DE366092C - Selektiv wirkender Schutz parallel geschalteter Leitungen - Google Patents

Description

Mit der anwachsenden Leistung der Elektrizitätswerke steigt die nach den' Vorschriften des Verbandes Deutscher Elektrotechniker zu bemessende Größe (Serie) der Schalter.

Die Vergrößerung der Schaltertype bedeutet aber, namentlich in Hochspannungsbetrieben, eine ganz erhebliche Steigerung der Kosten der Schalteranlagen. to Ein einfaches Mittel zur Herabsetzung dieser Kosten ist das Parallelschalten mehrerer Leitungen bzw. Kabel zu einer Schaltgruppe und Anschluß derselben an nur einen Gruppenschalter.

Diese Maßnahme ist besonders in Mittelspannungsanlagen von Bedeutung, in denen zur Speisung von Unterstationen, Transfor- ' matorenstationen, Großabnehmern usw. meist ein Bündel von Leitungen bzw. Kabeln zu ^: diesen Verbrauchsstellen führen, und in denen ^: bisher jede Leitung bzw. jedes Kabel durch einen Schalter abgeschaltet wird. [

Es ist alsdann auch die Möglichkeit gegeben, eine bestehende Schaltanlage ohne as bauliche Erweiterungen den Verbandsvorschriften entsprechend umändern bzw. ver- ■ größern zu können. I

Schaltet man jedoch in der angegebenen Weise mehrere Leitungen bzw. Kabel parallel zu Schaltgruppen, so daß ein Bündel solcher Schaltgruppen zur Verbrauchsstelle führt, so läßt sich bei eintretenden Leitungs- bzw. Kabeldefekten die schadhafte Leitung bzw. das schadhafte Kabel nicht sogleich herausfinden. Gewöhnlich schalten dann bei Kurzschlüssen in einer Leitung infolge der für die üblichen Relais praktisch zusammenfallenden Auslösezeiten mehrere Schaltgruppen und schließlich infolge Überlast das ganze Gruppenbündel ab. Man ist gezwungen, um ein Schalten auf den Kurzschluß zu vermeiden, die Schaltgruppen einzeln zu untersuchen, was erfahrungsgemäß eine längere Betriebsunterbrechung verursacht. Man sucht daher nach einem selektiv wir-' kenden Schutz, der nur die eine Schaltgruppe mit dem Leitungs- bzw. Kabeldefekt vom Gruppenbündel abschaltet und vor allen Dingen gleichzeitig die schadhafte Leitung bzw. ! das schadhafte Kabel an geeigneter Stelle ; meldet und an den Kabelzellen erkennen läßt.

^: Alsdann ist es möglich, das schadhafte Leitungselement durch Öffnen der zugehörigen

^: Trennschalter sofort abtrennen und den Gruppenschalter mit den gesunden Leitungen wieder einschalten zu können.

In solchen Fällen gewährt die im nachstehenden beschriebene Erfindung einen selektiv wirkenden und das schadhafte Leitungselement anzeigenden Schutz.

Da es gleichgültig ist, ob Leitungen oder Kabel die Schaltgruppen bilden, so möge im nachstehenden, um eine Nennung beider Leitungsarten zu vermeiden, immer nur von Kabeln, die ja hierbei vorwiegend in Frage kommen, gesprochen werden.

Die sekundär in den Stromwandlern der einzelnen Phasen eines Kabels proportional der primären Stromstärke auftretenden Ströme werden einem sogenannten Summationsorgan zugeführt, und zwar gelangt in diesem jeder der einzelnen- Sekundärströme in einer eigenen Relaisspule unverändert zur Wirkung. Die in dem Summationsorgan resultierende Kraft wird in einer Differentialanordnung oder einem Differentialrelais der in gleicher Weise zustande kommenden resultierenden Kraft des anderen Kabels auf mechanischem Wege gegenübergestellt. Es können hierbei Zugmagnete an einem Hebelarm oder Drehmagnete Verwendung finden und diese wiederum sowohl nach dem Induktionsals nach dem Ferraris- oder einem anderen geeigneten· Prinzip gebaut werden."

Ein solches Differentialrelais wird nicht durch die normalen Betriebskabelstörme, dagegen von anormalen Strömen eines Kabels zum Ansprechen gebracht, wobei Kontakte geschlossen werden, die die Auslösung des betreffenden Gruppenschalters veranlassen. go

An Stelle der Zug- oder Drehmagnete kann auch die Ausdehnung eines Leitersystems . durch Wärmewirkung der sekundären Ströme der Stromwandler Verwendung finden.

Der Schutz nach der Erfindung kann auf Schaltgruppen mit beliebig vielen parallelen, zu einem Gruppenschalter gehörigen Kabeln von gerader oder ungerader Zahl ausgedehnt

werden, indem immer benachbarte Kabel, wie vorstehend angedeutet, zueinander in Differentialwirkung gebracht werden.

Die Wirkungsweise · des neuen Selektiv-Schutzes möge an Hand der in den Abbildungen gebrachten Darstellungen erläutert werden.

In Abb. ι ist die Vereinigung mehrerer Schaltgruppen zu einem Gruppenbündel veranschaulicht, welches von den Sammelschienen der Zentrale ausgehend Leistung nach den Sammelschienen einer Unterstation o. dgl. übermittelt.

Von den Doppelsammeischienen führen die Anschlüsse über Trennschalter zum Öl-. schalter S, der die betreffende Schaltgruppe, bestehend aus zwei oder mehr parallel geschalteten Kabeln, zu- oder abschaltet. Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Selektivschutzes für eine Schaltgruppe, bestehend aus zwei Kabeln I und II. In Kabel I ist ein dreiphasiger Stromwandlersatz W₁ eingebaut. Die Sekundärströme desselben durchfließen unverändert die mit ihnen in Serie geschalteten Spulen der Magnetteile des Summationsorgans 19 der Schutzeinrichtung P. Bei Stromdurchgang durch das Kabel I wird folglich an der Zugstange 17 ein nach unten gerichteter Zug ausgeübt. In gleicher Weise ist das Kabel II mit einem dreiphasigen Stromwandlersatz W₁₁ ausgerüstet, dessen Sekundärströme analog auf das Summationsorgan, das Magnetsystem 20, einwirken und an der Zugstange 18 einen Zug nach unten ausüben. Haben die Kabel I und II gleichen Querschnitt und gleiche Länge, was praktisch in den meisten Fällen zutrifft, so ist die Strombelastung der gleichen Phasenadern der Kab.el I und II und mithin auch die Summenwirkung der Phasenströme an den Zugstangen 17 und 18 im normalen Betrieb immer gleich groß. Folglich muß der Wagebalken 14, an dem die Zugstangen angreifen, in Ruhe bleiben.

Sind die Querschnitte oder die Längen der Kabel ungleich, so sind die Magnetsysteme entsprechend einzuregulieren oder die Angriffspunkte der Zugstangen 17 und 18 am Wagebalken 14 zu verlegen oder der Drehpunkt 13 zu verschieben und der Wagebalken im stromlosen Zustand durch Aufsetzen von Gewichten o. dgl. zu tarieren. Alsdann besteht auch in diesem Fall für die Summenwirkungen der Phasenströme im normalen Betrieb Gleichgewicht.

Treten nunmehr Kabeldefekte irgendwelcher Art, beispielsweise im Kabel I 'auf, so erhöht sich damit sogleich wesentlich die Summenwirkung der Sekundärströme des Stromwandlersatzes W₁ auf das Magnetsystem ro, und damit auf die Zugstange 17 derart, das ein Senken des linken Teils des Wagebalkens 14 stattfindet. Gleichzeitig bewirken der Kontaktschluß bei g und der bereits bestehende Kontaktschluß bei m eine Schließung der Auslöseleitungen i, f, e, d und damit einen Stromdurchgang von E durch die Auslösespule C über den betriebsmäßig geschlossenen Schalterkontakt F, wodurch der Klinkhebel D angestoßen wird und der Ölschalter 5 zur Ausschaltung gelangt. In gleicher Weise erfolgt die Auslösung des am anderen Ende dieser Schaltgruppe befindlichen Ölschalters. Somit wird nur die einen Kabeldefekt aufweisende Schaltgruppe I, II des Gruppenbündels (vgl. Abb. 1) selektiv abgeschaltet. Gleichzeitig wird durch den Winkelhebel 15 der Wagebalken 14 in der geneigten Lage festgehalten. Der an diesem angebrachte Zeiger 12 läßt alsdann unmittelbar an der Ölschalterzelle das defekte Kabel erkennen. Mittels der am Zeiger angebrachten Kontakte b, c und der Signalleitungen α kann das defekte Kabel auch an beliebiger Stelle in der Ferne akustisch und optisch gemeldet werden. Es können also die Trennschalter T₁ des angezeigten defekten Kabels / sofort am Anfang und am Ende desselben geöffnet werden.

Nunmehr wird durch Drehen des Knopfes 37 und damit des Teils 35 das biegsame Band 31 und die Feder 25 gespannt. Der auf dem in jeder Stellung stehenbleibenden Teil 35 angebrachte Zeiger 41 ist auf den für das gesunde Kabel II zulässigen Skalenteil der Stromskala 45 einzustellen. Man kann auch gleich von vornherein den Anschlagstift 43 so stellen, daß der Zeiger 41 bis zum Anschlag an diesen zu drehen ist. Mit der Drehung des Teiles 35 bewegt sich gleichzeitig der Nocken 33 unter den Winkelhebel 15 und gibt den Wagebalken 14 wieder frei, so daß dieser nach ■Überwindung der Federkraft 25 in die andere Neigung gebracht werden kann. Gleichzeitig entfernt sich mit der Drehung des Teils 35 auch der Stift 27 aus der gezeichneten Stellung, wodurch sich der Kontakt» öffnet und die Auslöseleitung i unterbricht. Von Vorteil ist dabei, daß der Zeiger 12 in seiner Stellung verharrt und das abgetrennte Kabel I noch anzeigt.

Der Ölschalter S kann nach erfolgter Drehung des Knopfes 37 sofort wieder eingeschaltet werden, worauf das gesunde Kabel wieder mit an der Stromübertragung teilnimmt. Sollte, bevor der Defekt im Kabel I beseitigt ist, etwa auch noch ein Defekt oder eine schädliche Überlastung des gesunden Kabels II auftreten, so schaltet auch dieses dann wieder die betrachtete Schaltgruppe des Gruppenbündels (Abb. 1) selektiv ab.

Der Wagebalken 14 kann, falls es sich als

zweckmäßig erweist, mit irgendeiner Dämp- j fung (z. B. in der Abb. 2 die Übersetzung 21 | mit dem Windflügel 22) versehen werden. ! Nach Abb. 3 läßt sich der Schutz einer Schaltgruppe, bestehend aus drei parallel ge- i schalteten Kabeln I, II, III, ausbilden, indem der Wagebalken (14 in Abb. 2) als dreiteiliger ■ Stern 50 ausgeführt wird. Dieser würde ; glockenartig um den Aufhängepunkt 51 schwingen. Die Sekundärströme der Strom- j wandlersätze W₁, W_n, Wm wurden analog an | den Enden des dreiteiligen Sternes durch die : Summationsorgane 52, 53, 54 einwirken. Im normalen Betrieb würden die Kräfte derselben ; gleich groß eingestellt sein und den drei- ! teiligen Stern 50 horizontal schwebend halten, i Wird eines der drei Kabel defekt, so entsteht eine größere Kraftäußerung in dem entsprechenden Sumrnationsorgan und demzufolge eine Senkung des dreiteiligen Sternes an dieser Stelle. Die Schiefstellung des Sternes kann dann wieder zur Schließung des Auslösestromkreises und damit zur Abschaltung des Ölschalters benutzt werden. i

Wesentlich einfacher als diese letzte, eine Sonderkonstruktion erfordernde Einrichtung sind die in Abb. 4 und 5 schematisch dargestellten Anordnungen, welche prinzipiell als Schutz für Schaltgruppen, bestehend aus drei oder beliebig mehr parallel geschalteten Kabeln, angesehen werden können. Beide Abbildungen zeigen den Schutz angewandt für eine Schaltgruppe, bestehend aus einer geraden Zahl von parallel geschalteten Kabeln.

Gemäß Abb. 4 wird die Anordnung nach Abb. 2 immer für je ein Kabelpaar benutzt.

In Abb. 5 sind z. B. zu einer Schaltgruppe

vier parallele Kabel I bis IV zusammengefaßt und an einen ölschalter .S¹ gelegt. Kabel I und II werden zunächst wie in Abb. 2 durch ein nach beliebigem System ausgeführtes Relais P₁ zu schützen sein. Ebenso verfährt man mit den Kabeln II und III, wobei wiederum ein Relais P₂ in gleicher Ausführung wie P₁ zur Anwendung gelangt. Besondere Stromwandler sind im Kabel II für das Relais P₂ nicht erforderlich, da die bereits im Kabel il für das Relais P₁ vorgesehenen Stromwandler für das Relais P₂ mitbenutzt werden können, indem in ihre Sekundärstromkreise das entsprechende Summationsorgan des Relais P₂ mit eingeschaltet wird. In gleicher Weise wird mit dem Einbau des Relais P₃ zum Schütze der Kabel III und IV verfahren, indem auch hier die bereits im Kabel III für das Relais P₂ vorgesehenen Stromwandler sekundär für das Relais P₃ mitbenutzt werden.

Anordnungen nach Abb. 4 und 5 können in beliebiger Kombination für beliebig mehr als zwei parallel geschaltete Kabel benutzt werden, sie haben den großen Vorteil, daß die einfache und sicher wirkende Relaiskonstruktion nach Abb. 2 oder in anderer Ausführung nur entsprechend mehrfach angeordnet zu werden braucht. Dabei ist die Übersicht die denkbar einfachste und eine jederzeitige Kontrolle sofort möglich.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Selektiv wirkender Schutz parallel geschalteter Leitungen (Freileitungen, Kabel) mittels in je'de Leitung geschalteter Stromwandler, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärströme der einzelnen Phasen jeder Leitung für sich (unverkettet) und unverändert Spulen eines Magnetsystems durchfließen, daß die Summenwirkung der Phasenströme jeder Leitung auf mechanischem Wege in Differentialwirkung zu der in gleicher Weise erzielten Summenwirkung der Phasenströme der parallel geschalteten Leitungen bringt, derart, daß bei normalem ungestörten Betrieb kein, dagegen im Fall des Schadhaftwerdens einer Leitung ein Ansprechen des Differentialrelais erfolgt und die gemeinschaftlichen Schalter der parallel geschalteten Leitungen zur Auslösung gebracht werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialrelais nach seiner Bewegung gesperrt wird und durch besondere Vorrichtungen die schadhafte Leitung sowohl an entf ernt gelegener Stelle als in der Anschlußzelle selbst erkennen läßt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Abtrennung der schadhaften Leitung die fortfallende Summenwirkung ihrer Phasenströme im Differentialrelais durch Spannen einer Feder ersetzt wird, wodurch das Relais wiederum einen Schutz für die noch gesunden Leitungen bildet, so daß diese wieder in Betrieb genommen werden können.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei verschieden großen Querschnitten oder Längen der parallel geschalteten Leitungen die Magnetsysteme entsprechend einreguliert oder die Angriffspunkte der Summenwirkung der Phasenströme verstellt oder der Drehpunkt der Differentialanordnung verlegt werden können.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.