DE735657C - Schutzeinrichtung fuer mehrphasige Wechselstromanlagen, die veraenderlichen Arbeitsbedingungen unterliegen - Google Patents

Description

■ Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung für elektrische Anlagen, insbesondere für Regeltransformatoren. In elektrischen·. Anlagen ist der Schlitz-.der einzelnen elektrischen Einrichtungen; gegen innere Fehler äußerst wichtig. Eine der gebräuchlichsten Schutzarten gegen innere Fehler, ist der bekannte Differentialschutz. Obwohl dieser bei richtiger Anwendung· einen ausgezeichneten Schutz bietet,, arbeitet er bei elektrischen; Anlagen, die veränderlichen Arbeitsbedingungen unterliegen, nicht völlig zufriedenstellend. Ein Beispiel hierfür sind die Regeltransformatoren.

In den Fig. I_n 2 und 3 ist ein Generator 1 über einen Regeltransformator 3 mit einem Belastungskreis 2 verbunden. Der Regeltransformator kann entweder zur Phasenregelung oder Spannungsregelung oder für beide, verwendet werden.. Im vorliegenden Fall soll jedoch nur der Fall eines Spannungsregeltransformators betrachtet werden.

Falls in dem Belastungskreis 2 ein Fehler F eintritt, ist die Stromverteilung in den zugeordneten Stromkreisen abhängig vom. Zustand des Regeltransformators 3. Zum Vergleich sei angenommen, daß in jedem der Fälle nach den Fig. 1, 2 und 3 derselbe Strom durch den Fehler "fließt, und daß dieser Strom einen Wert von- 100 Amp. besitzt. -

In Fig. ι ist der Regeltransformator auf Abwärtstransformierung eingestellt. Dabei wird beispielsweise die Spannung des Generators ι um 10% herabtransformiert. Der Strom 2 auf der Generatorseite des Regeltransformators hat also einen Wert von

9QAmp. Durch das zum Schutz des Regeltransformator» 3 gegen: innere. Fehler vorgesehenen· Differentialrelais 4 fließt somit ein Strom J₃, der der Differenz zwischen dem Fehler- und GeneEatorstrom entspricht und im angenommenen Beispiel 10 Amp. beträgt.

Wenn der Regeltransformator 3 so eingestellt wird, daß er die von dem Generator I gelieferte Spannung nicht beeinflußt, dann ist ίο auch der Strom des Generatorkreises im wesentlichen dem Fehlerstrom gleich. Beide Ströme haben also einen Wert von 100 Amp. Damit fließt aber durch das Differentialrelais 4 kein Differenzstrom J₃.

Die Fig. 3 zeigt den Regeltrans formator 3 bei Aufwärts regelung, und zwar soll die Genepatorspannung um 10 °/o herauf transformiert sein. Der Generatorstrom J₂ hat damit einen Wert von no Amp., der Fehlerstrom dagegen einen Wert von 100 Amp. Durch das Differentialrelais 4 fließt in diesem Fall ein Differenzstram, J₃ von 10 Amp.

Da bei ,auftretenden Fehlern im Belastungskreis 2 der Strom bis zum 25fachen Wert des normalen Stromes anwachsen kann, müßte bei einer 1 obigen Regelung das Differentialrelais mindestens für einen 2,5fachen Wert des normalen Belastungestromes eingestellt werden. Da man aber bei der Einstellung meist noch eine Sicherheitsspanne vorsieht, müßte die ' wirkliche Einstellung sogar etwa dem vierfachen Wert des normalen Belastungsstromes entsprechen. Solche Differentialrelais sind für die meisten in der Praxis vorkommenden Fälle unbrauchbar, weil sie eine zu geringe Empfindlichkeit haben.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung bei elektrischen Einrichtungen, die unter veränderlichen Arbeitsbedingungen arbeiten, ein Schutzrelais vorgesehen, das nur auf einen Rest- oder resultierienden Strom der zu schützenden Einrichtung anspricht und damit einen Schaltvorgang auslöst, beispielsweise einen Regel transformator, abschaltet. Bei dem Regeltransformator mit einer in Dreieck geschalteten Primärwick- - lung kann, man beispielsweise zu.«diesem Zweck für jede Phasenwicklung einen getrennten Stromwandler innerhalb des Dreiecks anordnen und an diesen Stromwandler in Parallelschaltung ein Schutzrelais anschließen. Wenn dann, das symmetrische Verhältnis der Impedanzen der Phasenwicklungen· gestört wird, z.B. beim Auftreten .eines Fehlers zwisehen den Windungen einer Phasenwickking, dann fließt ein¹ resultierender oder Reststrom, der das Schutzrelais zum Ansprechen bringt. Für den Fall, daß in gewissen Schaltungen bei Regeltransformatoren infolge aaiftretender Fehler ein Nullphasenfolge- oder umlaufender Strom in der Dreieckswicklung des Regeltransformators entsteht, wird, um eine Falschbetätigung des Schutzrelais zu verhindern, ein Ausschließrelais vorgesehen, um das Schutzrelais unwirksam zu machen. .

Die Erfindung bringt also ein verbessertes Schutzsystem für elektrische Anlagen, in denen veränderlichen Arbeitsbedingungen unterworfene elektrische Einrichtungen vorgesehen sind. Wesentlich ist dabei, daß damit 7<> insbesondere bei Regeltransformatoren ein wirkungsvoller Schutz gegen innere Fehler erreicht wird, und daß die Schutzeinrichtung auf einen im Regeltransformator fließenden resultierenden oder Reststrom anzusprechen vermag¹, aber wiederum beim Auftreten von Nullphasenströmen durch ein auf diese ansprechendes Ausschließrelais am Ansprechen verhindert wird.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung. In Fig. 4 ist mit 5 ein Regeltransformator bezeichnet, 6 ist ein Dreiphasenwechselstromnetz mit den Phasenleitern A, B, C. In diesem Netz können zum Abschalten des Regeltransformators ein oder mehrere Schalter, z. B. die Schalter 7 und 8 vorgesehen sein. Diese können von Schaltschützen betätigt werden. Mit 9 ist beispielsweise die Schaltschützspule für den Schalter 7 angedeutet. .

. Der Regeltransformator 5 selbst besteht aus drei Primärwicklungen 10, 11 und 12, die als Erregerwicklungen dienen und die in Dreieckschaltungan das Netz 6 angeschlossen sind. 13, 14 und 15 sind die Sekundärwick-■hingen. Jede dieser Wicklungen ist mit Anzapfungen versehen,vdie über bewegliche Kontakte 17 oder sonstige Schaltelemente durchgeschaltet' werden können. Die Sekundärwicklungen] sind in Stern geschaltet. Ihr Null- «oo punktleiter 18 liegt an Erde. Die regelbaren Sekundärwicklungen sind über die Leiter I9> 20 und 21 mit den in Stern geschalteten und mittels eines Deiters 25 geerdeten Primärwicklungen 22/ 23 und 24 eines Reihentrans- ^l°5 formators verbunden, dessen Sekundärwick- · hingen 26, · 27 und 28 in die Pbasenleiter^i, B, C des Netzes 6 eingeschaltet sind.

Zum Schütze des Regeltransformotors 5 gegen; innere Fehler sind drei Stromwandler no 29, 30 und 31 vorgesehen; Diese sind innerhalb der Dreieckschaltung der Primärwicklungen 10, 11 und 12 des Regeltransformators eingeschaltet, und zwar so, daß jeder Primärpbasenwicklunig j e ein Stromwandler zugeordnet ist. 32 ist ein Schutzrelais. Dieses ist, wie die Fig. 4 erkennen läßt, mit den Sekundärwicklungen der Stromwandler 29, 30 und parallel geschaltet.

Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Unter normalen Aiibeitsbedingungen sind die Phasenimpiedanzen der dreieckgescbalteten

Primärwicklungen symmetrisch, und die darin fließenden Ströme bestehen; aus ausgeglichenen Systemen positiver und, negativer Phasenfolgekomponenten. Da die Sekundär wicklungen der Stromwandler 29, 30, 3,1 in Stern geschalltet sind, ergibt sich kein resultierender oder Reststrom für das Schutzrelais.

Erst wenn dig; Symmetrie der Phasenimpedanzen gestört ist,, .z. B. beim Auftreten eines

10, Fehlers zwischen den Windungen der Phasenwicklung io/fließt ein resultierender oder Reststroim, der das Schutzrelais· 3.2 betätigt. Dieses wieder legt eine Schützspule eines oder mehrerer Schalter an Spannung. In der Fig. 4 wird bei der Betätigung des-Schutzrelais 32 der Stromkreis der dem Schalter 7 zugeordneten Schützspule 9 geschlossen.

Wenn beispielsweise in der Wicklung 10 ein Fehler auftritt, und es verringert sich dadurch die! Impedanz dieser Wicklungen, dann nimmt sie einen großen Strom auf. Die Impedanzen der "beiden anderen Wicklungen 10 und 11 bleiben aber im-,wesentlichen unverändert und es treten somit keine aus gleichenden Veränderungen! für den von der Phasenwicklung io· aufgenommenen zusätzlichen Strom - auf. Es besteht also zusätzlicher, nicht ausgeglichener Strom in der Sekundärwicklung des Stromwandlers 29·, der das Schutzrelais 32 zum Ansprechen bringt.

Wenn das. Netz. 6 bei Auftreten von Fehlern auf beiden Seiten.des Regeltransformators geerdet wird, kann sich ein Nullphasenfolgestrom ausbilden. Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 wird, also der im Netz fließende Nullphasenfolgestrom, auch einen in der dreieckgeschalteten Primärwicklung- des Regeltransformators zirkulierenden NuMpbasenstrom erzeugen. Da die Stromwandler 29, 30· und 31 parallel liegen, wind auch, ein solcher Strom das Schutzrelais 32 betätigen können. Nachdem in einem solchen Fall die Erregung des Schutzrelais durch einen äußeren Fehler (NetzfehJler), anstatt 'durch einen inneren Feh-'ler (im Regeltransformator) bewirkt wird, braucht der Regeltransformator 5 nicht außer Betrieb gesetzt zu werden. Um 'dies durchzuführen, kann, ein weiteres Relais 33, das als AusscMießrelais bezeichnet wird, vorgesehen werden', .das an das Netz 6 über in Stern geschaltete Stromwandler angeschlossen ist, Dieses Relais hat also die Aufgabe, nur auf einen im Netz fließenden Nullphiasenström anzusprechen.

Wenn bei einem äußeren Fehler ein Nullphasenstrom, im Netz entsteht, versuchen zunächst beide Relais 32 und 33 anzusprechen. Wenn aber das Relais 32 mit einer Verzögerung versehenr wird, dann spricht das Ausschließ relais. 33 zuerst an und öffnet seine Kontakte, die dm gleichen Leitungszug liegen wie die Kontakte des Schutzrelais 32. Wenn dann nachfolgend das Schutzrelais 32 seine Kontakte schließt, dann bleibt die Schützspuile9 des Schalters 7 unbeeinfhiß't, weil ja . sein Stromkreis durch das Relais 33 unterbrochen ist.

Wenn im Regeltransformator 5. ein Fehler auftritt, dann, wird umgekehrt auch im Netz 6 ein gewisser . Nullphasenfolgestrotn fließen. Dieser ist aber vernachlässigbar klein. Das Relais 33 .braucht also nur so eingestellt zu werden, daß es auf einen größeren Strom anspricht als der bei inneren Fehlern erzeugte Nullphasenfolgestrom, . .

. Wenn das Netz 6 so beschaffen ist, daß darin bei äußeren Fehlern keine Nullphasenfolgeströme .sich ausbilden können, dann kann selbstverständlich auf das Aussdbließrelais 33 ganz verzichtet werden. '

Die Schaltung des Regeltransformators. 5 an das Netz kann verschieden ausgeführt sein. Bei der in:_ Fig. 4 gezeigten Anordnung wird beispielsweise sowohl eine Phasenregelung, als auch eine Spannungsregelung erreicht. Bei entsprechender Änderung der Schaltung kann selbstverständlich nur eine Spannungsregelung oder nur eine Phasenregelung möglich gemacht werden.

_y Unter Umständen kann es noch vorteilhaft sein,- ein Erdungsrelais 34 vorzusehen. Dieses wird dann von· einem am Nulleiter 18 der Sekundärwicklung des Transformators angeordneten Stromwender 35 erregt. In seinen Erregerkreis kann, eine geeignete Impedanz oder ein Widerstand 36 eingeschaltet -werden. Bei Erregung des Erdungsrelais schließen seine Kontakte einen Stromkreis, durch denl die dem Schalter 7 zugeordnete Schützspule 9 an eine Stromquelle gelegt„wird.

In Fig. 5 ist eine, gegenüber Fig. 4 abgeänderte Ausführungsform des Erfindungsgedankens wiedergegeben. 5_a ist der Regeltransformator mit seinen drei Phasenwicklungen iö_a, n_a und i2_a, Γ3, 14 und 15 sind wieder die Sekundärwicklungen des^: Transformators mit geerdetem Nullpunkt. 37 stellt eine in Dreieck geschaltete Tertiärwicklung dar, die zum Stabilisieren des Nulleiters der .sterngeschalteten-Wicklungen dient. Bei normalen, ausgeglichenen Arbeitsbedingungen führt die Tertiärwicklung keinen Strom. Bei dem hier fließenden Strom handelt es sich stets um einen Rest- oder Nullphasenfolgestrom. Unter Umständen kann ein Schutz des Transfermators auch noch dadurch erreicht werden, •daß man ein Relais 38, das durch den in der Tertiärwicktung 37 fließenden Gesamtstrom erregt wird, vorsieht. Vorteilhaft wird man das Relais'38 mittels eines Stromwandlers"3.9 an den- Tertiärkreis anschließen. Da der in der Tiertiärwicklung fließende Strom ein. Rest-

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oder Nullphasenfolgestrom ist, ist die Erregung des Relais 38 der Erregung des Relais ziemlich ähnlich. Beide Relais sind daher gleichermaßen zum Schutz von Regeltransformatoren geeignet. Wenn erforderlich, können die' Relais so ausgeführt werden, daß sie auf irgendwelche kleine vorhandene harmonische ■ Frequenzströme nicht ansprechen.

Die Relais 32 und 38 sind sehr empfindlich, Die Zeitverzögerung des Schutzrelais 32 kann außer zur Veränderung der Ansprechempfind-Hchkeit gegenüber dem Relais 33 auch noch deshalb angebracht sein, um den Zerfall von Wariderwellen zu erreichen.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   ι. Schutzeinrichtung für mehrphasige Wechselstromanlageii, die veränderlichen Arbeitsbedingungen unterliegen, insbesonderefür Dreiphasenregeltransformatoren gegen innere und gegebenenfalls äußere Fehler, dadurch gekennzeichnet, daß an der zu schützenden Einrichtimg, z. B. am Regeltransformator ein über Stromwandler -mit den Phasenwicklungen in Verbindung stehendes Schutzrelais (32) vorgesehen ist, das nur bei einer Änderung der im nicht gestörten Fall ausgeglichenen Phasenimpedanzen durch den im Störungsfall auftretenden Rest- oder resultierenden Strom ,anspricht und einen Schaltvorgang auslöst, z.B. die Abschaltung der zu schützenden Einrichtung vom Netz bewirkt.
2. 2.. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Dreiphasenregeltransformator mit den dreieckgeschalteten Primärwicklungen die diesen Wicklungen zugeordneten Stromwandler in Parallelschaltung mit dem Schutzrelais verbunden sind. 1
3. 3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 tmd 2, dadurch gekennzeichnet, daß das

   . . Schutzrelais einen Schützstromkreis eines Netzschalters steuert.
4. 4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Schutzrelais (32) noch ein Ausschließrelais· (33) vorgesehen ist, das über den einzelnen Netzphasen zugeordnete, parallel geschaltete Stromwandler mit den Netzphasen verbunden ist-und daß dieses Relais auf die bei äußeren 'Fehlern (im Netz) auftretenden Nullphasenfolgeströme anspricht und auf den gleichen Stromkreis einwirkt wie das Schutzrelais (32).
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutz- 6<· relais mit Verzögerung gegenüber dem Ausschließrelais (33) arbeitet.
6. 6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen des Regeltransformators in Stern geschaltet sind und über einen Nulleiter (18) geerdet sind und daß mit diesem Erdungsleiter ein Stromwand-1^er (35) verbunden ist, aii den ein Erdungsrelais (34) angeschlossen ist, in '7°

   . dessen Stromkreis eine Impedanz oder ein Widerstand eingeschaltet ist, und daß dieses Relais auf einen zu dem vom Schutzrelais und Aus schließ relais beeinflußten parallelen Stromkreis einwirkt, bei dessen Schließung durch das Relais (34) der gleiche Scbaltvorgang ausgelöst wird wie^ durch das Relais (32).
7. 7. Schutzeinrichtung nach 'Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Regeltransformator eine Tertiärwicklung (37) vorhanden ist, und daß an diese über einen Stromwandler ein Schutzrelais (38) angeschlossen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen