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Schutzeinrichtung für elektrische Sammelschienen.
Bei den meisten bekannten Einrichtungen zum Schutze elektrischer Sammelschienen wird das Stromdifferentialprinzip benutzt. Dieses Prinzip weist den grossen Nachteil auf, dass komplizierte Umschalteinrichtungen in den Stromwandlerstromkreisen erforderlich sind, und weiters, dass hohe, gewöhnlich unerfüllbare Anspruche an die Genauigkeit der Stromwandler gestellt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird nicht das Differentialprinzip benutzt, sondern es erfolgt bloss ein Vergleich der Vektorrichtungen der Ströme, wie es bereits zum Schutz von Netzteilen bekannt ist. Erfindungsgemäss wird dieser Vergleich mit Hilfe einer Spannung vorgenommen, welche nicht proportional den an der zu schützenden Sammelsehiene herrschenden Spannungen ist. Das Ansprechen des Schutzes erfolgt hiebei nur dann, wenn die Vektorrichtungen der Ströme aller bei dem jeweiligen Schaltzustand an die Sammelschiene angeschlossenen Leitungen, zumindest aber derjenigen, deren Ströme einen den Impedanzen der normalen Last entsprechenden Wert überschreiten, annähernd gleich sind.
Die Spannung, mit deren Hilfe der Vergleich der Vektorrichtungen vorgenommen wird, kann zweckmässig einem Spannungssystem, das von den zu schützenden Sammelschienen entweder vollkommen getrennt oder durch Impedanzen bzw. durch Leitungstransformatoren getrennt ist, entnommen werden.
Die Ausführung dieses Schutzes kann in der Weise erfolgen, dass die Leitungen mit Richtungrelais ausgestattet werden, deren Spannungsspulen von der den an den Sammelschienen herrschenden Spannungen nicht proportionalen Spannung erregt und deren Stromspulen von den Strömen, eventuell Sekundärströmen der Leitungen durchflossen werden. Die Richtungsrelais besitzen zwei Kontakte, von welchen der eine bei Überschreiten, der andere bei Unterschreiten eines gewissen Phasenwinkels zwischen Strom und Spannung geschlossen wird ; im Grenzfalle bzw. im strom- oder spannungslosen Zustande sind bei der einen Ausführungsmöglichkeit beide Kontakte geschlossen, bei der andern beide Kontakte geöffnet.
In letzterem Falle sind Unterimpedanz- oder Uberstromrelais vorzusehen, welche die Kontakte überbrücken, wenn die Ströme der betreffenden Leitungen geringer sind, als den Impedanzen der normalen Last entspricht.
Die einfachere erstere Ausfiihrungsmöglichkeit sei an Hand der Fig. 1 erörtert. Die Darstellung ist einpolig gewählt, und es bedeutet 1 das zu schützende Sammelschienensystem, : 2 die Schalter der abgehenden bzw. ankommenden Leitungen, 3 die Stromwandler der energiezuführenden bzw.-abführenden Leitungen, 4 ein wattmetrisches Relais mit einem oder mehreren Messsystemen, je nach der Anzahl der in den Schutz einbezogenen Phasen ; die Stromspule ist vom Wandlersekundärstrom der betreffenden Phase und die Spannungsspule von der Spannungsquelle 8 gespeist ; 5 sind die dem wattmetrischen Relais zugehörigen Kontakte a und b ; 6 bedeutet eine beliebige Stromquelle, z.
B. eine Akkumulatorenbatterie, 7 ein Hilfsrelais, welches mittels nicht gezeichneter Auslöscvorrichtungen die Abschaltung, eventuell nach einer bestimmten einstellbaren Zeit sämtlicher an die Sammelschiene angeschlossenen Leitungen bewirkt ; 8 ist eine beliebige Spannungsquelle, welche nicht zugleich mit den Sammelschienenspannungen bei einem eventuellen Kurzschluss zusammenbringt. Beispielsweise kann hiefür ein Motorgenerator Verwendung finden, welcher eine im Normalbetrieb mit der Sammel- schienenspannung synchrone Spannung liefert und infolge eines genügenden Schwungmomentes auch bei Zusammenbrechen dieser Spannung eine gewisse Zeit hindurch annähernd im Synchronismus bleibt.
Im ungestörten Betrieb sind selbstverständlich bei dem einen Teil der Richtungsrelais die Kontakte a und bei dem andern Teil die Kontakte b geschlossen, da in dem einen Teil der Leitungen die Ströme der Sammelschiene zufliessen, in dem andern abfliessen. Bei einem Sammelschienenkurzschluss hingegen sind im allgemeinen alle Ströme zur Kurzschlussstelle, also zur Sammelschiene, gerichtet, und
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es sind daher entweder alle Kontakte a oder alle Kontakte b geschlossen, wodurch das Relais 7 zum
Ansprechen gelangt.
Soll auch die Möglichkeit berücksichtigt werden, dass trotz des Kurzschlusses an den Sammel- schienen von denselben Energie in einzelnen Leitungen abfliesst, wie dies etwa bei einem Kurzschluss über einen hohen Lichtbogenwiderstand der Fall sein könnte-, so sind die bereits erwähnten Unterimpedanz-oder Überstromrelais anzuwenden. Da diese aber nicht das Wesentliche der Erfindung betreffen, so sind sie ebenso wie ein zweckmässig anzuordnendes Unterspannungsrelais, welches bei normaler Spannung das Relais 7 blockiert, in der Figur nicht dargestellt.
Eine gewisse Schwierigkeit besteht darin, dass die der Sammelschiene zufliessenden bzw. abfliessenden Ströme untereinander nicht genau gleiche Vektorrichtungen aufweisen. Es kann deshalb unter Umständen eintreten, dass ein Teil der z. B. zufliessenden Ströme die Schliessung der Kontakte a, der andere Teil die der Kontakte b bewirkt. In einem solchen Falle würde, wie sich aus der Schaltung von selbst ergibt, bei einem Sammelsehienenkurzschluss kein Ansprechen des Relais 7 stattfinden.
Diesem Übelstand wird erfindungsgemäss dadurch abgeholfen, dass für den Vergleich der Stromvektorriehtungen eine Spannung gewählt wird, deren Vektorrichtung derartig ist, dass in dem zur Verwendung gelangten Richtungsrelais eine Stromkomponente wirksam wird, die annähernd in der Vektorrichtung eines zu-oder abfliessenden Stromes liegt. Bei einer solchen Anordnung könnte der vorhin angeführte Übelstand nur auftreten, wenn die Abweichung der Vektorrichtungen der zu-bzw. abfliessenden Ströme untereinander annähernd 90 elektrische Grade beträgt, was aber praktisch nicht möglich ist.
Die Ausführung einer dementsprechenden Schutzeinrichtung könnte etwa in der Weise erfolgen, dass als Spannungsquelle 8 der Spannungsabfall an einer Impedanz dient, welche in einer die Sammelschiene speisenden Zuleitung liegt. Würde diese Impedanz beispielsweise durch eine Strombegrenzungsreaktanz gebildet, so eilt die benutzte Spannung fast um 90 elektrische Grade dem durch die Reaktanz der Sammelschiene zu-oder abfliessenden Strome vor ; demgemäss müssten in diesem Falle sogenannte Sinusrelais angewendet werden oder aber es würde beispielsweise eine Änderung der Phasenlage der Spannung um 900 mittels einer an sieh bekannten Kunstschaltung vorgenommen werden, wodurch die Anwendung normaler Cosinusrelais ermöglicht würde.
Selbstverständlich wäre durch geeignete, dem Fachmanne geläufige Massnahmen Vorsorge zu treffen, dass bei Abschaltung der betreffenden Reaktanz die Entnahme der für den Vergleich der Stromvektorrichtungen dienenden Spannung von einer andern geeigneten Spannungsquelle erfolgt.
Die vorbeschriebene Anordnung besitzt im allgemeinen die Nachteile, dass für den Schutz eigene an den Klemmen der Reaktanzen angeschlossene Spannungswandler erforderlich sind und dass ausserdem die Anwendung des Schutzes an das Vorhandensein von entsprechenden Impedanzen gebunden ist.
Diese Nachteile können durch eine Anordnung vermieden werden, bei welcher erfindungsgemäss die zum Vergleiche der Stromvektorrichtungen dienende Spannung durch geometrische Addition einer einem von der zu schützenden Sammelschiene entweder vollkommen oder durch Impedanzen bzw.
Transformatoren getrennten Spannungssystem entnommenen Spannung mit einer zweiten oder mehreren derartigen Spannungen oder einer an der zu schützenden Sammelschiene selbst herrschenden Spannung gebildet wird, wobei die den verschiedenen Systemen entnommenen Spannungen zweckentsprechend transformiert und durch an sich bekannte Kunstschaltungen in der Phasenlage verschoben sein können.
Ein dementsprechendes einfaches Ausführungsbeispiel sei an Hand der Fig. 2 erläutert. Die Darstellung ist wiederum einpolig gewählt, und es bedeuten die fortlaufenden Ziffern 1-7 dieselben Apparate wie in Fig. 1 ; 8 stellt einen Spannungswandler dar, welcher an die Sammelsehiene 10, 9 einen Spannungswandler, welcher an die zu schützende Sammelschiene 1 angeschlossen ist ; 11 zeigt einen Transformator, der die zu schützende Sammelschiene 1 mit der Sammelschiene 10 verbindet. Die Spannungswandler 8 und 9 besitzen vorzugsweise derartige Übersetzungsverhältnisse, dass die Sekundärspannungen einander gleich sind, wenn die Spannungen an den beiden Seiten des Transformators dem Leerlaufübersetzungsverhältnis entsprechen.
Die Sekundärwicklungen der Spannungswandler sind hiebei gegeneinander geschaltet, so dass die resultierende Spannung dem Spannungsabfall des Transformatorstromes an der ideellen Kurzschlussreaktanz des Transformators entspricht. Die Wirkungsweise ist also vollkommen analog dem oben erörterten Fall der Verwendung einer Strombegrenzungsreaktanz. Selbstverständlich muss bei der Schaltung der Spannungswandlersekundärwieldungen auf die Schaltgruppe des Transformators Bedacht genommen werden. Der beabsichtigte Zweck lässt sich in jedem Falle, eventuell durch Benutzung entsprechender Zwischenwandler in einfacher Weise erreichen.
Für das richtige Funktionieren des vorbeschriebenen Schutzes ist Voraussetzung, dass der Transformator nicht stromlos ist. Will man von dieser Voraussetzung frei sein, so kann beispielsweise zwecks Bildung der zum Vergleiche- der Stromvektorrichtungen dienenden Spannung wiederum eine an der einen Seite eines oder mehrerer Transformatoren herrschende Spannung, deren andere Seite an die zu schützende Sammelschiene angeschlossen ist, benutzt werden, wobei eine gegenüber dieser Spannung um annähernd 90 elektrische Grade im Sinne der Nacheilung verschobene Spannung geometrisch addiert. wird mit einer Spannung, die der an der betreffenden Phase der zu schützenden Sammelschiene herrschenden Spannung proportional ist.
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Die Anordnung ist hiebei zweckmässig wieder derartig getroffen, dass die beiden zu addierenden Teilspannungen gleich sind, wenn die Spannungen an den beiden Seiten des Transformators dem Leerlauf- übersetzungsverhältnis entsprechen. Die besagte Änderung der Phasenlage und die Berücksichtigung der Schaltgruppe des Transformators kann leicht in bekannter Weise durchgeführt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Schutze elektrischer Sammelschienen, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der in den Schutz einzubeziehenden Phasen die Vektorrichtungen der Ströme je einer Phase der an die Sammelschienen angeschlossenen Leitungen mit Hilfe einer den an den Sammelschienen herrschenden Spannungen nicht proportionalen Spannung miteinander verglichen werden und dass das Ansprechen des Schutzes nur bei annähernder Gleichheit der Vektorrichtungen, zumindest aller derjenigen ver- glichenen Ströme, die gerade einen gewissen der Impedanz der normalen Last entsprechenden Grenzwert überschreiten, erfolgt.