DE571981C - Selektivschutzeinrichtung fuer mehrphasige Leitungen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, die Ströme oder Spannungen eines beliebigen Dreiphasensystems in zwei symmetrische Systeme zu zerlegen, von denen das eine (das· mitläufige System) die symmetrische Komponente, das andere (das gegenläufige System) die unsymmetrische Komponente des beliebigen Systems darstellt. Außerdem tritt im Erdschlußfalle in jeder Phase noch eine Einphasenkomponente (NuIlsystem) auf. Diese Komponente ist in allen drei Phasen gleich groß und hat die gleiche Phasenlage. Die Summe dieser letzten Komponenten ist identisch mit dem Summenstrom des Dreiphasensystems bzw. mit der NuIlpunktspannung des Systems.

Bezugnehmend auf die Figur werden mit I_a, Ij₁, I_c die Ströme bezeichnet, die in den Phasenleitern A, B und C eines beliebigen unr symmetrischen Dreiphasensystems fließen.

Wie oben erläutert, kann man diese Ströme in folgende drei Komponentengruppen zerlegen:

1. In mitläufige Komponenten, bestehend aus drei gleich großen Strömen, und zwar je einem Strom in einem Phasenleiter, die gegenas einander um 120 elektrische Grade verschoben sind und dieselbe Drehrichtung haben wie das betrachtete unsymmetrische System. Dementsprechend enthält der Strom im Phasenleiter^ die Stromkomponente J_al, im Phasenleiter B die Stromkomponente k² J_ai und im Phasenleiter C die Stromkomponente k 7_al.

2. In gegenläufige Komponenten, die aus drei gleichen Strömen, und zwar je einem Strom pro Phasenleiter, bestehen, die gegeneinander um 120 elektrische Grade verschoben sind und entgegengesetzte Drehrichtung haben ,wie das betrachtete unsymmetrische System. Entsprechend fließt in dem Phasenleiter A eine Stromkomponente 7_a2, im Phasenleiter B eine Stromkomponente k 7_a2 und im Phasenleiter C eine Stromkomponente k² 7_a2.

3. In Nullkomponenten, bestehend aus drei gleichphasigen Strömen zu je einem Strom 7_a0 pro Phase.

Der Operator k bezeichnet die Rotation eines Vektors um 120⁰, k² die Rotation um 240⁰. Die obenerwähnten Stromkomponenten genügen folgenden Gleichungen:

Ja

J η·> =

Ja + k² I_b + k I_e

= ^aO + hl +

J₆ =

(5)

(6)

S ummenstromkomponente:

¹^ (Jso) = (Jao> -^aO) -^ao) ·

Mitläufige· Komponente:

^ (7_Λ) = (Z₀₁₁^J₀₁, ft 7_Λ). Gegenläufige Komponente:

5²(7_fl2) = (7_a2,Ä7_a2,IJ7_fl2).

S⁰, S¹ und S², bezogen auf die Ströme eines Dreiphasensystems, stellen Komponenten-

vektoren dar, welche keine Drehung bzw. eine Drehung im raitläufigen bzw. eine Drehung im gegenläufigen Sinne haben.

Im Fehlerfalle treten die Stromkomponenten entsprechend der Natur und der Lage des Fehlers auf, und zwar ergibt sich bei den verschiedenen möglichen Fehlern folgendes:

Bei Dreiphasenkurzschluß ist kein Erdschlußstrom vorhanden, und da die drei to Ströme gleich groß und um I2O° gegeneinander verschoben sind, sind die gegenläufige Komponente und die Nullkomponente gleich Null. Die mitläufige Komponente stellt den gesamten resultierenden Kurzschlußstrom dar. Bei einfachem Kurzschluß ist die Nullkomponente gleich Null, weil keine Erdverbindung besteht, und nur die mitläufigen und gegenläufigen Komponenten bleiben übrig. Diese beiden Komponenten sind gleich groß, ao · ebenso die beiden entsprechenden Spannungskomponenten.

Bei einfachem Erdschluß bilden die mitläufigen, gegenläufigen und Nullkomponenten den resultierenden Erdschlußstrom. Diese drei Komponenten sind gleich groß. Die Summe der Spannungskomponenten in der kranken Phase ist gleich Null.

Bei Doppelerdschluß treten alle Komponenten des Stromes auf. Der gesamte Kurzschlußstroni ist die Summe dieser drei Komponenten, die verschiedenen Spannungskomponenten sind in diesem Fall gleich groß.

Wegen der verschiedenen Werte des Stromes, die bei den möglichen Fehlern auftreten, ist es schwierig, Relaisschutzeinrichtungen zu bauen, die auf vorher bestimmte Fehlerbedingungen ansprechen. Hat man z. B. Impedanzrelais auf einen einfachen Kurzschluß zwischen zwei Phasen eingestellt, so werden sie in einer anderen Weise arbeiten, wenn ein Doppelerdschluß auftritt; denn es ist, wie aus den vorhergehenden Betrachtungen zu ersehen ist, die Spannung bei einem Kurzschluß dieselbe wie bei einem Doppelerdschluß. Der Strom ist jedoch bei Doppelerdschluß höher als bei einfachem Kurzschluß. Diese Vergrößerung des Stromes erfolgt durch Addition der Nullkomponenten. Die mitläufigen und gegenläufigen Komponenten des Stromes sind in beiden Fällen gleich groß.

Die Erfindung bezweckt eine solche Stromeinstellung der Schutzrelais zu ermöglichen, daß der Grad der Erregung solcher Relais für alle möglicherweise auftretenderi Fehler, außer Dreiphasenkurzschluß, derselbe ist. Um dies zu erreichen, werden erfindungsgemäß den einzelnen Phasenleitungen Relais zugeordnet, von denen jedes nur von einem Phasenstrom in der Weise erregt wird, daß diejenige Komponente des Stromes, welche in allen drei Phasen in gleicher Größe und Phasenlage vorkommt (Nullkomponente), auf die Relais unwirksam ist. Die für jede einzelne Phasenleitung vorgesehenen Schutzrelais werden zwischen die 'entsprechenden freien Enden der Sekundärwicklungen von in den zu schützenden Phasenleitungen angeordneten Stromwandlern und eine Sternpunktsleitung dieser Wandler gelegt. Um den Einfluß der Nullkomponenten auf die Schutzrelais unwirksam zu machen, wird gemäß der weiteren Erfindung zu jedem der Relais ein Nebenschluß gelegt, der vom Summenstrom der Dreiphasenleitungen beeinflußt wird. Als solchen Nebenschluß verwendet man vorzugsweise die Sekundärwicklungen von Hilfswandlern, deren Primärwicklungen in Reihenschaltung in der Sternpunktsleitung der Hauptwandler liegen.

Die Figur zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung für den Schutz eines Dreiphasensystems.

In den drei Phasenleitungen A₁ B und C liegen Stromwandler, deren Sekundärseiten in Stern geschaltet sind. Von den Sekundärwicklungen 11, 12 und 13 dieser Wandler führen entsprechende Leiter 14, 15 und 16 über Schutzrelais 17, 18, 19 zu einem Leiter 20, der mit dem Sternpunkt der Stromwandler verbunden ist. Als Schutzrelais kann irgendeine übliche Relaistype verwendet werden. Im besonderen ist die Erfindung auch für Schutzsysteme mit Impedanzrelais anwendbar.

In der Figur sind die Relais schematisch dargestellt, und zwar sind nur die Stromanschlüsse für die Relais gezeichnet. Die Spannungsspulen werden in irgendeiner üblichen Weise entsprechend dem Potential, das auf den Leitern A₁ B und C besteht, erregt. Bei normalen Bedingungen in dem zu schützenden Stromkreis werden die Stromspulen der Relais durch gleiche Ströme, welche gleichmäßige Phasenverschiebung untereinander haben, erregt. Beim Auftreten eines Fehlers, beispielsweise eines Kurz- oder Erdschlusses, werden sie ungleichmäßig erregt.

Im Zuge der Sternpunktsleitung 20 sind drei Stromwandler 21, 22, 2.3 angeordnet, welche von dem im Leiter 20 fließenden Summenstrom erregt werden. Das Übersetzungsverhältnis der Wandler 21, 22, 23 wählt man, wie Versuche ergeben haben, bei Verwendung von Impedanzrelais vorteilhaft mit 15 zu 5. Das eine Ende der Sekundärwicklungen dieser Wandler ist durch einen Leiter 24 mit inem Sternpunktsleiter 20 verbunden. Das freie Ende jeder Sekundärwicklung ist mit Leitern 14, 15, 16 in der Weise verbunden, daß der Verbindungspunkt zwischen den entsprechenden Relais 17, 18, 19 und den zuehörigen Sekundärwicklungen 11,12,13 liegt.

Beim Auftreten eines Fehlers, mit Ausnahme eines gleichmäßigen Dreiphasenkurzschlusses und eines einfachen Kurzschlusses, treten die mitläufigen, gegenläufigen und Nullkomponenten auf, und zwar fließen diese in der in der Figur eingezeichneten Richtung. Die Nullkomponenten werden veranlaßt, durch die Sekundärwicklungen der Hilfswandler 21, 22, 23 zum Sternpunktsleiter 20 zu fließen. Daher werden die Relais 17, 18, 19 nur entsprechend den mit- und gegenläufigen Komponenten der entsprechenden Phasen A, B und C erregt.

Diese Methode zur Absonderung der NuIlkomponenten bei einem Relaisschutzsystem gibt die Gewähr, daß ein bestimmter Relaissatz mit Sicherheit anspricht, ohne Rücksicht auf die Art des im System auftretenden Fehlers.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Selektivschutzeinrichtung für mehrphasige Leitungen mit Relais, beispielsweise Impedanzrelais, welche von in Stern geschalteten Stromwandlern gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullkomponente des Stromes in den Relaisstromkreisen unterdrückt wird, vorzugsweise dadurch, daß parallel zu jedem Relais ein besonderer Stromweg liegt, durch welchen die entsprechende Nullkomponente des Stromes von je einem in der gemeinsamen . Wandlernullpunktsleitung liegenden Saugtransformator (21, 22, 23) abgesaugt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dreimal so viel Windungen als die primäre Wicklung besitzenden Sekundärwicklungen der Saugtransformatoren (21, 22, 23) einerseits in Stern geschaltet und andererseits an die von jeder Wandlerphase (11, 12, 13) zum Relais führende Verbindungsleitung angeschlossen sind, und daß die Primärwicklungen der Saugtransformatoren in Reihe geschaltet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen