Schutzvorrichtung für einseitig gespeiste Leitungen, durch welche im Doppelerdschluss- falle die Abschaltung des von dem ltraftwerk am weitesten entfernt liegenden Erd- schluss behafteten Leitungsabschnittes herbeigeführt wird.
Die bekannten Einrichtungen, die dazu dienen sollen, bei Auftreten eines Kurz schlusses nur die fehlerhafte Leitungsstrecke abzuschalten, arbeiten gewöhnlich nicht ein wandfrei, wenn der Kurzschluss durch einen Doppelerdschluss entstanden ist; denn in die sem Falle können die beiden Erdschlussstel- len in verschiedenen Leitungsstrecken ziem lich weit voneinander entfernt liegen, ein Fall, für den die Kurzschlussrelais, insbeson dere die bekannten Distanzrelais, gewöhn lich nicht .eingerichtet sind.
Aufgabe der Er findung ist es daher, auch einen Doppelerd- schluss so abzuschalten, dass nicht mehr Lei tungsstrecken als notwendig stromlos wer den.
Die Schutzschaltung gemäss der Erfin dung dient zum Schutz einseitig gespeister Leitungen, und zwar wird durch sie im Dop- pelerds.chlussfalle die Abschaltung des von dem Kraftwerk am weitesten entfernt liegen den erdschlussbehafteten Abschnittes herbei geführt. Zu dem Zweck ist erfindungs gemäss ein vom Summenstrom aller Phasen leiter und von der Nullpunktspannung be- einflusstes wattmetrisches Erdschlussrelais vorgesehen, das aber nur bei Auftreten eines Dopp.elerdschlusses ansprechen kann.
Lässt man es zum Beispiel nur dann an laufen, wenn der Strom in irgendeiner Phase über dem normalen Betriebsstrom liegt, so kann es bei einfachem Erdschluss im all- .gemeinen nicht ansprechen, weil der bei ein fachem Erdschluss auftretende Strom nur dem Ladestrom der Leitung entspricht und in seiner Stromstärke begrenzt ist. Auch bei Kurzs@chluss führt es nicht zur Abschaltung, da bei Kurzschluss weder ein Summenstrom, noch eine Nullpunktspannung vorhanden ist und es ohne diese nicht wirksam wird.
Han- Belt es :sich um besonders ausgedehnte Netze, bei denen der kapazitive Erdschlussstrom auch bei einfachem Erdschluss schon über der normalen Betriebsstromstärke liegt, so wer den die Auslöseeinrichtungen zweckmässig so eingestellt, dass das. Relais erst bei einem Strom anlaufen kann, der über .diesem kapa- zitiven Erdschlussstrom liegt. Es stehen aber auch noch andere Mittel zur Verfügung, um die dem Relais zugedachte Wirkung auf Dop- pelerdschluss zu beschränken.
Solche, über das ganze Netz verteilten Doppelerdschlussrelais kann man nun mit einer derart abhängigen Auslöst-zeit ausbil den, dass nur dasjenige Relais eine Abschal tung herbeiführt, das einer der beiden Fehlerstellen, insbesondere der von der Stromquelle am weitesten entfernten Fehler stelle, benachbart ist.
Das Ausführungsbeispiel eines Relais ge mäss der Erfindung isst in Abb. 1 schematisch dargestellt. Der bewegliche Teil des Relais besteht aus einer Ferrarisscheibe 1, die unter einer Federkraft 2 steht, aber entgegen die ser Federkraft durch den Strommagneten 3 und den Spannungsmagneten 4 in der Rich tung des eingezeichneten Pfeils gedreht wer den kann. Der Strommagnet 3 ist an die beiden Sternpunkte der drei Stromwandler 5, 6, 7 angeschlossen, die in den Phasenlei tungen $, S, T liegen.
Der Spannungsmagnet 4. wird von der Spannungsdifferenz zwischen ,dem Nullpunkt des Netzes und der Erde ge speist. Zu diesem Zweck sind die drei Pri märwicklungen 8, 9, 10 eines Spannungs- wandlers auf der einen Seite an die Drei phasenleitungen gelegt und auf der andern Seite zu einem Sternpunkt zusammenge schlossen, der durch die Leitung Il mit der Erde verbunden ist. Die Sekundärwicklungen 12, 13, 14 sind in Reihe geschaltet und spei sen den Spannungsmagneten 4.
Die Ferrarisscheibe 1 ist bei normalem. Zustande des Netzes durch eine Klinke 15 verriegelt, gegen die eine Nase 16 der Ferra- risscheibe stösst. Die Klinke 15 kann aber durch einen Magneten 17 zurückgezogen werden, der durch die Stromquelle 18 erregt wird, sobald einer der Kontakte 19 geschlos sen wird. Diese Kontakte können von, den Magneten 20 geschlossen werden, die an den Sekundärwicklungen 5, 6, 7 des Stromwand lers liegen.
Sobald die Ferrarisscheibe 1 .etwa eine Vierteldrehung in der Pfeilrichtung zurück gelegt hat, stösst ihr Arm 21 gegen einen Kontakt 22, durch den,der Erregerstromkreis der Auslösespule 23 geschlossen wird. Der von ,der Batterie 24 gelieferte Erregerstrom kann. auch durch ein Kurzschlussrelais 25 ge schlossen werden, das nur angedeutet ist und in irgendeiner bekannten Weise ausgebildet und geschaltet werden kann.
Der von diesem Relais geschlossene Erregerstromkreis führt aber über einen Kontakt 26, der durch den Arm 21 in der Ruhestellung der Ferraris- scheibe 1 geschlossen gehalten, jedoch unter brochen wird, ,sobald die Ferrarisscheibe 1 anläuft. Die Ferrarisscheibe 1 steht unter der Wirkung eines Bremsmagnetes 27.
Das Relais arbeitet folgendermassen: Wenn ein Doppelerdschluss auftritt, so führt mindestens eine der Phasenleitungen R, S oder T Überstrom. Infolgedessen wird einer der Kontakte 19 geschlossen, und der .da durch erregte Magnet 17 zieht die Klinke 15 zurück. Die Ferrarisscheibe beginnt ihre Drehung in der Pfeilrichtung jedoch nur dann, wenn das durch die Triebmagneten 3 und; 4 erzeugte Drehmoment die Kraft der Feder 2 überwindet.
Bei allen denjenigen Relais, die zwischen den beiden Erdschluss- stellen liegen, ist die Summe der von den Phasenleitungen R,<B>8</B> und T geführten Ströme nicht mehr gleich Null, da ein star ker Fehlerstrom zwischen den beiden Fehler stellen durch die Erde fliesst.
Der im Strom magneten 3 fliessende Summenstrom, der die sem Fehlerstrom gleich ist, bildet den einen Triebfluss der Ferrarisscheibe. Ausserdem tritt bei dem nicht starr, sondern höchstens über Widerstände oder über Löschvorrich- tungen geerdeten Netz infolge der Ertl- schlüsse eine Spannung zwischen dem Null punkt der Phasenleitungen und der Erde auf, weil der Phasenleiter an der Erdschluss- stelle Erdpotential bekommt,
so dass also die zwischen dem Phasenleiter und dem Netznullpunkt herrschende Phasen spannung dann als Spannung zwischen Netz nullpunkt und Erde auftritt. Durch diese Nullpunktspannung wird der Spannungs magnet 4 ,erregt, der mit dem Strommagne tes 3 zusammen ein Drehmoment erzeugt. Die Spannung der Feder 2 ist .so bemessen, dass dieses Drehmoment ausreicht, um die Ferrarisscheibe zu bewegen. Sobald sie ihre Ruhelage verlassen hat, öffnet sich der Kon takt 26, und das Kurzschlussrelais 25 ist da mit ausser Tätigkeit gesetzt.
Nach etwa einer Viertelumdxehung stösst der Arm 21 an .den Kontakt 22, so dass der Auslösemagnet 23 von der Batterie 24 Strom erhält und die Schalter 28 öffnet.
Zwecks weiterer Erläuterung der Wir kungsweise soll eine längere Dreiphasenlei- tung betrachtet werden, wie .sie in Abb. 2 skizziert ist. Sie ist durch die eingebauten Ölschalter in einzelne Strecken unterteilt, und die Ölschalter können von den Doppel- erdschlussrelais <I>a, b, c, d, e, f, g</I> ausgelöst. werden. Es sei angenommen, dass die Phasen leitung S zwischen b und c einen Erdschluss I, die Phasenleitung<I>T</I> zwischen e und<I>f</I> einen Erdschluss II habe.
Das Spannungs dreieck nimmt dann zum Beispiel die in Abb. 3 dargestellte Gestalt an. Danach ist die Spannung zwischen den kranken Phasen leitungen 8 und T auf den Wert .ST zusam mengebrochen. An der Fehlerstelle I hat die Phase S Erdpotential, an der Fehlerstelle II die Phasenleitung T.
Die Nullpunktspan nungen an den Fehlerstellen sind daher die in Abb. 3 eingezeichneten Spannungen Es und ET. Ag den drei Relais c, d, e haben die Nullspannungen eine Phasenlage, die zwischen Es und ET liegt und in dem Dia gramm mit Z, Ed und i Ea bezeichnet ist.
Der durch die Erde fliessende Fehlerstrom hat ungefähr dieselbe Phase, wie die zwi schen den Phasenleitungen S und T vorhan dene Spannungsdifferenz, im Diagramm also die Phase ST. In bekannter Weise ist dafür gesorgt, dass der Phasenwinkel zwischen dem Spannungs- und dem Stromfluss in der Ferrarisscheibe wie bekanntlich für ein Fer- rariswattmeter notwendig ist, um<B>90'</B> gegen über dem zwischen Spannung und Strom verändert ist, sei es durch grosse Selbstinduk tion der Spannungsspule 4 oder durch irgend eine der bekannten Kunstschaltungen.
Um dies im Diagramm nach Abb. 3 zu berück sichtigen, ist die Phase des Fehlerstromes oder, was gleichbedeutend damit ist, die Phase des Summenstromes, durch die strich punktierte Linie 0U angedeutet, die senk recht auf ST steht. Das Diagramm zeigt, dass das Relais c sich in der einen Richtung drehen würde, die Relais d und e in der an dern Richtung. Da die Relais nur in einer Richtung laufen können, sei diese Richtung so gewählt, dass das Relais c in Ruhe bleibt, während d und e anlaufen.
Da die Phasen verschiebung der Nullspannung Ee gegen über der Stromphase 0U grösser ist als die der Nullspannung Ei, entwickelt das Relais e das grössere Drehmoment und somit die grössere Geschwindigkeit und schliesst in folgedessen seinen; Auslösekontakt 22 zuerst. Gleichzeitig mit dem Anlauf werden die Kurzschlussrelais ausser Tätigkeit gesetzt, so dassdiese nicht eine Auslösung der Schalter veranlassen können.
Die Doppelerdschluss- relais <I>a, b, f, g</I> treten nicht in Tätigkeit, da an den Stellen, wo sie eingebaut sind, kein Überstrom fliesst, so dass die Magnete 20 nicht erregt werden und die Halteklinken 15 nicht zurückgezogen werden.
Sobald das Relais e seinen Ölschalter aus gelöst hat, verschwindet der zwischen I und II durch die Erde fliessende Fehlerstrom, und das Relais d wird infolgedessen von der Feder 2 in die Ruhelage zurückgeführt. Es besteht nur noch ein einfacher Erdschluss I, der durch die Löscheinrichtungen gelöscht werden kann. Da das von der Stromquelle K am weitesten entfernte Relais e zur Aus lösung ,der Schalter geführt hat, sind nicht mehr Leitungsstrecken stromlos geworden als zur Beseitigung des Doppelerdschlusses un bedingt notwendig war.
Wenn :die Leitung nicht von links, sondern. vom rechten Ende her mit Energie beliefert wird, so hat der Summenstrom zwischen den Fehlerstellen I und II die umgekehrte Richtung; in .diesem Falle bleiben die Relais d und e stehen und nur das Relais c läuft und schaltet seinen 0lschalter aus. Auch hierbei werden nicht mehr Strecken stromlos als unbedingt erfor derlich ist.
Damit die Relais nur bei Doppelerd- achluss anlaufen können, sind die Magnete 20 so bemessen, dass sie ihre Kontakte 19 nur dann schliessen, wenn in einer der Pha- senleitungen Überstrom fliesst, denn zwischen den beiden Erdschlussstellen führt nur eine Leitung .Überstrom.
In den seltenen Fällen, wo der kapazitive E.rdschlussstrom grösser werden kann als der normale Betriebsstrom, müssen die Magnete 20 entsprechend unemp findlicher gemacht werden, so dass sie nur an sprechen, wenn der Strom grösser als der kapazitive Erdschlussstrom ist. Auf- diese Weise wird verhindert, dass irgendein Dop- pelerdschlussrelais bei einfachem Erd.schluss anspricht, und dass die ausserhalb der Fehler stellen I und II liegenden Erdschlussrelais! a, <I>b, f,</I> g anlaufen können.
Es lassen sich aber noch andere Schaltungen anwenden, um das gleiche Ziel zu erreichen. Man kann zum Bei spiel die Anregung der Doppelerdschluss- relais auch davon abhängig machen, dass die Spannung zwischen zwei Phasen unter ein bestimmtes Mass gesunken ist. Zu dem Zweck können Spannungsabfallrelais, die von der verketteten Spannung erregt werden, in ähn licher Weise wie die Überstromrelais 20 An regekontakte in einem Stromkreis zur Ent- riegelung des Relais steuern.
Auch kann man eine weitere Sperrung für die Ferrarisscheibe vorsehen, die dann zur Wirkung kommt, -wenn Überstrom in mehr als einer Phase auf tritt. Wenn in zwei Phasenleitern Überstrom fliesst,-.so ist dies ein Zeichen dafür, dass ent weder .ein Kurzschluss vorliegt, also kein Doppelerdschluss, oder dass bei Doppelerd- schluss der betreffende Relaisort, an wel chem zwei Phasenleiter Überstrom füh ren," nicht zwischen, sondern ausserhalb der beiden Erdschlussstellen liegt.
Durch die Verriegelung wird die Gefahr beseitigt, dass die Stromwandler-Summenschaltung bei den auftretenden hohen Leitungsströmen im Sekundärkreis infolge Überschreitung der zulässigen Wandlerstromstärken fälschlicher weise einen Strom über die Stromspule des Erdschlussrelais schickt, der dieses zum An sprechen bringen könnte.
Protective device for lines fed on one side, by means of which, in the event of a double earth fault, the section of the line which is furthest away from the power plant is disconnected.
The known devices, which are intended to only switch off the faulty line when a short circuit occurs, usually do not work properly if the short circuit is caused by a double earth fault; because in this case the two earth faults in different line sections can be quite far apart, a case for which the short-circuit relays, in particular the known distance relays, are usually not set up.
It is therefore the task of the invention to also switch off a double earth fault in such a way that no more line sections than necessary are de-energized.
The protective circuit according to the invention serves to protect lines that are fed from one side, and in fact it causes the section that is farthest to the earth fault to be shut down in the double-leakage trap. For this purpose, according to the invention, a wattmetric earth fault relay is provided which is influenced by the total current of all phase conductors and the neutral point voltage, but which can only respond when a double earth fault occurs.
For example, if it is only allowed to start when the current is above the normal operating current in any phase, it generally cannot respond in the event of a single earth fault, because the current that occurs in the case of a single earth fault only corresponds to the charging current of the line and is limited in its amperage. Even in the event of a short circuit, it does not lead to disconnection, since in the event of a short circuit there is neither a total current nor a neutral point voltage and it is not effective without this.
Han-Belt it: in the case of particularly extensive networks in which the capacitive earth fault current is already above the normal operating current even with a simple earth fault, the tripping devices are appropriately set so that the relay can only start when the current exceeds. this capacitive earth fault current. However, other means are also available to limit the effect of the relay to double earth faults.
Such double earth-fault relays distributed over the entire network can now be designed with such a dependent tripping time that only that relay causes a switch-off that is adjacent to one of the two fault locations, in particular the fault farthest away from the power source.
The embodiment of a relay according to the invention is shown schematically in FIG. The moving part of the relay consists of a Ferraris disc 1, which is under a spring force 2, but against the water spring force by the current magnet 3 and the voltage magnet 4 in the direction of the arrow shown who can be rotated. The current magnet 3 is connected to the two star points of the three current transformers 5, 6, 7, the lines in the phases $, S, T are.
The voltage magnet 4. is fed by the voltage difference between, the zero point of the network and the earth. For this purpose, the three primary windings 8, 9, 10 of a voltage converter are placed on the one hand to the three phase lines and on the other side joined together to form a star point that is connected to earth by the line II. The secondary windings 12, 13, 14 are connected in series and feed the voltage magnet 4.
The Ferrari disk 1 is normal. The state of the network is locked by a pawl 15 against which a nose 16 of the ferrule disc strikes. The pawl 15 can, however, be withdrawn by a magnet 17 which is excited by the power source 18 as soon as one of the contacts 19 is closed. These contacts can be closed by the magnets 20, which are on the secondary windings 5, 6, 7 of the Stromwand lers.
As soon as the Ferrari disk 1 has made about a quarter turn in the direction of the arrow, its arm 21 strikes a contact 22 through which the excitation circuit of the release coil 23 is closed. The excitation current supplied by the battery 24 can. also be closed ge by a short-circuit relay 25, which is only hinted at and can be designed and switched in any known manner.
The excitation circuit closed by this relay, however, leads via a contact 26 which is kept closed by the arm 21 in the rest position of the Ferrari disk 1, but is interrupted as soon as the Ferrari disk 1 starts up. The Ferrari disk 1 is under the action of a brake magnet 27.
The relay works as follows: If a double earth fault occurs, at least one of the phase lines R, S or T is overcurrent. As a result, one of the contacts 19 is closed, and the .da excited magnet 17 pulls the pawl 15 back. The Ferrari disk begins its rotation in the direction of the arrow only when this is caused by the drive magnets 3 and; 4 torque generated overcomes the force of spring 2.
In all those relays that are between the two earth faults, the sum of the currents carried by the phase lines R, 8 and T is no longer zero, since there is a strong fault current between the two faults flows through the earth.
The total current flowing in the current magnet 3, which is equal to this fault current, forms the one driving flow of the Ferrari disk. In addition, a voltage between the neutral point of the phase lines and the earth occurs in the network that is not rigidly earthed, but at most via resistors or extinguishing devices, because the phase conductor receives earth potential at the earth fault,
so that the phase voltage between the phase conductor and the network zero point then appears as a voltage between the network zero point and earth. Through this zero point voltage, the voltage magnet 4 is excited, which generates a torque together with the Strommagne tes 3. The tension of the spring 2 is dimensioned such that this torque is sufficient to move the Ferrari disk. As soon as it has left its rest position, the contact opens 26, and the short-circuit relay 25 is put out of action.
After about a quarter turn, the arm 21 hits the contact 22 so that the release magnet 23 receives power from the battery 24 and opens the switch 28.
For the purpose of further explanation of the mode of operation, a longer three-phase line should be considered, as shown in Fig. 2. It is divided into individual sections by the built-in oil switches, and the oil switches can be triggered by the double earth fault relays <I> a, b, c, d, e, f, g </I>. will. It is assumed that the phase line S between b and c has a ground fault I, the phase line <I> T </I> between e and <I> f </I> has a ground fault II.
The voltage triangle then takes on the shape shown in Fig. 3, for example. Then the voltage between the diseased phase lines 8 and T has collapsed to the value .ST. Phase S has ground potential at fault location I, and phase line T at fault location II.
The zero point voltages at the fault locations are therefore the voltages Es and ET shown in Fig. 3. Ag the three relays c, d, e, the zero voltages have a phase position that lies between Es and ET and is designated in the diagram with Z, Ed and i Ea.
The fault current flowing through the earth has approximately the same phase as the voltage difference between the phase lines S and T, i.e. phase ST in the diagram. In a known way, it is ensured that the phase angle between the voltage and the current flow in the Ferrari disk is necessary, as is well known for a ferric wattmeter, to be changed by <B> 90 '</B> compared to that between voltage and current, be it through large self-induction of the voltage coil 4 or through any of the known art circuits.
In order to take this into account in the diagram according to Fig. 3, the phase of the fault current or, which is synonymous with it, the phase of the total current, is indicated by the dash-dotted line 0U, which is perpendicular to ST. The diagram shows that relay c would rotate in one direction, relays d and e in the other. Since the relays can only run in one direction, this direction is chosen so that the relay c remains at rest while d and e start.
Since the phase shift of the zero voltage Ee compared to the current phase 0U is greater than that of the zero voltage Ei, the relay e develops the greater torque and thus the greater speed and consequently closes its; Trip contact 22 first. At the same time as the start-up, the short-circuit relays are deactivated so that they cannot trigger the switches.
The double earth fault relays <I> a, b, f, g </I> do not come into operation, since no overcurrent flows at the points where they are installed, so that the magnets 20 are not excited and the holding pawls 15 are not be withdrawn.
As soon as the relay e has released its oil switch, the fault current flowing through the earth between I and II disappears, and the relay d is consequently returned to the rest position by the spring 2. There is only a simple earth fault I that can be extinguished by the extinguishing equipment. Since the relay e furthest away from the power source K triggered the switch, no more line sections have become de-energized than was absolutely necessary to eliminate the double earth fault.
If: the line not from the left, but. is supplied with energy from the right end, the total current between faults I and II has the opposite direction; In this case, the relays d and e stop and only the relay c runs and switches off its oil switch. In this case, too, no more sections are de-energized than is absolutely necessary.
So that the relays can only start when there is a double earth fault, the magnets 20 are dimensioned in such a way that they only close their contacts 19 when overcurrent flows in one of the phase lines, because only one overcurrent leads between the two earth faults.
In the rare cases where the capacitive ground fault current can be greater than the normal operating current, the magnets 20 must be made correspondingly less sensitive so that they only respond when the current is greater than the capacitive ground fault current. In this way it is prevented that any double earth fault relay responds to a single earth fault and that the earth fault relays I and II outside the faults! a, <I> b, f, </I> g.
However, other circuits can be used to achieve the same goal. For example, the activation of the double earth-fault relay can also be made dependent on the voltage between two phases falling below a certain level. For this purpose, voltage drop relays that are excited by the line-to-line voltage can control energizing contacts in a circuit for unlocking the relay in a manner similar to the overcurrent relays 20.
It is also possible to provide a further block for the Ferraris disk, which then comes into effect if overcurrent occurs in more than one phase. If overcurrent flows in two phase conductors -. This is a sign that there is either a short circuit, i.e. no double earth fault, or that, in the case of a double earth fault, the relevant relay location at which two phase conductors carry overcurrent, "not between , but lies outside the two earth fault points.
The interlock eliminates the risk that the current transformer summation circuit incorrectly sends a current through the current coil of the earth fault relay when the high line currents occur in the secondary circuit due to the permissible transformer currents being exceeded, which could cause it to respond.