-
Schutzrelaisanordnung Für den Distanzschutz sind Schutzrelaisanordnungen
mit Richtungsempfindlichkeit bekannt, die mit Drehfeldrelais arbeiten. Diese Drehfeldrelais
sind mit mehreren Wicklungen zur Drehfelderzeugung versehen. Ihr Drehmoment hängt
von der Differenz der Mitsystemkomponente und der Gegensystemkomponente der zugeführten
Phasenspannungen ab. Eine Einheit dieser Relais ist zur Erfassung eines zweipoligen
Kurzschlusses in beliebigen Phasenleitern in einem bestimmten Schutzbereich ausgebildet.
Für den Distanzschutz verwendet man beispielsweise mehrere gleichartige Einheiten
dieser Relais, die für verschieden weite Schutzbereiche eingestellt sind und mit
unterschiedlicher Zeitverzögerung ansprechen. Andererseits kann man auch mit nur
einer Relaiseinheit mehrere Zeitstufen einstellen, wenn nach bestimmter Zeit die
gegebene Einheit auf einen erweiterten Schutzbereich umgeschaltet wird.
-
Die Funktionsweise einer Relaiseinheit zur Erfassung eines zweipoligen
Kurzschlusses in beliebigen Leitern und in einem vom Relaisort in einer Richtung
verlaufenden einstellbaren Schutzbereich ohne Verwendung eines zusätzlichen Richtungsgliedes
beruht auf der Tatsache, daß bei einem zweipoligen Kurzschluß am Fehlerort die Spannungen
des Mit und Gegensystems U1 und U2 die gleiche Größe haben, während ;am Generator
nur die Spannung des Mitsystems U1 vorliegt. Zwischen diesen beiden Punkten folgt
die Spannung des Mitsystems der Gleichung: U1 = U - Z1 11, wenn man mit U
die Generatorspannung, mit Z1 die Impedanz des Mitsystems zwischen Fehlerort und
Generator und mit 11 den Strom des Mitsystems bezeichnet. Bei einem zweipoligen
Kurzschluß ohne Erdberührung gilt außerdem die Beziehung 11= -12. Für den Spannungsverlauf
des Gegensystems gilt damit: U2 = -Z2 12 =Z211 .
-
Dabei ist mit Z2 die Impedanz des Gegensystems und mit 12 der Strom
des Gegensystems bezeichnet. Am Fehlerort selbst gilt die Beziehung: U1
= U2.
-
In F i g. 1 ist der Verlauf der Spannungen des Mit-und Gegensystems
U1 und U2 zwischen Genematorort G, Relaisort R und dem Fehlerort F eingezeichnet.
Hieraus geht hervor, daß am Fehlerort Mit- und Gegensystemspannung einander gleich
sind und mit wachsender Entfernung vom Fehlerort zur Spannungsquelle hin die Spannung
des Mitsystems stetig zunimmt, während die Spannung des Gegensystems kleiner wird.
Diese Tatsache wird bei der bekannten Relaisanordnung mit einem Drehfeldrelais zur
Erfassung von zweipoligen Kurzschlüssen ausgenutzt. Am Relaisort wird die Spannung
des Mitsystems herabgesetzt und die Spannung des Gegensystems derart erhöht, daß
bei einem Fehler an den. Grenze des Schutzbereiches Mit- und Gagensystemspannung
am Relaisort R gleich groß sind. Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Zusatzeinrichtung
zu dieser im folgenden näher beschriebenen bekannten Relaisanordnung zur Erfassung
von zweipoligen Kurzschlüssen. Mit der Zusatzeinrichtung eignet sich dann diese
Relaisanordnung auch zur Erfassung einpoliger Erdschlüsse.
-
In F i g. 2 ist ein dreiphasiges Spannungssystem 12 dargestellt, von
dem ein Leitungssystem 11 abzweigt, in das der Leistungsschalter CB eingeschaltet
ist, dessen Auslösewicklung über einen Kontakt des Drehfeldrelais W an eine Spannungsquelle
angeschlossen ist. Zur Speisung der Relaisanordnungbefindet sich ein Spannungswandlersatz
PT und ein Stromwandlersatz CT in der Leitung 11. Für die Erfassung zweipoliger
Kurzschlüsse sind die in Stern geschalteten Sekundärwicklungen des Spannungswandlersatzes
über die Ruhekontakte SA 2, SB 2, SC 2 der später noch zu beschreibenden
Anregerrelais SA, SB, SC an Spartransformatoren A T geschaltet, die Primärwicklungen
S und Sekundärwicklungen M mit jeweils vorschiedenen
Anzapfungsmöglichkeiten
zur Einstellung der Spannung und damit zur Einstellung des Schutzbereiches aufweisen.
Die Ausgangsanschlüsse dieser Spartransformatoren AT sind über die Sekundärwicklungen
von Transformatoren CP über Kompensatoren CL, R,; R, und CZ, RZ an die Anschlüsse
x, y, z des Drehfeldrelais W geführt. Ein Teil jeder Sekundärwicklung der Transformatoren
CP ist über einen der Widerstände R 1, R 2 und R 3 überbrückt. Die Primärwicklungen
dieser Transformatoren werden von den Strömen 1,4, I8 und 1c gespeist, die den Sekundärwicklungen
des Stromwandlersatzes CT entnommen werden. Durch die Widerstände R 1, R 2, R 3
ergibt sich an den Sekundärwicklungen der Transformatoren CP ein Spannungsabfall,
der den Phasenströmen am Relaisort proportional ist. Die nachgeschalteten, aus Widerständen
und Kondensatoren bestehenden Kompensatoren stellen die Nachbildung der Leitungsimpedanz
zwischen dem Relaisort und der Grenze des jeweils gewünschten Schutzbereiches dar.
Diese Relaiseinheit arbeitet bei einem zweipoligen Kurzschluß folgendermaßen: Der
Spannungswandlersaiz PT liefert an die Relaiseinheit Spannungen, deren Mitsystem
um einen bestimmten Betrag größer oder kleiner ist als das darin enthaltene Gegensystem.
Der Unterschied zwischen den Spannungen des Mit- und Gegensystems ist proportional
den fließenden Kurzschlußströmen und proportional den Leitungsimpedanzen zwischen
Relais- und Fehlerort. Durch die Transformatoren CP wird diesem Spannungssystem
ein weiteres, von den Phasenströmen und den eingestellten Werten der Kompensatoren
abhängiges Spannungssystem so überlagert, daß an den Anschlußpunkten x, y, z des
Drehfeldrelais W ein Spannungssystem ansteht, dessen Gegensystemspannung um den
Spannungsabfall des Gegensystemstromes am Kompensator erhöht und dessen Mitsystemspannung
um einen entsprechenden Betrag erniedrigt ist. Der Kompensator ist so eingestellt,
daß bei einem Fehler an der Grenze des Schutzbereiches Mit- und Gegensystemspannung
gleich groß sind. Ist der Fehlerort weiter von dem Relaisort entfernt, so wird durch
die Transformatoren CP eine kleinere Spannung überlagert, so daß das Mitsystem überwiegt.
Liegt der Fehlerort innerhalb des Schutzbereiches, so wird das Gegensystem einen
größeren Wert aufweisen und bei einem Fehler auf der anderen Seite des Relaisortes
kehren sich relativ zur Spannung die Phasenströme um, so daß wiederum das Mitsystem
überwiegt und das Relais sperrt.
-
Die Erfindung betrifft nun eine Zusatzeinrichtung zu dieser beschriebenen
Relaiseinheit, welche die Erfassung einpoliger Erdschlüsse mit der gleichen Relaiseinheit
ermöglicht. Die Zusatzeinrichtung besteht darin, daß zur Erfassung von Erdschlüssen
Anregerelais SA, SB, SC vorgesehen sind, die bei einem Erdschluß in die betroffene
Phase zwei Spannungsquellen einschalten, deren Spannungen von der auftretenden Spannung
des Nullsystems und dem Spannungsabfall des Nu:llsystemstromes an einem Nullstromkompen-Bator
so abhängen, daß bei einem Fehler an der Grenze des eingestellten Schutzbereiches
am Drehfeldrelais W, wie bei einem zweipoligen Kurzschluß, das Mit- und Gegensystem
der anliegenden Spannung gleich groß sind.
-
Wie die Zeichnung weiter zeigt, ist über die Kontakte SA 5, SB
5 und SC 5 bei Ansprechen des dazugehörigen Relais jeweils eine Sekundärspannung
des Spannungswandlersatzes PT über die Sekundärwicklung des Nullspannungstransformators
PTA und über die Sekundärwicklung des Nullstromtransformators CP und einen
dem gleichen angesprochenen Relais SA, SB oder SC zugeordneten Arbeitskontakt
SA 1,
SB 1 oder SC 1 dem Spartransformator AT
zugeführt. Die Sekundärwicklung des Nullstromtransformators ist zum Teil über einen
einstellbaren Widerstand überbrückt. Die Primärwicklung wird von dem dreifachen
Nullstrom des Leitungssystems durchflossen, da sie zwischen dem Sternpunkt des Stromwandlersatzes
CT und den miteinander verbundenen Ausgängen der Stromtransformatoren CP eingeschaltet
ist. Die Primärwicklung des Nullspannungstransformators PTA
ist an eine offene
Dreieckwicklung des Spannungswandlersatzes PT angeschlossen, deren Spannung der
Spannung des Nullsystems proportional ist.
-
Bei einem einpoligen Erdschluß gelten für die symmetrischen Komponenten
am Fehlerort folgende Beziehungen: Ur = - U., - U". Die Indizes 1, 2 und
0 weisen wiederum auf das Mit-, Gegen- oder Nullsystem hin. Die erste dieser Gleichungen
zeigt, daß im Gegensatz zum zweipoligen Kurzschluß bei einem einpoligen Erdschluß
die absoluten Größen der Spannungen des Mit- und Gegensystems am Fehlerort nicht
gleich sind, sondern sich um den Spannungswert des Nullsystems U, unterscheiden.
Das richtige Ansprechen der beschriebenen Relaiseinheit kann nun für diesen Fehlerfall
beispielsweise wieder erreicht werden, wenn die Spannung des Gegensystems um die
halbe Nullspannung vergrößert und die Spannung des Mitsystems um den gleichen Wert
verkleinert und der Spannungsabfall des Stromes des Nullsystems kompensiert wird.
-
Diese Aufgabe wird beispielsweise dadurch gelöst, daß man der Spannung
des fehlerbehafteten Leiters eine Zusatzspannung U= in Reihe schaltet. Wie die Gleichungen
der symmetrischen Komponenten ergeben, gilt für das Mit- und Gegensystem dieser
nur in einer Phase vorhandenen Zusatzspannung: UI = Uz = 1/s
u'.
Da die Mit- und Gegensystemspannungen des Netzes am Fehlerort entgegengesetzt
gerichtet sind, wirkt die Addition dieser Zusatzspannung auf die Mit- und Gegensysternspannungen
des Netzes in entgegengesetztem Sinn. Wählt man für die Zusatzspannung abhängig
von der Nullspannung, gibt ihr den Wert ß/2 U, und addiert außerdem dazu denjenigen
Spannungsabfall, der durch einen entsprechenden Wert des Nullsystemstromes an einer
Nachbildung der Nullimpedanz zwischen Relaisort und der Grenze des eingestellten
Schutzbereiches hervorgerufen wird, so werden die Spannungen des Mit- und Gegensystems
in der geforderten Weise kompensiert. Die Verwirklichung dieser Maßnahme geschieht
durch die Reihenschaltung der Sekundärwicklung des NulIspannungstransformators
PTA und des Nullstromtransformators CPO, welche über die Kontakte 1 und 5
des jeweils angesprochenen Anregerelais SA, SB oder SC in Reihe zu
der entsprechenden Phasenspannung geschaltet ist. Die Wicklungen des Nullspannungstransformators
sind so ausgelegt, daß an der Sekundärwicklung der gewünschte Wert der Nullsystemspannung
vorhanden ist. Einem Teil der Sekundärwicklung
des Nullstromtransformators
ist ein einstellbarer überbrückungswide.rstand parallel geschaltet. Dieser wird
so eingestellt, daß sich andern übrigen Teil der Sekundärwicklung eine Spannung
einstellt, die dem geforderten Spannungsabfall des Nullsystemstromes entspricht.
Die Anregerelais SA, SB, SC werden von einem bekannten, nicht gezeichneten
Anregegläed beaufsohlagt, das so ausgeführt ist, daß bei einem einphasigen Erdschluß
in irgendeiner Phase nur das zugehörige Relais erregt wird.