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.
Device for selective overcurrent protection of electrical power supply units. In the case of heavily meshed, multi-sided electrical networks, the voltage drop is known to be used to limit the fault location, along with other means, because the voltage drop at the short-circuit point is always a maximum, or the voltage is a minimum, and because it is higher in the other network parts Voltages occur which, among other things, depend on the distance between the relevant network and the short-circuit point.
Special time relays are used, which are intended to cause certain delays on the triggering devices depending on the local voltage.
To ensure that only the faulty part of the network is switched off in the event of a fault in the system, these voltage-dependent timing relays must be designed with the most appropriate voltage-time characteristics possible, so that the tripping times of neighboring switches in all short-circuit cases have the minimum time graduation necessary for a safe selective effect exhibit.
The voltage-dependent time relays known up to now mostly have the disadvantage that, especially with the largest short-circuit currents, they result in significantly longer switch-off times than is necessary for the selective effect, whereby the damage caused by the short-circuit current can be inadmissibly increased. This fact is due not least to the fact that the voltage drop relays mentioned already have a certain expiry time at zero voltage, which increases with every percent of increasing local voltage.
The aim of the invention is generally to reduce the switch-off times of the switches to a minimum in all short-circuit cases while maintaining selectivity.
This purpose is achieved in that in the event of a short circuit, voltage regulators (e.g. induction regulators) automatically come into operation, and regulate the voltage in relay circuits branched off from the network, so that the switch-off times of the relays are influenced in the above-mentioned sense, as follows using one Embodiment should be explained:
EMI0002.0001
In <SEP> Fig. <SEP> 1 mean <SEP>
<tb> S. <SEP> R. <SEP> = <SEP> Voltage regulator <SEP> (for the <SEP> example
<tb> induction regulator);
<tb> A. <SEP> V. <SEP> = <SEP> Drive device <SEP> for <SEP> S. <SEP> R.
<tb> (for the <SEP> example <SEP> motor);
<tb> .E. <SEP> K. <SEP> = <SEP> Electromagnetic <SEP> coupling <SEP> closed
<tb> A. <SEP> V .;
<tb> <I> r. <SEP> f <SEP>. </I> <SEP> = <SEP> return spring <SEP> to <SEP> <I> S. <SEP> R .; </I>
<tb> <I> Wed. <SEP> Sp. </I> <SEP> = <SEP> Minimum voltage relay <SEP>;
<tb> M. <SEP> = <SEP> Maximum current relay <SEP> (currently active);
<tb> <I> Sp. </I> <SEP> W. <SEP> = <SEP> voltage converter;
<tb> <I> St. <SEP> W </I> <SEP> = <SEP> current transformer;
<tb> S. <SEP> = <SEP> switch <SEP> with <SEP> remote release;
<tb> In <SEP> Fig. <SEP> 2 <SEP> and <SEP> 2b mean <SEP>
<tb> L. <SEP> = <SEP> Transmission line <SEP> (single-pole <SEP> shown;
<tb> <I> A-0 <SEP> = </I> <SEP> three <SEP> switching stations <SEP> by <SEP> <I> L </I> <SEP> (The <SEP> distances <SEP> between <SEP> the <SEP> stations
<tb> correspond to <SEP> the <SEP> line impedances);
<tb> 81-56 <SEP> = <SEP> six <SEP> switches <SEP> with <SEP> remote release;
<tb> x. <SEP> = <SEP> short circuit location;
<tb> <I> Sp. </I> <SEP> = <SEP> Feeding point <SEP> in <SEP> C <SEP> (one <SEP> or <SEP> several
<tb> generators <SEP> or <SEP> transformers);
<tb> <T. <SEP> = <SEP> short-circuit current;
<tb> eA-e, <SEP> = local <SEP> voltages <SEP> in <SEP> the <SEP> stations <SEP> AC <SEP> in the <SEP> moment <SEP> of the <SEP> short circuit <SEP> (voltage <SEP> at the <SEP> short-circuit location <SEP> <I> Ex <SEP> = <SEP> 0 </I> <SEP> assumed);
<tb> l <SEP> o <SEP> = <SEP> voltage drop line <SEP> with <SEP> short circuit <SEP> (constant <SEP> impedance <SEP> pro
<tb> km <SEP> line <SEP> required);
<tb> e <SEP> o <SEP> = <SEP> Set <SEP> separation voltage <SEP> of
<tb> Minimum voltage relay <SEP>;
<tb> <I> 1l- </I> <SEP> 12 <SEP> - <SEP> connecting lines <SEP> of the <SEP> lowered
<tb> local <SEP> voltages <SEP> after <SEP> the
<tb> times <SEP> t1 <SEP> or <SEP> t2;
<tb> <I> ia <SEP> - <SEP> o <SEP> - <SEP> A </I> <SEP> = <SEP> to <SEP> = angular amount <SEP> in <SEP> degrees,
<tb> the <SEP> the <SEP> induction regulator <SEP> in the <SEP> present <SEP> embodiment <SEP> in
<tb> of the <SEP> station <SEP> A <SEP> must cover <SEP>,
<tb> to <SEP> the <SEP> secondary <SEP> voltage <SEP> there
<tb> is downregulated to <SEP> e <SEP> o <SEP> <SEP> is <SEP> or <SEP> the <SEP> switch-off time <SEP> of the
<tb> Minimum voltage relay <SEP> in <SEP> A; <I> n- </I> oB <I>=<B>11</B> </I> = same for station <I> B; </I> noC <I> = </I> 12 = ditto for station C.
The mode of operation of the device described is as follows: Assuming that the maximum relays 11T in all three stations respond at the moment of the short circuit, then the associated voltage regulators start to turn at the same time, and because the regulators are tuned for the same angular speed in stations A - C the secondary tensions are gradually and evenly downregulated in percentage terms, i.e. in the sense of lines <B> 11,
</B> then 12 etc. of Fig. 211. From Fig. 2a it is now clear that it takes longer until the local voltage has been downregulated to a certain amount the further this station is from the short-circuit location, because the local short-circuit voltages increase proportionally with the distance from the short-circuit location according to the voltage drop line lo.
The tripping times of the 31i resulting in stations <I> A, B, </I> C. B. Relays are shown in Fig. 211 as angles yr-o-A, rz-o-B and n-o-C and are determined as follows:
The radii of the three circular arcs correspond to the unregulated, local short-circuit voltages eA, e $ and e, with the smallest operational short-circuit current (i.e. when the smallest number of generators or transformers are in operation in the supply cell C).
In the present example it was also assumed that the secondary voltage of the induction voltage regulator with a gear ratio of 1: 1 is proportional to the cos. 9 of the angle of rotation t of the rotor relative to the stator decreases. It is therefore readily apparent that the voltage regulator in C has to rotate by the angle ra-oC and the one in <I> B </I> by the angle noB until the local voltage in question has been reduced, for example, to the release voltage eo is.
The tripping voltage eo is now deliberately chosen to be greater than the local voltage in A so that the closest switch in A triggers immediately, and eo is chosen to be just large enough that, at the assumed angular speed of the controller, the desired minimum time graduation between the tripping times of the stations <I> A </I> and <I> B </I> comes out. In this example, a rotation time of the controls of three seconds <B> (900 </B> rotation) and one. assumed minimal graduation between <I> A </I> and <I> B </I> of one second corresponding to an angle of <B> 300 </B>, from which the intersection point B on the arc e $, and from this the release voltage eo is determined.
After the vertical tripping voltage line has been drawn through the aforementioned intersection point B, the intersection point C results on the arc ec, the line connecting with the center o together with the horizontal defines the angle n-o-C, which represents the cut-off time 'in C. This results in the trigger times and graduations of the same indicated in FIG. 2b.
The drive of the voltage regulator is expediently arranged in such a way that the angular speed can be changed, which allows the disconnection times to be conveniently set depending on the network conditions so that the required minimum time graduations come out in all short-circuit cases.
In Fig. 1, only one set of apparatus has been shown for the sake of simplicity. With regard to so-called "company short circuits", where different phases flash over at different locations or even on different lines, it is advisable to equip each phase with its own set of protective devices. Common voltage regulators per phase can also be used for several lines connected to the same busbar, and the necessary switching devices must be provided if more than one busbar system is present.
In order to complete the protection in FIG. 1, directional relays must still be used which only release the switch for tripping when the short-circuit current flows away from the busbar via the switch. These relays are advantageously connected to the unregulated secondary voltage.
For the sake of simplicity, these relays have also been omitted from FIG.
Of course, other types of voltage regulators than the induction regulators shown in FIG. 1 can be used with different regulating characteristics. In particular, the regularity of the regulation can also be changed by special devices such as, for example, by means of ultra-concentric gears, etc. It is also possible to choose a different type of drive for the S. controller than the motor drive indicated in Fig. 1, for example an electromagnetic ratchet or clockwork etc.
It is also possible to use the invention in conjunction with other types of relays, the tripping characteristics of which are a function of the local voltage in the event of a short circuit, for example with the voltage drop relay mentioned at the beginning, or with the impedance moment and momentum relays recently introduced in practice Impedance time relays, the tripping characteristic of which is a function of their distance from the short-circuit location.
If the invention is used with so-called impedance moment relays, the latter are converted into selectively acting time relays, similar to the minimum voltage relays of FIG. 1, while when using the invention with voltage drop and impedance time relays, the time characteristics of the latter are so can be flattened so that the switch-off times are reduced as far as possible while maintaining the selective effect.