DE615688C - Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlusskompensationsgrades von Hochspannungsnetzen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 10. JULI 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Januar 1929 ab

Beim Betriebe von Hochspannungsnetzen, deren Erdschlußstrom durch Löscheinrich- ¹ tungen, z. B. Erdschlußspulen, kompensiert ist, besteht das Bedürfnis, jederzeit darüber Klarheit zu besitzen, ob das Netz sich im Zustande bestmöglichster Kompensation befindet oder, wenn nicht, wie weit es davon entfernt ist. Als quantitatives Maß für den herrschenden Kompensationsgrad kann beispielsweise derjenige Löschstrom, d. h. durch Löscheinrichtungen zu liefernde Strom gelten, welcher zum Strom der bereits eingeschalteten Löscheinrichtungen hinzugefügt werden muß, damit volle Kompensation eintritt.

Diese Aufgabe ist nicht neu, und es sind auch bereits Vorschläge zu ihrer Lösung bekannt. Nach den bekannten Lösungen wird stets am Hochspannungsnetz selbst eine Messung vorgenommen, wobei Meßgrößen, die unter dem Einfluß einer zu diesem Zweck eingeführten Zusatzspannung entstehen und von dem herrschenden Kompensationszustand abhängig sind, zur Speisung eines direkt anzeigenden Instrumentes dienen. Derartige Einrichtungen sind im allgemeinen durchaus brauchbar.

In Netzen mit sehr großem Erdschlußstrom und stark variablem Schaltzustand, beispielsweise in Höchstspannungsnetzen, ergeben sich jedoch insofern Schwierigkeiten, als die zur Erzeugung der Hilfsspannung erforderlichen Apparate verhältnismäßig groß und teuer werden und überdies den Kompensationszustand des Netzes nicht unter allen Umständen erkennen lassen. Während eines Erd-Schlusses selbst versagen nämlich die bekannten Meßeinrichtungen, und es kann vorkommen, daß auf Grund eines Erdschlusses eintretende Veränderungen des Schaltzustandes im Netz nicht sofort bemerkt werden, so daß zwar der Kompensationszustand vor der Störung bekannt war und der Löschstrom dementsprechend eingestellt werden konnte, daß aber trotzdem nach Ablauf der Störung, jedoch noch bei bestehendem Erdschluß, der Kompensationszustand unbekannt und möglicherweise unzulässig ist. Da man in Netzen mit Erdschlußkompensation gewöhnt ist, den Betrieb bei Erdschluß stundenlang weiterzuführen, bedeutet diese Unsicherheit, besonders bei den eingangs erwähnten Netzen mit hohem Erdschlußstrom, eine Gefährdung des Betriebes.

Um auch bei Störungen die Kompensationsverhältnisse im Netz überprüfen zu können, hat man bereits ein Netzmodell vorgesehen, bei dem je nach dem eingeschalteten Netzteil entsprechend eingeschaltete widerstandsgetreue Abbildungen angeordnet werden. Hieraus lassen sich dann die Kapazitäten der eingeschalteten Netzteile gegen Erde ermitteln und aus diesen Werten die einzuschal-

*) Von dem Patentsitcher ist als'der Erfinder angegeben worden:

Dr. Hans Piloty in Berlin-Wilmersdorf.

tenden Löschspulen oder Löschspulenteile errechnen. Abgesehen von den erforderlichen Rechenoperationen hat diese Methode noch den weiteren Nachteil, daß daraufhin Einschaltungen und Einstellungen der Kompensationsspulen erforderlich sind. Eine Kontrolle, wie weit die jetzt vorhandene Kompensation den Erfordernissen des Netzes entspricht, erfolgt nicht. Um nun automatisch ίο die Abstimmung überwachen und ferner ohne irgendwelche Einstellung in den Netzmodellen von Hand jederzeit den tatsächlich vorhandenen Kompensationsgrad prüfen zu können, wird nach der Erfindung in einem Meß- oder Anzeigeinstrument die Differenz aus einer den gesamten Erdschlußströmen der eingeschalteten Netzteile entsprechenden Meßgröße einerseits und einer den gesamten Löschströmen der eingeschalteten Löscheinrichtungen entsprechenden Meßgröße andererseits zur Wirkung gebracht. Die einzelnen Meßgrößen werden dabei durch je eine Netznachbildung erzeugt, von denen jede durch Relais gesteuert wird, die von der Stellung von Hilfskontakten an den Anzeigeorganen eines den Schaltzustand des Netzes wiedergebenden Schaltbildes abhängig sind. Durch die Anordnung eines zweiten Modelles zur Gewinnung der Löschströme und den Vergleich der Meßgrößen, die die beiden Modelle liefern, können automatisch die tatsächlichen Kompensationsverhältnisse nach jeder Einstellung der Löscheinrichtung ohne weiteres festgestellt werden. Durch die Steuerung der beiden Widerstandsmodelle, bewirkt von dem Anzeigeorgan eines den Schaltzustand des Netzes wiedergebenden Schaltbildes, wird automatisch jede Sicherheit dafür erreicht, daß auch die den Messungen zu Grunde gelegten Voraussetzungen betreffend die eingeschalteten Netzteile und die vorgenommene Einstellung der Löschspulen richtig sind. Ohne irgendwelches fremde Zutun erfolgt demnach mit größter Sicherheit die genaueste Ermittelung der jeweiligen Abstimmverhältnisse im Netz.

Die Erfindung besitzt auch gegenüber einer bekannten Einrichtung, bei der auf einem Strommesser eine zweite Skala angeordnet wird, welche die Regeleinstellung einer Löscheinrichtung angibt, verschiedene Vorteile. Bei der bekannten Einrichtung wird es nur ermöglicht, daß bei einer bestimmten Größe des Erdschlußstromes abgelesen werden kann, welche Einstellung einer Löschspule dieser Größe entspricht. Diese Einrichtung besitzt gegenüber der Erfindung zunächst den Nachteil, daß sie nur bei Verwendung einer einzigen Löschvorrichtung brauchbar ist: ferner daß sie nicht erkennen läßt, öl) die Erdschlußspule auch wirklich die geforderte Einstellung eingenommen hat. Namentlich dann, wenn Einbauort von Erdschlußspule und Überwachungseinrichtung nicht zusammen fallen, hat man keine Möglichkeit, festzustellen, ob richtige Abstimmverhältnisse herrschen. Der zur Speisung des Amperemeters dienende Strom wird bei der bekannten Einrichtung zwar auch von einem widerstandgetreuen Abbild des Netzes geliefert. Das Abbild selbst wird aber nicht in Abhängigkeit von dem Anzeigeorgan eines den Schaltzustand des Netzes wiedergebenden Schaltbildes gesteuert. Es ist daher bei der bekannten Einrichtung erforderlich, das Netzabbild selbst einzustellen, um überhaupt erst den richtigen Strom für das Überwachungsinstrument zu erhalten. Auch diese umständliche und leicht zu Fehleinstellungen führende Arbeit wird bei der Erfindung vermieden.

Ausgehend von den Stellungen der Anzeigeorgane des Netzabbildes bildet die Einrichtung nach der Erfindung Meßgrößen, von welchen je eine einem Leitungsabschnitt bzw. einer Anzapfung einer Löscheinrichtung entspricht. Dabei sind alle Meßgrößen von derselben physikalischen Natur, beispielsweise Drücke, elektrische Spannungen oder Ströme. Die Nachbildungen, welche die Meßgrößen erzeugen, sind untereinander und mit einem Meß- oder Anzeigeinstrument derart verbunden, daß in dem Instrument die Differenz aus sämtlichen, den Erdschlußströmen der eingeschalteten Netzteile entsprechenden Meßgrößen einerseits und sämtlichen den Löschströmen der eingeschalteten Löscheinrichtungen entsprechenden Meßgrößen andererseits wirksam ist. Hierbei werden diejenigen Meßgrößen, welche den im Betrieb befindliehen Netzteilen bzw. Löscheinrichtungen entsprechen, durch die Anzeigeorgane des Schaltbildes ausgewählt.

Die Abb. 1 und 2 geben ein Ausführungsbeispiel für ein einfaches Schaltbild, die Abb. 3 und 4 ein solches für ein verwickelteres Schaltbild, beide jedoch auf derselben meßtechnischen Grundlage wieder. Als Meßgrößen dienen in den Beispielen elektrische Ströme, welche einer Gleichstromquelle konstanter Spannung entnommen, vermittels Vorschaltwiderständen richtig dosiert, durch Kontakte ausgewählt und einem Gleichstrominstrument zugeführt werden. Die Ströme, welche den Erdschlußströmen der einzelnen Netzteile entsprechen, werden durch Parallelschaltung der entsprechenden Stromkreise summiert und der einen Wicklung des Instrumentes zugeführt, das z. B. als Differential-Amperemeter ausgeführt ist. In gleicher Weise werden die Ströme, die den Strömen der Löscheinrichtungen entsprechen, für sich summiert

und der anderen Wicklung des Meßinstrumentes zugeführt. Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß das Instrument jeweils die Differenz der beiden in seinen Wicklungen fließenden Ströme anzeigt.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß durch verschiedene Wahl der benutzten Meßgrößen sich unzählige Varianten erzielen lassen und daß die Erfindung nicht in der

ίο verhältnismäßig trivialen meßtechnischen Durchbildung, sondern in dem bereits erwähnten Prinzip besteht. Beispielsweise könnten statt elektrischer Ströme auch elektrische Spannungen benutzt werden, welche, je nach dem Vorzeichen, zu- und gegengeschaltet werden. Es können auch nichtelektrische Meßgrößen, beispielsweise Drücke, welche Membranen verschieben, zur Verkörperung des Prinzipes ausgenutzt werden.

ao Die Abb. 1 zeigt eines der einfachsten Schaltbilder, auf welches sich die Erfindung anwenden läßt, und kann gleichzeitig als Darstellung des künstlichen Schaltbildes aufgefaßt werden. Sie zeigt eine Sammelschiene, von welcher zwei Leitungen abgehen und an welche z. B. eine Erdschlußspule mit drei Anzapfungen angeschlossen ist. Die Anzeigeorgane a₄ und a₅ geben an, welche der beiden Leitungen an die Sammelschienen angeschlossen ist, die Organe a_u a₂, a_s, welche Anzapfung der Erdschlußspule eingeschaltet ist. Abb. 2 zeigt das zugehörige Schaltbild der Meßeinrichtung. In ihr bedeutet S₁ die positive, S₂ die negative Schiene der Gleichstromquelle, d ein Differential-Amperemeter für Gleichstrom, W₁, w_2> w_s, W₄ und W₅ drei

• Vorschaltwiderstände. Der Widerstand W₁, ϊί'ο, w_s ist an drei Stellen angezapft, und zwar so, daß der zwischen dem einen Pol und einer der Anzapfungen unter dem Einfluß der Gleichspannung fließende Strom dem Spulenstrom der entsprechenden Anzapfung der Erdschlußspule proportional ist. Ebenso ist der in einem der Widerstände W₄ oder w_s fließende Strom proportional dem Erdschlußstrom des entsprechenden Leitungsstückes. Die Anzeigeorgane a_x bis C₅ des Schaltbildes der Abb. 1 steuern die Kontakte 1 bis 5 der Meßeinrichtung derart, daß bei derjenigen Stellung eines Anzeigeorganes, weiche dem geschlossenen Starkstromschalter entspricht, der zugehörige Kontakt der Meßeinrichtung geschlossen wird. Dabei sind die Bezeichnungen in den Abb. 1 und 2 so gewählt,, daß der Index eines jeden Steuerorgans der Nummer des entsprechenden Kontaktes der Steuereinrichtung entspricht.

Die ganze Einrichtung führt unter dem Einfluß der Gleichspannung und der mit Hilfe der richtigen Kontakte zugeschalteten Widerstände der linken Wicklung des Differentialstrommessers einen Strom zu, welcher dem Spulenstrom der im Betriebe befindlichen Anzapfung, der rechten Wicklung einen entgegengesetzt gerichteten Strom, welcher dem Ladestrom des eingeschalteten Netzes proportional ist. Bei richtiger Kompensation zeigt das Instrument auf o, bei falscher Kompensation auf einen Wert, welcher angibt, wieviel Spulenstrom zu- bzw. abgeschaltet werden muß.

Die Anordnung wird etwas verwickelter, wenn das Starkstromschaltbild und das ihm entsprechende künstliche Schaltbild nicht mehr so einfach wie im Falle der Abb. 1 ist. Ein Beispiel für ein kompliziertes Schaltbild, an welchem sich die im allgemeinen Falle anzuwendenden Regeln zeigen lassen, ist in Abb. 3 dargestellt. Hier sind drei räumlich entfernte Stationen des Hochspannungsnetzes A, B und C vorhanden, welche untereinander durch die Leitungen AB, BC, CA in Verbindung stehen. In jeder der drei Stationen befindet sich eine Erdschlußspule, wobei jede Erdschlußspule im allgemeinen mehrere Anzapfungen besitzt. Damit aber die Abbildung nicht allzu verwickelt ausfällt, ist von der Darstellung mehrerer Spulenanzapfungen hier abgesehen, da die entsprechend anzuwendende Schaltung durch die Abb. ι und 2 bereits hinreichend beschrieben ist. Schließlich gehen von jeder der drei Stationen noch je eine Anzahl von Stichleitungen ab, welche elektrisch untereinander nicht zusammenhängen sollen. Der für die Messung des Erdschlußkompensationsgrades in Betracht kommende Schaltzustand ist durch diejenigen Anzeigeorgane des künstlichen Schaltbildes hinreichend gekennzeichnet, welche mit den Buchstaben a, b, c und Zahlenindizes bezeichnet sind.

Abb. 4 zeigt das Schaltbild der Meßeinrichtung für den Kompensationszustand des mit der Station A in Verbindung stehenden Netzteiles. Die mit großen lateinischen Buchstaben bezeichneten und in der Abbildung durch Rechtecke dargestellten Widerstände sind so bemessen, daß sie unter dem Einfluß der Gleichspannung einen Strom aufnehmen, welcher dem Erdschlußstrom des zugehörigen Starkstromteiles proportional ist. In diesem Sinne entspricht beispielsweise der Widerstand A der Abb. 4 der Erdschlußspule der Station A der Abb. 3, der Widerstand B₃ der Abb. 4 dem Erdschlußstrom des Leistungsabzweiges B_a in der Station B, der Widerstand CA dem Erdschlußstrom der Verbindungsleitungen CA in Abb. 3 zwischen den beiden Stationen C und A. Die Kontakte der Abb. 4 sind fortlaufend mit arabischen Ziffern iao bezeichnet ohne Rücksicht auf ihre Bedeutung.

Sind sämtliche Kontakte des Schaltbildes 4

geschlossen, so fließt durch die linke Wicklung des Instrumentes d ein Strom, welcher dem Spulenstrom sämtlicher drei Erdschlußspulen, in der rechten Wicklung ein Strom welcher dem Erdschlußstrom des ganzen Netzes proportional ist. Die Kontakte dienen dazu, die Angabe des Instrumentes richtig zu verändern, wenn Netzteile bzw. Erdschlußspulen abgeschaltet werden. Dies geschieht ίο im einzelnen folgendermaßen:

Die Erdschlußspule A in der Station A steht mit den Sammelschienen in Verbindung, wenn das Anzeigeorgan O₁ in der geschlossenen Stellung steht. Dementsprechend genügt ein einziger Kontakt 1, um den zugehörigen Widerstand A an das Instrument in Abb. 4 anzuschließen. Die Spule J? kann mit den Sammelschienen der Station A auf zwei Wegen in Verbindung stehen. Einmal auf dem Wege AB, zweitens auf dem Wege CA, BC, Dementsprechend sind im Schaltbild zwei parallel geschaltete Kontakte 2 und 3 vorhanden. Kontakt 2 ist geschlossen, wenn die Anzeigeorgane ß₅ und b₅, Kontakt 3, wenn die Anzeigeorgane O₆, C₅, C₄, b_e geschlossen sind. In ganz ähnlicher Weise werden die Kontakte 4 und 5 gesteuert, welche den zur Erdschlußspule C gehörigen Widerstand mit dem Instrument verbinden. Auch hier sind zwei parallel geschaltete Kontakte vorhanden, weil die Spule C auf zwei verschiedenen Wegen mit den Sammelschienen der Station .4 in Verbindung stehen kann.

Eine genau entsprechende Regel gilt für den Kontaktplan der rechten Hälfte, in welcher die dem Erdschlußstrom der Leitungsstücke entsprechenden Widerstände mit der rechten Wicklung des Instrumentes aber mit entgegengesetztem Vorzeichen verbunden werden. In der Reihenfolge von links nach rechts kommen zuerst die drei Widerstände A_ä, A₃ und Ai, welche den Erdschlußstrom der ebenso bezeichneten, von der Station νί abgehenden Stichleitungen darstellen. Sie stehen mit den Sammelschienen der Station A in Verbindung, wenn die zugehörigen Anzeigeorgane a₂, a_a, a₄ in der geschlossenen Stellung stehen. Dementsprechend genügt für die Einschaltung jedes der drei Wider stände^, A_s bzw. A₁ ein Kontakt 6 bzw. 7, bzw. 8, die geschlossen werden, wenn die genannten Anzeigeorgane (a₂, a₃, a₄) geschlossen sind. Dasselbe würde von den von den Sammelschienen der Station B bzw. C abgehenden Stichleitungen B₂, B₃, J3₄ bzw. C₂, C₃ gelten, wenn die Sammelschienen dieser beiden Stationen mit den Sammelschienen der Station A unter allen Umständen in Verbindung stünden. Dies ist jedoch im allgemeinen nicht der Fall. Die Sammelschienen der Station B stehen mit denjenigen der Station^ nur dann in Verbindung, wenn entweder die Anzeigeorgane a₅, i>₅ oder die Anzeigeorgane a_e, c₅, c₄, 6_e geschlossen sind. Dementsprechend liegen im Schaltbild der Einrichtung in Reihe mit den Kontakten 9, 10 und 11, welche dieselbe Bedeutung haben wie die Kontakte 6, 7 und 8, zwei parallel geschaltete weitere Kontakte 16 und 17, welche diesen beiden Verbindungsmöglichkeiten zwischen A B in ähnlicher Weise entsprechen, wie es oben gezeigt wurde. Genau so können auch die Sammelschienen der Station C mit denjenigen der Station A auf zwei Wegen in Verbindung stehen, und dementsprechend liegen auch zu den die Widerstände C₂, C₅ einschaltenden Kontakten 12 und 13 zwei weitere unter sich parallel geschaltete Kontakte 18 und 19 in Reihe.

Es bleiben noch diejenigen drei Widerstände AB, CA und BC zu besprechen, welche den Erdschlußstrom der gleich bezeichneten Verbindungsleitungen zwischen den drei Stationen abbilden. Die ersten beiden stehen mit den Sammelschienen der Station A in Verbindung, wenn die Anzeigeorgane a₅ und a_B geschlossen sind, so daß auch je ein Kontakt 14 und 15 genügt, um diese Widerstände einzuschalten. Die Leitungsstrecke BC dagegen kann mit A wieder auf zwei Wegen in Verbindung stehen, und dementsprechend sind auch zwei parallel geschaltete Kontakte zur Einschaltung des zugehörigen Widerstandes vorgesehen.

Die allgemeine Regel, welche der Anordnung des Kontaktplanes zugrunde liegt, ist aus dem Beispiel der Abb. 3 und 4 leicht zu erkennen und bedarf keiner weiteren Erläuterung. Es kann für jede der Stationen eine Einrichtung ähnlich der durch Abb. 4 dargestellten geschaffen werden. Stehen die Statio- j nen sämtlich oder teilweise miteinander in Verbindung, so zeigen die zu den in Verbindung stehenden Stationen gehörigen Instrumente dasselbe an.

Einer Veränderung der Betriebsspannung und der dadurch hervorgerufenen Änderungen der wirklichen Erdschluß- bzw. Spulenströme kann durch eine entsprechende Veränderung der Gleichstromspannung der Einrichtung entweder von Hand oder selbsttätig, z. B. durch von der Netzspannung beeinflußende Regeleinrichtungen an sich bekannter Art, Rechnung getragen werden. Die Betätigung der einzelnen Kontakte durch die Anzeigeorgane des künstlichen Schaltbildes kann auf verschiedene Weise, beispielsweise durch mechanische Verriegelungen oder durch elektrische Steuerung erfolgen. Im letzteren Falle können die Anzeigeorgane und die Messeeinrichtung leicht räumlich getrennt werden.

Auch für den Fall der elektrischen Übertragung sind verschiedene Lösungen möglich,

beispielsweise kann jedes der Anzeigeorgane ,des künstlichen Schaltbildes in seiner geschlossenen Stellung mit Hilfe eines Hilfskontaktes eine ihm zugehörige Relaiswicklung der Meßeinrichtung erregen. Jedes Relais schließt dann eine Anzahl von Kontakten. Die Zahl dieser Kontakte richtet sich nach der Vermaschung des Netzes. Beispielsweise entsprechen dem Anzeigeorgan a₅ sechs Kon-

jo takte, nämlich die Kontakte 2, 5, 14, 16, 19 und 20. Jeder schematisch gezeichnete Kontakt der,Abb. 4 besteht bei dieser Lösung aus einer Reihe von ebenso vielen hintereinander geschalteten Kontakten, als Steuerorgane zu seiner Schließung geschlossen sein müssen. So besteht z. B. der Kontakt 3 aus vier in Reihe geschalteten Einzelkontakten, von denen je einer sich auf den Relais, welche den Anzeigeorganen a_B, c₅, c_it b_e entsprechen, befindet. ,

Man kann auch umgekehrt vorgehen und anstatt jedem der Anzeigeorgane, jedem der Kontakte ein Relais anordnen, so daß jeder Kontakt geschlossen wird, wenn die zugehörige Relaisspule erregt wird. In diesem Falle wird die Relaisspule eines beliebigen Kontaktes über eine Reihenschaltung von Hilfskontakten erregt, welche sich auf den Anzeigeorganen befinden. Beispielsweise wird nur der Kontakt 3 von einer Relaisspule geschlossen und diese Relaisspule über die Reihenschaltung von 4 Hilfskontakten erregt, von welchen sich je einer auf den Steuerorganen ß₆, c₅, c₄, &_e befindet.

Außer dem Meßinstrument, welches den jeweiligen Kompensationsgrad anzeigt, kann man noch weitere Vorrichtungen anordnen, die bei Unterschreitung eines bestimmten Kompensationsgrades ein Alarmsignal betätigen oder Schalt- bzw. Regeleinrichtungen steuern, welche selbsttätig weitere Erdschlußlöscheinrichtungen zuschalten "oder — bei Überkompensation — solche ausschalten, so daß entsprechend dem jeweiligen Schaltzustand des Netzes sich der erforderliche Kompensationsgrad selbsttätig einstellt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlußkompensationsgrades von Hoch-Spannungsnetzen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Meß- und Anzeigeinstrument die Differenz aus einer den gesamten Erdschlußströmen der eingeschalteten Netzteile entsprechenden Meßgröße einerseits und einer den gesamten Löschströmen der eingeschalteten Löscheinrichtungeri entsprechenden Meßgröße andererseits wirksam ist und daß die einzelnen Meßgrößen durch je eine Netznachbildung erzeugt sind, von denen jede durch Relais, die von der Stellung von Hilfskontakten an den Anzeigeorganen eines den Schaltzustand des Netzes wiedergebenden Schaltbildes abhängig sind, mit dem Netz gleichsinnig gesteuert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzliche Vorrichtungen, z. B. Relais, welche bei Unterschreitung eines bestimmten Kompensationsgrades ein Alarmsignal betätigen oder Schalt- bzw. Regeleinrichtungen steuern, die auf die Erdschlußlöscheinrichtungen wirken.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der die Hilfsstromkreise speisenden Hilfsstromquelle entsprechend den Schwankungen der Netzspannung von Hand oder selbsttätig regelbar ist.

Hierzu τ Blatt Zeichnungen