DE597071C - Vom Leitungswiderstand abhaengige Schutzschaltung, bei welcher die drei Phasenleitungen einer Drehstromleitung durch nur zwei Widerstandsrelais ueberwacht werden - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
16. MAI 1934

REiCHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 68so

S ioyoio VIIIbJ2ic Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents:

1934

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. November 1932 ab

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung, bei welcher die Schutzrelais, welche die Aufgabe haben, die fehlerhafte Strecke abzuschalten, im Fehlerfall durch Anregerelais zur Wirkung gebracht werden. Im Gegensatz zu bekannten Ausführungen, bei denen die Anregerelais ansprechen, wenn das Verhältnis aus einer Stromstärke und einer Leitungsspannung einen festgesetzten Grenzwert unterschreitet, werden bei der Erfindung zwei Spannungen und ein Leitungsstrom für die Erregung des Anregerelais benutzt. Es läßt sich auf diese Weise eine größere Sicherheit gegen fehlerhafte Relaisanregungen erzielen. In einem Kurzschlußfalle nämlieh wird zwar in erster Linie diejenige Leitungsspannung betroffen, welche zwischen den beiden kurzgeschlossenen Phasen besteht. Trotzdem werden auch die anderen Spannungen in Mitleidenschaft gezogen, beispielsweise dadurch, daß

.20 die Maschinenspannungen absinken oder daß die im Kurzschlußfalle sehr stark anwachsenden Ströme einen erheblichen Spannungsabfall im Netz mit sich bringen. Es kann infolgedessen vorkommen, daß auch ein Anregerelais anspricht, welches nicht zum eigentlichen Kurzschlußkreis • gehört, sondern nur mittelbar von den Auswirkungen des Kurzschlusses betroffen wird.

Erfindungsgemäß sprechen die Anregerelais nur dann an, wenn das Verhältnis aus dem Produkt der gleichphasigen Komponenten zweier verketteter Spannungen zum Strom desjenigen Phasenleiters, welcher den beiden verketteten Spannungen gemeinsam ist, einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Dadurch wird eine fehlerhafte Anregung der Schutzeinrichtung mit Sicherheit verhütet.

Die Verhältnisse sind erläutert an Hand von Diagrammen (Fig. 1 bis 4) und einer schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung (Fig. 5).

Solange im Netz kein Fehler entstanden ist, bilden die verketteten Spannungen ein gleichseitiges Dreieck RST (Fig. 1) und die Ströme der drei Phasenleiter einen symmetrischen Stern. Bei einem Kurzschluß zwischen den Phasenleitern R und S bricht diese verkettete Spannung erheblich zusammen, während die beiden anderen verketteten Spannungen in ihrer Größe nur ganz unwesentlich betroffen werden. Das gleichseitige Dreieck RST nimmt dann die in Fig. 2 wiedergegebene Form an. Wenn nun die beiden Anregerelais so angeordnet sind, daß sie von dem Strom im Phasenleiter R bzw. im Phasenleiter T erregt werden, dann erhält das vom Phasenstrom J_R erregte Relais Überstrom, das am Phasenleiter T hängende Relais ' dagegen nicht. Der im Phasenleiter S fließende Strom, der, abgesehen von dem Belastungsstrom, die

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

Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer in Berlin-Spandau,

gleiche Stärke besitzt wie der Strom im Phasenleiter R und gegen diesen um nahezu iSo° phasenverschoben ist, wird für die Anregung nicht benutzt.
Das Anregerelais, welches den Strom im Phasenleiter R führt, erhält nun erfindungsgemäß das Produkt der gleichphasigen Komponenten der Spannungen zwischen den Phasenleitern R-S und R-T als Gegenkraft. Das Produkt gleichphasiger Komponenten dieser beiden Spannungen ist Ers · Ert multipliziert mit dem Cosinus des eingeschlossenen Winkels. Dieses Produkt ist sehr klein, weil gemäß Fig. 2 zwischen beiden Spannungen eine Phasenverschiebung von fast 90° besteht und eine der Spannungen klein geworden ist.

Das zweite Anregerelais erhält beim gleichen Fehlerfall den Strom in Leiter T und als Gegenkraft eine dem Produkt der gleichphasigen Komponenten der Spannungen Etr und Ers proportionale Kraft, welche einer Anregung entgegenwirkt. Das Produkt dieser beiden Spannungen ist, abgesehen davon, daß diese beiden Spannungen nahezu ihre volle Größe behalten haben, vor allem aus dem Grunde sehr groß, weil die beiden Spannungen nur einen kleinen Winkel bei T einschließen. Das Relais der Phase T wird also, selbst wenn der Strom in diesem Leiter fast so groß wie in den fehlerhaften Phasenleitern R und S ist, nicht ansprechen, weil die von der Spannung ausgeübte Gegenkraft sehr groß ist.

In Fig. 3 ist ein Kurzschluß zwischen dem Phasenleiter S und T angenommen. Der Strom im Phasenleiter T wird dann sehr groß, die Spannungskraft, welche im gleichen Anregerelais mit dem Strom Jt wirkt, entspricht dem kleinen Produkt der gleichphasigen Komponenten der Spannungen Etr und Ets- Das vom Strom Jt erregte Anregerelais spricht also an. Das vom Phasenstrom Jr erregte Anregerelais wird nicht ansprechen; denn die Gegenkraft, welche gleich dem Produkt der gleichphasigen Komponenten der Spannungen Ers und Ert entspricht, ist sehr stark.

Bei einem Fehler zwischen den Phasenleitern R und T sind die Ströme in beiden Anregerelais sehr stark. Die von den Spannungen ausgeübten Gegenkräfte sind bei beiden Relais klein, wie sich aus Fig. 4 ergibt, so daß also beide Anregerelais ansprechen. Es könnten ohne Nachteil auch beide Schutzrelais in Tätigkeit gesetzt werden, da wenigstens eines von ihnen die Spannung des Kurzschlußkreises erhält, so daß infolgedessen wenigstens ein Relais die der Fehlerentfernung angemessene kurze Laufzeit besitzt. Es ist aber auch schalttechnisch leicht zu erreichen, daß beim Ansprechen beider Anregerelais nur eines von den beiden Widerstands-6q relais in Tätigkeit tritt.

Ein Ausführungsbeispiel für einen zweisystemigen Impedanzschutz einer Drehstromleitung RST zeigt Fig. 5. Ein Leitungsschalter 1 : oll im Fehlerfall ausgelöst werden. Zwei Widerstandszeitrelais 2 und 3 können parallel liegende Kontakte im Stromkreis der Auslösespule schließen. Jedes Impedanzzeitrelais besitzt eine Stromspule 5 (6) und eine Spannungsspule 7 (8), eine unrunde Ferrarisscheibe 9 (10), welche einen Einstellkontakt 11 (12) nach der Größe des Verhältnisses Spannung durch Strom einstellt. Auf den Einstellkontakt 11 (12) läuft nach der Anregung ein Laufkontakt 13 (14) zu und erreicht ihn je nach der Größe des zurückzulegenden Weges früher oder später. Ein Bremsmagnet 15 (16) dient zur Dämpfung der Bewegungen der Ferrarisscheibe. Es ist in der Figur nicht dargestellt, auf welche Weise das Antriebswerk für den Laufkontakt 13 bzw. 14 durch das Anregerelais in Gang gesetzt wird.

Die Anregerelais sind als Kipprelais dargestellt, welche einerseits der Einwirkung der Kraft einer Stromspule 16 (17) und anderseits der Einwirkung der Kraft, welche auf eine Ferrarisscheibe 18 (19) ausgeübt wird, unterliegen. Das Drehmoment auf die Ferrarisscheibe 18 (19) wird durch ein Magnetsystem 20 (21) erzeugt, welches von zwei verketteten Spannungen derart erregt wird, daß sich ein Drehmoment ergibt, welches dem Produkt der angeschlossenen Spannung, multipliziert mit dem Cosinus des Phasenverschiebungswinkels zwischen ihnen proportional ist. Das Ferrarissystem 20 (18) ist an einen Spannungswandler 22 derart angeschlossen, daß das Drehmoment dem Produkt aus den Spannungen Ets und Etr proportional ist. Das Ferrarissystem 21 (19) entwickelt ein Drehmoment proportional dem Produkt der Spannungen Ers und Ert- Die Stromspule 16 wird vom Phasenstrom Jt und die Stromspule 17 vom Phasenstrom Jr erregt. Die Stromspule 5 des Impedanzzeitrelais 2 führt den Strom /7· und die Stromspule 6 des Impedanzzeitrelais 3 den Strom Jr. Die Spannungsspule 7 des Impedanzrelais 2 wird, wenn das Impedanzrelais 16,18,20 seine Kontakte 23 schließt, an die Spannung Ets angeschlossen. Das Impedanzzeitrelais 2 mißt dann bei einem Kurzschluß zwischen den Phasenleitern T und 5 den Widerstand der Kurzschlußschleife.

Die Spannungsspule 8 des Zeitrelais 3 wird je nach dem Verhalten der Anregerelais entweder an die Spannung Ers oder an die Spannung Ert angeschlossen.

Das Anregerelais 16,18, 20 soll bei dem in Fig. 3 dargestellten Fehlerfalle allein ansprechen, d. h. wenn der Kurzschluß zwischen den Leitern S und T entstanden ist. Durch Schließung der Kontakte 23 wird dann an das Impedanz- ;eitrelais 2 die Spannung Est angelegt, so daß dieses Relais den Fehler richtig zu erfassen vermag. Das Anregerelais 17,19, 21 soll bei dem

in Fig. 2 dargestellten Kurzschlußfalle allein ansprechen. Das Impedanzzeitrelais 3 erhält dann den Strom. Jn und über den geschlossenen Kontakt 24 des Anregerelais 17,19, 21 sowie den geschlossenen Kontakt 25 des anderen Anregerelais die Spannung Ers-

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Kurzschlußfalle sprechen beide Anregerelais an. Das Kontaktpaar 25 wird geöffnet, die Kontaktpaare 23,

to 26, 24 und 27 werden geschlossen. Die Schließung des Kontaktes 23 bringt das Impedanzzeitrelais 2 zum Ablaufen, für die Abschaltung des Fehlers hat dieses Relais jedoch keine Bedeutung, denn seine Spannungsspule 7 erhält über den geschlossenen Kontakt 23 die Spannung E rs, welche durch den Kurz.schlußfäll nicht merklich betroffen wird. Das Impedanzzeitrelais 3 dagegen erhält über die geschlossenen Kontaktpaare 24, 27 und 26 die verkettete Spannung Etr· Das Relais 3 ist also in der Lage, den Widerstand des Kurzschlußkreises richtig zu messen und in entsprechend kurzer Zeit den Erregungsstromkreis für die Auslösespule 4 zu schließen.

Die Art der Erregung des Anregerelais ist naturgemäß nicht nur dort angebracht, wo es sich um einen zweisystemigen Schutz für eine Drehstromleitung handelt, wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 angenommen ist, sondem auch dort, wo ein dreisystemiger oder einsystemiger Schutz vorhanden ist. Bei einem dreisystemigen Schutz werden die Umschaltvorrichtungen für die Spannungsspule entbehrlich.

In Fig. 6 ist an Hand eines Schaltbildes für einen zweisystemigen Schutz eine Anordnung erläutert, bei welcher mehrere Anregerelais für jedes Schutzrelais vorgesehen sind und wobei die von dem Anregerelais gesteuerten Kontakte einander parallel liegen. Gleichzeitig ist in diesem Ausführungsbeispiel Vorsorge getroffen, daß für den Fall eines Doppelerdschlusses derjenigen beiden Phasenleiter, welche mit widerstandsabhängigen Schutzrelais ausgestattet sind, nur eines von den beiden Schutzrelais in Tätigkeit tritt, damit nicht, wenn die Erdschlußstelle auf der einen Phase zufällig in der Nähe der einen Station und die. Erdschlußstelle auf der anderen Phase zufällig ebenfalls in der Nähe einer Station liegt, an beiden Relaisorten die gleichen Relaisverzögerungszeiten wirksam sind, so daß unnötigerweise beide Erdschlußstellen abgeschaltet werden. Es wurden dadurch große Leitungsstücke spannungslos, welche bei der fast regelmäßig vorhandenen Erdschluß-Strom-Kompensation gar nicht außer Betrieb gesetzt zu werden brauchten, weil es genügt, die eine Erdschlußstelle abzuschalten.
In Fig. 6 sind die widerstandsabhängigen Schutzrelais durch viereckige Umrahmungen 30 und 31 sowie durch je eine Stromspule 32 (33) und eine Spannungsspule 34 (35) und durch Relaiskontakte 36 und 37 schematisch dargestellt. Die Anregerelais sind nur durch ihre gesteuerten Kontakte 38, 39, 40, 41, 42 und 43 an-■ gedeutet. Die Kontakte 38, 39 und 40 sowie die Kontakte 41, 42 und 43 sind untereinander parallel geschaltet und steuern den Erregerstromkreis je eines Gleichstrommagneten 44 bzw. 45. Diese Gleichstrommagnete steuern mit der gleichen Wirkung, wie dies die Anregerelais in Fig. 5 tun, Kontakte und Umschaltkontakte, durch welche die Spannungsspulen 34 und 35 der widerstandsabhängigen Relais, je nachdem zwischen welchen Phasenleitern der Fehler entstanden ist, an die passende Spannung angeschlossen werden.

Die Relais, welche die Kontakte 38, 41 und 39, 42 und 40, 43 steuern, sprechen auf verschiedene Zustandsänderungen oder Meßgrößen der Leitungen an. Beispielsweise können die Kontakte 38 und 41 von Überstromrelais gesteuert werden, die Kontakte 39 und 42 bzw. 40 und 43 von Impedanzkipprelais nach der Erfindung gesteuert werden. Statt der beiden Kontakte 39 und 40 oder der beiden Kontakte 42 und 43 kann dann erfindungsgemäß ein einziger Kontakt verwendet werden, welcher von einem Anregerelais gemäß der Erfindung geschlossen wird, wenn das Produkt zweier Netzspannungen im Verhältnis zu der Stärke des Stromes in dem gemeinsamen Leiter einen bestimmten Grenzwert unterschreitet.

Die Kontakte 41, 42 und 43 schalten, wenn sie geschlossen werden, auf jeden Fall das Hilfsrelais 45 ein. Die Schließung der Kontakte 38, 39 und 40 hat für das Relais 44 nur dann Bedeutung, wenn entweder der Stromweg über einen Kontakt 46 oder der Stromweg über die in Reihe liegenden Kontakte 47 und 48 zum Minuspol der Ortsbatterie geschlossen ist. Wenn ein Doppelerdschluß auftritt, spricht das vom Summenstrom oder von der Nullpunktsspannung oder von der Nullpunktsleistung oder dem Quotienten aus Nullpunktsspannung und Nullpunktsstrom gesteuerten Relais 49 an und öffnet den Kontakt 46. Es ist dann die Erregung des Hilfsrelais 44, d. h. die Anregung des zur Phase R gehörenden widerstandsabhängigen Relais nur dann möglich, wenn das zum Phasenleiter T gehörende Widerstandsrelais nicht angeregt worden ist, weil nur dann der Kontakt 47 geschlossen ist. Außerdem muß der Kontakt 48 geschlossen sein, d. h. die Spannung zwischen dem Phasenleiter T und Erde muß ihre volle Höhe besitzen. Infolgedessen kann also das Relais R dann nicht angeregt werden, wenn gleichzeitig auch der Phasenleiter T Erdschluß hat. Bei einem Doppelerdschluß der Phasenleiter R und T bleibt die Abschaltung der Fehlerstelle also dem in der Phasenleitung T liegenden Schutzrelais überlassen, so daß also

nicht unnötigerweise mehr als zwei Schalter im Netz fallen.

Claims (6)

Patentansprüche: 5

1. Leitungsschutzschaltung mit Schutzrelais und Anregerelais, welche die Schutzrelais erst im Fehlerfalle zur Wirkung bringen, gekennzeichnet durch Anregerelais, welche

ίο ansprechen, wenn das Größenverhältnis zwischen dem Produkt gleichphasiger Komponenten zweier verketteter Spannungen (E₁ · E_s · cos £_ E₁, E₂) und dem Strom der den beiden Spannungen gemeinsamen Phase ein bestimmtes Mindestverhältnis wird.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1 für den Schutz von Drehstromleitungen mit Hilfe von widerstandsabhängigen Relais (2, 3) in nur zwei Phasenleitern, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregerelais die Spannungsspulen der widerstandsabhängigen Relais an die vom Leitungsfehler am stärksten betroffene Leitungsspannung anschließen.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ansprechen eines Anregerelais (38 - 43) und eines vom Summenstrom oder der Nullpunktsspannung oder der Nullpunktsleistung oder dem Quotienten aus Nullpunktsspannung und Summenstrom gesteuerten Umschaltrelais (49) die Spannungsspulen der Widerstandsrelais an eine Phasenleiterspannung gegen Erde gelegt werden (Fig. 6).

4. Schutzschaltung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Anregerelais (38, 39, 40) verriegelt werden, wenn ein Doppelerdschluß zwischen den beiden mit Schutzrelais (30, 31) ausgestatteten Phasenleitungen entsteht (Fig. 6).

5. Schutzschaltung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von den einen Anregerelais (38, 39, 40) gesteuerte Stromkreis parallel über einen im erdschlußfreien Zustand der Leitung geschlossenen Kontakt (46) und eine Reihenschaltung zweier Kontakte (47, 48) geführt ist, von denen der eine (47) bei Ansprechen der zweiten Anregerelais (41, 42, 43) und der andere (48) bei Verminderung der Spannung des mit diesen Anregerelais (41, 42, 43) und dem zweiten widerstandsabhängigen Schutzrelais (31) ausgestatteten Phasenleiters (T) gegen Erde geöffnet wird (Fig. 6).

6. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die widerstandsabhängigen Schutzrelais (30, 31) neben den Anregerelais (39, 40 bzw. 42, 43) nach Anspruch 1 noch weitere Anregerelais (38, 41) vorgesehen sind, welche mit jenem parallel geschaltet sind (Fig. 6).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen