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Einrichtung zur Abschaltung von Mehrphasenleitungen.
Das Patent Nr. 134209 betrifft eine Einrichtung zur Abschaltung von Mehrphasenleitungen mit Hilfe von Anregerelais und Zeitablaufrelais. Die Anregerelais sind vom Phasenstrom beeinflusst ; die
Stromspulen der Zeitablaufrelais von den verketteten Strömen, während die bei Kurzschlüssen von der verketteten Spannung beeinflussten Spannungsspulen der Zeitablaufrelais bei Erdschlüssen von einem Teil der Spannung der Leiter gegen Erde erregt sind. Statt nun den magnetischen Fluss der Stromsysteme durch Wicklungen zu erzeugen, welche unmittelbar von den verketteten Strömen durchflossen werden, können die Stromsysteme der Zeitablaufrelais auch aus zwei demselben Magnetkreis zugehörigen Stromspulen gebildet werden, von denen jeweils die eine vom Strom einer Phase, die andere vom Strom der in zyklischer Reihenfolge benachbarten Phase beeinflusst ist.
Dadurch wird es möglich, die Stromspulen zu einem Stern zusammenzuführen und diesen mit dem Sternpunkt der Stromwandler zu verbinden.
In die Verbindungsleitung kann dann ohne weiteres ein Erdschlussrelais geschaltet werden, ohne dass nochmals besondere Wandler erforderlich wären.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer bekannten Schaltung dargestellt. In die Netzleitungen R, S und T sind drei Stromwandler 1, 2,. 3 eingebaut. An die in Stern geschalteten Sekundärspulen sind die Stromwicklungen dreier Anregerelais 4, 5 und 6 geschaltet. Die Stromspulen der Ablaufrelais bestehen jeweils aus zwei Wicklungen 7, 27, 8,28 und 9,29. Wie aus dem Schaltbild hervorgeht, sind die einzelnen Wicklungen so geschaltet, dass bei jedem Relais die eine Wicklung vom Strom der einen Phase, die andere in entgegengesetzter Richtung vom Strom der benachbarten Phase beeinflusst wird. Die Verbindung der einzelnen Wicklungen ist dabei in zyklischer Reihenfolge vorgenommen.
Der Sternpunkt 31 der Stromsysteme ist über die Stromwieklung eines ErdschluBrelais-W mit dem Sternpunkt der Wandler 1, 2, 3 verbunden. Die Schaltung der Spannungskreise ist gegenüber dem Hauptpatent nicht geändert.
Ein dem verketteten Strom entprechender magnetischer Fluss im Stromsystem des Zeitablaufrelais kann erfindungsgemäss, wie in Fig. 2 gezeigt, auch dadurch gewonnen werden, dass zwei Stromwicklungen 7, 8,9 und 27,28, 29 vorhanden sind, deren Windungszahlen sich wie 2 : 1 verhalten und die vom Strom der zugehörigen Phase bzw. vom Strom der in zyklischer Reihenfolge benachbarten Phasen im gleichen Sinne durchflossen sind. In der gemeinsamen Sternpunktverbindung wird dann unmittelbar der Unsymmetriestrom gewonnen, der für Betätigung eines Erdschlussrelais 30 geeignet ist. Wie schon erwähnt, werden die Anregeelemente 4,5, 6 nach dem Hauptpatent von den Phasenströmen gespeist.
An Hand der Fig. 3, die das Vektordiagramm der Ströme zeigt, sind die aus der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung sich ergebenden Folgerungen leicht abzuleiten. Im Ablaufrelais der Phase R sind doppelt soviel Amperewindungen des Phasenstromes JR als des Phasenstromes JT wirksam ; der resultierende magnetische Fluss entspricht also dem halben verketteten Strom J ES. Dieses Relais ist an die verkettete Spannung RS anzuschliessen, analog das nächstfolgende (8,28) an ST und das dritte (9, 29) an TR. Unter dem Einfluss der verketteten Spannungen und des halben verketteten Stromes messen die Relais im dreipoligen Kurzschluss die"Sehleifenimpedanz"der Fehlerentfernung.
Im zweipoligen Kurzschluss, beispielsweise zwischen R und S, wird der magnetische Fluss des vom Anregeelement 4
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betätigten Zeitablaufrelais (7,27) nur vom Kurzschlussstrom J beeinflusst ; 27 ist frei von Kurzschlussstrom, da ja ein zweipoliger Kurzschluss zwischen R und S angenommen wurde.
Das Relais misst unter der Schleifenimpedanz RS und dem Kurzschlussstrom JR ebenfalls Sehleifenimpedanz, also bei einem solchen Fehler an derselben Stelle des zu schützenden Netzes denselben Widerstandswert wie früher im dreipoligen Kurzschluss (Sehleifenimpedanz). Das dem Anregeelement entsprechende Zeitablauf- relais (8, 28) wird durch das Anregeelement zwar betätigt, misst jedoch unter den resultierenden All' des halben Kurzschlussstromes JS und der nicht zusammengebrochenen Spannung ST aber eine so grosse Fehlerentfernung, dass die richtige Relaisfunktion des Selektivrelais R (7,27) nicht gestört wird.
Beim
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(8, 28) zum Ansprechen gebracht, und da es unter dem Phasenstrom JS steht, muss ihm die volle Erdspannung zugeführt werden, damit es wie im zwei-und dreipoligen Kurzschluss die Sehleifenimpedanz misst. Man erkennt aus dieser Überlegung zwei Vorteile dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Die. Relais reagieren auf Sehleifenimpedanz, sind also auch bei kurzen Stationsentfernungen noch verwendbar, weil eben die vom Relais gemessene Impedanz der doppelten Stationsentfernung entspricht. ferner bleiben aber die nach dem Hauptpatent notwendigen Zusatzimpedanzen für die Teilung der Erdspannung erspart.
Die Umsehaltung von den verketteten Spannungen auf Erdspannung kann sonst in derselben Weise erfolgen wie nach Patent Nr. 134209, also entweder durch eine von Unsymmetriestrom ( : 30) oder Nullpunktspannung gesteuerte Umschaltvorrichtung oder durch Umsehaltkontakte, die von den
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mit nur einer Stromwieklung Anwendung, die unter Zwischenschaltung von Hilfsstromwandlern (21, 22, 23) der Übersetzung 2 : 1 (also auf halben Strom transformierend) doppelt gespeist werden, einmal durch den zugehörigen Phasenstrom und zusätzlich durch den halben Strom der in zyklischer Reihenfolge benach-
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müssen dort jedoch 1 : 1 übersetzen.
Die Schaltung nach dem Hauptpatent kann für Verwendung in Netzen mit isoliertem Nullpunkt erweitert werden, damit eine derartige Einrichtung auch bei Doppelerdschluss selektiv arbeitet, d. h. den Doppelerdschluss nur an einer einzigen Stelle abschaltet. Nach der vorliegenden Erfindung wird die Betätigung des Auslösekreises eines der Zeitablaufrelais, u. zw. in allen Stationen eines derselben Phase durch das Ansprechen eines von den Merkmalen eines Erdschlusses abhängigen Relais, verhindert oder verzögert. In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. An die Strom-
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und 27, 28, 29 der Zeitablaufrelais geschaltet.
Je zwei Stromspulen eines Relais sind dabei, wie oben beschrieben (Fig. 1), so geschaltet, dass sie einander entgegenwirken und dass jeweils die eine vom Strom einer Phase, die andere vom Strom der in zyklischer Reihenfolge benachbarten Phase beeinflusst ist. Die Spannungsspulen 10, 11, 12 der Zeitlaufrelais sind im Dreieck geschaltet und über
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punkt der Sekundärwicklung einer Erdungsdrossel gelegt. Sobald die Relais 4, 5, 6 ansprechen, werden die Spannungsspulen an die betreffende Phasenleitung geschaltet. In die Sternverbindung H der Strom- systeme mit den Wandlern ist die Stromwicklung eines Asymmetrierelais 32 geschaltet, das durch sein Ansprechen die Betätigung eines vom Spannungsrückgang zwischen den Phasen R und T entsprechenden Relais 33 freigibt.
Das Relais 32 hält normalerweise einen Kontakt 34 geschlossen, welcher im Betätigungs- kreis des Relais 11 in Serie zu dessen Kontakten 35 liegt. Das Relais 33 hält normalerweise seine Kontakte 36 geschlossen, welche in Serie zu den Kontakten 37 des Relais 12 liegen. Der Kontakt 38 des Relais 10 ist unmittelbar in den Betätigungskreis der Auslösespule.'39 in Serie zur Gleiehstromquelle 40 geschaltet. Sobald nun ein Doppelerdschluss auftritt, wird immer nur in einer Station einer der Kontakte 3J. 37, 36' den Auslösekreis betätigen können, so dass nur in einer Station abgeschaltet wird. Liegt z.
B. der Doppelerdschluss zwischen den Phasen R und T, dann werden zwar die Kontakte 37 und 38 geschlossen. der Betätigungskreis der Kontakte 37 wird jedoch durch Öffnen der Kontakte 36 unterbrochen, da sowohl das Asymmetrierelais 32 als auch das Unterspannungsrelais 33 anspricht. Werden vom Erdschluss die Phasen R S oder S T betroffen, dann löst entweder das Relais 10 oder 12 aus, das Relais 11 wird dagegen durch Öffnen der Relaiskontakte 34 unwirksam gemacht.
Da die Schutzeinrichtungen in allen Stationen in gleicher Weise ausgebildet sind, ergibt sich, dass bei einem Doppelerdsehluss immer nur diejenige Station auslösen kann, die den Fehlerstrom in derjenigen Phase führt, deren Auslöserelais die Abschaltung herbeiführen kann. Statt die Betätigung der Auslöserelais vollkommen unwirksam zu machen, kann diese auch verzögert werden. Zu diesem Zwecke können die Kontakte 36, 34 als Umschaltkontakte ausgebildet werden, derart, dass bei ihrer Betätigung über Kontakte 36'und 34'ein Zeitrelais 41 eingeschaltet wird.
Dieses betätigt nach Ablauf einer bestimmten Zeit seine Kontakte 43 und schliesst damit den Stromkreis der Auslösespule 39. Die Zeitdauer bis zur Betätigung der Kontakte 43 wird dabei so eingestellt, dass sie etwas grösser ist als die längste Zeitdauer der Zeitablaufrelais, die sich einstellt, wenn der Fehler sich noch innerhalb des zu überwachenden Anlageteiles befindet. Wenn dann die beiden Erdschlussstellen so liegen, dass das Relais, das eigentlich auslösen sollte, d. h. dessen Betätigungskreis durch das Ansprechen des Erdschlussrelais und des Unterspannungsrelais nicht beeinflusst wird, seine Kontakte nicht
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betätigt, dann löst das Relais in der zweiten Station aus.
Dadurch wird eine erhöhte Sicherheit erzielt. insofern, als auf alle Fälle der Doppelerdschluss an einer Stelle abgeschaltet wird. wenn das Relais. das eigentlich die Abschaltung vornehmen sollte, versagt. Damit die impedanzabhängigen Zeitablaufrelais die dem Widerstand entsprechende Auslösezeit erhalten, ist in die Erdverbindung der Spannungsspule ebenso wie bei dem Hauptpatent eine Impedanz 2-3 eingebaut. Der Widerstandswert dieser Impedanz ist ungefähr gleich dem halben Widerstandswert der Spannungsspule eines Phasenrelais. Im normalen Betrieb ist die Impedanz 2. 3 überbrückt, weil sonst bei zweiphasigem Kurzschluss die Spannung an den Relais zu klein würde.
Erst bei einem Erdschluss wird die Überbrückung durch Öffnen der von dem Erdschlussrelais 32 betätigten Kontakte 42 aufgehoben.
Die beschriebene Schaltung hat den Nachteil, dass die Kontakte 13, 14, 15 derjenigen Anregerelais, die nicht angesprochen haben, eine gute Verbindung zur Erde herstellen müssen, wenn die Relais mit richtiger Auslösezeit arbeiten sollen. Wenn nun die Anregerelais von einem Strom erregt werden, der nahe an der Grenze der Ansprechstromstärke liegt, dann besteht die Gefahr, dass eine unvollkommene Kontaktgabe die Erdverbindung unterbricht. Um dies zu vermeiden, ist bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 die Spannungsspule 10, also die Spannungsspule desjenigen Relais, das allein durch Schliessen seiner Kontakte 38 unabhängig von den übrigen Relais den Auslösestromkreis schliesst, über Umschaltkontakte 52 des Erdschlussrelais 32 mit der Spannungsspule 11 verbunden.
Beim Ansprechen des Erd- schlussrelais wird dann die Spannungsspule 10 über die Kontakte 52'und die Impedanz 2. J an Erde gelegt. während die Kontakte 13, die normalerweise ebenfalls über die Impedanzspule 23 mit Erde verbunden sind, an die Phase R geschaltet werden. Es ist ohne weiteres zu ersehen, dass dann dasjenige Relais. das bei einem Doppelerdschluss zum Auslösen kommt, immer von der richtigen Spannung erregt wird.
Eine andere Erweiterung der Schaltung nach dem Hauptpatent ergibt sich erfindungsgemäss bei ihrer Anwendung auf den Schutz von Drehstromtransformatoren, insbesondere solche in Stern-DreieckSchaltung. Es ist beim Distanzschutz immer wichtig. impedanzgetreu zu messen, d. h. den Zeitablaufrelais Strom und Spannung in solcher Grösse, vor allem aber in solcher gegenseitigen Phasenlage zuzuführen, dass die primären Verhältnisse richtig auf die Sekundärseite abgebildet werden. Im besonderen sollen die Distanzrelais auf der einen Seite eines Transformators Fehler an beliebigen Stellen des Transformators oder der durch den Transformator verbundenen Netze impedanzgetreu erfassen. Die Berücksichtigung von Doppelerdsehlüssen, die sich ja als zweipolige Kurzschlüsse im andern Netz bemerkbar machen, ist nicht so wesentlich.
Wichtig ist die einwandfreie Messung der Sekundärimpedanz bei dreipoligen und zweipoligen Kurzschlüssen. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf einen Stern-Dreieck-Transformator 60. Für den Anschluss der Spannungskreise des Distanzschutzes ist ein Drehstromspannungswandler 50 mit freiem Hochvoltnullpunkt vorgesehen. Die Distanzrelais sind gemäss Hauptpatent so angeschlossen, dass die Anregeglieder 51, 52 und 5.'3 von den
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ketteten Ströme stehen.
Die Anregeglieder können entweder nur durch Überstrom betätigt werden oder aber auch spannungsabhängig sein (Impedanzanregung unter Sternspannung). Bei dreipoligen Kurzschlüssen auf einer der beiden Seiten des Transformators werden alle drei Distanzrelais angeregt. und die Zeitablaufglieder reagieren unter dem Einfluss der verketteten Ströme und der verketteten Spannungen auf die Phasenimpedanz der Fehlerentfernung. Wie im Hauptpatent sind die Spannungsspulen der Zeitablaufrelais in Dreieck geschaltet und werden durch von den Anregegliedern betätigte Umschaltkontakte entweder an den Sternpunkt o oder eine Phase r, s. ! t der Sekundärwicklung des Spannungwandlers 50 geschaltet.
Gegenüber dem Hauptpatent ist in der Spannungskreisschaltung der Zeitablaufglieder der Entfall der Hilfsimpedanzen wesentlich. Bei zweipoligen Kurzsehlüssen auf der Seite des Wandlereinbaues werden zwei Relais angeregt. Eines der Zeitablaufglieder erhält mit dem verketteten Strom auch die verkettete Spannung zugeführt und reagiert ebenfalls auf Phasenimpedanz, das andre die grosse nur wenig zusammengebrochene Sternspannung, so dass seine lange Auslösezeit die des richtig funktionierenden andern Relais nicht störend beeinflusst. Bei einem zweipoligen Kurzschluss ST auf der andern Seite des Transformators hingegen entspricht die Verteilung der Kurzschlussströme den in Fig. 7 eingetragenen Pfeilen.
Eines von den drei Anregegliedern 52 erhält den grösseren Strom bzw. bei Unter- impedanzanregung auch die kleinere Spannung s, o, so dass nur eines der Zeitablaufglieder anspricht und dann ebenfalls unter einer Sternspannung reagiert. Diese Sternspannung entspricht in ihrer Phasenlage wegen der Stern-Dreieck-Schaltung des Transformators gerade der auf der andern Seite durch den Kurz- schluss in Mitleidenschaft gezogenen verketteten ST. Das Zeitablaufglied erhält also Strom und Spannung hinsichtlich Phasenlage richtig zugeführt. Das Grössenverhältnis dieser beiden Werte ergibt jedoch nicht die Phasenimpedanz als Messwert, sondern nur zwei Drittel hievon. Es ist leicht möglich, zu veranlassen. dass bei allen Fehlerfällen richtige Impedanzmessung erfolgt.
Es können nämlich Hilfsspannungswandler vorgesehen werden, welche diese Korrektur im Verhältnis 3 : 2 herbeiführen. Als Kriterium kann hiebei beispielsweise der Umstand Anwendung finden, dass im zuletzt beschriebenen Fehlerfall ST nur ein An- regeelement betätigt wird, während bei allen andern Fehlerfällen zwei oder drei Ansprechglieder zur
Wirkung kommen. In diesem Falle eines zweipoligen Kurzschlusses ST ist es wichtig, dass nur ein Zeit- ablaufglied angeregt wird. Bei besonders grossen Kurzschlussströmen kann es vorkommen, dass nicht
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anlaufen.
Um dies bei solchen Fehlerfällen zu verhindern, können zusätzlich Einrichtungen vorgesehen werden, für deren Ansprechen die charakteristische Stromverteilung 1 : 2 : 1 oder die charakteristische Deformation des Dreieckes der verketteten Spannungen (rst, Ir gross, rs und st kleiner) massgebend ist.
Es müssen dann einfach jene Anregeglieder 3./, ? blockiert werden, die nur unter dem Einfluss des ein-
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Anwendung.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Abschaltung von Mehrphasenleitungen nach Patent Nr. 134209, wobei die
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von denen jeweils die eine vom Strom einer Phase, die andere vom Strom der in zyklischer Reihenfolge benachbarten Phase beeinflusst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ströme benachbarter Phasen, entgegen dem Umlaufsinn gerechnet, auf die Zeitablaufrelais in gleichem Sinne und im Amperewindungs- verhältnis 1 : 2 wirken (Fig. 2 und 4).
2. Einrichtung zum Abschalten von Mehrphasenleitungen in nicht geerdeten Netzen nach Patent Nr. 134209, bei der die von den Stromsystemen der Zeitablaufrelais ausgeübte Kraftwirkung den verketteten Strömen proportional ist, ausgestattet mit einer Betätigung des Auslösekreises eines der Zeitablaufrelais (11), welches in allen Stationen einer und derselben Phase (L9) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansprechen durch ein von den Merkmalen eines Erdschlusses abhängiges Relais (32) verzögert wird.