CH298190A - Verfahren und Einrichtung zum Messen der bei Erdschluss in Niederspannungsnetzen auftretenden Fehlerspannungen und zum Bestimmen des im Erdschlussstromkreis fliessenden Fehlerstromes. - Google Patents

Description

  



  Verfahren und Einrichtung zum Messen der bei Erdschluss in Niederspannungsnetzen auftretenden Fehlerspannungen und zum Bestimmen des im Erdschlussstromkreis fliessenden   Fehlerstromes.   



   Die elektrischen   Niederspannungsverteil-    anlagen sind nach Ziff. 4 des Art. 26 der   bundesiätlichen Starkstromverordnung    so einzurichten, dass bei   Erdschluss    z. B. an Motoren-oder Apparategehäusen höchstens 50 V Spannmg gegenüber Erde entsteht oder der defekte Anlageteil bei höheren Spannungen innert wenigen Sekunden (5 Sekmden) selbständig abgeschaltet wird. Zum raschen Abschalten des defekten Anlageteils oder zum Tiefhalten der bei Erdschluss an den Objekten entstehenden Spannungen gegen Erde wird in den Energieverbrauchsanlagen meistens die Nullung oder die   Sclutzerdung,    vereinzelt aber auch die   Sehutzschaltung    angewendet.



   Die naehstehend beschriebene Erfindung   bezweekt,    ohne Netzunterbruch die   Erdnngs-    systeme auf   vorsehriftsgemässes    Fimktionieren bei   Erdschluss    mit einem einfachen Verfahren und einer zur Durchfiihrung desselben gebauten Einrichtung prüfen zu können.



   Vom Verfahren gemäss dieser Erfindung ist nachstehend ein Ausführungsbeispiel aus  führlieh    beschrieben. In den Schemas der Fig.   1    bis 5 bedeuten :   U    die Spannung am Transformator oder
Stromerzeuger zwischen einem Polleiter und dem geerdeten Systempunkt,   IJf    Potentialdifferenz über einen Teil der
Fehlerstrombahn,   Z    die Summe aller   Netzwiderstände,    Ze einen Teil des Netzwiderstandes von Zn, Rb der Begrenzungswiderstand   ;-je nach    der
Betriebsspannung etwa 14 bis 30 Ohm.



   Bei einem Kurzschluss zwischen den Punkten a und   b    im Schema nach Fig.   1    entsteht ein Fehlerstrom von    Je= U   
Zn Die Potentialdifferenz am Widerstand Ze ist dabei
Uf = Je.   Te,    Wird die Anlage mit einem Begrenzungswiderstand   Rb    belastet, so entsteht der Be  lastungsstrom   
J = U (1)
Zn + Rb Daraus ergibt sich das Verhältnis
J = Zn (2)
Je = Zn + Rb Wird die Anlage mit der Schaltungsanord  nung    naeh Fig.   1    mit einem Voltmeter V und einem abgreifbaren   Vorschaltwiderstand    R nach Fig. 2 ergänzt, so ist die Spannung   U    messbar.

   Die Stellung, welche der Voltmeterzeiger dabei einnimmt, kann   zweokmässiger-    weise mit einem Stellzeiger markiert werden.



  Die Summe des Widerstandes am Voltmeter und seines   Vorschaltwiderstandes    sei R. Es fliesst im   Voltmeterstromkreis,    da die Wider stände Zn gegenüber dem Widerstand R vernaehlässigbar klein sind, der Strom    r   
R Bei Belastung der Anlage über den Widerstand Rb verteilt sich die Spannung   U    auf die Widerstände Rb und Zn. Die Spannung zwischen den Punkten a und   b    ist als Ub bezeichnet.

   Es gilt    Ub = Rb oder U - Ub = Zn (3)   
U Zn + Rb U Zn + Rb Die Spannung Ub wird mit dem Voltmeter V gemessen und darauf nach Schaltung Fig. 3 der Schleifer P am   Vorsehaltwiderstand    R so verstellt, dass wieder der gleich grosse Instrumentenstrom Jm wie bei der Leerlaufmessung fliesst ;

   dann ergibt sich folgende Beziehung :
Jm = U = Ub
R R - Rx Durch Umformung wird obenstehender Ausdruck zu      < 7 & P-!7 & 
U U R    Aus dem Vergleieh der Beziehungen 2, 3 und 4 ergibt sich    C- & a;J       U Zn+ Rb R    Je In Gleichung 5 die Gleichung   1,      aber umge-    wandelt, eingesetzt, ergibt   
Rx = U/Rb (6)
R U/Rb + Je    Wird der Ausdruck   UlRb    zu einer Konstanten des Messgerätes gemacht, so ist die Unterteilung des   Vorsehaltwiderstandes    R ein Mass für den zu erwartenden   Kurzsehlussstrom    Je.



   Die bei Kurzschluss auftretende Potentialdifferenz am Widerstand Ze in der   Fehler-    strombahn ist nach Fig. 4
Uf   = Je. Ze    Bei Belastung mit dem Widerstand   Rb    re  duziert    sich diese Spannung Uf auf    II    f? = J.Ze Daraus resultiert die Beziehung
Uf? = J Rx (7)
Uf Je R Wird das Instrument V mit dem totalen Widerstand   R    in Volt   geeicht,    so sagt die Beziehung 7 folgendes aus :

  
Wird mit dem Instrument V und dem Vor  schaltwiderstand    R die bei Kurzschluss auftretende Potentialdifferenz Uf gemessen, so erhält man dieselbe Anzeige, wenn bei   redu-    zierter Potentialdifferenz   Uf *    dem Instrument   V    nur noch der   Vorschaltwiderstand    Rx vorgeschaltet ist.



   Zusammengefasst ergibt sich : Mit einem Voltmeter, dessen   Vorschaltwiderstand    als Potentiometer ausgebildet ist, können aus einer relativ schwachen Belastung des Netzes der satte Kurzschlussstrom   (Fehlerstrom)    und die daraus resultierende Potentialdifferenz im Bereiche der Fehlerstrombahn bestimmt werden.



  Dabei ist der geometrische Ort des Potentiometerabgriffes sowohl ein Mass für die eine wie auch für die andere Grosse. Am Voltmeter können die im Erdsehlussfalle zu erwartenden Potentialdifferenzen im Bereiche der Fehlerstrombahn direkt, in Volt und bei geeigneter Eichung der Potentiometerstellungen können die zu erwartenden Kurzschlussstromstärken oder die Nennströme der gerade noch rechtzeitig schmelzenden   Sieherungen    in Ampere wie auch die Netzwiderstände in Ohm abgelesen werden.



   Die Messungen lassen sich aueh derart durchführen, dass an Stelle der Ausrüstung des Voltmeters mit einem Stellzeiger in der Voltmeterskala die gebräuchlichen Nennspannungen mit deutlichen Marken eingezeichnet werden. Der dem Voltmeter vorgeschaltete Widerstand ist dabei   versehiebbar    zu machen.



  Bei   angeleg, ter Spannung W ist der dem Volt-    meter vorgeschaltete Widerstand durch Verschieben des Widerstandskörpers, währenddem sein Schleifer an bestimmter Endstellung   fest-    gehalten wird, so zu ändern, dass der In  strumentenzeiger    auf die nächste Nennspan   nungsmarke    in   der Voltmeterskala    zu   stellen    kommt ; dabei nimmt der dem Voltmeter vorgeschaltete Widerstand den Ohmwert R an.



  Im Voltmeterstromkreis flie¯t so der Strom    Jm = U
R    Bei Belastung der Anlage über den Widerstand Rb verteilt sich die Spannung   U    auf die Widerstände   Rb und Zn. Die    mit Ub be  zeichnete    Spannung zwischen den Punkten   cc    und   b    in Fig. 3 wird mit dem Voltmeter bei vorgesehaltetem Widerstand R gemessen und darauf der Schleifer am Voltmeterwiderstand   R    so verstellt, dass wieder der   Instrumenten-    strom Jm wie bei der   Leerlaufmessnng      flirt.   



  Dadurch ist der dem Voltmeter vorgeschaltete Widerstand R um den Teilwiderstand Rx kleiner geworden. Daher ergeben sich wieder die Beziehungen   
Rx U/Rb  @@@ = @@@@ (6)
R U/Rb + Je    Wie auch     =jL=(?)
Uf Je R   
Durch anschliessendes Versehieben des Widerstandskörpers auf die urspriingliche Lage wird nun zwisehen Widerstandsende und Schleifer die für die   Fehlerspannungsmessung    benötigte Grösse des abgeschalteten Wider  standsteils    am Potentiometer abgegriffen und in den Stromkreis des Voltmeters gelegt.



   Die zur Durchführung des Verfahrens gebauten   Einrichtungen    können so sein, dass sie z. B. in   Weehsel-lmd    Drehstromnetzen mit betriebsmässig geerdetem Systemnullpunkt bis zu   290 V    Spannung gegen Erde verwendbar sind. Das durch Fig. 5 veranschaulichte Gerät besteht aus zwei Kasten A und. B, die leicht   getrennt und ebensoleicht    wieder   zusammen-    gesteckt werden können.



   Der Kasten   A    enthält den   Begrenzungs-    sviderstand   Rb    mit Anschlüssen für 145, 220, 290 V Spannung und die Drucktaste T zum kurzzeitigen Einschalten des   Belastnngswider-    standes.



   Im Kasten B ist ein mit   Stellzeiger und    einer Doppelskala (für 80 und 400 V Spannung) versehenes Voltmeter V eingebaut. Ferner enthält er das Potentiometer R, über dem eine Skala, geeicht in   Sicherungsnennstrom,    angebracht ist, drei dem Potentiometer voroder nachgeschaltete feste Widerstände R1 bis R3, einen Umschalter S mit fünf Sehaltstel  lungen,    drei Anschlussbuchsen zum Messen der Spannungen in der Fehlerstrombahn oder zum   Gebrauche    des Gerätes als Voltmeter, und drei Steekerstifte (letztere zum Verbinden der elektrischen Teile mit dem Kasten A).



   Bei den Messungen mit dem beschriebenen Gerät ist ein Netzpolleiter mit der passenden Anschlussbuchse am Kasten A und das Objektgehäuse mit der Klemme E zu verbinden.



  Darauf ist bei auf Stellung   1    befindlichem Umschalter S der Zeigerausschlag im Voltmeter V mit dem Stellzeiger zu markieren.



  Alsdann ist bei auf Stellung 2 befindlichem Umschalter S die Taste T zu drüeken und der Griff am Schleifer P so weit zu verstellen, bis sich der Voltmeterzeiger wieder mit dem Stellzeiger deckt. Die Stellung des Griffes am Schleifer P zeigt jetzt den   Sicherungsnenn-    strom der grössten bei   Polleitererdschluss    in fünf Sekunden schmelzenden Sicherung an.



  Darauf ist die Anschlussbuchse   X,    wenn das nicht vorher schon geschehen ist, mit der Wasserleitung oder einer Hilfssonde usw. zu verbinden und der Schalter S auf Stellung 3 zu stellen. Hierauf kann, wenn die Taste T gedrüekt wird, im Voltmeter   V auf    der 400-V Skala die Fehlerspannung bei   Polleitererd-    schluss direkt abgelesen werden.

   In Anlagen, wo bei   Polleitererdschlüssen    grössere   Schmelz-    einsätze als die Objektsicherungen in fünf Sekunden defekt gehen, sind mit dem Gerät auch Fehlerspannungen bei   Wieklungserd-      schlüssen,    durch die die Objektsicherungen gerade in fünf Sekunden schmelzen, genügend genau messbar   ; Wicklungserdsehlüsse sind sol-    che, wo ein Teil der Heizwicklung usw. in der Fehlerstrombahn eingeschaltet bleibt. Solche
Messwerte werden als Fehlerspannungen im Grenzfall bezeichnet und sind folgendermassen zu messen : 
Der Nennstrom der dem Objekt vorge  schalteten    Sicherung ist auf der Potentiometerskala einzustellen.

   Darauf ist die Taste T zu drücken und gleichzeitig im Voltmeter V auf der 400-V-Skala die Fehlerspannung im Grenzfall abzulesen. Die Stellungen   4 und    5 des   Sehalters    S dienen für   gewöhnliehe    Span  nungsmessungen..   



   Normalerweise werden mit dem Gerät Fehlerspannungen am   Prüfobjekt    bei   zusammen-    gesteckten Kasten A und B gemessen. Ist am Ort, von wo aus die Wirksamkeit der Erdungsanlage für   Erdschluss untersucht werden    soll, der   Sieherungsnennstrom    bestimmt, können mit   abgetrenntem    Kasten B an den   Anschluss-    buchsen E'und F (Fig. 5) an beliebigen Stellen im Bereiche der Fehlerstrombahn die Fehlerspannungen bestimmt werden.



   Bei den   Fehlerspannungsmessungen      kön-    nen durch Störspannungen, ohne dass die Taste T niedergedrüekt wird, erhebliche Zei  gerausschläge    im Voltmeter V auftreten ; solche entstehen infolge von durch Belastungen hervorgerufenen   Systempunktverlagerungen    (z. B. in   genullten    Netzen) oder durch   Dauer-    erdschliisse (in   sehutzgeerdeten    Netzen). Ist der Potentiometerwiderstand, welcher dem Voltmeter V vorgeschaltet ist, klein (z. B. wenn der Griff am Schleifer P auf etwa 150 A   Sicherungsnennstrom    steht), können solehe   Störspannungen    von wenigen Volt bereits grosse Zeigerausschläge verursachen.

   Die Fehlerspannungen sind in solchen Fällen jeweils ausreichend genau die Differenz der Zeigerausschläge ohne und bei   niedergedrüekter    Taste T ; in Mehrphasennetzen ist jener Polleiter auszusuchen, wo die grösste solche Differenz entsteht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I : Verfahren zum Messen der in betriebsmässig geerdeten Niederspannungsnetzen bei Erdschluss auftretenden Fehlerspannungen gegen Erde und zum Bestimmen des im Erd- sehlussstromkreise fliessenden Fehlerstromes, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung zwischen einem Polleiter und dem geerdeten Anlageteil mit einem Voltmeter, dessen Vorschaltwiderstand als Potentiometer ausgebildet ist, gemessen wird, hernach dem Voltmeter mit dem Potentiometer ein Belastungswiderstand fester Grösse parallel geschaltet wird, wodurch sieh die Spannung des Polleiters gegen Erde auf den Netz-und den Belastungs- widerstand verteilt und der Ausschlag des Voltmeterzeigers kleiner wird,

   dass gleiehzeitig durch Verkleinern des Potentiometerwiderstandes der Voltmeterzeiger wieder auf die ldrsprüngliehe Lage gebracht wird, so dass die Stellung des Abgreifkontaktes auf der ange brachten Skala eine vom Netzwiderstand ab hängige Grosse anzeigt, und darauf der am Potentiometer abgeschaltete Widerstand dem Voltmeter vorgeschaltet wird, damit bei wieder eingeschaltetem Belastungswiderstand am Voltmeter die bei Erdschluss entstehende Fehlerspannung direkt abgelesen werden kann.

   UNTERANSPRÜCHE : 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen Polleiter und geerdetem Anlageteil mit dem Voltmeter und dem totalen Potentiometerwiderstand gemessene Spannung mittels eines am Voltmeter befindlichen Stellzeigers markiert wird und darauf bei eingesehaltetem Belastungswiderstand am Potentiometerwiderstand durch Verstellen des Abgreifkontaktes derart Widerstand abgeschaltet wird, dass der Instru mentenzeiger wieder an die mit dem Stellzeiger markierte Stelle zu stehen kommt, um durch die bei diesem Zustande eingenommene Stellung des Abgreifkontaktes Angaben über die Grosse der bei Erdschluss noch rechtzeitig schmelzenden Sicherung zu erhalten,

   und dass alsdann zum Messen der Fehlerspannung der am Potentiometer abgeschaltete Wider standsteil dem Voltmeter vorgeschaltet wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Voltmeter benutzt wird, bei welchem die Eichung der am Potentiometer angebrachten Skala dermassen ist, dass die Stellungen des Abgreifkontaktes die Netzwiderstände in Ohm anzeigen.

   3. Verfahren nach Patentansprùeh I, da clurch gekennzeichnet, dass ein Voltmeter be nutzt wird, bei welchem die Eichung der am Potentiometer angebrachten Skala dermassen ist, dass die Stellungen des Abgreifkontaktes die bei Erdschluss entstehenden Ströme in Ampere anzeigen.

   4. Verfahren naeh Patentanspruch I, da dureh gekennzeichnet, dass zwisehen Polleiter und geerdetem Anlageteil ein Voltmeter und ein Potentiometer dermassen geschaltet werden, dass zuerst mit einem Griff der Wider standskörper des Potentiometerwiderstandes versehoben wird, wenn sein Abgreifkontakt an bestimmter Endstellung festgehalten wird, um im Voltmeter den Zeiger auf die passende von den in der Skala eingezeichneten Nennspannungsmarken zu stellen, und darauf bei einge schaltetem Belastungswiderstand der Abgreifkontakt mit einem zweiten Griff derart ver schoben wird, dass der Instrumentenzeiger abermals die Nennspannungsmarke deckt,

   so dass die Lage des Abgreifkontaktes eine vom Netzwiderstand abhängige Grosse angibt und nun der Widerstandskörper auf die ursprüng- liche Lage zurückgeschoben wird, damit zwisehen Widerstandende und Abgreifkontakt die für die Fehlerspannungsmessung benötigte Grösse des abgeschalteten Widerstandteils am Potentiometer abgegriffen werden kann.

   PATENTANSPRUCH II : Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I und dem Unter ansprueh 1, dadurch gekennzeiehnet, dass sie aus zwei ktlppelbaren Kasten besteht und dass im einen Kasten der mit Anschlüssen für ver schiedene Netzspannungen versehene Belastungswiderstand und eine Drucktaste zum Einschalten des Belastungswiderstandes eingebaut sind, und dass der andere Kasten ein mit Markierungszeiger versehenes Voltmeter, ein Potentiometer,, dessen Skala zu den Potentiometerabgriffen die Sicherungsnennströme anzeigt, einen Umschalter, drei Anschlussbuchsen zum Verbinden des Kastens mit Stellen der Pehlerstrombahn und drei elektrische Kontakt.

   . organe zum Verbinden der Teile in beiden Kasten enthält.