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Schutzeinrichtung für mit hochgespanntem Gleichstrom arbeitende Kraftübertragungsanlagen,
bei denen zur Umformung des Stromes Kontaktstromrichter dienen Es ist bekannt, an
Stelle der bisher allgemein üblichen Drehstromkraftübertragung über größere Entfernungen
eine Kraftübertragung durch hochgespannten Gleichstrom durchzuführen. Eine solche
mit hochgespanntem Gleichstrom.arbeitendeKraftübertragungsanlage besteht aus einem
Drehstrom-Gleichstrom-Umformer; einer Gleichstromhochspannungsfernleitung, die man
zweckmäßig als Kabel ausbilden wird, und einem Gleichstrom-Drehstrom-Umformer.
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Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für derartige Anlagen,
und zwar für den Fall, daß die Umformer als Schaltstromrichter ausgebildet sind
und daß ferner auch das über die Gleichstromhochspannungseitung gespeiste Wechselstromnetz
unabhängig von dieser Speisung unter Spannung steht. Unter Schaltstromrichter ist
dabei ein mit mechanisch bewegten Schaltkontaktien arbeitender Stromrichter ztu
verstehen, der gegebenenfalls noch mit besonderen Hilfseinrichtungen zur Erleichterung
der Kommutierung, beispielsweise mit Schaltdrosseln, ausgerüstet ist.
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Die Schutzeinrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß beim Auftreten
einer Störung die Unterbrechung des Stromes in dem
gestörten Anlageteil
dadurch erfolgt, daß durch eine Fernwirkeinrichtung die Wechselstromzuleitungen
sowohl des Gleichrichters als auch des Wechselrichters unterbrochen werden, wobei
die Fernwirkeinrichtung so ausgestaltet ist, daß diese Unterbrechungen gleichzeitig
erfolgen. Die Kontaktstromrichter unterscheiden sich von den bisher meist verwendeten
Quecksilberdampfstromrichtern grundsätzlich dadurch, daß sie keine natürliche Ventilwirkung
besitzen, so da,ß beispielsweiseein Wechselrichter ohneweiteres auch Strom in der
umgekehrten Richtung liefert, d. h. also als Gleichrichter zu, arbeiten beginnt,
wenn die Wechselspannung höher wird als die Gleichspannung. Umgekehrt kann ein als
Gleichrichter arbeitender Schaltstromrichter falsch als Wechselrichter airbeiten,
sobald die Gleichspannung höher wird als die Wechselspannung. Wegen dieser charakteristischen
Eigenschaft der Schaltstromrichter genügt es nicht, eine gestörte Einheit nur auf
der einen Seite abzuschalten, vielmehr muß sowohl auf der Wechselstromseite als
auch auf der Gleichstromseite eine Abschaltung erfolgen, um. den gestörten Stromrichter
nicht noch mehr zu gefährden. Die Abschaltung beider Seiten muß überdies gleichzeitig
erfolgen, da eine zeitlich verschiedene Abschaltung der einen Seite vor der anderen
vorübergehend ebenfalls eine zusätzliche Störung für den Stromrichter bedeuten würde.
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Würde man nun dementsprechend bei einer Gleichstrornhochspannungskraftübertragu.ng
bei auftretenden Störungen den gestörten Stromrichter beiderseitig abschalten, so
würde hierdurch trotzdem kein hinreichender Schutz gewährt ,v-,.rden, wenn es sich
bei der Störung um den Gleichrichter handelt. In diesem Fall würde nämlich eine
Rückwirkung auf den am anderen Ende der übertragungsleit.ung arbeitenden Wechselrichter
insofern auftreten, als an diesem die Gleichspannung verschwinden würde. Der @#@Techselrichter
würde daher unter dem Einflur einer N,\Techselspannung versuchen, als leer laufender
oder nur gering belasteter Gleichrichter zu arbeiten. Da er aber für Wechselrichterbetrieb
ausgesteuert ist, d. h. also, da seine Schaltzeitpunkte. in bezug auf die Spannung
des Wechselstromnetzes so liegen, wie es für U'echselriclit@erbetri-eb erforderlich
ist, ist in diesem Fall eine einwandfreie Kommutierung nicht mehr möglich, und es
würden an seinen Kontakten Zerstörungen auftreten. Im übrigen würde eine beiderseitige
Abschaltung das Vorhandensein von Schaltern im Gleichstromkreis voraussetzen, jedoch
gibt es bisher praktisch noch keinen Gleichstromschalter, der imstande wäre, die
hier in Frage kommenden Spannungen und Ströme abzuschalten. Alle diese Schwierigkeiten
werden durch die Erfindung ohne weiteres überwunden. Durch das gleichzeitige Trennen
beider Stromrichter von den Wechselstromnetzen wird von vornherein die Möglichkeit
eines hinsichtlich der Lage. der Schaltzeitpunkte falschen Arbeitens unterbunden.
Irgendwelche Rückwirkungen der Störung in dem einen Stromrichter auf den anderen
Stromrichter können dann nicht mehr auftreten. Die Übertragung des Abschaltkommandos
für den zweiten Stromrichter beim Auftreten einer Störung kann mit den bekannten
Mitteln der Fernsteuertechnik erfolgen. Man kann entweder Gleichstrom zur Übertragung
benutzen, müßte dann allerdings besondere Hilfsleiter vorsehen; man kann aber auch
die Übertragung mittels Hochfrequenz, durchführen, die der Kraftübertragungsleitung
überlagert wird. Da die Kraftübertragu.ngsleitung im allgemeinen als Kabel ausgebildet
sein wird, wird man zweckmäßig mit verhältnismäßig niedrigen Frequenzen arbeiten.
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Die einfachste Anordnung erhält man für die Schutzeinrichtung dann,
wenn diese mit Ruhestrom arbeitet, wenn also beispielsweise bei einer Hochfrequenzübertragung
das Abschaltkommando durch Unterbrechen des Senderstromkreises erfolgt. Um allen
Betriebserfordernissen gerecht zu werden, muß die Schutzeinrichtung doppelseitig
ausgeführt «-erden, so daß eine Störung des Gleichrichters den '\`'e-chselricht.er
und umgekehrt eine Störung des Z`@echselricliters den Gleichrichter zum Abschalten
bringt. Bei dem Aufbau der Schutzeinrichtung muß außerdem auch noch der Fall berücksichtigt
werden, daß der eine oder der andere Sender gestört ist, wobei dann natürlich keine
Auslösung erfolgen darf, und schließlich noch der Fall, daß die Störung in dem einen
Stromrichter gleichzeitig auch eine Störung der anderen Station, beispielsweise
ein starkes Anwachsen , des Stromes in dieser anderen Station, zur Folge hat.
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In Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei
dem die Fernwirkanlage mit Hochfrequenz arbeitet, die der Gleichstromübertragungsleitung
überlagert wird. In der Station I befindet sich ein Kontaktstromrichter i, der als
Gleichrichter arbeiten möge und drehstromseitig an das Drehstromnetz 3 angeschlossen
ist. Auf der Station 1I befindet sich dementsprechend der auf das Drehstromnetz
:I arbeitende, ebenfalls als Kontaktstromrichter ausgebildete Wechselrichter 2.
Die Gleichstrornübertragungsleitu.ng zwischen beiden ist mit j bezeichnet. Die Fernwirkanlage
ist der Einfachheit halber nur einseitig dargestellt. In der Station 1 befindet
sich ein überstromrelais 0 und
ein Fehlerrelais 7, welch
letzteres auf irgendwelche Störungen in dem Gleichrichter i ansprechen möge.
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Die Übertragung der Kommandoimpulse erfolgt mit Hilfe eines Senders
8, der beim Auftreten einer Störung unterbrochen wird und dabei das auf ihn abgestimmte
Empfangsrelais 12 in der Station II zum Abfallen bringt. Der entsprechende Sender
9 der Station II ist nur andeutungsweise dargestellt. Die Frequenz der beiden Sender
8 und 9 wird verschieden gewählt, so daß eine gegenläufige Übertragung der Kommandoimpulse
von beiden Seiten her erfolgen kann. Die Betriebsbereitsehaft der Schutzeinrichtung
wird durch Kontrollampen überwacht. So liegt beispielsweise in dem Stromkreis des
Senders 8 das Senderelais 13, welches in angezogenem Zustand die Kontrollampen 1¢
eingeschaltet hält. Ebenso leuchtet die Kontrollampe 15 in der Station II so lange,
wie das Empfangsrelais 12 angezogen ist.
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Tritt nun beispielsweise in dem Gleichrichter i ein Fehler auf, der
das Fehlerrelais 7 zum Ansprechen bringt, der aber in der Station II keinerlei unmittelbare
Störung hervorrufen möge, so wird gleichzeitig das Zeitrelais io und das Hilfsrelais
i i erregt. Diese beiden Relais halten sich selbst über den untersten Kontakt des
Hilfsrelais i i. Das Hilfsrelais i i unterbricht den Stromkreis des Senders 8, so
daß in der Station II das Empfangsrelais 12 abfällt. Dieses Abfallen wird aus später
zu erläuternden Gründen etwas verzögert. Über den oberen Kontakt des normalerweise
ständig abgefallenen Relais 12', dessen Bedeutung noch später erläutert werden soll,
erfolgt nun die, Auslösung des Drehstromschalters i9 in der Station II. Gleichzeitig
erfolgt in der Station I die Ausschaltung des Drehstromschalters i8. über das Zeitrelais
io. Dieses Zeitrelais hat die gleiche Verzögerungszeit wie sie vom Ansprechen des
Fehlerrelais 7 bis zum Ansprechen des Empfangsrelais 12 erforderlich ist. Die Auslösung
beider Drehstromschalter 18 und i9 erfolgt also praktisch gleichzeitig.
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Es ist wichtig, dafür zu sorgen, daß bei Störung eines Senders, z.
B.. des Senders 8 in Station I, keine Auslösung in Station II erfolgt. Aus diesem
Grinde ist ein Ersatzsender 8' vorgesehen, der beispielsweise durch ein S.pannumgsabfallrelais
16 eingeschaltet wird, wenn der Sender B. versagt. Beim Einschalten des Hilfssenders
8' zieht in der Station II das schon oben :erwähnte Empfangsrelais 12' an, was durch
Aufleuchten der Kontrollampe 15' angezeigt wird. Dieses Ansprechendes Relais 12'
muß schneller erfolgen als das Abfallen des Relais 12, damit beim Einschalten des
Ersatzsenders ein Auslösen der Station II verhindert wird. In gleicher Weise ist
auch in Station II ein Ersatzsender j vorgesehen, der bei Störungen des Senders
9 in Tätigkeit: tritt. Die Ersatzsender 8' und 9' schalten sich automatisch wieder
ab, sobald die Hauptsender 8 und 9 wieder störungsfrei sind.
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Treten Fehler in den Stationen oder in der übertragungsleitung auf,
die in beiden Stationen durch Ansprechen von Überstrom- oder Spannungsabfallrelais
od. dgl. festgestellt werden, so erfolgt die Auslösung der beiden Drehstromschalter
18 und i9 durch das Zeitrelais io bzw. das entsprechendeZeitrelais auf der Station
II, gleichgültig wie die übrigen Hilfsstromrelais hierbei arbeiten. Die Zeitrelais
besitzen einen zweiten Kontakt, der einen Reserveschutz darstellt. Selbstverständlich
können der Gleichrichter und der Wechselrichter in der dargestellten Schaltung ihre
Funktionen vertauschen, ohne daß sich an dem Schutz etwas zu ändern braucht, Sind
wechselstromseitig Abnehmer angeschlossen, die ebenfalls einen Schutz besitzen,
so muß dies bei dem Schutz der Übertragungsleitung durch geeignete Maßnahmen, z.
B:. durch Zeitstaffelung oder Verriegelung, berücksichtigt werden. Bei der Inbetriebnahme
der Anlage muß darauf geachtet werden, daß die Auslösekreise über die Empfangsrelais
unterbrochen sind. Zu diesem. Zweck ist in der Auslöseleitung der Station II noch
ein Druckknopfschalter 36 vorgesehen.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Abb. 2. Die Sender
8 und 9 sind dauernd in Betrieb, so daß die Kontrollrelais 13 und 30 und
die Empfangsrelais 12 und 17 ständig angezogen sind. Bei einem Fehler in dem Stromrichter
i der Station I, der in der Station II nicht angezeigt werden kann, wird durch Ansprechen
beispielsweise des Fehlerrelais 7 das Hilfsrelais 23 und das Zeitrelais 22 erregt.
Das Hilfsrelais 23 unterbricht sofort den Sender 8, wodurch in Star tion II das
Empfangsrelais 12 zum Abfallen gebracht wird. Dadurch wird das Hilfsrelais. 29 und
das Zeitrelais 28 erregt. Das Hilfsrelais 29 hält sich so lange selber, bis das
Zeitrelais 28 abgelaufen ist, und seinen Ruhekontakt öffnet. Nachdem die Selbsthaltung
der Relais 28 und 29 in Station II ausgeführt ist, spricht das Zeitrelais 22 in
Station I an und gibt einmal die Auslösung des eigenen Drehstromschalters 18 frei
und außerdem schließt es den Stromkreis des Senders 8 wieder. Die Folge davon ist,
daß in Station II das Empfangsrelais 12 wieder anzieht: Da nun das Hilfsrelais 29
noch über den Ruhekontakt des Zeitrelais 28 angezogen ist, kann eine Auslösung erfolgen.
Es fallen also praktisch wieder beide Schalter i8 und i9 in
Station
I und II gleichzeitig. Ist der Schalter i9 in II gefallen, so ist die Selbsthaltung
der Relais 28 und 29 aufgehoben.
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Die analoge Wirkungsweise ergibt sich, wenn die Störung im Gerät :2
der Station II liegt.
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Bei einer Störung des Senders 8 in Station I spielt sich der Vorgang
zunächst genau so ab, als ob ein Fehlerrelais angesprochen hätte, nur daß das Hilfsrelais
23 und das Zeitrelais 22 in Station I nicht ansprechen. In Station II erfolgt. das
Ansprechen der Relais 28 und 29 und Selbsthaltung dieser Relais. Eine Auslösung
erfolgt nicht, da das Empfangsrelais 12 lange Zeit abgefallen bleibt, denn eine
Wiederzuschaltung des Senders 8 in Station I kann ja nicht erfolgen. In keiner der
beiden Stationen fällt also ein Schalter. Man m.uß nun den Sender 8 möglichst schnell
in Ordnung bringen, ehe ein neuer Fehler auftritt, da. ein solcher natürlich bei
Fehlen eines Sendestromkreises eine: Fehlschaltung hervorrufen könnte. Gegebenenfalls
kann hierfür noch ein besonderer Ersatzsender vorgesehen werden. Dieselben Überlegungen
gelten auch für Ausfall des Senders 9 in der Station 1I.
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Nenn ein Sender nur ganz kurzzeitig ausfällt, und zwar für eine Zeit,
die kürzer ist als die an den Zeitrelais 28 und 26 eingestellten Zeiten, dann würde
eine Fehlschaltung insofern erfolgen, als die beiden Drehstrom-. sehalter 18 und
i9 nicht gleichzeitig herausfallen. Bei kurzzeitiger Störung des Senders 8 würde
beispielsweise zunächst der Schalter ig in Station II fallen, wodurch dann erst
mittelbar durch Auftreten eines Überstromes an der- Station I der Schalter 18 zum
Auslösen gebracht würde. Um diesen .Mangel zu vermeiden, d. h. um in diesem Fall
keine Abschaltung auf irgendeiner Seite zu bekommen, kann man so vorgehen, daß man
dafür sorgt, daß an sich kurzzeitige Sendestörungen. oder Frequenzschwankungen künstlich
den b°trefffenden Sender so lange unterbrochen halten, bis die Zeitrelais 26 bzw.
28 abgelaufen sind. Diese Schaltung ist in Abb. 2 der besseren Übersichtlichkeit
halber nicht mit aufgenommen worden. Es ist ferner ratsam, nach dem Ansprechen eines
Fehlerrelais eine Selbsthaltung der Relais 22 und 23 hzw. 24 und 25 wie in
Bild i vorzunehmen, damit auch .ein kurzzeitiges Ansprechen eines Fehlerrelais zu
einer beiderseitigen Abschaltung führt.
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Auch bei diser Schaltung erfolgt bei Anspr:-zli.en der Fehlverrelais
beider Stationen eine Abschaltung beider Schalter durch die Zeitrclais, wenn angenommen
wird, daß die Cb.artragungsfrequenzen infolge des auf der Leitung liegenden Fehlers
nicht mehr durchkommen. Die: Berücksichtigung der Wechselstromabnehmer, die einen
eigenen Schutz besitzen, muß in der gleichen Weise, wie oben erwähnt, erfolgen.
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Falls es Schwierigkeiten macht, die Zeit an den oberen beiden Kontakten
des Zeitrelais 22 bzw. 24 so einzustellen, daß dieselbe Verzögerung erreicht wird
«-ie durch das Erregen der Hilfsrelais 29 und 27 einschließlich ihrer Selbsthaltung,
kann man die Schaltung auch so ausführen, daß man zur synchronen Steuerung der Abschaltungen
in beiden Stationen beide Sender 8 und 9 benutzt. Die Schaltung wäre dann so auszuführen,
daß bei Ansprechen des Fehlerrelais in I ein Abstellen des Senders 8 erfolgt. Sobald
das Empfangsrelais 12 in Station 1I abgefallen ist, wird ein Hilfsrelais erregt,
das sich über den Ruhekontakt eines von ihm selbst gesteuerten Zeitrelais eine Zeitlang
hält. Gleichzeitig stellt dieses Hilfsrelais den Sender 9 in Station II ab, so daß
das Relais 17 in Station I abfällt. Dadurch wird der Sender 8 wieder in Betrieb
gesetzt, so daß 12 in Station 1I wieder anspricht und, weil das Selbsthaltehilfsrelais
noch immer erregt ist, eine Abschaltung über den geschlossenen Kontakt dieses Hilfsrelais
oder über den Abfallkontakt des Relais 30 in Station II vorgenommen werden
kann. Station I fällt durch das Zeitrelais 22 heraus, und zwar mit derselben Zeit,
mit der die Wiederinbetriebsetzung von 8 erfolgt.
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Abb. 3 zeigt eine dritte Schaltung zur Erzielung einer gleichzeitigen
Abschaltung der beiderseitigen Drehstromschalter bei Auftreten von Störungen innerhalb
eines Kontaktstromrichters. Auch bei dieser Schaltung ist das Ruhestromprinzip für
die Sender 8 und 9 benutzt worden. Normalerweise sind also die Relais 13, 34,
30 und 33 angezogen, so daß die Kontrollampen brennen. Die Auslösestromkreise
sind dabei offen. Tritt in Station I eine Störung des Stromrichters i auf, so daß
das Fehlerrelais 7 anspricht, dann werden das Relais 31 und das Zeitrelais io erregt,
die sich bis nach erfolgter Abschaltung selbst halten. Das Hilfsrelais 31 stellt
den Sender 8 ab, so daß in der Station II das Relais 34 abfällt. Gleichzeitig wird
das Empfangsrelais 33 in Station I stromlos gemacht. Als Folge hiervon fällt, gegebenenfalls
unter Verwendung zusätzlicher Mittel, das Senderrelais 30 in Station II ab.
In Station 1I kann nun eine Abschaltung erfolgen, weil 30 und 34 abgefallen sind
und kein Ansprechen des Fehlerrelais 21 erfolgt: ist. In Station I erfolgt die Abschaltung
über das Zeitrelais io, dessen oberer Kontakt entsprechend eingestellt werden muß,
um die gleichzeitige Abschaltung beider Stationen zu erzielen. Analog verhält
sich
der Schutz bei Fehlern im Stromrichter?, der Station II.
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Hat ein Sender, z. B. 8., eine Störung, dann fällt nur das Relais
34, in der Station II ab, nicht aber das Relais 30, Eine Auslösung erfolgt dann
weder in II noch in I.
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Bei Ansprechen der Fehlerrelais in beiden Stationen übernehmen die
auf gleiche Zeiten eingestellten Zeitrelais io und 35 die AbschaItungen.
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Zur Erzielung kürzerer Abschaltzeiten lassen sich in den Abb. i bis
3 sinngemäß trägheitslose Relais,. z. B. Ioneuröhren mit zwei oder mehreren Elektroden,
anwenden.