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Differentialschutz mit Prozentsatzrelais Zum Schutz elektrischer Anlageteile
verwendet man häufig Differentialschutzschaltungen. Man hat hierfür auch bereits
sogenannte Prozentsatzdifferentialrelais vorgesehen, bei denen zwei Größen im entgegengesetzten
Sinne aufeinander einwirken. Zu diesem Zweck hat man ein Relais verwendet mit einer
Betätigungswicklung, auf welche die geometrische Summe der Ströme in den einzelnen
Leitungen einwirkt. Je nach der Zahl -der Leitungen erhält das Relais zwei oder
mehrere der Betätigun-gswlcklung entgegenwirkende Rückzugswicklungen, wobei eine
Rückzugswicklung jeweils. vom Strom einer Leitung erregt wird. Die Erfindung stellt
eine besonders zweckmäßige Ausbildung eines solchen Prozentsatzrelais dar. Gemäß
der Erfindung besitzt das Relais nur eine der Auslösewicklung entgegenwirkende Haltewicklung,
und diese wird von der geometrischen Summe'der Ströme in den Leitungen, die durch
Gleichrichtung der einzelnen Ströme bzw. vondiesen abhängigen Spannungen gewonnen
werden, erregt. Das erfindungsgemäße Relais ist insbesondere geeignet für Anlageteile,
z. B. Sammelschienen, mit mehr als zwei Abzweigen. Vorteilhaft wird die Anordnung
so getroffen, daß die Größe, die von der Summe der gleichgerichteten Ströme abhängt
und die auf die Rückzugsspule
einwirkt, bei geringen Durchgangsströmen
verhältnismäßig kleiner ist als bei großen Durchgangsströmen. Dadurch erhält man
ein Prozentsatzrelais, bei welchem das Verhältnis des Auslösestromes zum Durchgangsstrom
bei größeren Durchgangsströmen größer ist als bei kleineren Strömen, was wünschenswert
ist, um eine fehlerhafte Relaisbetätigung bei schweren außenliegenden Fehlern zu
verhindern, während anderseits das sichere Ansprechen des Relais bei kleineren inneren
Fehlern erleichtert wird. Vorzugsweise werden Stromwandler mit Luftspalt oder allgemein
solche Stromwandler verwendet, die eine im wesentlichen konstante Permeabilität
rin Arbeitsbereich besitzen oder Stromspannungswandler, die eine Spannung erzeugen,
die linear vorn Primärstrom abhängig ist. Die Erfindung ist vorzugsweise anwendbar
bei Sammelschienen mit mehreren Abzweigen. Hierbei wird oft die Forderung gestellt,
daß bei außenliegenden Fehlern, bei denen eine Stromstärke von io ooo Amp. auftritt,
keine Auslösung erfolgt, während das Relais genügend empfindlich sein soll, um bei
einem inneren Erdschluß, der vielleicht einen Strom von ioo Amp., d. h. 10/0 des
maximalen Durchgangsstromes besitzt, richtig anzusprechen. Bei einem normalen Differentialrelais
würde bei einer Ungenauigkeit eines Stromwandlers von i o/o gegenüber den anderen
bei einem außenliegenden Fehler von to ooo Amp. ein Differenzstrom von ioo Amp.
auftreten, wodurch das Relais fehlerhaft auslösen würde. Bei dem Prozentsatzrelais
gemäß der Erfindung jedoch würde unter Voraussetzung, daß die Rückzugskraft ioo/o
des Durchgangsstromes beträgt, bei einem außenliegenden Fehler erst dann ein Ansprechen
erfolgen, wenn eine ioo/oige Abweichung der Stromwandler vorhanden wäre. Es ist
augenscheinlich viel leichter, die Abweichung der Stromwandler innerhalb von 2 bis
3% zu halten, als die Stromwandler so genau abzugleichen, daß der Fehler höchstens
i '/o betragen kann.
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In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. An
eine Sammelschiene i ist eine Mehrzahl von Abzweigen 2, 3, 4 und 5 angeschlossen,
von denen der erstere zu einer anderen Sammelschiene führt, an den zweiten ein Erzeuger
angeschlossen ist, während die Abzweige 4 und 5 zu Verbrauchern führen. Jeder Abzweig
ist mit einem Schalter 7 und einer Auslösespule 8 versehen; die drei Phasenleiter
sind mit den Buchstaben a, b und c bezeichnet.
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Jeder Abzweig besitzt einen Wandler lI., ,1I3, .1I4 und 11I5. Diese
Wandler können übliche eisengeschlossene Stromwandler sein, vorzugsweise werden
jedoch Wandler verwendet, die einen Kern aus nicht magnetisierbarem Material oder
einen Eisenkern mit genügend großem Luftspalt besitzen, um die Perrneabilität des
Kerns über den Arbeitsbereich konstant zu halten, so daß eine sekundäre Spannung
entsteht, die dem Primärstrom proportional ist. Im Ausführungsbeispiel ist nur die
Schaltung für die Phase a. angegeben. Für die Phasen b und c sind entsprechende
Schutzeinrichtungen vorgesehen.
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Das Differentialrelais Da besitzt eine Betätigungsspule 0 und
eine Rückzugsspule R, die das Relais in die Stellung zu ziehen v;#rsuchen, in welcher
der Kontakt 15 geöffnet ist. Ein kleines Gewicht 16 dient dazu, das Relais
in der Offenstellung bei unerregten Spulen zu halten. Die Schaltung ist nur für
das Relais Da angegeben, für die Relais Db und D, ist die Schaltung entsprechend.
Sobald eines dieser Relais anspricht, wird das Schütz 17 erregt und schließt seine
Kontakte, wodurch die Erregerspulen 8 der Schalter 7 erregt werden.
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Die Betätigungsspule 0 wird von der geometrischen Summe der Ströme
in den Abzweigen erregt. Da die Wandler lL@ bis !1T5 Strornspannungswandler sind,
also eine Sekundärspannung erzeugen, die vom Primärstrom linear abhängig ist, ist
die Spule 0 an die in Reihe geschalteten Sekundärseiten der «Tandler angeschlossen.
Der Reihenstromkreis ist mit 2o bezeichnet.
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Die Rückzugsspule wird von der arithmetischen Summe der Ströme in
den einzelnen Abzweigleitungen erregt. Zu diesem Zweck wird die Spannung der Wandler
?!I über einen Transformator 22 einer Gleichrichterbrücke 2 1 zugeführt, und die
so erlialtenen Gleichspannungen speisen in Reihenschaltung die Rückzugsspule R.
Die Gleichrichterbrücke 21 besteht vorzugsweise aus Trockengleichrichtern, wie Kupferoxydgleichrichtern.
Der Vorteil der Gleichrichtung besteht darin, daß man in einfacher Weise eine Größe
bilden kann, welche von -der Summe der Ströme unabhängig zu ihrer Richtung in den
verschiedenen Abzweigen abhängig ist, so daß man mit einer einzigen Rückzugsspule
für jedes Relais auskommt.
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Der Vorteil von Trockengleichrichtern bei der Erfindung besteht darin,
daß die Wirktamkeit der Trockengleichrichter bei gerin--# 1
ei Spannungen
geringer ist, so daß auch die Rückzugskraft bei kleineren Strömen im Verhältnis
kleiner ist als bei großen Strömen. Dies ist vorteilhaft, weil man dann mit Sicherheit
ein Ansprechen des Relais auch bei geringen Fehlern in der Sammelschiene erreicht,
ohne daß ein Fehlansprechen bei schweren außenliegenden Fehlern zu befürchten ist.
Infolgedessen sprechen auch die Relais
mit Sicherheit bei inneren
Erdschlüssen an. Die Anordnung ist auch aus dem Grunde vorteilhaft, weil bei einem
inneren Fehler, wenn also die Ströme nicht mehr ausgegHohen sind, ein Strom durchdie
Betätigungsspule 0 fließt. Dies hat zur Folge, daß die Sekundärspannung der Wandler
erniedrigt wird, wodurch auch in erwünschter Weise die Rückzugskraft der Spule R
vermindert wird.
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In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Hier werden als Prozentsatzrelais polarisierte Relais P" und Pb, und P, verwendet.
Die Rückzugsspule R' wird wieder von dem Stromkreis 23 gespeist, in welchem als
treibende Spannung die in Reihe- geschalteten gleichgerichteten Spannungen der Gleichrichter
2r auftreten. Die Betätigungsspule 0' wird von dem Stromkreis 2o über Gleichrichter
25 gespeist. Die Spulen 0' und R' sind auf seinen gemeinsamen Magnetkreis angeordnet.
Dieser besitzt einen Luftspalt, in welchem sich der polarisierte Anker 26 bewegen
kann. Die Spule 0' wird so erregt, daß sie einen Fluß erzeugt, durch welchen der
Anker in die Ansprechstellung kommt und das Schütz 17 betätigt, während die Rückzugsspule
R' einen Fluß erzeugt, welcher den Anker in der anderen Stellung zu halten sucht.
Die Gleichrichter 25 werden vorzugsweise aus solchen Gleichrichtern gebildet, @die
über einen größeren Strombereich als die Gleichrichter der Brücke 21 eine Gleichrichtung
mit gutem Wirkungsgrad geben. Die polarisierten Relais werden vorteilhafterweise
mit Kurzschlußwicklungen-27 versehen, um Flußänderungen zu verzögern. Dies ist wünschenswert,
um dem polarisierten Relais eine große Empfindlichkeit zu geben, ohne daß ein fehlerhaftes
Ansprechen bei kurzzeitig auftretenden Stromstößen, die nicht durch innere Fehler
bedingt sind, entsteht.
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Die Einstellung der Differentialrelais kann beispielsweise so getroffen
werden, daß der Ansprechstrom io°/o des größten, bei einem äußeren Fehler auftretenden
Durchgangsstromes beträgt. Dann wäre eine io°/oige Abweichung in den Wandlern erforderlich,
um ein falsches Ansprechen zu erreichen. Da man jedoch die Genauigkeit -der Wandler
leicht in Grenzen von 2 bis 31/0 halten kann, ist kein Fehlansprechen zu erwarten.
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In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit normalen
Stromwandlern dargestellt. An die Sammelschiene 31 sind vier Abzweige 32 bis 35
angeschlossen. In jedem Abzweig liegt ein Stromwandler 36. Die Stromwandler speisen
in Parallelschaltung die Betätigungsspule 39 des Relais. Außerdem erregt jede einen
Wandler 37,' die ihrerseits Gleichrichterbrücken 40 speisen. Die G1 eichstromklemmen
dieser Gleichrichter sind parallel geschaltet und speisen die Rückzugsspule 42.