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Schaltungsanordnung zur Feststellung des Isolationszustandes eines
Drehstrom-Hochspannungsnetzes. In Drehstrom-Hochspannungsnetzen wird der Isolationszustand
der Anlage während des Betriebes bisher du:chweg in der Weise gemessen, daß zwischen
jede Phase und Erde einphasige Spannungswandler angeschlossen werden; die an diesen
liegenden Voltmeter zeigen die Spannung jeder Phase gegen Erde an.
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Bei herausgeführtem Hochspannungsnullpunkt des Speisetransformators
oder -generators auf der Netzseite, der isoliert oder irgendwie geerdet sein kann,
.läßt sich durch Einschalten eines Stromwandlers in die Erdleitung oder durch Anschalten
eines Spannungswandlers zwischen Nullpunkt und Erde, evtl. auch durch Abzweigen
eines Teiles des in der Erdleitung liegenden Widerstandes, ein von dem Isolationszustand
der Anlage abhängiger Meßstrom erzeugen.
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Bei gleicher Isolation und gleicher Kapazität der drei Phasen gegen
Erde haben die drei Leitungen auch gleiche Spannung gegen Erde, und die Spannung
des Nullpunktes gegen Erde ist Null. Bei Erdschluß einer Phase fällt die Spannung
derselben ,gegen Erde auf Null, die der beiden anderen steigt auf die verkettete
Spannung und die des Nullpunktes auf die Phasenspannung, und zwar hat letztere gleiche
Größe wie die vorher vorhanden gewesene Spannung der kranken Phase und ist gegen
diese um 18o' versetzt. Der angeschlossene Spannungswandler vom Übersetzungsverhältnis
E" : iio wird also eine Spannung gleicher Größe und entgegengesetzter Phase zeigen
wie der der geerdeten Phase entsprechende Schenkel eines Drehstromspannungswandlers,
der beliebig an der Netzseite oder an der Gegenseite des Speisetransformators angeschlossen
sein kann (Fig. = und6), dessen Hochspannungsnullpunkt aber nicht geerdet sein darf.
Der eingeschaltete Stromwandler gibt einen Meßstrom, dessen Größe von der Spannung
des Nullpunktes gegen Erde und von der Größe des in der Erdleitung liegenden induktiven
oder Ohmschen Widerstandes abhängig ist, dessen Phase gegen die des der geerdeten
Phase entsprechenden Schenkels des Drehstromspannungswandlers um go ° bei rein induktivem
Widerstande, um i8o ° bei rein Ohmschem Widerstande in der Erdleitung verschoben
ist.
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In nachstehenden Schaltungen wird diese Meßspannung bzw. dieser Meßstrom
mit der Meßspannung des Drehstromspannungswandlers (s. oben) in Verbindung gebracht.
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Schaltung i.
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Bei Anschluß des Spannungswandlers am Transformatornullpunkt und herausgeführtem
Sekundärnullpunkt des Drehstromspannungswandlers können drei normale Voltmeter zwischen
den einen Pol des Nullpunktspannungswandlers und je eine Phase des Drehstromspannungswandlers
gelegt werden, wobei der Nullpunkt des Drehstromspannungswandlers mit dem anderen
Pol des Nullpunktspannungswandlers verbunden sein muß (Fig. i). Jedes Voltmeter
zeigt dabei die Spannung der betreffenden Phase gegen Erde an; bei Erdschluß einer
Phase geht das betreffende Voltmeter auf Null zurück.
Schaltung
2 und 3.
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Bei Anschluß des Spannungswandlers am Nullpunkt und beliebig geschaltetem
Drehstromspannungswandler können Instrumente benutzt werden, die wie gewöhnliche
Wattmeter gebaut sind, jedoch statt der Stromspule eine zweite Spannungsspule besitzen.
Eine Spule jedes Instruments liegt an dem Nullpunktspannungswandler, die andere
bei Schaltung 2 zwischen Null und je einer Phase (Fig.2), bei Schaltung 3 zwischen
je zwei Phasen des Drehstromspannungswandlers (Fig.3).
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Wirkungsweise der Schaltung 2. (Diagramm Fig. 2.) Hat der Nullpunkt
keine Spannung gegen Erde, so ist nur eine Spule jedes Instruments erregt, und keines
zeigt einen Ausschlag. Bei Erdschluß einer Phase (in folgenden Beispielen ist stets
Phase R angenommen) liegt an der vorher stromlosen Spule eine Spannung gleicher
Größe wie die der vorher vorhandenen Spannung der kranken Phase entsprechende Niederspannung
und bei entsprechendem Anschluß in gleicher Phase, so daß das der kranken Phase
entsprechende Instrument vollen Ausschlag zeigt: e, # ei - e, - ei bei Instrument
I. Instrument I1 zeigt: e, # e2 # cos 12o °
Instrument III : e, - e3 - cos 240'
also beide gleichen negativen Ausschlag in halber Größe des positiven Ausschlages
des ersten Instruments. Hierbei ist Vorau$setzung, daß beide Spannungsspulen eines
Instruments gleiche Phasenverschiebung des durchfließenden Stromes gegen die angelegte
Spannung haben.
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Wirkungsweise der Schaltung 3. . (Diagramm Fig.3.) Ohne Erdschluß
zeigt sich auch hier kein Ausschlag. Bei Erdschluß in einer Phase zeigt das zwischen
-der kranken und der dieser nacheilenden Phase liegende Instrument I:
also positiven Ausschlag; das zwischen der kranken und der dieser voreilenden Phase
liegende Instrument II zeigt: eo « ei, - cos (12o -f- X' = -
also gleich großen negativen Ausschlag; das zwischen den beiden gesunden Phasen
liegende Instrument III zeigt eo # e23 # cos (2¢0 -(- 30) ° = o, also keinen Ausschlag.
Voraussetzung ist wieder gleiche Phasenverschiebung der beiden Spannungsspulen eines
Instruments.
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Haben die Spulenströme gegen ihre Spannungen verschiedene Phasenverschiebungen,
die dabei in den drei Instrumenten gleich sind, so ändern sich die Ausschläge entsprechend.
Hat z. B. die am Nullpunktspannungswandler liegende Spule eine um 30° oder go° größere
Phasenverschiebung als die am Drehstromspannungswandler liegende, so zeigen sich
folgende Ausschläge bei Erdschluß in Phase R:
| Schaltung Fig. 2. Schaltung Fig. 2. |
| Diagramm Fig. 2 a. Diagramm Fig. 2 b. |
| Phasenverschiebung + 30°. ' Phasenverschiebung + go°. |
| Instrument Winkel Ausschlag Winkel Ausschlag |
| 1 |
| I 30 -@ 2 V3'eo'ei 9o 0 |
| II 120+30 - Z 1l3.e0.e2 120-f-90
-2@3'e0 'e2 |
| ITI 240+30 0 240 -f- 90 -j- 2 j/3 e, # e3 |
| Schaltung Fig. 3. Schaltung Fig. 3. |
| Diagramm Fig. 3a. Diagramm Fig. 3b. |
| Phasenverschiebung + 30°. Phasenverschiebung -f- go°. |
| Instrument Winkel Ausschlag Winkel Ausschlag |
| I 30+30 -f- # ' 15o ' 15s1 90 -i- 30 - 2 ' 15o ' 153l |
| IT 15o+30 - 1 #eo'el2 130-F90 - 2'-'0'e12 |
| III 270+30 - 2 # e0, en 270+90 + _ ' 15Q
#e23 |
Entsprechende Ausschläge ergeben sich, wenn die am Drehstromspannungswandler
liegende Spule die größere Phasenverschiebung aufweist.
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Die Instrumente für Schaltung 2 und 3 erhalten entsprechend den möglichen
positiven und negativen Ausschlägen eine Skala mit Nullpunkt in der Mitte. Bei Zugrundelegung
einer konstanten Spannung des Drehstromspannungswandlers und unter Berücksichi igung
des Übersetzungsverhältnisses des Nullpunktspannungswandlers, bei Schaltung 2a,
2 b und 3 auch des Faktors
wird die Skala in Volt geeicht und gibt bei vollem Ausschlag die Spannung des Nullpunktes
gegen Erde an. Da diese Teilung nicht wie bei normalen Wechselstromvoltmetern quadratisch,
sondern linear ist, sind bei geringen Isolationsfehlern des Netzes auch im ersten
Zehntel des Meßbereichs ohne weiteres sichere Ablesungen möglich.
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Eine weitere wesentliche Erhöhung der Meßempfindlichkeit dieser Anordnung
ist zulässig. Da bei Ablesung dieser Instrumente sofort zu übersehen ist, ob eine
über das erste Zehntel des Meßbereichs hinausgehende Nullpunktspannung vorhanden'
ist, kann bei dynamometrischen oder ferrodynamischen Instrumenten ein erheblicher
Teil des Vorschaltwiderstandes der am Nullpunktspannungswandler liegenden Spannungsspule
kurzgeschlossen werden, so daß sich eine auf das Zehnfache erhöhte Empfindlichkeit
der Instrumente unbedenklich verwenden läßt. Werden hierbei die am Nullpunktspannungswandler
liegenden Spannungsspulen der Instrumente miteinander und mit dem gemeinsamen Vorschaltwiderstand
in Reihe geschaltet, so ist mit einem Druckknopf die Umschaltung auf erhöhte Empfind-`
lichkeit möglich. Insgesamt ergibt sich gegen das einfach an den Spannungswandler
gelegte normale Voltmeter eine Erhöhung der Meßempfindlichkeit auf das annähernd
Hundertfache bei den kleinsten Spannungen.
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Mit dieser gesteigerten Empfindlichkeit ist es möglich, die geringsten
Erdschlußströme und beginnende Fehler zu -erkennen und festzustellen, so daß nicht
erst ein geplatzter Isolator zum Durchschlag kommen muß, bevor der Fehler erkannt
wird.
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Schaltung q. und 5.
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Da sich, wie oben gezeigt, sowohl bei Anschluß zwischen Null und Phase
als auch zwischen je zwei Phasen des Drehstromspannungswandlers durch entsprechendePhasenverschiebung
in den Spannungsspulen stets eine Zusammenstellung finden läßt, bei der bei vorhandenem
vollen Erdschluß der Ausschlag jedes Instruments eindeutig die Danke Phase kennzeichnet
(Diagramme 2 a, 2 b und 3), genügt für rein objektive Ablesung zwecks Feststellung
eines Erdschlusses e i n Instrument der oben angegebenen Konstruktion, dessen eine
Spule nach Schaltung q. (Fig. q.) mittels einpoligen Voltmeterumschalters zwischen
Null und abwechselnd je eine Phase des Drehstromspannungswandlers, nach Schaltung
5 (Fig. 5) abwechselnd zwischen je zwei Phasen desselben, dessen andere Spule zwischen
die Pole des Nullpunktspannungswandlers angeschlossen wird. Ausschlag und Wirkungsweise
sind dieselben wie bei den entsprechenden Schaltungen 2 und 3 (Diagramme 2, 2a,
2b, 3, 3a und 3 b).
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Schaltungen 6 bis g.
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Bei Anordnung des Stromwandlers in der Erdleitung und rein Ohmschem
Widerstand derselben ist der Wandlerstrom in gleicher Phase wie die in Schaltung
2 und 3 benutzte Meßspannung; die Ausschläge werden also bei korrespondierenden
Schaltungen dieselben. Es kommen hier normale Wattmeter zur Verwendung (Schaltung
6 und 7) oder solche, bei denen die Phasenverschiebung des in der Spannungsspule
fließenden Stromes gegen die ihn erzeugende Spannung künstlich geändert ist. Es
ist in jedem Falle möglich, mit Instrumenten der normalen Fabrikation auszukommen,
wenn man bei Schaltung 6 normale Wattmeter, bei 6a Ferraris-Instrumente mit nur
6o' oder dynamometrische mit 3o', bei 6b Ferraris-Instrumente mit o° oder dynamometrische
mit go° Phasenverschiebung benutzt. Die angegebenen Instrumente für Schaltung 6
a sind die normal für Drehstromleistungsmessungen bei gleicher Belastung der drei
Phasen und unzugänglichem Nullpunkt benutzten, die für 6b die als Phasenzeiger,
zum Messen der wattlosen Komponente -i - e - sin q) benutzten Instrumente. Für Schaltung
7 werden wieder normale Wattmeter benutzt, bei den Instrumenten der Schaltung 6a
und 6b würden sich hier wieder wie bei Schaltung?" 3 a und 3 b ein voller positiver
und zwei halbe negative Ausschläge ergeben, was nicht gewünscht wird. Die entsprechenden
Diagramme sind daher fortgelassen. Sämtliche Instrumente der Schaltungen 6 bis g
können unter Berücksichtigung des Stromwandlerübersetzungsverhältnisses und evtl.
des Faktors
in Ampere geeicht werden und zeigen den in der Erdleitung fließenden Strom an. Die
Stromspulen der drei Wattmeter werden, evtl. in Reihe mit einem Strommesser, in
den Stromkreis des Erdleitungsstromwandlers ge-chaltet, die Spannungsspulen wie
bei Schaltung 2 und 3 mit dem Drehstromspannungswandler verbunden. Es ergeben sich
dann folgende Ausschläge
| Schaltung Fig. 6. Schaltung Fig.- 6. |
| Diagramm Fig. 6. Diagramm Fig. 6a. |
| Phasenverschiebung ± o°. Phasenverschiebung -3o°. |
| Instrument Winkel Ausschlag Winkel Ausschlag |
| I |
| I o -i- 2o ' ei 30 + 2 Y3 ' 2o ' ei |
| II 120 e2 120 -30 0 |
| 2 |
| III 240 - 2 # io # e3 240-30 - 2 1/3
e3 |
| a |
| Schaltung Fig. 6. Schaltung Fig.7. |
| Diagramm Fig. 6b. Diagramm Fig. 7. |
| Phasenverschiebung - go °. Phasenverschiebung o°. |
| Instrument Winkel Ausschlag Winkel Ausschlag |
| I go 0 30 -E- 2I |
| @' 2o # e3i |
| II 120-90 -j 2y3 ' i0 ' e12 I2 o -i- 30 - 2 V3
ei2 |
| III 240-90 - I Y3# ','e-23 240 -I- 30 0 |
| 2 |
Schaltung 8 und g.
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Bei Anordnung einer Drosselspule in der Erdleitung ist der Strom in
der Erdleitung und im Stromwandler und Stromspulen der Instrumente um go° nacheilend
gegen die Nullpunktspannung verschoben. Es werden hier die Instrumente umgekehrt
wie bei Schaltung 6 und 7 benutzt und damit gleiche Resultate erzielt; Schaltung
8 und 9 benutzen normale Wattmeter, 9 a die Instrumente von 6a und gb diejenigen
von 6b, so daß sich folgende Ausschläge ergeben:
| Schaltung Fig. 6. Schaltung Fig. 7. |
| Diagramm Fig. B. Diagramm Fig. g. |
| Normale Wattmeter. Normale Wattmeter. |
| Instrument Winkel Ausschlag Winkel Ausschlag |
| T |
| I go 0 e 30 +90 - 2 . i0 ' e31 |
| II 120+90 # io # e2 @20 -}- z2o - I 2- %o eil |
| 2 |
| III 240+90 -f- 2 @io - e3 240 + 120 + I # io # e23 |
| Schaltung Fig. 7. Schaltung Fig. 7. |
| Diagramm Fig. ga. Diagramm Fig. gb. |
| Phasenverschiebung - 30'. Phasenverschiebung - go °. |
| Instrument Winkel Ausschlag Winkel Ausschlag |
| I |
| I go + 30 - 3ö 0 90 -r 30 - 90 + 2 # io # e31 |
| II 120+90 - Z C3# io eil I2o +3() - 2 1@3 ' 'o ' eil |
| TII 240 +90 -f- 2 V '3' io # e2., 240
+30 0 |
Schaltung io und Ix.
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Werden die für die Schaltungen 6 bis 9 angegebenen Instrumente benutzt,
so läßt sich auch hier stets eine solche Kombination finden, daß der Ausschlag eines
Wattmeters die erdgeschlossene Phase mit Sicherheit kennzeichnet (6 a, 6b, 7, 8,
9 a und 9b), und auch hier kann
ein Wattmeter mit Voltmeterumschalter
nach Schaltung io (Fig. io) zwischen Null und je eine Phase, nach Schaltung ix (Fig.
zi) zwischen je zwei Phasen des Drehstromspannungswandlers angeschlossen werden.