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Verfahren und Vorrichtung zum Schutz von Stromnetzen gegen Kurzschlüsse
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des Generators eine Spannung abgenommen wird, deren Phase mit einem Widerstand-Kondensator-System um einen geeigneten Winkel verschoben ist.
Gemäss einer Variante wird die Bezugsspannung darauf mittels eines Transformators erhöht, mit Zener-Dioden und Widerständen begrenzt und derart gesiebt, dass schliesslich eine Sinusspannung mit konstanter Amplitude erhalten wird.
Gemäss einer ändern Variante wird dieBezugsspannung an den Klemmen der Primärwicklung des Ausgangstransformators des Frequenzgenerators abgenommen und dann mit einem Widerstand-KondensatorSystem um einen geeigneten Winkel phasenverschoben.
Gemäss einer weiteren. Variante wird die Bezugsspannung ohne Phasenverschiebung oder mit Phasenverschiebung um 1800 mittels eines Hilfstransformators entnommen, dessen Primärwicklung an den Klemmen der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators des Generators liegt.
Gemäss einem andern Merkmal wird die Auslösung des Abschaltorganes durch die Spannung betätigt, die im Kurzschlussfall an den Klemmen von Nachweishilfsschaltungen auftritt, die von den Sekundärwicklungen der Stromwandler gespeist werden, deren Primärwicklungen jeweils von einem Leiter des Generator-Netz-Stromkreises gespeist werden, wobei die Nachweishilfsschaltungen jeweils eine symmetrische, aus Gleichrichtern, Widerständen und Kapazitäten bestehende Anordnung aufweisen und die Bezugsspannung zwischen den Mittelabgriffen der Sekundärwicklungen der Stromwandler und den Mittelpunkten der Hilfsschaltungen liegt.
Gemäss einer Variante wird die Auslösung des Abschaltorganes durch die Spannung betätigt, die bei Kurzschluss an den Ausgangsklemmen der Nachweishilfsschaltungen auftritt, die jeweils eine symmetrische, aus Transistoren, Widerständen und Kapazitäten bestehende Anordnung aufweisen, die von der Sekundärwicklung eines Stromwandlers gespeist wird, dessen Primärwicklung selbst von einem Leiter der Verbindung zwischen Generator und Netz gespeist wird, wobei die Bezugsspannung für jede Nachweisschaltung zwischen der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Stromwandlers und dem Mittelpunkt der symmetrischen Anordnung der entsprechenden Nachweisschaltung liegt.
Gemäss einer andern Variante wird die Auslösung des Abschaltorganes von der Spannung betätigt, die bei Kurzschluss an den Ausgangsklemmen der Nachweishilfsschaltungen auftritt, die jeweils eine symmetrische, aus Transistoren, Widerständen und Kapazitäten bestehende Anordnung aufweisen, die von einer Sekundärwicklung des Hilfstransformators zur Entnahme der Bezugsspannung gespeist wird, wobei die an der Sekundärwicklung des entsprechenden Stromwandlers auftretende Spannung, dessen Primärwicklung selbst von einem Leiter der Verbindung zwischen Generator und Netz gespeist wird, zwischen dem Mittelabgriff der entsprechenden Sekundärwicklung des Hilfstransformators für die Entnahme der Bezugsspannung und dem Mittelpunkt der symmetrischen Anordnung der entsprechenden Nachweisschaltung liegt.
Gemäss einem andern Merkmal wird das Signal, das an den Klemmen der Sekundärwicklung des Stromwandlers jeder Nachweishilfsschaltung auftritt, leistungsmässig verstärkt, bevor die dabei entstehende Spannung mit der Bezugsspannung kombiniert wird.
Bei Anwendung der Erfindung auf den Schutz von Drehstromnetzen wird die Betätigungsspannung zur Auslösung des Abschaltorganes von zwei Nachweishilfsschaltungen geliefert, die mittels Gleichrichtern parallelgeschaltet sind.
Gemäss einem andern Merkmal wird zur Gewährleistung des Selektivschutzes der verschiedenen Abzweigungen eines Drehstromnetzes ein einzelner Generator und ebensoviel Gruppen von zwei Nachweishilfsschaltungen verwendet, wie zu schützende Abzweigungen vorhanden sind, wobei die Primärwicklung jedes Stromwandlers, der den in jeder Abzweigung fliessenden Hochfrequenzstrom kontrolliert, aus einem Leiter dieser Abzweigung gebildet ist und die Bezugsspannung im übrigen zwischen zwei Leitern der Abzweigung mittels eines Filters abgenommen wird, das an die Hochfrequenz des Überwachungsstromes angepasst ist.
Gemäss einer Variante wird die Bezugsspannung direkt an den Generatorklemmen mit oder ohne Phasenverschiebung über zwei Hilfsleiter abgenommen.
Gemäss einem andern Merkmal werden zur Gewährleistung des Selektivschutzes der verschiedenen Abzweigungen eines eindrähtigen Fahrleitungsnetzes ein einziger Generator und ebensoviel Nachweishilfs- schaltungen, wie zu schützende Abzweigungen vorhanden sind, verwendet, wobei die Primärwicklung des Stromwandlers, der den in jeder Abzweigung fliessenden Hochfrequenzstrom kontrolliert, von dem Leiter dieser Abzweigung gebildet ist und die Bezugsspannung im übrigen zwischen diesem Leiter und Erde über ein Filter abgenommen wird, das auf die Hochfrequenz des Überwachungsstromes abgestimmt ist.
Gemäss einer Variante wird die Bezugsspannung direkt an den Ausgangsklemmen des Generators abgenommen.
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kurzschliesstan den an dem Mittelabgriff dieses Transformators liegenden Leiter 5 sind zwei Stromwandler 8 und 9 geschaltet. Der Stromwandler 9 besitzt primärseitig die doppelte Windungszahl wie der Wandler 8. Ohne diese Anordnung würde ein Kurzschluss zwischen den an den Leitern 4 und 5 oder 5 und 6 liegenden Phasen an der Sekundärwicklung 9 die halbe Spannung von der Spannung an den Klemmen der Sekundärwicklung von 8 für einen Kurzschluss des gleichen Widerstandes zwischen den an die Leiter 4 und 6 angeschlossenen Phasen ergeben. Auf dem Wandler 8 befindet sich eine Ergänzungswicklung 11, welche die Kompensation des in dem Netzspeisetransformator 65 fliessenden Wirkstromes ermöglicht.
Die Regelung dieses Stromes wird durch den Widerstand 10 ermöglicht. Im allgemeinen ist es nicht erforderlich, den Strom in dem Stromwandler 9 zu kompensieren, da der Speisetransformator normalerweise gleiche Verluste bei jeder Phase hervorruft und die Verbindung 3-12 zwischen dem Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Transformators 7 und dem Nullpunkt 12 der Sekundärwicklung des Transformators 70 eine gleiches Potential aufweisende Verbindung ist.
Wenn es sich als erforderlich erweist, gleichermassen den in dem Stromwandler 9 fliessenden Wirkstrom zu kompensieren, bringt man auf diesem eine Ergänzungswicklung auf, in deren Stromkreis ein Regelwiderstand geschaltet ist. In diesem speziellen Fall liegen die Regelwiderstände in Reihe, so dass sie ein zugehöriges Netz veränderbarer Widerstände bilden, welches die Anpassung der aus dem Generator, der Nachweisvorrichtung und dem Kompensator bestehenden Gesamtanordnung an die ohmschen Kennwerte der Leistungsspeisequelle ermöglicht.
Es ist interessant, zu bemerken, dass beim Betätigen der Kompensation, u. zw. nicht in der Primärwicklung der Nachweiswandler, wie in einem bestimmten bekannten System, sondern in einer Ergänzungssekundärwicklung dieser Nachweiswandler, der Wirkstromverbrauch in dem Netz eine schwache zu kompensierende Stärke zur Folge hat. Es ergibt sich, dass der durch die Kompensation erforderliche Leistungverbrauch ausserordentlich gering ist.
Die beiden Enden der Spulen 16 und 17 der Sekundärwicklung der Stromwandler 8 und 9 sind jeweils mittels zwei Dioden 18,19 und 20, 21 mit den Enden 22, 23 und 24,25 einer aus Kapazitäten 26,27 und 28,29 sowie Widerständen 30,31 und 32,33 bestehenden Anordnung verbunden. Die Bezugsspannung Utr mit konstanter Phasenverschiebung mit Bezug auf 2 wird zwischen die Mittelabgriffe der Spulen 16,17 und die Mittelpunkte 36, 37 der Kapazität-Widerstandsanordnungen angelegt. Ein Merkmal
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Gemäss einer möglichen als Beispiel in Fig. l dargestellten Ausführungsform wird die Bezugsspannung Ut an den Klemmen 57 und 58 des Phasenschiebersystems abgenommen, das von einem Widerstand-Kapazitätsglied 41,42 gebildet wird, das den Klemmen der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 7 des Generators parallelgeschaltet ist.
Als Variante kann diese Spannung Utr gleichermassen an den Klemmen 63 und 64 (vgl. Fig. 2) eines Phasenschiebersystems abgegriffen werden, das von einem WiderstandKapazitätsglied 62,61 gebildet ist, das an die Klemmen der Primärwicklung des Transformators 7 angeschlossen ist.
Wenn die Spannung Uc lediglich Funktion des Wirkstromes sein soll, wird zwischen die Klemme 36 und den Mittelabgriff der Spule 16 sowie zwischen den Mittelabgriff der Spule 17 und die Klemme 37 eine Spannung Utr mit konstanter Amplitude gelegt, die in der folgenden Weise erhalten wird, wodurch eine andere Variante entsteht :
Die an den Klemmen 57,58 des Phasenschiebersystems abgenommene Spannung wird mittels des Transformators 43 erhöht, dann von den Zener-Dioden 44 begrenzt, über denen sich zwei Strombegrenzungswiderstände 59,60 befinden, und dann von dem auf die Kontrollfrequenz abgestimmten Induktivität-Kapazitätsglied 45 gesiebt. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators 43 ist so gewählt, dass bei
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die Spannung Ut an den Klemmen des Transformators 7 infolge des Widerstandes der Filter 50,51, 52 nicht Null ist.
Die zwischen den Klemmen 22,23 und 24,25 liegenden Relais 39 und 48 ziehen an, wenn die Spannung Ue einen bestimmten Wert erreicht, und bewirken die Auslösung der Abschaltvorrichtung des Netzes 53 mittels eines Hilfsrelais 54. Die Relais 39 und 48 können vorteilhaft durch eine elektronische
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Vorrichtung ersetzt werden, die eine beträchtliche Verminderung der Ansprechzeit ermöglicht, wie man aus den weiteren Ausführungen erkennt.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermassen : Wenn die Induktivitäten des Transformators 70 mittels der Kapazitäten 66,67, 68 auf die Kontrollfrequenz abgestimmt sind, ist der durch den Transformator 70 fliessende Kontrollfrequenzstrom ein Wirkstrom, der die Stromwärme- und Eisenverluste des Transformators speist. Wie erwähnt wurde, werden die von diesem Strom erzeugten Amperewindungen in dem Stromwandler 8 (und gegebenenfalls in dem Stromwandler 9) mittels einer Hilfsspule 11 kompensiert.
In dem allgemeinen Fall eines Netzes, das umlaufende Maschinen speist, sind für die Kontrollfre- quenz Impedanzen vorhanden, die praktisch reine Blindwiderstände sind, Die Spannungen Uti und Ut. werden um 900 phasenverschoben, und die Spannung Uc an den Klemmen 22,23 und 24,25 wird prak- tisch auch dann Null, wenn das Netz sehr ausgedehnt ist (Kapazitäten der Hauptleitung) und wenn die Motoren zahlreich und von grosser Leistung sind.
Im Gegensatz dazu hat der entstehende Strom, wenn ein Kurzschluss an irgendeiner Stelle des Netzes zwischen zwei Phasen (Einphasenkurzschluss) oder zwischen drei Phasen (Dreiphasenkurzschluss) auftritt, eine wesentliche Wirkkomponente, und es erscheint eine Spannung Uc an den Klemmen 22,23 und 24, 25, welche die Erregung der Relais 39 oder 48 und die Auslösung der Abschaltvorrichtung 53 mittels des Hilfsrelais 54 bewirkt. Man erhält dasselbe Ergebnis, wenn die Abschaltvorrichtung von einem elektronischen Relais betätigt wird, das an den Klemmen 22, 23 und 24,25 liegt, wie weiter unten ausgeführt wird.
Im Zusammenhang mit Fig. 1 wurde erwähnt, dass die beiden Enden der Spulen 16 und 17 der Sekundärwicklungen der Stromwandler 8 und 9 jeweils über zwei Dioden 18,19 und 20,21 mit den Enden 22, 23 und 24,25 einer symmetrischen Anordnung von Kapazitäten 26,27 und 28, 29 und Widerständen 30, 31 und 32,33 verbunden sind, welche die beiden Nachweishilfsschaltungen bilden, die durch zwei gestrichelt gezeichnete Rechtecke A und B schematisiert sind.
Gemäss einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung sind die Dioden der Hilfsschaltungen A und B durch Transistoren 71, 72 und 73, 74 ersetzt (Fig. 3). Diese Abänderung bezweckt Vergrösserung der Ausgangsleistung an den Klemmen 75,76 und 77,78. DieseLeistungserhöhung ist erforderlich, um das Funktionieren der Auslösevorrichtung der Abschaltvorrichtung des Netzes zu gewährleisten, die in diesem Fall, wie weiter unten ausführlich erläutert wird, eine den beiden Blöcken A und B gemeinsam dienende Transistorvorrichtung und nicht mehr ein galvanometrisches Relais für jeden Block wie in der Anordnung nach Fig. 1 ist.
An den Ausgangsklemmen 75, 76 und 77, 78 jeder Nachweishilfsschaltung A und B befindet sich eine Kapazität 79,80, um die gesamte Wechselkomponente mit der Frequenz des Überwachungsstromes zu beseitigen. Die Nachweisblöcke A und B umfassen anderseits eine Gleichstromquelle 81,82 von 12 Volt, um die Transistoren 71,72 und 73,74 zu speisen. Die Speisung jedes Blockes A und B kann wahlweise aus Gründen, die weiter unten ausführlich erläutert werden, mittels eines Druckknopfschalters 83 für den Block A und eines Druckknopfschalters 84 für den Block B unterbrochen werden.
Gemäss einem ändern Merkmal der Erfindung sind die beiden Nachweisschaltungen A und B parallelgeschaltet, um die gemeinsame, mit Transistoren bestückte Auslösevorrichtung C anzutreiben, auf die weiter unten ausführlich Bezug genommen wird.
Diese Parallelschaltung wird mit Gleichrichtern 85 und 86 bewirkt. Diese Gleichrichter können jeweils entweder von einer einfachen Diode, wie beispielsweise in dem Block A dargestellt ist, oder von vier als Brücke geschalteten Dioden gebildet werden, wie als Beispiel in dem Block B veranschaulicht ist.
Der Parallelkreis weist anderseits einen Druckknopfschalter 87 auf, der aus später erläuterten Gründen beliebig unterbrochen werden kann.
Ein anderes Merkmal der Erfindung, das in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, betrifft die Vereinfachung des verhältnismässig komplizierten Systems der Bezugsspannungsentnahme an den Klemmen des Generators, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde.
Diese Vereinfachung besteht darin, die Bezugsspannung ohne Phasenverschiebung oder mit Phasenverschiebung von 1800 mittels eines Hilfstransformators 88 abzunehmen, dessen Primärwicklung 88A entweder zwischen die äusseren Enden 1 und 2 der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 7 des Generators 49 (wie dargestellt ist) oder direkt an die Klemmen dieses Generators geschaltet ist.
Der Hilfstransformator 88 besitzt zwei gleiche Sekundärwicklungen 88B und 88C, welche die Anlegung der Bezugsspannung an den Block A bzw. B gestatten. In dem Beispiel nach Fig. 3 wird diese Bezugsspannung zwischen die Mittelabgriffe der Sekundärwicklungen 88B, 88C des Transformators 88 zur Spannungsabnahme und die Mittelpunkte 36,37 der Hilfsschaltungen A und B angelegt. Die genaue Phasenverschiebung zwischen der Spannung an den Klemmen der Stromwandler 8,9 und der Bezugsspannung erfolgt
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in dem Beispiel nach Fig. 3 dadurch, dass Kondensatoren 89,90 an den Klemmen der Stromwandler 8,9 eingestellt werden.
Bei Anwendung dieses Vereinfachungsmerkmals auf die Anordnung nach Fig. l wurde die Bezugsspannung zwischen die Mittelabgriffe der Sekundärwicklungen 16,17 der Stromwandler 8,9 und die Mittelpunkte 36,37 der Hilfsschaltungen angelegt werden. Infolge der Unsymmetrie der Impedanzen des Netzes und im besonderen des Speisetransformators 70 kann eine nicht vernachlässigbare Wirkkomponente des hochfrequenten Kontrollstromes in der Verbindung zwischen dem Mittelabgriff 3 jeder Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 7 des Generators und der Phase 2 auftreten. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird gemäss einem andern Merkmal der Erfindung ein Ausgleichpotentiometer 91, welches die Wirkkomponente des Kontrollfrequenzstromes zu beseitigen gestattet, in diese Mittelverbindung eingefügt.
Um zum Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung eine genaue Regulierung der Symmetrie mittels des Potentiometers 91 sowie der Kompensation des in der Sekundärwicklung 65 des Netzspeisetransformators 70 fliessenden Wirkstromes mit dem Widerstand 10 zu ermöglichen, ist ein Voltmeter (nicht dargestellt) angeordnet, das, z. B. mit Druckknopfschaltern, zwischen die Klemmen 75 und 76'der Nachweisschaltung des Blockes A für die Kompensationsregelung und an die Klemmen 77,78 der Nachweisschaltung des Blockes B für die Symmetrierregulierung geschaltet ist.
Um jede Störung der von den Blöcken A und B ausgehenden Signale zu vermeiden, werden folgende Abschaltungen vorgenommen :
Abschaltung der Speisung 81 der Transistoren 71,72 des Blockes A mittels des Druckknopfschalters 83, wenn die Symmetrie eingestellt wird ;
Abschaltung der Speisung 82 der Transistoren des Blockes B mittels des Druckknopfschalters 84, wenn die Kompensation eingeregelt wird.
Wie zuvor erwähnt wurde, kann man gleichermassen die Parallelschaltung der beiden Nachweissehaltungen mit dem Druckknopfschalter 87 abschalten.
Praktisch sind unter der Voraussetzung, dass die Verstärkung der Transistoren 71,72, 73,74 nicht genau gleich ist, die Verstärkungen der beiden Nachweisblöcke A und B nicht identisch, und die Signale, die an den Klemmen der genannten Nachweisblöcke für denselben Fehlerwert auftreten, sind nicht gleich.
Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es erforderlich, zum Zeitpunkt der Anschaltung der Nachweishilfsschaltungen A und B das stärkere Signal durch einen Widerstand, wie z. B. den Widerstand 92, abzuschwächen, der an den Klemmen der entsprechenden Nachweisschaltung liegt.
Hinsichtlich der Schaltung C zur Auslösung der Abschaltung des Netzes sind hiebei die in der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendeten galvanometrischen Relais mit Ausnahme des Hilfsrelais 54 durch eine Transistorvorrichtung ersetzt. Diese letzte Vorrichtung umfasst drei Transistoren, die von. einer Gleichstromspeisequelle 93 gespeist werden. Ein normalerweise gesperrter Eingangstransistor 94 wird nur leitend, wenn zwischen Basis und Emitter ein Signal mit höherer Spannung als der Polarisationsspannung des Emitters angelegt wird, wobei diese Polarisationsspannung mittels eines Potentiometers 95 regelbar ist, das sonst zur Einstellung der Empfindlichkeit dient. Der Transistor 96 der Zwischenstufe ist normalerweise leitend und wird nur gesperrt, wenn der Eingangstransistor 94 leitend ist. Der Leistungtransistor 97 bildet die Endstufe.
Er wird leitend, wenn der Transistor 96 der Zwischenstufe sperrt, und bewirkt Anziehung des Hilfsrelais 54, das seinerseits auf die Auslösespule 98 des Abschaltorganes wirkt.
Die in dem Basiskreis des Transistors 97 liegende Zener-Diode 132 dient dazu, das Potential der Basis des Transistors 97 auf einen geeigneten Wert festzulegen. Diese Lösung ermöglicht, die Verwendung eines Widerstandes in dem Emitterkreis zu vermeiden, der die verfügbare Ausgangsleistung begrenzen würde.
Gemäss einem andern Merkmal der Erfindung kann zu jedem Zeitpunkt die einwandfreie Funktion und der Regelungsschwellenwert der Vorrichtung mit einer Versuchsschaltung kontrolliert werden.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besteht diese Versuchsschaltung aus zwei Drucklmopfscha1tern 99,100, die wahlweise zwischen den Leitern 4-6 oder 5-6 die Einschaltung eines veränderbaren Widerstandes 101 ermöglichen, um einen beabsichtigten Fehler einzuführen. Unter der Voraussetzung, dass dieser Fehler hinter den Stromwandlern 8,9, jedoch vor den Verbindungsfiltern 50, 51, 52, bezogen auf den Generator 49, hergestellt wird, ist die Verwendung von Filtern nicht erforderlich.
Die Fig. 4 zeigt das Schaltschema einer ändern Ausführungsform einer Vorrichtung für nichtselektiven Schutz eines Drehstromnetzes.
Aus dem Beispiel nach Fig. 3 ist ersichtlich, dass der Ersatz der galvanometrischenRelais des Auschalters C durch eine Transistorvorrichtung die Erhöhung der Ausgangsleistung an den Klemmen der Nachweisblöcke A und B erfordert. Dies wurde in dem vorerwähnten Fall dadurch erreicht, dass die in der Anordnung nach Fig. l verwendeten Dioden durch Transistoren ersetzt wurden.
Gemäss der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 4 wird das gleiche Resultat dadurch erhalten, wenn man das Signal am Ausgang jedes Stromwandlers 8,9 mit einem Transistorverstärker 102 für den
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Block A und 103 für den Block B leistungsmässig verstärkt. Die Spannung an den Klemmen des Ausgangs- übertragers des Verstärkers wird dann mit der Bezugsspannung (die mittels des Hilfstransformators88an zwei solchen Sekundärwicklungen abgenommen wird, die im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben sipd) einer symmetrischen Schaltung kombiniert, die aus den Gleichrichtern 18,19, 20,21, den Kapazitäten 26, 27,28, 29 und den Widerständen 30,31, 32,33 besteht, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde.
Die genaue Phasenverschiebung zwischen der Spannung an den Klemmen der Stromwandler 8,9 und der Bezugsspannung erfolgt hiebei :
Für den BlockA durch Einstellung der an den Klemmen des Wandlers 8 liegenden Kapazitäten 89 und der an den Ausgangsklemmen des Transistorverstärkers 102 angeordneten Kapazität 104 ; für den Block B durch Einstellung der Kapazität 90 an den Klemmen des Wandlers 9 und der an den Ausgangsklemmen des Transistorverstärkers 103 liegenden Kapazität 105.
Hinsichtlich der Notwendigkeit (wie aus der Anordnung nach Fig. 3 ersichtlich ist), das von einem der Blöcke A und B für den gleichen Fehler gelieferte stärkere Signal auf Grund der ungleichen Verstärkung der beiden Transistoren 102, 103 abzuschwächen, wird zum Zeitpunkt der Anschaltung der Nachweishilfsschaltungen ein Widerstand 92 in diesem Fall an die Klemmen des Stromwandlers 8 oder 9 angeschlossen, der in dem Stromkreis liegt, der das stärkere Signal für den gleichen Fehler liefert.
Das Auslösesystem C mit der Transistorenvorrichtung ist identisch mit dem System, das in dem Beispiel der Fig. 3 beschrieben ist, so dass eine neue Beschreibung nicht erforderlich ist.
Die beiden Ausführungsvarianten nach Fig. 3 und 4, die gerade beschrieben wurden, beziehen sich auf den nichtselektiven Schutz eines Drehstromnetzes.
Nun wird die Anwendung der Erfindung auf die Ausführungsform einer Vorrichtung für Selektivschutz eines Drehstromnetzes im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben.
Der Selektivschutz der verschiedenen Leitungen eines Netzes R wird durch einen Einzelgenerator 49 und ebensoviel Gruppen von zwei Nachweisblöcken A und B, wie Abzweigungen D geschützt werden sollen, gewährleistet.
Die Aufdrückung der hochfrequenten Kontrollspannung auf das Netz R wird in gleicher Weise erhalten, wie bereits in den drei ersten Ausführungsformen für nichtselektiven Schutz nach Fig. l, 3 und 4 beschrieben wurde. In Fig. 5 sind die gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren verwendet, jedoch wird zur Vereinfachung von einer nochmaligen Beschreibung der schon erläuterten Teile abgesehen.
Die Stromwandler 8,9 kontrollieren den in der Abzweigung D fliessenden Hochfrequenzstrom. Je-
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schaltete Wandler 8 aufweist. Es ist deutlich erkennbar, dass in elektrischer Hinsicht die Stromwandler 8, 9 eine Primärwicklung haben, die von dem hochfrequenten Kontrollstrom des Netzgeneratorkreises wie in den vorhergehenden Fällen durchflossen wird.
Die Anordnung der Nachweisschaltungen der Blöcke A und B ist mit Anordnung identisch, die im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben wurde, d. h. Schaltungen mit Verstärkung des Stromsignals allein, so dass diese nicht erneut beschrieben zu werden braucht.
Es ist zu bemerken, dass einerseits die Schaltung ohne Verstärkung, wie in dem Beispiel der Fig. 1, für den Selektivschutz nicht genügend leistungsfähig sein würde und dass anderseits die Anordnung mit zwei Transistoren für jeden Nachweisblock, wie in dem System für nichtselektiven Schutz nach Fig. 3, nicht mehr für den Selektivschutz infolge der parasitären Netzfrequenz geeignet sein würde, die nach jeder Viertelperiode die Löschung des Ausgangszeichens der Nachweisblöcke hervorrufen würde.
Die hochfrequente Bezugsspannung wird zwischen den Phasen Ph1 und Ph, mittels eines Filters 106, das von einer in Reihe geschalteten und auf die Kontrollfrequenz abgestimmten Anordnung aus Induktivität und Kapazität gebildet ist, und zwei Spannungswandlern 107,108 abgenommen. Es ist ersichtlich, dass man ebensogut, wie in den Beispielen nach Fig. 3 und 4, auch einen einzigen Hilfstransformator mit zwei Wicklungen entsprechend den Blöcken A und B verwenden kann. Die Dioden 133 und 134 dienen dazu, die schädlichen Überspannungen an den Transistoren aufzunehmen, die am Ausgang des Filters 106 auftreten können.
Die Abnahme der Bezugsspannung zwischen den Phasen Ph1 und Ph. führt zu bestimmten speziellen Anordnungen, die nun beschrieben werden.
Bei einem Kurzschluss mit sehr geringem Widerstand zwischen den Phasenleitern D. und D, wird die Bezugsspannung sehr klein, und das Ausgangssignal des Nachweisblockes A wird sehr schwach. Wenn die
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Anzeige in diesem Fall lediglich wattmetrisch war, würde man eine Einrichtung haben, die in vollkom- mener Weise Fehler mit erhöhten Werten in der Grössenanordnung von 50 bis 100 Ohm anzeigt, aber bei reinen Kurzschlüssen funktionslos bleiben würde. Zur Vermeidung dieses Nachteils entnimmt man ein Si- gnal an den Klemmen einer Hilfssekundärwicklung 109 des Ausgangsübertragers 110 des Transistorverstär- kers 102 des Blockes A.
Nachdem dieses Signal durch Vollweggleichrichtung mittels eines Brückengleich- richters 111 gleichgerichtet worden ist, wird es mittels eines Widerstandes 112 an die Klemmen der Aus- lösevorrichtung C des Netzabschaltorganes parallel mit den von den beiden Nachweisblocken A und B ge- lieferten Signalen angelegt.
Diese Anzeige oder Nachweis, den man amperemetrisch nennen kann, muss anstatt des wattmetri- schen Nachweises für einen Fehlerwert so funktionieren, dass in keinem Fall das Signal an den Klemmen der beiden parallelen Nachweisschaltungen für Fehler mit niedrigerem Widerstand als dem Widerstand, der dem Auslösungsschwellenwert entspricht, unter diesem Auslösungsschwellenwert liegt. Ausserdem muss das Signal an den Klemmen der lediglich amperemetrischen Nachweisschaltung unter dem Auslöseschwel- lenwert für höhere Impedanzen zwischen den Phasen mit einem Grenzwert liegen, der deutlich unter den
Minimalimpedanzen der Leitungen (Kapazitäten) und der Motoren liegt, die sich an dem Netz befinden können.
Man erkennt, dass auf diese Weise die wirkungslosen Bereiche der Einrichtung vollständig beseitigt werden und dass die unzeitigen Auslösungen für zu niedrige, normale Impedanzen des Netzes vermieden werden.
Die Auslösevorrichtung C ist mit den im Zusammenhang mit Fig. 3 und 4 beschriebenen Vorrichtun- gen identisch und braucht daher nicht erneut beschrieben zu werden.
Hinsichtlich der Möglichkeit, jederzeit die einwandfreie Arbeitsweise und den Regelungsschwellen- wert der Vorrichtung mittels einer Prüfschaltung zu kontrollieren, wird diese wie bei den beiden Ausfüh- rungsformen nach Fig. 3 und 4 von zwei Druckknopfschaltern 99,100 gebildet, die es ermöglichen, einen veränderbaren Widerstand 101 zur Schaffung eines beabsichtigten Fehlers beliebig zwischen die Leiter DIV D oder D2'Da zu schalten. Jedoch. muss, wenn die Prüfschaltung bei Selektivschutz an die Phasen hinter die Stromwandler 8,9 geschaltet ist, ein Verbindungsfilter 113 vorgesehen werden.
In den Rahmen der Prüfschaltung kann man mit Vorteil gemäss einem andern Merkmal eine Hilts- schaltung für jede an die Anschlussenden des entsprechenden Kontaktes des Trennschalters angeschlossene
Phase verwenden. Die drei Hilfsschaltungen werden entsprechend auf die Frequenz der Kontrollspannung mittels Reihenschaltungen 114, 115, 116 von Induktivitäten und Kapazitäten abgestimmt. Diese Schal- tungen weisen anderseits Hilfskontakte 117,118, 119 auf, die sich um einen Sekundenbruchteil vor den
Hauptkontakten des Trennschalters schliessen.
Man erkennt, dass auf diese Weise die Kontakte des Schalters bei der Kontrollfrequenz einen sehr kur- zen Zeitraum vor ihrer Schliessung kurzgeschlossen werden, wodurch ermöglicht wird, den zu schützen- den Netzabschnitt vor Einschaltung der Spannung zu kontrollieren und bei Vorhandensein eines Fehlers die
Einschaltung des Schalters durch Wirkung auf die Minimal- oder Maximalstromrelais des Schalters zu ver- hindern.
Selbstverständlich kann diese Ergänzungsschutzvorrichtung gleichermassen mit den Ausführungsbei- spielen gemäss Fig. 3 und 4 kombiniert werden.
Nun wird die Anwendung der Erfindung auf dem nichtselektiven Schutz eines Einphasen-Wechsel- stromnetzes oder eines Gleichstromnetzes mit Bezug auf Fig. 6 und 7 beschrieben. In dieser Schaltung wird die Bezugsspannung so wie in der Anordnung nach Fig. 1 entnommen. Jedoch wäre es auch ohne Beein- trächtigung der Erfindung möglich, die Bezugsspannung in der Weise zu entnehmen, die im Zusammen- hang mit Fig. 3 und 4 erläutert ist.
Die Schaltung der Vorrichtung für nichtselektiven Schutz eines Einphasen-Wechselstromnetzes (Fig. 6) weist einen Einphasengenerator 49 auf, der über einen Transformator 7 eine Hochfrequenzspannung lie- fert. Die beiden Enden 1 und 2 der Sekundärwicklung des Transformators 7 sind mit jedem Leiter des Net- zes mittels aus Induktivität und Kapazität bestehenden Filtern 50 und 52, die auf die Kontrollfrequenz abgestimmt sind, verbunden. Die Nachweisvorrichtung für den W irkstrbm wird von einem Stromwandler 8 gebildet, der an den Klemmen seiner Sekundärwicklung 16 eine Spannung Uti liefert, die eine Funktion der durch den Leiter 4 fliessenden Stromstärke ist.
Auf dem Stromwandler befindet sich eine Hilfswick- lung 11, welche die Kompensation der Amperewindungen ermöglicht, die von dem durch die Quelle S fliessenden Wirkstrom erzeugt werden. Die beiden Enden der Sekundärwicklung des Wandlers 8 sind über zwei Dioden 18 und 19 an die Klemmen einer aus Widerständen 30,31 und Kapazitäten 26, 27 bestehen- den Anordnung angeschlossen. Eine Spannung Ut, die gegen die Spannung U um den gleichen Winkel
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phasenverschoben ist wie die Spannung an den Klemmen der Sekundärwicklung des Wandlers 8 mit Bezug auf den Strom in dem Leiter 8, wird zwischen den Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Wandlers 8 und den Mittelpunkt 36 der Widerstand-Kondensatoranordnung 30,31, 26,27 angelegt.
Diese Spannung Utr wird entweder unmittelbar an den Klemmen 57,58 eines an die Sekundärwicklung des Transformators 7 geschalteten Phasenschiebersystems oder an den Klemmen 55 und 56 einer Vorrichtung entnommen, die selbst an die Klemmen 57 und 58 des Phasenschiebersystems angeschlossen ist und eine Spannung konstanter Amplitude an ihren Ausgangsklemmen 55 und 56 abgibt. Die Vorrichtung umfasst einen Aufwärtstrans- formator 43, eine aus Widerständen 59,60 und Zener-Dioden 44 gebildete Begrenzungsschaltung und ein auf die Kontrollfrequenz abgestimmtes Filter 45.
Die Spannung Utr kann gleichermassen an den Klemmen eines an der Primärwicklung des Transformators 7 angeordneten Phasenschiebersystems entnommen werden, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
Diese Spannung kann auch unmittelbar an den Klemmen der Primärwicklung oder der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators des Generators 49 wie in den Fig. 3 und 4 abgenommen werden.
Die Gleichkomponente der Spannung, die an den Klemmen 22 und 23 der Widerstand-Kondensatoranordnung auftritt, ist eine Funktion des Produktes I. U-x cos < d. h.. des Wirkstromes. Da der Wirkstrom nur im Kurzschlussfall auftritt, erscheint die Gleichkomponente Uc nur im Falle eines Fehlers und mittels der Relais 48 und 54 oder eines elektronischen Verstärkers, der die Auslösung des Abschaltorganes 53 bewirkt. Die Sperrung des Überwachungsstromes auf der Stromquellenseite erfolgt durch einen Parallelkondensator 66 in einem Einphasennetz. Jedoch kann diese Sperrung des Kontrollstromes auf der Stromquellenseite in einem Gleichstromnetz mit einem auf die Kontrollfrequenz abgestimmten Sieb-oder Sperrkreis erhalten werden, wie in Fig. 7 dargestellt und an sich bekannt ist.
Diese Lösung ist notwendig, wenn das Netz mit Gleichrichtern gespeist wird. In diesem Fall wird die Kompensation des Wirkstromes unnötig, und die Wicklung 11 kann wegfallen, während die andern Bauelemente der Kontrollschaltung den in Fig. 6 dargestellten entsprechen.
Nun wird die Anwendung der Erfindung auf die Ausführungsform einer Vorrichtung für den Selektivschutz eines Fahrdrahtnetzes im Zusammenhang mit Fig. 8 und 9 beschrieben.
In dem betrachteten Fall wird der einzige Leiter R von einer Gruppe Gleichrichter 120 über einen Sieb- oder Sperrkreis 121 gespeist, der an die Kontrollfrequenz angepasst ist und dazu dient, die Impedanz der Speisequelle zu vergrössern. Die Rückleitung erfolgt über eine nicht dargestellte Schiene.
Die Schaltung zum Aufdrücken der Überwachungsspannung auf das Netz wird hiebei mit Hilfe eines Generators 49 erhalten, von dem das eine Ende des Ausgangstransformators mit dem Netzleiter R über ein Verbindungsfilter verbunden ist, das von einer in Reihe geschalteten, auf die Kontrollfrequenz abgestimmen Anordnung 50 aus Induktivität und Kapazität besteht. Das andere Ende dieses Ausgangstransformators des Generators 49 liegt bei 122 ohne Filter an Erde, wobei dann die Rückleitung über die Schiene erfolgt.
Der Nachweis ist hiebei identisch mit dem, der für den Selektivschutz der Drehstromnetze beschrieben ist (vgl. Fig. 5 und den zugehörigen Beschreibungstext), mit dem einzigen Unterschied, dass die Wirkkomponente des Hochfrequenzstromes auf einem einzigen Leiter kontrolliert wird und dass infolgedessen nur ein Nachweisblock, z. B. der Block A, anstatt zwei Blöcke, vorhanden ist.
Die Bezugsspannung kann zwischen dem Fahrdraht R und Erde mit einem Filter 106, das von einer auf die Kontrollfrequenz abgestimmten, in Reihe geschalteten Induktivität-Kondensatoranordnung gebildet ist, und einem Transformator 107 entnommen werden.
In diesem Fall kann auch ein amperemetrischer Schutz aus denselben Gründen vorgesehen werden, die für den Selektivschutz von Drehstromnetzen nach Fig. 5 genannt wurden. Dieser amperemetrische Schutz wird daher nicht erneut beschrieben. Jedoch haben die entsprechenden Elemente in Fig. 8 die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 erhalten.
Die Bezugsspannung kann auch an den Ausgangsklemmen des Generators 49 abgenommen werden, was der häufigste Fall ist. Auf diese Art wird das Abfallen der Bezugsspannung auf einen zu niedrigen Wert infolge der Impedanz des Verbindungsfilters 50 zwischen dem Generator 49 und dem Netz R vermieden.
In diesem Fall wird der amperemetrische Schutz unnötig, der von der Sekundärwicklung 109, dem Brükkengleichrichter 111 und dem Rheostaten 112 gebildet wird.
Die Auslösevorrichtung C ist mit den entsprechenden Vorrichtungen der Fig. 3,4 und 5 identisch und wird daher nicht erneut beschrieben.
Wie in zuvor beschriebenen Fällen kann das einwandfreie Arbeiten und der Schwellenwert der Regelung der Vorrichtung jederzeit mit einer Prüfschaltung kontrolliert werden, die hinter dem Stromwandler 8 ein auf die Kontrollfrequenz abgestimmtes Filter 123, einen Druckknopfschalter 124 und einen regelbaren
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Widerstand 125 aufweist.
Eine Schaltung des gleichen Typs, die aus einem auf die Kontrollfrequenz abgestimmten Filter 126, einem Widerstand 127 mit niedrigem Wert, der deutlich unter dem Regelungsschwellenwert liegt, und einem Druckknopfschalter 128 besteht, kann an einer Stelle längs des Netzes angeordnet werden, um die Ausserbetriebsetzung des Netzes im Notfall zu gewährleisten.
Man kann eine Prüfschaltung auch ohne Filter ausbilden, indem man zwischen die Klemmen des Generators 49 und Erde einen Leiter 129 in Reihe mit einer Hilfswicklung des Stromwandlers 8 schaltet, wobei ein regelbarer Widerstand 130 und ein Druckknopfschalter 131 in dem Leiter liegen.
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schutzschaltung vorgesehen werden, die aus einem auf die Kontrollfrequenz abgestimmten Filter 114 und einem Hilfskontakt 117 besteht, der sich einen Sekundenbruchteil vor dem Leitungs-bzw. Leistungsschalter schliesst, wobei diese Ergänzungsschaltung an die Anschlussenden des Kontaktes dieses Schalters geschaltet ist.
Wie bereits erwähnt wurde, wird der Schalterkontakt bei der Kontrollfrequenz um einen sehr kurzen Zeitraum vor seiner Schliessung kurzgeschlossen, so dass der zu schützende Netzabschnitt vor der Spannungseinschaltung geprüft wird und im Falle eines Fehlers die Inbetriebsetzung verhindert wird.
Gemäss einer bevorzugten abgeänderten Ausführungsform, die in Fig. 9 dargestellt ist, liegt die abgestimmte Schaltung 114 ständig an den Enden des Kontaktes des Trennschalters. Um zu vermeiden, dass eine den Fahrdraht berührende Person nicht von dem Ladestrom des Kondensators 135 des abgestimmten Kreises durchflossen wird, schaltet man hinter den Schalter zwischen den Fahrdraht und Erde einen grossen Widerstand 136, der bei geöffnetem Schalter ermöglicht, dass der Kondensator 135 auf die Netzspannung geladen und das Fahrdrahtpotential auf Erdpotential zurückgeführt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Schutz von Stromnetzen gegen Kurzschlüsse, bei der die Stärke eines Überwachungsstromes mit gegenüber der technisch benutzten Frequenz sehr hoher Frequenz erfasst wird, indem die Abschaltvorrichtung des Netzes durch eine auf den Wirkstrom ansprechende Vorrichtung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Wirkstrom ansprechende Vorrichtung einerseits auf eine Spannung, die eine Funktion der Stärke des in dem Stromkreis zwischen Generator und Netz unter Ausschluss des Netzleistungstransformators fliessenden Überwachungsstromes ist, und anderseits auf eine Bezugsspannung mit gegen die Spannung an den Ausgangsklemmen des Hochfrequenzgenerators konstanter Phasenverschiebung anspricht.