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Schaltung für Erdschlussrelais.
Die bekannten Schaltungen von Erdschlussrelais sind insofern verbesserungsbedürftig, als zwei in gewissem Masse einander entgegenstehende Forderungen erfüllt werden müssen. Einerseits will man den Fehlerstrom bei einer Störung im Schutzbereich von vornherein möglichst gering halten, anderseits muss aber eine genügende Empfindlichkeit vorhanden sein, um einen ausreichenden Schutz zu gewährleisten.
Besonders bei Maschinen, die einen Nullpunkt besitzen, ist es nicht ohne weiteres möglich, Teile der Wicklung um den Nullpunkt herum und diesen selbst in den Schutz mit einzubeziehen. Dies liegt daran, dass die Erdschlussspannung bei einer Störung in der geschützten Maschine um so geringer wird, je näher der Erdschluss dem Nullpunkt liegt. Bekannt ist auch, dass wattmetrisehe Erdschlussrelais eine sehr starke Abhängigkeit von der Erdschlussspannung zeigen, weil mit der Spannung sich auch der Erdschlussstrom verringert, d. h. die dem Relais zugeführte Leistung, auch Nullpunktsleistung genannt, quadratisch von der Spannung abhängig ist. Ausserdem wird der Wirkungsgrad im Relais selbst mit der Spannung geringer.
Infolgedessen hat man bereits vorgeschlagen, vor die Spannungsspule eines Erdschlussrelais ständig einen spannungsabhängigen Vorschaltwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten zu schalten. Ein solcher Vorschaltwiderstand, der insbesondere aus den bekannten Eisendrahtlampen besteht, hat die Wirkung, dass trotz starker Schwankungen der Erdschlussspannung die wirksame Spannung am Relais selbsttätig in weiten Grenzen gleichbleibend gehalten wird.
Die Erfindung beschreitet einen grundsätzlich andern Weg, um das gleiche Ziel zu erreichen.
Dies geschieht dadurch, dass der Empfindlichkeitsbereich des Relais, der durch Vorsehalt-oder Parallelwiderstände bestimmt ist, durch Schaltanordnungen veränderlich gemacht wird, welche die Vorsehaltbzw. Parallelwiderstände einschalten, ausschalten oder verändern. Diese Schalteinrichtungen entsprechen etwa denjenigen, die bei Messinstrumenten zur Änderung des Messbereiches vorgesehen werden.
Die Widerstände, die von den Schalteinrichtungen gesteuert werden, sind hiebei so zu bemessen, dass bei jedem zwischen der niedrigsten Erdschlussspannung bis zur höchstmöglichen Erdschlussspannung liegenden Wert das Relais bei inneren Erdschlüssen des geschützten Teiles gerade so empfindlich ist, dass es sicher anspricht.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dai gestellt. In Fig. 1 sind R ST-Dreh- stromsammelschienen, von denen ein gegen Erdschluss geschützter Abzweig 11 wegführt. In dem Abzweig 11 liegt in bekannter Schaltung der Stromwandlersatz 12, der die Stromspule 6 des bekannten wattmetrischen Erdschlussrelais 10 speist. Von den Sammelschienen R 8T zweigt noch ein bekannter Erdsehlussprüfwandler. M ab. Der Wandler 1.) besitzt auf einem vierten Kern eine Wicklung 14, die bei jedem Erdschluss im Netz der Spannungsspule 7 des Erdschlussrelais 10 die Erdschlussspannung zuführt. 15 ist ein Stufenrelais, das die Empfindlichkeitsgrenze des Relais 10 verschiebt.
Die Wicklung 3
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Steigt diese Spannung über ein gewisses Mass, z. B. 40% der Phasenspannung, so wird der um den Punkt 4 drehbare Anker 16 entgegen der Kraft einer Feder 5 in die gezeichnete Lage gezogen. Dies hat zur Folge,
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widerstand 9 parallel zur Stromspule 6 gelegt.
Die Vorschaltimpedanz S möge so ausgelegt sein, dass sie den1'5fachen Ohmwert der Spannungspule 7 des Erdschlussrelais 10 bei der normalen Periodenzahl des Drehstromsystems besitzt. Der Parallelwiderstand 9 soll die Hälfte der Impedanz der Stromspule 6 des Erdschlussrelais 10 haben. Aus Fig. 4
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zu ersehen. Auf der Abszissenachse ist die Erdschlussspannung in Prozent angegeben, während auf der
Ordinatenachse diejenigen Ströme bzw. Stromkomponenten in bestimmter Phasenlage zur Spannung verzeichnet sind, die dem Relais 10 von den Stromwandler geliefert werden bzw. zugeführt werden müssen, um es zum Ansprechen zu bringen.
Der voll ausgezogene Teil der Kurve a, der von 40-100% der Erdschlussspannüng reicht, bezeichnet die Mindestströme, die der Relaiswicklung 6 zugeführt werden müssen. Am Erdschlussrelais 10 treten dabei Spannungen auf, die 40-100% der Nennpsannung der
Spule 7 betragen. Da bei 40% der Erdschlussspannung die Umschaltung durch das Stufenrelais 15 er- folgen soll, gibt bei Erdschlüssen mit Spannungen unter 40% die Kurve b die Mindestströme an, wobei wiederum nur Spannungen bis 100% der Nennspannung am Erdsehlussrelais 10 auftreten. Die Kurven e und d geben die Ströme wieder, die der Wicklung 6 des Erdschlussrelais 10 von den Stromwandler zu- geführt werden.
Bei 40% der Erdsehlussspannung springt die Charakteristik wieder von der Kurve d auf die Kurve e. Bei einer Anordnung ohne Stufenrelais 15 würde im Schnittpunkt f der Kurven a, und c die Empfindliehkeitsgrenze des Erdschlussrelais, also bei 36%, erreicht sein. Infolge des Sprunges der
Charakteristik bei 40% gibt aber der Schnittpunkt g die Empfindliehkeitsgrenze an, die jetzt erst bei 13% der Erdschlussspannung erreicht wird.
Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Erdungswiderstand 18 an den Nullpunkt des geschützten Generators 1'1 und ein Erdungswiderstand 21 an einen künstlichen, durch den Transformator 20 hergestellten Nullpunkt angeschlossen sind. Parallel zum Widerstande 21 liegt der Einphasenspannungswandler 22, der die Erdschlussspannung liefert. 19 ist ein Stromwandler, der zwischen dem Nullpunkt der Maschine 17 und Erde eingeschaltet ist und der die Wicklung : 1 des
Stufenrelais 15 erregt. Der Stromwandler : 19 wird von einem von der Erdsehlussspannung abhängigen
Strom durchflossen, bewirkt also indirekt die Stufenschaltung dadurch, dass ein Teilstrom des Erdschlussstromes ausgenutzt wird.
Die Anordnung eines parallelen Widerstandes ist der Einfachheit halber aus der Fig. 2 fortgelassen, obwohl naturgemäss nichts im Wege steht, einen solchen ähnlich wie bei Fig. 1 anzuordnen.
In Fig. 3 ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Empfindlichkeit des Erdschlussrelais 10 in mehreren Stufen geändert wird, u. zw. ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Schutz eines Transfor- mators 23/24 dargestellt, dessen Nullpunkt über den Stromwandler 33 und über den Widerstand 34 geerdet ist. Die Erdschlussspannung wird durch den Wandler 36 geliefert. Das Stufenrelais 35 besitzt zwei Spulen 25, 26, welche von der Erdschlussspannung bzw. dem Erdschlussstrom erregt werden. Bei einer verhältnismässig kleinen Nullpunktsleistung sind die Kontakte 27 und 29 geöffnet, der Kontakt 28 jedoch geschlossen. Infolgedessen ist der Widerstand 30 vor die Spannungsspule 7 des Erdschlussrelais 10 geschaltet.
Bei steigender Nullpunktsleistung werden die Kontakte 28 geöffnet, so dass auch der Wider- stand 31 vor die Spannungsspule geschaltet wird. Bei noch weiteransteigender Erdschlussspannung wird noch der Kontakt 29 geschlossen und infolgedessen die Impedanz 9 parallel zur Stromspule 6 gelegt.
Zweckmässig wird das Stufenrelais so eingestellt, dass die Empfindlichkeit des Erdschlussrelais dann herabgesetzt wird, wenn der Erdschluss mit beispielsweise mehr als 90% stattfindet, d. h., dass die letzte Stufe etwa bei 90% der Erdschlussspannung eingeschaltet werden soll. Die Vorschalt-bzw. Parallel- schaltimpedanzen des Erdschlussrelais werden hiebei zweckmässig so bemessen, dass das Erdschlussrelais nur einen kleinen Teil der Erdschlussspannung des Erdschlussstromes oder Nullpunktsleistung erhält.
Dies hat insbesondere den Vorteil, dass das Ausschalten des Relais durch Falschströme vermieden wird.
Diese Wirkung beruht darauf, dass Erdschlüsse in Freileitungen und Kabeln, die erfahrungsgemäss am häufigsten vorkommen, eine annähernd volle Phasenspannung besitzen, so dass jedes Erdschlussrelais des Netzes eine solche Spannung erhält, und die Mehrzahl der Erdschlussrelais, die nicht abschalten sollen, eine unnötig grössere Empfindlichkeit gegenüber diesen Falschströmen besitzen. Wenn der Erdschluss im Schutzbereich mit gleicher Erdschlussspannung stattfindet, so muss'die Empfindlichkeitsgrenze gerade so weit überschritten werden, dass die Auslösung oder die dem Relais 10 übertragenen Aufgaben mit Sicherheit trotz Vorhandensein von Falschströmen ausgeführt werden.
Die beschriebenen Stufenrelais besitzen keine Verzögerung, jedenfalls sprechen sie stets früher an, als das davon in dem geschilderten
Sinne abhängige Erdschlussrelais 10.
Es ist ohne weiteres verständlich, dass das Stufenrelais die Herabsetzung der Spannung am Erd- sehlussrelais im Falle des Erdschlusses bei Überschreitung einer gewissen Grenze für mehrere Erdsehlussrelais gemeinsam vornehmen kann. Die Spannungsspulen 7 von Erdschlussrelais 10 liegen bekanntlich häufig parallel. Das Stufenrelais braucht also nur gemeinsame Vorschaltimpedanzen vor den Spannung- spulen kurzzuschliessen bzw. einzuschalten.