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Einrichtung; zur Ermittlung des Erdschlußreststromes Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlußreststromes, insbesondere
seiner Wirk- und Blindkomponente, in mit Erdschlußlöscheinrichtcmgen versehenen
elektrischen Netzen.
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Es ist bekannt, zur Feststellung-des durch Erdschlußlöscheinrichtungen
erzielten Kompensationsgrades in Hochspannungsnetzen zwischen eine Phase und Erde
einen rein Ohmschen oder rein induktiven Widerstand bzw. eine Kombination von beiden
einzuschalten, die solche Größe haben, daß dadurch nur eine geringe, den Betrieb
nicht beeinträchtigende Spannungsabsenkung eintritt und ein künstlicher unvollkommener
Erdschluß hergestellt wird, der zur Messung des Grades der Abgleichung dient. Hierbei
wird jeweils eine Netzgröße mit einer an dem Erdungswiderstand oder an der Erds-chlußlösheinrichtung
auftretenden elektrischen Größe verglichen. Dies hat den Nachteil, daß die Messung
nicht an jeder beliebigen Stelle durchgeführt werden kann. Man müßte also zur Messung
an verschiedenen Stellen Fernüb ertragungseinrichtungen verwenden, die jedoch teuer
und umständlich werden.
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Die bekannten Einrichtungen ergeben auch nicht die durch die Erfindung,
erzielte Möglichkeit, die Wirk- und Blindkomponente direkt in einem entsprechend
geeichten Gerät anzuzeigen.
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Erfindungsgemäß werden bei Verwendung einer rein Ohmschen Erdung
zwei dem Netz entnommene Spannungen verglichen, und zwar die Spannung der erdgeschlossenen
Phase gegen Erde mit der Nullpunktsverlagerungsspannung.
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Der Quotient der Größen dieser beiden Spannungen ergibt, ohne Berücksichtigung
der Phasenlage gemessen, den Erdschaißreststrom, also die Wirk- und Blindkomponente
nicht getrennt. Wird dieser Reststrom ein Minimum, so ist der Erdschlußreststrom
ein reiner Wirkstrom, so daß hiermit auch der durch die Löscheinrichtung erzielte
Kornpensationsgrad festgestellt werden kann. Wie später erläutert werden soll, ist
das Minimum jedoch nicht scharf, so daß auch schon bei nicht vollkommener Resona'nzabstinmung
die Wirkkomponente des Erdschluß'reststromes mit guter Annäherung gemessen werden
kn Vergleicht man die Spannungen unter Berücksichtigung des zwischen ihnen bestehenden
Phasenwinkels, so ergibt sich in einem Resistanzmesser die Wirkkomponente und in
einem Reaktanzmesser die Blindkomponente des Erdschlußstroms.
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Die herrschenden Verhältnisse' lassen sich
am besten
an Hand des Diagramms der Abbildung betrachten.
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Die Löschwirkung von Erdschlußspulen Petersenspullen, Löschtransformatoren
oder verwandte Bauarten, hängt vom Komperisie rungsgrad ab-. Die Spulen sollen so
leine stellt werden, daß die Parallelschaltung des induktiven Widerstandes der Löscheinrichtung
mit der Erdkapazität des Netzes einen Sperrkreis für die Grundfrequenz bildet. Es
wird dann wegen der unvermeidlichen Verluste nur Wirkstrom durchgelassen. Diese
Parallelschaltung, resultierende Ersatzimpedanz Z, kann also bei exakter Abstimmung
durch einen rein Ohmschen Widerstand W ersetzt werden.
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Wird nun eine Phase des Netzes, beispielsweiser, über einen Wirkwiderstand
R geerdet, so entsteht eine Verlagerung EN des Erdpotentials. Aus der Theorie der
hochohmigen Widerstandserdung einer Netzphase ist bekannt, daß die Verlagerung bei
variabler Abstimmung, variable Ersatzimpedanz Z, einen Kreis beschreibt, der im
angenommenen Beispiel der Widerstandserdung der PhaseU die eingezeichnete Lage besitzt.
Die von 0 aus an den Kreis gezeichneten Vektoren ergeben die Nullpunktverlagerung
EN des Netzes, und zwar ist EN = JZ mit J als Erdschlußreststrom. Dabei entspricht
der Punkt B einer Unterkompensation des Netzes (Z ist kapazitiv), der Punkt A exakter
Kompensation (Z=W) und Punkte links von A einer Überkompensation (Z induktiv, tYberschuß
von Spulenstrom).
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Im besonderen Falle exakter Kompensation ist UA= J.R und OA=J.W,
wobei mitJ jetzt der Wattreststrom (Z W) bezeichnet wird. UA ist El, die Erdspannung
der geerdeten Phase U und OA = EN die Nullpunktsverlagerung des Netzes. Wird Jleliminiert,
so bleibt E1. : EN = R:W. Daraus folgt 1 = 1 . E1 oder der Wattreststrom bei W R
Ey EStern EStern E1 satter Phasenerdung JW = W = R # EN.
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In dieser Formel sind EStern und R bekannte Größen, so daß der WattreststromJw
E1 ermittelt werden kann, wenn der Quotient EN gemessen wird. Bei nicht exakter
Kompensation (Z = W) gibt derselbe Meßwert den EStern . E1 Reststrom JZ = R # EN.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher zur Ermittlung des Reststromes
bei satter Erdung das charakteristische Spannungsverhältnis bestimmt. Wird ein Quotientenmeßgerät
angeordnet, das den Quotienten der beiden Spannungen ES und EN direkt mißt, so ist
die Größe des Reststromes besonders einfach bestimmt. Wie aus der Abbildung ersehen
werden kann, ist es jedoch nicht notwendig, diesen Quotienten zur bestimmung des
Wattreststromes tatsächlich .teL exakter Kompensation (PunktA) zu messen, denn die
Größen von ES und EN ändern sich nicht sehr wesentlich, wenn der kapazitive Erdschlußstrom
des Netzes nicht genau kompensiert ist, die V-Kurve des Reststromes besitzt also
ein flaches Minimum. Der Kreismittelpunkt M liegt tatsächlich auch. noch viel.näher
der Sternspannung OU, als in der Abbildung gezeichnet ist die Verhältnisse sind
also in dieser Abbildung noch zu ungünstig dargestellt.
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Besonders einfach wird die Ausführung der Meßeinrichtung, wenn ein
handelsübliches Gleichstromohmmeter bekannter Bauart Verwendung findet, das über
Gleichrichter an die Spannung E1 und EN der Meßeinrichtung angeschlossen ist.
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Da die Widerstandserdung über einen reinen Wirkwiderstand R vorgenommen
wird bestimmt der Vektor B U gleichzeitig die Phasenlage des durch den Widerstand
fließenden Stromes. Die resultierende Erdimpedanz des gesamten Netzes kann man sich
in zwei Komponenten einer Parallelschaltung zerlegt denken, wobei die eine ein reiner
Wirkwiderstand, nämlich der Verlustwider-E1 stand W ist, der die Wattkomponente
W bestimmt, und in eine dazu parallel zu schaltende reine Blindkomponente X, durch
welche E1 der Blindstromanteil des Erdschlußrest-X stromes bestimmt wird. Diese
beiden Stromvektoren stehen aufeinander senkrecht. Die Wattkomponente liegt in Phase
mit der- treibenden Spannung EN, die Blindhomponente steht senkrecht dazu. Da die
Strecke BU dem Reststrom J proportional ist, ist die Strecke BC ein Maß für den
Wirkreststrom, die Strecke CU ein Maß für den Blindreststrom.
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Das gleiche Verhältnis besteht in ähnlichem Dreieck OBD, das ebenfalls
bei B den Winkel # zwischen Erdspannung und Nellpunktsspannung aufweist. DO ist
der Blindkomponente des Erdschlußreststromes proportional, BD der Wirkkomponente.
Man erhält also die Wirkkomponente des Erdschlußreststromes, wenn aus den beiden
charakteristischen Spannungen E1 und EN unter Berücksichtigung ihres Phasenverschiebungswinkel
# der Quotient gebildet wird. Somit erhält man den vollen Erdschlußwirkstrom EStern
E1 JW= . . cos # R EN durch Messung mit einem Resistanzmesser an sich bekannter
Bauart.
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Auf ähnliche Weise kann auch die Blindkomponente JB des Erdschlußreststromes
ermittelt werden. Nach den Ausführungen oben wird EStern E1 J B = . . sir R EN Hierfür
ist ein Reaktanzmesser an sich blekannter Bauart geeignet. Bei direktem Erdschluß
werden die Erdschlußspulen infolge der Sättigung einen höheren Strom aufnehmen als
bei den Messungen mit hocho'hmigien Widerstandserdungen. D¢e mit dem Reaktanzmesser
festges.tellte Blindkomponente des Erdschlußreststromes wird dadurch eine Änderung
verfahren. Da aber die Erdschlußspulen bis zu 800/o der Sternspannung sicher noch
ungesättigt sind, kann dieser Fehler bei bekannter Charakteristik der Erdschlußspulen
leicht korrigiert werden. Die Skala des Instrumentes für Anzeige der Blindkomponente
des Erdschlußreststromes muß leinfach eine geringe Änderung erfahr-en, welche der
mehr als proportionalen Vergrößerung der Stromaufnahme bei sattem Erdschluß entspricht.
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Dler Erdschlußreststrom und seine Ktomponenten Jw und JB können auch
mit Hilfe eines Phasenmessers bestimmt werden, dem die beiden Spannungen E, und
EN zugeführt werden und der bei cos# = 1 exakte Kompensation anzeigt. Aber auch
der Winkel OUB zwischen der Sternspannung UO der erdgeschlossenen Phase (im Beispiel
U) und ihrer Erdspannung E1 = UB ist ein Maß für die Abstimmung; er wird Null bei
exakter Kompensation, gleichzeitig mit #.
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Die Verwendung eines rein Ohmschen Widerstandes bat den Vorteil,
daß die Gefahr einer Resonanzverlagerung vermieden ist.
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Wird statt dessen über eine Drosselspule geerdet, so kann deren Induktivität
bei Unterkompensation des Netzes mit der restlichen Erdkapazität einen Serienresonanzkreis
bilden.
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Ähnliches gilt im Falle von Überkompensation bei Verwendung einer
Kapazität zur Erdung einer Phase. Die Widerstandserdung kann entweder direkt oder
indirekt unter Zwischenschaltung eines Transformators Serfolgen. Für die Größe eines
Widerstandes R wird man zweckmäßig einen Wert wählen, der im Vergleich zum Wirkwiderstand
W der resultierenden, aus Löscheinrichtung und Netzkapazität bestehenden Erdung
einen großen Wert besitzt. Dadurch bleibt die Nullpunktsverlagerung EN bei Durchführung
der Messung so klein, daß kein schädlicher erdschlußähnlicher Zustand auftritt.
Wird beispielsweise R R = =4W gewählt, dann wird die Verlagerung 20% der Sternspannung
nicht überschreiten, ein sicher noch zulässiger Wert.
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Wenn das Netz eine natürliche Unsymmetrie besitzt (Ungleicheit der
Erdkapazitäten der drei Phasen), ändert sich zwar die Lage des Kreisdiagrams, bei
exakter Kompensation liegt der Punkt jedoch wieder auf dem Vektor der Sternspannung
der geerdeten Phase, so, daß die Meßverfahren gemäß der Erfindung auch in diesem
Falle mit Erfolg angewendet werden können. Es bereitet übrigens keine Schwierigkeiten,
den Einfluß der Unsymmetrie auf die Messung durch eine Hilfseinrichtung zu beseitigen.
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Wie erwähnt, besteht der Vorteil der beschriebenen Methoden darin,
daß die Messung in einer Station vorgenommen werden kann, welche mit dem Aufstellungsort
der Erdschlußspulen oder des Erdungswiderstandes nicht übereinstimmt. Es können
solche Kompensometer in jeder Station aufgestellt werden, welche Meßeinrichtungen
besitzt, welche die maßgebenden charakteristischen Spammngen liefern. Es ist ferner
möglich, das Erhebt nis der beschriebenen Messungen durch bekannte Fernmeßverfahren
an eine neutrale Stelle weiterzuleiten und dort oder in einer anderen Anlage Regelimpulse
abzuleiten, durch welche die Einstellung der Erdscilußspulen so lange geändert wird,
bis der günstigste Komp ensierungsgrad eingestellt ist.
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Auch in solchen Fällen wird auf die Sättigungscharakteristik der Erdschlußspule
Rücksicht zu nehmen sein. Die Regelimpulse können natürlich auch bereits am Einbauort
der Meßeinrichtungen gebildet werden.