den Rechteckgenerator und den Meßshunt enthaltenden Meßkreises auf Unterbrechung als auch die Erfassung des Erdschlusses erfolgt.

Bei einer bekannten Schutzanordnung (Siemens-Handbuch "7UM515 V1 Digitaler Maschinenschutz", Best.-Nr. C7300-G1100-C84-1) wird eine Meßanordnung dieser Art verwendet. Bei dieser Meßanordnung wird zur Überwachung des den Erregerkreis der Maschine, den Rechteckgenerator und den Meßshunt aufweisenden Meßkreises auf Unterbrechung der Umstand ausgenutzt, daß auch bei einem einwandfreien Betrieb der elektrischen Maschine bei jedem Polaritätswechsel der Spannung des Rechteckgenerators über die Erdkapazitäten des Erregerkreises der Maschine ein kapazitiver Ladestrom fließt. Überschreitet dieser Ladestrom einen vorgegebenen Wert nicht, dann wird dies als Anzeichen dafür gewertet, daß eine Unterbrechung des Meßkreises einge treten ist. Eine Feststellung einer Unterbrechung des Meß kreises ist wichtig, weil die Meßanordnung bei unterbrochenem Meßkreis Erdschlüsse nicht erfassen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der eingangs angegebenen Art so fortzuentwickeln, daß eine Unterbrechung des Meßkreises mit vergleichsweise hoher Si cherheit erfaßt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei der oben beschriebenen Meß anordnung erfindungsgemäß an den Meßshunt eine Integrieran ordnung angeschlossen, die aus der am Meßshunt abfallenden Spannung eine der Spannungszeitfläche jeweils während einer Halbperiode der Spannung des Rechteckgenerators entsprechende Meßgröße erzeugt und an ihrem Ausgang eine meßgrößenabhängige Ausgangsgröße bereitstellt, und der Integrieranordnung ist eine Grenzwertstufe nachgeordnet, die bei einem unterhalb eines vorgegebenen unteren Grenzwertes liegenden Wert der Ausgangsgröße ein die Unterbrechung des Meßkreises angebendes Alarmsignal abgibt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Meßanordnung wird darin gesehen, daß sie unempfindlich gegenüber Störgrö ßen im Meßkreis ist. Durch die Integrierschaltung werden nämlich über den Meßshunt auch erfaßte, in der Regel kurzzei tige Störgrößen und Oberschwingungen seitens des Erreger kreises in ihrem Einfluß erheblich verringert, so daß das ge mäß der Erfindung erzeugte Alarmsignal mit großer Sicherheit nur dann gebildet wird, wenn tatsächlich eine Unterbrechung des Meßkreises aufgetreten ist. Dazu trägt bei, daß der untere Grenzwert unter Berücksichtigung der jeweiligen Erdkapazitäten des zu überwachenden Erregerkreises einge stellt werden kann und Einfluß auf die Bildung des Alarmsi gnals hat, weil die Größe der Spannungszeitfläche der Ladung und damit dem Produkt aus Erdkapazitäten und Spannung des Rechteckgenerators proportional ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Meßanordnung wird darin gesehen, daß bei digitaler Weiterverarbeitung der Spannung am Meßshunt mit vorangehender üblicher Abtastung der Analogwerte die Abtastung der Ausgangsgröße der Integrierschaltung zu erheblich zuverlässigeren Ergebnissen führt.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausfüh rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzanordnung darge stellt.

Die Schutzanordnung 1 enthält einen Rechteckgenerator 2, der eine sehr niederfrequente Spannung Ug(t) abgibt; die Frequenz dieser Spannung Ug(t) liegt in der Größenordnung zwischen 0,5 und 4 Hz. Der Rechteckgenerator 2 ist über eine Ausgangs klemme 3 und zwei hochohmige Vorwiderstände 4 und 5 symme trisch an einen Erregerkreis 6 (nur schematisch dargestellt) einer im übrigen nicht weiter gezeigten elektrischen Maschine angekoppelt. Der Erregerkreis 6 weist Erdkapazitäten 7 und 8 auf, die jeweils dem halben Wert CE/2 der gesamten Erdkapazi tät CE des Erregerkreises 6 entsprechen. Hinsichtlich seiner anderen Ausgangsklemme 9 ist der Rechteckgenerator 2 über einen Meßshunt 10 mit Erde verbunden. Es wird demzufolge von dem Erregerkreis 6 unter Einschluß der Vorwiderstände 4 und 5 mit dem Rechteckgenerator 2 und dem Meßshunt 10 ein Meßkreis gebildet, der sich über die Erdkapazitäten 7 und 8 des Erregerkreises 6 schließt.

Durch die Spannung Ug(t) wird bei jedem Polaritätswechsel ein Ladestrom Ig(t) durch die Vorwiderstände 4 und 5 und die Erd kapazitäten 7 und 8 des Erregerkreises 6 getrieben, der in dem Meßshunt 10 einen dem Ladestrom Ig(t) proportionalen Spannungsabfall Umes hervorruft; dieser Ladestrom steigt nach jedem Polaritätswechsel steil an und fällt danach expo nentiell ab. Der Spannungsabfall Umes wird über Schaltungs punkte 11 und 12 erfaßt und zur Erdschlußerfassung in einer nicht weiter beschriebenen Weise ausgewertet. Einzelheiten dieser Auswertung sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht weiter von Interesse, so daß darauf hier nicht näher eingegangen wird. Für diese Auswertung wird auch die über einen besonderen Schaltungskreis 13 gewonnene Steuerspannung Ust herangezogen, die der Summe der Spannung Ug(t) und der Spannung Umes entspricht. Diese Spannung Ust steht an weiteren Schaltungspunkten 14 und 15 zur Verfügung und wird zusammen mit der Spannung Umes an den Schaltungs punkten 11 und 12 zum Erfassen von Erdschlüssen des Erreger kreises 6 verwendet.

Das Erfassen von Erdschlüssen im Erregerkreis 6 ist nur dann zuverlässig mit der Schutzanordnung 1 möglich, solange tat sächlich ein Strom Ig(t) fließen kann, also der Meßkreis mit dem Rechteckgenerator 2 nicht unterbrochen ist. Um eine sol che Unterbrechung feststellen zu können, ist bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel an den Meßshunt 10 eine Integrieranordnung 16 angeschlossen, die während jeweils einer Halbperiode der Spannung Ug(t) des Rechteckgenerators 2 eine Spannungszeitfläche bzw. Meßgröße aus der ihr zu geführten Spannung Umes bildet. Eine Ausgangsgröße A am Aus gang 17 der Integrieranordnung 16 entspricht somit dieser Spannungszeitfläche bzw. Meßgröße bzw. der Ladungsänderung der Erdkapazitäten 7 und 8 und wird in einer nachgeordneten Grenzwertstufe 18 betragsmäßig darauf untersucht, ob sie unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt. Ist dies der Fall, dann wird an einem Ausgang 19 der Schutzanordnung 1 ein Alarmsignal S erzeugt. Dieses Alarmsignal S signalisiert demzufolge, daß der Meßkreis unterbrochen ist, so daß die Schutzanordnung 1 Erdschlüsse nicht erfassen kann, weil der dazu notwendige Ladestrom Ig(t) nicht fließen kann.

In Abweichung von der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Ausgangsgröße A der Integrieranordnung aus der Differenz jeweils aufeinanderfolgender Spannungszeitflächen (Meßgrößen) gebildet sein. Vorteil davon ist, daß ein möglicherweise durch den Erregerkreis 6 verursachtes Offset bzw. Gleichgröße eliminiert wird.

Die Integrationszeit der Intergrieranordnung ist jeweils da durch bestimmt, daß mittels der Steuerspannung Ust die Null durchgänge dieser Spannung erfaßt werden, die jeweils nach einer Halbperiode auftreten. Über einen Steuereingang 20 der Integrieranordnung 16 können den jeweiligen Polaritätswechsel der Spannung Ug(t) kennzeichnende Signale der Intergrier anordnung 16 zugeführt werden, so daß das Ausgangssignal A dieser Intergrieranordnung tatsächlich jeweils der Spannungs zeitfläche entspricht, die sich aufgrund einer Integration während jeweils einer Halbperiode der Spannung Ug(t) ergibt.

Claims

1. Meßanordnung zum Erfassen eines Erdschlusses im Erreger kreis einer elektrischen Maschine, bei der
ein eine Spannung mit einer im Hz-Bereich liegenden Fre quenz abgebender Rechteckgenerator einerseits über hochohmige Widerstände symmetrisch an den über Erdkapazi täten mit Erde verbundenen Erregerkreis angekoppelt ist und andererseits über einen Meßshunt mit Erde verbunden ist und bei der
unter Heranziehung jeweils einer Halbperiode einer an dem Meßshunt abfallenden Spannung sowohl eine Überprüfung eines den Erregerkreis, den Rechteckgenerator und den Meßshunt enthaltenden Meßkreises auf Unterbrechung als auch die Erfassung des Erdschlusses erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß
an den Meßshunt (10) eine Integrieranordnung (16) ange schlossen ist, die aus der am Meßshunt (10) abfallenden Spannung (Umes) eine der Spannungszeitfläche jeweils wäh rend einer Halbperiode der Spannung (Ug(t)) des Rechteckge nerators (2) entsprechende Meßgröße erzeugt und an ihrem Ausgang (17) eine meßgrößenabhängige Ausgangsgröße (A) be reitstellt, und
der Integrieranordnung (16) eine Grenzwertstufe (18) nach geordnet ist, die bei einem unterhalb eines vorgegebenen unteren Grenzwertes liegenden Wert der Ausgangsgröße (A) ein die Unterbrechung des Meßkreises angebendes Alarmsignal (S) abgibt.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße (A) der Integrieranordnung (16) der Meß größe entspricht.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße der Differenz jeweils zweier aufeinander folgender Meßgrößen entspricht.