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Distanzschutzeinrichtung in Einrelaisschaltung zur selektiven Erfassung von Leitungskurzschlüssen auf Dreiphasen-Hochspannungsleitungen
Es sind Distanzschutzeinrichtungen in sogenannter Einrelaisschaltung bekannt, bei welchen ein auf der Leitung eingetretener Fehler durch ein einziges Impedanzrelais ausgemessen wird ; hiebei sind Anre- geglieder vorgesehen, welche über ihre zugeordneten Kontakte die beiden Messpfade des Impedanzrelais auf die verschiedenen Messspannungen bzw. -ströme umschalten. Diese Messspannungen sind hiebei den verketteten Spannungen des Drehstromnetzes proportional und die Ströme des Messkreises den Leiterströ- men.
In der Regel sind bei derartigen Einrelaisschaltungen - sofern sie nur zur Erfassung von Leitungskurzschlüssen dienen - Stromwandler und Anregeglieder nur in zwei Phasenleitern vorgesehen. Es wird also in allen zweipoligen Fehlerfällen der Quotient aus der verketteten Spannung der kurzgeschlossenen Leiter und dem Strom eines dieser Leiter gemessen ; das ist die Schleifenimpedanz 2Z, wobei Z die Kurzschlussimpedanz eines Leiters bis zur Fehlerstelle ist. Im dreipoligen Fehlerfall wird von der gleichen Anordnung der Quotient aus einer verketteten Spannung und einem Leiterstrom gemessen, der aber nicht wie im zweipoligen Fehlerfall den Betrag 2Z, sondern nur Z. V3 ergibt und somit nicht distanzgetreu ist.
Man muss bei der Anwendung dieser Schaltung also in Kauf nehmen, dass die Reichweite des Distanzmessgliedes im Verhältnis 2: \unterschiedlich ist, je nachdem, ob ein zwei-oder dreipoliger Fehler aufgetreten ist. Ausserdem wird bei dreipoligem Kurzschluss der Winkel zwischen den verwendeten Messgrössen gegenüber dem zweipoligen Kurzschluss um 300 gefälscht, so dass auch eine falsche Richtungsunterscheidung eintreten kann.
Die Erfindung befasst sich mit dem Problem, eine derartige Einrelaisschaltung für Distanzschutzeinrichtungen zu verbessern, damit die Reichweite für alle Leitungskurzschlüsse, d. h. sowohl die zwei-als auch die dreipoligen Kurzschlüsse die gleiche ist und auch die Energierichtung einwandfrei erfasst wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine Distanzschutzeinrichtung in Einrelaisschaltung zur selektiven Erfassung von Leitungskurzschlüssen auf dreiphasigen Hochspannungsleitungen, deren Spannungspfad im Fehlerfall an den verketteten Spannungen des Drehstromsystems porportionale Messspannungen angeschaltet wird.
Erfindungsgemäss ist der Strompfad dieser Distanzschutzeinrichtung über einen Mischwandler und vorzugsweise zwei Zwischenwandler in offener Sternschaltung aus dem Strom zweier Phasenleiter gespeist, wobei der Mischwandler neben einer aus dem Strom eines Leiters gespeisten Hauptprimärwicklung eine gegensinnige Zusatzprimärwicklung mit der halben Windungszahl besitzt, und wobei diese Zusatzwicklung im Falle eines dreipoligen Leiterkurzschlusses über von Anregerelais beeinflusste Kontakte derart eingeschaltet wird, dass sie den Summenstrom beider zur Messung herangezogenen Leiterströme führt.
Die erfindungsgemässe Distanzschutzeinrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert :
In Fig. 1 der Zeichnung ist das Distanzrelais lediglich als ein Block mit dem Bezugszeichen 1 dargestellt. Der Spannungspfad 2 dieses Relais wird in bekannter Weise von den verketteten Spannungen des
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dargestellte Stromwandler von den Strömen der beiden ebenfalls nicht dargestellten Leiter R und T des Drehstromnetzes proportionalen Strömen gespeist. Sie sind vorzugsweise im Primärkreis zweier mit Wr und Wt bezeichneter Zwischenwandler angeordnet, die somit ebenfalls in Abhängigkeit von den Strömen der Phasenleiter R und T gespeist sind.
Die Sekundärwicklungen dieser beiden Zwischenwandler sind, wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, in offener Sternschaltung ausgeführt und speisen einen mit Wm bezeichneten Mischwandler, der erfindungsgemäss neben der Hauptprimärwicklung 3 eine Zusatzprimärwicklung 4 besitzt, deren Windungszahl halb so gross ist wie die der Hauptprimärwicklung. Zwei weitere,
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bWr eingeschaltet wird und damit deren Summenstrom führt. Ausserdem wird bei gleichzeitiger Erregung beider Anregerelais auch die Hauptprimärwicklung 3 von dem Sekundärstrom eines der beiden Zwischenwandler, gemäss dem Ausführungsbeispiel dem Sekundärstrom des Zwischenwandlers Wt, beaufschlagt.
In allen andern Fällen, in denen nur eines der beiden Anregerelais erregt ist, wird die Wicklung 3 vom Se kundärstrom desjenigen Zwischenwandlers beaufschlagt, dessen Primärwicklung vom Erregerstrom des jeweils ansprechenden Anregerelais gespeist ist.
Durch die Verwendung von nur zwei Anregerelais ist es bedingt, dass der Zustand der Schaltung im Falle eines zweipoligen Leiterkurzschlusses zwischen den Leitern R und T der gleiche ist wie im Falle eines dreipoligen Leiterkurzschlusses. Dadurch ist also die Zusatzprimärwicklung 4 nicht nur im Falle eines dreipoligen Kurzschlusses eingeschaltet, sondern auch im Falle eines zweipoligen Kurzschlusses zwischen den Leitern R und T. Wie nachfolgend noch nachgewiesen wird, tritt dadurch jedoch keine Verfälschung des Messergebnisses auf.
Bei der in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellten Distanzschutzeinrichtung wird im Fal-
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der verketteten Spannung URS gespeist. Im Zwischenwandlerstromkreis ist in diesem Fehlerfall lediglich die Hauptprimärwicklung 3 des Mischwandlers vom Sekundärstrom des Zwischenwandlers Wr gespeist. Der
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schlossen, wobei gleichzeitig durch diesen Kontakt ein Fluss des Stromes aus dem Zwischenwandler Wr über die Zusatzprimärwicklung 4 gesperrt ist. Der den Strompfad 5 des Impedanzrelais 1 speisende Sekundärstrom des Mischwandlers Wm entspricht somit dem Strom des an dem Kurzschluss beteiligten Phasenleiters R. Als Messergebnis erhält man somit einen Impedanzwert vom doppelten Wert der Kurzschlussimpedanz des Phasenleiters R.
Ganz ähnlich liegen die Verhältnisse im Fall eines Kurzschlusses zwischen den Phasenleitern S und T. In diesem Fall wird lediglich die Hauptprimärwicklung 3 des Mischwandlers vom Sekundärstrom des Mischwandlers Wt gespeist. Im Strompfad des Impedanzrelais fliesst dann ein Strom, der dem Kurzschlussstrom des Phasenleiters T entspricht ; der Spannungspfad des Impedanzrelais wird in diesem Fall von der verketteten Spannung UST gespeist. Als Messergebnis erhält man dann die Impedanz der kurzgeschlossenen Leitung in Höhe des doppelten Wertes der Kurzschlussimpedanz des Leiters T.
Bei einem Kurzschluss zwischen den Leitern T und R sprechen beide Anregerelais IR und IT an. In diesem Fall fliesst der Sekundärstrom des Wandlers Wr über die Schliesserteile der beiden Anregerelais-
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der dem Kurzschlussstrom des Leiters T entspricht, während in der Zusatzprimärwicklung 4 ein Strom fliesst, der derVektorsumme aus den beiden Strömen der Leiter R und T entspricht. Die beiden Primärströme des Mischwandlers sind einander entgegengerichtet. so dass in der Sekundärwicklung des Mischwandlers und damit im Strompfad des Impedanzrelais 1 ein induzierter Strom fliesst, der der Vektordifferenz der beiden Primärströme entspricht.
Bezeichnet man die beiden Sekundärströme der Zwischenwandler Wr und Wt mit iR und iT, so gilt für den Sekundärstrom i des Mischwandlers unter der vereinfachenden Annahme eines Übersetzungsverhältnisses 1 : 1 des Mischwandlers folgende allgemeine Vektorgleichung :
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Dp. nun für den Fall eines zweipoligen Kurzschlusses zwischen den Leitern R und T zwischen den Zwi- schenwandlerströmen iR und iT 1800 Phasenverschiebung besteht, d. h. die Vektorgleichung
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gilt, ist die Vektorsumme dieser beiden Ströme gleich Null. Das bedeutet, dass im Falle des vorbezeichneten Fehlers der resultierende Strom in der Zusatzprimärwicklung 4 Null ist, so dass der Sekundärstrom i des Mischwandlers allein dem Strom iT und damit dem Kurzschlussstrom des Phasenleiters T entspricht.
Es wird somit im Fehlerfall eines Kurzschlusses zwischen den Phasenleitern R und T der Strompfad des Impedanzrelais aus dem Strom des Leiters T und der Spannungspfad aus der verketteten Spannung UTR des Drehstromnetzes gespeist. Als distanzgetreues Messergebnis erhält man die Kurzschlussimpedanz genau wie im Falle eines Fehlers zwischen den Leitern S und T mit dem d oppelten Wert der Kurzschlussimpedanz des Leiters T.
Im Falle eines dreipoligen Leitungskurzschlusses liegen die gleichen Anregebedingungen vor wie im vorher besprochenen Fall eines Leiterkurzschlusses zwischen den Leitern T und R. Aus diesem Grunde gilt auch für diesen Kurzschlussfall die oben erwähnte allgemeine Vektorgleichung für den Sekundärstrom i des Mischwandlers. Da jedoch in diesem Fehlerfall die beiden betragsmässig gleichen Ströme iR und iT nicht in Gegenphase sind, sondern eine gegenseitige Phasenverschiebung von 1200 aufweisen, lässt sich aus der für das Dreiphasensystem gültigen Vektorbeziehung
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unmittelbar ableiten, dass
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ist. Für den Strom i gilt somit die Vektorgleichung
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Das Vektordiagramm für diese Beziehung ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt.
Aus diesem Diagramm ist zu ersehen, dass der resultierende Messstrom i im Verhältnis Vs 2 reduziert und um 300 voreilend gegen iT phasenverschoben ist. Damit wird im Falle eines dreipoligen Kurzschlusses der Quotient 2UTR : IT \ 3'gemessen. Da UTR : IT V3 im dreipoligen Fehlerfall die Kurzschlussimpedanz Z des Leiters T ergibt, wird also resultierend auch im dreipoligen Kurzschlussfehlerfall der gleiche Quotient 2Z wie im zweipoligen Kurzschlussfall gemessen.
Die Messung ist aber nicht nur distanzgetreu, sondern auch winkelgetreu, weil gemäss dem Vektordiagramm in Fig. 2 der Zeichnung nunmehr auch im dreipoligen Kurzschlussfall der richtige Phasenwinkel zwischen UTR und dem resultierenden Strom i besteht. Ein weiterer besonderer Vorteil der gemäss der Erfindung verwendeten Mischwandler-Schaltung besteht darin, dass der Strom in der Zusatzprimärwicklung 4 das Messergebnis im Falle des zweipoligen Kurzschlusses zwischen den Leitern T und R nicht beeinflussen kann. Aus diesem Grunde brauchen keine besonderen Massnahmen getroffen zu werden, um diese Wicklung bei Vorliegen des vorbezeichneten Fehlers aus den Stromkreisen der Zwischenwandler herauszuschalten.
Würde nämlich in einem solchen Fehlerfall der Strom in der Primärzusatzwicklung das Messergebnis verfälschen können, so wäre es unerlässlich, noch ein drittes, in Abhängigkeit vom Strom des Leiters S gespeistes Anregerelais mit entsprechenden Kontakten vorzusehen. Eine derartige Massnahme ist bei der erfindungsgemässen Distanzschutzeinrichtung aber nicht notwendig.
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