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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrichtung für Drehstromnetze, die durch SternDreieck-Transformatoren verbunden sind, und hat den Zweck, Fehlauslösungen durch Selektivrelais in einem Netz zu vermeiden. Dabei wird die bei zweipoligem Kurzschluss im gesundgebliebenen Netz auftretende besondere Stromverteilung zum Betätigen von Relais benutzt, welche z. B. die Anregeglieder des Selektivsehutzes blockieren.
Die für widerstandsabhängige Relais bekannten Schaltungen sind im wesentlichen unter der Voraussetzung entwickelt, dass die Fehler im zugehörigen Netz auftreten. Wird also beispielsweise ein Netz A mit einem Netz B entsprechend der Fig. 1 a über einen Stern-Dreieck-Transformator verbunden, dann sprechen die Relais, welche im Netz A eingebaut sind, einwandfrei bei allen Fehlern an, welche im Netz A auftreten, und anderseits gilt dasselbe für die Relais des Netzes B bei Fehlern im Netz B. Im allgemeinen werden jedoch bei einem Kurzschluss im Netz A auch die Relais im Netz B angeregt und es muss nun auf alle Fälle verhindert werden, dass die Relais des Netzes B dann so arbeiten, dass sie den Relais des Netzes A zuvorkommen, d. h. mit kürzerer Zeit auslösen.
In solchen Fällen obliegt die Fehlerbeseitigung in erster Linie dem Relais des Netzes A, weil ja diese der Kurzschlussstelle näherliegen.
Infolge der eigenartigen Transformation der Kurzschlussstrome und der massgebenden Spannungen durch einen Stern-Dreieek-Transformator ist es aber möglich, dass im angenommenen Beispiel den Relais des Netzes B solche Ströme und Spannungen zugeführt werden, dass sie den Relais des Netzes A zuvorkommen.
Es sind jedoch Relaisschaltungen mit mehreren Auslöserelais pro Leitungsende bekanntgeworden, wobei in den hier zur Diskussion stehenden Kurzschlussfällen ein Relais sicher mit richtiger Energierichtung und grösserer Auslösezeit wirkt, als die dem Kurzschluss näherliegenden Selektivrelais des Netzes A. Dieses Relais verursacht also keine Fehlauslösungen, wenn es richtig staffelt.
An Hand der Fig. 1 a seien die bekannten Erscheinungen erläutert.
Der Einfachheit halber ist angenommen, dass das Schenkelübersetzungsverhältnis des in SternDreieck geschalteten Transformators 1 : 1 beträgt. Die verketteten Spannungen verhalten sich dann wie 1 : \/3, wobei die Spannung auf der Sternseite der verketteten Spannungen relativ zueinander um 1500 verdreht (Fig. 1 b). Bei dreipoligen Kurzschlüssen ist sowohl die Funktion des Relais des Netzes A als auch die der Relais des Netzes B einwandfrei, weil durch die Dreieckschaltung sowohl die Ströme als auch die Spannungen um denselben Winkel verdreht werden, also an den relativen Verhältnissen von Spannung zu Strom nichts geändert wird.
Eine wesentliche Änderung tritt jedoch für zweipolige Kurzschlüsse ein und hier sind Abhilfsmassnahmen erforderlich. Wird in Fig. 1 a angenommen, dass der Kurzschluss T auftritt, so ergibt sich für die Leitungen ausserhalb des Transformators die durch Pfeile dargestellte Stromverteilung.
Auf der Sternseite, also im Netz A, fliessen in den beiden fehlerbehafteten Phasen Kurzschlussströme gleicher Grössenordnung ; die dritte Phase ist vom Kurzschlussstrom frei ; das Stromverhältnis ist J : : Js : JT = 0 : 1 :-l. Die Richtung zur Kurzschlussstelle ist als die positive bezeichnet.
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wie JR:JS:JT=1:#2:1. In einem Leiter fliesst doppelt soviel Kurzschlussstrom wie in den beiden andern. Die Summe der Ströme in den drei Phasen ist natürlich Null.
Die Deformation des Dreiecks der verketteten Spannungen ist aus Fig. 1 c zu entnehmen. Im Netz i bricht das gleichseitige Dreieck auf ein gleichsehenkeliges zusammen, das an seiner Spitze (in Punkt R bei dem angenommenen Kurzselhlussfall ST) einen Winkel aufweist, der kleiner ist als 60 . Auf der Dreieckseite sind die Seiten des Dreiecks It", K', T'der verl,-etteten Spannungen zu den Schwer-
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schenkeliges Dreieck, das an seiner Spitze (S' für die angenommene Schaltgruppe) einen Winkel besitzt, der grösser ist als 60"' : dabei gelten diese Figuren unter der Annahme, dass das Dreieck der verketteten Spannungen an der Sammelschiene des speisenden Kraftwerkes gleichseitig geblieben ist.
Dies trifft unter der Annahme eines unendlich ergiebigen Kraftwerkes zu. Die tatsächliche Deformation wird zu Dreiecken führen, die nicht mehr gleichschenkelig sind. Die charakteristischen Merkmale werden
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ausser acht gelassen werden.
Der zweipolige Kurzschlussstrom Js wird gegenüber der in Mitleidenschaft gezogene)) ver- ketteten Spannung EST um den Kurzschluöphasenwinkel #K der Leitung des Netzes. 1 naeheilen.
Seine Phasenlage wird durch die Stern-Dreieck-Schaltung nicht geändert. Man erhält seinen Phasenwinkel zu den verketteten Spannungen auf der Dreieekseite aus der Parallelverschiebung in den Diagrammen. Während nun auf der Sternseite aus der zusammengebrochenen verketteten Spannung- und dem Kurzsehlussstrom richtig auf die Lage des Fehlers geschlossen werden kann, ist dies auf der Dreieckseite nicht mehr der Fall, denn auf der Dreieekseite sind die verketteten Spannungen weder der Grösse noch der Phasenlage nach für den Kurzschluss charakteristisch.
Wenn die Relais auf der Dreieckseite, also im Netz S, unter dem Einfluss dieses Kurzschlussstromes und der verketteten Spannungen ansprechen, sind Fehlauslösungen möglich, u. zw. können die richtigen Zeiten unterschritten werden oder es kann sogar eine Relaisbetätigung mit verkehrter Richtung erfolgen. Genau dieselben Verhältnisse liegen vor, wenn die Sternwicklung des Transformators mit Netz B, seine Dreieckwicklung mit Netz A verbunden ist.
Um diese Nachteile zu beseitigen, wurde bereits die allgemeine Lehre bekannt, Blockierungseinrichtungen vorzusehen, welche die Auslösung der Selektivrelais im einen Netz bei zweipoligen Kurzschlüssen im ändern Netz verhindern. Diese Blockierungseinrichtunben sollen auf die charakteristische Verformung des Spannungsdreiecks oder auf die besondere Stromverteilung 1 : 2 : 1 ansprechen. Die Erfindung gibt besonders einfache und übersichtliche Lösungen dieser Aufgabe mit Benutzung der besonderen Stromverteilung.
Erfindungsgemäss sind zwei Relais je Phase, auf die der Phasenstrom und der Narhbarphasen- strom einen Einfluss ausübt, untereinander so verbunden, dass sie nur bei gleichzeitigen Ansprechen die Schutzrelais freigeben, sperren oder verzogern. Es kann aber auch nur ein am Phasenstrom beeinflusstes Relais je Phase vorgesehen und in der angegebenen Weise mit den Relais der Nachbarphasen verbunden sein.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
Man kann gewöhnlich Überstromrelais 20, 21, 22 verwenden, die gemäss Fig. 6 von den Differenzströmen J=J-, J -JT und Jr- beeinflusst sind. Bei jedem zwei-oder dreipoligen Kurzschluss
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kranken Phase, während bei einem zweipoligen Fehler im Netz A einer dieser Differenzströme gleich Null wird. So wird bei einem Fehler zwischen S und T des Netzes A die Differenz J-r-j : im Netz B = 0.
Diese Erscheinung wird erfindungsgemäss zur Überwachung der Arbeitsweise des Selektivrelais in der Weise ausgenutzt, dass man die Kontakte der drei Überstromrelais ; 30, 21 und 22 derart untereinander verbindet, dass nur bei gleichzeitigem Ansprechen aller Überstromrelais die Selektivrelais freigegeben werden. Bei einem Fehler im Netz zu spricht dann eines der drei Stromrelais nicht an, so dass die Selektivrelais im Netz B dadurch gesperrt werden. Die Sperrung kann natürlich statt elektrisch auch mechanisch durchgeführt werden. An Stelle einer völligen Sperrung kann auch die Einstellung der Selektivrelais in der Weise beeinflusst werden, dass sie nur mit Grenzzeit auslösen.
Die zur Differenzbildung erforderlichen Stromwandler können als einfache billige Zwischenwandler ausgeführt werden, da an ihre Kennlinie keine besonderen Ansprüche gestellt zu werden brauchen.
Die bisher beschriebenen Lösungen benutzen die charakteristische Stromverteilung gemäss Fig. 1 a. Auf prinzipiell gleiche Weise lässt sich auch die verschiedene Gestalt der charakteristischen Spannungsdreiecke, Fig. 1 e, zur Erfassung der Blockierungsbedingungen heranziehen.
An Stelle einer Blockierung der normal freigegebenen Selektivrelais bei Kurzschlüssen im getrennten Netz kann auch eine Freigabe der normal gesperrten Relais bei Kurzschlüssen im gleichen Netz vorgenommen werden. Im allgemeinen ist jedoch die Ausführung mit Blockierung beim Ansprechen vorzuziehen.
In an sieh bekannter Weise kann ferner an die Stelle einer Blockierung eine Auslöseverzögerung treten. Im besonderen hat die Auslöseverzögerung richtige Grösse, wenn den Dis1anzrelais wieder
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eine solche Spannung zugeführt wird, dass die Messung der Fehlerentfernung impedanzgetreu erfolgt.
Dieser Erfindungsgedanke sei an einem praktischen Beispiel erläutert.
In Fig. 7 ist eine bekannte Schaltung für Distanzrelais dargestellt (österr. Patent Nr. 103178,
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u. zw. je einen oberen für den Spannuugslareis der Distanzglieder D und je einen unteren für das Hilfsrelais U. Bei der bisher üblichen Schaltung ohne Blockierung bei zweipoligen Kurzschlüssen im andern Netz sind unerwünschte Relaisauslösungen aufgetreten. Wenn nämlich bei der Stromverteilung 1:#2:1 nur das Überstromelement jenes Distanzrelais anspricht, das den doppelten Strom (2) führt, dann wird der Spannungskreis nur einpolig an Spannung gelegt, weil ja kein Unsymmetriestrom vorhanden ist, die Summe der drei Phasenströme wird Null (1+-2 + 1 = 0) und das zugehörige Relais muss mit Grundzeit auslösen, da es bei Spannung Null auch die Fehlerentfernung Null misst.
Bei Kurzschlüssen im zugehörigen Netz hingegen ist die Funktion dieser Relaisschaltung einwandfrei, wie aus der erwähnten Patentschrift hervorgeht. Erfindungsgemäss wirkt nun das Umscha] trelais (U) der Fig. 7 insofern als Blockierrelais, als dnrch die Kontakte der Hilfselemente im Umschaltrelais dafür gesorgt wird, dass bei Ansprechen von nur einem Distanzrelais dieses unbedingt doppelpolig an Spannung
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ist so getroffen, dass der Stromkreis für Betätigung des Relais 10 voh einem Relais (beispielsweise 8) geschlossen und bei Ansprechen eines weiteren (beispielsweise 7 oder 7, 9 gleichzeitig) wieder unterbrochen wird.
Der Koatakt 10 wird ferner geschlossen, wenn Unsymmetriestrom vorhanden ist, was durch die zusätzliche Wicklung angedeutet ist. Einem ausprechenden Distanzrelais wird somit auf
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der symmetrischen Stromkomponentei1 gleicher Phasenbezeichnung beeinflusst wird. Bei negativer Wirkleistung schliesst das Relais einen Kontakt.
Wenn zwei Relais ihre Kontakte schliessen (Kurzschluss im Netz ), muss die Blockierung der Schutzrelais erfolgen. Dies geschieht beispielsweise, indem die Kontakte 11, 12, 13 der drei Relais (in Fig. 5) über Widerstände 11, 15, 16 parallelgeschaltet sind und auf ein Blockierungsrelais 17 wirken, dessen Kontakte 18 seinerseits die Blockierung auf bekannte Weise durchführt. Schliesst nur einer der Kontakte 11, 12, 13, so wird der Strom in der Spule des Blockierungsrelais durch den Widerstand so niedrig gehalten, dass das letztere nicht ansprechen kann. Erst wenn zwei Kontakte schliessen, erfolgt Betätigung des Blockierungsrelais.
Es können auch Stromrelais nach dem Waagebalkenprinzip verwendet werden, in denen die absolute Grösse zweier Ströme dadurch verglichen wird, dass die beiden Ströme spulen (1 und 2 in
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Verhältnis, dann wird der Kontakt 8 betätigt. Bei einem zweipoligen Kurzschluss (z. B. S'T') im Netz B entspricht die Stromverteilung (Absolutwert) an den Einbaustellen der Selektivrelais des Netzes B in den drei Phasen dem Verhältnis 0 : 1 : 1, bei einem zweipoligen Kurzschluss (z. B. ST) im Netz A hingegen dem Verhältnis 1 : 2 : 1, wie in Fig. 1 a dargestellt. Es werden nun sechs solche Kipprelais vorgesehen, in denen jeder der drei Phasenströme mit seinen beiden benachbarten verglichen wird.
Bei Kurzschluss im Netz A werden jene beiden Waagebalkenrelais, welche den doppelten Strom (Phase S')
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die Gleichstrombetätigungsspannung unterbricht. Grundbedingung bleibt jedoch das gleichzeitige Ansprechen zweier Blockierungsrelais.
Eine anscheinend einfache Lösung würde nur drei Kipprelais benötigen. Sie sei im folgenden beschrieben, wobei gleichzeitig ihr Nachteil herausgestellt wird. Die Grösse jedes der drei Phasenströme wird mit der Differenz der beiden übrigen verglichen. Bei einem dieser drei Relais wird die Spule 1 vom Strom Jss durchflossen, die Spule 2 wird in zwei Hälften unterteilt, die entgegengeschaltet werden und von den Strömen Js bzw. JT gespeist werden. Die Differenz zweier benachbarter Phasenströme ist bekanntlich gleich dem verketteten Strom.
Wenn der verkettet Strom zur Verfügung steht, braucht also die Spule 3 nicht unterteilt werden, sondern man lässt sie vom verketteten Strom durchfliessen. Bei den übrigen Relais erfolgt die Stromzuführung in zyklischer Vertauschung. Bei einem Kurzschluss zwischen den Phasen S und T im Netz il ist das Stromverliältnis im
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(J'T-J'R) = 2 : d-1) =2 : 0 beeinflusst. Dieses Bloekierungsrelais spricht an. Man überzeugt sich leicht, dass bei allen zweipoligen Kurzsehlussfällen im Netz B mit der Stromverteilung 0 : 1 : -1 keines der Relais ansprechen kann, da das vom Waagebalkenrelais erfasste Verhältnis entweder den
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relais ist daher ausgeschlossen.
Tritt jedoch im Netz B ein Erdschluss oder Doppelerdsehluss auf, so ist eine Stromverteilung 1 : 0 : 0 möglich, wobei eben nur der vom Fehler im betreffenden Abzweig beeinflusste Phasenleiter Strom führt. In diesem Falle darf die Blockierungseinriehtung nicht zur Funktion kommen, weil der Fehler nicht im andern Netz A, sondern im eigenen Netz B liegt. Es kann notwendig sein, die Blockie- rungseinriehtung durch Kriterien, welche vom Erdschluss bzw. Doppelerdschluss im Netz B abhängen (Nullpunktsspannung, Unsymmetriestrom), unwirksam zu machen, was die ganze Einrichtung natürlich verteuert und verwickelter gestaltet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schalteinrichtung für durch Stern-Dreieck-Transformatoren verbundene Drehstromnetze bei der Blockierungsvorriehtungen, die Fehlauslösungen der Selektivrelais im einen Netz verhindern, durch die von zweipoligen Kurzschlüssen im andern Netz hervorgerufene besondere Stromverteilung im gesundgebliebenen Netz betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Relais je Phase, auf die der Phasenstrom und der Nachbarphasenstrom einen Einfluss ausübt, untereinander so verbunden sind, dass sie nur bei gleichzeitigem Ansprechen die Schutzrelais freigeben, sperren oder verzögern oder dass nur ein vom Phasenstrom beeinflusstes Relais je Phase vorgesehen und in der angegebenen Weise mit den Relais der Nachbarphasen verbunden ist.