Einrichtung für den selektiven Überstromschutz elektrischer Netzteile. Bei stark vermaschten, mehrseitig ge- spiesenen elektrischen Netzen wird zur Ein grenzung der Fehlerstelle nebst andern Mitteln bekanntlich auch der Spannungsabfall benützt, weil an der Kurzschlussstelle der Spannungsabfall stets ein Maximum, be ziehungsweise die Spannung ein Minimum beträgt, und weil in den übrigen Netzteilen höhere Spannungen auftreten, welche unter andern vom Abstand des betreffenden Netz teils von der Kurzschlussstelle abhängen.
Dabei verwendet man besondere Zeitrelais, welche je nach der örtlichen Spannung bestimmte Verzögerungen an Auslöseorganen bewirken sollen.
Damit bei Fehlern in der Anlage nur der fehlerhafte Teil des Netzes abgeschaltet wird, müssen diese spannungsabhängigen Zeitrelais mit einer möglichst zweckmässigen Spannungszeit-Charakteristik ausgeführt wer den, derart, dass die Auslösezeiten benach barter Schalter in allen Kurzschlussfällen die für eine sichere Selektivwirkung not wendige minimale Zeitstaffelung aufweisen.
Die bis jetzt bekannten spannungsab hängigen Zeitrelais haben nun meist den Nachteil, dass sie gerade bei den grössten Kurzschlussströmen bedeutend grössere Ab schaltzeiten ergeben, als für die Selektiv wirkung notwendig ist, wodurch der Schaden, welcher durch den Kurzschlussstrom entsteht, unzulässig vergrössert werden kann. Dieser Umstand rührt nicht zuletzt davon her, dass die erwähnten Spannungsabfallrelais schon bei Nullspannung eine gewisse Ablaufzeit besitzen, welche sich mit jedem Prozent zunehmender örtlicher Spannung erhöht.
Die Erfindung bezweckt allgemein, unter Wahrung der Selektivität die Abschaltzeiten der Schalter in allen Kurzschlussfällen möglichst auf ein Minimum zu reduzieren.
Dieser Zweck wird dadurch erreicht, dass im Kurzschlussfalle Spannnungsregler (zum Beispiel Induktionsregler) selbsttätig in Funktion treten, Lind die Spannung in von dem Netz abgezweigten Relaistromkreisen herabregulieren, so dass die Abschaltzeiten der Relais im oben erwähnten Sinne beein flusst werden, wie nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels erklärt werden soll:
EMI0002.0001
In <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> bedeuten
<tb> S. <SEP> R. <SEP> = <SEP> Spannungsregler <SEP> (zum <SEP> Beispiel
<tb> Induktionsregler);
<tb> A. <SEP> V. <SEP> = <SEP> Antriebsvorrichtung <SEP> zum <SEP> S. <SEP> R.
<tb> (zum <SEP> Beispiel <SEP> Motor);
<tb> .E. <SEP> K. <SEP> = <SEP> Elektromagnetische <SEP> Kupplung <SEP> zu
<tb> A. <SEP> V.;
<tb> <I>r. <SEP> f <SEP> .</I> <SEP> = <SEP> Rückauffeder <SEP> zum <SEP> <I>S. <SEP> R.;</I>
<tb> <I>Mi. <SEP> Sp.</I> <SEP> = <SEP> Minimalspannungsrelais <SEP> ;
<tb> M. <SEP> = <SEP> Maximalstromrelais <SEP> (momentan wirkend);
<tb> <I>Sp.</I> <SEP> W. <SEP> = <SEP> Spannungswandler;
<tb> <I>St. <SEP> W</I> <SEP> = <SEP> Stromwandler;
<tb> S. <SEP> = <SEP> Schalter <SEP> mit <SEP> Fernauslösung;
<tb> In <SEP> Fig. <SEP> 2 <SEP> und <SEP> 2b <SEP> bedeuten
<tb> L. <SEP> = <SEP> Übertragungsleitung <SEP> (einpolig <SEP> dar gestellt;
<tb> <I>A-0 <SEP> =</I> <SEP> drei <SEP> Schaltstationen <SEP> von <SEP> <I>L</I> <SEP> (Die <SEP> Ab stände <SEP> zwischen <SEP> den <SEP> Stationen
<tb> entsprechen <SEP> den <SEP> Leitungsimpe danzen);
<tb> 81-56 <SEP> = <SEP> sechs <SEP> Schalter <SEP> mit <SEP> Fernauslösung;
<tb> x. <SEP> = <SEP> Kurzschlussort;
<tb> <I>Sp.</I> <SEP> = <SEP> Speisestelle <SEP> in <SEP> C <SEP> (ein <SEP> oder <SEP> mehrere
<tb> Generatoren <SEP> oder <SEP> Transforma toren);
<tb> < T. <SEP> = <SEP> Kurzschlussstrom;
<tb> eA-e, <SEP> =örtliche <SEP> Spannungen <SEP> in <SEP> den <SEP> Sta tionen <SEP> A-C <SEP> im <SEP> Moment <SEP> des <SEP> Kurz schlusses <SEP> (Spannung <SEP> am <SEP> Kurz schlussort <SEP> <I>Ex <SEP> = <SEP> 0</I> <SEP> angenommen);
<tb> l <SEP> o <SEP> = <SEP> Spannungsabfallinie <SEP> bei <SEP> Kurz achluss <SEP> (Konstante <SEP> Impedanz <SEP> pro
<tb> km <SEP> Leitung <SEP> vorausgesetzt);
<tb> e <SEP> o <SEP> = <SEP> Eingestellte <SEP> Ablösespannung <SEP> der
<tb> Minimalepannungsrelais <SEP> ;
<tb> <I>1l-</I> <SEP> 12 <SEP> - <SEP> Verbindungslinien <SEP> der <SEP> abgesenkten
<tb> örtlichen <SEP> Spannungen <SEP> nach <SEP> den
<tb> Zeiten <SEP> t1 <SEP> beziehungsweise <SEP> t2;
<tb> <I>ia <SEP> - <SEP> o <SEP> - <SEP> A</I> <SEP> = <SEP> to <SEP> =Winkelbetrag <SEP> in <SEP> Grad,
<tb> den <SEP> der <SEP> Induktionsregler <SEP> im <SEP> vor liegenden <SEP> Ausführungsbeispiel <SEP> in
<tb> der <SEP> Station <SEP> A <SEP> zurücklegen <SEP> muss,
<tb> bis <SEP> die <SEP> sekundäre <SEP> Spannung <SEP> dort
<tb> auf <SEP> e <SEP> o <SEP> herabreguliert <SEP> ist, <SEP> bezie hungsweise <SEP> die <SEP> Abschaltzeit <SEP> des
<tb> Minimalspannungsrelais <SEP> in <SEP> A; <I>n-</I> o-B <I>=<B>11</B></I> = dito für Station<I>B;</I> n-o-C <I>=</I> 12 = dito für Station C.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist nun folgende: Angenommen, es sprechen im Moment des Kurzschlusses die Maximalrelais 11T in sämtliehen drei Stationen an, dann fangen die zugehörigen Spannungs regler gleiehzeitig an sich zu drehen, und weil die Regler für gleiche Winkelgeschwindig keit abgestimmt sind, werden in den Stationen A--C die sekundären Spannungen sukzessive prozentual gleichmässig herabreguliert,das heisst im Sinne der Linien<B>11,
</B> dann 12 etc. der Fig. 211. Aus der Fig. 2a geht nun deutlich hervor, dass es umso länger geht, bis die örtliche Spannung auf einen bestimmten Betrag herabreguliert worden ist, je weiter diese Station vom Kurzschlussort entfernt ist, weil die örtlichen Kurzschlussspannungen entsprechend der Spannungsabfallinie l o pro portional mit der Entfernung vom Kurz schlussort zunehmen.
Die in den Stationen<I>A, B,</I> C sich ergebenden Auslösezeiten der 31i. B. Relais sind in Fig. 211 als Winkel yr-o-A, rz-o-B und n-o-C dargestellt und werden wie folgt bestimmt:
Die Radien der drei Kreisbogen entsprechen den unregulierten, örtliehen Kurzschlussspan- nungen eA, e$ und e, bei kleinstem betriebs mässig auftretenden Kurzschlut>strom, (das heisst wenn in der Speisezelle C die kleinste Anzahl von Generatoren oder Transforma toren im Betrieb sind).
Im vorliegenden Bei spiel wurde ferner angenommen, dass die sekun däre Spannung der mit dem Übersetzungs verhältnis 1:1 ausgeführten Induktionsspan nungsregler proportional mit dem cos. 9 des Verdrehungswinkels t des Rotors gegenüber dem Stator abnimmt. Es ist deshalb ohne weiteres ersichtlich, dass der Spannungsregler in C sich um den Winkel ra-o-C und der jenige in<I>B</I> um den Winkel n-o-B drehen muss, bis die betreffende örtliche Spannung beispielsweise auf die Auslösespannung e o herabreguliert worden ist.
Die Auslösespannung e o wird nun absicht lich grösser gewählt als die örtliche Spannung in A, damit der nächstliegende Schalter in A sofort auslöst, und zwar wird e o gerade so gross gewählt, dass bei der angenommenen Winkelgeschwindigkeit der Regler die gewünschte minimale Zeitstaffelung zwischen den Auslösezeiten der Stationen<I>A</I> und<I>B</I> herauskommt. Im vorliegenden Beispiel wurde eine Rotationszeit der Regler von drei Sekunden<B>(900</B> Drehung) und eine. mini male Staffelung zwischen<I>A</I> und<I>B</I> von einer Sekunde entsprechend einem Winkel von <B>300</B> angenommen, woraus sich der Schnitt punkt B auf dem Bogen e$, und hieraus die Auslösespannung e o bestimmt.
Nachdem die vertikale Auslösespannungslinie durch den erwähnten Schnittpunkt B gezogen ist, ergibt sich der Schnittpunkt C auf dem Bogen ec, dessen Verbindungslinie mit dem Zentrum o zusammen mit der Horizontalen den Winkel n-o-C bestimmt, welcher die Abschaltzeit 'in C representiert. Es ergeben sich somit die in der Fig.2b angegebenen Auslösezeiten und Staffelungen derselben.
Der Antrieb der Spannungsregler wird zweckmässig so angeordnet, dass die Winkel geschwindigkeit verändert werden kann, wo durch die Möglichkeit gegeben ist, die Abschaltzeiten je nach den Netzverhätnissen bequem so einzustellen, dass die erforderlichen minimalen Zeitstaffelungen in allen Kurz schlussfällen herauskommen.
In Fig. 1 wurde der Einfachheit halber nur ein Satz Apparatur dargestellt. Mit Rücksicht auf sogenannte "Gesellschafts- kurzschlüsse", wo verschiedene Phasen an verschiedenen, Orten, oder sogar auf ver schiedenen Leitungen überschlagen, rüstet man zweckmässig jede Phase mit einem eigenen Satz Schutzapparate aus. Es können dabei auch gemeinsame Spannungsregler pro Phase für mehrere an die gleiche Sammel schiene angeschlossene Leitungen verwendet werden, und es sind dabei die notwendigen Umschaltvorrichtungen vorzusehen, wenn mehr als ein Sammelschienensystem vor handen ist.
Um den Schutz in Fig. 1 komplett zu machen, müssen noch Richtungsrelais ver- wendet werden, welche den Schalter nur dann für die Auslösung frei geben, wenn der Kurzschlussstrom von der Sammelschiene her über den Schalter weg fliesst. Diese Relais werden mit Vorteil an die urregulierte Sekundärspannung angeschlossen.
Der Einfachheit halber wurden auch diese Relais aus der Fig. 1 weggelassen.
Es können natürlich auch andere Arten von Spannungsreglern als die in Fig. 1 dar gestellten Induktionsregler mit anderer Reguliercharakteristik verwendet werden. Insbesondere kann auch die Gesetzmässigkeit der Regulierung durch besondere Vorrich tungen, wie zum Beispiel mittelst urkonzen- trischen Zahnrädern ete., verändert werden. Ebenso ist es möglich, für die S.-Regler eine andere Antriebsart zu wählen als den in Fig. 1 angedeuteten Motorantrieb, zum Bei spiel eine elektromagnetische Rätsche oder Uhrwerk etc.
Es ist ferner möglich, die Erfindung auch in Verbindung mit andern Relaistypen, deren Auslösecharakteristik eine Funktion der örtlichen Spannung im Kurzschlussfalle ist, anzuwenden, .zum Beispiel mit den ein gangs erwähnten Spannungsabfallrelais, oder mit den kürzlich in der Praxis eingeführten Impedanz-Moment- und Impedanz-Zeitrelais, deren Auslösecharakteristik eine Funktion ihrer Entfernung vom Kurzschlussorte ist.
Wenn die Erfindung mit sogenannten Impe- danz-Momentrelais verwendet wird, so werden letztere, ähnlich wie die Minimalspannungs- relais der Fig. 1 in selektivwirkende Zeit relais umgewandelt, während bei Verwendung der Erfindung mit Spannungsabfall- und Impedanz-Zeitrelais die Zeitcharakteristik der letzteren so abgeflacht werden kann, dass bei gleichzeitiger Wahrung der Selektiv wirkung die Abschaltzeiten nach Möglichkeit reduziert werden.