Schaltungsanordnung für Erdschlussschutzrelais. Die bekannten Schaltungsanordnungen von Erdschlussschutzrelais sind insofern ver besserungsbedürftig, als zwei in gewissem Masse einander entgegenstehende Forderungen erfüllt werden müssen. Einerseits will man den Fehler- oder Erdschlussstrom, der das Relais betätigt, bei einer Störung im Schutz bereich von vornherein möglichst gering halten, anderseits muss aber eine genügende Emp findlichkeit vorhanden sein, um einen aus reichenden Schutz zu gewährleisten.
Besonders bei Maschinen, die einen Null punkt besitzen, ist es nicht ohne weiteres möglich, Teile der Wicklung um den Null punkt herum und diesen selbst in den Schutz mit einzubeziehen. Dies liegt daran, dass die Erdschlussspannung, das heisst die Spannung des über Erde kurzgeschlossenen Wicklungs teiles, bei einer Störung in der geschützten Maschine um so geringer wird, je näher der Erdschluss dem Nullpunkt liegt.
Bekannt ist auch, dass wattmetrische Erdschlussrelais eine sehr starke Abhängigkeit von der Erdschluss- spännung zeigen, weil mit der Spannung sich auch der Erdschlussstrom verringert, das heisst die dem Relais zugeführte Leistung, auch Nullpunktsleistung genannt, quadratisch von der Spannung abhängig ist. Ausserdem wird der Wirkungsgrad im Relais selbst mit der Spannung geringer.
Infolgedessen hat man bereits vorgeschla gen, vor die Spannungsspule eines Erdschluss- relais ständig einen spannungsabhängigen Vorschaltwiderstand mit positivem Tempe raturkoeffizienten zu schalten. Ein solcher Vorschaltwiderstand, der insbesondere aus den bekannten Eisendrahtlampen besteht, hat die Wirkung, dass trotz starker Schwankun gen der Erdschlussspannung die wirksame Spannung am Relais selbsttätig in weiten Grenzen gleichbleibend gehalten wird.
Die Erfindung beschreitet einen grund sätzlich andern Weg, um. das gleiche Ziel zu erreichen. Dies geschieht durch von der Höhe der Nullpunktsleistung abhängige Schaltvorrichtungen, welche die den Empfind- lichkeitsbereich bestimmenden Widerstände stufenweise verändern.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Erfindung dargestellt. In Abb. 1 sind RST-Drehstrom-Sammelschienen, von denen ein gegen Erdschluss geschützter Ab zweig 11 wegführt. In dem Abzweig 11 liegt in bekannter Schaltung der Stromwandler satz 12, der die Stromspule 6 eines watt metrischen Erdschlussrelais 10 speist. Von den Sammelschienen RST zweigt noch ein Erdschluss-Prüfwandler 13 ab.
Der Wandler 13 besitzt auf einem vierten - Kern eine Wicklung 14, die bei jedem Erdschluss im Netz der Spannungsspule 7 des Erdschluss- relais 10 die Erdschlussspannung zuführt. 15 ist ein Stufenrelais, das die Empfindlich keitsgrenze des Relais 10 verschiebt. Die Wicklung 3 des Stufenrelais 15 ist an die Erdschlussspannung zum Beispiel an die Wicklung 14 des Wandlers 13 angeschlossen.
Steigt diese Spannung über ein gewisses Mass, zum Beispiel 40 % der Phasenspannung, so wird der um den Punkt 4 drehbare Anker 16 entgegen der Kraft einer Feder 5 in die gezeichnete Lage gezogen. Dies hat zur Folge, dass die Kontakte 1 geöffnet und das Kontaktpaar 2 geschlossen wird. Dadurch wird der vorher kurzgeschlossene Vorschalt- widerstand 8 vor die Spannungsspule 7 ge schaltet und gleichzeitig der Parallelwider stand 9 parallel zur Stromspule 6 gelegt.
Die Vorschaltimpedanz 8 möge so aus gelegt sein, dass sie den 1,5 fachen Ohm wert der Spannungsspule 7 des Erdschluss- relais 10 bei der normalen Periodenzahl des Drehstromsystems besitzt. Der Parallel widerstand 9 soll die Hälfte der Impedanz der Stromspule 6 des Erdschlussrelais 10 haben. Aus Abb. 4 ist dann die Ansprech- charakteristik des Erdschlussrelais 10 in Zusammenarbeit mit dem Stufenrelais 15 züi ersehen.
Auf der Abszissenachse ist die Erdschlussspannung in Prozent der Phasen spannung angegeben, während auf der Ordi- natenachse diejenigen Ströme bezw. Strom komponenten in bestimmter Phasenlage zur Spannung verzeichnet sind, die dem Relais 10 von den Stromwandlern geliefert werden bezw. zugeführt werden müssen, um es zum Ansprechen zu bringen. Der vollausgezogene Teil der Kurve rx, der von 40 bis 100 % der höchsten Erdschlussspannungreicht, bezeichnet die Mindestströme, die in diesem Bereich der Rolaiswicklung 6 zugeführt werden müssen.
An der Spannungsspule 7 des Erdschluss- relais 10 treten dabei Spannungen auf, die 40 bis 100'/o der Nennspannung der Spule 7, das beisst der höchsten Erdschlussspannung betragen. Da bei 40% der höchsten Erd- schlussspannung die Umschaltung durch das Stufenrelais 15 erfolgen soll,
gibt bei Erd- schlüssen mit Spannungen unter 40% die Kurve b die Mindestansprechströme an, wo- bei wiederum nur Spannungen bis 100% der Nennspannung am Erdschlussrelais 10 auf treten.
Die Kurven c und d geben die Ströme wieder, die der Wicklung 6 des Erdschluss- relais 10 von den Stromwandlern zugeführt werden, und zwar c bei geschlossenem, d bei geöffnetem Widerstand 9. Bei 40 % der Erd- schlussspannung springt die Charakteristik von der Kurve d auf die Kurve c.
Bei einer Anordnung ohne Stufenrelais 15 würde im Schnittpunkt f der Kurven cc und c die Empfindlichkeitsgrenze des Erdschlussrelais, also bei 36%, erreicht sein. Infolge des Sprunges der Charakteristik bei 40% gibt aber der Schnittpunkt g die Empfindlichkeits grenze an,
die jetzt erst bei 130o der Erd- schlussspannung erreicht wird.
Die Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungs form der Erfindung, bei der ein Erdungs- widerstand 18 an den Nullpunkt des ge schützten Generators 17 und ein Erdungs- widerstand 21 an einen künstlichen durch den Transformator 20 hergestellten Null punkt angeschlossen sind. Parallel zum Wi- derstande 21 liegt der Einphasenspannungs- wandler 22, der die Erdschlussspannung liefert. 19 ist ein Stromwandler, der zwischen dem Nullpunkt der Maschine 17 und Erde einge schaltet ist und der die Wicklung 3 des Stufenrelais 15 erregt.
Der Stromwandler 19 wird von einem von der Erdschlussspannung abhängigen Strom durchflossen, bewirkt also indirekt die Stufenschaltung dadurch, dass ein Teilstrom des Erdschluss.-tromes ausge nutzt wird. Die Anordnung eines parallelen Widerstandes ist der Einfachheit halber aus der Abb. 2 fortgelassen, obwohl naturgemäss nicht im Wege steht, einen solchen ähnlich wie bei Abb. 1 anzuordnen.
In Abb. 3 ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Empfindlichkeit des Erdschluss- relais 10 in mehreren Stufen geändert wird, und zwar ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Schutz eines Transformators 2324 dar gestellt, dessen Nullpunkt über den Strom wandler 33 über den Widerstand 34 geerdet ist. Die Erdschlussspannung wird durch den Wandler 36 geliefert. Das Stufenrelais 35 besitzt zwei Spulen 25, 26, welche von der Erdschlussspannung bezw. dem Erdschluss- strom erregt werden.
Bei einer verhältnis mässig kleinen Nullpunktsleistung sind die Kontakte 27 und 29 geöffnet, der Kontakt 28 jedoch geschlossen. Infolgedessen ist der Wiederstand 30 vor die Spannungsspule 7 des Erdschlussrelais 10 geschaltet. Bei stei gender Nullpunktsleistung werden die Kon takte 28 geöffnet, so dass auch der Wider stand 31 vor die Spannungsspule geschaltet wird. Bei noch weiteransteigender Erdschluss- spannung wird noch der Kontakt 29 ge schlossen und infolgedessen die Impedanz 9 parallel zur Stromspule 6 gelegt.
Zweckmässig wird das Stufenrelais so eingestellt, dass die Empfindlichkeit des Erd- schlussrelais dann am stärksten herabgesetzt wird, wenn der Erdschluss mit beispielsweise mehr als 90% stattfindet,
das heisst die letzte Stufe etwa bei 90% der höchsten Erdsehlussspannung eingeschaltet werden soll.
Die Vorschalt- bezw. Parallelschaltimpedanzen des Erdschlussrelais werden hierbei zweck mässig so bemessen, dass das Erdschlussrelais nur einen kleinen Teil der Erdschlussspannung des Erdschlussstromes oder Nullpunktsleistung erhält. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass das Ausschalten des Relais durch Falsch ströme vermieden wird.
Unter Falschströmen sind solche Ströme verstanden, welche durch unvermeidbare Ungenauigkeiten der Wandler in den Stromspulen der Relais zustande kommen und welche unter Umständen eine un beabsichtigte Auslösung veranlassen können. Dies wird mit um so grösserer Wahrschein lichkeit vermieden, je geringer die -tmpfind- lichkeit der Relais ist.
Bei Erdseblüssen in Freileitungen und Kabeln, die erfahrungs gemäss am häufigsten vorkommen und mit annähernd voller Phasenspannung erfolgen, so dass jedes Erdschlussrelais des Netzes eine solche Spannung erhält, besitzen die Mehrzahl der Erdschlussrelais, die nicht ab schalten sollen, eine unnötig grosse Empfind lichkeit gegenüber diesen Falschströmen.
Wenn der Erdschluss im Schutzbereich statt findet, so muss die Empfindlichkeitsgrenze des der Erdschlussstelle nächst gelegenen und daher zur Auslösung bestimmten Relais ge rade so weit überschritten werden, dass die Auslösung oder die diesem Relais 10 über tragenen Aufgaben mit Sicherheit trotz Vor handensein von Falschströmen ausgeführt werden, während die entfernteren Relais, welche an sich nur einen Bruchteil des Erd- schlussstromes führen, gar nicht oder jeden falls später auslösen als das nächst gelegene Relais.
Die beschriebenen Stufenrelais be sitzen keine Verzögerung, jedenfalls sprechen sie stets früher an als das davon in dem geschilderten Sinne abhängige Er dschluss- relais 10.
Es ist ohne weiteres verständlich, dass das Stufenrelais die Herabsetzung der Span nung am Erdschlussrelais im Falle des Erd- schlusses bei Überschreitung einer gewissen Grenze für mehrere Erdschlussrelais gemein sam vornehmen kann. Die Spannungsspulen 7 von Erdschlussrelais 10 liegen bekanntlich häufig parallel. Das Stufenrelais braucht also nur gemeinsame Vorschaltimpedanzen vor den Spannungsspulen kurzzuschliessen bezw. einzuschalten.
Die zur Veränderung des Empfindlichkeits bereiches verwendeten Schalteinrichtungen entsprechen etwa denjenigen, die bei Mess- instrumenten zur Änderung des Messbereiches vorgesehen werden. Die Widerstände, die von den Schalteinrichtungen gesteuert werden, sind so bemessen, dass bei jedem zwischen der niedrigsten Erdschlussspannung liegenden Wert des Relais bei innern Erdschlüssen des geschützten Teiles gerade so empfindlich ist, dass es sicher anspricht.