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Schaltungsanordnung für Distanzschutzeinrichtungen in starr geerdeten
Netzen Schnell wirkende Distanzschutzeinrichtungen für starr geerdete Drehstromnetze
nach Art der sogenannten Dreirelaisschaltung umfassen drei Distanzmeßglieder, 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 Ausdehnung
der Störung auf mehrere Phasen, d. h. infolge des praktisch gleichzeitigen Ansprechens
der Anregeglieder, mindestens zweier Leiter auf verkettete Meßwerte um und messen
die Schleife von Leiter zu Leiter aus.
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In Hinblick auf die Ansprechsicherheit kommt in starr geerdeten Netzen
der überstromanregung, die infolge der speziellen Stromverteilung bei einpoligen
Störungen nicht immer selektiv wirken kann, geringere Bedeutung zu als der Unterimpedanzanregung,
die allerdings einen größeren Aufwand bedeutet. Wird in bekannter Weise eine der
Phasenzahl entsprechende Anzahl von Anregegliedern ausschließlich zur überwachung
der Phasenmeßwerte verwendet, so sprechen die Anregeglieder nur bei Netzstörungen
mit Erdbeteiligung hoch empfindlich an. Bei zwei- und mehrpoligen Fehlern ohne Erdbeteiligung
ist dagegen die Ansprechempfindlichkeit geringer. 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 Bauelementen in nachteiliger
Weise heraufsetzen.
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Es wird also in Kauf genommen, daß für die selteneren Fälle von mehrpoligen
Fehlern ohne Erdbeteiligung die zwischen Leiter und Erde eingeschalteten Anregeglieder
mit geringerer Empfindlichkeit ansprechen. Bei dieser Art von Fehlern können nun
die Phasenspannungen der fehlerbehafteten Leiter ungleichmäßig absinken, so daß
die Anregebedingungen für die beteiligten Anregeglieder unterschiedlich sind. Alleiniges
Ansprechen eines der beiden in der Fehlerschleife liegenden Anregeglieder ist somit
möglich, so daß dem Distanzrelais ein einpoliger Fehler vorgetäuscht wird, weil
die für eine distanzgetreue Ausmessung der Fehlerschleife erforderliche Umschaltung
auf die verketteten Meßwerte unterbleibt.
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Diese Unsicherheit des Ansprechverhaltens wird noch ungünstiger, wenn
zur Erhöhung der überlastbarkeit der Leitung winkelabhängige Unterimpedanzanregeglieder
verwendet werden, die auf stark induktive Fehlerströme wesentlich empfindlicher
ansprechen als auf schwach induktive Belastungsströme. Hierbei weichen bei zweipoliger
Störung die von den beteiligten Anregegliedern überwachten Spannungen nicht nur
hinsichtlich der Höhe, sondern auch hinsichtlich der Phasenwinkel voneinander ab.
Das Ansprechverhalten ist somit noch unterschiedlicher, und die Gefahr nur einpoliger
Anregung bei zweipoligen Störungen wird noch vergrößert.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil dadurch, daß bei
einpoliger Anregung zusätzlich zu der in an sich bekannter Weise an einem der Distanzmeßglieder
ablaufenden Ausmessung der Schleife zwischen dem anregenden Leiter und Erde noch
die Ausmessung einer oder mehrerer Schleifen zwischen dem anregenden und gegebenenfalls
mitbeteiligten Leitern mittels eines oder mehrerer weiterer Distanzmeßglieder erfolgt.
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Nach der Erfindung wird außer der gegebenenfalls fehlerbehafteten
Schleife zwischen Leiter und Erde mindestens eine weitere Schleife von Leiter zu
Leiter abgefragt. Die zusätzliche 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 deal. anderen vorangehenden oder nachfolgenden Leiters
(R oder T gegenüber S), mit der größeren Empfindlichkeit, d. h. auch mit der größeren
Wahuscheinlichkeit anregt. Ist beispielsweise die nacheilende Meßgröße in dieser
Weise bevorzugt, so braucht bei nur einpoliger Anregung lediglich zusätzlich die
Schleife mit demjenigen Leiter abgefragt zu werden, der die voreilende Meßgröße
führt. Die Ausmessung der anderen verketteten Schleife, die die nacheilende Meßgröße
führt, ist dabei überflüssig.
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Verständlicherweise kann eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
auch so ausgeführt sein, daß
in einem Dreiphasensystem alle drei
mit dem anregenden 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 Ausmessung der Schleifen von Leiter zu
Leiter das Fehlen des Summenstromes heranziehen. Dies ist in einfacher Weise dadurch
erreichbar, daß ein im Summenstromkreis liegendes überstromglied im Ansprechfalle
die Umschaltung auf verkettete Meßgrößen sperrt.
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An Hand von drei Figuren der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird - entsprechend
der oben bereits angedeuteten Möglichkeit - davon ausgegangen, daß die Ansprechempfindlichkeit
der verwendeten Unterimpedanzanregeglieder entsprechend deren Kennlinien von der
Phasenfolge der Systemgrößen abhängig ist und daß der Summenstrom des starr geerdeten
Netzes in die überwachung eingeht. In schematischer Darstellung zeigen die Figuren
ausschließlich die erfindungswesentlichen Einzelheiten und lassen demzufolge die
an sich bekannten weiteren Schaltungsmaßnahmen der Gesamtanordnung einer Distanzschutzeinrichtung
außer Acht, welche die Erfindung ergänzt. In F i g. 1 ist dargestellt, wie Umschalteinrichtungen
an den Distanzmeßgliedern eines Dreiphasensystems die geeignete Meßgröße (Phasen-
oder verkettete Meßgröße) aufschalten. In F i g. 2 wird die Art der mittels Unterimpedanzanregeglieder
erfolgenden Betätigung von mehreren Hilfsrelais zur Umschaltung der Impedanzmeßglieder
gezeigt. Die F i g. 3 nimmt schließlich Bezug auf die Zusammenschaltung von Hilfskontakten
der vorgenannten Hilfsrelais mit Steuerkontakten der Distanznießglieder, um mit
Hilfe weiterer Hilfsrelais die Auslösung der vorgesehenen Leistungsschalter zu steuern.
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In F i g. 1 sind die drei Distanzmeßglieder je nach Zuordnung zu den
Leitern des geschützten Dreiphasensystems mit R, S, und T bezeichnet. Die allein
dargestellten Spannungseingänge dieser Meßglieder liegen bei ungestörter Anlage
an der Spannung zwischen dem zugehörigen Leiter und Erde, d. h., daß Meßglied R
überwacht die Spannung zwischen den Klemmen u und e, 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,." b,t, brr sind
den Meßgliedern R, S, T 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 u. Die Hilfskontakte b, b,t und b" sind von weiter unten an Hand der
F i g. 2 erläuterten Relais abhängig.
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In ähnlicher Weise finden natürlich auch im nicht dargestellten Strompfad
der Ivießglieder Umschaltungen statt: Bei einpoliger Anregung nach Störungsbeginn
erfolgen auch hier Eingriffe zur Umschaltung aus der Normalstellung, in welcher
der Strom des anregenden Leiters zuzüglich des Summenstroms überwacht wird, in die
Umschaltstellung, in der die entsprechenden verketteten Leiterströme überwacht werden.
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Die F i g. 2 gibt einen Ausschnitt des Gleichstrom-Steuerkreises wieder,
in welchem Kontakte z" z, und z, der drei nicht dargestellten Unterimpedanzanregeglieder
auf drei Hilfsrelais B" B, und BI unmittelbar einwirken, während sie weitere
Hilfsrelais B", Bi, und B, zusammen mit Ruhekontakten b ,"r, b",2 und b",-'3 steuern.
Diese Ruhekontakte sind Hilfskontakte eines im Summenstrompfad des starr geerdeten
Dreiphasensystems angeordneten überstromanregegliedes oder eines davon abhängigen
Hilfsrelais. Die Betätigungsstrompfade aller Hilfsrelais liegen einheitlich an einer
Gleichspannung. Den Relais Br" B" und B" gehören die in F i g. 1 gezeichneten Umschaltkontakte
6r,, b" und btr zu; weiter besitzen sie je einen nicht dargestellten Umschaltkontakt
für die sinngemäßen Umschaltungen im Strompfad. Sie nehmen außerdem wie die drei
Relais B" B, und Bt Einfluß auf die weiter unten an Hand der F i g. 3 beschriebenen
Auslösehilfsrelais. Die Anordnung der Unterimpedanz- und überstromanregeglieder
in Verbindung mit dem zu überwachenden Netz ist für das Verständnis der Erfindung
unwesentlich und sie wird deshalb nicht näher erläutert. In bekannter Weise können
die Anregeglieder jedoch über Meßwandler gängiger Bauart angeschlossen sein.
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Nach F i g. 3 dienen zur Abfrage dreier zu den Meßgliedern R, S,
T gehöriger Distanzkontakte d" d"
d, jeweils zwei Hilfskontakte. So
wird der Distanzkontakt d, durch den Arbeitskontakt b, des Hilfsrelais B, (F i g.
2) und den Arbeitskontakt b, des Hilfsrelais B, (F i g. 2) angesteuert. Beide Arbeitskontakte
sind parallel geschaltet. In entsprechender Weise fragen die Hilfskontakte
b, und b, in Parallelschaltung den Distanzkontakt d, ab und die Arbeitskontakte
b, und b" den Distanzkontakt d,. Erbringt die Abfrage der Kontakte d"
d" d, eine Bejahung, so werden infolge der dargestellten gemischten Parallel-und
Reihenschaltung der abfragenden und abzufragenden Kontakte die entsprechenden Auslösehilfsrelais
A,., A" A, zur Betätigung der zugehörigen Leistungsschalter erregt, weil
dann vom positiven zum negativen Pol der Gleichstromspeisequelle Stromdurchgang
besteht. In Reihe zu den Distanzkontakten d" d, und d, kann des weiteren
noch je ein Kontakt eines zugeordneten Energierichtungsgliedes angeordnet sein.
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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 kranken Leiter gehörigen Anregegliedes
an und betätigt das Hilfsrelais B" das keinerlei Umschaltung auslöst, sondern lediglich
nach Fig. 3 mittels des Kontaktes b, die Stellung des zum Distanzmeßglied S gehörigen
Kontaktes d, abfragt. Selbstverständlich kann das Hilfsrelais B, mittels weiterer,
nicht dargestellter Kontakte sonstige Funktionen auszuführen haben, die die vorliegende
Erfindung aber nicht betreffen. Das Meßglied S mißt nach der hier nicht zu erläuternden
Anregung durch das Unterimpedanzanregeglied den Fehler zwischen den Klemmen v und
e ordnungsgemäß aus und veranlaßt schließlich die Betätigung des Distanzkontaktes
d" so daß das Auslösehilfsrelais A, in dem über den Kontakt b, geschlossenen Kreis
anspricht. Die Abschaltung des durch dieses Hilfsrelais gesteuerten Leistungschalters
ist die Folge, und die kranke Leitungsstrecke der gestörten Phase wird abgetrennt.
Da bei dem angenommenen einpoligen Erdschluß der Summenstromkreis des Dreiphasen-
Systems
Überstrom führt, laufen die vorbeschriebenen Vorgänge bei geöffnetem Ruhekontakt
b ,"z ab, und das Hilfsrelais B" bleibt unerregt. An keinem der Meßglieder R, S,
T nach F i g. 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.
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Bei zweipoligen Kurzschlüssen ohne Erdbeteiligung und mit ausreichend
hohem Kurzschlußstrom sprechen die Unterimpedanzanregeglieder der beiden betroffenen
Leiter an. Die Summenstromkontakte b,"1 ...
b"=3 bleiben geschlossen. Beispielsweise
sprechen bei Kurzschluß der Leiter R und S sowohl die Hilfsrelais B, und B, als
auch die nebengeschalteten Hilfsrelais Brr und B" an. Dadurch wird nach F i g. 1
unter anderem 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.
Daneben wird auch das Meßglied T an die verkettete Spannung zwischen den Klemmen
w und u Beleg. Diese Umschaltung bleibt jedoch ohne Einfluß, weil
diese Schleife des Systems gesund ist und daran eine höhere Impedanz gemessen wird
als am Meßglied R. Eine zeitliche überschneidung ist somit nicht gegeben.
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Bei gleichen zweipoligem Fehler zwischen den Leitern R und S kann
nun bei verhältnismäßig kleinem Kurzschlußstrom der Fall eintreten, daß nur eines
der beiden Anregeglieder anspricht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist davon
ausgegangen, daß auf Grund der speziellen Kennlinien der Unterimpedanzanregeglieder
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 z, sowohl im Hilfsrelais B, als auch im Hilfsrelais B,s ein Strom
zum Fließen, so daß beide ansprechen. Das Meßglied R wird entsprechend dem Fehlerfall
an die kranke verkettete Spannung zwischen den Klemen u+v gelegt, obwohl nur eine
einpolige Anregung vorliegt. Das Meßglied R wird also richtig messen und mittels
des Auslösehilfsrelais Ar auslösen. Der von dem Kontakt b, nach F i g. 3
gleichzeitig abgefragte Distanzkontakt d, des Meßgliedes S führt zu keiner Auslösung,
weil die an diesem Meßglied liegende Spannung zwischen Leiter und Erde gesund ist
und dementsprechend staffelt. Bei zweipoligen Fehlern mit geringem Kurzschlußstrom
wird also bei dem besprochenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auch
bei nur einpoliger Anregung vorsorglich ein Distanzrelais auf die gegebenenfalls
fehlerbehaftete Schleife von Leiter zu Leiter umgeschaltet. Der Fehler wird also
vorteilhafterweise nicht nur zwischen dem betroffenen Leiter und Erde gesucht. Ergibt
sich im Unterschied zum obigen Ausführungsbeispiel aus den Kennlinien der verwendeten
Anregeglieder, daß bei zweipoligem Fehler das Anregeglied des in der Phasenfolge
voreilenden Leiters mit Vorrang anspricht, so kann nach der Lehre der Erfindung
unschwer eine geeignete Schaltung aufgebaut werden, die den geänderten Voraussetzungen
gerecht wird. Bei nur einpoliger Anregung, beispielsweise mittels des zum Leiter
S gehörigen Anregegliedes, wird dann vorsorglich die Schleife von Leiter S zu Leiter
T ausgemessen gegenüber der Schleife von Leiter R zu Leiter S nach dem obigen Ausführungsbeispiel.
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Unter Umständen kann auf die Kontrolle des Summenstromes verzichtet
werden, wobei die Kontakte b,"1 bis b",3 nach F i g. 2 fortfallen. Die Mlfsrelais
B, Bsr und Bt, sind dann überflüssig, weil die Funktion ihrer Kontakte auch von
den Hilfsrelais B., B, und B, übernommen werden kann. Schließlich ist es bei zweckmäßiger
Weiterbildung der Schaltung nach den F i g. 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 das dritte Meßglied auf die beiden übrigen
Schleifen zwischen den anderen Leitern und dem anregenden Leiter geschaltet werden.