Selektivschaltung, insbesondere für Höchstspannungsanlagen Mit der Vergrösserung der Leistungen in den Hoch spannungsnetzen und mit der dadurch bedingten Er höhung der Übertragungsspannungen werden die An forderungen an die Selektivschutzeinrichtungen und an die Stromwandler zum Abbilden der in den Leitungen fliessenden Ströme für die Selektivschutzeinrichtungen immer grösser.
In Netzen mit hohen Spannungen, die zur Übertragung grosser Leistungen ausgelegt sind, können - bezogen auf den Nennstrom - sowohl sehr hohe als auch niedrige Kurzschlussströme auftreten, die alle von Stromwandlern noch ausreichend genau abge bildet werden müssen, wenn eine richtige Messung des Fehlerortes gewährleistet werden soll.
Ausserdem ist bei Höchstspannungen das Verhält nis zwischen dem induktiven und dem ohmschen Wider stand der Leitungen und der Transformatoren im Ver hältnis zu den Werten in Mittelspannungsnetzen sehr gross. Bei einem im ungünstigen Augenblick auftre tenden Kurzschluss wird - bedingt durch den hohen induktiven Widerstand gegenüber dem ohmschen An teil - das Gleichstromglied im Kurzschlussstrom sehr langsam abklingen, so dass es bei normal aufgebauten Stromwandlern besonders bei hohen Kurzschlussströ- men sehr schnell zu Sättigungserscheinungen kommt,
welche die Messwerte verfälschen und ein fehlerhaftes Ansprechen der Selektivschutzeinrichtung verursachen. Der Sekundärstrom eines gesättigten Stromwandlers ent spricht dann dem Primärstrom weder in der Grösse noch in der Phasenlage, d. h. auch die Zeitpunkte der Null durchgänge von Primär- und Sekundärstrom stimmen nicht mehr überein. Dies hat zur Folge, dass auch in Differentialschutzeinrichtungen, bei denen aus der Lage der Nulldurchgänge auf die Richtung des Stromes ge schlossen wird, Fehlschaltungen auftreten können.
Um die bei hohen Strömen auftretenden Sättigungs erscheinungen zu beseitigen, hat man bereits Wandler in Spezialausführung gebaut, welche Eisenkerne mit gros sen Luftspalten oder auch reine Luftkerne und eine re lativ grosse Kupfermenge enthalten. Diese allgemein als Linearkoppler bezeichneten Wandler sind so ausge- legt, dass sie auch bei den höchstmöglichen Überströmen nicht in Sättigung geraten, jedoch ist die entnehmbare Leistung gegenüber den Normalwandlern sehr klein.
Wegen der äusserst geringen Leistung der oben be schriebenen Linearkoppler ist man daher gezwungen, für die Messwerke der nachgeschalteten Selektivschutz- einrichtungen, z. B. Distanzschutzrelais oder Differen- tialschutzrelais, teuere Sonderausführungen zu verwen den oder Verstärkerschaltungen vorzusehen.
Die neue Selektivschutzschaltung ist besonders für Höchstspannungsanlagen geeignet, bei denen zwischen dem kleinsten und dem grössten möglicherweise auftre tenden Fehlerstrom ein erheblicher Unterschied besteht. Eine richtige Abbildung erhält man erfindungsgemäss dadurch, dass für jeden abzubildenden Wechselstrom zwei Wandlerkerne vorgesehen sind, von denen sich nur einer bei hohen Strömen sättigt;
dass jeder Wand lerkern mindestens eine Sekundärwicklung trägt und dass zwischen die Sekundärwicklungen und den Aus lösekreis der nachgeschalteten Schutzeinrichtung eine stromabhängig schaltende Umschalteinrichtung geschal tet ist, die den Auslösekreis bei kleinen Fehlerströmen mit der Sekundärwicklung auf dem sättigbaren Kern und bei grossen Fehlerströmen mit der Sekundärwick lung auf dem nicht sättigbaren Kern verbindet.
Bei der neuen Lösung kommt man bei der Ver wendung von Linearkopplern ohne Sonderausführung für die Messwerke der Schutzeinrichtungen aus und be nötigt im allgemeinen auch keinen zusätzlichen Auf wand für die Stromwandlerschaltung, da als zweiter Wandlerkern einer der stets vorhandenen normalen Stromwandlerkerne mit herangezogen werden kann. Diese Vorteile lassen sich durch die neue Anordnung erreichen, weil die Leistung aller Stromwandler quadra tisch mit dem Primärstrom steigt bzw. fällt. Infolge dessen wird auch bei entsprechend hohem Primärstrom die Leistung eines Linearkopplers ausreichen, um nor male Schutzeinrichtungen zu betätigen.
In Figur 1 sind die einem Stromwandler zu ent nehmenden Leistungen N abhängig vom fliessenden Primärstrom Ip aufgetragen. Dabei stellt die Kurve N1 den Verlauf der entnehmbaren Leistung aus einem nor malen Wandlerkern und die Kurve N2 die einem Linear koppIer zu entnehmende Leistung dar.
Parallel zur Abszisse ist eine mit Na bezeichnete gestrichelte Linie aufgetragen, die beispielsweise die für das Ansprechen einer Schutzeinrichtung erforderliche Leistung darstel len soll.
Wie aus Figur 1 zu ersehen ist, wird in diesem Fall bei einem Primärstrom, der grösser ist als 31n, die dem Linearkoppler zu entnehmende Leistung ausrei chen, um ein sicheres Ansprechen der nachgeschalteten Schutzeinrichtung zu gewährleisten. Es genügt also bei diesem Beispiel, wenn der Kern des normalen Strom wandlers bei dem Stromwert 31n noch nicht gesättigt ist.
Die Umschalteinrichtung wird in diesem Fall so ein gestellt, dass beim Strom 3In die Sekundärwicklung auf dem normalen Kern ab- und diejenige auf dem nichtsättigbaren Kern (Linearkoppler) zugeschaltet wird.
Ein Schaltungsbeispiel ist in Figur 2 dargestellt. Die Leitung 1 führt den abzubildenden Wechselstrom. Sie ist durch einen Eisenkern 2 und einen Luftspaltkern 3 geführt, so dass sie die Primärwicklung für beide Kerne darstellt. Jeder Kern enthält ausserdem noch eine Se kundärwicklung 4 bzw. 5.
Zur Umwandlung der Se kundärströme in proportionale Spannungen und zum Schutz gegen Überspannungen sind an die Sekundär wicklungen Widerstände 6 bzw.. 7 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 4 des Eisenkernes 2 ist über ein Amperemeter 8, die Wicklung 9 einer hier als Strom relais ausgebildeten Umschalteinrichtung, die Primär wicklung 10 eines Zwischenwandlers 11 und den in der Ruhestellung geschlossenen Umschaltkontakt 12 der Umschalteinrichtung verbunden.
In gleicher Weise ist die Sekundärwicklung 5 des Luftspaltkerns 3 über die in der Arbeitsstellung des Umschaltkontaktes 12 ge schlossenen Kontakte sowie über die Primärwicklung 12a des Zwischenwandlers<B>11</B> verbunden.
Die Win- dungszahlen der Primärwicklungen 10 und 12a des Zwischenwandlers 11 sind so gewählt, dass in der Se kundärwicklung 13 des Zwischenwandlers 11 ein dem Primärstrom im Leiter 1 proportionaler Strom fliesst, gleichgültig,
ob der Umschaltkontakt 12 seine Ruhe- oder Arbeitsstellung einnimmt. über den Zwischen- wandler 11 und auch über die Widerstände 6 und 7 ist also eine Anpassung der verschiedenen Übersetzungs verhältnisse der beiden Kerne möglich. Der Sekundär wicklung 13 des Zwischenwandlers 11 ist nun ein dem Primärstrom proportionaler Strom zu entnehmen, der z.
B. über den Widerstand 14 und die Zener-Dioden 15 zu einem Rechteckstrom bzw. einer Rechteckspannung umgewandelt werden kann. In dem den Zener-Dioden nachgeschalteten Transformator 16 wird diese Recht eckspannung differenziert, so dass sich in den Null durchgängen des Stromes J3 in der Wicklung 13 Impulse ergeben.
In Figur 2b sind untereinander der sinusför- mige Strom 13 in der Wicklung 13 und die am Trans formator 16 zu entnehmenden Impulse dargestellt, die beispielsweise zu dem anderen Ende der Leitung 1 über tragen werden können und in ihrer Phasenlage mit am anderen Leitungsende ähnlich gewonnenen Impulsen zu vergleichen sind. Für diesen Vergleich lässt sich dann eine Phasenvergleichseinrichtung verwenden, die wegen der ausreichenden, dem Stromwandler zu entnehmen den Leistung, einfach aufgebaut sein kann.
Eine andere Anwendungs- und Schaltungsmöglich keit zeigt Figur 3. Gleiche Teile sind hierin mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 2 versehen. Hier wird die Stromwandlerschaltung für einen Distanzschutz ausgenutzt. Der Zwischenwandler 11 entfällt. Dafür sind zwei Messwerke 17 und 18 für den Distanzschutz vorhanden. Die Eingangsklemmen für den Strom in das Messwerk 17 sind über die Wicklung 9 der Umschalt einrichtung an die Sekundärwicklung 4 angeschlossen. Die Eingangsklemmen für den Strom im Messwerk 18 sind unmittelbar an die Sekundärwicklung 5 geschaltet.
Ausserdem ist noch ein Spannungswandler 19 vorhan den, dessen Sekundärwicklung über Vorwiderstände 20 bzw. 21 an die Eingangsklemmen der Messwerke 17 und 18 für die Spannungen angeschlossen ist. Der abhängig vom Strom in der Wicklung 9 (Stromrelais)
umschal tende Umschalter 12 liegt in einem die Auslösespule 22 eines Leistungsschalters enthaltenden Auslösestromkreis und ist in der Ruhestellung über den Ausgangsstrom kreis des Messwerkes 17 und in der Arbeitsstellung über den Ausgangsstromkreis des Messwerkes 18 mit dem positiven Pol -I- einer Gleichspannungsquelle verbun den, deren negativer Pol - an dem mit dem Umschal ter 12 nicht verbundenen Ende der Auslösespule 22 des Leistungsschalters liegt.
Figur 4 zeigt die Stromwandlerschaltung für den Differentialschutz eines Sammelschienensystems mit den Abzweigleitungen 23, 24 und 25. Jede der Abzweiglei tungen 23 bis 25 ist durch einen Eisenkern 2 und einen Luftspaltkern 3 geführt. Die Kerne tragen jeweils wie in Figur 2 und 3 - die Sekundärwicklungen 4 bzw. 5.
In Reihe zu jeder Sekundärwicklung 4 liegt jeweils die Wicklung 26 eines Stromrelais. Jedes dieser Strom relais enthält einen Arbeitskontakt 27, die alle einerseits an den positiven Pol + einer Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und andererseits über eine Verzö- gerungszeitstufe 28 und über die Wicklung 9 einer Um schalteinrichtung an den negativen Pol - der Gleich spannungsquelle geführt sind.
Die Sekundärwicklungen 4 sind alle parallel geschaltet und mit einem Differen- tialrelais 29 verbunden. In gleicher Weise sind die Se kundärwicklungen 5 einander parallel geschaltet und an ein Differentialrelais 30 angeschlossen. Wie in Figur 3 sind die Ausgangsstromkreise der Differentialrelais 29 und 30 über den zur Wicklung 9 zugehörigen Umschalt kontakt 12 mit einem Auslösekreis verbunden, der wie derum durch die Auslösespule 22 für einen oder meh rere Leistungsschalter angedeutet ist.
Durch die Verzögerungszeitstufe 28 wird bei an steigendem Fehlerstrom der Umschalter 12 verzögert be tätigt. Dadurch wird die höhere Leistung des normalen Wandlerkerns länger ausgenutzt. Da die Eisenkerne 2 in den ersten Halbwellen nach einem Kurzschluss bedingt durch das Gleichstromglied - noch nicht ge sättigt sind, wird der Strom während der Verzögerungs zeit noch richtig abgebildet. Die Verzögerungszeit der Verzögerungszeitstufe 28 hängt also von der Höhe eines zu erwartenden Gleichstromgliedes und von der Ab- klink zeitkonstanten desselben ab.
Auch bei dieser An ordnung ist gewährleistet, dass jeweils dasjenige Dif ferentialrelais zur Messung herangezogen wird, welches ein durch Sättigungserscheinungen nicht verfälschtes Er gebnis liefert und welches eine für die Auslösung aus reichende Leistung abgibt.
Neben den gebräuchlichen Wandlern mit Eisen bzw. Luftkernen und darauf aufgebrachten Sekundär wicklungen sind auch solche mit Hall-Generatoren oder magnetfeldabhängigen Widerständen bekannt, die sich in Luftspalten der Kerne befinden. Die neue Strom- wandlerschaltung lässt sich auch mit derartig aufge- bauten Wandlern verwirklichen. In diesem Fall treten die Anschlüsse der Hall-Generatoren bzw. der magnet feldabhängigen Widerstände an die Stelle der Sekundär wicklungen 4 bzw. 5.