DE456339C - Schutzschaltung fuer zweiseitig gespeiste Leitungen, besonders Ringleitungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 21. FEBRUAR 1928

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVf 456 KLASSE 21 c GRUPPE

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*).

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. September 1923 ab.

Für die Sicherung von Leitungen, die im normalen Betriebe oder bei Störungen zweiseitig gespeist werden, z. B. von Ringleitungen, denen von einem Speisepunkt aus der Strom in \'erschiedenen Richtungen zugeführt wird, aber auch von vermaschten Leitungen und Parallelleitungen, hat man Schaltungen vorgesehen, bei denen die an beiden Enden jedes Leitungsstückes befindlichen Schalter

ίο von Überstrom- und Energierichtungsrelais derart beeinflußt werden, daß der von einer Störung betroffene Leiterteil sich selbsttätig abschaltet. Diese Sicherungen bestehen im wesentlichen aus solchen gegen Kurzschluß und gegen Erdschluß. Da bisher jedem Ende eines Leitungsstückes eine besondere Schutzschaltung zugeordnet war, die mit der Schutzschaltung eines benachbarten Leitungsendes nur wenige Geräte, z. B. Spannungswandler, gemeinsam haben konnte, so ergab sich für die ganze Leitung eine ganz erhebliche Anzahl von Geräten. Zufolge der Höhe der Anschaffungskosten war daher die Anwendung dieser Schutzschaltungen merklich eingeschränkt.

Erfindungsgemäß wird es nun ermöglicht, mit ungefähr der Hälfte der Apparate, also auch der Kosten, die gleichen Wirkungen zu erzielen wie mit den bekannten Schutzschaltungen. Dies wird dadurch erreicht, daß die zu beiden Seiten einer Abnahmestelle, z. B.

Station einer Ringleitung, liegenden Ausschalter von einem gemeinsamen Apparatensatz gesteuert werden, von ungefähr demselben Umfang, wie er früher für jeden einzelnen Ausschalter vorgesehen wurde. Die wesentliche Vereinfachung beruht auf der Erkenntnis, daß für den Fall eines Kurzschlusses — wenn von Kurzschluß in den Sammelschienen einer Station zunächst abgesehen wird — mit der Richtung des Stromes an der einen Seite der Station auch die an der anderen gegeben ist, da der Betriebsstrom gegenüber dem Kurzschlußstrom sowohl mit Rücksicht auf die beiderseitigen Widerstände als auch auf den bei Kurzschluß auftretenden Spannungsabfall gering genug ist, um außer Betracht zu bleiben. Man kann annehmen, daß, wenn die Kurzschlußstelle zwischen zwei Stationen liegt, ihr von beiden Stationen aus Strom zufließt. Da für die Ermittlung der Lage eines Erdschlusses die Betriebsströme überhaupt nicht in Betracht kommen und die Kapazitätsströme der Abnahmestellen wegen der in diese wohl stets eingebauten Transformatoren vernachlässigt werden können, so gilt für Erdschluß ebenfalls, daß mit der Richtung der Fehlenergie an der einen Seite der Station auch die an der anderen Seite gegeben ist.

Eine besondere Ausführung des Erfindungsgedankens lehnt sich an die bekannten Schutzschaltungen für Ringleitungen »System

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Manfred Schleicher in Berlin-Charlottenburg.

Bauch« an. Diese beruht bekanntlich hauptsächlich darauf, daß unabhängige Zeitrelais für die Ausschalter vorgesehen sind, deren Auslösezeiten für irgendeinen Umlaufsinn im Ring vom Speisepunkt ausgehend für alle hinter den Stationen liegenden Schalter stetig abnehmen und für alle vor den Stationen liegenden zunehmen.

Abb. ι zeigt eine solche bekannte Schaltung ίο zur Sicherung .gegen Kurzschluß für Drehr strom. DieBedeutung der Zeichen ist folgende: ι sind die zum Stationstransformator führenden Leitungen, 2 und 2' die Teile d|er Ringleitung beiderseits der Station. Die Ringledtung ist von der Station zu 'beiden Seiten mittels, der Ausschalter 3, 3' abzutrennen, deren Auslösespulen mit 4, 4' bezeichnet sind. Zu der Sicherungsschaltung für den Schalter 3 gehören die Stromwandler 5, Spannungswandler 6, Hilfsstromquelle 7, Überstromrelais 8, Energierichtungsrelais 9, Zeitrelais 10 und Hilfsrelais 11. Die zum Ausschalters' gehörigen entsprechenden Apparate sind mit ' bezeichnet, außer den Spannungswandlern 6

*5 und der Hilfsstromquelle 7, die beiden Schaltungen gemeinsam sind. Es werden also die auf verschiedene Zeiten eingestellten Zeitrelais 10 und 10' von zwei verschiedenen Sätzen von Überstromrelais 8, 8' und Energierichtungsrelais 9 und 9' beeinflußt. Die Wirkung der Schaltung ist kurz folgende: Fließt etwa durch den Schalter 3 der Station Energie zu, so macht das zugehörige Energierichtungsrelais Kontakt, das Hilfsrelais 11 wird erregt und unterbricht durch Anheben seines Ankers den Stromkreis der Auslösespule 4 des Schalters 3; der Schalter ist also verriegelt, wenn durch ihn Energie zufließt. Die Kontakte an den Auslösespulen 4 und 4' sind gewöhnlich bei geschlossenen Schaltern 3 und 3' gleichfalls geschlossen. Alle Schalter, durch die Energie von den Stationen abfließt, bleiben freigegeben und können bei Ansprechen der Überstromrelais 8 mittels der Zeitrelais 10 geöffnet werden. Infolge der angegebenen Staffelung der Auslösezeiten werden die der Kurzschlußstelle nächstliegenden Schalter, jeder in seiner Ringhälfte, die kürzeste Auslösezeit haben und das fehlerhafte Leitungsstück abschalten, ehe andere Leitungsteile abgeschaltet werden können.

In der Schaltung gemäß der Erfindung, wie sie beispielsweise in Abb. 2 dargestellt ist, fallen die Überstromrelais 8'.und das Energie-

richtungsrelais 9' fort, damit auch die zugehörigen Stromwandler 5'. Das Energierichtungsrelais 9 gibt in der Schaltung stets einen der Schalter 3 und 3' frei, und zwar den, durch den Energie abfließt, während der andere verriegelt wird. Fließt durch Schalter 3 Energie von der Station ab, so wird er durch dias Richtungsrelais freigegeben und Schalter 3' verriegelt. Fließt durch Schalter 3 Energie der Station zu, so wird durch das Richtungsrelais Schalter 3' freigegeben und Schalter 3 verriegelt. Es hätte dies auch mit zwei- Zeitrelais 10, 10' und zwei Hilfsrelais 11, 11' wie in Abb. 1 geschehen können, indem man bei Anschlag der Kontaktzunge am Relais 9 nach links, d. h. bei Energiezufluß durch Schalter 3, durch dias Hilfsrelais 11 den Kreis der Auslösespule 4 hätte unterbrechen und damit den Schalter 3 verriegeln lassen, bei Energieabfluß durch Schalter 3 und Anschlag der Kontaktzunge nach rechts aber mittels eines weiteren Kontaktpaares auf der rechten Seite der Kontaktzunge durch das Hilfsrelais 11' den Schalter 3' hätte verriegeln lassen.

In der Abb. 2 ist auch für den durch die Zeit- und Hilfsrelais gebildeten Teil der Schaltung eine Vereinfachung vorgenommen. Die zwei Zeitrelais 10, 10' und die Hilfsrelais 11, 11' der Abb. 1 sind ersetzt durch ein Zeitrelais 10 mit zwei je nach der Energierichtung wirksamen Kontakten und ein Hilfsrelais 11. Das Hilfsrelais wird von dem Energierichtungsrelais in gleicher Weise wie in Abb. 1 gesteuert. Es verhindert beim Ausschlag nach links und Kontaktgabe die Auslösung des Schalters 3', wobei der Zeitkontakt 12 für den Schalter 3 freigegeben wird. Bei umgekehrter Richtung des Energieflusses im Ring macht das Relais 9 keinen Kontakt; dann wird der Zeitkontakt 13 des Schalters 3' in Arbeitsstellung gebracht, dadurch aber gleichzeitig der Zeitkontakt 12 außer Tätigkeit gesetzt und damit die Auslösung des Schalters 3 verhindert. Die An- und Abstellung der Kontakte 12 und 13 geschieht dabei in folgender Weise: Der Kontakt für längere Zeit 12 ist ioo fest angeordnet. Er schließt den zugehörigen Stromkreis bei Berührung mit einem Gegenkontakt am Anker des Zeitrelais 10. Der Kontakt für kürzere Zeit 13 wird durch Erregung einer Spule 14, an deren Anker 15 er befestigt ist, in die Bahn des Gegenkontaktes, zwischen diesen und den Kontakt 12 hineingezogen, so daß, wenn 13 in diese seine Arbeitsstellung kommt, der Kontakt 12 ausgeschaltet ist. Wird die Spule 14 nicht erregt, no so zieht eine Feder 16 den Kontakt 13 aus der Arbeitsstellung zurück, und der Kontakt 12 ist freigegeben. Es ist also stets, wenn der eine Kontakt in Arbeitsstellung ist, der andere Kontakt ausgeschaltet und der zugehörige Schalter 3 oder 3' verriegelt. Das Richtungsrelais 9 steuert nun den beweglichen Kontakt 13. Bei Kontaktgabe unterbricht es durch Erregung der Spule des Relais 11 den Stromkreis der Spule 14. Der Anker 15 wird los- ;elassen, der Kontakt 13 durch die Feder 16 in Ruhestellung gezogen; das Relais arbeitet

mit Kontakt 12. Gibt das Richtungsrelais keinen Kontakt, so fällt der Anker des Hilfsrelais II, die Spule 14 wird erregt, Kontakt 13 in Arbeitsstellung gebracht und damit Kontakt 12 außer Betrieb gesetzt.

Eine Einschränkung für die Zeitgabe liegt bei Anwendung eines Relais mit zwei je nach der Energierichtung wirksamen Kontaktgaben von solcher Art, wie sie Abb. 2 schematisch darstellt, darin, daß die beiden Zeiten nicht gleich groß sein dürfen. Doch läßt es sich leicht vermeiden, daß die beiden Schalter einer Station die gleiche Auslösezeit haben. Auch könnte man bei gleicher Auslösezeit den beiden Auslösekreisen ein gemeinsames Zeitrelais geben und durch das Richtungsrelais wahlweise in dem einen oder anderen einen Vorkontakt schließen lassen.

Für den Fall, daß wegen des Spannungsrückganges bei Kurzschluß das Richtungsrelais nicht arbeitet, ist von den beiden Schaltern der Station der mit längerer Auslösezeit verriegelt, der mit kürzerer freigegeben. Die Abschaltung erfolgt also günstigerweise dann stets mit der kürzeren Zeit. Die Schaltung wirkt demnach ebensogut wie das bekannte »System Bauch«, bei dem auch die Schalter freigegeben werden, wenn die Richtungsrelais versagen.

Was den Anschluß der Spannungswandler 6 für das Richtungsrelais betrifft, so kann dieser statt zwischen den Schaltern 3 und 3' auch neben den Stromwandlern angeordnet sein, denn die Spannungswandler brauchen ja nur so lange unter Spannung zu stehen wie die Stromwandler unter Strom. Bei Abschaltung der Leitung 2 dürfen sie ihre Spannung verlieren.

Nicht erwähnt ist bisher der Fall, daß der Kurzschluß zwischen den Schaltern 3, 3' einer Station stattfindet. Dann wird im allgemeinen der Station von beiden Seiten Überstrom zufließen. In diesem Fall arbeitet die Schutzschaltung, falls das Richtungsrelais nicht versagt, ebenso, als ob allein durch die Leitung 2, an die die Schaltung angeschlossen ist, Überstrom zuflösse. Es wird also erstens der Schalter 3' freigegeben, und bei Überstrom wird er abschalten, wenn nicht der Schalter am anderen Ende der Leitung 2 an der Nachbarstation schon eher abschaltet, da hier der Überstrom von der Station fortfließt. Ferner ist an der Leitung 2 der Ausschalter an der Nachbarstation freigegeben und schaltet gemaß der Staffelung der Auslösezeiten etwas später als 3' ebenfalls ab. Es wird also bei Kurzschluß in einer Station unter Umständen die Ringleitung nach der einen Seite an der Nachbarstation, nach der anderen Seite aber an der betroffenen Station selbst abgeschaltet. Dies ist gegebenenfalls ein Vorteil gegenüber dem bekannten Schutz nach »System Bauch«. Bei diesem werden bei Kurzschluß in einer Station die Schalter der Station selbst verriegelt, und es wird nur an den Nachbar-Stationen abgeschaltet. Die Kuppelleitungen nach beiden Nachbarstationen werden somit auch abgeschaltet. Bei der Schaltung gemäß der Erfindung kann dagegen die eine Kuppelleitung angeschaltet bleiben. Dies ist dann von Vorteil, wenn an dieser Kuppelleitung noch Stromabnehmer angeschlossen sind.

In gleicher Weise wie für die Sicherung gegen Kurzschluß läßt sich auch für die Abschaltung bei Erdschluß gemäß der Erfindung der Apparatensatz gegenüber dem Bekannten auf ungefähr die Hälfte der notwendigen Apparate reduzieren. Man braucht nur das Erdschlußrelais, das in bekannter Weise geschaltet ist, statt mit einer Kontaktgabe mit zweien zu versehen, von denen die eine den Schalter an der einen Seite der Station unterbricht, wenn nämlich in diesem der Abfluß der Energie des Dissymmetriestromes erfolgt, ^ und die andere bei umgekehrter Richtung der Energie des Erdschlußstromes den Schalter an der anderen Seite der Station.

Abb. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Kurzschlußsicherung in Verbindung mit der Abschaltvorrichtung für den Fall eines Erd-Schlusses gemäß der Erfindung dar. Die für die Erdschlußschaltung neu hinzukommenden Teile sind mit zweistelligen Zahlen, die mit 2 beginnen, bezeichnet. In das Erdschlußrelais

20 wird in bekannter Weise der Summenstrom aller Leitungen geführt, dessen Wert bei Erdschluß von ο abweicht. Hierzu ist gegenüber Abb. 2 noch die Hinzufügung eines dritten Stromwandlers 25 für die letzte Phase nötig. In den Punkten 26 und 27 sind entsprechende Wicklungsenden verbunden, und an diesen beiden Punkten liegt die Stromspule des Relais 20. Das Relais 20 ist so geschaltet, daß es nach links ausschlägt und die Kontakte

21 schließt, wenn die Erdschlußenergie über Schalter 3' der Leitung 2' zufließt. Der Kontakt 21 schließt dann einen Stromkreis, der verläuft vom +-Pol der Stromquelle 7 über 21, über den in unterer Lage befindlichen Anker 23 eines Hilfsrelais 24, den Anker des Hilfsrelais 11 und die Spule 14 des Zeitrelais

10 zum Pol. Das Relais 10 wird also

auf kurze Zeit eingestellt. Gleichzeitig wird durch Schließung des Kontaktes 21 auch die Spule des Relais 10 erregt. Durch Kontaktgäbe bei 13 wird der Schalter 3' geöffnet. Fließt die Erdschlußenergie dagegen in den Schalter 3 ab, so macht das Erdschlußrelais 20 rechts bei 22 Kontakt. Dadurch wird ein Stromkreis vom +-Pol über die Spule des

Relais 24 zum Pol geschlossen. Da der

Anker 23 dann angehoben ist, so wird die

Spule 14 nicht erregt, der Kontakt 13 wird durch die Feder 10 aus der Arbeitsstellung zurückgezogen, und das Relais 10 ist auf lange Auslösezeit eingestellt. Seine Spule ist mit dem oberen Ende über den Anker 23 in seiner oberen Lage an den +-Pol angeschlossen-. Das Relais öffnet durch Kontaktgabe bei 12 den Schalter 3.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Schutzschaltung für zweiseitig gespeiste Leitungen, besonders Ringleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beiden Seiten einer Stromabnahmestelle liegenden Schalter von einem gemeinsamen Apparatensatz gesteuert werden, der vollständig oder im wesentlichen nur an einer Seite der Abnahmestelle angeschlossen ist.
2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schaltern an beiden Seiten der Abnahmestelle zugeordneten Hilfs- und Zeitrelais, deren Zeiten gestaffelt sind, von einer gemeinsamen, der Abschaltung bei Kurz-Schluß dienenden Anordnung von Uberstromrelais und Energierichtungsrelais gesteuert werden.
3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Schalter einer Stromabnahmestelle ein einziges Zeitrelais mit zwei je nach der Energierichtung wirksamen Kontakten benutzt wird.
4. 4. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter zu beiden Seiten einer Abnahmestelle von einer gemeinsamen, der Abschaltung bei Erdschluß dienenden Anordnung, die ein Erdschlußrelais enthält, gesteuert werden.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.