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Anordnung zur Auslösung von Wechselstromschaltern bei kurzschlussartigem Überstrom. Angemeldet am 7. November 1929i Priorität der Anmeldung im Deutschen Reiche vom 9. November 1928 beansprucht.
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Schwierigkeiten, weil die bei Störungen, insbesondere bei Kurzschlüssen, sich entwickelnden Leistungen solch enorme Beträge annehmen, dass sie mit unseren heutigen Mitteln nicht mehr beherrschbar sind. Man versucht zwar einerseits durch den Bau leistungsfähigerer Schalter die Grenzen der Abschaltleistung heraufzusetzen, ist jedoch nicht wesentlich über 500 MVA hinausgekommen.
Anderseits versucht man, durch starke Unterteilung der Netze und Kraftwerke. durch Anwendung von Kurzschlussdrosselspulen, durch Schnellentregungsmethoden und ähnliche Mittel die auftretenden Kurzschlussleistungen herabzusetzen, jedoch kommt man bei grossen Kraftwerken nicht auf die oben genaunte Zahlengrenze herunter. Die Kurzschlussströme in den Netzen entwickeln sich nicht plötzlich, sondern sie erreichen ihren Spitzenwert ers ! innerhalb einer Halbwellendauer, bei SOperiodigen Anlagen also nach 1/100 Sekunde, hei 15periodigen etwa nach # Sekunden.
Im oberen Teil der Fig. 1 stellt die Sinuskurve 2 den normalen Betriebsstrom der Wechselstromanlage dar, der nach dem Kurzschluss (angedeutet durch die Vertikale 1) auf
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einer Anzahl von Perioden auf den Dauerkurzschlussstrom 4 ab. Während es früher üblich war, die Schalter erst nach dem Abklingen des Stromstosses ausschalten zu lassen, wodurch sie weitgehend geschont wurden, pflegt man heute die Schalter schneller zu betätigen, um die schädlichen Wirkungen des Kurzschlussstromes auf die andern Aniageteile und das Herausfallen der Generatoren zu verhindern.
Man sucht dabei die Abschaltzeit bis auf den Wert von 1/4 Sekunde herabzudrücken. Das Auslösen der Schalter bewirkt man dabei durch Relais oder ähnlich Anordnungen. die auf das Anwachsen des Kurzschlussstromes selbst in
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vollen Grösse ausgebildet hat.
Gemäss der Erfindung soll nun das Abschalten der Ströme vor sich gehen, bevor die
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trischen Zustand des Netzes gesteuertes Anzeigemittel vorgesehen, das von der Wechselstrom- betriebsspannung im wesentlichen unabhängig ist und das bezüglich der Auslösung des Schalters schneller arbeitet als der gewöhnliche bisher die Auslösung des Schalters herbeiführende Betriebsstrom. In Kombination mit dieser Anordnung besitzt der Schalter noch eine 11 Schaltermechanismus, der das Öffnen des Schalters in einer wesentlich kÜrzeren Zeit als einer Halbwelle des Betriebsstromes herbeiführt.
Dies erfordert sehr schnell wirkende Schalter- mechanismen, die innerhalb der oben genannten Zeiten von dz bis # Sekunden arbeiten.
Dieses mechanische Problem au sich kann ähnlich gelöst werden wie bei den bekannten
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erregter Haltemagnet den Schalter entgegen der Kraft einer Feder in geschlossenem Zustande. erhält : wobei der Anker des Haltemagneten durch das von der Ursache des Kurzschlusses gesteuerte Hilfsmittel zum Abreissen gebracht wird. Bei einer andern Ausführungsform wird durch dieses Hilfsmittel eine Lamellenkupplung gelöst. Da sich innerhalb dieser kurzen Zeit
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weit darunter bleibt, so treten die obengenannten grossen Zahlen für die Ausschaltleistung gar nicht erst auf. Das Ausschalten des Stromes ist daher ausserordentlich erleichtert und erfolgt um so einwandfreier, je schneller man nach dem Eintritt des Kurzschlusses und nach dem Nulldurchgang des Wechselstromes die Schaltbewegung einleitet.
Das das Wechselstromnetz bezüglich eines Kurzschlusses kontrollierende Hilfsmittel, das schneller arbeitet als der Betriebsstrom, kann verschiedener Art sein. Insbesondere eignet sich dazu eine dem Wechselstromnetz aufgedruckte höherperiodige, insbesondere hochfrequente Hilfsspannung, die bei einem Kurzschluss einen hochfrequenten Strom bzw. eine Änderung eines bereits bestehenden Hochfrequenzstromes erzeugt, die die Auslösung des Schalters herbeiführt.
Man könnte aber auch dem Netz eine Gleichspannung überlagern, (beispielsweise zum Schutz gegen Erdschlüsse). Nachdem diese Gleichspannung durch die betriebsmässigen Vorgänge im Netz nicht beeinflusst wird. so lassen sich leicht Anordnungen treffen. die bei einem Erdschluss eine sehr rasche Auslösung des Schalters durch den beim Erdschll1ss eintretenden Strom der Gleichspannung herbeiführen.
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nicht vom Kurzschlussstrom selbst ausgelöst, sondern es werden Auslösemittel verwendet, die nicht auf der Wirkung des Kurzschlussstromes beruhen ; also auf einer Selbstüberwachung des Stromkreises, sondern die eine Fremdüberwachung der Stromkreise benutzen.
Das Wesentliche dieser Verbesserung besteht in der Kombination eines auf den Schalter einwirkenden Anzeigemittels für Kurzschlüsse, das schneller arbeitet als der gewöhnliche Betriebsstrom, gemeinsam mit einem Schaltermechanismus, der den Schalter in einer wesentlich kürzeren Zeit als einer Halbwelle des Betriebsstromes zur Wirkung bringt. Es wird dadurch der Kombinationseffekt erreicht, dass der Schalter bereits zur Auslösung kommt. bevor der Betriebsstrom sich in einen Kurzschlussstrom umgewandelt hat bzw. über seine normale Betriebsgrösse hinausgestiegen ist.
Beispielsweise kann man die Leitungen. Apparate und Maschinen durch Hochfrequenzströme überwachen, die den Eintritt irgendeines Defektes, z. B. eines Kurzschlusses. Erdschlusses.
Windungsschlusses, ihrer Überwachungsapparatur sehr viel schneller melden können als Apparate. die mit der Betriebsfrequenz arbeiten. Benutzt man z. B. als Überwachungsmittel Hochfrequenzströme von 50. 000 Perioden pro Sekunde. so wird ein entstandener Fehler tausendmal schneller gemeldet, als es der Betriebsstrom vermag. Infolgedessen können die Schalter bereits nach Vi oo Halbperiode des Betriebswechselstromes in Tätigkeit gesetzt werden. wie es r (ir das oben geschilderte Abschaltsystem erforderlich ist. An Stelle des relativ trägen Betriel) swechselstromes wird also hier der ausserordentlich schnelle Hochfrequeuzstrom benutzt.
In der Fig. 1 ist diese Wirkungsweise schematisch dargestellt. Die obere Kurve stellt dar, wie der normale Betriebswechselstrom vorn Zeitpunkt des Eintrittes des Kurzschlusses bis auf einen sehr hohen Spitzenwert ansteigt. Auch für den Hochfrequenzstrom ist dargestellt. dass er durch den Eintritt des Kurzschlusses anwächst. Er ist aber bereits auf seinem neuen Wert angelangt, wenn der Betriebskurzschlussstrom noch in den Anfängen seiner Entwicklung steht. Man kann diesen daher bereits beim Punkte a zur Abschaltung bringen. in dem er sich noch gar nicht erheblich über den Normalstrom hinaus gesteigert hat. Im einzelnen be-
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Sammelschienen 15 gespeist wird. Der Leitung 13 werden nun mittels des Hochfrequenzgenerators 16 über die Kupplungskondensatoren 17 und 18 hochfrequente Schwingungen überlagert.
Damit diese Schwingungen nicht auf die Sammelschiene 15 übertreten und dori durch betriebsmässige Zu- und Abschaltungen beeinflusst werden. sind zwischen der Leitung 13 und den Sammelschienen 15 Sperrkreise 19 und 20 eingeschaltet. Parallel zu dem Hoch- frequenzgenerator 16 ist noch ein Ausgleichswiderstand 21 geschaltet. der. aus Ohmscheu. induktiven oder kapazitiven Widerständen bestehen kann. An den einen Pol des Generators 16 ist die Mitte der Primärwicklung eines Differentialtransformators. 22 angeschlossen, wobei die beiden Enden der Primärwicklung einerseits mit der Leitung 13, anderseits mit den Wider- ständen 21 verbunden sind.
Der aus dem Hochfrequenzgenerator 16 austretende Strom durchfliesst also die beiden Hälften der Primärwicklung des Transformators 22 2 m entgegengesetztem Sinne. Durch entsprechende Abgleichung des Widerstandes 21 kann man es daher erreichen, dass während des normalen Betriebszustandcs der Leitung 13 an der Sekundärwicklung des Transformators 22 im wesentlichen keine Spannung auftritt. Stellt sich hingegen an der Leitungsanlage 13 ein Kurzschluss ein. so ändert sich auch der hochfrequente Strom in der entsprechenden Hälfte der Primärwicklung des Transformators 3. und der Transformator
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entwickelt sekundär eine hochfrequente Spannung.
Diese Spannung ist nun über eine als Gleichrichter und als Verstärker wirkende Elektronenröhre 28 der Spule 24 des Haltemagneten 25 zugeführt. Der mit Gleichstrom über die Spule : ! 6 erregte Haltemagnet hält den Schalter 14 entgegen der Kraft der Feder 37 in geschlossenem Zustande. Wird jedoch die Spule 24 in der geschilderten Weise mit gleichgerichtetem strom erregt. so wird der Haltemagnet ent- magnetisiert, und sein Anker 28 wird durch die Feder 27 abgerissen und damit auch der Schalter geöffnet. Damit sich die Entmagnetisierung durch die Spule.
34 voll auswirken kann, ist mit der Magnetisierungsspule 26 eine Drosselspule 3N in Reihe geschaltet, die einer
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wachung des Gesundheitszustandes der Leitung im einzelnen verwendet werden. ist für die Erfindung gleichgültig: man kann die Hochfrequenzströme allen Leitungen parallel zu den Betriebsströmen überlagern und durch sie das gesamte Verteilungsbild derselben kopieren lassen. Dann braucht man nur die Auslöser oder Relais selektiv auf Hoehfrequenzströme arbeiten zu lassen, was durch einfa he Sperrvorrichtungen möglieh ist. Man kann auch die Leitungen abschnittsweise durch Hochfrequenzströme überwachen, um dadurch eine bessere Selektivität oder einen guten Fehlerstromschutz zu erzielen.
Schliesslich kann man die Eigenfrequenzen der verschiedenen Leitungsteile, die im allgemeinen sein'hoch über der Betriebsfrequenz liegen, überwachen und zur Anzeige von Fehlern im System henutzen. In jedem Falle gelingt es durch derartige Anordnungen, die Schalte]'sehr viel schneller zum Auslösen zu bringen als durch die bisherigen Methoden, so dass der Ausschaltvorgang bereits beendet sein kann, hevor sich die unmässig grossen und für die Schalter gefährlichen Kurzschlussströme entwickelt haben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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strom, gekennzeichnet durch ein auf die Auslösung des Schalters einwirkendes durch Ver- änderungen im elektrischen Zustand des Netzes gesteuertes Mittel. das von der Wechselstrombetriebsspaunung im wesentlichen unabhängig ist und das bezüglich der Auslösung des Schalters schneller arbeitet als der gewöhnliche Betriebsstrom, gemeinsam mit einem Schaltermechanismus. der den Schalter in einer wesentlich kürzeren Zeit als einer Halbwelle des Betriebsstromes zur Wirkung bringt.