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Einrichtung zum Schutze paralleler Leitungsstreeken, insbesondere in Weehselstrombahnnetzen.
Bei elektrischen Verteilungsnetzen zur Speisung von Bahnanlagen mit mehreren parallelen Leitungen besteht das Bedürfnis nach einem Schutzsystem, das die von einer Störung betroffenen Leitungsabschnitte selektiv und verzögerungslos abschaltet. Mit Rücksicht auf die das Netz speisenden Generatoren und Transformatoren wie auch auf benachbarte Fernmeldeleitungen ist eine möglichst schnelle Abschaltung erwünscht. Leitungsschutzsysteme, deren Selektivität auf einer Zeitstaffelung in der Auslösung beruht, entsprechen dieser Bedingung nicht, da sie eine gewisse, nicht unbeträchtliche Mindestzeit zur Auslösung der eine kranke Leitung abtrennenden Schalter voraussetzen.
Das Leitungssystem nach der Erfindung besteht aus den einzelnen Schaltern zugeordneten, zusammenarbeitenden Impedanzrelais, Richtungsrelais sowie Belastungsrelais, die die Gegenkraft der Impedanzrelais abhängig von der Leitungsbelastung verändern.
In der Figur ist ein Schutzsystem nach der Erfindung dargestellt.
Aus der Hochspannungsleitung 11 werden die Fahrleitungen 12, 12'und 1211 über
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Schalter 13 und 14, u. zw. schnellarbeitende Schalter, damit die verzögerungslose Auslösung der Relais für den Betrieb ausgenutzt werden kann. Die den einzelnen Schaltern in den Fahrleitungen zugeordneten Schutzeinrichtungen sind in der Figur nur für den Schalter 14 besonders herausgezeichnet.
Der Schalter 14 wird durch eine Auslösespule 26 überwacht, die durch das Impedanzrelais 27, das Richtungsrelais 28 und die Überstromrelais 29 und 30 gesteuert wird. Sämtliche Relais sind unverzögert, d. h. sie arbeiten bei Erreichung ihres Schwellenwertes ohne Zeitverzögerung. Die Arbeitszeit derartiger Relais liegt in der Grössenordnung von 0-01 sec., d. h. etwa 1/6 Periodendauer bei 16% Perioden Bahnfrequenz.
Neben den erwähnten Relais sind nach der Erfindung sogenannte Lastrelais 31 vorgesehen.
Diese Relais verändern die Gegenkraft der Impedanzrelais in Abhängigkeit vom Strom in der zu schützenden Leitung. Während einer schweren Belastung kann eine Störung mit hoher Impedanz die Gesamtimpedanz des Belastungskreises auf einen Wert herabsetzen, der so niedrig ist, dass er bereits die Auslösung des Impedanzrelais bewirkt. Nach der Erfindung wird nun die Einstellung des Impedanzrelais der Leitungsbelastung angepasst, so dass bei hoher Leitungsbelastung die Gegenkraft des Relaissystems vergrössert wird. Die Vergrösserung der Gegenkraft geschieht durch die infolge des steigenden Ausschlages des Lastrelais 31 bewirkte Vergrösserung des Widerstandes 32. Das Impedanzrelais arbeitet dann also nur, wenn die Impedanz eines Fehlerstromes auch bei schwerer Belastung ausreichend klein ist, der Fehler also in dem vom Relais selbst zu schützenden Leitungsabschnitt liegt.
Das Lastrelais 31 enthält eine selbsttätig veränderte Impedanz, die im Stromkreis der Haltewicklung des Impedanzrelais. 27 liegt. In dem Ausführungsbeispiel ist ein veränderlicher
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Widerstand 32 vorgesehen, der mittels des Kontaktarmes 32'durch das bewegliche System des strom-und spannungsgespeisten Ferrarisrelais 33 verstellt wird.
Das Relais 33 besitzt einen Eisenkern 34 sowie eine Stromwicklung 35 und eine
Spannungswicklung 36. Die Stromwicklung 35 wird von dem Wandler 37 in der zu schützenden
Leitung 12, die Spannungswicklung 36 von dem Spannungswandler 38 gespeist. Die Primär- wicklung des Spannungswandlers liegt zwischen den Stationssammelschienen und Erde. Die in Reihe mit der Spannungswicklung liegende Drossel 39 sowie der ihr parallelgeschaltete
Kondensator 40 beeinflussen die Phasenverschiebung der Ströme in den Strom-und Spannungs- wicklungen derart, dass das Relais auf die Ferrarisscheibe das grösste Drehmoment dann ausübt. wenn die Phasenverschiebung zwischen der Spannung des Leiters 12 und deren Strom gleich dem bei Kurzschluss eintretenden Impedanzwinkel ist.
In diesem Fall ist der grösste Teil des
Widerstandes 32 in den Stromkreis der Haltewicklung des Impedanzrelais 27 eingeschaltet. Bei
Abweichungen von dem Kurzschlussimpedanzwinkel, der für jedes Leitungssystem festliegt, wird der Widerstand 32 verringert.
Das Impedanzrelais 27 besitzt zwei magnetische Kreise, die von den Strom-und Spannungs- wicklungen 41 bzw. 42 erregt werden. Der Anker 43 des Relais ist V-förmig und verbindet in der Arbeitsstellung die festen Kontakte 44 und 45. Die Stromwicklung 41 des Impedanz- relais liegt in Reihe mit der Stromwicklung 35 des Lastrelais. Beiden Wicklungen ist ein
Autotransformator 46 zur Einstellung des Impedanzrelais parallelgeschaltet.
Parallel zur Stromwicklung 41 des Impedanzrelais 27 liegt ferner eine Drossel 47. Diese wirkt bei Ausgleichserscheinungen als Nebenschluss für das Relais und leitet dann die Gleich- stromkomponente der längs der Leitung verlaufenden Stosswellen ohne Beeinflussung des Relais ab.
Die aus zwei parallelen Zweigen bestehende Spannungswicklung 42 liegt in Reihe mit dem Widerstand 32 an dem Spannungswandler 38. In Reihe mit einem der Zweige der
Spannungswicklung liegt eine Impedanz 42', der Fluss der Haltewicklungen wird durch die
Wirkung dieser Hilfsimpedanz solange nicht Null, als an den Sammelschienen 16 noch eine
Spannung herrscht, da die Erregung der beiden Wicklungsteile nicht im gleichen Augenblick zu Null wird.
Das Stromrichtungsrelais 28 besitzt einen dreischenkligen Kern, auf den sich die beiden
Wicklungen 48 und 49 befinden. Die Wicklung 48 besteht aus drei auf die drei Schenkel verteilten Wicklungsteilen ; sie liegt in Reihe mit den Stromwicklungen 35 und 41 der Relais 31 und 27. Die Wicklung 49 des Stromrichtungsrelais besteht aus zwei auf den äusseren Schenkel aufgebrachten Wicklungsteilen. Sie ist an einem Stromwandler 50 angeschlossen, dessen Primär- wicklung im Stromkreis der Sammelschienen 16 liegt. In Reihe mit der Wicklung 49 liegen die Stromspulen der übrigen Stromrichtungsrelais der gleichen Uuterstationen, die die andern von der Station abgehenden Leitungsabschnitte überwachen.
Durch die Verteilung der Wicklung- teile auf die Schenkel des Relais 28 wird eine Fehlauslösung bei geringer Phasenverschiebung des Stromes in der zu überwachenden Leitung und des Stromes in den Sammelschienen ver- mieden.
Der V-förmige Anker 51 des Relais 28 schliesst bei einer bestimmten Phasenverschiebung der Ströme in den Wicklungen 48 und 49 die festen Kontakte 52 und 53. Die Wicklungen 48 und 49 sind so bemessen, dass sie bei der normalen Stromrichtung oberhalb eines bestimmten
Grenzstromes eine Schliessung der Relaiskontakte bewirken. Bei der entgegengesetzten Strom- richtung, wenn Energie von der Fahrleitung zu den Sammelschienen infolge eines Fehlers in einer benachbarten Fahrleitung fliesst, schliesst das Relais seine Kontakte nicht.
Tritt nun ein Überstrom in der Leitung 12 mit gleichzeitiger Spannungsabsenkung auf, so dass ein Fehler in der Leitung vorliegt, so lösen sowohl das Impedanzrelais als auch das
Richtungsrelais 28 aus. Zur Steuerung der Auslösespule 26 des Schalters 14 ist das gemein- same Arbeiten des Impedanzrelais 27 und des Richtungsrelais 28 Voraussetzung. Die Kontakte I der Relais 27 und 28 liegen im Stromkreis eines Hilfsrelais 54. Arbeiten beide Relais, so bildet sich ein Stromkreis vom Pluspol einer Hilfsbatterie über den festen Kontakt 52 des
Relais 28, den Kontaktarm 51, ferner den Kontaktarm 43 und den Kontaktarm 44 zur Arbeit- spule des Relais 54 und zum Minuspol der Hilfsbalterie. Das Relais schliesst seine Kontakte und veranlasst die Auslösung des Schalters 14.
Gleichzeitig wird der Schalter 13 durch seine entsprechend gebauten Relais ausgelöst, so dass die von der Störung betroffene Leitung an beiden Seiten abgeschaltet ist. Durch die Relais 27 und 28 wird noch ein Signalrelais 55 gesteuert, das einen Signalstromkreis 56 schliesst.
Zur Ergänzung des Impedanzrelais und Stromrichtungsrelais sind bei dem Ausführungs- beispiel Nebenstromrelais 29 und 30 vorgesehen. Die Wicklungen dieser Relais liegen in Reihe ) mit den Stromwicklungen des Impedanzrelais und des Stromrichtungsrelais. Sie sind durch eine
Impedanz 57 überbrückt, die ähnlich der Impedanz 47 wirkt. Das Relais 29 arbeitet mit
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Das Relais 30 ist gleichartig gebaut ; es steuert das Relais 54 über ein Hilfsrelais 58. Im Erregerkreis des Relais 58 liegt eine Reaktanz 59, die eine Verzögerung in der Auslösung des Relais 58, u. zw. um (grössenordnungsmässig) etwa 0'05 sec. bewirkt. Ein Kondensator 60 an den Kontakten des Relais 30 dient zur Funkenlöschung.
Das Überstromrelais 29 wird zweckmässig so eingestellt, dass es erst bei einem höheren Stromwert als das Relais 30 anspricht. Bei einem Leitungsstrom, der grösser als jeder mögliche Laststrom ist, wird dadurch eine Momentanauslösung des Schalters 14 bewirkt. In solchen Fällen kann auf eine Selektivität verzichtet werden. Bei geringerem Überströmen längerer Dauer tritt durch das Überstromrelais 30 ebenfalls eine Auslösung, u. zw. auch beim Versagen des Impedanzrelais und des Richtungsrelais ein.
Durch die Überstromrelais wird gleichzeitig eine Ergänzung der Funktionen des Impedanzrelais erzielt. Das Impedanzrelais 27 kann kaum so genau eingestellt werden, dass es zwischen einem in der Leitung 12 unmittelbar vor den Sammelschienen 15 oder in einer anschliessenden Leitung unmittelbar hinter den Sammelschienen 15 auftretenden Fehler unterscheidet. Würde das Relais bei einem Fehler vor den Sammelschienen richtig auslösen, so würde es das gleiche bei einem Fehler unmittelbar hinter den Sammelschienen tun, so dass die Selektivität zerstört wäre. Bei derartigen, in unmittelbarer Nähe der Sammelschienen gelegenen Fehlern greifen die Überstromrelais ein.
Da es ohne weiteres möglich ist, die Impedanzrelais so genau einzustellen, dass sie bis zu 900/0 des an sie angrenzenden Leitungsabschnittes (nach einer Richtung hin) beherrschen, arbeitet das gesamte Leitungsschutzsystem richtig für Fehler, die innerhalb R0% des Leitungsabschnittes liegen.
Hat bei einem solchen Fehler in der Nähe der Sammelschienen das eine der t den beiden Enden des Leitungsabschnittes zugeordneten Relais richtig angesprochen, so fliesst nun der Überstrom in der Leitung zunächst weiter, so dass das Überstromrelais am andern Ende die endgültige Abschaltung veranlasst. Der kranke Leitungsabschnitt wird dann zwar nicht genau gleichzeitig an beiden Enden abgeschaltet ; da ein solcher Betriebsfall aber nur etwa bei 10% aller Störungen eintritt, lässt er sich ohne weiteres in Kauf nehmen. Durch die nach der Erfindung vorgesehenen verzögerungslos arbeitenden Relais ist bei Verwendung schnell arbeitender Schalter eine Abschaltung des ganzen Netzes innerhalb weniger Perioden möglich.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Schutze paralleler Leitungsstrecken, insbesondere in Wechselstrombahnnetzen, dadurch gekennzeichnet, dass die die kranken Leitungsabschnitte selektiv abtrennenden Schalter von verzögerungslosen Impedanzrelais gesteuert werden, deren Gegenkraft abhängig von der Leitungsbelastung verändert wird.