Verfahren und Schaltungsanordnung zur distanzgetreuen Ausmessung der jeweiligen Fehlerschleife in starr geerdeten Netzen Schnell wirkende Distanzschutzeinrichtungen für starr geerdete Drehstromnetze nach Art der soge nannten Dreirelaisschaltung umfassen bekanntlich drei Distanz-Messglieder, je eines pro Leiter. Im ungestörten Netzbetrieb sind die Messglieder in der Regel für die Überwachung der aus Leiter und Erde gebildeten Schleifen geschaltet, welche sie bei einpoligen Fehlern ausmessen.
Beim Auftreten der selteneren mehrpoligen Fehler, insbesondere solcher ohne Erdbeteiligung, schalten sie infolge der Aus dehnung der Störung auf mehrere Phasen, d. h. in folge des praktisch gleichzeitigen Ansprechens der Anregeglieder mindestens zweier Leiter auf verket tete Messwerte um und messen die Schleife von Lei ter zu Leiter aus.
Im Hinblick auf die Ansprechsicherheit kommt in starr geerdeten Netzen der überstromanregung, die infolge der speziellen Stromverteilung bei ein poligen Störungen nicht immer selektiv wirken kann, geringere Bedeutung zu als der Unterimpedanz-An- regung, die allerdings einen grösseren Aufwand be deutet. Wird in bekannter Weise eine der Phasenzahl entsprechende Anzahl von Anregegliedern ausschliess lich zur Überwachung der Phasen-Messwerte verwen det, so sprechen die Anregeglieder nur bei Netz störungen mit Erdbeteiligung hoch empfindlich an.
Bei zwei- und mehrpoligen Fehlern ohne Erdbeteili- gung ist dagegen die Ansprechempfindlichkeit gerin ger. Diesem Mangel könnte zwar durch Einbau eines zweiten Satzes von Anregegliedern zur Überwachung der verketteten Messwerte begegnet werden. Diese Massnahme würde jedoch den Aufwand an Bauele menten in nachteiliger Weise heraufsetzen.
Es wird also in Kauf genommen, dass für die selteneren Fälle von mehrpoligen Fehlern ohne Erd- beteiligung die zwischen Leiter und Erde eingeschal teten Anregeglieder mit geringerer Empfindlichkeit ansprechen. Bei dieser Art von Fehlern können nun die Phasenspannungen der fehlerbehafteten Leiter ungleichmässig absinken, so dass die Anregebedin- gungen für die beteiligten Anregeglieder unterschied lich sind.
Alleiniges Ansprechen eines der beiden in der Fehlerschleife liegenden Anregeglieder ist so mit möglich, so dass dem Distanzrelais ein einpoliger Fehler vorgetäuscht wird, weil die für eine distanz getreue Ausmessung der Fehlerschleife erforderliche Umschaltung auf die verketteten Messwerte unter bleibt.
Diese Unsicherheit des Ansprechverhaltens wird noch ungünstiger, wenn zur Erhöhung der Überlast barkeit der Leitung winkelabhängige Unterimpedanz- Anregeglieder verwendet werden, die auf stark in duktive Fehlerströme wesentlich empfindlicher an sprechen als auf schwach induktive Belastungsströme. Hierbei weichen bei zweipoliger Störung die von den beteiligten Anregegliedern überwachten Spannungen nicht nur hinsichtlich der Höhe, sondern auch hin sichtlich der Phasenwinkel voneinander ab. Das An sprechverhalten ist somit noch unterschiedlicher und die Gefahr nur einpoliger Anregung bei zweipoligen Störungen wird noch vergrössert.
Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil dadurch, dass bei einpoliger Anregung zu sätzlich zu der mit einem der Distanz-Messglieder ab laufenden Ausmessung der Schleife zwischen dem anregenden Leiter und Erde noch die Ausmessung einer oder mehrerer Schleifen zwischen dem anre genden und einem oder mehreren Leitern mittels eines oder mehrerer weiterer Distanz-Messglieder er folgt. Nach der Erfindung wird, mit anderen Worten, ausser der gegebenenfalls fehlerbehafteten Schleife zwischen Leiter und Erde mindestens eine weitere Schleife von Leiter zu Leiter abgefragt.
Die zusätz liche Ausmessung einer einzigen Schleife von Leiter zu Leiter erbringt in all den Fällen eine sichere Fehlerbestimmung, in denen aus den Kennlinien der verwendeten Anregeglieder geschlossen werden kann, dass bei zweipoligen Störungen das Anregeglied des einen der betroffenen Leiter, beispielsweise des in der Phasenfolge gegenüber dem anderen vorange henden oder nachfolgenden Leiters (R oder T gegen über S), mit der grösseren Empfindlichkeit, d. h. auch mit der grösseren Wahrscheinlichkeit anregt.
Ist beispielsweise die nacheilende Messgrösse in dieser Weise bevorzugt, so braucht bei nur einpoliger An regung lediglich zusätzlich die Schleife mit demjeni gen Leiter abgefragt zu werden, der die voreilende Messgrösse führt. Die Ausmessung der anderen ver ketteter Schleife, die die nacheilende Messgrösse führt, ist dabei überflüssig.
Verständlicherweise kann eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung auch so ausgeführt sein, dass in einem Dreiphasen-System alle drei mit dem anre genden Leiter gebildeten Schleifen überprüft werden. Zusammen mit dem anregenden Leiter bilden hierbei die zwei übrigen Leiter und Erde jeweils eine Schleife. Man kann als Bedingung für die zusätzliche Aus messung der Schleifen von Leiter zu Leiter das Feh len des Summenstromes heranziehen. Dies ist in ein facher Weise dadurch erreichbar, dass ein im Sum menstromkreis liegendes überstromglied im An sprechfalle die Umschaltung auf verkettete Messgrö- ssen sperrt.
An Hand von drei Figuren der Zeichnung wer den das erfindungsgemässe Verfahren und Schaltungs anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens an Hand eines Ausführungsbeispieles der Erfindung näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird - entsprechend der oben bereits angedeuteten Mög lichkeit - davon ausgegangen, dass die Ansprech- empfindlichkeit der verwendeten Unterimpedanz- Anregeglieder entsprechend deren Kennlinien von der Phasenfolge der Systemgrössen abhängig ist und dass der Summenstrom des starr geerdeten Netzes in die Überwachung eingeht.
In schematischer Dar stellung zeigen die Figuren ausschliesslich die erfin dungswesentlichen Einzelheiten und lassen demzu folge die an sich bekannten weiteren Schaltungsmass nahmen der Gesamtanordnung einer Distanzschutz einrichtung ausser Acht, welche die Erfindung er gänzt. In Fig. 1 ist dargestellt, wie Umschalteinrich tungen an den Distanz-Messgliedern eines Dreipha- sen-Systems die geeignete Messgrösse (Phasen- oder verkettete Messgrösse) aufschalten.
In Fig. 2 wird die Art der mittels Unterimpedanz-Anregeglieder er folgenden Betätigung von mehreren Hilfsrelais zur Umschaltung der Impedanz-Messglieder gezeigt. Die Fig. 3 nimmt schliesslich Bezug auf die Zusammen- schaltung von Hilfskontakten der vorgenannten Hilfs relais mit Steuerkontakten der Distanzmessglieder, um mit Hilfe weiterer Hilfsrelais die Auslösung der vorgesehenen Leistungsschalter zu steuern.
In Fig. 1 sind die drei Distanz-Messglieder je nach Zuordnung zu den Leitern des geschützten Dreiphasen-Systems mit R, S und T bezeichnet. Die allein dargestellten Spannungseingänge dieser Mess- glieder liegen bei ungestörter Anlage an der Span nung zwischen dem zugehörigen Leiter und Erde, d. h. das Messglied R überwacht die Spannung zwi schen den Klemmen<I>u</I> und<I>e.</I> das Messglied S die Spannung zwischen den Klemmen v und e und das Messglied T die Spannung zwischen den Klemmen w und e.
Relaishilfskontakte b, bt, btr sind den Messgliedern <I>R, S, T</I> zugeordnet und ermöglichen die Umschaltung der überwachten Messspannungen von Phasenspannungen auf verkettete Spannungen, das bedeutet für das Messglied R die Umschaltung auf die Klemmen u und v, für das Messglied S die Umschaltung auf die Klemmen v und w und für das Messglied T die Umschaltung auf die Klemmen w und<I>u.</I> Die Hilfskontakte br" b,
t und brt sind von weiter unten an Hand der Fig. 2 erläuterten Relais abhängig.
In ähnlicher Weise finden natürlich auch im nicht dargestellten Strompfad der Messglieder Um schaltungen statt: bei einpoliger Anregung nach Stö rungsbeginn erfolgen auch hier Eingriffe zur Um schaltung aus der Normalstellung, in welcher der Strom des anregenden Leiters zuzüglich des Sum menstromes überwacht wird, in die Umschaltstel lung, in der die entsprechenden verketteten Leiter ströme überwacht werden.
Die Fig. 2 gibt einen Ausschnitt des Gleichstrom- Steuerkreises wieder, in welchem Kontakt zr, z, und zt der drei nicht dargestellten Unterimpedanz-Anrege- glieder auf drei Hilfsrelais Br, B, und Bt unmittelbar einwirken, während sie weitere Hilfsre,!'ais Bt" Br, und B,
t zusammen mit Ruhekontakten b.1, b.,2 und b,n3 steuern. Diese Ruhekontakte sind Hilfskontakte eines im Summenstrompfad des starr geerdeten Drei phasensystems angeordneten flberstrom-Anregeglie- des oder eines davon abhängigen Hilfsrelais. Die Be- tätigungsstrompfade aller Hilfsrelais liegen einheit lich an einer Gleichspannung.
Den Relais B, B,t und Btr gehören die in Fig. 1 gezeichneten Umschalt kontakte br,, b,t und btr zu; weiter besitzen sie je einen nicht dargestellten Umschaltkontakt für die sinngemässen Umschaltungen im Strompfad.
Sie neh men ausserdem wie die Relais B" B, und Bt Einfluss auf die weiter unten anhand der Fig. 3 beschriebenen Auslöse-Hilfsrelas. Die Anordnung der Unterimpe danz- und Überstrom-Anregeglieder in Verbindung mit dem zu überwachenden Netz ist für das Ver ständnis der Erfindung unwesentlich, und sie wird deshalb nicht näher erläutert. In bekannter Weise können die Anregeglieder jedoch über Messwandler gängiger Bauart angeschlossen sein.
Nach Fig. 3 dienen zur Abfrage dreier zu den Messgliedern R, S, T gehöriger Distanzkontakte dz, d, dt jeweih zwei Hilfskontakte. So wird der Distanz kontakt d,. durch den Arbeitskontakt b, des Hilfs relais B, (Fig. 2) und den Arbeitskontakt b" des Hilfs relais Brs (Fig.2) angesteuert.
Beide Arbeitskontakte sind parallel geschaltet. In entsprechender Weise fragen die Hilfskontakte b: und b,t in Parallelschal tung den Distanzkontakt d, .ab und die Arbeitskon takte bt und bt,, den Distanzkontakt & t. Erbringt die Abfrage der Kontakte dz, d" dt eine Bejahung, so werden infolge der dargestellten ,
gemischten Par allel- und Reihenschaltung der abfragenden und .ab zufragenden Kontakte die entsprechenden Auslöse hilfsrelais<I>A,., A"</I> At zur Betätigung der zugehörigen Leistungsschalter erregt, weil dann vom positiven zum negativen Pol der Gleichstromspeisequelle Stromdurchgang besteht. In Reihe zu den Distanz- kontakten d,., d. und dt kann des weiteren noch je ein Kontakt eines zugeordneten Energierichtungsgl'ie- des angeordnet sein.
Die Wirkungsweise des im vorstehenden Sinne aufgebauten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist folgendermassen: Bei einpoligen Fehlern (beispielsweise Erdschluss des Leiters S) spricht der Kontakt z$ des zum kran ken Leiter gehörigen Anregegliedes an und betätigt das Hilfsrelais B" das keinerlei Umschaltung aus löst, sondern lediglich nach Fig. 3 mittels des Kon taktes b5 die Stellung des zum Distanz-Messglied S gehörigen Kontaktes d, abfragt.
Selbstverständ lich kann das Hilfsrelais B, mittels weiterer nicht dargestellter Kontakte sonstige Funktionen auszufüh ren haben, die die vorliegende Erfindung aber nicht betreffen. Das Messglied S misst nach der hier nicht zu erläuternden Anregung durch das Unterimpedanz Anregeglied den Fehler zwischen den Klemmen v und e ordnungsgemäss aus und veranlasst schliesslich die Betätigung des Distanzkontaktes ds, so das das Auslösehilfsrelais Afi in dem über den Kontakt b, geschlossenen Kreis anspricht.
Die Abschaltung des durch dieses Hilfsrelais gesteuerten Leistungs schalters ist die Folge und die kranke Leitungsstrecke der gestörten Phase wird abgetrennt. Da bei dem angenommenen einpoligen Erdschluss der Summen stromkreis des Dreiphasen-Systems Überstrom führt, laufen die vorbeschriebenen Vorgänge bei geöffne tem Ruhekontakt b,'- ab, und das Hilfsrelais B" bleibt unerregt. An keinem der Messglieder R, S;
T nach Fig. 1 wird demnach der Messkreis umgeschaltet. Bei einpoligen Störungen überwacht also je nach Anregung in einer der drei Phasen das zuständige Messglied die Schleife vom betroffenen Leiter zur Erde.
Bei zweipoligen Kurzschlüssen ohne Erdbeteili- gung und mit ausreichend hohem Kurzschlusstrom sprechen die Unterimpedanz-Anregeglieder der bei den betroffenen Leiter an. Die Summenstromkon- takte bmt <B>...</B> bms bleiben geschlossen. Beispielsweise sprechen bei Kurzschluss der Leiter R und S so- wohl die Hilfsrelais B1 und B, als auch die neben geschalteten Hilfsrelais Btr und B" an.
Dadurch wird nach Fig. 1 u. a. das Messglied R an die kranke Spannung zwischen den Klemmen u und v gelegt, und es misst demnach die Schleife zwischen dem Leiter R und dem Leiter S ordnungsgemäss aus. Bei Ansprechen des Messgliedes wird schliesslich der zuständige Leistungsschalter durch Vermittlung des Auslösehilfsrelais A,. zum Abfall gebracht. Dane ben wird auch das Messglied T an die verkettete Spannung zwischen den Klemmen w und u gelegt.
Diese Umschaltung bleibt jedoch ohne Einfluss, weil diese Schleife des Systems gesund ist und daran eine höhere Impedanz gemessen wird als am Mess- glied R. Eine zeitliche überschneidung ist somit nicht gegeben.
Bei gleichem zweipoligem Fehler zwischen den Leitern R und S kann nun bei verhältnismässig klei nem Kurzschlusstrom der Fall eintreten, das nur eines der beiden Anregeglieder anspricht. Im vorlie genden Ausführungsbeispiel ist davon ausgegangen, das aufgrund der speziellen Kennlinien der Unter impedanz-Anregeglieder das Anregeglied des in der Phasenfolge nacheilenden Leiters S gegenüber dem des Leiters R das empfindlichere ist und somit allein anspricht.
Da ausserdem kein Summenstrom fliesst, und dementsprechend der Ruhekontakt b.2 nicht geöffnet ist, kommt bei Kontaktschluss des Kontaktes z5 sowohl im Hilfsrelais B" als auch im Hilfsrelais B"$ ein Strom zum Fliessen, so das beide ansprechen. Das Messglied R wird entspre chend dem Fehlerfall an die kranke verkettete Span nung zwischen den Klemmen u-v gelegt, obwohl nur eine einpolige Anregung vorliegt.
Das Messglied R wird also richtig messen und mittels des Aus- lösehilfsrelais Ar auslösen. Der von dem Kontakt b" nach Fig. 3 gleichzeitig abgefragte Distanzkon takt d, des Messgliedes S führt zu keiner Auslö sung, weil die an diesem Messglied liegende Span nung zwischen Leiter und Erde gesund ist und dementsprechend staffelt.
Bei zweipoligen Fehlern mit geringem Kurzschlusstrom wird also bei dem besprochenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auch bei nur einpoliger Anregung vor sorglich ein Distanzrelais auf die gegebenenfalls feh lerbehaftete Schleife von Leiter zu Leiter umge schaltet. Der Fehler wird also vorteilhafterweise nicht nur zwischen dem betroffenen Leiter und Erde ge sucht.
Ergibt sich im Unterschied zum obigen Ausfüh rungsbeispiel aus den Kennlinien der verwendeten Anregeglieder, das bei zweipoligem Fehler das An regeglied des in der Phasenfolge voreilenden Leiters mit Vorrang anspricht, so kann nach der Lehre der Erfindung unschwer eine geeignete Schaltung auf gebaut werden, die den geänderten Voraussetzungen gerecht wird. Bei nur einpoliger Anregung beispiels weise mittels des zum Leiter S gehörigen Anrege gliedes wird dann vorsorglich die Schleife von Leiter <I>S</I> zu Leiter<I>T</I> ausgemessen gegenüber der Schleife von Leiter R zu Leiter S nach dem obigen Aus führungsbeispiel.
Unter Umständen kann auf die Kontrolle des Summenstromes verzichtet werden, wobei die Kon takte b11,1 bis b1"3 nach Fig. 2 fortfallen. Die Hilfs relais BL" B,t und Bt,, sind dann überflüssig, weil die Funktion ihrer Kontakte auch von den Hilfsrelais <I>B,</I> Bt und B= übernommen werden kann.
Schliess lich ist es bei zweckmässiger Weiterbildung der Schaltung nach den Fig. 1 bis 3 .auch möglich, bei nur einpoliger Anregung alle drei Messglieder einer Dreirelaisschaltung in die Distanzmessung in der Weise einzubeziehen, dass das erste die Schleife von dem anregenden Leiter zur Erde überwacht,
während das zweite und dritte Messglied auf die beiden übrigen Schleifen zwischen den anderen Leitern und dem anregenden Leiter geschaltet werden.