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Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur selektiven Erfassung von Erd- schlüssen, die auf Sammelschienenteilen einer Schaltanlage, die aus mindestens einer Abgangs- bzw. Kupplungsstromwandlergruppe besteht, auftreten.
In elektrischen Anlagen, vornehmlich bei Sammelschienen, sind alle Isolationsfehler dadurch erkennbar, dass die Stromsummen der einzelnen Phasen oder der Nullströme von Null verschieden sind.
Bekannte Einrichtungen zur Erfassung solcher Fehler arbeiten auf den Prinzipien : a) Phasenvergleich der Ströme b) rückwärtige Verriegelung c) klassischer Hochimpedanzschutz mit eigenen, nur für den Hochimpedanzschutz verwendeten
Stromwandlerkernen d) Richtungsvergleich einer Grund- oder Oberwellenleistung e) Erfassung der Ströme über die Erdungsverbindungen der Schaltanlage (Kesselschutz) oder f) Summenstrom-Messung der Oberwellenströme in Verbindung mit dem Einschwingstrom bei Fehlereintritt.
Die Lösung nach a) benötigt stromstarke Signale und hat den Nachteil, dass bei einer phasenweisen Auswertung der überlagerte Erdschlussstrom nur Bruchteile des Betriebsstromes betragen kann, so dass der ausgewertete Phasenwinkel hauptsächlich durch letzteren bedingt wird. Relativ stromschwache Erdschlüsse, z. B. in gelöschten Netzen, sind daher messtechnisch oft nicht erfassbar.
Eine Variante von a), ein Phasenvergleich der Nullströme, ist auf Grund des hohen Oberwellenanteils, dessen Verhältnis von Abgang zu Abgang verschieden sein kann, definitionsgemäss bereits unmöglich.
Die Lösung nach b) setzt eine durch das Netzkonzept definierte Stromrichtung voraus und hat den Nachteil, dass diese Voraussetzung nur in Strahlennetzen, nicht aber in vermaschten Netzen erfüllt ist.
Die Lösung nach c) erfordert pro Abgang und Phase separate, speziell dimensionierte Stromwandlerkerne und hat den Nachteil, dass dieser Schutz praktisch nur bei der Neuerrichtung einer Anlage mitprojektiert werden kann.
Die Lösung nach d) setzt pro Abgang eine Leistungsmessung der Grundwelle (z. B. Wattreststrom) oder der Oberwelle (beim Oberwellen-Blindleistungsrelais) voraus. Wegen der Aufteilung des Gesamt-Erdschlussstromes auf mehrere Abgänge und der schwankenden Oberwellenpegel sowie der möglichen Phasenspaltung bei Parallel-Leitungen können sich in der Praxis Fehlmessungen ergeben.
Die Lösung nach e) setzt eine metallische Umfassung des Schutzobjektes mit definierten Erdungspunkten voraus und hat den Nachteil, nur für gekapselte Anlagen verwendet werden zu können. Ein nachträglicher Einbau bei Mehrpunkt-Erdung und die laufende Überwachung bei ausgedehnten Objekten ist sehr schwierig.
Die Lösung nach f) setzt genügend grossen Oberwellengehalt und konstante Einschwingverhältnisse in allen Netzbetriebszuständen voraus und hat den Nachteil, dass diese beiden Voraussetzungen je nach Schaltzustand und eingeschalteten Betriebsmitteln variieren können.
Im Gegensatz zu Leitungen kann bei Sammelschienen, insbesondere bei gekapselter Bauart, auch ein stromschwacher Erdschluss in kurzer Zeit schwere Zerstörungen bewirken, so dass er selektiv abgeschaltet werden sollte. Erschwert wird eine verlässliche Ortsmessung durch die Grösse der überlagerten Betriebsströme, die in üblichen gelöschten oder isolierten Netzen das 20-bis 50fache des Erdschlussstromes betragen. Oft ist eine Nachrüstung erforderlich, wobei bestehende Schutzeinrichtungen weiterverwendet werden müssen.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Nullstrompfad jeder Abgangs- und/oder Kupplungsstromwandlergruppe ein Zwischen- wandler eingebaut ist, der verschiedene Hauptwandlerübersetzungen für den angeschlossenen
Messkreis ausgleicht und eine galvanische Trennung bewirkt, dass der Summenstrom in einer Hochimpedanzschaltung der Zwischenwandler-Sekundärleitun- gen mit Überstrom- oder Überspannrelais, gegebenenfalls mit einem vor-und/oder parallelge-
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schalteten Filternetzwerk erfasst wird, wobei das Ausgangssignal der Messrelais als Kriterium für das Vorliegen eines Sammelschienenerdschlusses verwendet wird, und dass die Zwischenwandler bei stromstarken Fehlern sättigen,
wobei die Sättigungs- spannung der Zwischenwandler klein im Vergleich zu der Sättigungsspannung der Hauptwand- ler ist.
In vorteilhafter Weise ist auf der Sekundärseite jedes Zwischenwandlers ein Abgleichwiderstand zur Korrektur der verschiedenen Wandlerkreis-Zeitkonstanten vorgesehen.
In vorteilhafter Weise werden ferner Einrichtungen zur Erfassung der Nullspannung und/oder des Nullspannungsanstieges und/oder des überlast- oder kurzschlussfreien Anlagenbetriebs eingebaut, deren Signale, gegebenenfalls zeitverzögert, zur Verriegelung des Ausgangssignals verwendet werden.
Das Besondere an der Einrichtung ist, dass bei kurzschlussfreiem Betrieb der elektrischen Anlage die stromschwachen Erdschlüsse durch die Hochimpedanzschaltung mit grosser Empfindlichkeit erfasst werden und gleichzeitig die Nachteile des Hochimpedanzprinzips, nämlich die Rückwirkung auf allfällige bestehende Schutzeinrichtungen, vermieden werden.
Die vorgeschlagene Schaltung hat ausserdem folgende Vorteile gegenüber den bekannten Einrichtungen :
1. Durch Phasen-Spaltung entstehende Nullströme heben sich auf, da der Schutz nur die
Summe aller Ströme verarbeitet.
2. Durch den Abgleich wirken sich verschiedene Wandlercharakteristiken bei aussenliegenden
Fehlern nicht als Summenstrom aus.
3. Strom-Oberwellen werden durch die steigende Reaktanz der Wandler-Hauptinduktivitäten verstärkt bewertet.
4. Wenn statt des Stabilisierwiderstandes ein Kondensator oder ein Filter verwendet wird, sind die Strom-Oberwellen frequenzselektiv auswertbar.
5. Eine Sättigung der Hauptwandler bei stromstarken oder stark verlagerten Kurzschluss- strömen führt zu keiner Auslösung, da im ersten Fall die Überstromblockierung wirk- sam wird und im zweiten Fall das Verzögerungsglied im Messrelais eine Messung während der Verlagerungszeit ausblendet.
6. Es wird das gesamte Summenstromsignal verarbeitet.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können der Beschreibung entnommen werden.
In Fig. 1 und 2 bedeuten :
1 Zwischenwandler mit Anzapfungen und definiertem Sättigungsverhalten
2 Überspannungsrelais
3 Abschlussnetzwerk (z. B. Abschlusswiderstand)
4 Stabilisierwiderstand
5 Filternetzwerk (z. B. Serienkondensator)
6 Überstromrelais
7 Abgleichwiderstand
8 Ha-uptstromwandler
9 Bestehende Schutzeinrichtungen, z. B.
Leitungsschutz
10 Trennernachbild
11 Verriegelungskontakt (Überstromüberwachung)
12 Verriegelungskontakt (Nullspannungsüberwachung)
13 Verriegelungskontakt (Nullspannungssprungüberwachung)
14 Leistungsschalter
15 Sammelschiene 1
16 Sammelschiene 2
17 Sammelschienenabgang 1
18 Sammelschienenabgang 2
19 Summenstrom Sammelschiene 1
20 Summenstrom Sammelschiene 2
21 Nullstrom eines Abzweiges
22 Ausgangssignal
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In der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und 2 besteht der Messkreis im wesentlichen aus einer Parallelschaltung der Zwischenwandler --1--, wobei das nach dem Prinzip des Hochimpedanzschutzes auftretende Differenzsignal von einem geeigneten Messrelais - -2, 6-- überwacht wird.
Dieses Relais ist ein Überspannungsrelais --2-- mit oder ohne ein parallelgeschaltetes Abschlussnetzwerk (z. B. ein Widerstand)-3-.
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--6-- mitden.
Um die verschiedenen Wandlerkenndaten abzugleichen, sind feingestufte Übersetzungsanpassungen der Zwischenwandler-l-für den Amplitudenabgleich und ein Abgleichwiderstand --7-pro Wandler im Messkreis vorgesehen, mit dem sich die verschiedenen Wandlerkreiszeitkonstanten korrigieren lassen, indem ein Phasenwinkelabgleich erfolgt.
Damit die bereits bestehenden Schutzeinrichtungen bei stromstarken Fehlern einwandfrei arbeiten, sind die Zwischenwandler --1-- als Sättigungswandler ausgelegt, deren Sättigungsspannung nur einen kleinen Anteil der Sättigungsspannung der Hauptstromwandler --8-- beträgt.
Dadurch bleibt auch bei stromstarken Fehlern der Sekundärstrom der Hauptwandler --8-- ein eingeprägter Strom und die Funktion der bestehenden Schutzeinrichtungen --9-- praktisch unbeeinfluss.
Bei Mehrfachsammelschienen werden die Sekundärkreise der Zwischenwandler durch ein Trennernachbild --10-- umgeschaltet. Das gleiche gilt für die schienenselektive Durchschaltung des Ausgangssignals.
Ferner ist eine Verriegelung des Ausgangssignals mit folgenden Kriterien vorgesehen :
Alle Abgangswandler führen zulässige Ströme, d. h. kein Abgang hat Überstrom oder Überlast (Verriegelungskontakt
Es liegt ein einpoliger Fehler vor, d. h. Nullspannung muss anstehen (Verriegelungskontakt - -12--).
Die Nullspannung hat kurz vor dem Ansprechen des Hauptmesskriteriums (Summenstrom) eine Zunahme erfahren (Verriegelungskontakt --13--).
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur selektiven Erfassung von Erdschlüssen, die auf Sammelschienenteilen einer Schaltanlage, die aus mindestens einer Abgangs- bzw. Kupplungsstromwandlergruppe besteht, auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass im Nullstrompfad (21) jeder Abgangs- und/oder Kupplungsstromwandlergruppe (8) ein
Zwischenwandler (1) eingebaut ist, der verschiedene Hauptwandlerübersetzungen für den angeschlossenen Messkreis ausgleicht und eine galvanische Trennung bewirkt, dass der Summenstrom (19, 20) in einer Hochimpedanzschaltung der Zwischenwandler-Se- kundärleitungen mit Überstrom- (6) oder Überspannungsrelais (2), gegebenenfalls mit einem vor-und/oder parallelgeschalteten Filternetzwerk (3, 4, 5) erfasst wird, wobei das Ausgangssignal (22) der Messrelais (2, 6)
als Kriterium für das Vorliegen eines
Sammelschienenerdschlusses verwendet wird,
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der Hauptwandler (8) ist.