Elektrische Schutzeinrichtung für Netzverteilungsanlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine elek trische Schutzeinrichtung<B>für</B> Netzvertei- lungsanlagen.
In elektrischen Netzverteilungsanlagen mit einer Mehrzahl von über Schalter an Sammelschienenabschnitte angeschlossenen Stromkreisen und über einen Sammelschie- nen-Verbindungsschalter miteinander ver bundenen Abschnitten muss der Sammel- schienen-Verbindungsschalter zwischen Stö rungen, welche innerhalb und solchen, welche ausserhalb des Verbindungsschalters auftre ten, unterscheiden, und durch Öffnen des selben beseitigbar sind.
Wenn eine Störung innerhalb des Verbindungsschalters auftritt, so kann dieser diese Störung möglicherweise nicht selbst beseitigen, so dass andern an die beiden Abschnitte angeschlossenen Schaltern die Aufgabe zufällt, den Fehler durch Unter bruch der Stromzufuhr zur Fehlerstelle zu beseitigen. Es ist nötig, dass der Sammel- schienen-Verbind:ungsschalter und Sammel- schienenabschnittschalter im Fall einer inter nen Störung sich öffnen.
Eine Störung ausser halb eines Sammelschienen-Verbindungs- schalters kann einen Isolationsüberschlag- gegen Erde ausserhalb des Schaltergehäuses zur Folge haben und durch Öffnen des Ver bindungsschalters und auf der Fehlerseite des betreffenden Sammelschienenabschnittes be findlicher Schalter beseitigt werden.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Schutzvorrichtung, die auf interne und externe Fehler derart anspricht, dass, wenn sie mit verketteten Sammelschienen, -welche die üblichen Schutzrelais aufweisen, verbunden ist, zwischen internen und externen Fehlern unterscheidet und daher verkettete Schutz kreise wegen einer internen Störung nicht beeinträchtigt.
Die Erfindung wird nachstehend in einein Ausführungsbeispiel an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine Schutzeinrichtung, teils als Schaltschema, teils als Ansicht im Längsschnitt.
Die in der Zeichnung dargestellte Schutz einrichtung kann entweder für Einphasen- oder auch für Mehrphasenbetrieb vorgesehen sein, ist aber der Einfachheithalber durch ein einpoliges Schaltschema dargestellt.
Zwei elektrische Leitungen, im Beispiel mit Sammelschienenabschnitt <B>1</B> und 2 be zeichnet,. sind über einen Kupphingsschalter <B>3</B> elektrisch miteinander verbunden. Elek trische Stromkreise 4,<B>5> 6</B> und<B>7</B> sind mit den Sammelschienenabschnitten <B>1</B> bzw. 2 ver bunden. Diese Stromkreise können Feeders' zur Speisung eines Sammelschienenabschnit- tes sein, oder Verteilleitungen zur Speisung von Energieverbrauchern aus einem Sammel- schienexiabschnitt darstellen.
Die Strom- kreise 4,<B>5, 6</B> und<B>7</B> sind mit den zugehörigen Sammelschienenabschnitten <B>1</B> bzw. 2 über die Schaltern<B>8,</B> 8a,<B>8b</B> und Se verbunden. Diese Schalter können von jeder beliebigen Bauart sein.
Der Schalter<B>8,</B> der sich auf der einen Seite des Kupplungsschalters<B>3</B> be- linde <B>t,</B> besitzt zwei feste Kontakte<B>9</B> und einen zur Überbfückung derselben dienenden be weglichen Kontakt<B>10,</B> der eine in Richtung nach der geöffneten Stellung wirkende Feder- vorspannung aufweist und in der geschlosse nen Stellung durch den Verriegelaugsmecha- nismus <B>11</B> festgehalten wird.
Die Klinke 12 wird durch Federkraft in Schliesslage gehalten und durch eine elektromagnetische Vorrich tung<B>13</B> zum Ausklinken gebracht, welcher Energie aus einer Entsperrungsstromquelle, vorzugsweise einer Gleichstromquelle 14, zugeführt werden kann. Die Schalter<B>8b</B> und <B>8e</B> auf der andern Seite des Kupplungs schalters<B>3</B> sind auf der Zeichnung mit einer eigenen Entsperrungsstromquelle 14' für ihre Ausklinkmechanismen dargestellt, natürlich können aber auch alle Ausklinkmechanismen von einer einzigen Stromquelle gespiesen werden.
Der Kupplungsschalter<B>3</B> ist ein Hoch spannungsschalter der Impulsbauart mit den beiden Klemmenseiten <B>15</B> und<B>16,</B> welche mit den Sammelschienenabschnitten <B>1</B> bzw. 2 verbunden sind. Der Anschluss <B>16</B> ist mit einem festen Kontakt<B>17</B> verbunden. Der bewegliche Kontakt<B>18</B> ist elektrisch mit dem gegenüberliegenden Anschluss <B>15</B> durch einen Leiter<B>19</B> und die üblichen Kontaktfinger 20 verbunden.
Die trennbaren Kontakte<B>17</B> und <B>18,</B> die auf der Zeichnung in geschlossener Lage dargestellt sind, in welcher sie durch den Verriegelungsmechanismus gehalten wer den, sind durch Federkraft in der Richtung der offenen Stellung vorgespannt. Die Tfen- nung der Kontakte<B>17</B> und<B>18</B> erfolgt durch Auslösen der Klinke 22, die durch eine vor gespannte Feder in die Schliesslage gezogen wird. Eine Löschkammer um die Kontakte <B>17</B> -und<B>18</B> wird durch einen aus Isolier material bestehenden und durch den Sockel 24 gehaltenen Zylinder gebildet.
Die Löschkammer <B>23</B> befmdet sich inner halb einer wetterfesten Isoliersäule oder Durchführung, die auf dem Sockel 24 ruht und aus etwa zylindrischen Porzellanhülsen <B>25</B> und 25'besteht. Zwischen diesen Porzellan hülsen befindet sich ein Satz Durchführungs- stromwandler CT, bestehend aus einem Paar Stromwandlern mit den Wicklungen<B>26</B> und <B>27,</B> von denen jede auf einem Ringkern<B>C</B> üblicher Bauart angeordnet ist, welcher den Zylinder<B>23</B> (Löschkammer) umschliesst.
Die Wicklung<B>26</B> ist teilweise von einer metalh- schen Umhüllung 28 und die Wicklung<B>27</B> durch eine ähnliche metallische Hülle<B>29</B> umschlossen. Diese Umhüllungen <B>28</B> und<B>29</B> sind über die zwischen den beiden Strom wandlern angeordnete metallische Platte<B>30</B> elektrisch miteinander verbunden, und zwar über die zwischen den einander gegenüber liegenden flanschartigen Ränder an der Peripherie<B>32</B> der Umhüllungen 28 und<B>29,</B> die mitsamt der Metallplatte<B>30</B> bei<B>31</B> ge erdet sind.
Die innern Wände<B>33</B> und 34 der Umhüllungen<B>28</B> und<B>29</B> sind an den Stellen <B>35</B> und<B>36</B> von der geerdeten Platte<B>30</B> isoliert; so dass die einzige elektrische Verbindung zwischen den Umhüllungen und der Platte sich an deren Peripherie<B>32</B> befindet. Die Wicklungen<B>26</B> und<B>27</B> sind von den Umhül- Iungen <B>28</B> und<B>29</B> sowie von der geerdeten Platte<B>30</B> isoliert. Eine zyhudrische leitende Hülse<B>39</B> erstreckt sich axial längs des Stromwandlersatzes auf einem grösseren Teil der axialen Länge des Wicklungssatzes.
Die Hülse<B>39</B> ist mit dem anstossenden Teil der Platte<B>30</B> elektrisch verbunden und von den Umhüllungen 28 und<B>29,</B> mit Ausnahme der äussern Verbindung über die Platte<B>30,</B> isoliert. Die wetterfeste Struktur wird durch geeignete beidseitig angeordnete Dichtungen 40 und 41 gewährleistet.
Der zu den Transformator-Sekundär- wicklungen <B>26</B> und<B>27</B> gehörige Primärkreis wird durch den Leiter<B>18</B> gebildet. Ein durch diesen fliessender Strom induziert einen Strom in beiden Sekundärwicklungen<B>26.</B> und <B>27.</B> Ebenso wird auch ein durch die Hülse<B>39</B> fl iessender Strom einen solchen in den beiden Wicklungen<B>26</B> und<B>27</B> induzieren, doch fliesst Strom durch die Hülse<B>39</B> nur in Störungs fällen, wie bei<B>U</B> oder Y angegeben, wobei die Hülse<B>39</B> einen Teil des Primärkreises des Stromwandlersatzes bildet.
Fliesst ein Strom über den Fehler V nach Erde, so wird ein entsprechender Strom in der Wicklung<B>27,</B> oder bei einem Erdschluss durch<B>U,</B> ein solcher der Wichlung'26 induziert. Erdschluss- ströme, welche von äussern Fehlern wie bei T oder Y dargestellt ist, herrühren und über die Mäntel<B>28</B> und<B>29</B> nach Erde fliessen, haben im wesentlichen keinen magnetischen Einfluss auf die Sekundärwicklungen und fliessen über einen keine induktive Verkettung mit den Sekundärwicklungen aufweisenden Weg ab.
Die normalerweise offenen Differential- schutzrelais <B>50</B> und<B>51</B> steuern einzeln oder gemeinsam die Auslösung von Schaltern innerhalb des Systems. Das Differential relais<B>50</B> enthält Kontakte<B>52,</B> die beim Schliessen einen Auslösekreis für die Schalter <B>8,</B> Sa und<B>3</B> einschalten, wie bei<B>A</B> darge stellt. Durch Schliessen der Kontakte<B>52</B> werden beide Auslösevo±richt-ungen <B>13</B> und 13a der Schalter<B>8</B> bzw. Sa und ebenso die Vorrichtung 45 des Schalters<B>3</B> mit der Strom quelle 14 verbunden.
Das Differentialrelais <B>51</B> mit den Kontakten<B>53,</B> welche beim Schliessen die Auslösevorrichtungen <B>13b, 13e</B> und 46 über den durch B 'bezeichneten Auslöse- stromkreis mit der Stromquelle 14'verbindet, dient zur Auslösung der Schalter<B>8b,</B> Se und<B>3,</B> welche dadurch geöffnet werden.
Die Speisung des Relais<B>50</B> erfolgt durch einen, Stromkreis mit den Transformator- Sekundärwicklungen <B>26,</B> 54 und<B>55,</B> welche durch den in deren normalen Primärkreisen, nämlich den Leitern<B>18,</B> 4 und<B>5</B> fliessenden Strom, erregt worden, so dass das Relais<B>50</B> normalerweise stromlos ist. Das Relais<B>50</B> wird durch die Differenz zwischen den Effek- tivströmen in den Primärleitern<B>18</B> und<B>39</B> der Wichlung <B>26</B> und die Summe der in den Primärleitern 4 und<B>5</B> der Wicklungen 54 bzw. <B>55</B> erregt.
Die Speisung des Differentialrelais <B>51</B> erfolgt durch einen Stromkreis mit den Transformator-Sekundärwicklungen <B>27, 56</B> und<B>57.</B> Die Wicklung des Relais<B>51</B> ist in diesem Stromkreis in derselben Weise ver bunden, wie bereits beim Relais<B>50</B> beschrie ben und arbeitet ebenfalls in analoger Weise.
Die einzelnen Stromwandler des Bausatzes CT <B>sind</B> derart angeordnet, dass sie zum Teil übereinandergreifen, mit der Wicklung<B>26,</B> die dem Schutze des einen Systeinteils dient -und sich bis in den zweiten Teil des Systems erstreckt, in welchem sich die Wicklung<B>27</B> befindet. Die Stromwandlerwicklung <B>26</B> ist zwischen der Klemme<B>16</B> und der Strom- wandlerwicklung <B>27</B> angeordnet.
Wicklung<B>27</B> befindet sich zwischen<U>Klemme</U><B>15</B> und Wicklung<B>26.</B> Die Auslösestromkreise A und B sollen wünschenswerterweise Mittel auf weisen, um die Auslösemagnetwicklungen nach erfolgter Öffnung der zugehörigen Schalter zu unterbrechen. Zu diesem Zwecke sind in den Auslösestromkreisen der Schalter <B>8</B> und Sa bzw. <B>8b</B> und Sc die Kontakte 48, 48a, 48b und 48c vorgesehen, welche den Auslösestromkreis beim Öffnendes zugehöri gen Schalters unterbrechen.
Die Kontakte 49azund 49b sprechen beim Öffnen des Schal ters<B>3</B> an und unterbrechen die Strom-kreise der Auslösemagnete 45 oder 46 in gleicher Weise.
Bei Fehlern, welche im inriern Stromkreis des Kupplungssehalters <B>3</B> auftreten, besteht die Möglichkeit, dass diese durch den Schalter selbst nicht beseitigt werden können; diese Aufgabe muss daher von andern system zugehörigen Schaltern<U>übernommen</U> werden, um zu vermeiden, dass der Fehlerstelle von dem einen oder andern Sammelschienen- abschnitt Energie zufliesst. Es ist daher nötig, nicht nur den Kupplungsschalter, sondern zusätzlich auch die in den Abschnitten zu beiden Seiten des Kupplungsschalters be findlichen Schalter zu öffnen.
Im Falle einer Störung ausserhalb des Kupplungsschalters, -beispielsweise bei einem Isolationsüberschlag nach Erde ausserhalb des Schaltergehäuses, müssen nur der Kupplungsschalter und die auf der Fehlerseite befindlichen Schalter geöffnet werden, umdie Störung zu beseitigen. Die auf der fehlerfreien Seite des Schalters befindlichen Kreise sollten wünschbarer- ,weise betriebsmässig mit ihrem Sammelschie- nenabschnitt verbunden bleiben.
Die Betätigung aller Schalter im Falle einer internen Störung und selektive Betäti gung nur von bestimmten dieser Schalter im Falle von externen Störungen setzt voraus, dass die zum Schalter gehörigen Stromwand ler zwischen internen und externen Fehlern zu unterscheiden vermögen.
Ein Überschlag bei Y etfordert nur die Öffnung des Kupplungsschalters<B>3</B> und der Schalter 8a und<B>8.</B> Durch den von der Klemme <B>16</B> zur Klemme<B>15</B> in den Kupplungsschalter <B>3</B> hineinfliessenden Strom ergibt sich im Moment des Überschlages bei Y eine Diffe renz in dein durch den Leiter<B>18</B> fliessenden Stromdurchfluss und der Summe der Ströme in den Leitern 4 und<B>5,</B> da mindestens ein Teil des durch den Leiter<B>18</B> fliessenden Stromes der Fehlerstelle zufliesst. Auf diese Differenz sprechen nun die Wicklungen<B>26,</B> 54 und<B>55</B> an, betätigen das Relais<B>50,</B> um-die Auslösespulen <B>13,</B> 13a und 45 zu erregen und die Schalter<B>3, 8</B> und 8a auszulösen.
Das Relais<B>51</B> wird dabei nicht beeinflusst, und die Schalter<B>8b</B> -und 8r, bleiben geschlossen, da der Strom im'Leiter <B>18</B> der Summe der Ströme im Leitersa#z <B>6</B> und<B>7</B> entspricht, da der Fehlerstrom bei<B>31</B> nach Erde abfliesst und der Überschlagweg durch das Gehäuse<B>29</B> sozusagen frei ist von induktiver Kopplung mit der Sekundärwicklung<B>27</B> und der Fehlerstrom bei Y keinen Einfluss auf die Erregung der Wicklung<B>27</B> hat.
Ein Fehler bei T bewirkt das Ansprechen des Relais<B>51,</B> -während Relais<B>50</B> unerregt bleibt und nur die auf der Fehlerseite be findlichen Schalter<B>8b</B> und 8c und Schalter<B>3</B> öffnen. Relais<B>51</B> spricht an, weil der Strom im Leiter<B>18</B> nicht mehr der Summe der Ströme in den Leitern<B>6</B> und<B>7</B> entspricht und daher die Summe der Sekundärströme in den Wicklungen<B>27, 56</B> und<B>57</B> nicht mehr gleich Null ist. Der Fehlerstrom bei T fliesst durch das äussere Gehäuse<B>28,</B> ohne dieWicklung <B>26</B> zu beeinflussen.
Ein wesentliches Merkmal früherer Diffe rentialschutzvorrichtungen besteht darin, dass die Zone der elektrischen Kxeise zwi schen den Sekundärwicklungen der Strom wandler sich gleich weit erstreckt wie die internen Stroml#reise der Schalter.
In man chen Schaltertypen ist es aus Preisgründen oder infolge des Platzbedarfes nicht praktisch, Stromwandlerwicklungen- an Stellen anzu bringen, welche die erwünschte Bereich- überdeckung ergäbe. Stromwandler mit in üblicher Weise geerdeten metallischen Halte rungen könnten nicht unterscheiden zwi schen Störungen, welche ausserhalb des Schal ters und solchen,welche im internen Strom kreis des Schalters, aber ausserhalb des Be reiches zwischen den beiden Stromwandler- wicklungen auftreten.
Der Primärkreis zu den Stromwandler- Sekundärwicklungen .26 und<B>27</B> kann ent weder den Leiter<B>18</B> oder die, leitende Ab- schirmhülse <B>39</B> umfassen und jeder wirksame Stromfluss im einen oder andern dieser Leiter <B>18</B> oder<B>39</B> induziert einen Strom in der Sekundärwicklung.
Ein Überschlag bei Y im innern Stromkreis, aber ausserhalb der Strom- kreiszone zwischen den Stromwandlerwick- lungen <B>26</B> und<B>27,</B> wird über die leitenden Abschirmteile <B>29</B> und,30, den Weg mit der geringsten Durchschlagfestigkeit, zwischen den Wichlungen <B>26</B> und<B>27</B> hindurch nach Erde abgeleitet.
Mit einem von der Klemme<B>15</B> zur Klemme <B>16</B> fliessenden Strom wird im Moment des Auftretens eines Überschlages bei<B>Y</B> der Strom im Primärleiter der Wicklung<B>27</B> nicht gleich sein der Summe der Ströme im Primär leiter der Wicklungen<B>56</B> und<B>57,</B> da minde stens ein Teil dieses Stromes nach Erde ab geleitet wird, bevor er die Wichlungen <B>-56</B> und <B>57</B> erreicht. Daher wird das Relais<B>51</B> erregt und löst die Schalter<B>3, 8b</B> und<B>8e</B> aus.
Bei einem Fehler an der Stelle Y fliesst ein Strom in der Primärwicklurg <B>26,</B> der nicht gleich ist der Summe der Ströme in den Primärwicklungen der Transformatoren 54 und<B>55,</B> da ein Teil des Stromflusses von den Kreisen 4 und<B>5</B> durch das Glied<B>30</B> nach Erde abgeleitet wird und Erregung des Relais<B>50</B> und Auslösen der Schalter<B>8</B> und 8a bewirkt. Ein innerer Fehler Y öffnet daher wunschgemäss die Schalter zu beiden Seiten des Schalters<B>3.</B> Überschläge bei<B>U</B> oder X haben ebenfalls die Auslösung der Schalter auf beiden Seiten des Schalters<B>3</B> zur Folge.
Fliesst ein Strom vom Anschluss <B>15</B> nach<B>16</B> im Moment eines Fehlers bei<B>U,</B> so wird das Relais<B>51</B> betätigt infolge des durch den vollen Fehlerstrom erzeugten Stromes von der Wicklung<B>27</B> und ohne Fehlerstrom erzeugten Stromes von den Wichlungen <B>56</B> und<B>57,</B> wo durch die Schalter<B>3, 8b</B> und Se geöffnet wer den, während das Relais<B>50</B> anspricht infolge eines Stromunterschiedes von Wicklungen 54 und<B>55</B> und keinem Fehlerstrom von Wick lung<B>26,
</B> da ein Stromfluss von<B>U</B> nach<B>15</B> in Gegenrichtung über<B>39</B> und<B>30</B> nach Erde fliesst und die Wirkung des Stromflusses vom Anschluss <B>15</B> zur Fehlerstelle<B>U</B> aufhebt. Da das Relais<B>50</B> auf das Fehlen eines Stromes von Wicklung<B>26</B> anspricht, öffnen die Schal ter<B>8</B> und 8a, demgemäss werden durch einen Überschlag bei<B>U</B> die Schalter<B>8,</B> Sa, <B>8b</B> und Se wie bei einem Überschlag an der Stelle X geöffnet.