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Vorrichtung zur Aufhebung induzierter Spannungen an Erdschlußanzeigevorrichtungen
Zusatz zum Patent 48167o Wenn in elektrischen Anlagen die Cieneratoren über Transformatoren
auf das eigentliche Verteilungsnetz arbeiten, so kann bei Erdschluß auf der Obervoltseite
eine Spannungsübertragung auf die Untt`n-oltseite infolge von Induzierung (kapazitiver
Kupplung) auftreten. Diese wird um so größer sein, je höher das Übersetzungsverhältnis
der Transformatoren ist. Bei Erdschluß auf der Obervoltseite tritt an dem nicht
geerdeten Mullpunkte der Maschine eine Spannung auf, die proportional der Nullpunltsl)annung
der Obervoltseite ist, die ihrerseits höchstens gleich der Obervoltphasenspannung
sein kann. Die der Maschine aufgezwungene Spannung kann so groß werden, daß ihre
Isolation durchschlagen wird.
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Die kapazitive Spannungsübertragung möge an einem Ersatzschema, das
in Abb. i dargestellt ist, erläutert werden. Der Punkt a stellt beispielsweise den
Nullpunkt der Oberspannungswicklung eines Transformators dar, .der Punkt b den Nullpunkt
auf der Unterspannungsseite. Zwischen den Oberspan.nungs@ und Unterspannungswicklungen
befinden sich Kapazitäten, deren Summe in Abb. i durch den KondensatorCl ersetzt
ist. Beide Wicklungen haben außerdem eine bestimmte Kapazität gegen Erde, von denen
die der Ober: spannungsseite geben Erde für die Induzie, rung nicht in Betracht
kommt. Wohl aber ist die Kapazität der Unterspannungswicklung gegen Erde eintlußreich.
Die Summe der Teilkapazitäten dieser Wicklung gegen Erde möge durch die äquivalente
Kapazität Cn ersetzt werden. Der Punkt a hat im normalen Betriebe keine Spannung
gegen Erde. Wenn aber auf der Oberspannungsseite ein Erdschluß auftritt, liegt -zwischen
dem Punkt a und der Erde die PIZasenspannung - En. Diese Spannung wird durch die
Serienschaltung der beiden Kapazitäten geteilt. Die an dem Unterspannungsnullpunkt
b gegen Erde liegende Spannung V._, also die Spannung am Kondensator C=, wird induzierte
Spannung genannt und hat die Größe:
Die im Hauptpatent 481 67o angegebene neue Allordnung erlaubt mit Hilfe von einfachen
Apparaten die Herabsetzung der indiLnzierten Spannung auf sehr kleine Werte. Das
prinzipielle Schaltschema zeigt Abb. 2. Darin bedeuten Cl und C, wiederum die Kapazitäten
zwischen Ober- und Unte rspannungsseite
und zwischen Unterspannungsseite
und Erde. G" sei eine weitere Kapazität, die zur Aufhebung der induzierten Spannung
Vera wendet wird, - S und T seien Spatinungs wandler. Die Wirkungsweise dieser Vorricli
tung ist folgende: An dem am Nullpunkt der Oberspannungsjgeite des Transformators
angeschlossenen Spannungswandler S liegt im normalen Betrieb keine Spannung. Bei
einem Erdschluß auf der Oberspannungsseite tritt an ilun die Spannung E" auf, die
auf die Unterspannungsgeite induzierend wirkt. Wenn man die Spannung des Spannungswandlers
S in der in Abb. a dargestellten Weise auf den @@=andiler T wirken läßt,
entsteht in dem ZVandler T
sekundär eine Spannung, die der induzierten Spannung
in Cy entgegenwirkt. Durch die Kapazität C3 fließt bei vollständiger =lbgleüchung
ein Strom, der gleich dein Strom ist,. der durch die Kapazität Cl fließen würde,
,wenn die Kapazität C., kurzgeschlossen wäre.
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Es muß also folgende Gleichung erfüllt werden: Fp:'Eu'=C3/Ci, wobei
E"' die an der Serienschaltung von C, und C3 liegende Spannung des Wandlers T bedeutet.
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Wie sich durch Rechnungen und Versuche leicht beweisen läßt, erhält
inan an der Kapar zität C! keine induzierte Spannung, wenn die eben angeführte Gleichung
erfüllt ist, da der Punkt b infolge der vorliegenden Spannungstteilung Erdpotential
erhält. Wie bereits aus der Bemerkung, daß der Strom in dein Kondensator C3
= Fp # jttr # Cl sein muß, hervor, geht, wirkt die Vorrichtung in
bezug auf die induzierte Spannung so, als ob C@ kurzger schlossen wäre. Für eine
an C@ liegende Spannung, die nicht durch Induzierung hervorgerufen ist, also z.
B. für eitle durch Erdlschluß am Generator entstandene Spannung, wirkt die parallel
geschaltete Schutzvorrichtung praktisch so, als ob kein Parallelkreis vorhanden
wäre.
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Abb. 3 zeigt eine Änderung der in ebb. a angegebenen Schaltung. Es
kommt hierbei nur ein Spannungswandler S zur Anwendung. Die Abgleichung muß wiederum.
so erfolgen, daß der durch C3 fließende Strom E', # jw # Cl ist.
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Man kann, wie Abb. 4 zeigt, die Kapazität C3 auch in den Zwischenkreis
legen. Abb. 4. zeigt die gleiche Anordnung wie Abb. z mit dem Unterschied, daß die
Übertragung des kapazitiven Stromes über den Transformator T erfolgt.
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Abb.5 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der die Kapazität C3 an den
Nullpunkt der Oberspannungsseite gelegt ist. Dabei ist der Transformator T als Stromwandler
für den induzierten Strom zu berechnen. Anderseits ist er so zu bemessen, daß er
die höchste an C.. mögliche Spannung gefahrlos erträgt. Im allgemeinen genü&t
dazu ein Spannungswandler von den üblichen Abmessungen.
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Zusammenfassend ist das Prinzip der Vorrichtung nach dem Hauptpatent
das folgende: Die induzierte Spannung V2 wird durch eine Spannung gleicher Größe,
aber entgegengesetzter Richtung aufgehoben, die durch die induzierte Spannung E,
erzeugt wird und ihr proportional ist. Diese Anordnung wirkt dann so, als ob parallel
zu der induzierten Spannung V., ein Kurzschluß liegt, so daß sie gleich Null werden
muß. Für die Betriebs spannung wirkt die Schutzvorrichtung wie eilte sehr große
Impedanz, die nahezu unendlich groß ist. Spannungsresonanzerscheinungen süld nicht
möglich, da die Kreise galvanisch oder induktiv starr gekoppelt sind. Man wird eine
Anordnung nach Abb. a,, und q. im allgemeinen bei kleineren Spannungen auf der Obervoltseite
verwenden, während Glas in Abb. 5 dargestellte Schjaltschema für Anlagen mit sehr
hohen Spannungen besser geeignet ist, da die Kapazität C.; billiger ist als ein
an die Spannung E" gelegter Spantnungswandler.
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Bisher war angenommen, daß die IZapa zitäten verlustfrei sind und
daß durch die Transformatoren keine Phasenverschiebungen hervorgerufen werden. Diese
Annahme trifft für die meisten praktischen Fälle zu, wenn die Induzierung nicht
auf einen überaus kleinen Betrag heruntergedrückt werden inuß. In anderen Fällen
ist es erforderlich, eine der üblichen Anordnungen zum Schwenken des Phasenwinkels
zwischen Strom und Spannung einzubauen. Eine Brückenschaltung, die erfindungsgemäß
für diesen Zweck besonders geeignet ist, zeigt Abb. 6. Der Widerstand R, sei veränderlich,
ebenso der Widerstand Rt, der sich durch eine beliebige Impedanz ersetzen läßt.
Die Widerstände R, und R., sollen annähernd gleich groß sein; sie können durch beliebige
Impedanzen ersetzt werden, die die gleichen Eigenschaften aufweisen. Der Wandler
W kann fortfallen und die Spannung direkt an den Transformator T oder den Konden@-sator
C_ gelegt werden.
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Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung ist es möglich. die induzierte
Spannung bis auf den Betrag zu bringen, der der Kurzischlußspannung des Transformators
T entr spricht. -Da einerseits die induzierte Spannung 11 Kurvenfotzn und Größe
proportional der indu-, zierenden Spannung EN ist, anderseits die Kompensationsschaltungen
eine Spannung liefern, die in Form und Größe ebenfalls pro" portional der Spannung
E" ist und die der induzierten Spannung V., entgegengesetzt gerichtet ist, so ist
in jedem Falle eine Beseiti,-gong
der Induzierung möglich, gleichgültig,
«-elche Frequenz die induzierende Seite und welche Frequenz die induzierte Seite
hat.
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Alle angegebenen Einrichtungen können für beliebige Spannungen und
Frequenzen hemessen werden. Die Erfindung kann also für jeden Fall der Induzierung
angewendet werden.