DE608422C

DE608422C - Arrangement for the protection of electrical high-voltage systems

Info

Publication number: DE608422C
Application number: DES102528D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Reinhold Rue Dr-Ing; Dr-Ing Karl Ott
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1931-12-22
Filing date: 1931-12-22
Publication date: 1935-01-31

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN Al
31. JANUAR 1935ISSUE Al
JANUARY 31, 1935

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

M 608422 KLASSE 21 c GRUPPE 68so M 608422 CLASS 21 c GROUP 68so

Anordnung zum Schutz elektrischer HochspannungsanlagenArrangement for the protection of electrical high-voltage systems

Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. Dezember 10.31 abPatented in the German Empire from December 22nd, 10.31 am

Es sind Einrichtungen zum Schutz von elektrischen Leitungen gegen Flammenbogenerdschlüsse bekannt. Bei diesen bekannten Anordnungen wird, sobald ein Phasenerdschluß auftritt, die kranke Phase über einen Schalter geerdet. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß in dem Falle, daß in mehreren Phasen gleichzeitig Flammenbogenerdschlüsse auftreten, stets nur eine einzige Phase geerdet wird.They are devices for the protection of electrical lines against flame arc earth faults known. In these known arrangements, as soon as a phase earth fault occurs, the diseased phase is grounded via a switch. The arrangement is like this taken that in the event that flame arc earth faults occur simultaneously in several phases occur, only one phase is always earthed.

Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß beim Auftreten von Lichtbogenkurzschlüssen oder bei Lichtbogendoppelerdschlüssen die Isolatoren stark beschädigt werden können, da die auftretenden Stromstärken im Lichtbogen sehr erheblich sind. Gemäß der Erfindung können diese Nachteile dadurch vermieden werden, daß Schaltvorrichtungen vorgesehen werden, die bei Doppelerd-Schlüssen und zwei- und gegebenenfalls auch dreipoligen Kurzschlüssen die kranken Phasenleiter miteinander verbinden. Die Anordnung nach der Erfindung ist insbesondere geeignet für Leitungen, die mit Erdschlußlöschern ausgerüstet sind.This known arrangement has the disadvantage that when arcing short circuits occur or in the case of double arcing earth faults, the insulators can be severely damaged because of the currents that occur are very significant in the arc. According to the invention, these disadvantages can thereby be avoided that switching devices are provided in the case of double earth faults and two- and possibly also three-pole short-circuits the diseased phase conductors connect with each other. The arrangement according to the invention is particularly suitable for lines that are equipped with earth fault extinguishers.

Die Schalter, welche die kranken Phasenleiter miteinander verbinden, werden von einer Relaiseinrichtung gesteuert, die anzeigt, daß ein Kurzschluß vorliegt. Die Relais zur Steuerung der Schaltvorrichtungen, mit Hilfe welcher die kranken Phasenleiter miteinander verbunden werden können, können beispielsweise als normale Spannungsrelais ausgebildet sein, welche auf den Rückgang der Spannung zwischen zwei Phasenleitern ansprechen. Um zu verhindern, daß die Relais bei spannungslosem Netz die Kurzschlußschalter betätigen, wird ein Stromrelais vorgesehen, welches die Anordnung in spannungslosem und damit stromlosem Betrieb verriegelt.The switches that connect the diseased phase conductors to one another are made by controlled by a relay device which indicates that there is a short circuit. The relays for Control of the switching devices, with the help of which the diseased phase conductors with each other can be connected, for example, can be designed as normal voltage relays which respond to the drop in voltage between two phase conductors. To prevent the relay from breaking the short-circuit switch when the mains is dead actuate, a current relay is provided, which the arrangement in de-energized and thus locked against currentless operation.

Um Fehler zwischen zwei Phasenleitern zu erfassen, ist es zweckmäßig, den Quotienten bestimmter Spannungen oder bestimmter Ströme zum Auslösen zu verwenden, da solche Relais beim Ausbleiben der Betriebsspannung in der Ruhelage bleiben, während Spannungsrelais in diesem Falle abfallen und dadurch die Kurzschlußschalter betätigen, wenn man nicht die angegebene Verriegelung verwendet.In order to detect errors between two phase conductors, it is useful to use the quotient to use certain voltages or certain currents for triggering, as such relays if there is no operating voltage remain in the rest position, while voltage relays drop out in this case and thereby actuate the short-circuit switch, if the specified interlock is not used.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung zur Erfassung eines zweipoligen Kurzschlusses oder eines Doppelerdschlusses. The drawing shows exemplary embodiments of the invention for detecting a two-pole Short circuit or a double earth fault.

In Fig. ι ist ι die zu schützende Hochspannungsleitung, die an den Transformator 2 angeschlossen ist, dessen Sternpunkt in an sich bekannter Weise über die Sternpunktsdrosselspule 3 mit Erde verbunden ist. An Stelle einer' Sternpunktsdrosselspule können auch andere Löschvorrichtungen, beispielsweise Löschtransformatoren, vorgesehen sein. Erfindungsgemäß sind Schalter 4, 5 und 6 vorgesehen, durch welche je zwei Phasenleitungen miteinander verbunden werdenIn Fig. Ι ι is the high-voltage line to be protected, which is connected to the transformer 2, whose star point in a known manner via the star point choke coil 3 is connected to earth. Instead of a 'star point choke coil other quenching devices, for example quenching transformers, can also be provided. According to the invention, switches 4, 5 and 6 are provided, through which two phase lines each be connected to each other

*) Von dem Patent sucher sind als die Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker indicated the following as the inventor:

Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Reinhold Rüdenberg in Berlin-Grunewald und Dr.-Ing. Karl Ott in Berlin-Charlottenburg.Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. H. Reinhold Rüdenberg in Berlin-Grunewald and Dr.-Ing. Karl Ott in Berlin-Charlottenburg.

können. Bei längeren Leitungslängen werden solche Schaltergruppen in zweckmäßig gewählten Abständen verteilt. Jeder dieser Schalter wird von einem Relais 7, 8 bzw. 9 gesteuert. Diese Relais sind Differenzrelais und werden über die Spannungswandler ίο, die primär in Dreieck und sekundär in Stern geschaltet sind, von der Netzspannung erregt, und zwar in folgender Weise: Auf die rechte Spule 12 des Relais 7, welche über den Kontakt 17 die Einschaltspule des Schalters 6 über die Batterie 20 erregen kann, wirkt die verkettete Spannung zwischen den beiden Phasen R und T ein, welche durch den Schalter 6 kurzgeschlossen werden können. Auf die linke Spule 11 wirkt die Differenz der beiden anderen verketteten Spannungen ein. Auf die rechte Spule 14 des Relais 8, welches den Schalter 5, der die Phasen R, S miteinander verbindet, wirkt die verkettete Spannung zwischen diesen beiden Phasen ein, während auf die linke Spule 13 die Differenz der beiden anderen verketteten Spannungen einwirkt. Auf die rechte Spule 16 des Relais 9, welches über den Kontakt 19 den Schalter 4 erregt, welcher die beiden Phasen .S¹ und T kurzschließt, wirkt die verkettete Spannung zwischen diesen beiden Phasen ein, während auf die linke Spule 15 die Differenz der beiden anderen verketteten Spannungen einwirkt. Die Spulen sind so gewählt, daß bei symmetrischem Spannungsdreieck der Waagebalken des Relais in der Ruhelage steht. Bei Kurzschluß zwischen zwei Phasen, beispielsweise den Phasen R und S, wird die verkettete Spannung zwischen diesen beiden praktisch gleich Null. Infolgedessen kippt der Waagebalken des Relais 8 um und schließt den Kontakt 18, wodurch die Einschaltspule des Schalters 5 erregt wird. Bei den beiden anderen Relais 7 und 9 ist das Drehmoment der rechten Spule größer, so daß diese beiden keinen Kontakt machen. Zweckmäßiger sieht man, wie in der Figur dargestellt ist, noch eine kleine Zusatzfeder vor, um in spannungslosem Zustand des Netzes ein Schließen der Kontakte zu vermeiden. Anstatt die drei Spannungswandler 10 unmittelbar an die Hochspannungsleitung anzuschließen, kann man sie auch an zwei in V geschaltete Hochspannungswandler anschließen. Man hat dann den Vorteil, daß die Spannungswandler 10 nicht für Hochspannung isoliert zu werden brauchen und daß nur zwei Hochspannungswandler erforderlich sind.can. With longer cable lengths, such switch groups are distributed at appropriately chosen intervals. Each of these switches is controlled by a relay 7, 8 or 9. These relays are differential relays and are energized by the mains voltage via the voltage converters ίο, which are connected primarily in delta and secondarily in star, in the following way: On the right coil 12 of the relay 7, which via contact 17 is the switch-on coil of the Switch 6 can excite via the battery 20, the linked voltage acts between the two phases R and T , which can be short-circuited by the switch 6. The difference between the two other linked voltages acts on the left coil 11. The line voltage between these two phases acts on the right coil 14 of the relay 8, which connects the switch 5, which connects the phases R, S , while the difference between the two other line voltages acts on the left coil 13. On the right coil 16 of the relay 9, which energizes the switch 4 via the contact 19, which ^{short-circuits the two phases .S 1} and T, the interlinked voltage between these two phases acts, while on the left coil 15 the difference between the two acts on other linked voltages. The coils are chosen so that the balance arm of the relay is in the rest position with a symmetrical voltage triangle. In the event of a short circuit between two phases, for example phases R and S, the line voltage between these two is practically zero. As a result, the balance arm of the relay 8 tips over and closes the contact 18, whereby the closing coil of the switch 5 is excited. In the case of the other two relays 7 and 9, the torque of the right coil is greater, so that these two do not make any contact. As shown in the figure, a small additional spring is more expediently provided in order to prevent the contacts from closing when the network is de-energized. Instead of connecting the three voltage converters 10 directly to the high-voltage line, they can also be connected to two high-voltage converters connected to V. This then has the advantage that the voltage converters 10 do not need to be isolated for high voltage and that only two high voltage converters are required.

In ähnlicher Weise läßt sich auch ein Stromrelais ausbilden, welches auf den Quotienten bzw.. auf die Differenz bestimmter Ströme anspricht. Ein Ausführungsbeispiel für letzteres zeigt Fig. 2. Soweit die Teile mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen gewählt. 1 ist die Hochspannungsleitung, die an den Transformator 2 angeschlossen ist,; dessen Sternpunkt über die Nullpunktdrosselspule 3 geerdet ist. 4, 5 und 6 sind die einzelnen Schalter zum Kurzschließen der entsprechenden Phasenleitungen. Sie werden von Relais 27, 28 und 29 gesteuert. Zur Erregung der Relais dienen die Stromwandler 23, 24 und 25, deren Sekundärseiten in Steril geschaltet sind. Die linken Spülen 37, 38, 39 der Relais 27, 28,29 sind in Dreieck geschaltet. Die rechten Spulen 47, 48, 49 werden von den dieser Dreieckschaltung durch die Stromwandler 23, 24, 25 zugeführten Strömen durchflossen. Bei einem Kurzschluß zwischen den Phasen R und 6¹ werden die rechten Spulen der Relais 28 und 29 von dem Kurzschlußstrom durchflossen. Infolgedessen können diese Relais keinen Kontakt machen, da das auftretende Drehmoment nach der entgegengesetzten Seite gerichtet ist. Beim Relais 27 dagegen wird die linke Spule vom Kurzschlußstrom durchflossen, so daß der Waagebalken dieses Relais umkippt und Kontakt macht. Dadurch wird dann der Kurzschlußschalter zwischen R und S eingeschaltet.In a similar way, a current relay can also be designed which responds to the quotient or to the difference of certain currents. An exemplary embodiment for the latter is shown in FIG. 2. As far as the parts correspond to those of FIG. 1, the same reference numerals have been chosen. 1 is the high voltage line connected to the transformer 2; whose star point is grounded via the zero point choke coil 3. 4, 5 and 6 are the individual switches for short-circuiting the corresponding phase lines. They are controlled by relays 27, 28 and 29. The current transformers 23, 24 and 25, the secondary sides of which are switched to sterile, are used to excite the relays. The left sinks 37, 38, 39 of the relays 27, 28, 29 are connected in a triangle. The right-hand coils 47, 48, 49 are traversed by the currents supplied to this delta connection by the current transformers 23, 24, 25. In the event of a short circuit between phases R and 6 ¹ , the right coils of the relays 28 and 29 are traversed by the short circuit current. As a result, these relays cannot make contact because the torque that occurs is directed towards the opposite side. In the relay 27, however, the left coil is traversed by the short-circuit current, so that the balance arm of this relay tips over and makes contact. As a result, the short-circuit switch between R and S is then switched on.

Wie es von Flammeribogenerdern her bekannt ist, wird man den Kurzschlußschalter anfangs nur etwa eine Sekunde einschalten, dann wird er automatisch wieder abgeschaltet. Besteht der Kurzschluß auf der Leitung weiter, so wird der Schalter dauernd eingeschaltet oder noch mehrmals kurz ein- und ausgeschaltet, bis er dann dauernd" eingeschaltet bleibt. Der Mechanismus hierfür ist von den normalen Lichtbogener dem her bekannt. Man kann auch andere Einrichtungen hierfür verwenden, um zunächst nur lein,- oder Mehrmals¹ i_Oo kurzzeitig den Schalter einzuschalten und erst nach einer gewissen Zeit dauernd.As is known from Flammeribogenearthers, the short-circuit switch will initially only be switched on for about a second, then it will be switched off again automatically. If the short-circuit on the line persists, the switch is switched on continuously or briefly switched on and off several times until it then remains switched on. The mechanism for this is known from normal electric arcs. Other devices can also be used for this purpose in order to initially only turn on ^{the switch once or several times 1} i _O o briefly and only after a certain period of time continuously.

Eine solche Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt. R, S und T sind die Phasenleitungen des Hochspannungsnetzes. 50 ist der Schalter, der über den Kontakt 53 die Phasenleitungen R und T miteinander verbinden kann. Der Schalter besitzt eine Ausschaltspule 51 und eine Einschaltspule 52, die mit Selbstunterbrechungskontakten54bzw.55 ver.-sehen sind. Die Schaltspulen werden über ein Kipprelais 60 gesteuert, dessen Kontakte im Stromkreis der Ausschaltspule 51 und dessen Kontakt 64 im Stromkreis der Einschaltspule 52 liegen. Die Ausschaltspule 61 des Kipprelais ist über die Selbstunterbrechungskontakte 65 geführt, die Einschaltspule über die Selbstunterbrechungskontakte 66. Die beiden anderen Enden der Ein- und Ausschaltspule sind über den Kontakt 17, weleher dem Kontakt 17 der Fig. 1 entspricht, mit der Batterie verbunden. Der beweglicheSuch an arrangement is shown in FIG. R, S and T are the phase lines of the high voltage network. 50 is the switch which can connect the phase lines R and T to one another via contact 53. The switch has an opening coil 51 and a closing coil 52, which are provided with self-breaking contacts 54 and 55, respectively. The switching coils are controlled via a toggle relay 60, the contacts of which are in the circuit of the opening coil 51 and whose contact 64 is in the circuit of the closing coil 52. The switch-off coil 61 of the toggle relay is routed via the self-interrupting contacts 65, the switch-on coil via the self-interrupting contacts 66. The other two ends of the switch-on and switch-off coil are connected to the battery via contact 17, which corresponds to contact 17 in FIG. The movable one

Teil des Relais ist mit den Kontaktbrücken für die Kontakte 65 und 66 über eine Feder 67 verbunden. Gleichzeitig ist eine Dämpfungsvorrichtung 68 vorgesehen. Im Stromkreis der Ausschaltspule 61 liegt ferner noch der Kontakt 70 eines Zeitrelais 69, das im Ausführungsbeispiel als thermisches Relais ausgebildet ist. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Tritt ein Flammenbogenerdschluß der Leitungen/? und T auf bzw. ein Flammenbogenkurzschluß zwischen beiden Leitungen, so wird der Kontakt 17 geschlossen. Dadurch wird die Einschaltspule 62 erregt und der bewegliche Teil des Kipprelais nach rechts gezogen. Der Kontakt 64 wird geschlossen und damit die Einschaltspule 52 erregt, so daß durch Schließen des Kontaktes 53 die Phasen R und T miteinander verbunden werden. Nach einer gewissen Zeit wird der Kontakt 66 geöffnet und der Kontakt 65 geschlossen. Dadurch wird die Ausschaltspule 61 erregt und öffnet den Kippschalter, wodurch der Kontakt 63 geschlossen und damit der Schalter 50 ausgeschaltet wird. Zündet der Lichtbogen nach dem Öffnen des Schalters nicht wieder, so bleibt der Schalter ausgeschaltet. Ist jedoch ein dauernder Erd- bzw. Kurzschluß vorhanden, so wird der Kontakt 17 dauernd geschlossen bleiben und der »Schalter wird wieder von neuem eingeschaltet werden. Dieses Spiel würde sich ständig wiederholen, wenn nicht das Zeitrelais 69 vorhanden wäre. Wird dieses eine gewisse Zeit lang erregt, so öffnet es seinen Kontakt 70, so daß das¹ Kipprelais nicht wieder ausgeschaltet werden kann und der Schalter 50 geschlossen bleibt. Durch .entsprechende Bemessung des thermischen Relais kann man erreichen, daß nach einmaligem oder zwei- oder mehrmaligem kurzzeitigem Öffnen und Schließen der Schalter dann dauernd eingeschaltet bleibt. Man kann auch die Anordnung so treffen, daß, wenn nach dem Öffnen des Schalters der Lichtbogen innerhalb kurzer Zeit wieder einsetzt, doch nach wiederholtem Ein- und Ausschalten eine dauernde Erdung bestehen bleibt. Die Zeitverzögerungseinrichtung des Kipprelais wird so gewählt, daß der Schalter nur so lange kurzzeitig eingeschaltet bleibt, daß die im Netz vorhandenen Sicherungseinrichtungen noch nicht ansprechen können.Part of the relay is connected to the contact bridges for contacts 65 and 66 via a spring 67. At the same time, a damping device 68 is provided. In the circuit of the opening coil 61 there is also the contact 70 of a timing relay 69, which in the exemplary embodiment is designed as a thermal relay. The mode of operation of the arrangement is as follows: Does a flame arc earth fault occur in the lines /? and T or a flame arc short circuit between the two lines, the contact 17 is closed. This energizes the closing coil 62 and pulls the movable part of the toggle relay to the right. The contact 64 is closed and thus the switch-on coil 52 is energized, so that the phases R and T are connected to one another by closing the contact 53. After a certain time, the contact 66 is opened and the contact 65 is closed. As a result, the switch-off coil 61 is excited and opens the toggle switch, whereby the contact 63 is closed and the switch 50 is switched off. If the arc does not re-ignite after opening the switch, the switch remains switched off. If, however, there is a permanent earth or short circuit, the contact 17 will remain permanently closed and the switch will be switched on again. This game would repeat itself over and over if the timing relay 69 were not present. If this is excited for a certain time, it opens its contact 70, so that the ¹ toggle relay cannot be switched off again and the switch 50 remains closed. By. Appropriate dimensioning of the thermal relay one can achieve that after one or two or more times brief opening and closing of the switch then remains permanently switched on. The arrangement can also be made in such a way that if the arc starts again within a short time after opening the switch, but after repeated switching on and off, a permanent grounding remains. The time delay device of the toggle relay is chosen so that the switch only remains switched on for so long that the safety devices in the network cannot yet respond.

An Stelle der in den Figuren dargestellten Schalter, die zwei Phasen miteinander kurzschließen, kann man auch Schalter verwenden, die zwischen Phase und Erde liegen. Man kann diese Schalter auch von den Differenzrelais steuern, und zwar muß man die Anordnung dann so treffen, daß stets die Schalter eingeschaltet werden, zwischen deren Leitungen ein Kurzschluß aufgetreten ist. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise im Stromkreis des Schalters, welcher die Leitung T mit Erde verbindet, zwei parallel geschaltete Kontakte anordnen, von denen der eine vom Relais 7 und der andere vom Relais 9 betätigt wird. Die anderen Erdungsschalter sind ähnlich zu steuern.Instead of the switches shown in the figures, which short-circuit two phases with one another, it is also possible to use switches that are between phase and earth. These switches can also be controlled by the differential relays, and the arrangement must be made so that the switches are always switched on, between the lines of which a short circuit has occurred. For this purpose, for example, two contacts connected in parallel can be arranged in the circuit of the switch which connects line T to earth, one of which is actuated by relay 7 and the other by relay 9. The other earthing switches are controlled in a similar way.

Im Ausführungsbeispiel der Erfindung ist angenommen, daß die Leitung mit Petersenspulen oder Löschtransformatoren versehen ist. Die Anordnung nach der Erfindung kann aber auch bei Anlagen verwendet werden, wo keine Erdschlußeinrichtungen oder andere Erdschlußlöscheinrichtungen vorgesehen sind.In the embodiment of the invention it is assumed that the line with Petersenspulen or quenching transformers. The arrangement according to the invention can also be used in systems where no earth fault devices or other earth fault extinguishing devices are provided.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for the protection of electrical high-voltage systems, in particular of Systems with earth fault extinguishers, characterized in that in the case of double earth faults and two- and possibly three-pole short circuits, the diseased phases initially briefly once or several times are connected to each other and this connection is only made permanent if the error lasts for a longer period of time.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the switching device, through which two phase conductors are connected to each other, controlled by a relay that is controlled by the voltage between these two phases is dependent, and that current relays are also provided for actuation to prevent the switching device when the network is de-energized.

3. Arrangement according to claim r, characterized in that the switching device through which two phases with- can be connected to each other, controlled by a differential relay which on the one hand the chained tension between these two phases and on the other hand the difference between the other two interlinked voltages acts.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the switching device, by which two phases can be connected to each other by a differential relay is controlled, on which a current acts on the one hand, which is the difference of the line currents is proportional to these two phases, and on the other hand a current which corresponds to the line current is proportional to the third phase,

For this purpose ι sheet of drawings