DE1078672B

DE1078672B - Einrichtung zur selbsttaetigen Betaetigung und Steuerung der mechanischen Kurztrennung von Leistungsschaltern

Info

Publication number: DE1078672B
Application number: DEE8793A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Severin Berhang; Dipl-Ing Frobert Michaelis
Original assignee: SEVERIN BERHANG DIPL ING
Current assignee: SEVERIN BERHANG DIPL ING
Priority date: 1954-03-29
Filing date: 1954-03-29
Publication date: 1960-03-31

Description

DEUTSCHES

kl. 21 c 68/50

INTERNAT. KL. H 02 d

PATENTAMT

E 8793 VIIIb/21 c

ANMELDETAG: 2 9. MÄR Z 19 5 4

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 31.MÄRZ1960

Zwecks Eingrenzung der Auswirkungen von Lichtbogenkurzschlüssen, die durch atmosphärische Störungen oder sonstige Ursachen entstehen, gelangen in zunehmendem Maße Einrichtungen für Kurztrennung (Kurzschlußfortschaltung) zur Verwendung.

Die bisher bekannten Einrichtungen für eine Kurztrennung mit automatischer Steuerung machen die Verwendung von äußerst kostspieligen Kurzschlußfortschaltrelais für die Impulsgabe zu den einzelnen Schalthandlungen sowie andere komplizierte und xo teuere Einrichtungen erforderlich. So sind z. B. Einrichtungen zur Fortschaltung von Lichtbogenkurzschlüssen in elektrischen Anlagen bekannt, bei denen beim Wiedereinschalten die Stromspulen der Überstromrelais so lange kurzgeschlossen werden, wie der Einschaltimpuls besteht. Für das Kurzschließen der Auslösespulen der Überstromrelais werden Hilfsrelais verwendet, für deren Auslösung Gleichstrom benötigt wird. Die Vorrichtung arbeitet also nur mit einer netzunabhängigen Spannung, z. B. einer Gleichstrombatterie.

Die Verwendung einer netzunabhängigen Spannung als Hilfsspannung für die Relaisbetätigung stößt nun auf Schwierigkeiten, wenn man in unbemannten Hochspannungsstationen Schalter für Kurzschluß fortschaltung einbauen will. Auf Batterien, weil sie nicht gewartet werden können, muß man verzichten, die Hilfsspannung dem speisenden Netz zu entnehmen, verbietet sich, weil die Unkosten für einen Wandler genügender Kurzschlußfestigkeitunerträglichhochliegen.

Der Gedanke liegt an sich nahe, den Hilfsstrom für die Auslösung der Relais dem Stationstransformator auf der Sekundärseite zu entnehmen oder die Relais sekündärseitig an hinter dem Schalter angeschlossene Wandler anzuschließen. Damit aber sind die vorerwähnten bekannten Kurzschlußfortschaltungen nicht anwendbar, da dieselben bei zusammenbrechender Spannnung nicht ansprechen.

Zur Behebung dieser Nachteile wird nun eine Einrichtung zur selbsttätigen Betätigung und Steuerung der mechanischen Kurztrennvorrichtung von Hochspannungsleistungsschaltern mit mittelbar an die netzabhängige Spannung angeschlossenen Kondensatorrelais vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäß für eine verzögerte Einstellung der endgültigen Abschaltung bei fortbestehendem Kurzschluß nach erfolgter Kurztrennung ein an sich bekanntes Kondensatorzeitrelais durch einen Impuls des Kurzschlußgliedes eines Schutzrelais betätigt wird, wobei das Kondensatorzeitrelais mit seinem Öffnungskontakt den Impuls des Kurzschlußgliedes des Schutzrelais für eine einstellbare Zeit sperrt und erst nach dieser Zeit die endgültige Abschaltung freigibt. Insbesondere soll gemäß der weiteren Erfindung das an sich bekannte Konden-EinricTitung zur selbsttätigen

Betätigung und Steuerung

der mechanischen Kurztrennung

von Leistungsschaltern

Anmelder:

Dipl.-Ing. Severin Berhang,
Düsseldorf, Heidestieg 1

Dipl.-Ing. Severin Berhang, Düsseldorf,

und Dipl.-Ing. Frobert Michaelis, Frankfurt/M.,

sind als Erfinder genannt worden

satorzeitrelais die Wirkung des Kurzschlußgliedes des Schutzrelais so lange unterbrechen, bis das Überstromzeitglied des Schutzrelais nach einer selektiv einstellbaren Zeit die endgültige Auslösung des Schalters bewirkt.

Soweit bisher die Verwendung von Kondensatorrelais für Kurzschluß fortschaltungen oder ähnliche Einschaltvorgänge vorgeschlagen worden ist, handelt es sich nur darum, seine Eigenschaft als Verzögerungsrelais auszunutzen, d. h., man verwendete es im Austausch gegen Gleich- oder Wechselstromrelais mit eingebauter mechanischer Verzögerungseinrichtung in Schaltungen, die mit stromunabhängigen Hilfsspannungen arbeiten. Es ist nun zwar auch eine Vorrichtung zur Sicherung einer elektrischen Leitung bekannt, bei der im Falle eines Fehlers ein Stromkreis zur Betätigung einer Signal- oder Schaltvorrichtung geschlossen wird, als Stromquelle einen Kondensator zu verwenden, der von der zu schützenden Leitung aus aufgeladen wird. Im Gegensatz zu dieser Anordnung, bei der ein gesonderter Kondensator zur Speisung der Anordnung benötigt wird, macht die Erfindung von dem Gedanken erstmalig Gebrauch, den im Kondensatorzeitrelais sowieso vorhandenen Kondensator in zweifachem Sinne auszunutzen, nämlich erstens als Zeitverzögerungseinrichtung und zweitens gleichzeitig als Spannungsspeicher, um den Programmablauf der Kurzschlußfortschaltung mit gegebenenfalls sich anschließender Abschaltung selbst bei größtmöglichem Zusammenbruch der Netzspannung nach erfolgtem Kurzschluß, wenn sie an einer netzabhängigen Spannung betrieben wird, einwandfrei und betriebssicher zu garantieren.

909¹768/330

Die Relaisanordnung arbeitet mit einem Hochspannungsleistungsschalter zusammen, der über einen Kraftspeicher verfügt, dessen automatisches Holen und Spannen nach einer einstellbaren Zeit über einen Wischkontakt eines Kondensatorzeitrelais bewirkt werden, das bei Auftreten des Kurzschlusses gleichzeitig mit dem mechanischen Impuls eines Primärrelais auf die Auslösewelle bzw. dem elektrischen Impuls des Sekundärrelais auf den Arbeitsstromauslöser erregt wird.

Bei Fortdauer des Kurzschlusses wird der Leistungsschalter entweder unverzögert, also unselektiv endgültig abgeschaltet oder durch Verwendung eines Sperrzeitrelais und des Überstromzeitgliedes des Schutzrelais nach einer genau einstellbaren Zeit selektiv endgültig abgeschaltet.

Für die willkürliche Abschaltung von Hand kann außerdem ein weiteres Kondensatorzeitrelais vorgesehen sein, welches über einen Arbeitskontakt den Arbeitsstromauslöser des Schalters erregt und denselben zur Auslösung bringt, während über einen zweiten Arbeitskontakt gleichzeitig ein Schütz betätigt wird, welches den Kraftspeicher entspannt und damit die nochmalige Kurztrennung verhindert.

An Hand des in der Zeichnung beispielsweise dargestellten Schaltbildes soll die Wirkungsweise einer Einrichtung gemäß der Erfindung erläutert werden.

Der Hochspannungs-Leistungsschalter α mit dem Schutzrelais e_t soll den Schutz eines Freileitungsabzweiges übernehmen und bei Auftreten eines Licht- bogenkurzschlusses mit seiner an sich bekannten mechanischen Kurzunterbrechungseinrichtung P in der Zeit von etwa 0,2 bis 0,4 Sekunden eine Kurzunterbrechung durchführen und bei Fortbestehen des Kurzschlusses endgültig abschalten.

Das Schutzrelais ist bekannterweise je Phase mit einem Kurzschlußauslöser K und einem Überstromzeitglied Ü versehen.

Zusätzlich zum Schutzrelais e_x werden noch die Kondensatorzeitrelais e₂, e_s und c₄ benötigt. Der Leistungsschalter α besitzt zwei Arbeitsstromauslöser μ und w mit den Klemmen α und b bzw. c und d und vier Kontaktpaare 1-2, 3-4, 5-6 und 7-8. Das Holen und Spannen der mechanischen Kurzunterbrechungseinrichtung P, die also, wie der Name sagt, auf rein mechanischem Wege, z. B. mittels als Kraftspeicher gespannter Federn, eine »Aus-Ein«-Schaltung durchführt, erfolgt durch den Motorik.

Dem Motor zugeordnet ist die Antriebswelle m mit den Kontaktpaaren I-II, HI-IV, 9-10, 11-12 und 13-14. Außerdem ist noch ein Wendeschütz, bestehend aus dem Spannschütz C₁ und dem Holschütz C₂, die Druckknöpfe (Taster) Jb₁ für »Aus«, b₂ für »Holen« und &3 für »Ein«, vorhanden.

Die netzabhängige Hilfsspannung ist mit den Phasenzeichen R und T angegeben. Um die Schaltung übersichtlich zu gestalten, wurde darauf verzichtet, die netzabhängige Hilfsspannungsquelle, beispielsweise zwei in die Abzweigleitung in üblicher Weise eingeschaltete Spannungswandler, einzuzeichnen und die mit R und T bezeichneten Zuführungsleitungen mit derselben zu verbinden. Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Einrichtung gemäß der Erfindung, wenn der an sich vorhandene Stationstransformator zur Lieferung der Hilfsspannung herangezogen wird.

Die Wirkungsweise ist nun folgende: Beim Einschalten mit dem Taster b₃ aus dem Betriebszustand — Schalter »Aus« und Einschaltfeder geholt — wird über den Kontakt b₃ (3-4) das Spannschütz C₁ betätigt, welches mit dem Motor m die Einschaltfeder spannt und den Schalter α einschaltet. Der Stromverlauf ist dabei folgender:

Phase T, Kontakt b₃ (3-4), Spannschützspule C₁ (b-a), Verriegelungskontakt des Holschützes C₂ (4-3), Antriebswelle m. (IV-III-I) zur Phase R.

Sobald das Spannschütz C₁ angesprochen hat, überbrückt sein Haltekontakt C₁ (1-2) den Tasterkontakt b₃ (3-4), so daß dieser nur kurz betätigt werden muß. Nach erfolgtem vollem Spannen der Einschaltfeder durch den Motor M öffnet der Kontakt m (III-IV) des Motorendschalters auf der Antriebswelle m den Haltestromkreis des Spannschützes C₁, dieser fällt ab und beendet die Spannbewegung des Motors M.

Durch die Betätigung des Tasters b₃ beim willkürlichen Einschalten wird gleichzeitig über den Kontakt (8-7) des Tasters b₃ ein kurzzeitiger Impuls auf die Primärseite des Transformators (23) des Kondensatorzeitrelais e₂ gegeben, der genügt, um mit der auf der Sekundärseite des Trafos (23) erzeugten Spannung über den Gleichrichter den Kondensator (24) aufzuladen. Der Stromverlauf ist folgender:

Phase T, Kontakt b₃ (8-7), Zeitrelais e₂ (1-4) über Primärseite des Transformators (23) nach Phase R.

Die Betätigung der Taste b₃ und der damit über den Kontakt (8-7) auf das Relais gegebene Impuls von etwa ¹Zz Sekunde genügt vollkommen, um den Kondensator aufzuladen. Die Entladung des Kondensators (24) erfolgt dann über die Relaisspule nach der eingestellten Zeit von 2,5 bis 5 Sekunden, was durch entsprechende Bemessung von Kapazität und Widerstand dieses Stromkreises erreicht wird. Durch das Ansprechen der Relaisspule des Kondensatorzeitrelais e_% wird somit nach der eingestellten Zeit der Wischkontakt (5-6) kurzzeitig geschlossen.

Durch diesen Stromimpuls über den Wischkontakt e₂ (5-6) wird das Holschütz C₂ nach der eingestellten Verzögerungszeit über folgenden Stromweg betätigt:

Phase T, den geschlossenen Kontakt (3-4) am Schalter a, Wischkontakt (5-6) im Kondensatorzeitrelais e₂, Spule (a-b) im Holschütz C₂, Verriegelungskontakt (3-4) im Spannschütz C₁, den ebenfalls geschlossenen Kontakt (H-I) am Antrieb m zu Phase R.

Nach dem Ansprechen wird das Holzschütz c₂ über den Haltekontakt c₂ (1-2j so lange gehalten, bis der Kontakt m (I-II) auf der Antriebswelle nach Abschluß des Holvorganges den Haltestromkreis wieder unterbrochen hat.

Nach beendetem Holvorgang schließt der Hilfskontakt m (11-12) auf der Antriebswelle, und über den Stromlauf

Phase T, Schaltwellenkontakt a (3-4), Kontakt an der Antriebswelle m (11-12), Spannschützspule C₁ (a-b), Verriegelungskontakt des Holschützes C₂ (3-4) über Antriebswelle m (IV-III-I) zur Phasei?

wird nach Abfallen des Holschützes C₂ das Spannschütz C₁ angeregt und nach Anziehen durch seinen Haltekontakt C₁ (1-2) so lange gehalten, bis der Motor M die Einschaltfeder ein zweites Mal (vorsorglich) gespannt hat, damit für den Fall einer Abschaltung des Leistungsschalters eine mechanische Schnellwiedereinschaltung (Kurzunterbrechung) erfolgen kann. Nach erfolgtem Spannvorgang öffnet der Motorendschalter mit dem Kontakt m (III-IV) den Haltestromkreis des Spannschützes C₁ und beendet damit die Spannbewegung des Motors M.

Beim Ausschalten mit dem Taster b_± aus dem Betriebszustand — Schalter »Ein«, d. h. Schaltwelle a in »EIN«-Stellung und Antriebswellem in Spannstellung gespannt — erhält das Kondensatorzeitrelais e₃ Spannung. Stromlauf:

PhaseT, Kontakt b_x (3-4), Kontakt α (7-8), Relaisspule e_z (1-a-b-S), Phase R.

Das Relais e₃ besitzt einen unverzögerten Wischkontakt e₃ (7-8), der das Holschütz C₂ ansprechen läßt. Stromverlauf:

PhaseT, Kontakt e_s (8-7), HolschützspuleC₂ (a-b), Einschützkontakte c (3-4) über Antriebswellenkontakt m (H-I) zur Phase R.

Nach Ansprechen des Holschützes C₂ wird dieses durch seinen Haltekontakt c₂ (1-2) so lange gehalten, bis durch die Holbewegung des Motors M die vorher gespannte Einschaltfeder entspannt wurde, dann wird der Haltestromkreis durch den öffnenden Kontakt m (I-II) unterbrochen und der Motor dadurch zum Stehen gebracht.

Der verzögerte Kontakt e₃ (9-10) des Kondensatorzeitrelais e_z ist so eingestellt, daß er erst jetzt schließt. Der Stromkreis

Phase T, verzögerter Kontakt e₃ (10-9), Kontakt wi (10-9) auf der Antriebswelle, Arbeitsstromauslöser u (a-b) über Kontakt α (2-1) an der Schaltwelle zur Phase R

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bringt den Arbeitsstromauslöser u zum Ansprechen und damit den Leistungsschalter α zum Ausschalten. Da die Einschaltfeder ja vorher entspannt wurde, bleibt der Schalter endgültig ausgeschaltet, und es erfolgt keine Schnellwiedereinschaltung (Kurzunterbrechung), wie sie im nächsten Abschnitt beschrieben wird.

Nach Erläuterung des Ein- und Ausschaltvorganges soll nun der Kurzunterbrechungsvorgang erläutert werden, der trotz Zuhilfenahme der zusammenbrechenden Spannung einwandfrei und betriebssicher verläuft. Bei einer Kurzunterbrechung durch das Schutzrelais e_t mit dem Überstromzeitglied Ü und den Kurzschlußauslösern K aus dem Betriebszustand — Schalter in »Ein«-Stellung, Antriebswelle in »Spann«-Stellung und Einschaltfeder gespannt — wird der Kurzschlußkontakt e_±k (7-8) geschlossen und der Arbeitsstromauslöser w über den Kontakt e_t (6-5) des Zeitrelais e₄ sofort betätigt. Der Stromverlauf ist folgender:

PhaseT, Schutzrelaiskontakt e_x K (7-8), Kontakt e_i (5-6), Arbeitsstromauslöser w (c-d) und Schaltwellenkontakt α (2-1) zur Phase R.

Nach 0,1 Sekunden wird der Kontakt e_i (5-6) für die Zeit von 0,5 bis 3,5 Sekunden unterbrochen, so daß während dieser Zeit eine zweite (endgültige) Abschaltung über das Kurzschlußglied e_xK nicht erfolgen kann. Der ansprechende Arbeitsstromauslöser w hat die Ausschaltbewegung des Leistungsschalters eingeleitet, die ihrerseits an ihrem letzten Stück über die mechanische Kurzunterbrechungseinrichtung die Schnellwiedereinschaltung bewirkt (die Einschaltfeder wird ja bei jedem Einschaltvorgang vorsorglich nochmals gespannt).

Ist der Kurzschluß im Abzweig inzwischen behoben, so bleibt der Schalter eingeschaltet. Beim Wiedereinschaltvorgang wird über

PhaseT, Kurzschlußkontakt e_x K (7-8), b₃ (6-5), f?₂ (1-4) zur Phase R das Kondensatorzeitrelais e₂ betätigt, welches die Vorbereitung des Schalters α zur nächsten Kurzunterbrechung trifft. Nach einer einstellbaren Zeit von 2,5 bis 5 Sekunden schließt das Kondensatorrelais e₂ seinen Kontakt e₂ (5-6) und betätigt damit das Holschütz C₂. Der Stromverlauf ist folgender:

Phaser,« (3-4), e₂ (5-6), C₂ (a-b), C₁ (3-4), m (H-I) nach Phase R.

Das Holschütz steuert den Antriebsmotor M, welcher das Holen und Spannen des mechanischen Kraftspeichers P durchführt. Letzteres erfolgt nach beendeten Holvorgang über

Phase T₁ a (3-4), m (11-12), C₁ (b-a), c₂ (4-3), m (IV-III-I) zur Phase R (wie schon bei dem Vorgang »Einschalten« beschrieben).

Das Kondensatorzeitrelais e₂ dient somit sowohl bei dem willkürlichen Einschalten des Schalters durch den Taster b₃ als auch bei der Anregung durch das Schutzrelais e_x zur verzögerten Durchführung des Hol- und Spannvorganges.

Und zwar soll dadurch, daß das Holen und Spannen der Einschaltfeder nach einer von 2,5 bis 5 Sekunden einstellbaren Zeit erfolgt und diese Zeit über der Ansprechzeit des Schutzrelais e_x eingestellt wird, erreicht werden, daß der Schalter bei Fortbestehen des Kurzschlusses nach dem Wiedereinschalten infolge des noch nicht stattgefundenen bzw. verzögerten Holvorganges endgültig abschaltet.

Eine endgültige Abschaltung des Leistungsschalters aus dem Betriebszustand — Schalter in Wieder-Ein-Stellung — muß erfolgen, wenn in dem zu schützenden Netzteil ein Dauerkurzschluß vorliegt, der durch die erfolgte Kurzunterbrechung nicht beseitigt werden konnte. Da diese aber oft erst nach einer gewünschten Staffelzeit erfolgen darf, muß dafür gesorgt werden, daß das sofort nach dem Wiedereinschalten auf den bestehenden Kurzschluß ansprechende Kurzschlußglied des Schutzrelais e_± den Arbeitsstromauslöser w nicht betätigen kann.

Dazu ist das Kondensatorrelais e_t vorhanden, das beim ersten Ansprechen des Kurzschlußgliedes e_x K (7-8) angezogen und damit seinen Kontakt e± (5-6) geöffnet hat, den es erst nach einer einstellbaren Zeit von 0,5 bis 3,5 Sekunden wieder schließt.

Diese Öffnungszeit wird so lange eingestellt, daß vor ihrem Ablauf der Überstromschutz des Schutzrelais e₁ nach Ablauf seiner Staffelzeit den Leistungsschalter endgültig zum Abschalten angeregt hat. Stromverlauf:

PhaseT, e_t Ü (9-10), w (c-d), a (1-2), PhaseR.

Die an sich bekannten Kondensatorzeitrelais e₂, e₃, e_t, die bei dieser Einrichtung zur Verwendung gelangen, besitzen Kondensatoren 24, die durch den Spannungsimpuls des Schutzrelais e_t zur Aufladung gelangen und nach einer einstellbaren Zeit durch Entladung über eine entsprechend bemessene Spule den Anker zum Ansprechen bringen und damit die erforderlichen Kontakte betätigen.

Durch Verwendung entsprechender Transformatoren 23 und SpezialStabilisatoren 25 wird die Betriebsspannung in weiten Grenzen selbsttätig stabilisiert. Dadurch wird erreicht, daß bei Verwendung einer netzabhängigen Spannung für die Einrichtung zur Kurztrennung bei Zusammenbruch der Netzspannung nach Auftreten des Kurzschlusses trotzdem die Relais e₂, e_i betriebssicher arbeiten und ihre Funktionen

lediglich mit kleinen Zeitstreuungen einwandfrei erfüllen.

Der Arbeitsstromauslöser w kann so ausgelegt werden, daß er bei voller Spannung oder bei zusammenbrechender Spannung, etwa 20% der Sekundärspannung von 235 Volt, d. h. 40 bis 50 Volt, anspricht. Die Schwankungen der Auslösezeiten können dabei sehr klein gehalten werden und fallen, da die Auslösezeit nur einen Bruchteil der gesamten Schaltereigenzeit beträgt, überhaupt nicht ins Gewicht, so daß der Programmablauf infolge der ausgewählten Doppelwirkung der Zeitverzögerung und der Spannungsstabilisation der in den Kondensatorzeitrelais vorhandenen Kondensatoren einwandfrei und betriebssicher verläuft. Somit kann diese Einrichtung in Anlagen verwendet werden, in denen eine netzunabhängige Hilfsspannung nicht zur Verfügung steht, wodurch die Notwendigkeit der Anschaffung und Wartung einer unabhängigen Hilfsspanmingsquelle vermieden wird.

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur selbsttätigen Betätigung und Steuerung der mechanischen Kurztrennvorrichtung von Hochspannungs-Leistungsschaltern, bei

der Kondensatorzeitrelais verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß für eine verzögerte Einstellung der endgültigen Abschaltung bei fortbestehendem Kurzschluß nach erfolgter Kurztrennung ein an sich bekanntes Kondensatorzeitrelais (e₄) durch einen Impuls des Kurzschlußgliedes (K) des Schutzrelais (^₁) betätigt wird und mit seinem Öffnungskontakt (e_i 5-6) den Impuls des Kurzschlußgliedes (K) des Schutzrelais (^₁) für eine bestimmte einstellbare Zeit sperrt und erst nach dieser Zeit die endgültige Abschaltung freigibt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an sich bekannte Kondensatorzeitrelais (e₄) die Wirkung des Kurzschlußgliedes (K) des Schutzrelais (^₁) so lange unterbricht, bis das Überstromzeitglied (Ü) des Schutzrelais (^₁) nach einer selektiv einstellbaren Zeit die endgültige Auslösung des Schalters bewirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 504 766, 515 697,
441, 400142, 450 675;

Hermann Goetsch, Taschenbuch für Fernmeldetechniken, München, 1940, S. 102.

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