Elektrische Starkstromanlage. Die Erfindung betrifft eine elektrische Starkstromanlage, bei welcher mittels durch mindestens einen Schienenschalter mitein ander verbundenen Sammelschienen mehrere elektrische Energiequellen und Verbrauchs netze zu einem gemeinsamen Betriebssystem vereinigt sind.
Derartige elektrische Starkstromanlagen sind zum Beispiel Stromerzeugungs- und Verteilungsanlagen mit auf ein gemeinsames Netz arbeitenden elektrischen Kraftwerken, deren Energien an Sammelschienen zu sammenlaufen und von hier aus verteilt werden. Es ist offensichtlich, dass die Sammel schienen heikle Stellen der Anlage bilden, da bei Schienenkurzschluss eventuell sämtliche Kraftwerke aus der Energielieferung aus scheiden, wodurch der Betrieb des gesamten Systems stillgesetzt werden kann.
Zum Schutz gegen Schienenkurzschluss ist bis jetzt in der Regel der sogenannte Differentialschutz angewendet worden, der jedoch einerseits sehr kostspielig ist, ander seits den Nachteil aufweist, dass bei Schienen kurzschluss sämtliche Abzweigungen abge schaltet werden, so dass in derartigen Fällen die Stromlieferung in allen Richtungen unter brochen wird, wie dies oben erwähnt worden ist.
Durch die Erfindung können diese Nach teile beseitigt werden, indem bei der erfin- dungsgemässen Starkstromanlage eine Schutz einrichtung vorhanden ist, welche derart ausgebildet sein kann, dass die Verbindung der Sammelschienen bei Kurzschluss auto matisch unterbrochen wird und die kurz schlussfreien Teile ohne Unterbrechung weiter arbeiten können.
Die Erfindung wird im nachstehenden auf Grund der Zeichnung erläutert, auf wel cher das Schaltbild einer beispielsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Starkstromanlage mit zwei Sammelschienen dargestellt ist.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, be sitzt die dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen elektrischen Starkstrom anlage vier elektrische Energiequellen (Kraft- werke) E und zwei elektrische Verbrauchs netze F. Die Energiequellen E sind durch je zwei Generatoren
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bzw.
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und durch mit diesen in Reihe geschaltete je zwei Transformatoren
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bzw.
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gebildet, welche in Speiseleitungen
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bzw.
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liegen. Die Verbrauchsnetze<B>1'</B> weisen Fernleitungen f i bzw. f 2 sowie nicht dargestellte Abzweigungen auf.
Die Energie quellen E und die Verbrauchsnetze F sind an Sammelschienen<B>8,</B> bzw.<B>8,</B> angeschlossen, welche durch einen Schienenschalter H in an sich bekannter Weise zu einem gemeinsamen Betriebssystem vereinigt sind. Im- Sinne der Erfindung sind nun die Energiequellen E und die Verbrauchsnetze F einander derart zuge ordnet, dass jene Teile der Starkstromanlage, welche an die selbe Sammelschiene ange schlossen sind, auch an sich betriebsfähige Einheiten bilden.
Beim dargestellten Aus führungsbeispiel entspricht die durch die Speiseleitungen
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gelieferte Energie der durch die Fernleitung f 1 aufgenommenen Energie, die durch die Speiseleitungen
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gelieferte Energie dagegen der durch die Fernleitung 1, aufgenommenen Energie. Dem gemäss sind die Speiseleitungen
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und die Fernleitung f, an die selbe Sammel- schiene S,. angeschlossen,
welche die Teile
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f i zu einer selbständigen Betriebsein heit zusammenfasst. In gleicher Weise schlie ssen sich die Speiseleitungen
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und die Fernleitung f 2 an die Sammelschiene<B>8,</B> an, welche diese Teile , f 2 ebenfalls zu einer selbständigen Betriebseinheit
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vereinigt.
Über- sichtlichkeitshalber sind die Trennschalter der Speise- und Fernleitungen, durch welche eine beliebige Abzweigung auf eine beliebige Sammelschiene angeschlossen werden kann, nicht dargestellt. Das dargestellte Ausfüh rungsbeispiel ist ebenfalls mittels dieser nicht dargestellten Trennschalter hergestellt wor den.
Aus dem Aufbau der Starkstromanlage folgt, dass die an dieselbe Sammelscheine <B>8,</B> oder S' 2 angeschlossenen Energiequellen E und Verbrauchsnetze F auch unabhängig von den übrigen arbeiten können, wobei die Verbindung der Sammelschienen S1, S2 mittels des Schienenschalters H nicht die Sicherung der Betriebsfähigkeit, sondern die Erhöhung der Stabilität der Einrichtung bezweckt.
Die Schutzeinrichtung des aus den sich an die durch den Schienenschalter H mit einander verbundenen Sammelschienen S,, 82 in der oben beschriebenen Weise an schliessenden Energiequellen E und Ver brauchsnetzen F bestehenden gemeinsamen Betriebssystems enthält einen dem Schienen schalter H zugeordneten Steuerstromkreis V. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ent hält dieser Steuerstromkreis V eine Betäti- gungsstromquelle Q, eine Spule K zum Aus lösen der Betätigung des Schienenschalters H, sowie zwei Kontaktsysteme Z bzw. N.
Das erste dieser Kontaktsysteme besteht aus zueinander parallel geschalteten Schliess kontakten z, welche in nicht dargestellter Weise durch die als Überstrom- oder Unter impedanzrelais ausgebildeten Schutzrelais der Betriebseinheiten betätigt werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind als solche Relais die Schutzrelais anzusehen, welche die in den Speiseleitungen
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bzw.
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sowie in den Fernleitungen f, bzw. f 2 liegenden Schalter
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bzw.
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steuern. Das Kontaktsystem Z besteht im vorliegenden Beispiel aus den Anlaufkontakten bzw. den Kontakten der Anlaufglieder dieser Relais.
Das Kontakt system N ist durch in Reihe geschaltete Öffnungskontakte n gebildet, welche in ebenfalls nicht dargestellter Weise durch einzelne, hauptsächlich dem Einzelschutz dienende Schutzrelais der Betriebseinheiten betätigt werden. Als solche Relais sind zum Beispiel die an sich bekannten Differenzial- relais der verschiedenen Generatoren G, die Windungsschluss-, Differenzial- oder Buch holzrelais der verschiedenen Transformatoren T, sowie die Distanzrelais der Fernleitungen f1, f, zu bezeichnen.
Die Öffnungskontakte n sind also im allgemeinen die in der Regel momentbetätigten Kontakte jener Schutz relais, welche lediglich einem bestimmten Teilgebiet des elektrischen Netzes zugeordnet sind und nur bei innerhalb ihres Teilgebietes auftretenden Störungen ansprechen und dem gemäss als die individuellen Schutzrelais des betreffenden Teilgebietes bezeichnet werden können. Wesentlich ist, dass die Tempierung,
das heisst die Zeitspanne zwischen Auslös- impuls und Umschalten der Schliesskontakte z grösser ist als die Tempierung der Offnungs- kontakte n, so dass beim Schliessen eines beliebigen Schliesskontaktes z der Spule K aus der Stromquelle Q lediglich dann Strom zufliesst, wenn die Öffnungskontakte n selbst nach Ablauf der ihrer Tempierung entspre chenden Zeit nicht umschalten,
das heisst in ihrer dargestellten Schliesslage verharren und dadurch die Trennung der Sammelschienen S1, <B>8,</B> nicht verhindern.
Die dargestellte Starkstromanlage arbei tet wie folgt: In normalem Betrieb versorgen die Ener giequellen E über die Sammelschienen S1, S2 paarweise je ein Verbrauchsnetz Ir' mit Energie. Der Steuerstromkreis V, obwohl seine Öffnungskontakte n geschlossen sind, ist unterbrochen, weil die Schliesskontakte z ihre geöffnete Lage einnehmen. Die Spule K bleibt demnach stromlos und der Schienen schalter H geschlossen.
Da der Schienen schalter H die Sammelschienen S,_, <B>8,</B> mit einander verbindet, sind die Betriebsein heiten E, I' zueinander parallel geschaltet, so dass ihre Belastungsschwankungen unter einander ausgeglichen werden, wodurch die ganze elektrische Starkstromanlage mit einer erhöhten Stabilität arbeitet.
Bei Kurzschluss in der Anlage können folgende Fälle eintreten: Der Kurzschluss kann an den Sammel schienen S1, S2 auftreten. In diesem Fall sprechen die erwähnten Schutzrelais an und lösen die Schliessung der an diesen Relais angeordneten Schliesskontakte z aus, wo durch der Steuerstromkreis V geschlossen und der Spule K Strom zugeführt wird. Die erregte Spule K öffnet den Schienenschalter H.
Dadurch wird die Parallelschaltung der Sammelschienen S1, S2 aufgehoben, das heisst die elektrische Starkstromanlage zerfällt in zwei selbständige Betriebseinheiten. Von diesen beiden Betriebseinheiten arbeitet die eine, deren Sammelschiene kurzschlussfrei ist, ungestört fort, während von der kurz schlussbehafteten Sammelschiene die Ab zweigungen durch die Schutzrelais abge schaltet werden.
So zum Beispiel, wenn der Kurzschluss an der Sammelschiene S1 auf tritt, schliessen sich die Anlaufkontakte der den Schaltern
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zugeordneten Überstromrelais sowie die Kontakte der Anlaufglieder des den Schaltern
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zugeordneten Distanzrelaissatzes und lösen die Öffnung des Schienenschalters H aus, indem sie als Kontakte z in den Steuerstrom kreis des Schienenschalters gelegt sind.
Da durch wird die kurzschlussfreie Sammel schiene S2 mit der sich an diese anschliessen den selbständigen Betriebseinheit
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, f 2 von der Sammelschiene S,. abgeschaltet, wobei, gesteuert von den Hauptkontakten ihrer Überstromrelais, die Schalter bzw.
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sowie der Schalter die Abzweigun- gen
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bzw.
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sowie die Leitung f1 ab schalten.
Der Kurzschluss kann aber auch in einer der Abzweigungen, zum Beispiel in einem Generator, Transformator oder in einer Fernleitung auftreten. In diesem Fall wird das eigene individuelle Schutzrelais der kurzschlussbehafteten Einheit betätigt, wo durch zunächst der Steuerstromkreis V mit tels des dem betreffenden Schutzrelais zuge ordneten Öffnungskontaktes n zusätzlich,
unterbrochen wird. Infolge des Kurzschlusses wird aber auch ein Schutzschalter der die kurzschlussbehaftete Einheit enthaltenden Abzeigung betätigt und löst in der oben beschriebenen Weise die Schliessung des demselben zugeordneten Schliesskontaktes z aus.
Da jedoch der Steuerstromkreis V in folge der Öffnung einer der Öffnungskontakte n bereits unterbrochen ist, wird an der Unter brechung des Steuerstromkreises V durch die Schliessung eines beliebigen Schliesskontaktes z nichts mehr geändert, so dass die Spule K stromlos und der Schienenschalter H ge schlossen bleibt. Inzwischen wird die.
kurz schlussbehaftete Einheit durch ihr eigenes Schutzrelais ausgeschaltet, so dass eine Tren nung der Sammelschienen <B>81,</B> S2 tatsächlich überflüssig wäre.
So zum Beispiel, wenn der Kurzschluss in der Abzweigung f i der Sam melschiene<B>81</B> auf der der Sammelschiene S1 abliegenden Seite des Schalters slic <B>und</B> in dessen Nähe auftritt, wird ein in Ab hängigkeit vom Strom in der Abzweigung f 1 stehendes Schutzrelais mittels seines Öff- nungskontaktes n den Steuerstromkreis V zusätzlich unterbrechen,
so dass das ver zögerte Anlaufglied des den' Schalter
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der Abzweigung f1 steuernden Schutzrelais die Spule K durch Schliessung seines Schliess kontaktes z nicht mehr unter Strom setzen kann, so dass der Schienenschalter H ge schlossen bleibt. Inzwischen hat der Schalter s
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den kurzschlussbehafteten Leitungs abschnitt f,. ausgeschaltet, ohne dass der Schienenschalter H dabei betätigt worden wäre.
Letzten Endes wird demnach das Verbrauchsnetz f, infolge des Kurzschlusses o ausgeschaltet, wobei die Generatoren Gi G i, über den Schienenschalter H auf die Sammelschiene S2 arbeiten.
Anstatt zwei Sammelschienen S,., <B><I>8,</I></B> können auch deren mehrere vorhanden sein, s wobei auch die Anzahl der Schienenschalter ebenfalls grösser als eins ist. In diesem Fall können die Schienenschalter in der Regel mit je einem besonderen Steuerstromkreis versehen sein. Dieser besondere Steuerstrom o, kreis enthält die Kontakte jener Relais, welche den Abzweigungen der durch den betreffenden Schienenschalter zu verbinden den Sammelschienen zugeordnet sind. Mit Rücksicht auf lokale Betriebsverhältnisse s kann es aber, wenn auch selten, notwendig sein, dass einige Relais Steuerkontakte in den individuellen Steuerstromkreis mehrerer Schienenschalter aufweisen.
Aus dem voran gehend Gesagten geht hervor, dass bei einer elektrischen Starkstromanlage der beschrie benen Art mittels durch mindestens einen Schienenschalter miteinander verbundenen Sammelschienen mehrere elektrische Energie quellen E und elektrische Verbrauchsnetze F zu einem gemeinsamen Betriebssystem ver einigt und wenigstens eine Energiequelle und wenigstens ein Verbrauchsnetz durch je eine Sammelschiene S zu selbständigen Betriebseinheiten e, f zusammengefasst sind, und dass das gemeinsame,
aus den Betriebs- einheiten bestehende Betriebssystem eine Schutzeinrichtung aufweist, welche durch wenigstens einen, wenigstens auf einen Schienenschalter H einwirkenden Steuer- stromkreis Y gebildet ist, der in Reihen schaltung eine Betätigungsstromquelle Q, eine Spule K zum Auslösen der Betätigung des Schienenschalters H, ein.
aus zueinander parallel geschalteten und durch Schutzrelais der Betriebseinheiten betätigten Schliess kontakten z bestehendes Kontaktsystem Z sowie ein aus in Reihe geschalteten und durch andere Schutzrelais der Betriebsein heiten betätigten Öffnungskontakten n be stehendes Kontaktsystem N enthält, und die Tempierung der Schliesskontakte z grösser ist als die der Öffnungskontakte n. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sammelsohienen S" S2 zueinander parallel geschaltet. Es ist aber auch möglich, die Sammelschienen in Reihe zu schalten.
Bei einer elektrischen Anlage, bei welcher min destens eine der Betriebseinheiten mit An laufköntakten versehene Richtungsrelais auf weist, wobei die Schliessrichtung der Rich- d tungsrelais aus der elektrischen Anlage auswärts gerichtet ist, das heisst das Relais bei einem Strom schliesst, der einer im Netz ausserhalb der Anlage entstehenden Kurzschlussstelle zufliesst, können die An- ; laufkontakte der Schutzrelais unter die Öffnungskontakte n des Steuerstromkreises V des Schienenschalters H eingereiht sein.
Gleicherweise können bei Anwendung von mit Anlaufkontakten ausgerüsteten Hoch frequenzempfangsrelais die Anlaufkontakte derselben ebenfalls unter die Öffnungs kontakte n des Steuerstromkreises Y der Schienenschalter H eingereiht sein. Die Schienenschalter H können ferner in an sich bekannter Weise mit je einer selbst tätigen Schnellwiedereinsehalteinrichtung versehen sein, deren Tempierung derart be stimmt ist, dass der Schienenschalter H bei in den selbständigen Betriebseinheiten auf tretenden Kurzschlüssen öffnet und lediglich dann. in seine Schliesslage zurückkehrt und dadurch die Sammelschienen<B>81,
</B> S2 mitein ander wieder verbindet, wenn der kurz schlussbehaftete Teil der fehlerhaften Be triebseinheit durch die eigene Schutzein richtung bereits abgeschaltet worden ist. So zum Beispiel, wenn der Kurzschluss in der Speiseleitung
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der selbständigen Betriebs einheit
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, f 2 auftritt, trennen die Relais mittels des Schienenschalters E die Sammel schienen<B>81,</B> 82 voneinander, wonach auch die Abzweigung
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von der Sammelschiene 82 abgeschaltet wird. Nachher ist jedoch eine Trennung der Sammelschienen S" .S'2 nicht mehr notwendig.
Ihre Parallelschaltung ist sogar wünschenswert, da die Generatoren in der Abzweigung
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arbeitenden Generators
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die Wirkung des Ausfallens des
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besser ausgleichen können als der Generator
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allein.
Wenn demnach der Schienenschalter H in der oben beschriebe nen Weise mit einer Schnellwiedereinschalt- einrichtung ausgerüstet ist, deren Zeitkon stante jedoch grösser ist als die des Schalters Sammelschienen<B>81,</B> 82 selbsttätig wieder
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so kann die Parallelschaltung der hergestellt werden, bevor dies durch Auf hören des Synchronismus der Generatoren
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bereits unmöglich wird. Die Anwendung derartiger Schienenschalter mit Schnellwiedereinschalteinrichtung ist beson ders dann geboten,
wenn mit öfteren drei- poligen Kurzschlüssen an den Leitungsenden gerechnet werden kann. Bei Schienenschal tern mit einer Schnellwiedereinschaltein- richtung stellt sich die Parallelschaltung der Sammelschienen in der oben beschriebenen Weise in kurzer Zeit selbsttätig wieder her, so dass die unbeschädigten Teile der Anlage bei Ausfallen des kurzschlussbehafteten Teils im Parallelbetrieb ungestört weiter arbeiten und auf diese Weise den Ausfall des kurz schlussbehafteten Teils mindestens zum Teil ausgleichen können.
Die Anwendung von Schienenschaltern mit einer Schnellwieder- einschalteinrichtung kann aber auch deshalb vorteilhaft sein, weil es vorkommen kann, dass bei einem Kurzschluss in den Abzwei gungen die Öffnungskontakte n durch die einzelnen'Schutzrelais zwar betätigt werden, jedoch nicht rasch genug, so dass die Schliess kontakte z mittels der Schutzrelais der kurzschlussbehafteten Abzweigungen früher ansprechen und dadurch die Sammelschienen voreilig trennen.
Es ist offensichtlich, dass die Wiedervereinigung der unnötig getrennten Sammelschienen mittels einer Schnellwieder- einschalteinrichtung auch in diesem Fall wünschenswert ist.
Es kann auch im allgemeinen vorkom men, dass von den verschiedenen Relais eines oder mehrere überhaupt nicht oder nicht im rechten Zeitpunkt ansprechen. Da jedoch im System eine Anzahl von Relais vorhanden ist, kann angenommen werden, dass deren mindestens eines ansprechen und den Schie nenschalter betätigen wird. Im schlimmsten Fall kann ohnehin lediglich eine über flüssige Trennung der Sammelschienen ein treten, so dass die selbständigen Betriebs einheiten auf sich verlassen werden.
Dies ist aber noch immer viel weniger nachteilhaft als eine vollständige Betriebspause, welche infolge der Ausschaltung sämtlicher Ab zweigungen eintreten würden, wie dies bei den bekannten elektrischen Starkstroman lagen der Fall ist.
Die Erfindung kann selbstverständlich nicht nur beim Aufbau neuer elektrischer Starkstromanlagen, sondern auch beim Um bau bereits bestehender Anlagen verwendet werden. In solchen Fällen kann es vorkom men, dass die umzubauende elektrische Starkstromanlage mit richtungslosen. Relais ausgerüstet ist, welche bei dreiphasigen Kurzschlüssen an den Leitungsenden an sprechen und bestimmt sind, die Anlage gegen diese dreipoligen Kurzschlüsse zu schützen.
Da bei einem derartigen Kurz schluss die Spannungen sämtlicher drei Phasen aufgehoben werden, würden Richtungsrelais nicht ansprechen, so dass im vorliegenden Fall die richtungslosen Schutzrelais der kurzschlussbehafteten Abzweigung die Ab schaltung sämtlicher Abzweigungen herbei führen würden. Wenn jedoch die erwähnten richtungslosen Schutzrelais in ihrer Betäti gung verhindert sind, arbeitet.
die elektrische Starkstromanlage in der oben beschriebenen Weise, das heisst der Schienenschalter trennt die durch ihn verbundenen Sammelschienen, wodurch die kurzschlussfreien Abzweigungen weiterarbeiten können. Die Tempierung der richtungslosen Schutzrelais kann aber auch derart bestimmt sein, dass sie erst betätigt =werden, wenn der ihnen zugeordnete Schie nenschalter die durch ihn verbundenen Sammelschienen bereits getrennt hat. In diesem Fall muss die Betätigung derartiger Relais nicht verhindert werden.
Wenn diese Relais auch mit Anlaufkontakten versehen sind, so können diese anstatt zum Betätigen der Schalter der entsprechenden Abzweigung zum Schliessen des Steuerstromkreises der Schienenschalter verwendet werden. Die An laufkontakte können zu diesem Zweck unter die Schliesskontakte des Steuerstromkreises des Schienenschalters eingeordnet werden, wobei die Tempierung der richtungslosen Schutzrelais derart bestimmt wird, dass die Relais erst dann ansprechen, wenn der ihnen zugeordnete Schienenschalter die durch ihn verbundenen Sammelschienen bereits ge trennt hat.