Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlussreststromes. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung des Erdschlussreststromes, insbesondere seiner Wirk- und Blindkompo nente, in mit Erdschlusslöscheinrichtungen versehenen elektrischen Netzen.
Es ist bekannt, zur Feststellung des durch Erdschlusslöscheinrichtungen erzielten Kom- pensationsgrades in Hochspannungsnetze zwi schen eine Phase und Erde einen rein ohm- schen oder rein induktiven Widerstand bezw. eine Kombination von beiden einzuschalten, die solche Grösse haben, dass dadurch nur eine geringe, den Betrieb nicht beeinträeh- tigende Spannungsabsenkung eintritt und ein künstlicher, unvollkommener Erdschluss her gestellt wird, der zur Messung des Grades der Abgleichung dient.
Hierbei werden jeweils eine Netzgrösse mit eurer an dem Erdungs- widerstand auftretenden elektrischen Grösse verglichen. Dies hat den Nachteil, dass die Messung nicht an jeder beliebigen Stelle des Netzes durchgeführt werden kann. Man müsste also zur Anzeige an verschiedenen Stellen Fernübertragungseinrichtungen ver wenden, die jedoch teuer und umständlich werden.
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 Nullpunktsver- lagerungsspannung.
Der Quotieret der Grössen dieser beiden Spannungen ergibt, ohne Berücksichtigung der Phasenlage gemessen, ein Mass für den Erdschlussreststrom (also die Wirk- und Blind komponente nicht getrennt). Wird dieser Reststrom ein Minimum, so ist der Erd- schlussreststrom rein ohmsch, so dass hiermit auch der durch die Löscheinrichtung erzielte Kompensationsgrad festgestellt werden kann. Wie später erläutert werden soll, ist das Minimum nicht scharf, so dass auch bei nicht vollkommener Resonanzabstimmung die Wirk- kompociente reit guter Annäherung gemessen werden kann.
Vergleicht man die Spannungen unter Berücksichtigung des zwischen ihnen be stehenden Phasenwinkels, so ergibt sieh in einem geeignet geeichten Resistanzmesser die Wirkkomponente und in einem Reaktanz- niesser die Blindkomponente des Erdschluss- stromes. Die herrschenden Verhältnisse lassen sich am besten anhand des Diagramms der Ab bildung betrachten.
Die Löschwirkung von Erdsehlussapulen (Petersen Spulen, Löschtransformatoren oder verwandte Bauarten) hängt vom Kompen sationsgrad ab. Bekanntlich sollen die Spulen so eingestellt werden, dass sie zusammen mit der Erdkapazität des Netzes auf die Netz frequenz abgestimmt sind. Es wird dann wegen der unvermeidlichen Verluste nur Wirkstrom durchgelassen. Wird nun eine Phase des Netzes, beispielsweise U, über einen Wirkwiderstand R geerdet, so entsteht eine Verlagerung EN des Potentials des Netz nullpunktes gegenüber dem Erdpotential.
Ans der Theorie der hochohmigen Widerstands erdung einer Netzphase ist bekannt, dass die Verlagerung bei variabler Abstimmung der Löschspule einen Kreis beschreibt, der im angenommenen Beispiel der Widerstands erdung der Phase U die eingezeichnete Lage besitzt.
Die von 0 aus an den Kreis gezeich rieten Vektoren geben die Nullpunktverla gerung ENdes Netzes gegenüber Erde, und zwar ist FN <I>=</I> J# <I>Z,</I> wenn mit<I>J</I> der Erdschluss- reststrom und mit Z der resultierende Wider stand bezeichnet wird, der sich aus der Parallelschaltung der Erdschlusseinrichtungen und der Erdkapazitäten des Netzes ergibt.
Dabei entspricht der Punkt B Unterkompen sation des Netzes (Z ist kapazitiv), der Punkt A exakter Kompensation (Z=W) und Punkte links von A Überkompensation (Z= induktiv, Überschuss von Spulenstrom). Im besonderen Falle exakter Kompensation ist UA <I>= J.
R</I> und 0A =J-W, wobei mit J jetzt der Wattrestatrom (Z = W) bezeich- net wird. UA ist Ei; die Erdspannung der geerdeten Phase<I>U</I> und UA <I>=</I> EN die Null punktverlagerung des Netzes.
Wird J eli miniert, so bleibt .Ei <I>:</I> EN <I>= R : W.</I> Daraus folgt
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oder der Wattrestatrom bei satter Phasenerdung
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In dieser Formel sind Esi,,. und R bekannte Grössen, so dass der Wattreststrom J. er mittelt werden kann, wenn der Quotient
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gemessen wird. Bei nicht exakter Kompen sation (Z = W) gibt derselbe Messwert den Reststrom
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Gemäss der vorliegenden Erfindung wird zur Ermittlung des Reststromes bei satter Erdung das cha rakteristische Spannungsverhältnis bestimmt.
Wird ein Quotientenmessgerät angeordnet, das den Quotienten der beiden Spannungen Ei und EN direkt misst,@ so ist die Grösse des Reststromes besonders einfach bestimmt. Wie aus der Abbildung ersehen werden kann, ist es gar nicht notwendig, diesen Quotienten zur Bestimmung des Wattreststromes tatsäch lich bei ganz exakter Kompensation (Punkt A) zu messen, denn die Grössen von A und EN ändern sich nicht sehr wesentlich, wenn der kapazitive Erdschlussstrom des Netzes nicht genau kompensiert ist, die Y-Kurve des Reststromes besitzt ein flaches Minimum.
Der Vektor der Verlagerung beschreibt je einen Kreis und die Verlagerungspunkte liegen darin ganz in der Nähe von A am Kreise. Der Kreismittelpunkt M liegt tat sächlich viel näher der Sternspannung 0U als in der Abbildung gezeichnet ist; die Ver hältnisse sind also in dieserAbbildung noch zu ungünstig dargestellt.
Besonders einfach wird die Ausführung der Messeinrichtung, wenn ein handelsübliches Gleichstrom-Ohmmeter bekannter Bauart Ver wendung findet, das über Gleichrichter an die Spannung Ei und EN der Nesseinrichtung angeschlossen ist. Wie das Diagramm zeigt, ändern sich die Werte des Quotienten
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nicht sehr we sentlich, wenn sich die Abstimmung von der exakten Kompensation (A) wenig entfernt. Der passend geeichte Quotientenmesser wird also bei annähernd exakter Abstimmung mit ziemlicher Genauigkeit den Wattreststrom messen.
Der tatsächliche Wert des Quotien ten gibt den Wattreststrom nur dann genau an, wenn exakte Kompensation herrscht. Es bereitet jedoch keine Schwierigkeiten, den Wattreststrom auch bei nicht exakter Kom pensation, beispielsweise bei Unterkompen sation, wenn die Verlagerung des Stern punktes nach B erfolgt, genau zu messen. Da die Widerstandserdung über einen rei nen Wirkwiderstand R vorgenommen wird, bestimmt der Vektor BU gleichzeitig die Phasenlage des durch den Widerstand fliessen den Stromes.
Die resultierende Erdimpedanz des gesamten Netzes Z kann man sich in zwei Komponenten einer Parallelschaltung zerlegt denken, wobei die eine ein reiner Wirkwiderstand, eben der Verlustwiderstand W ist, der die Wattkomponente
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bestimmt und in eine dazu parallel zu schaltende reine Blindkomponente X, durch welche der Blind stromanteil
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des Erdschlussreststromes be stimmt wird. Diese beiden Ströme stehen aufeinander senkrecht. Die Wattkomponente liegt in Phase mit der treibenden Spannung EN, die Blindkomponente steht senkrecht dazu.
Da die Strecke BU dem Reststrom<I>J</I> proportional ist, ist die Strecke BC ein Mass für den Wattreststrom, die Strecke CU ein Mass für den Blindreststrom. Das gleiche Verhältnis besteht im ähnlichen Dreieck OBD, das ebenfalls bei B den Winkel 99 zwischen Erdspannung und Nullpunktspannung auf weist. D0 ist der Blindkomponente des Erd- schlussreststromes proportional, BD der Watt komponente.
Man erhält also die Wattkom ponente des Erdschlussreststromes, wenn aus den beiden charakteristischen Spannungen E, und EN unter Berücksichtigung ihres Phasen verschiebungswinkels 5p der Quotient gebildet wird. Somit erhält man den vollen Erdschluss- wattstrom
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zum Beispiel durch Messung mit einem Resi- stanzmesser an sich bekannter Bauart.
Auf ähnliche Weise kann auch die Blind komponente J$ des Wattreststromes ermittelt werden. Nach den Ausführungen oben wird
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Hierfür ist ein Reaktanzmesser an sich be kannter Bauart geeignet. Bei direktem Erd- schluss werden die Erdschlussspulen infolge der Sättigung einen höheren Strom aufnehmen als bei den Versuchen reit hochohmigen Wi derstandserdungen.
Die mit dem Reaktanz- messer festgestellte Blindkomponente des Erd- schlussreststromes wird dadurch eine Änderung erfahren. Da die Erdschlussspulen bis zu 800o der Sternspannung sicher noch ungesättigt sind, kann dieser Fehler bei bekannter Charak teristik der Erdschlussspulen leicht korrigiert werden.
Die Skala des Instrumentes für An zeige der Blindkomponente des Erdschluss- reststromes muss einfach eine geringe Än derung erfahren, welche der mehr als pro portionalen Vergrösserung der Stromaufnahme bei sattem Erdschluss entspricht.
Der Erdschlussrestatrom und seine Kom ponenten Jw und J$ können auch mit Hilfe eines Phasenmessers bestimmt werden, dem die beiden Spannungen Ei und EN zugeführt werden und der bei cos <B>59</B><I>=1</I> exakte Kom pensation anzeigt. Aber auch der Winkel OUB zwischen der Sternspannung U0 der erdgeschlossenen Phase (im Beispiel U) und ihrer Erdspannung<B>Ei<I>=</I></B><I> UB</I> ist ein Mass für die Abstimmung; er wird Null bei exak ter Kompensation, gleichzeitig mit tp.
Die Verwendung eines rein ohmschen Widerstandes für die Messerdung hat den Vorteil, dass die Gefahr von Resonanzver lagerung vermieden ist. Wird statt dessen über eine Drosselspule geerdet, so kann deren Induktivität bei Unterkompensation des Netzes mit der restlichen Erdkapazität einen Serien resonanzkreis bilden. 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 erfolgen.
Für die Grösse eines Widerstandes R wird man zweckmässig einen Wert wählen, der im Vergleich zum Wirk widerstand W der resultierenden aus Lösch einrichtung und Netzkapazität bestehenden Erdung einen grossen Wert besitzt. Dadurch bleibt die Nullpunktsverlagerung Es bei Durchführung der Messung so klein, dass kein schädlicher erdechlussähnlicher Zustand auf tritt.
Wird beispielsweise R=4W gewählt, dann wird die Verlagerung 20 % der Stern- Spannung nicht überschreiten, ein sicher zu lässiger Wert.
Wenn das Netz eine natürliche Unsym- metrie besitzt (Ungleichheit der Erdkapazi- täten der drei Phasen), ändert sich zwar die Lage des Kreisdiagrammes, bei exakter Kom pensation liegt der Punkt A jedoch auf dem Vektor der Sternspannung der geerdeten Phase, so dass die genannten Messverfahren auch in diesem Falle mit Erfolg angewendet werden können. Es bereitet übrigens keine Schwierigkeiten, den Einfluss derUnsymmetrie auf die Messung durch eine Hilfseinrichtung zu beseitigen.
Wie erwähnt, besteht der Vorteil der be schriebenen Einrichtung einerseits darin, dass einfache Geräte verwendet werden können und anderseits darin, dass die Messung in einer Sta tion vorgenommen werden kann, welche mit dem Aufstellungsort der Erdseblussspulen oder des Erdungswiderstandes nicht übereinstimmt. Es können solche Kompensometer in jeder Station aufgestellt werden; welche Messeinrichtungen besitzt, die die massgebenden charakteristischen Spannungen liefern.
Es ist aber auch möglich, das Ergebnis der beschriebenen Messungen durch bekannte Fernmessverfahren an eine neutrale Stelle weiterzuleiten und weiter daraus dort oder in einer andern Anlage Regelimpulse abzuleiten, durch welche die Einstellung der Erdsehlussspulen so lange geändert wird, bis der günstigste Kompen- sierungagrad eingestellt ist: Auch in solchen Fällen wird auf die Sättigungscharakteristik der Erdschlussspule Rücksicht zu nehmen sein. Die Regelimpulse können natürlich auch bereits am Einbauort der Messeinriehtungen gebildet werden.