Schutzeinrichtung für elektrische Verteilnetze. Für die selektive Abschaltung von Kurz schlüssen in elektrischen Netzen stehen ver schiedene Mittel zur Verfügung. Radialnetze werden oft so geschützt, dass man die Aus lösezeiten und wenn möglich auch die An sprechströme der Relais so staffelt, dass Kurzschlüsse in entfernten Netzteilen keine Auslösung der der Kraftquelle benachbarten Schalter verursachen.
Bei Ringnetzen oder parallelen Leitungen müssen die Überstrom relais mit Energierichtungsrelais kombiniert werden, oder es kommen Differentialschutz oder Leistungsvergleich zur Anwendung. In v ermaschten Netzen wird der Distanzschutz mit Vorteil verwendet. Je nach der Art des Schutzsystems und des Fehlerorts wird die selektive Abschaltung eines Kurzschlusses eine gewisse Zeit erfordern, die unter Um ständen lang genug sein kann, um den Pa rallelbetrieb zwischen verschiedenen Strom erzeugern oder zwischen Stromerzeugern und Stromverbrauchern ernstlich zu gefährden.
Die Abschaltzeiten sind zwar beim Distanz schutz und Energievergleich am kleinsten, jedoch sind die Apparate teurer und kompli ziert und erfordern oft noch teuere Hilfs leitungen oder Hochfrequenzübertragungen. Aber selbst dann, wenn, was gar nicht immer der Fall ist, die Auslösung der Distanzrelais mit der Grundzeit erfolgt, so können doch die mit gewöhnlichen Überstromrelais erziel baren kurzen Zeiten nicht erreicht werden. Ein Auseinanderfallen verschiedener Netz gruppen und damit eine Ausweitung der Be triebsstörung ist immer noch möglich.
In jedem Falle bleiben aber die durch die Wir kung des Selektivschutzes abgetrennten Netz teile ausser Betrieb, bis die Schalter nach Verschwinden der Störung wieder eingelegt werden.
Es ist nun bekannt, die Dauer einer durch Schalterauslösung verursachten Betriebsstö rung dadurch zu vermindern, dass man den betreffenden Schalter mit einer selbsttätigen Wiedereinschaltvorrichtung versieht. Man macht sich dabei die Erfahrungstatsache zu Nutze, dass in Freileitungsnetzen 80 bis 90 aller gurzschlussursachen bei der Wegnahme der Spannung von selbst verschwinden.
Häufig werden nach dem ersten Wiederein- schaltversuch, sofern er erfolglos blieb, in Zeitabschnitten weitere Versuche gemacht, bis der betreffende Schalter schliesslich aus geschaltet bleibt, wenn der Kurzschluss wei terbesteht. Würde man alle Schalter in einem Netze mit solchen selbsttätigen Wiederein- schaltvorrichtungen versehen und gleichzeitig auf jeglichen Selektivschutz verzichten, so könnte man zwar durch die Wahl äusserst kurzer Auslöse- und Wiedereinschaltzeiten in 80 bis<B>90%</B> der Fälle jegliche Betriebs störung im ganzen Netze vermeiden.
Die Unterbrechung in der Energielieferung wäre so kurz, dass weder der synchrone Lauf der Synchronmaschine gestört, noch ein nennens werter Abfall der Drehzahl von Asynchron maschinen eintreten würde. In den restlichen 10 bis 20% der Fälle würde aber unter Um ständen nach verschiedenen erfolglosen Wie dereinschaltungen eine grössere Anzahl von Schaltern als notwendig ausgeschaltet blei ben, ohne dass Gewissheit darüber bestände, wo der Fehler liegt. Um solche schweren Betriebsstörungen zu vermeiden, würde man also demnach auf die selektive Abschaltung der Schalter nicht verzichten können.
Dies hat aber zur Folge, dass die Auslösung nicht mit der gewünschten Raschheit vor sich geht, so dass die Vorteile der unverzögerten selbst tätigen Wiedereinschaltung zum Teil ver loren gehen würden.
Die obigen Nachteile lassen sich ver meiden, wenn man die Vorteile der selektiven Auslösung mit den Vorzügen der unverzöger- ten selbsttätigen Auslösung und Wi.ederc#in- schaltung kombiniert.
Dies wird bei der Schutzeinrichtung für elektrische Verteil- netze gemäss vorliegender Erfindung dadurch erreicht, dass die Schalter mit selbsttäti gen Wiedereinschaltvorrichtungen ausgerüstet sind, die im Falle eines Überstromes oder Kurzschlusses eine sofortige, unverzögerte Auslösung und anschliessende Wiederein schaltung und im Bedarfsfalle weitere selek tiv verzögerte Auslösungen und Wiederein schaltungen bewirken.
Es ist auf diese Weise möglich, die bestehenden Selektivschutz- systeme zu verwenden, die also nur in Tätig keit treten, wenn die erste unv erzögerte Aus Einschaltung erfolglos war. Eine wichtige Eigenschaft dieses Schutzsystems ist es, dass nur diejenigen Schalter für selbsttätige Wie dereinschaltung eingerichtet zu werden brau chen, welche das Netz mit Energiequellen verbinden. Grössere Stromverbraucher, die bei Spannungsunterbruch generatorisch wir ken können, sind ebenfalls als Energiequellen zu betrachten.
Für die Auslösung der mit Wiederein- schaltvorrichtung versehenen Schalter kön nen zwei Relaissätze verwendet werden, von denen der erste die augenblickliche Aus lösung und der zweite die selektive Aus lösung bewirkt. Es ist aber auch möglich, für beide Wirkungen ein einziges Relais zu verwenden, sofern dasselbe mit einer An sprechstellung für augenblickliche Auslösung versehen ist. Im allgemeinen wird sieh ein einfaches Stromrelais für die augenblickliche Wirkung am besten eignen, obschon natür lich auch die Impedanz, Reaktanz oder die Spannung als Messorgan verwendbar ist.
Die selbsttätige Wiedereinschaltung kann davon abhängig gemacht werden, ob auf dem ein zuschaltenden Netzteil Gegenspannung vor handen und ob diese synchron und phasen gleich ist oder nicht. Man erreicht dies zum Beispiel dadurch, dass in den Anregekreis des Wiedereinschaltrelais ein an den zuzuschal tenden Netzteil angeschlossenes Spannungs- oder Phasenrelais eingeschaltet wird.
Wer den von mehreren mit selbsttätiger Wieder einschaltung ausgerüsteten Schalters alle bis auf einen mit einem solchen Zusatzrelais ver sehen, so kann zum Beispiel erreicht werden, dass vorerst nur dieser eine Schalter unver- zögert zuschaltet, die andern aber gesperrt bleiben, bis die volle Gegenspannung er scheint, was wiederum erst der Fall ist, wenn der die erste Schalterauslösung verursachende Kurzschluss verschwindet.
An die mit solchen Einrichtungen aus gerüsteten Schalter ist die Forderung zu stel len, dass sie vollständig selbsttätig arbeiten und dass bei willkürlicher Bedienung, z. B. mittelst Steuerschalter, keine selbsttätige Einschaltung erfolgen soll, ohne dass die Ein richtung vorher ausser Betrieb genommen werden müsste.
Die beiliegende Zeichnung zeigt schema tisch ein Ausführungsbeispiel des Erfin- clungsgegenstandes. b ist der Einschaltmotor (statt dessen könnte ein Einschaltmagnet vorgesehen sein). p ist der Einschaltsteuer magnet mit den Steuerkontakten z.
Bei Druckluftantrieben ist statt der Kontakte z ein Steuerventil und an Stelle der Antriebs vorrichtung b ein Druckluftzylinder vorhan den. d ist ein Endschalter, der in der Ein schaltstellung des Schalters öffnet und in der Ausschaltstellung wieder schliesst. a ist ein Hilfsschalter; der bei gechlossenem Schalter geschlossen und bei offenem Schalter offen ist. c ist die Auslösemagnetspule des Schalters. q ist ein Halterelais und r das Wiedereinschaltrelais mit zwei Wicklungen.
Das Relais r besitzt bei Erregung sofortigen Anzug und bei Entregung verzögerten Rück fall. h ist der Steuerschalter, dessen Kon takte 1 und 3 durch Drücken und dessen Kontakte 7 und 9 durch Drehen betätigt werden. g, ist ein die Schalterauslösung augenblicklich bewirkendes Relais, g ein Se lektivrelais.
Die Wirkungsweise der gezeigten Ein richtung ist folgende. Dabei ist angenom men, dass der Schalter eingeschaltet sei. So bald ein Kurzschluss eintritt, schliesst das Re lais g1 seine Kontakte. Dadurch werden gleichzeitig das Wiedereinschaltrelais r und der Auslösemagnet c erregt, und der Schalter löst aus. Die Verzögerungszeit des Relais r ist etwas länger als die eingestellte Ablauf zeit des Selektivrelais g; das Relais r bleibt also auch nach dem Öffnen des Hilfsschalters a angezogen.
Sobald der Schalter seine End- lage erreicht, schliesst der Endschalter d; der Einschaltsteuermagnet p erhält Spannung und schliesst den Einschaltkreis.
Gleichzeitig mit dem Magnet<I>p</I> wird auch das Relais<I>r</I> über seine zweite Wicklung wieder erregt und hält seinen Kontakt dauernd geschlos- sen. Der Eiuschaltsteuermagnet p besitzt noch zwei Hilfs-Schliesskontakte. Über den einen hält es sich selbst und über den andern erregt es das Halterelais q, das einerseits den Stromkreis des Wiedereinschaltrelais r zum Einschaltsteuermagnet p unterbricht, ander seits sich selber hält solange das Relais r angezogen bleibt.
Sobald der Schalter seine Einschaltlage erreicht, unterbricht der End- schalter d. Sofern der gurzschluss ver schwunden ist, bleibt der Schalter eingeschal tet. Sofern der Kurzschluss weiter besteht, spricht das Momentanrelais g1 sofort wieder an und schliesst seinen Kontakt. Wiederein- schaltrelais r, das seine Kontakte immer noch geschlossen hält, wird wieder erregt, der Stromkreis zum Auslösemagnet c ist aber durch den Öffnungskontakt des Halterelais q unterbrochen.
Eine Auslösung des Schal ters erfolgt erst nach Ablauf der Relaiszeit des Selektivrelais g. Wenn nun der Schalter seine Ausschaltlage erreicht, schliesst zwar der Endschalter d, aber der Stromkreis des Wiedereinschaltrelais r zum Einschaltsteuer magneten p ist durch das Halterelais q immer noch unterbrochen. Es findet also keine zweite unverzögerte selbsttätige Wiederein schaltung statt, und nach Ablauf der Ver zögerungszeit des Wiedereinschaltrelais r fällt auch das Halterelais q wieder zurück.
Weitere verzögerte Wiedereinschaltungen können in einfacher Weise erhalten werden, indem zum Beispiel durch das Selektivrelais g ein Zeitrelais in Gang gesetzt wird, das in einstellbaren Zeitabschnitten einen zum Kontakt des Relais r parallel geschalteten Kontakt schliesst und so die Wiedereinschal tungen bewirkt. Diesen verzögerten Wieder einschaltungen, sofern der Kurzschluss weiter besteht, folgen Auslösungen mit der Zeit einstellung des Selektivrelais g und keine unverzögerten selbsttätigen Wiedereinschal- tungen. Dasselbe tritt ein,
wenn der Schal ter mittelst Steuerschalter auf einen bestehen den Kurzschluss eingeschaltet wird. Beim willkürlichen Ausschalten mittelst Steuer schalter tritt ebenfalls keine selbsttätige Wiedereinschaltung ein.
Protective device for electrical distribution networks. Various means are available for the selective shutdown of short circuits in electrical networks. Radial networks are often protected in such a way that the tripping times and, if possible, the response currents of the relays are staggered in such a way that short-circuits in remote power supply units do not trigger the switches adjacent to the power source.
In ring networks or parallel lines, the overcurrent relays must be combined with energy direction relays, or differential protection or power comparison are used. Distance protection is used to advantage in meshed networks. Depending on the type of protection system and the fault location, the selective disconnection of a short circuit will require a certain amount of time, which may be long enough to seriously jeopardize parallel operation between different electricity generators or between electricity generators and electricity consumers.
The switch-off times are the smallest for distance protection and energy comparison, but the devices are more expensive and complicated and often require expensive auxiliary lines or high-frequency transmissions. But even if, which is not always the case, the distance relay is triggered with the base time, the short times that can be achieved with conventional overcurrent relays cannot be achieved. A breakdown of different network groups and thus an expansion of the operational disruption is still possible.
In any case, however, the power supply disconnected by the effect of the selective protection remain out of operation until the switches are re-inserted after the fault has disappeared.
It is now known to reduce the duration of an operational disturbance caused by a switch being triggered by providing the switch in question with an automatic reclosing device. One makes use of the fact that in overhead line networks 80 to 90 of all causes of short circuits disappear by themselves when the voltage is removed.
Frequently after the first reclosing attempt, if it was unsuccessful, further attempts are made in time segments until the switch in question finally remains switched off if the short circuit persists. If all switches in a network were to be provided with such automatic reclosing devices and at the same time any selective protection would be dispensed with, one could indeed operate in 80 to <B> 90% </B> cases by choosing extremely short tripping and reclosing times Avoid interference in the entire network.
The interruption in the energy supply would be so short that neither the synchronous running of the synchronous machine would be disturbed, nor would there be a noticeable drop in the speed of asynchronous machines. In the remaining 10 to 20% of the cases, however, after various unsuccessful reconnections, a greater number of switches than necessary would remain switched off without any certainty as to where the fault is. In order to avoid such serious malfunctions, one would therefore not be able to do without the selective disconnection of the switches.
However, this has the consequence that tripping does not take place with the desired speed, so that the advantages of the instantaneous automatic reclosing would be partially lost.
The above disadvantages can be avoided if you combine the advantages of selective tripping with the advantages of instantaneous automatic tripping and automatic switching.
This is achieved in the protective device for electrical distribution networks according to the present invention in that the switches are equipped with automatic reclosing devices which, in the event of an overcurrent or short circuit, trigger immediate, instantaneous tripping and subsequent reclosing and, if necessary, further selectively delayed tripping and cause restarting.
In this way, it is possible to use the existing selective protection systems, which therefore only come into effect if the first immediate shutdown was unsuccessful. An important feature of this protection system is that only those switches need to be set up for automatic restart which connect the network to energy sources. Larger electricity consumers, which can act as a generator in the event of a power failure, are also to be regarded as energy sources.
Two relay sets can be used to trip the switch equipped with a reclosing device, of which the first triggers the instantaneous tripping and the second triggers the selective tripping. But it is also possible to use a single relay for both effects, provided that the same is provided with a speaking position for instantaneous tripping. In general, a simple current relay is best suited for the instantaneous effect, although of course the impedance, reactance or voltage can also be used as a measuring element.
The automatic restart can be made dependent on whether there is counter voltage on the power supply unit to be switched on and whether this is synchronous and in phase or not. This can be achieved, for example, by switching on a voltage or phase relay connected to the power supply unit to be switched on in the excitation circuit of the reclosing relay.
If you have several switches equipped with automatic reclosing, all but one of which is equipped with such an additional relay, you can achieve, for example, that initially only this one switch is switched on without delay, the others remain blocked until the full counter voltage is applied appears, which in turn is only the case when the short circuit that caused the first switch release disappears.
To the switch equipped with such facilities is the requirement to stel len that they work completely automatically and that with arbitrary operation, eg. B. by means of a control switch, no automatic switching should take place without the device having to be taken out of service beforehand.
The accompanying drawing shows schematically an embodiment of the subject of the invention. b is the switch-on motor (a switch-on magnet could be provided instead). p is the switch-on control magnet with the control contacts z.
In compressed air drives, instead of the contacts z, a control valve and instead of the drive device b, a compressed air cylinder is IN ANY. d is a limit switch that opens when the switch is in the on position and closes again in the off position. a is an auxiliary switch; which is closed when the switch is closed and open when the switch is open. c is the trip solenoid of the switch. q is a holding relay and r is the reclosing relay with two windings.
The relay r has an immediate pick-up when excited and a delayed relapse when de-excited. h is the control switch, whose contacts 1 and 3 by pressing and whose contacts 7 and 9 are operated by turning. g, is a relay that instantly triggers the switch, g is a selective relay.
The mode of operation of the device shown is as follows. It is assumed that the switch is switched on. As soon as a short circuit occurs, the relay g1 closes its contacts. As a result, the reclosing relay r and the tripping magnet c are excited at the same time, and the switch trips. The delay time of relay r is slightly longer than the set delay time of selective relay g; the relay r remains pulled even after the auxiliary switch a is opened.
As soon as the switch reaches its end position, limit switch d closes; the switch-on control magnet p receives voltage and closes the switch-on circuit.
At the same time as the magnet <I> p </I>, the relay <I> r </I> is excited again via its second winding and keeps its contact permanently closed. The switching control magnet p also has two auxiliary closing contacts. One holds itself and the other excites the holding relay q, which on the one hand interrupts the circuit from the reclosing relay r to the switch-on control magnet p, and on the other hand holds itself as long as the relay r remains pulled.
As soon as the switch reaches its switch-on position, the limit switch interrupts d. If the short circuit has disappeared, the switch remains switched on. If the short circuit persists, the momentary relay g1 responds again immediately and closes its contact. Reclosing relay r, which still keeps its contacts closed, is energized again, but the circuit to the tripping magnet c is interrupted by the opening contact of the holding relay q.
The switch is only triggered after the relay time of the selective relay g has expired. When the switch now reaches its switch-off position, the limit switch d closes, but the circuit of the restart relay r to the switch-on control magnet p is still interrupted by the holding relay q. So there is no second instantaneous automatic reclosure, and after the delay time of the reclosing relay r has expired, the holding relay q also drops out again.
Further delayed reclosing can be achieved in a simple manner by, for example, a time relay is set in motion by the selective relay g, which closes a contact connected in parallel to the contact of the relay r in adjustable time intervals and thus effects the reclosing. These delayed reclosures, if the short circuit persists, are followed by tripping with the time setting of the selective relay g and no instantaneous automatic reclosing. The same thing happens
if the switch is switched on by means of the control switch on an existing short circuit. In the case of arbitrary switching off using the control switch, there is also no automatic restart.