Schutzeinrichtung für elektrische Netze. Zum Überwachen von Streckenteilen elek trischer Netze ist es bekannt, an den beiden Enden von dem Auftreten eines Fehler symptomes abhängige Anregerelais sowie Zeitrelais anzuordnen, die die Auslösung steuern.
Als Anregerelais werden im allge meinen Überstrom-, Unterspannungs- oder Unterimpedanzrelais vorgesehen, die beim Auftreten eines Fehlers das Zeitrelais in Gang setzen, wenn gleichzeitig ein in den Anlageteil hineingerichteter Energiefluss vor handen ist. Die Zeitrelais können überstrom- oder widerstandsabhängig sein.
Sind nun an den beiden Streckenenden verschiedene Bedingungen für das Zeitrelais vorhanden, zum Beispiel verschiedene Ströme oder verschiedene Fehlerentfernung, so wür den diese Relais nicht zu gleicher Zeit ab schalten. Man verwendet nun im Distanz schutz häufig Relais mit stufenförmiger Kennlinie und einer Eilzeit. Diese bewirkt bis zu einer bestimmten Fehlerentfernung Abschaltung mit ider :geringstmöglichen Zeit verzögerung.
Um nun auch das andere @Strek- kenende im Fehlerfall so schnell wie möglich abzuschalten und somit die Fehlerstelle völ lig spannungslos zu machen, verwendet man Hilfseinrichtungen, die in bestimmten Fäl len einen Auslöseimpuls von einer Station an die andere übertragen und somit auch dort eine Schnellauslösung herbeiführen.
Verwendet man nun bei einer derarti gen Einrichtung eine Ruhestromschaltung, dann ist es möglich, das Vorhandensein des Ruhestromes und damit den Zustand der Schutzeinrichtung zu überwachen. Es be steht dann allerdings die Gefahr, dass beim Ausbleiben des Ruhestromes infolge eines Fehlers in der Schutzeinrichtung selbst beim späteren Auftreten eines Kurzschlusses au sserhalb der zu überwachenden Leitungs strecke eine Fehlauslösung herbeigeführt wird.
Um dies zu vermeiden, wird nach der Erfindung der Auslöseimpuls zwar von dem Ausbleiben eines Ruhestromes abhängig ge macht; sein Ausbleiben wird jedoch nach einer zur Betätigung der Schutzeinrichtung erforderlichen Zeit wirkungslos gemacht.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemä ssen Einrichtung soll anhand des Ausfüh rungsbeispiels in der Zeichnung erläutert werden. In dieser ist schematisch eine zu sehützende Leitungsstrecke mit den Statio nen X. Y und Z aufgetragen; ausserdem sind die zu den Stationen gehörigen Schalter ein gezeichnet. Über der Strecke sind gestrichelt Auslösekennlinien von Schutzrelais aufge tragen, wobei die Fehlerentfernung nach rechts und die Auslösezeit nach oben zu nimmt. Entsprechende Kennlinien sind auch von den Stationen aus nach links aufzutra gen, der Übersichtlichkeit halber aber in der Zeichnung fortgelassen.
Tritt beispielsweise bei M ein Fehler auf, so wird der diesen Fehler speisende Schalter in der Station Y, da die Fehlerentfernung gering ist, unverzögert abgeschaltet. Der Schalter in der Station X würde aber ent sprechend der eingezeichneten Relaiskenn- linie erst mit der zweiten Zeitstufe den Feh ler abschalten. Es wird daher von Y nach X ein Auslöseimpuls übertragen, der die sofor tige Öffnung auch des Schalters in der Sta tion X bewirkt.
Um bei einer Unterbrechung der Hilfs leitung auch im Fehlerfalle eine sofortige Abschaltung zu erhalten, verwendet man eine Ruhestromsehaltung für die Übertragung des Auslöseimpulses, das heisst beim Ausbleiben des Ruhestromes wird die Auslösung vorbe reitet. Es ist nun möglich, dass ein innerer Fehler in der Chertragungseinrichtung, also eine Störung des Hilfsleiters oder der Hilfs relais eintritt. Dies ist im Normalfall ohne Einwirkung auf die Abschaltung, da hierzu noch Anregebedingungen für die Schutz relais erforderlich sind.
Tritt aber nach einer Unterbrechung des Ruhestromes infolge eines innern Fehlers der Übertragungseinrichtung ausserdem ein Fehler ausserhalb des über wachten Anlageteils auf, beispielsweise bei N, so sind in X Anregebedingungen und ebenfalls eine Energierichtung vorhanden, die das Vorhandensein eines Fehlers möglich erscheinen lässt. Das Zeitrelais würde aber beim Ausbleiben des Ruhestromes überbrückt sein, so dass der Schalter in X abgeschaltet würde, obwohl der Fehler im übernäehsten Streckenteil vorhanden ist.
Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäss das Ausblei ben eines Ruhestromes, d. h. die Über brückung des Zeitrelais nach einer gewissen Zeit, die erfahrungsgemäss zur Betätigung der Schutzeinrichtung der gestörten Leitungs strecke ausreicht, wieder wirkungslos gemacht.
Im obern Teil der Abbildung sind die Kontakte und teilweise auch die Relaisspu len der Hilfseinrichtung in einem schemati schen Schaltbild dargestellt. Mit an und (r sind die Kontakte von nicht gezeichneten Überstromanrege- und Richtungsrelais be zeichnet, die in Serie zu der Betätigungs spule Z eines Zeitrelais an der Ortsbatterie liegen. Parallel zu Z ist die Auslösespule A b des Schalters der zu schützenden Strecke, sowie die drei Kontakte z" z=, z3 des Zeit relais Z angeordnet.
Die Kontakte z1 und z. liegen dabei in Serie zu den Kontakten v1 und v2 von (nicht dargestellten) Impedanz stufenrelais. Die Kontakte v1 werden bei einem Fehler in der ersten Zone, d. h. unge fähr in 80 % des zu überwachenden Leitungs teils, geschlossen; die Kontakte v, bei einem Fehler in der zweiten Zone des Schutzbe reiches.
Wenn nun in einer Station, Y, ein Netz fehler, z. B. bei M, in der Grundzeit ausge löst wird, d. h. durch die geschlossenen Kon takte z1 und vx, dann soll gleichzeitig ein Impuls an die andere Station, X, gegeben werden, damit auch in dieser mit der Grund zeit der Schalter betätigt werden kann.
Um dies zu erreichen, ist parallel zu der Aus lösespule Ab ein Relais T geschaltet, dessen Kontakt tü entsprechend dem Stromkreis 11 in Serie mit einem von Hand zu betätigenden Kontakt Tb und dem normalerweise geschlos senen Kontakt s;ü eines Sicherheitsrelais S; (vergl. Stromkreis IV) und in Serie zu dem zugehörigen Senderelais S dieser Station Y liegt.
Dieses Relais betätigt einen Kontakt s,, (Stromkreis V), der das Gitter einer Sende röhre G überbrückt und damit den aus einem Kupplungstransformator K und einem Kon densator C bestehenden Teil eines Senders ausser Betrieb nimmt.
Das Relais S kann ferner durch einen von Hand betätigten Kontakt T,, willkür lich an Spannung gelegt werden.
Das Relais 81, das den in Serie zur Spule S liegenden Kontakt siII betätigt, liegt ent sprechend dem Stromkreis IV in Serie zu einem Kontakt adlV sowie zu einem Um schaltkontakt a3IV, so dass das Relais IJj nor malerweise von einem Ruhestrom durchflos sen wird.
Der Umschalter a3IV legt in seiner zweiten Stellung das Relais Si an einen aus einem Widerstand ZV und einem Serienkon densator CIV bestehenden Entladungskreis, der den Strom an dem Relais Si während einer Zeit aufrecht erhält, die länger ist als die zur Betätigung der Schutzeinrichtung erforderliche Zeit. Um diese Zeit noch zu verlängern, liegt auch während des Ent ladungsvorganges das Relais Si über einem Widerstand R an Spannung, dessen Ohm wert jedoch so hoch ist, dass der über ihn gehende Erregerstrom das Relais Si nicht zum Festhalten seiner Kontakte zu veran lassen vermag.
Die Kontakte alIV werden von einem nichtgezeichneten Alarmrelais gesteuert, das bei einem innern Fehler in der Schutzein richtung, und zwar an ihrem Einbauort, an spricht, also bei einem Fehler im Sender oder Empfänger, in den Röhren desselben oder dergl.
Zur Betätigung des Umschalters a3IV dient ein Relais A., das vom Empfänger E (Stromkreis VI) gesteuert wird, also dann anspricht, wenn der Empfänger unter dem Einfluss einer von dem Sender der Nachbar station ausgehenden Hochfrequenz in Tätig keit sich befindet. Parallel zu dem Relais A, ist ein kleiner Kondensator geschaltet, der den Zweck hat, den Übergang des Empfän gers auf Notstrombetrieb zu gestatten, ohne dass hierdurch das Relais entregt wird. Diese Umschaltung kann dann erforderlich wer den, wenn als normale Speisung ein an das Netz angeschlossener Spannungswandler mit Gleichrichter dient und nur zur Notversor gung eine Batterie eingebaut sein soll.
Beim Umschalten von dem einen Betrieb auf den andern darf dann das Relais A3 nicht zum Abfallen kommen, sondern es muss eine Ver zögerungszeit besitzen, die der zur Umschal tung erforderlichen Zeit entspricht. Das Re lais A3 steuert weiterhin. einen Kontakt a3I (Stromkreis I), der in Serie zu dem norma lerweise geschlossenen Kontakt sii parallel zu den Kontakten des Zeitrelais und der wider standsabhängigen Relais liegt.
Ausser einem nicht dargestellten Alarm zeichen, das beim Ansprechen des Relais Al gegeben wird, ist eine Signallampe L (Strom kreis III) vorgesehen, die über normaler weise geschlossene Kontakte alIII des Alarm relais und über normalerweise geöffnete Kontakte siIII des Sicherheitsrelais Ni an Spannung liegt.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende Bei einem Fehler im eigentlichen Schutz bereich, d. h. in dem Bereich, für den das Zeitrelais mit Grundzeit arbeitet, also bei spielsweise bei M, werden die Kontakte an und q der dem Fehler benachbarten und eventuell auch weitere Stationen geschlossen. Das zusätzliche Zeitrelais Z (z. B. der Sta tion Y links) wird erregt und schliesst mit Grundzeit seinen ersten Kontakt z1. Da in diesem Fall (Y links), also bei einem Fehler in der ersten Zone, auch der Kontakt v', des eigentlichen Überwachungsrelais geschlossen ist, wird die Auslösespule Ab erregt und der Schalter der Station Y mit Grundzeit aus gelöst.
Gleichzeitig wird aber auch das Re lais T erregt, das parallel zur Auslösespule liegt. Dieses Relais öffnet seinen Kontakt tII und entregt dadurch das Relais S. Dieses schliesst seinen Kontakt sV und unterbricht somit die Aussendung des Ruhestromes, bei spielsweise eines Hochfrequenzruhestromes, nach der Gegenstation X. In dieser Station ist die grundsätzliche gleiche Einrichtung enthalten.
Beim Ausbleiben des Ruhestromes wird daher in dieser Station der Empfänger E ausser Wirkung gesetzt und das Relais A3 entregt. Dadurch werden in der Schutzein richtung dieser Station die Kontakte a;,l ge schlossen, und wenn auch hier die Kontakte n und q geschlossen sind, die Auslösespule <I>Ab</I> erregt.
Durch das Ansprechen des Relais :1." d. h. durch Verschwinden seiner Erre gung, wird der Umschalter AJV umgelegt und das Relais Si entregt. Die Entregung er folgt jedoch über den Stromkreis W, CIV in einer solchen langen Zeit, dass die Kontakte sil so lange geschlossen bleiben, dass die Aus lösespule A b inzwischen betätigt werden konnte.
Bei einem Fehler ausserhalb des Schutz hereiches werden ebenfalls in der einen Sta tion die Kontakte<I>an</I> und<I>q</I> geschlossen. Die Kontakte r, bleiben jedoch geöffnet. Da durch werden die Kontakte v2 und später z, nur .dann geschlossen werden können, wenn nicht inzwischen eine andere Station (Y rechts) abgeschaltet hat und so die Schutz einrichtung der betrachteten Station X wie der in ihre Ausgangslage zurückgekehrt ist.
Es spielt hierbei keine Rolle, ob es sich um zweiseitige oder einseitige Speisung handelt.
Bei Annahme eines innern Defektas der Schiitzeinriohtung in der Station X, also beim Verschwinden der Anoden- oder Gitter spannung des Heizstromes, der Relaisspan nung, die -durch irgendwelche innern Fehler verursacht;
werden können, spricht das nicht dargestellte Alarmrelais an und öffnet seine Kontakte alIV. Das Sicherheitsrelais Ni wird dadurch sofort entregt und öffnet seinen Kontakt sil. so da.ss die Schutzeinrichtung für diesen Schalter in der Station X auch dann nicht auslösen kann, wenn nachträglich oder gleichzeitig Anregebedingungen, beispiele- weise durch einen Fehler bei V, auftreten.
Durch das Ansprechen des Alarmrelais wer den auch die Kontakte alIII geöffnet. Die Lampe L bleibt infolgedessen dunkel trotz des Schliessens der Kontakte silII. Das Tönen der Alarmvorrichtung ohne Aufleuchten der Lampe L lässt darauf schliessen, dass der Feh ler in der eigenen Station Y sich befindet.
Ferner werden aber auch die Kontakte sill geöffnet und dadurch das Relais S ent- regt. Die Kontakte s", werden geschlossen, so dass die Ruhestromsendung nach X unter brochen wird. In der Nachbarstation X wird daher das Relais A9 entregt und schliesst die Kontakte aJ. Dies bleibt jedoch ohne Bedeu tung, da die Kontakte an und q offen sind, sofern kein Netzfehler da ist.
Ferner werden die Kontakte ajIV umgelegt und dadurch das Relais Si mit entsprechender Verzögerung entregt. Die Kontakte sil in der Nachbarsta tion X werden infolgedessen geöffnet und die Kontakte silll geschlossen. Das Öffnen der Kontakte siI hat zur Folge, dass wenn nunmehr ein Netzfehler ausserhalb des ei gentlichen Schutzbereiches zwischen der Sta tion X und Y auftritt, trotz etwaigen Schlie ssens der Kontakte<I>an</I> und<I>q</I> in einer oder beiden Stationen keine Auslösung mit Grund zeit erfolgen kann.
Es wirken dann die nor malen Zeiten der Schutzeinrichtung. Ein Fehler bei N würde zum Beispiel von der Station X aus erst mit der dritten Stufe ab geschaltet werden, wenn weder die Schutz einrichtung der Station Z noch die in der Station Y inzwischen gearbeitet haben. Bei einem Fehler zwischen den Stationen X und Y, also beispielsweise bei M, löst Y über die Kontakte v, und z, mit kürzester Zeit aus. Ein Signal an der Gegenstation X wird aber, falls ein Fehler innerhalb der Sendeanlage vorhanden ist, nicht gegeben. Diese kann dann nur über ihre Kontakte v2 und z2, also mit der zweiten Zeitstufe; ihren Schalter zum Auslösen bringen.
Das Schliessen der Kon takte siIII in einer Station hat zur Folge, dass in dieser Station die Lampe L aufleuchtet und somit anzeigt, dass es sich um einen in- nern Fehler der Schutz- bezw. der Übertra gungseinrichtung handelt, der aber nicht in der betreffenden Station selbst liegt, sondern in der Gegenstation.
Bei einem Defekt im Übertragungskanal für den Ruhestrom wird in beiden Stationen das Relais A, entregt. Die Vorgänge sind in beiden Stationen die gleichen wie die zuvor betrachteten, welche in der einen Station auf treten bei einem innern Fehler in der Nach barstation.
Es ist also zu sehen, dass bei intakter Einrichtung ein Fehler in der ersten Zone der überwachten Leitung die Schutzeinrich tung mit Grundzeit betätigen lässt. Ein De fekt in dem Übertragungssystem zwischen den Schutzeinrichtungen der beiden mitein ander gekuppelten Stationen hat lediglich zur Folge, dass die zusätzliche Einrichtung, nicht jedoch die gesamte Schutzeinrichtung unwirksam wird. Die Schutzeinrichtung kann vielmehr dann mit der normalen Zeit aus lösen, d. h. ein Fehler bei M würde von Y aus unverzögert, und von X aus mit der zweiten Zeitstufe abgeschaltet werden. Eine Fehlauslösung wird jedoch nicht herbeige führt.
Nur in dem an sieh sehr unwahrschein- lichen Fall, dass ein Defekt innerhalb der Schutzeinrichtung und gleichzeitig ein Feh ler im Netz vorhanden ist, kann unter Um ständen ein Schalter zuviel ausgelöst wer werden. Ist zum Beispiel der Hilfsleiter zwischen X und Y unterbrochen oder aus einem andern Grunde die Ruhestromüber- tragung von Y nach X weggefallen und tritt im gleichen Moment ein Fehler bei N neu auf, so sind für eine bestimmte Zeit sowohl die Kontakte<I>an, q,</I> a3I geschlossen.
Eine Öffnung des Kontaktes sil öffnet vor aussetzungsgemäss erst nach einer zur Be tätigung der Schutzeinrichtung erforder lichen Zeit, d. h. in diesem Fall würde der rechts von X dargestellte Schalter gleichzei tig mit dem Schalter von 2 herausfallen. Durch die Einschaltung des Sicherheitsrelais 8i, das das Ausbleiben des Ruhestromes nach einer bestimmten kurzen Zeit unwirksam macht, ist nur für einen ganz kleinen Zeit raum überhaupt die Möglichkeit einer Fehl auslösung vorhanden.
Mit dem gleichzeitigen Auftreten eines innern Defektes der Schutz einrichtung und eines Fehlers im überwach ten Netz braucht jedoch nicht gerechnet zu werden, so dass die Einrichtung hinsichtlich der Vermeidung von Fehlauslösungen prak tisch allen Anforderungen genügt, wenn zu fällig ein Fehler in. einer andern Lei tungsstrecke Anregebedingungen vortäuschen sollte.
Die Kontakte Tb dienen dazu, willkürlich die Aussendung von Hochfrequenz zu unter brechen und damit die Nachbarstation zum Auslösen zu bringen. Die Kontakte T., ge statten, die Schutzeinrichtung in Betrieb zu nehmen, und können wahlweise entweder von Hand oder durch ein etwa vorhandenes Wiedereinschaltrelais betätigt werden. Durch die Erregung des Relais S werden nämlich die Kontakte s" geöffnet und die Sendung von Ruhestrom veranlasst. Das Relais As der Nachbarstation spricht infolgedessen an und öffnet seine Kontakte aal.
Gleichzeitig wird a3IV umgelegt, das Sicherheitsrelais Si er regt und damit die Kontakte sil geschlossen. Die Kontakte agI und sil werden also in einer solchen Reihenfolge betätigt, dass sie niemals gleichzeitig geschlossen sind, so dass also bei der Inbetriebnahme keine Fehlschaltung her beigeführt wird.
Ausserdem werden die Kontakte siIII ge öffnet und die Kontakte siII geschlossen. Das letztere hat zur Folge, dass das Senderelais der Nachbarstation erregt wird und seine Kontakte sv öffnet. Dadurch gelangen in der einen Station die Kontakte a.,1 und sil in die richtige Lage, wie zuvor beschrieben.