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Einrichtung zur betriebsmäßigen Uberwachung von Kurzschlüssen in elektrischen
Anlagen Die Kurzschlußbeanspruchung elektrischer Anlagen steigt mit der Gesamtleistung
der mit dem Netz verbundenen elektrischen Einrichtungen an. Netzzusammenschlüsse
und die mit wachsender Elektrifizierung immer enger werdende Vermaschung haben eine
erhebliche Steigerung der Beanspruchungen durch die vom Kurzschlußstrom hervorgerufenen
elektrodynamischen und thermischen Wirkungen zur Folge. Am stärksten werden Anlagen
in Netzen mit geringer Dämpfung betroffen, wie sie für Betriebe mit großen Leiterquerschnitten
und geringer Entfernung von den einspeisenden Kraftwerken bezeichnend sind. Besonders
die Stoßkurzschlußstromspitzen sind im Hinbhck auf ihre außerordentlichen elektrodynamischen
Kraftwirkungen für die in der Kurzschlußbahn liegenden elektrischen Anlagenteile
gefährlich. Es ist daher erwünscht, mittels eines Überwachungsgeräts die auftretenden
Kurzschlußströme zu kontrollieren.
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Zur Erfassung von Störungen im Netz sind Störungsschreiber bekannt.
Mit diesen Geräten kann man Art und Verlauf einer Störung in Drehstromnetzen erkennen.
Sie zeichnen vorwiegend die drei Spannung gen und evtl. auch die drei Ströme auf
einen gemeinsamen Meßstreifen auf, der normal mit geringem Vorschub von einigen
Millimetern pro Stunde abläuft.
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Tritt eine Störung auf, so wird der Vorschub innerhalb von etwa 50
ms auf einige Meter pro Sekunde erhöht. Diese Geräte zeichnen jedoch nur den Effektivwert
auf. Zur Erfassung des Stoßkurzschlußstroms sind sie nicht geeignet. Es sind auch
noch schneller schreibende Geräte dieser Art bekannt. Infolge der im Störungsfall
zu beschleunigenden Massen eignen sie sich jedoch nicht zur Erfassung des im ersten
Augenblick des Kurzschlusses eintretenden Stoßkurzbchlußstroms.
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Es gibt ferner eine Einrichtung, die mit einem endlosen Magnetband
arbeitet, auf das die Spannungen bzw. Ströme im Netz aufgezeichnet werden. Solange
keine Störung auftritt, werden die Aufzeichnungen immer wieder gelöscht. Im Störungsfall
bleibt die Aufzeichnung bestehen und mittels eines Oszillographen kann man dann
nachträglich die Aufzeichnungen auf dem Magnetband wieder sichtbar machen und aus
der Art der Störung Rückschlüsse ziehen.
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Alle diese bekannten Einrichtungen erfordern einen hohen technischen
Aufwand und sind infolgedessen sehr teuer. Für die betriebsmäßige Überwachung der
Stoßkurzschlußvorgänge sind sie nicht geeignet.
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Es sind ferner eine Reihe von Auslöseschaltungen, insbesondere für
Schnellschalter bekannt, bei denen die Auslösung der Schaltgeräte entweder in Abhängigkeit
von der Steilheit des Stromanstiegs oder der Stromhöhe oder von beiden erfolgt.
Da Schnellschalter in der Regel in Gleichstromanlagen eingesetzt wer-
den, sind die
zugehörigen Auslöseschaltungen für die besonderen Betriebsbedingungen bei Gleichstrom
entwickelt und lassen sich auf Drehstromnetze nicht übertragen.
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Es sind auch Auslöseschaltungen für Schalter in Wechselstromanlagen
bekannt, die im Falle eines Kurzschlusses die Abschaltung einer fehlerhaften Leitung
bewirken. Die Übertragung dieser an sich schon nicht sehr einfachen Schaltungen
auf ein Drehstromsystem würde aber sehr umständlich sein, da dann praktisch die
gesamte Schaltung verdreifacht werden müßte. In einfacher Weise lassen sich diese
Schaltungen nicht zur Überwachung der Momentanwerte der Stoßkurzschlußströme in
Drehstromanlagen verwenden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Augenblickswerte der
Stoßkurzschlußströme in Drehstromanlagen betriebsmäßig zu überwachen und die Überschreitung
eines bestimmten Stoßkurzschlußstromwerts sofort zu melden. Eine einfache Lösung
dieser Aufgabe ist bisher nicht bekannt.
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Erfindungsgemäß ist die Aufgabe durch eine elektronische Einrichtung
gelöst, mit einer Eingangsstufe, bestehend aus zwei über Nennbürden-Widerstände
kurzgeschlossenen Stromwandlern in V-Schaltung und einer Gleichrichterbrückenschaltung,
die den Spannungsabfall an den Nennbürden-Wi derständen Meßstufen zuleitet.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung läßt sich mit geringem technischem
Aufwand einfach und betriebssicher aufbauen. Die Augenblickswerte des Kurzschlußstroms
in allen drei Phasen werden formgetreu
in entsprechende Spannungswerte
übersetzt, und die Einrichtung ist so gehalten, daß mit nur einer Meßstufe für alle
drei Phasen die Ströme in allen Phasen erfaßt werden und die Überschreitung eines
bestimmten, einstellbaren Augenblickswerts gemeldet wird.
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Die Einrichtung kann an jeder Stelle eingebaut werden und läßt sich
gegebenenfalls auch als tragbares Gerät ausführen. Eine derartige tÇberwachungseinrichtung
kaml auch vorteilhaft zur Meldung bzw.
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Registrierung von Kurzschlüssen dienen, deren Dauer unterhalb der
Ansprechzeit der iiblichen im Kurzschlußstromkreis liegenden Relais liegt. Mit solchen
Kurzschlüssen ist z. B. im Prüfbetrieb einer Schalterprüfanlage zu rechnen.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Schaltungsanordnung dargestellt,
mit der sich die erfindungsgemäße Einrichtung verwirklichen läßt.
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Die Überwachungseinrichtung besteht aus vier Teilen, und zwar einer
Eingangsstufe, zwei parallel geschalteten Mefistufen und einer Einrichtung zum Prüfen
des Geräts.
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Die Eingangsstufe enthält die in V-Schaltung angeordneten, z. B.
in den Phasen R und T des Drehstromnetzes liegenden Stromwandler 1, die sekundär
über Nennbürden-Widerstände 2 kurzgeschlossen sind und die Gleichrichterbrückenschaltung
3. Tritt ein Kurzschluß ein, sei er ein-, zwei- oder dreiphasig, so wird der durch
den Stoßkurzschlußstrom hervorgerufene Spannungsabfall an den Widerständen 2 abgegriffen
und über die Brückenschaltung 3 den Potentiometern 4 und 4b zugeführt. Durch die
Brückenschaltung wird die dem Stoß kurzschluß strom proportionale Spannung aller
drei Phasen eines Drehstromsystems unabhängig von der Richtung des Kurzschlußstroms
erfaßt.
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Die Spannung wird von den Potentiometern 4 a, 4 b über RC-Sperrglieder5a,5b
an die Gitter der Meßglieder 6 a, 6 b gelegt.
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Die dargestellte Einrichtung ist mit zwei parallelen Meßstufen mit
verschiedenen Ansprechwerten ausgerüstet, deren Meßglieder hier als gasgefüllte
Schaltröhren (Thyratrons) ausgeführt sind. An die Stelle einer Schaltungsanordnung
mit Thyratron - Röhren können natürlich auch solche mit Transistoren oder Dreielektroden-Funkenstrecken
treten. Die Schaltung muß dann den Eigenschaften dieser Schaltelemente angepaßt
werden.
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Falls die Summe der Gittervorspannung, die durch den Gitterspannungstransformator
8 geliefert wird, und der Meßspannung die Zündspannung erreicht, zündet das jeweilige
Thyratron durch und bewirkt das Ansprechen des zugehörigen Fallklappenrelais 7 a
oder 7 b. An die Stelle eines Fallklappenrelais kann aber auch ein Zählwerk, eine
akustische Anzeigevorrichtung od. dgl. treten.
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Durch Veränderung der Gittervorspannung am Spannungsteiler 9 und
durch Veränderung des Spannungsabgriffs an den Potentiometern 4 a> 4 b läßt sich
der Ansprechwert der Meßstufen einstellen. Man kann z.B. die erste Meßstufe 6 a
so einstellen, daß alle auftretenden Kurzschlüsse mit dem Gerät 7a gezählt werden
und die zweite Meßstufe 6 b so einstellen, daß sie nur anspricht, wenn ein Stoßkurzschlußstrom
bestimmter Höhe überschritten wird.
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Der Gleichspannungsstromkreis 11 bis 14 dient zur Überwachung der
Funktionstüchtigkeit des Geräts.
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Der Spannungsmesser 12 ist in Kiloampere, bezogen auf die Augenblickswerte
des Kurzschlußstroms, geeicht. Um zu prüfen, ob das Gerät arbeitet und ob die Ansprechwerte
der beiden Meßstufen stimmen, schließt man den Schalter 11 und greift am Potentiometer
13 eine Spannung ab, die einem bestimmten Augenblickswert des Kurzschlußstroms entspricht,
z. B. dem Wert, hei dem die Stufe 6 a anspricht. Beim Drücken der Prüftaste 14 wird
diese Prüfspannung impulsartig über die Potentiometer 4 a, 4 b auf die Meßstufen
gegeben. Man kann dann feststellen, ob die Meßstufen ordnungsgemäß arbeiten.
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Falls es erwünscht ist, die Ansprechwerte der Meßstufen öfter zu
ändern, sind die Potentiometer zweckmäßig mit einer geeichten Skala zu versehen.
Die einzelnen Skalenpunkte lassen sich ebenfalls mit Hilfe des Potentiometers 13
und des bereits in Augenblickswe-rten des Kurzschlußstroms geeichten Spannungsmesser
12 festlegen.