Er dschlussschutzeinrichtung für Wechselstrom-Generatoren. Selbsttätige Einrichtungen zum Schutz von unmittelbar oder über Sammelschienen auf ein Netz arbeitenden Wechselstrom-Gene- ratoren gegen innere Erdschlüsse sollen nur dann den zu schützenden Generator vom Netz bezw. von den Sammelschienen abschal ten, wenn der Erdschluss im Generator, ge gebenenfalls einschliesslich eines gewissen Teils seiner Verbindungsleitung, liegt, wäh rend Erdschlüsse im Netz diese Schutzein richtungen nicht beeinflussen sollen.
Zur Er reichung dieser Selektivität pflegt man einen Hilfsstromkreis vorzubereiten, der eine Er dung enthält und normalerweise offen und stromlos ist, bei eintretendem Erdschluss je doch sich über Erde schliesst. Der ihn durch fliessende Strom betätigt die Schutzapparate. Dieser über Erde sich schliessende Hilfsstrom ist vorzugsweise ein Wattstrom und wird im folgenden künstlicher Erdschlussstrom ge nannt. Meist wird er mittels Stromw!andtlern in Holmgreen-Schaltung als Summenstrom aus den Betriebsströmen hergeleitet.
Da aber Stromwandler immer mit gewissen Fehler- strömen behaftet sind, darf der künstliche Erdschlussstrom eine gewisse Mindestgrösse nicht unterschreiten, damit er sich von jenen Fehlerströmen abhebt. Da dieser Hilfsstrom kreis meist von der Spannung gespeist wird, die zwischen dem Systemnullpunkt und Erde herrscht und die im folgenden mit Null punktsspannung bezeichnet wird, wechselt die Stärke des künstlichen Erdschlussstromes mit der $öhe der Nullpunktsspannung, die ihrerseits von der Lage des Erdschlusses im Generator abhängig ist und vom Nullwert bis zum Wert der vollen Phasenspannung an steigen kann.
Um nun den Mess-bereich der Schutz apparate zu verkleinern und ihre Empfind lichkeit zu erhöhen, hat man verschiedene Massnahmen erdacht, die den künstlichen Erd- schlussstrom begrenzen, so dass er bei klem- mennahen Erdschlüssen im Verhältnis klei ner und bei nullpunktsnahen Erdschlüssen im Verhältnis grösser ist, als dem Verhältnis der Nullpunktsspannungen in diesen beiden Fällen entspricht.
Beispielsweise hat man einen je nach der auftretenden Nullpunkts spannung abgestuften Strombegrenzun;gs- widerstand: in den Stromkreis des künstlichen Erdschlussstromes eingeschaltet;
oder man hat diesen Stromkreis mit spannungsabhängigen Widerständen, wie Eisen-Wasserstofflampen oder Kombinationen von Induktivitäten und Kapazitäten, ausgerüstet, die bei, höherer Spannung im Verhältnis weniger Strom duwrchlassen als bei niederer Spannung. Ahle diese Vorkehrungen werden für die gleiche Einschränkung der Variation des künstlichen Erdsehlussstromes um so umfangreicher und sind um so schwieriger zu verwirklichen, je grösser der Bereich des zu erzielenden Schut zes ist.
Will man beispielsweise<B>90%</B> der Generatorwicklung schützen, dann variiert die Nullpunktsspannung zwischen Klemmen- erdschluss und Erdschluss an der Grenze des Schutzbereiches um den Nullpunkt herum im Verhältnis 1 : 10, bei 95% Schutzbereich aber bereits im Verhältnis 1 :20. Für letz teren Wert ist aber der Aufwand an Zusatz apparaten schon sehr erheblich. Für Erd- schlüsse in 10 bezw. <B>5%</B> N ullpunktsnähe bis zum.
Nullpunkt selbst versagen diese Einrich tungen vollständig, es sei denn, dass eine künstliche Verlagerung des System-Null- punktes vorgenommen wird. Solche Verlage rungen sind aber meist mit Rücksicht auf das angeschlossene Netz nicht zulässig. Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung, bei welcher die genannten Nachteile vermieden werden und der für die Selektivität des Schutzes benötigte künstliche Erdschlussstrom unabhängig vom gewünsch ten Bereich der Schutzwirkung erzeugt wird.
Das wird: erfindungsgemäss dadurch erreicht., dass zur Erzeugung des künstlichen Erd- schlussstromes, wenigstens bei nullpunkts- nahen Lagen des Erdschlusses, die Spannung zwischen der Erdschlussstelle und wenigstens einem beliebigen Punkt des zu schützenden Wicklungssystems verwendet wird, der aber nicht der Systemnullpunkt ist. In der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsbeispiele für die Erfindung schematisch dargestellt.
In allen diesen Beispielen wird das Eintreten eines Erdschlusses durch Mes sung der Spannung zwischen Nullpunkt und Erde, das heisst der Nullpunktsspannung, festgestellt.
Gemäss Fig. 1 wird zur Erzeugung des künstlichen Erdschlussstromes eine Hilfs erdung vorgenommen, indem an die Sammel schienen R, S, T die Primärwicklung eines Hilfstransformators 12 angeschlossen und dessen Nullpunkt bei 13 geerdet ist. Hier sind zwei Bereiche vorgesehen, denen Span- iningsrelais 2a und 2b verschiedener Emp findlichkeit zugeordnet sind.
Für Erdschlüsse mit kleiner Nullpunktsspannung, also in einem gewissen Bereich um den Nullpunkt des zii schützenden Generators 1 herum, wird der künstliche Erdschlussstrom auf die erfin dungsgemässe Art gewonnen, während er für Erdschlüsse, die ausserhalb dieses Bereiches, nach den Generatorklemmen hin auftreten, auf die bisher bekannte Art rein von der Nullpunktsspannung erzeugt wird. Die drei Phasen der Sekundärwicklung des Transfor mators 12 sind in Reihe geschaltet, so dass ,jede Nullpunktsverlagerung des Systems im Sekundärkreis desselben eine Spannung er zeugt.
Diese tritt bekanntlich im Erdschluss- falle auf, und die erzeugte Spannung bringt je nach ihrer Grösse das empfindliche Relais 2b oder das unempfindlichere Relais 2a zum Ansprechen. Im Sekundärstromkreis des Transformators 12 liegen zwei Schützschalter 3ca und 3b, von denen der erstere bei Anspre chen des Relais 2a, der letztere bei Anspre chen des Relais 2b erregt wird, und ein Wi derstand (oder eine Impedanz) 4, von wel chem ein Teil 4a bei geschlossenem Schalter 3b beispielsweise nur in dem von der Phase R des Transformators 12 gespeisten Strom kreis liegt.
Ein Auslöserelais 5 wird einer seits vom Summenstromwandler 6, ander seits von dem am Widerstand 4 abgezweig ten Spannungswandler 7 gespeist und dient zur Betätigung der Auslösespulen des Ge- neratorschalters 11 sowie seines Erregerschal ters 15. Weitere Generatorgruppen können, wie angedeutet, auf die Sammelschienen R, S, T arbeiten und werden durch die gleiche Apparatur 2, 3, 4, 7, 12, 13 mitgeschützt.
Bei Eintreten eines Erdschlusses wird den Spannungsrelais 2a und 2b die im Transformator 12 transformierte Nullpunkts spannung zugeführt. Bei grösseren Null punktsspannungen spricht das Relais 2a an, öffnet den Stromkreis des empfindlicheren und zeitverzögerten Relais 2b und schliesst das Schütz 3a, so dass nunmehr ein durch den Widerstand 4 begrenzter künstlicher Erd- schlussstrom fliesst.
Die am Widerstand 4 ab gegriffene Spannung wird vom Wandler 7 der Spannungsspule des Auslöserelais 5 zuge führt und erzeugt dort bei vorhandenem Su;mmenseum, dem bei Erds.Ghluss- im Gene rator 1 in der Stromspule des Relais 5 auf tritt, ein Drehmoment, durch das sein Kon takt geschlossen und die Auslösung der Schalter 11 und 15 bewirkt wird. Bei Feh lern ausserhalb des Schutzgebietes jedoch bleibt das Auslöserelais 5 unwirksam, weil im Wandler 6 praktisch kein Summenstrom auftritt und daher die Stromspule des Relais 5 unerregt bleibt.
Bei mehreren parallel arbeitenden Generatoren muss jedem einzelnen Generator ein eigenes Auslöserelais 5 zu geordnet sein.
Bei Nullpunktsspannungen unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes, wenn also der Erdschluss in der Nähe des Generator sternpunktes liegt, bleibt das Relais 2a im geöffneten Zustand und nur das Relais 2b spricht, mit kleiner Zeitverzögerung, an. Da durch wird das Schütz 3b geschlossen, das über den Widerstandsabschnitt 4a den Stromkreis nur einer Sekundärphase des Transformators 12 schliesst.
Für den ent stehenden künstlichen Erdschlussstrom ist dann die Spannung zwischen der Erdscbluss- stelle und der Klemme derjenigen Phase des Generators wirksam, in welcher das Schütz 3b liegt; im Falle des Beispiels ist dies die Phase R. Diesem Sekundärstrom entspricht auch ein Primärstrom in der Phase .R der Generatorzuleitungen und des Summenwand- lers 6 und überträgt sich somit auf die Stromwicklung des Auslöserelais 5.
Ferner erzeugt er im Widerstand 4a den Spannungs abfall, der zur Speisung der Spannungsspule des Auslöserelais 5 dient und. zusammen mit dem Summenstrom in seiner Stromspule die ses Relais zum Ansprechen und zur Aus lösung der Schalter 11 und 15 bringt.
Die Spannungsverhältnisse sind aus den Ersatzschaltbildern, Fig. 2 und 4, in denen die Erde nebst den Widerständen 4 durch die Widerstände wr, <I>Ws,</I> wt ersetzt ist, sowie aus den zugehörigen Vektordiagrammen, Fig. 3, 5 und 6, ersichtlich.
Ist bei klemmennahen Erdschlüssen das Schütz 3a geschlossen, so wird hier gemäss Fig. 2 und 3 der künstliche Erdschlussstrom von der Spannung Eo er zeugt, die hier mit der Nullpunktsspannung U., das heisst mit der Spannung zwischen ErdschlussstelIe e und dem Nullpunkt o iden tisch ist.
Tritt dagegen bei einem nullpunkts- nahen Erdschluss das Schütz 3b in Tätigkeit, welches ja nur von der Transformatorphase .B gespeist wird, ist zu unterscheiden, ob der Erdschluss, entsprechend dem ausgezogenen Pfeil in Fig. 4, ebenfalls in Phase R (bei e) oder, entsprechend dem gestrichelten Pfeil, in einer andern Phase, zum Beispiel T, (bei e') liegt.
Im ersten Fall wirkt als Erzeuger des künstlichen Erdschlussstromes gemäss Fig. 5 die Phasenspannung Er zwischen Erdschluss- stelle e und Klemme der Generatorphase R; im zweiten Falle wirkt ;gemäss, Fig. 6 die ver kettete Spannung Et, zwischen der Erd- schlussstelle e' und der gleichen Klemme.
Die Aufteilung der Generatorwicklung wird am günstigsten, wenn dem Spannungs relais 2a bezw. dem Schütz 3a klemmen- seitig 56%, dem Relais 2b bezw. Schütz 3b nullpunktsseitig 44% der Gesamtwindungen zugeordnet werden; dann variiert der künst liche Erdsclilussstrom im Verhältnis 1 :2;27. Denn beim Wandern des Erdschlusses vom Punkt 44% gegen die Klemme hin wächst die Nullpunktsspannung U" von 44% auf 1.00 %, also im Verhältnis 44: 100 = 1: 2,27.
Und beim Wandern des Erdschlusses von der Stelle 44% gegen den Nullpunkt hin wächst die wirksame Phasenspannung Er von 56 % auf<B>100%</B> bezw. die verkettete Spannung Et, von 56 % auf 12 7,5 % ; die Variation ist also maximal 56 : 127,5 = ebenfalls 1 : 2,27.
Arbeiten nun die zu schützenden Maschi nen auf ein mehr oder weniger stark, kapazi- tives Netz, mag es eine Löschspule enthalten. oder nicht, so überlagert sich dem künstlichen Erdschlussstrom ein Lade- bezw. Reststrom, der das Arbeiten der Ausläserelais 5 stören kann.
Der Einfluss dieser Ströme auf das Auslöserelais 5 ist in zwei Vektordiagram- men, Fig. 7 und 8, dargestellt. Fig. 7 zeigt die Vektoren bei Erdschluss in der der Ge- neratorphase R vorangehenden Phase T, Fi.g. 8 bei:
Erdischlüss in der der Phase R nac.h- folgenden Phase S (wenn der Vektordrehsinn entgegen dem Drehsinn des Uhrzeigers an genommen wird).
In beiden Diagrammen bedeutet LT" die Richtung der Nullpunktsspannung und Et, bezw. E, die den künstlichen Erdschluss- strom Ie erzeugende Spannung. Das Auslöse relais 5 sei so gebaut, dass es sein grösstes Drehmoment entwickelt, wenn der Strom in seiner Stromspule die Richtung 11-11 hat.
Im Falle der Fig. 7 liefert der kapazitive Ladestrom Ie, der immer der Nullpunktsspan- nung (To praktisch: um 90 voreilt, in die Richtung A- < 1 eine drehmomenterzeugende Komponente, die diejenige des künstlichen Erdsehluss:stromes I, verstärkt;
dagegenwirkt im Falle der Fig. 8 diese in die Richtung 1-t1 fallende Komponente des Ladestromes I, schwächend auf das vom Strom 1p erzeugte Drehmoment.
Wäre statt des Ladestromes 1e ein in duktiver Reststrom vorhanden, so wäre die Wirkung umgekehrt, eine Drehmoment schwächung im Falle des Erdschlusses in Phase T, eine Drehmomentverstärkung im Falle des Erdschlusses in Phase S. Jeden falls bewirkt also Strom 1e eine Unsicher heit im Ansprechen deal Auslöserelais 5.
Diese wird vermieden, wenn man in jedem Falle eines Erdschlusses im Generator die Phase der Spannung zur Erzeugung des künstlichen Erdschlussstromes selbsttätig wechselt, indem man etwa die verschiedenen Schenkel des Hilfstransformators 12 einzeln nacheinander als Stromquelle benutzt.
Bei solch zvklischem Wechsel über alle drei Pha sen fällt für jede Lage des Erdschlusses im Generator und für jeden Netzzustand min destens einmal jede hemmende Wirkung des Lade- bezw. Reststromes weg. Die Schutz- einrichtung arbeitet somit vollkommen un abhängig vom Netzzustand zuverlässig.
Dies sei am Beispiel der Fig. 9 erläutert. Bei dieser Einrichtung braucht man für die verschiedenen Erdschlusslagen nicht Relais verschiedener Empfindlichkeit zu verwenden, da man den künstlichen Erdschlussstrom ohnehin nicht nur mit Hilfe der eigenen Phase (entsprechend Fig. 5), sondern auch durch Verkettung mit den beiden Nachbar phasen (entsprechend Fig. 6) bildet. In Fig. 9 sind die beiden Relais 2a und 2b durch an dere Relais 8 und 9 und die einphasigen Schützen 3a und 3b durch zweipolige<B>3" 3"</B> 3t ersetzt.
Mittels des an der Nullpunktsspannung liegenden Relais 8, das sehr empfindlich sein kann und den ganzen Bereich von der Klemme des Generators fast bis zu -seinem Nullpunkt erfasst, wird der Erdschluss ledig lich festgestellt und durch sein Ansprechen das dreistufige gestaffelte Zeitrelais 9 ein geschaltet. Dieses schaltet in der Reihen folge r, s, i, kurzzeitig, zum Beispiel je 1 oder 2 Sekunden lang, die Erregerspulen der Schütze 3,., 35, 3t ein und gleich wieder aus.
Beim Einschalten irgendeines dieser drei Phasenschützen genügt trotz gegenwirkender Lade- oder Restströme die Erregung des Aus löserelais 5 sicherlich, um ein Drehmoment zur Betätigung seines Kontaktes zu erzeugen.
Bei dieser Methode kommt als kleinste zur Erzeugung des künstlichen Erdschlussstromes dienende Spannung die Phasenspannung in Betracht, wenn nämlich der Erdschluss im Nullpunkt des Generators liegt, und die grösste gleich der verkefeten Spannung dann, wenn der Kurzschluss an der Klemme des Generators auftritt.
Die Variation des künst lichen Erdsehlussstromes bei Wandern des Erdschlusses vom Nullpunkt zur Klemme des Generators beträgt also hier höchstens 1:1,73. Will man auch Erdschlüsse der abge schalteten, aber erregten Maschine, also bei offenem Schalter 11, erfassen, so genügt es, an den Nullpunkt des Generators 1 einen anderseits geerdeten Spannungswandler 16 anzuschliessen und von ihm aus das Auslöse- ,eIlais 5 über IE@lfiskontakte 10 am Schalter 11 zu speisen.
Da der Stromwandler 6 strom los ist, wird der Stromspule des Relais 5 ebenfalls eine Spannung zugeführt, deren Phasenlage aber zur Erzeugung eines Dreh momentes verschoben werden muss, zum Bei spiel durch Hinzufügen einer Reaktanz oder eines Kondensators 14. Das Relais arbeitet dann als zweispuliges Spannungsrelais, des sen beide Spulen im Erdschlussfalle von der Nullpunktsspannung, die am Transformator 16 herrscht, gespeist werden, die eine direkt, die andere über den Kondensator 14. Durch die Hilfskontakte 10 wird bei offenem Hauptschalter 11 der Spannungswandler 16 ein- und der Spannungswandler 7 abge schaltet.
Selbstmerstäudliich lässt sich die Erfindung auch bei Einzelmaschünlen anwenden, wo- bei dann der besondere Erdungstransformator 12 entfallen kann.. Statt :dessen wird gemäss Fig. 10 ein Nullpunktstransformator 17 ver wendet, der das Ansprechrelais 8 bei Vorlie gen eines Erdschlusses mit der Nullpunkts spannung speist.
Durch kurzzeitiges Ein schalten der drei Schütze 31, 38, 3t wird die gemeinsame Erdleitung unter Strom gesetzt, die den Widerstand 4 und den Stromwand ler 18 enthält. Dieser ist dem Summenstrom wandler 6 entgegengeschaltet, so dass ein beide Wandler 6 und 18 durchfliessender künstlicher Erdstrom, wie er bei Netzerd- schlüssen auftritt, auf das Relais 5 ohne Wir kung bleibt. Bei Wicklungserdschluss im Ge nerator 1 erhält jedoch nur der Wandler 18 einen Summenstrom. Zugleich speist der Spannungsabfall im Widerstand 4 direkt oder über den Spannungswandler 7 die Span nungsspule des Auslöserelais 5.
Bei Erd- schluss an irgendeiner Stelle der Generator wicklung reicht der Spannungsabfall am Widerstand 4 zusammen mit dem Erdstrom in einer -der drei Phasen trotz störender Lade- :oder Restsbr@öme bestimmt aus, das Anissprechen des: Relais 5 und damit das Auslösen der Schalter 11 und 15 zu bewirken.
Bei den in Fig. 9 und 10 dargestellten Beispielen wird der künstliche Erdschluss- strom von einer Spannung erzeugt, die zwi schen der Erdschlussstelle und einer der Klemmen des Generators liegt. Statt der Klemmen kann aber auch ein beliebiger an derer Wicklungspunkt verwendet werden, der zwischen dem Nullpunkt und den Klemmen liegt; die Messspannung und der künstliche Erdscblussstrom werden dann entsprechend kleiner.
Der. künstliche Erdschlussstrom kann aber auch aus den zwei Spannungen erzeugt wer den, von denen mindestens eine in der be schriebenen Art zwischen Erdschlussstelle und einer Klemme bezw. beliebigem Wick lungspunkt liegt.
Die Schaltungen nach Fig. 1 und 9 kön nen grundsätzlich dadurch vereinfacht wer den, dass man als Auslöserelais 5 einspulige reine Stromrelais verwendet, so dass seine Spannungsspule und der Spannungswandler 7 entfallen könnten. Dann werden aber die Summenstromwandler 6 unverhältnismässig gross und die Genauigkeit der Auslösung ge ringer. Ferner ist es auch möglich, für die Auslösung ein Gleichstromrelais zu verwen den, indem man ihm seine Erregerströme über Gleichrichter zuführt.
Die Erfassung des Erdschlusses als sol cher ist nicht Gegenstand der Erfindung. In den beschriebenen Beispielen wurde dazu die im Erdschlussfalle auftretende Nullpunkts spannung benutzt, die gemäss Fig. 1 auf die Relais 2a und 2b, gemäss Fig. 9 und 10 auf das Relais 8 einwirkt. Dieses Ansprechrelais 2b bezw. 8 kann leicht für Ansprechen schon bei sehr kleiner Spannung, beispielsweise bei 2 % -der Gene#rator-Phasenspannung, bemessen werden.
In an sich unsymmetrischen Netzen muss die kleinste Ansprechspannung selbst verständlich oberhalb der durch die Netz- unsymmetrie bedingten Nullpunktsspannung liegen, damit der Generatorschutz nicht schon ohne Vorliegen eines Erdsehlusses be tätigt wird.
Für die Erfassung der Erd- schlüsse können selbstverständlich auch an dere Methoden verwendet -erden, aueh sol che, bei denen der Erdschluss sogar im Null punkt selbst erfasst, zum Beispiel eine Me- tIode, bei der die dritte Harmonisehte der Phasenspannung des Generators benutzt wird, oder eine solche, bei der sieh ein. Kondensator über die Fehlerstelle entlädt.
Die haupptsäcblichen Vorteile der bi#- schriebenen Schutzeinrichtungen sind fol gende: Da der künstliche Erdschlussstrom nur in dem kleinen Verhältnis von 1<B>:2,27</B> oder gar nur 1 : 1,73 schwankt, erhalten die ihn führenden Apparate kleine Abmessungen und werden verhältnismässig billig, und es entfallen die zusätzlichen Einrichtungen, mit denen die Variation des künstlichen Erd- schlussstromes verkleinert wird.
Der Umfang des geschützten Teils der Genera.torwicklung ist theoretisch unbegrenzt und praktisch nur durch die Empfindlichkeit des Ansprech- relais (8) begrenzt. Der Schutz ist unabhän gig von der Art des Netzes ausführbar, also unabhängig vom Auftreten kapazitiver Lade ströme oder induktiver Restströme. unabhän- gig vom Fehlen oder Vorhandensein von Löschspulen; er braucht an das Netz nicht besonders angepasst zu werden.
Circuit protection device for alternating current generators. Automatic devices to protect alternating current generators working directly or via busbars on a network against internal earth faults should only remove the generator to be protected from the network or Disconnect from the busbars if the ground fault is in the generator, possibly including a certain part of its connection line, while ground faults in the network should not affect these protective devices.
To achieve this selectivity, it is customary to prepare an auxiliary circuit that contains an earth and is normally open and de-energized, but when an earth fault occurs it closes via earth. The current flowing through it activates the protective devices. This auxiliary current, which is closed via earth, is preferably a watt current and is referred to below as artificial earth fault current. Usually it is derived from the operating currents as a total current using current converters in a Holmgreen circuit.
However, since current transformers are always subject to certain fault currents, the artificial earth-fault current must not fall below a certain minimum value so that it stands out from those fault currents. Since this auxiliary circuit is mostly fed by the voltage that exists between the system zero point and earth and which is referred to below as zero point voltage, the strength of the artificial earth fault current changes with the level of the zero point voltage, which in turn depends on the location of the earth fault in the generator and can rise from the zero value to the value of the full phase voltage.
In order to reduce the measuring range of the protective devices and to increase their sensitivity, various measures have been devised to limit the artificial earth-fault current so that it is relatively smaller in the case of earth faults near the terminal and proportionally smaller in the case of earth faults near the zero point is greater than the ratio of the zero point voltages in these two cases.
For example, one has a current limitation that is graduated depending on the zero point voltage that occurs; gs resistor: switched into the circuit of the artificial earth fault current;
Or this circuit has been equipped with voltage-dependent resistors, such as iron-hydrogen lamps or combinations of inductances and capacitances, which, at higher voltages, allow less current to flow through than at lower voltages. As a result, these precautions are all the more extensive for the same limitation of the variation in the artificial earth fault current and are all the more difficult to implement the greater the range of protection to be achieved.
For example, if you want to protect <B> 90% </B> of the generator winding, then the zero point voltage between terminal earth fault and earth fault at the limit of the protection area around the zero point varies in a ratio of 1: 10, but with 95% protection area it varies in a ratio of 1 : 20. For the latter value, however, the cost of additional equipment is very considerable. For earth faults in 10 resp. <B> 5% </B> near zero point up to.
Zero point itself, these facilities fail completely, unless the system zero point is artificially shifted. However, such relocations are usually not permitted with regard to the connected network. The invention now relates to a device in which the disadvantages mentioned are avoided and the artificial earth fault current required for the selectivity of the protection is generated independently of the desired range of the protective effect.
According to the invention, this is achieved by using the voltage between the earth fault point and at least any point of the winding system to be protected, which is not the system zero point, to generate the artificial earth fault current, at least for positions of the earth fault close to zero. In the drawing, some Ausfüh approximately examples for the invention are shown schematically.
In all of these examples, the occurrence of a ground fault is determined by measuring the voltage between zero point and earth, i.e. the zero point voltage.
According to FIG. 1, auxiliary grounding is carried out to generate the artificial earth fault current by connecting the primary winding of an auxiliary transformer 12 to the busbars R, S, T and having its zero point at 13 grounded. Two areas are provided here to which voltage relays 2a and 2b of different sensitivities are assigned.
For earth faults with a low zero point voltage, i.e. in a certain area around the zero point of the zii protective generator 1, the artificial earth fault current is obtained in the manner according to the invention, while it is used for earth faults that occur outside this range after the generator terminals previously known type is generated purely from the zero point voltage. The three phases of the secondary winding of the transformer 12 are connected in series so that each zero point shift of the system in the secondary circuit of the same generates a voltage.
As is well known, this occurs in the event of an earth fault, and the voltage generated causes the sensitive relay 2b or the less sensitive relay 2a to respond, depending on its size. In the secondary circuit of the transformer 12 there are two contactor switches 3ca and 3b, of which the former is energized when the relay 2a is activated, the latter is energized when the relay 2b is activated, and a resistance (or impedance) 4, part of which 4a with the switch 3b closed, for example, only in the circuit fed by the phase R of the transformer 12.
A trip relay 5 is fed on the one hand by the summation current converter 6 and on the other hand by the voltage converter 7 that is branched off at the resistor 4 and is used to actuate the trip coils of the generator switch 11 and its energizing switch 15 , S, T work and are also protected by the same apparatus 2, 3, 4, 7, 12, 13.
When an earth fault occurs, the voltage relays 2a and 2b are supplied with the zero point voltage transformed in the transformer 12. At higher zero point voltages, relay 2a responds, opens the circuit of the more sensitive and time-delayed relay 2b and closes contactor 3a, so that an artificial earth-fault current limited by resistor 4 now flows.
The voltage tapped at the resistor 4 is fed from the converter 7 to the voltage coil of the trip relay 5 and generates a torque there if the Su; mmenseum is present, which occurs in the generator 1 in the current coil of the relay 5 at Erds.Ghluss- in the generator 1 that his con tact closed and the triggering of the switches 11 and 15 is effected. In the event of errors outside the protected area, however, the trip relay 5 remains ineffective because there is practically no total current in the converter 6 and therefore the current coil of the relay 5 remains unexcited.
In the case of several generators working in parallel, each individual generator must be assigned its own trigger relay 5.
In the case of zero point voltages below a predetermined limit value, i.e. when the earth fault is close to the generator star point, relay 2a remains in the open state and only relay 2b responds, with a small time delay. Since the contactor 3b is closed, which closes the circuit of only one secondary phase of the transformer 12 via the resistor section 4a.
The voltage between the earth connection and the terminal of that phase of the generator in which the contactor 3b is located is then effective for the artificial earth fault current that arises; In the case of the example, this is phase R. This secondary current also corresponds to a primary current in phase .R of the generator feed lines and the summation converter 6 and is thus transferred to the current winding of the trip relay 5.
Furthermore, it generates the voltage drop in resistor 4a, which is used to feed the voltage coil of the trip relay 5 and. together with the total current in its current coil this relay to respond and from the switch 11 and 15 brings.
The voltage ratios are taken from the equivalent circuit diagrams, FIGS. 2 and 4, in which the earth and the resistors 4 are replaced by the resistors wr, <I> Ws, </I> wt, and from the associated vector diagrams, FIGS. 3, 5 and 6, can be seen.
If the contactor 3a is closed in the case of earth faults close to the terminal, the artificial earth fault current is generated here from the voltage Eo according to FIGS. 2 and 3, which is identical here to the zero point voltage U., that is to say to the voltage between the earth fault point e and the zero point o is.
If, on the other hand, the contactor 3b comes into operation in the event of an earth fault near zero point, which is only fed by the transformer phase .B, a distinction must be made as to whether the earth fault, according to the solid arrow in Fig. 4, is also in phase R (at e) or, according to the dashed arrow, in a different phase, for example T, (at e ').
In the first case, the phase voltage Er between the earth fault point e and the terminal of the generator phase R acts as the generator of the artificial earth fault current according to FIG. 5; in the second case, according to FIG. 6, the linked voltage Et acts between the earth connection point e 'and the same terminal.
The division of the generator winding is best when the voltage relay 2a BEZW. the contactor 3a on the terminal side 56%, the relay 2b resp. Contactor 3b on the zero point side are assigned 44% of the total turns; then the artificial earth flow varies in a ratio of 1: 2; 27. Because when the earth fault moves from point 44% towards the terminal, the zero point voltage U "increases from 44% to 1.00%, that is in the ratio 44: 100 = 1: 2.27.
And when the earth fault moves from the point 44% towards the zero point, the effective phase voltage Er increases from 56% to <B> 100% </B> or. the chained tension Et, from 56% to 12 7.5%; the variation is therefore a maximum of 56: 127.5 = also 1: 2.27.
If the machines to be protected are working on a more or less strong, capacitive network, it may contain an extinguishing coil. or not, the artificial earth fault current is superimposed by a charging or. Residual current that can disrupt the operation of the release relay 5.
The influence of these currents on the trip relay 5 is shown in two vector diagrams, FIGS. 7 and 8. 7 shows the vectors in the event of a ground fault in the phase T preceding the generator phase R, FIG. 8 at:
Earth fault in the phase S following phase R after (if the vector direction of rotation counter to clockwise is assumed).
In both diagrams, LT "means the direction of the zero point voltage and Et, or E, the voltage that generates the artificial earth-fault current Ie. The trip relay 5 is built in such a way that it develops its greatest torque when the current in its current coil changes the direction 11-11 has.
In the case of FIG. 7, the capacitive charging current Ie, which always corresponds to the zero point voltage (To practically: leads by 90, in the direction A- <1) provides a torque-generating component that amplifies that of the artificial short-circuit to earth: current I;
on the other hand, in the case of FIG. 8, this component of the charging current I, which falls in the direction 1-t1, has a weakening effect on the torque generated by the current 1p.
If instead of the charging current 1e there were an in ductile residual current, the effect would be the opposite: a torque weakening in the case of a ground fault in phase T, a torque amplification in the case of a ground fault in phase S. In any case, current 1e causes an uncertainty in the response deal Trip relay 5.
This is avoided if the phase of the voltage for generating the artificial earth-fault current is automatically changed in each case of a ground fault in the generator, for example by using the various legs of the auxiliary transformer 12 individually one after the other as a power source.
With such a cyclical change over all three phases, for each position of the ground fault in the generator and for each network state, there is at least one inhibiting effect of the charging resp. Residual current away. The protective device therefore works reliably regardless of the network status.
This is explained using the example of FIG. 9. With this device you do not need to use relays of different sensitivity for the different earth fault positions, since the artificial earth fault current is not only phased with the help of its own phase (according to Fig. 5), but also by linking with the two neighboring phases (according to Fig. 6 ) forms. In Fig. 9, the two relays 2a and 2b are replaced by other relays 8 and 9 and the single-phase contactors 3a and 3b are replaced by two-pole <B> 3 "3" </B> 3t.
By means of the relay 8 connected to the zero point voltage, which can be very sensitive and covers the entire area from the terminal of the generator almost to its zero point, the earth fault is only detected and the three-stage staggered timing relay 9 is switched on when it responds. This switches in the order r, s, i, briefly, for example for 1 or 2 seconds each, the excitation coils of the contactors 3,., 35, 3t on and off again.
When you turn on any of these three phase contactors, despite counteracting charging or residual currents, the excitation of the release relay 5 is certainly sufficient to generate a torque to operate its contact.
With this method, the smallest voltage used to generate the artificial earth fault current is the phase voltage, namely if the earth fault is in the zero point of the generator, and the highest is equal to the wired voltage when the short circuit occurs at the generator terminal.
The variation of the artificial earth fault current when the earth fault moves from the zero point to the terminal of the generator is therefore at most 1: 1.73. If one also wants to detect earth faults of the switched off but energized machine, i.e. with the switch 11 open, it is sufficient to connect a voltage transformer 16, which is earthed on the other side, to the zero point of the generator 1 and from there the tripping, eIlais 5 via IE @ lfis contacts 10 at switch 11 to feed.
Since the current transformer 6 is currentless, the current coil of the relay 5 is also supplied with a voltage, but the phase position must be shifted to generate a torque, for example by adding a reactance or a capacitor 14. The relay then works as a two-coil voltage relay In the event of an earth fault, both coils are fed by the zero point voltage that prevails at the transformer 16, one directly, the other via the capacitor 14. With the main switch 11 open, the voltage converter 16 is switched on and the voltage converter 7 is switched off through the auxiliary contacts 10 switches.
Of course, the invention can also be used with individual machines, in which case the special grounding transformer 12 can be omitted. Instead, a zero-point transformer 17 is used according to FIG. 10, which feeds the response relay 8 with the zero-point voltage in the event of an earth fault .
By briefly turning on the three contactors 31, 38, 3t, the common ground line is energized, which contains the resistor 4 and the current converter 18. This is connected in opposition to the summation current converter 6, so that an artificial earth current flowing through both converters 6 and 18, as occurs in the case of network earth faults, has no effect on the relay 5. In the event of a winding earth fault in generator 1, however, only converter 18 receives a total current. At the same time, the voltage drop in the resistor 4 feeds the voltage coil of the trip relay 5 either directly or via the voltage converter 7.
In the event of an earth fault at any point in the generator winding, the voltage drop across the resistor 4 together with the earth current in one of the three phases, despite disturbing charging: or residual currents, is sufficient to trigger the relay 5 and thus trigger the switch 11 and 15 to effect.
In the examples shown in FIGS. 9 and 10, the artificial earth fault current is generated by a voltage that is between the earth fault point and one of the terminals of the generator. Instead of the terminals, however, any winding point between the zero point and the terminals can be used; the measuring voltage and the artificial earth leakage current are then correspondingly smaller.
Of the. Artificial ground fault current can also be generated from the two voltages, of which at least one in the described type between the ground fault point and a terminal respectively. any winding point is located.
The circuits according to FIGS. 1 and 9 can basically be simplified by using single-coil pure current relays as the trigger relay 5, so that its voltage coil and the voltage converter 7 could be omitted. But then the summation current transformer 6 is disproportionately large and the tripping accuracy is lower. Furthermore, it is also possible to use a DC relay for tripping by supplying it with its excitation currents via rectifiers.
The detection of the earth fault as such is not the subject of the invention. In the examples described, the zero point voltage occurring in the event of an earth fault was used for this purpose, which acts on the relays 2a and 2b according to FIG. 1 and on the relay 8 according to FIGS. 9 and 10. This response relay 2b respectively. 8 can easily be dimensioned for response even at a very low voltage, for example at 2% of the generator phase voltage.
In networks that are inherently asymmetrical, the lowest response voltage must of course be above the zero point voltage caused by the network asymmetry, so that the generator protection is not activated without a ground fault.
Other methods can of course also be used to detect the earth faults, including those in which the earth fault is detected even at the zero point, for example a method in which the third harmonic line of the phase voltage of the generator is used , or one where you see. The capacitor discharges through the fault location.
The main advantages of the protective devices listed above are as follows: Since the artificial earth fault current fluctuates only in the small ratio of 1: 2.27 or even only 1: 1.73, the equipment carrying it receives it small dimensions and are relatively cheap, and there is no need for the additional devices with which the variation of the artificial earth-fault current is reduced.
The extent of the protected part of the generator gate winding is theoretically unlimited and in practice only limited by the sensitivity of the response relay (8). The protection can be carried out independently of the type of network, i.e. regardless of the occurrence of capacitive charging currents or inductive residual currents. regardless of the absence or presence of quenching coils; it does not need to be specially adapted to the network.