DE2426871B2 - Erdschluss-ueberwachungseinrichtung - Google Patents

Description

3. Erdschluß-Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromdifferenz-Detektor ein Differenzübertrager (8) mit zwei Primärwicklungen (8.?, 8b) vorgesehen ist und daß jede dieser Primärwicklungen an einen der beiden Vergle'chsstromzweige (5, 3,6, 7, 7a, 8a bzw. 12,13,eingeschlossen ist.

4. Erdschluß-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vergleichsstromzweige zu einer im erschlußfreien Zustand des zu überwachenden Systems abgeglichenen Brückenschaltung (5, 3,6,7,7a; 8e, 8a; 12,13; 8c/, 8/^zusammengeschaltet sind.

5. Erdschluß-Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatz-Spannungsquelle als nichtlineares Übertragungsglied einen Gleichrichter (Diode 9), insbesondere einen Einweggleichrichter, aufweist.

6. Erdschluß-Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gektni/eichnet, daß dem Stromdifferenz-Detektor ein Bandpaß (14) mit übernetzfrequentem Durchlaßbereich nachgeschaltet ist.

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Die Erfindung betrifft eine Erdschluß-Überwachungseinrichtung für galvanisch vom Netz getrennte Wechsel- oder Drehstromsysteme, insbesondere für Wicklungen von Wechsel- oder Drehstrommaschinen, bei der zwischen einem Null- oder Sternpunkt des zu überwachenden Systems und Erde eine Zusatzspannungsquelle mit mindestens einer von der Netzfrequenz verschiedenen Frequenz eingeschaltet ist.

Am Sternpunkt eines erschlußfreien Wechselstromsystems tritt im Fall der Symmetrie keine Spannung gegen Erde auf, während bei Erdschluß im Abstand vom Sternpunkt zwischen diesem und Erde eine Verlagerungsspannung auftritt, von der grundsätzlich ein Erdschluß-Kennzeichnungssignal abgeltet werden kann. Diese Anordnung versagt jedoch bei Erdschluß unmittelbar am Sternpunkt, wobei trotz Fehler keine Verlagerungsspannung zur Verfügung steht, und auch im Fall von stärkeren Unsymmetrien im zu überwachenden System, die bei einwandfreier Anlage einen Erdschluß vortäuschen können. Man hat deshalb bereits zwischen dem Sternpunkt des zu überwachenden Systems und Erde eine Zusatzspannungsquelle eingeschaltet, deren Stromfluß im Erdschlußfall als Fehlerkennzeichen verwendbar ist.

Eine Erdschluß-Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art mit netzfrequenzfremder Zusatzspannung, die von einem entsprechend gesteuerten Wechselrichter geliefert wird, ist aus der DT-PS 14 63 574 bekannt. Diese Anordnung setzt eine Gleichstromquelle sowie eine hinreichend genaue und stabile Frequenzsteuerung für den Wechselrichter mit entsprechenden aktiven Schaltungselementen und vergleichsweise hohem Aufwand voraus. Außerdem erfolgt die Fehlerdetektion bei dieser bekannten Anordnung auf der Gleichstromseite des Wechselrichters, so daß durch das Auftreten von Leckströmen oder ähnlichen Fehlern innerhalb des Wechselrichters selbst ein Fehlerfall vorgetäuscht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer F.rdschluß-Überwachungseinrichtung, die sirh durch geringen Schaltungsaufwand und vergleichsweise einfachen Aufbau sowie entsprechende Robustheit und Betriebssicherheit auszeichnet. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einer Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die, die Zusatzspannung mit mindestens einer von der Netzfrequenz verschiedenen Frequenz liefernde Zusatzspannungsquelle eine netzfrequente Wechselspannungsquelle in Verbindung mit einem Übertragungsglied mit nichtlinearer Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist, daß an diese Zusatzspannungsquelle zwei Vergleichsstromzweige angeschlossen sind, deren erster die Impedanz wenigstens eines Stromzweiges des zu überwachenden Systems umfaßt und deren zweiter auf ein vorgegebenes Impedanzverhältnis zu dem ersten Vergleichsstromkreis im erdschlußfreien Zustand abgeglichen ist, und daß die beiden Vergleichsstromzweige mit einem auf wenigstens eine nichtnetzfrequente Signalkomponente ansprechenden Stromdifferenz-Detektor verbunden sind.

Diese Schaltungsanordnung ermöglicht es, mit einer einfachen Wechselspannungsquelle, vorzugsweise mit einer durch geringen Aufwand von der Netzspannung entnommenen Wechselspannung, und mit einfachen passiven, nichtlinearen Übertragungselementen, beispielsweise mit nur einer Diode als Einweggleichrichter, eine nichtnetzfrequente Zusatzspannung oder eine Zusatzspannung mit einer Mehrzahl von netzfrequenzfremden Frequenzkomponenten zu erzeugen und somit den Impedanzvergleich zwischen den Vergleichsstromzweigen von netzfrequenten Störspannungen unabhängig zu machen. Gleichzeitig ist die Überwachung unabhängig von der Lage eines auftretenden Erdschlusses innerhalb des zu überwachenden Systems, d. h. frei

von einer toten Zone, und insbesondere auch bei Erdschluß im Sternpunkt des zu überwachenden Systems voll wirksam.

Grundsätzlich ist es möglich, die beiden Vergleichsstromzweige in Serienschaltung auch in Parallelschaltung anzuordnen und demgemäß einen Spannungsvergleich bzw. einen Stromvergleich tür die beiden Zweige zur Feststellung einer Abweichung vom Abgleichzustand durchzuführen. Vorzugsweise wird jedoch eine Parallelschaltung mit Stromvergleich angewendet, wobei dieser Stromvergleich beispielsweise mittels eines Differenzübertragers oder eines Differenzverstärkers vorteilhaft einfach durchführbar ist und die Schaltungsteile außerdem im Erdschlußfall auf niedrigeren Spannungen gehalten werden können.

Weiterhin ist es grundsätzlich möglich, alle Frequenzkomponenten der durch das nichtlineare Übertragungsglied erzeugten Zusatzspannung oder doch einen wesentlichen Teil dieser Frequenzkomponenten, gegebenenfalls auch einschließlich einei netzfrequenten Komponente, für den Strom- bzw. Spannungsvergleich heranzuziehen, weil im allgemeinen ein ausreichender Anteil an netzfrequenzfremden Komponenten sichergestellt werden kann. Bevorzugt empfiehlt es sich jedoch, die netzfrequente Komponente auszufiltern und insbesondere einen Bandpaß mit übernetzfrequentem Durchlaßbereich in Verbindung mit dem Differenz-Detektor vorzusehen. Die netzfrequenten Störspannungen, und zwar sowohl diejenigen infolge netzfrequenter Verlagerungsspannung innerhalb des zu überwachenden Systems wie auch unsymmetrische SpannungskOitiponenten aus dem Netz, können dann im wesentlichen außer Betracht bleiben.

Die Erfindung wird weiter anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Hierin zeigt

F i g. 1 das Prinzipschaltbild einer Drehstrommaschine als zu überwachendes System in Verbindung mit einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung und

F i g. 2 eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung ohne das zu überwachende System.

F i g. 1 zeigt eine Synchronmaschine 1 mit Rotorwicklung 2 und Statorwicklung 3, letztere über einen Transformator 4 mit einem Drehstromnetz verbunden. Die Statorwicklung 3 der Synchronmaschine und die damit verbundene Wicklung 4a des Transformators stellen im Beispielsfall das zu überwachende System dar. Die parasitären Erdkapazitäten des Systems sind vereinfacht als gestrichelte Kondensator-Sternschaltung 5 angedeutet.

An den Sternpunkt 6 des zu überwachenden Systems ist über einen Widerstand 7 und eine Primärwicklung 8a eines Differenzübertragers 8 sowie eine Diode 9 als Einweggleichrichter die Sekundärwicklung 10a eines Übertragers 10 gegen Erde angeschlossen. Der Widerstand 7 zusammen mit einem der Impedanzeinstellung auf bequeme Werte dienenden Parallel-Erdwiderstand 7a und mit der am Sternpunkt 6 gemessenen Erdimpedanz des zu überwachenden Systems bilden einen ersten Vergleichsstromzweig, der durch den Übertrager 10 in Verbindung mit Diode 9 als Zusatzspannungsquelle mit einem Detektionsstrom gespeist wird. Die Größe dieses Detektionsstromes wird wesentlich durch die Erdimpedanz des zu überwachenden Systems bestimmt, worin die Wicklunsswiderstände und die parasitären Kapazitäten 5 eingehen (die Wicklungsinduktivitäten sind im Beispielsfall im Vergleich zu den ohmschen Widerständen als vernachlässigbar angenommen).

Parallel zu dem ersten Vergleichsstromzweig ist an die durch Übertrager 10 und Diode 9 gebildete Zusatzspannungsquelle ein zweiter Vergieichsstromzweig mit einer zweiten Primärwicklung Sb des Differenzübertragers 8 und einem einstellbaren ohmschen Widerstand 12 sowie einem ebenfalls einstellbaren Kondensator 13 angeschlossen. Die Primärwicklung 10b des Übertragers 10 wird vom zu überwachenden System über einen Zwischenübertrager It mit netzfrequenter Wechselspannung gespeist. Die Sekundärwicklung 8c des Differenzübertragers 8 führt jeweils eine Ausgangsspannung, die der Differenz der in den beiden Vergleichsstromzweigen fließenden Ströme entspricht und deren Spektrum durch die untere und obere Grenzfrequenz des Differenzübertragers begrenzt ist. Die durch Diode 9 bedingte Gleichstromkomponente auf der Primärseite des Differenzübertragers entfällt somit auf der Sekundärseite, während die obere Grenzfrequenz des Differenzübertragers jedenfalls so bemessen ist, daß wesentliche Frequenzkomponenten oberhalb der Netzfrequenz durchgelassen werden, beispielsweise mindestens 100 Hz.

Aus dem Ausgangssignal des Differenzübertragers 8 wird mittels eines übernetzfrequenten Bandpasses 14, dessen Durchlaßbereich beispielsweise bei 100 Hz liegt, eine für die Überwachung geeignete Frequenzkornponente ausgefiltert und einem Schwellenwertschalter 15 mit nachgeschaltetem Relais 16 zugeführt. Letzteres kann eine nicht näher dargestellte Anzeige- oder Alarmeinrichtung, gegebenenfalls auch eine Abschalteinrichtung oder eine ähnliche Schutzeinrichtung aktivieren. Diese Schutzeinrichtungen gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung und bedürfen daher keiner Darstellung.

Im erdschlußfreien Zustand des zu überwachenden Systems, wobei also dieses außer durch den ersten Vergleichsstromzweig mit dem Erdanschluß zwischen den Widerständen 7a und 12 nur über die parasitären Kapazitäten 5 mit Erde verbunden ist, werden die Ströme in den beiden Vergleichsstromzweigen durch entsprechende Justierung des Widerstandes 12 und des Kondensators 13 auf eine Differenz eingestellt, die mit ausreichendem Sicherheitsabstand unterhalb der Ansprechschwelle des Schwellenwertschalters 15 liegt. Wenn nun, wie in F i g. 1 durch Pfeil an einem Strang der Statorwicklung 3 angedeutet, innerhalb des zu überwachenden Systems ein Erdschluß auftritt, so nimmt die Erdimpedanz des Systems im Sternpunkt 6 und damit die Gesamtimpedanz des ersten Vergleichsstromzweiges in jedem Fall stark ab, so daß ein entsprechend starkes Differenzsignal an der Sekundärwicklung 8c des Differenzübertragers 8 auftritt und mit seiner vom Bandpaß 14 durchgelassenen Frequenzkomponente den Schwellenwertschalter 15 zum Ansprechen bringt. Die netzfrequente Verschiebungsspannung aus dem zu überwachenden System und Störspannungen sowie Spannungsunsymmetrien aus dem Netz bleiben infolge der Ausfilterung im Bandpaß 14 ohne Einfluß auf die Erdschlußüberwachung. Insbesondere bleibt auch eine Auslöschung durch etwa auftretende Gegenphasigkeit der netzfrequenten Verschiebungsspannung mit den netzfrequenten Komponenten der Zusatzspannung ohne Einfluß, so daß die Überwachungseinrichtung keine tote Zone hinsichtlich der Erschlußlage im zu überwachenden System aufweist.

Die Ausführung nach Fig. 2 stimmt hinsichtlich des beispielsweise angenommenen, zu überwachenden Systems' u/id hinsichtlich des durch den Differenzübertrager mit Bandpaß gebildeten Differenz-Detektors sowie nachgeschaltetem Schwellenwertschalter und Relais mit der Ausführung nach F i g. 1 überein. Für die entsprechenden Schaltungsteiie sind daher die gleichen Bezugszeichen eingetragen. Abweichend ist bei der Ausführung nach Fig. 2 eine Serienschaltung zweier Vergleichsstromzweige vorgesehen. Der erste Vergleichsstromzweig wird hier allein durch die in Sternpunkt 6 des zu überwachenden Systems gemessene Erdimpedanz gebildet, die unmittelbar an die Verbindung zwischen den beiden Primärwicklungen 8a und 8b des Differenzübertragers 8 angeschlossen ist und in Serie zu einem zweiten Vergleichsstromzweig aus einstellbarem Kondensator 17, einstellbarem Widerstand 18 und ebenfalls einstellbarer Induktivität 19 besteht. Letztere ist beispielsweise angenommen, um nicht vernachlässigbare Induktivitäten innerhalb des zu überwachenden Systems zu berücksichtigen. Beide Vergleichsstromzweige werden in Serie durch eine Zusatzspannungsquelle gespeist, die in Übereinstimmung mit Fig. 1 aus Diode 9 und — hier unmittelbar vom zu überwachenden System gespeistem — Übertrager 10 besteht. Die Gesamtimpedanz des zweiten Vergleichsstromzweiges wird so eingestellt, daß im erdschlußfreien Abgleichzustand an den beiden Primärwicklungen des Differenzüberlragers 8 gleiche Spannungen liegen und in diesen Wicklungen gleiche, sich aufhebende Ströme fließen. Bei Erdschluß im zu überwachenden System tritt wieder eine starke Veränderung der Erdimpedanz dieses Systems mit entsprechender Ungleichheit der Spannungen an den Primärwicklungen 8a und 8b sowie ein Differenzsignal auf, welches wie bei der Ausführung nach Fig. 1 die Erdschluß-Detektion bewirkt.

Die beiden Vergleichsstromzweige können gegebenenfalls auch zu einer vollständigen Brückenschaltung ausgestaltet werden, wie dies in F i g. 1 durch die gestrichelt eingetragenen, zusätzlichen Impedanzen 8e und 8J und einen in der Brückendiagonalen angeordneten Nulldetektor 20 veranschaulicht ist. Letzterer tritt bei dieser Abwandlung an die Stelle des Differenzübertragers 8 mit nachfolgendem Bandpaß 14 und entspricht funktionell dem in jedem Fall erforderlichen Differenzdetektor. Die Wirkungsweise ist insgesamt die gleiche wie bei der Ausführung nach Fig. 1, jedoch ermöglicht die Brückenschaltung gegebenenfalls in besonders einfacher Weise die Verwendung rein elektronischer Detektorschaltungen anstelle vergleichsweise aufwendiger Differenzübertrager.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Erdschluß-Überwachungseinrich'ung für galvanisch vom Netz getrennte Wechsel- oder Dreh-Stromsysteme, insbesondere für Wicklungen von Wechsel- oder Drehstrommaschinen, bei der zwischen einem Null- oder Sternpunkt des zu überwachenden Systems und Erde eine Zusatzspannungsquelle mit mindestens einer von der Netzfre- '° quenz verschiedenen Frequenz eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zusatzspannung mit mindestens einer von der Netzfrequenz verschiedenen Frequenz liefernde Zusatzspannungsquelle eine netzfrequente Wechsel- '5 Spannungsquelle (10) in Verbindung mit einem Übertragungsglied mit nichtlineaier Strom-Spannungs-Kennlinie (Diode 9) aufweist, daß an diese Zusatzspannungsquelle zwei Vergleichsstromzweige (5, 3, 6, 7, 7a, 8a bzw. 12, 13, Sb) angeschlossen sind, deren ersler die impedanz wenigstens eines Stromzweiges des zu überwachenden Systems umfaßt und deren zweiter auf ein vorgegebenes Impedan/verhältnis /.u dem ersten Vergleichsstromkreis im erdschlußfreien Zustand abgeglichen ist, ¹S und daß die beiden Vergleichsstromzweige mit eineiv; auf wenigstens eine nichtnetzfrequente Signalkomponente ansprechenden Stromdifferenz-Detektor (Differenzübertrager 8) verbunden sind.

2. Erdschluß-Überwfichungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vergleichsstromzweige (5, 3, 6, 7, 7a, 8a bzw. 12, 13, 8b) zueinander parallel an die Zusatzspannungsquelle angeschlossen und mi< dem Stromdifferenz-Detekior(Differenzübertrager8) verbunden sind.