Vorrichtung zur selbsttätigen Einstellung der Erdschlusslöschinduktivität in Hochspannungsnetzen. Zum Erdschlusssehutz von Hochspan nungsnetzen werden vielfach Erdungsinduk- tivitäten verwendet, welche so bemessen sind, dass sie sich mit der Teilkapazität des Netzes gegen Erde annähernd in Resonanzabstim mung befinden. Sie können dabei zwischen die Phasenleiter des Netzes und Erde, oder zwischen Sternpunkt von an das Netz an geschlossenen Wicklungen und Erde ge schaltet sein.
Die Aufrechterhaltung des Abstimmungsgrades gestaltet sich aber in solchen Hochspannungsnetzen schwierig, bei denen mit dem Ab- und Zuschalten von Netzteilen gerechnet werden muss; denn jede Änderung des Netzes bedingt eine Ände rung der Teilkapazität gegen Erde und dem nach eine andere Einstellung der Lösch- spuleninduktivität zur Herstellung- des ent sprechenden Schutzwertes der Löschinduk- tivität. Da die Erdschlussschutzeinrichtung für das ganze Netz meist nur an einem oder an einigen wenigen Punkten des Netzes an- geordnet ist, ist es erforderlich, dass die Änderung der Netzlänge,
also die Zu- bezw. Abschaltung von Netzteilen an jene Sta tionen sofort gemeldet wird, in denen sich die Löschinduktivitäten befinden, damit un verzüglich eine entsprechende Einstellung der Löschinduktivität vorgenommen werden kann. Der Netzbetrieb wird dadurch aber kompliziert und schwierig und erfordert eine dauernde Verständigung zwischen räumlich weit auseinander liegenden Stationen und Schaltstellen. Es wäre ein erheblicher tech nischer Fortschritt, wenn die Einstellung der Erdschluss-Löschinduktivität auf den der jeweiligen Länge des geschützten Hochspan nungsnetzes entsprechenden Wert selbsttätig erfolgte.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Vorrichtung zur selbsttätigen Einstellung der Erdschluss-Löschinduktivität auf den der je weiligen Länge des geschützten Hochspan nungsnetzes entsprechenden Wert. Erfin- dungsgemäss soll der Sternpunkt (bezw. Null punkt) einer an das Hochspannungsnetz an geschlossenen Wicklung über eine Span nungsquelle betriebsfremder Frequenz und eine (Hilfs-) Induktivität von solcher Grösse mit Erde verbunden sein, dass der aus Netz,
Erdungskreis und Teilkapazität des Netzes gegen Erde bestehende Stromkreis sich bei betriebsmässig kleinster oder grösster Netz länge in bezug auf .die betriebsfremde Fre quenz annähernd in Resonanzabstimmung befindet. Ferner sollen Schalteinrichtungen vorgesehen sein, welche in Abhängigkeit von dem Strom oder der Reaktanz des Erdungs- kreises die Löschinduktivität der jeweiligen Netzlänge entsprechend einstellen. In dem Erdungskreis ist hierbei die EMK der Strom quelle betriebsfremder Frequenz, die zweck mässig höher als die Netzfrequenz gewählt wird, wirksam.
Der Erdungskreis besitzt eine Impedanz, die sich aus -den ohm'.schen Wider ständen der Leitung selbst und der Ab leitung nach Erde, aus der Hilfsinduktivität, der Streuinduktivität der den Sternpunkt bil denden Wicklung, der Induktivität des Netzes und schliesslich aus der Teilkapazität des Netzes gegen Erde zusammensetzt.
Wer den Netzteile zu- oder abgeschaltet, dann ändert ,sich im wesentlichen nur die 'Teil kapazität des Netzes gegen Erde, während die Änderung der gesamten Induktivität und,des ohm'schen Widerstandes durch Aus fall oder Hinzutreten von Netzteilen ver nachlässigt werden kann. Die Stromände rung im Erdungskreis ist somit vorwiegend eine Funktion der Teilkapazität gegen Erde, also der Netzlänge,
und der Strom ändert sich infolge der Änderung der Reaktanz
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des Erdungskreises. Aus diesem Grunde kann auch an Stelle eines Strommessers ein Reaktanzmesser Verwendung finden. Damit nun aber die Empfindlichkeit der Messung eine zur Betätigung der Schalteinrichtung genügende ist, ist es, wie oben angegeben, notwendig, die Hilfsinduktivität so zu be messen, dass für die grössten oder kleinsten Netzlängen in bezug auf die betriebsfremde Frequenz mindestens angenähert eine Reso nanzabstimmung im Erdungskreis vorhanden ist.
Bei Ab- (bezw. Zu-)schalten von Netz teilen entfernt sich dann der gemessene Wert des Stromes vom Resonanzwert, und zwar liegen die Messwerte auf dem steilen Ast der Resonanzkurve. Dadurch ist die Empfind lichkeit der Einrichtung und die Genauig keit der Messung gewährleistet.
Die Messung erfordert aber, um eindeutig zu sein, eine von der Spannung der Grund frequenz unabhängige konstante Spannung der Hilfsstromquelle und, falls diese Kon stanz nicht von vornherein gegeben ist, Ein richtungen, welche sie herbeiführen. Auch die betriebsfremde Frequenz sollte möglichst konstant sein und, um ruhende Einrichtun gen zu ihrer Erzeugung verwenden zu kön nen, ist es vorteilhaft, sie als ein ganzes Viel faches der Grundfrequenz zu wählen.
So kann zum Beispiel in Dreiphasennetzen eine der änten Harmonischen entsprechende be triebsfremde Frequenz (n = ganze Zahl) leicht in ruhenden Apparaten durch Sättigung des Eisens einer mit konstanter Spannung der Grundfrequenz gespeisten Dreiphasenspule erzeugt werden.
Schliesst man nämlich an das Dreiphasennetz eine hochgesättigte drei- phasige, in Stern geschaltete Drosselspule an, dann erfordert das Feld bei sinusförmigem Verlauf zu seiner Erzeugung eine starke dritte Harmonische, die aber in allen drei Phasen gleiche Richtung hat und daher nur über eine mit dem Sternpunkt verbundene Leitung zu- und abfliessen kann. Ist der Sternpunkt mit Erde verbunden, dann fliesst der Strom der dritten Harmonischen durch den Erdungskreis, also vom Netz durch die Dreiphasenwicklung über den Sternpunkt nach Erde und über die Teilkapazität des Netzes gegen Erde zurück ins Netz.
Diese Erzeugung der betriebsfremden Frequenz für den Erdungskreis hat aber noch den Nach teil, dass die Grösse des Stromes von der Netz spannung der Grundfrequenz abhängt. Än- dert sich die Netzspannung, dann ändert sich die Sättigung der Drossel und demnach die EMK der 3ten Harmonischen. Es ist dann vorteilhaft, um die EMK von der Änderung der Spannung des Netzes möglichst unab hängig zu machen, sie in folgender Weise zu erzeugen.
Man gibt dem Magneten der hochgesättigten Dreiphasendrossel einen fiten Schenkel, dessen Feld in einer auf diesem Schenkel angeordneten, in den Erdungskreis eingefügten Spule die Spannung der 3nten Harmonischen induziert.
Um nun diese Drei phasendrossel mit möglichst konstanter Span nung zu speisen, wird sie an die gegen einander geschalteten Sekundärwicklungen zweier primär in Reihe an das Hochspan nungsnetz angeschlossener Dreiphasentrans- formatoren angeschlossen, von denen der eine hohe, der andere geringe Eisensättigung be sitzt, derart, dass die Neigung der Span- nungscharakteristik des ungesättigten Trans formators annähernd gleich der Neigung des im Bereich hoher Sättigung liegenden Teils der Spannungscharakteristik des gesättigten Transformators liegt. Diese Schaltung ist an sich aus dem Schweiz.
Patent Nr. 130733 be kannt. Da sich im Sekundärkreis die Span nung des ungesättigten Transformators von der des gesättigten subtrahiert, ist die Span nung an der Reihe der beiden Sekundärwick lungen in weitem Bereich eine konstante und unabhängig von den Schwankungen der Pri märspannung. Schliesst man also an diese Sekundärwicklungsreihe die mit fitem Schen kel versehene hochgesättigte Dreiphasen drossel an, dann ist das Feld der 3ten Har monischen im fiten Schenkel nahezu konstant und unabhängig von den Schwankungen der Spannung des Hochspannungsnetzes.
Dem entsprechend ist auch die in der auf dem fiten Schenkel angebrachten Wicklung indu zierte EMK der. 3ten Harmonischen eine Konstante, und man kann sie als konstante Spannung betriebsfremder Frequenz im Er dungskreis verwenden. Zu diesem Zweck schaltet man in den Erdungskreis die auf dem fiten Schenkel der Dreiphasenspule lie gende Wicklung ein und schliesst, um einen besonderen Anschlusstransformator für den Erdungskreis zu ersparen, diesen an den Sternpunkt der Primärwicklung des zur Er zeugung der konstanten Spannung verwen deten ungesättigten Transformators an.
Die ser Transformator soll aber dem Strom der 3ten Harmonischen keinen hohen induktiven Widerstand entgegensetzen, und er erhält aus diesem Grunde als 3te Wicklung eine in Drei eck geschaltete Wicklung, welche die Am perewindungen der 3ten Harmonischen kom pensiert. Man kann aber auch den beiden Transformatoren, welche der Erzeugung der konstanten Spannung dienen, Primärwick lungen in Zickzackschaltung geben, da die Ziekzacksehaltungen mit zwei gleichen Pha senteilen pro Spannungsphase die Eigen schaft haben, ante Harmonische ungedrosselt hindurch zu lassen.
Man kann aber auch die Induktivität des den Sternpunkt zum An schluss des Erdungskreises liefernden Trans formators ganz oder teilweise zur Herstellung der Resonanz mit den Teilkapazitäten des Netzes gegen Erde verwenden, wodurch die in den Erdungskreis einzuschaltende Hilfs- induktivität entsprechend kleiner ausfällt.
Es kann der Fall eintreten, dass die Re sonanzkurve ausserordentlich steil verläuft, so dass die Empfindlichkeit der Einrichtung zu gross wird. In diesem Falle kann dieser Kurve durch Einschalten eines Dämpfungs- widerstandes in den Erdungsstromkreis eine geringere Steilheit in der Nähe des Resonanz punktes gegeben und die Empfindlichkeit auf den praktisch brauchbarsten Wert eingestellt werden.
Da bei der beschriebenen Einrichtung die gemessenen Werte des Stromes der 3nten Harmonischen nicht nur unabhängig von den Spannungsschwankungen des Hochspan nungsnetzes, sondern auch von den Strömen der Grundfrequenz sein sollen, wird man, um diese Ströme von den messenden und schaltenden Instrumenten fernzuhalten, diese durch aus Kapazität und Selbstinduktion be stehende, auf die Grundfrequenz abgestimmte Resonanzkreise überbrücken.
Als Instrumente kommen sowohl solche in Betracht, welche den die Löschinduktivität einstellenden Mess- wert erkennen lassen (Amperemeter, Reak- tanzmesser oder dergleichen), als auch Schalt relais, welche vom Strom des Erdungskreises durchflossen die Löschinduktivität auf den der jeweiligen Länge des Netzes entsprechen den Wert einstellen.
Anstatt das Schaltrelais vom Strom des Erdungskreises zu speisen, kann es auch von der an der Erdungsinduk- tivität (Hilfsinduktivität im Erdungskreis) herrschenden Spannung gespeist werden, wo bei in diesen Spannungskreis ein aus der Parallelschaltung von Kapazität und Induk- tivität bestehender Sperrkreis für Ströme der Grundfrequenz eingeschaltet sein kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei anhand der Figur erläutert. In dieser be deutet N ein Dreiphasennetz mit den ab schaltbaren Teilen<I>N,</I> und N=. S, und SZ sind Schalter zum Ab- und Zuschalten der Netzteile. HT stellt die das Netz speisende Wicklung des Haupttransformators dar: An den Sternpunkt dieser Wicklung ist die Löschspule L angeschlossen, deren Induk- tivität durch den mit Erde verbundenen Schaltkontakt eingestellt werden kann.
An das Netz N sind die Primärwicklungen der Transformatoren T, und T2 in Reihen schaltung angeschlossen, deren Sekundär wicklungen in Reihe gegeneinander ge schaltet sind. Transformator T, ist hoch, Transformator TZ ist schwach gesättigt und derart bemessen, dass die Neigung seiner Spannungscharakteristik annähernd gleich der Neigung des im Bereich hoher Sättigung liegenden Teils der Spannungs- charakteristik des gesättigten Transforma tors T, liegt.
Dies hat zur Folge, dass die an der Reihe der Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren herrschende Span nung im weiten Bereich unabhängig von der Änderung der Spannung des Netzes N kon stant ist. Diese konstante Spannung wird nun den Klemmen der Dreiphasendrossel T3 zugeführt, deren Eisen ebenfalls hoch ge sättigt ist und die einen 4ten Schenkel be sitzt, auf dem sich die Spule G befindet. In dieser Spule G werden Spannungen der 3nten Harmonischen induziert, und sie stellt die Stromquelle für Ströme der 3nten Frequenz dar.
Die Spule G ist nun mit dem einen Pol an den Sternpunkt der Primärwicklung von T2 angeschlossen, mit dem andern Pol da gegen über die Hilfsinduktivität J, das Schaltrelais R und das Amperemeter A ge erdet. Das Schaltrelais B und das Ampere meter A sind durch den auf die Grund frequenz abgestimmten Resonanzkreis Sch überbrückt. Um eine Drosselung der Ströme der 3nten Harmonischen in der Primärwick lung von T2 zu vermeiden, ist diese, Wicklung in Zickzack geschaltet.
Damit aber die Pha sen der Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren T, und TZ nicht vonein ander abweichen, ist auch die Primärwick lung von<I>T,</I> und T, in Zickzack geschaltet. C, und C2 stellen die Teilkapazitäten gegen Erde der Netzteile N1 und N2 dar. Es ist an genommen, dass, die Teilkapazität des an den Transformator HT unmittelbar angeschlos senen Leitungsstückes gegenüber den andern vernachlässigbar klein ist.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist nun folgende: Es seien die Schalter ,S', und S, geschlossen und die Induktivität J so eingestellt, dass sich der Stromkreis, wel cher gebildet wird aus Primärwicklung von T2, Spule G, Hilfsinduktivität J, Erde, Teil kapazitäten C, und C2 und Netz N (wobei parallel zu C, und C. die Löschinduktivität <I>L</I> und der Speisetransformator HT liegt), annähernd in Resonanzabstimmung in bezug auf eine ante Harmonische befindet.
Der Strom im Relais B und im Amperemeter A hat somit bei voll eingeschaltetem Netz sei nen grössten Wert. Öffnet man nun zum Beispiel den Schalter S2, dann ist C2 aus dem Erdungskreis ausgeschaltet, und dieser ist entsprechend verstimmt. Der Strom in den Instrumenten nimmt relativ stark ab, weil der Messwert sich auf dem steilen Ast der Resonanzkurve bewegt.
Dem geänderten Wert des Messstromes entsprechend wird nun der Hebel K bewegt und die Löschspule<I>L</I> auf einen dem Wert Cl entsprechenden Wert selbsttätig eingestellt. Welche der 3nten Harmonischen zur Be- t;@,tigung der Instrumente gewählt wird, ist an sich gleichgültig, man wird im allgemei nen die 3te Harmonische bevorzugen, weil sie relativ die grösste Amplitude hat und daher genügend Energie für die Betätigung des Schaltrelais liefert.
Anderseits darf die zwi schen Netznullpunkt und Erde auftretende Spannung der 3nten Harmonischen im Ver hältnis zur Netzspannung nicht sehr erheb lich sein, da sie das Netzpotential gegen das Potential der Erde verlagert und daher die Spannung der Phasenleiter des Netzes gegen Erde erhöht. Anstatt die Schalteinrichtung und die Messinstrumente unmittelbar in den Erdungskreis einzuschalten, kann dies auch mittelbar dadurch geschehen, dass die In strumenten- und Relaisstromkreise nur induk tiv mit dem Erdungsstromkreis gekoppelt sind.
So kann zum Beispiel das Schaltrelais von einer mit der Hilfsinduktivität des Er dungskreises induktiv gekoppelten Spule ge speist werden.
Die Hilfsinduktivität, an welcher ausser der Spannung der 3nten Harmonischen ge gebenenfalls auch die als Folge von Un- symmetrien auftretende Verlagerungsspan nung herrscht, ist für die Spannung zu be messen, mit der sie maximal beansprucht wird. Um diese Spannung herabzusetzen, ist es zweckmässig, das Netz in bekannter Weise mit Einrichtungen zu versehen, welche die Netzsymmetrie herbeiführen, oder die Lösch- induktivität so weit zu verstimmen, dass die Verlagerungsspannung sich unterhalb ge wisser Grenzen hält.
Ferner können vorteil haft Schaltungen vorgesehen sein, welche im Erdschlussfalle in Abhängigkeit von den sich dabei ändernden Netzgrössen (zum Bei spiel Spannung gegen Erde) selbsttätig den Hilfskreis unterbrechen.