DE592551C - Anordnung zur UEberwachung nicht starr geerdeter elektrischer Netze - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 9.FEBRUAR 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVe 592551 KLASSE 21c GRUPPE 68so

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. März 1930 ab

Für das selektive Anzeigen und Abschalten vom Erdschluß betroffener Netzteile sind Relais üblich, welche in Abhängigkeit von der Stromsumme aller Phasen der von ihnen überwachten Leitungen, dem sog. Summenstrom, arbeiten. In der Regel wirkt in diesen Relais der in HoImgrenschaltung herausgesiebte Summenstrom mit der Phasenspannung des vom Erdschluß betroffenen Leiters, welche z. B. zwischen Sternpunkt und Erde erscheint, oder einer dieser Spannung proportionalen Größe nach dem Prinzip eines Leistungsrelais zusammen.

Es ist nun bekannt, daß Erdschlußreldis auch dann ansprechen, wenn außer einem Leiter eines verzweigten Hochspannungsnetzes noch ein weiterer Leiter, und zwar in einem anderen Netzabschnitt, Erdschluß erleidet, ein Störungsfall, der als Doppel- oder Gesellschaftserdschluß bezeichnet wird. Es ist nicht Aufgabe der Erdschlußrelais, solche Störungen anzuzeigen oder zu beseitigen, da hierfür der selektive Fehlerschutz der Anlage, etwa in Form von Distanzrelais, vorgesehen ist. Überdies sind die Erdschlußrelais zum Abschalten eines Doppelerd-Schlusses auch deswegen nicht verwendbar, weil sie in einem Teil des Netzes gerade die nicht erdschlußbehafteten Teile abschalten. Es rührt dies daher, daß die im Relais zur Wirkung gelangende Spannung nur an einer der beiden Fehlerstellen mit dem Summenstrom, der im wesentlichen dem zur Erde fließenden Kurzschlußstrom gleich ist, eine positive Leistung ergibt. An der anderen Fehlerstelle dagegen hat die Leistung ein umgekehrtes Vorzeichen, da der Strom von der Erde in das Netz zurückfließt, während die Sternpunktspannung ihre Phasenlage nur wenig ändert. Es werden also in der Umgebung dieser zweiten Fehlerstelle die Relais der erdschlußbehafteten Leitung nicht ansprechen ; dagegen werden die Relais der übrigen, vom Fehler nicht betroffenen Leitungen, die die Kurzschlußstelle speisen, zum Ablauf kommen und ihre Netzschalter auslösen. Hierdurch können ganze Stationen infolge Abschaltung der Speiseleitungen spannungslos werden. Auch wenn solche Erdschlußrelais nur als Anzeigeeinrichtung verwendet werden, können sie ihre Aufgabe nicht- erfüllen, da ihre Angaben irreführend sind.

Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits Schaltungen vorgeschlagen, welche eine Blockierung der Relais im Falle des Doppelerdschlusses bezwecken. Zur gegenseitigen Abgrenzung des einfachen und des doppelten Erdschlusses sind dabei verschiedene Merkmale herangezogen worden. Eine der bekannten Anordnungen stützt sich auf die Annahme, daß der bei einfachem Erdschluß zustande kommende Summenstrom kleiner ist als der in der gleichen Schaltung bei Doppelerdschluß entstehende Summenstrom. Eine auf dieser Erkenntnis beruhende Anordnung führt die Blockierung von

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Kaoul Willheim in B erlin-Ob er schöneweide.

Erdschlußrelais dann durch, wenn der auftretende Fehlerstrom eine gewisse Größe überschreitet. Die Arbeitsweise einer derartigen Anordnung ist jedoch namentlich bei Verwendung in ausgedehnten Netzen, z. B„ in städtischen Kabelnetzen, unzuverlässig, da hier der Unterschied des Einfach- und Doppelerdschlußstromes dadurch, daß der Kurzschlußstrom bei Doppelerdschluß einen Stromweg von vergleichsweise hoher Impedanz vorfindet, relativ gering ist. Außerdem schwankt die Größe des Doppelerdschlußstromes infolge des veränderlichen Maschineneinsatzes in für die Schutzeinrichtung unzulässigen Grenzen. Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, die Erdschlußrelais nur dann arbeiten zu lassen, wenn die Spannung des neutralen Punktes gegen Erde einen gewissen Mindestwert unterschreitet. Hierbei wird damit gerechnet, daß bei Doppelerdschluß das Dreieck der Netzspannung eine Seitenverkürzung erfährt, durch welche auch die Spannung des neutralen Punktes gegen Erde entsprechend vermindert wird. Nun tritt eine derartige Spannungsverminderung auch im Falle eines nicht metallischen Erdschlusses auf. Ferner ist es bei großem Maschineneinsatz, also bei starkem Netz, sehr wohl möglich, daß auch bei Doppelerdschluß das Dreieck der Netzspannungen nur so weit verzerrt wird, daß die Spannung des neutralen Punktes gegen Erde unter dem möglichen, zwischen 50 und 100% der Phasenspannung liegenden Werte einen dem Höchstwert nahekommenden Wert annimmt. Eine befriedigende Arbeitsweise einer derartigen Einrichtung ist also ebenfalls nicht möglich.

Die Nachteile der beschriebenen Anordnungen sind darin begründet, daß sie die Unterscheidung von doppeltem und einfachem Erdschluß mit jenen Größen zu erreichen trachten, die im Erdschlußrelais selbst zur Wirkung kommen.

Die vorliegende Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch Anwendung eines Merkmales, welches den Fall des einfachen Erdschlusses streng von jenem des Doppelerdschlusses unterscheidet. Erfindungsgemäß wird als ein derartiges Merkmal das Auftreten einer zahlenläufigen Spannungs- oder Stromkomponente bei Doppelerdschluß dazu benutzt, das Erdschlußrelais bei Doppelerdschluß zu sperren oder die Betätigung der Anzeige- oder Auslöseeinrichtungen durch das Erdschlußrelais zu verhindern. Eine Verzerrung des Spannungs- oder Stromdreiecks läßt bekanntlich die Zerlegung des Drehstromsystems in drei Teile zu: in die mitläufige symmetrische Komponente, in die gegenläufige symmetrische Komponente und in die Nullkomponente. Hiervon tritt im normalen Betrieb mit ausgeglichener Belastung nur die erste Komponente auf. Bei zweiphasigem Kurzschluß, ebenso bei Doppelerdschluß, wird noch ein gegenläufiger 'symmetrischer Anteil in Erscheinung treten, der eine Verzerrung des Spannungs- oder Stromdreiecks bewirkt. Eine derartige gegenläufige symmetrische Komponente tritt aber bei Einfacherdschluß in Netzen, die mit einer in die künstliche Erdungsleitung eingebauten Einrichtung zur Kompensation des Erdschlußstromes versehen sind, überhaupt nicht auf, da der Erdschlußstrom in solchen Netzen nur eine geringe Größe annimmt. Auch in Netzen, die keine künstliche Erdung des Nullpunktes besitzen, bleibt die gegenläufige symmetrische Komponente bei Einfacherdschluß bedeutend hinter ihrem Werte bei Doppelerd-Schluß zurück, so daß auch in derartigen Netzen die Einrichtung der Erfindung verwendet werden kann.

Die infolge der gegenläufigen Komponente hervorgerufene Verzerrung des Spannungs- oder Stromdreiecks kann dabei beispielsweise durch paarweisen Vergleich der verketteten Spannung oder verketteten Ströme festgestellt werden oder durch die von dem normalen Wert des Phasenwinkels der Ströme oder Spannungen auftretenden Abweichungen oder auch durch das Überschreiten eines gewissen Wertes eines von den Strömen oder Spannungen oder der Leistung hervorgerufenen gegenläufigen Drehfeldes.

Einrichtungen, die in der beschriebenen Weise go bei einer gegenläufigen Spannungs- oder Stromkomponente ansprechen, sind an sich bekannt. Eine Anordnung, in der eine dieser Einrichtungen gemäß der Erfindung verwendet wird, ist in der Zeichnung dargestellt. Mit SS ist ein dreiphasiges Sammelschienensystem bezeichnet, das über einen Transformator Tr von einem Generator^ gespeist wird. Von den Sammelschienen SS zweigen Leitungen L₁, L₂ ab, von denen die erstere einpolig angedeutet, die zweite dreiphasig und mit der Ausrüstung gemäß dem Gegenstand der Erfindung versehen dargestellt ist. In die Leitung Z₂ sind drei Stromwandler Si eingebaut, die auf der Sekundärseite zu einem Sternpunkt S₁ zusammengeschlossen sind. Von den anderen Sekundärklemmen dieser Stromwandler sind drei Leitungen, in die auch Meßinstrumente M eingebaut sein können, weitergeführt. An diese Leitungen ist eine Nullpunktdrossel N angeschlossen, die mit einer in Dreieck geschalteten Ausgleichswicklung versehen ist. Der Sternpunkt der Nullpunktsdrossel S₂ ist über die Stromspule des Erdschlußrelais E mit dem Sternpunkt S₁ der Stromwandler St verbunden. Die Spannungsspule des Erdschlußrelais ist in bekannter Weise in die auf den Rückschlußschenkeln eines Vier- oder Fünfschenkelwandlers Sp angeordnete Hilfsmeßwicklung H eingeschaltet. Die Primärwicklung des Wandlers Sp liegt in den Sammelschienen SS und ist mit ihrem Sternpunkt geerdet.
Die Sekundärleitung der Wandler St ist

weiterhin an die Eckpunkte einer aus vier Impedanzen Z₁, Z₂, Z₃ und Z₄ bestehenden Brückenschaltung B in der gezeichneten Weise geführt. Die Impedanz Z₄ ist gleichzeitig die Spule eines Relais RK, dessen Betätigungskontakte zu den Kontakten des Erdschlußrelais und der Betätigungsspule AM des Schalters Sch sowie einer Stromquelle in Serie liegt.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: In die Nullpunktsdrossel N können die symmetrischen Komponenten der Ströme JR, JS, JT infolge der großen Leerlaufinduktivität der Drossel nicht in nennenswertem Maße eindringen. Hingegen findet ein beim Erdschluß auftretender Summenstrom ungehindert Durchtritt zum Sternpunkt s₂, insbesondere infolge der in Dreieck geschalteten Ausgleichswicklung. Somit wird die Stromspule des Erdschlußrelais E durch den Summenstrom /„ erregt, und das Erdschlußrelais kommt bei gleichzeitigem Auftreten eines Stromes in der Hilfsmeßwicklung H des Wandlers Sp zum Ansprechen. Eine Auslösung des Schalters Sch wird durch den geschlossenen Betätigungskontakt des Relais RK nicht verhindert. Wenn dagegen gleichzeitig eine gegenläufige Komponente der Ströme JK, JS, JT auftritt, dann wird durch die Brückenschaltung B diese in bekannter Weise ausgesiebt und in dem Relais RK zur Wirksamkeit gebracht. Dadurch wird der Betätigungskontakt dieses Relais geöffnet und somit der Auslösekreis des Schalters Sch unterbrochen.

Wird statt der Einrichtung B, welche das Auftreten einer gegenläufigen Stromkomponente feststellt, eine Einrichtung gewählt, welche auf die gegenläufige Spannungskomponente anspricht, so genügt es, für eine Station oder ein Sarnmelschienensystem eine einzige derartige Einrichtung vorzusehen, welche an die gemeinsamen Sammelschienen angeschlossen wird und zur Überwachung der Erdschlußrelais sämtlicher Leitungen dient.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι . Anordnung zur Überwachung nicht starr geerdeter elektrischer Mehrphasennetze mit Erdschlußrelais, die beim Auftreten eines Doppelerdschlusses unwirksam gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (RK), welche die Erdschlußrelais (E) unwirksam machen, von den bei einem Doppelerdschluß auftretenden gegenläufigen Komponenten im Netzstrom oder in der Netzspannung abhängig gemacht sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Relais (RK), das mit dem Erdschlußrelais (E) so gekuppelt ist, daß es beim Auftreten einer gegenläufigen Komponente im Netzstrom oder in der Netzspannung das Erdschlußrelais sperrt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Relais (RK), dessen Kontakte in den Betätigungskreis des Erdschlußrelais (E) so geschaltet sind, daß beim Auftreten einer gegenläufigen Komponente im Netzstrom oder in der Netzspannung die von

   ■dem Erdschlußrelais (E) gesteuerten Einrichtungen (AM) nicht betätigt werden.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch Einrichtungen, welche beim Auftreten eines von den gegenläufigen Komponenten der Netzspannungen oder Netzströmen oder der Leistung beider hervorgerufenen inversen Drehfeldes die Erdschlußrelais (E) unwirksam machen.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3 für Erdschlußschutzeinrichtungen, welche in mehrere Abzweige der gleichen Sammelschienen eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Einrichtung vorgesehen ist, welche beim Auftreten einer gegenläufigen Komponente in der Spannung der Sammelschienen die Erdschlußrelais unwirksam machen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen