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Sammelschienenschutz mit elektronischen Gliedern Die Erfindung betrifft
einen Sammelschienenschutz mit elektronischen Gliedern, bei dem der Summenstrom
sämtlicher Zu- und Ableitungen der Sammelschienen und die einzelnen Ströme jeder
Zu-und Ableitung miteinander verglichen werden.
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Für elektromechanische Relais sind solche Schaltungen bekanntgeworden.
Man hat jedem Abzweig ein Relais zugeordnet, das sowohl vom Summenstrom als auch
vom Strom in dem betreffenden Ab-
zweig gespeist wird. Es spricht dann an,
wenn eine ganz bestimmte Richtung zwischen Summenstrom und Abzweigstrom vorliegt.
Ist diese Richtung bei C
allen Zu- und Ableitungen gleich, und zwar so, daß
hierbei die Leistung in die Sammelschiene hineinfließt -, so ist dies das Kennzeichen
eines Sammelschienenfehlers, und dann schaltet der Schutz sämtliche Abzeige ab.
Die einzelnen Relais schließen hierbei einen Kontakt, welcher mit einem Schütz verbunden
ist, welcher sämtliche Auslöser betätigt. Zeigt hierbei aber auch nur ein Relais
auf eine andere Richtung, so wird ein weiteres Schütz betätigt, welches die Auslöseleitungen
öffnet. Hierdurch ist die Gewähr gegeben, daß der Sammelschienenschutz einwandfrei
arbeiten kann und nicht durch Wandlerfehler, wie es beim reinen Differentialschutz
der Fall wäre, fehlansprechen könnte.
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Die Sicherheit kann noch dadurch erhöht werden, daß man zusätzlich
zu diesem Richtunasrelais ein Überstromrelais anordnet, das den betreffenden
Ab-
zweig erst dann in den Schutz einbezieht, wenn auch ein Strom vorhanden
ist. Ferner kann man ein solches Cberstromrelais auch in die Summenstromleitun-
einbauen, welches die Anordnung ebenfalls erst dann freigibt, wenn der Summenstrom
einen bestimmten Wert überschritten hat, der etwa dem kleinstmöglichen Kurzschlußstrom
entspricht.
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Diese elektromechanischen Relais arbeiten an sich zuverlässi- und
einwandfrei, erfordern aber einen sehr hohen Aufwand, da jeder Zuleitung und
jeder
Ableitung ein Richtungsrelais zugeordnet werden m-uß und diesem Relais
sowohl der Strom des betreffenden Wandlers als auch der Summenstrom zu--eführt werden
muß. Dadurch sind Verbindunaen zwischen den einzelnen Wandlerzweigen der
Ab-
zweige erforderlich, die eine Unübersichtlichkeit in der Schaltung ergeben.
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Ferner ist ein Sammelschienenschutz bekanntgeworden, welcher die Summe
oder Differenz der Ströme der einzelnen Abzweige mißt und dann in einem einzigen
Relais vergleicht. Es kommt hierbei auf die Höhe des Stromes selbst an, welcher
im fehlerfreien Zustand annähernd Null sein soll. Es ist hierbei aber erforderlich,
daß im fehlerfreien Zustand die Fehler der zugehörigen Wandler nicht allzu groß
sind, da diese sich im Relais addieren würren. Der Nachteil dieser Anordnung ist
also die Stromabhängigkeit und die Tatsache, daß das Relais einen Ansprechwert besitzen
muß, der höher ist als die Summe der auftretenden möglichen Fehler bei einem äußeren
Kurzschluß. Außerdem besitzt die Anordnung den Nachteil, daß die Sekundärkreise
der einzelnen Wandler zusammengeschaltet werden müssen.
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Man könnte nun daran denken, statt der Richtungsrelais elektronische
Elemente zu verwenden. Die angegebenen Nachteile, daß jedem Abzweig ein Relais zugeordnet
werden muß und aus dem Querverbindungen zwischen den einzelnen Abzweigungen notwendig
sind, können dadurch aber noch nicht behoben werden. Es wird dann nur das elektromechanische
Relais durch eine elektronische Schaltung ersetzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, diese Nachteile zu vermeiden und
mit elektronischen Mitteln zu versuchen, eine wesentlich einfachere Schaltung zu
erreichen.
Erliiidungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß die Stromwandler
jeder Zu- und Ableitung über einen Widerstand mit dem Eingang eines »Und«-Gliedes
verbunden sind und ein weiterer Widerstand vorgesehen ist, dem der Summenstrom aller
Züi- und Ableitungen zugeführt wird und der ebenfalls mit dem Eingang des »Und«-Gliedes
verbunden ist und der Ausgang des »Und«-Gliedes an eine Auslöseeinrichtung gelegt
ist.
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Die F i g' 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens.
In F i g. 1 ist das grundsätzliche Schaltbild dargestellt, während in F i
g. 2 noch einige weitere Verbesserungsmöglichkeiten angegeben sind.
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In der F i g. 1 ist die zu schützende Sammelschiene mit
1 bezeichnet. Sie ist einphasig dargestellt. Von dieser Sammelschiene gehen
drei Abzweige 2, 3
und 4 ab, welche Zu- oder Ableitungen für diese Sammelschiene
sein können. Die Abzweige besitzen jede einen Leistungsschalter 5, 6 und
7 sowie Stromwandler 8, 9 und 10. An diese Stromwandler ist
die Schutzeinrichtung angeschlossen. Jeder Stromwandler besitzt Widerstände, und
zwar der Stromwandler 8 den Widerstand 11, der Stromwandler
9
den Widerstand 12, der Stromwandler 10 den Widerstand 13.
Die an diesem Widerstand sich bildende Spannung wird abgegriffen und dem »Und«-Glied
14 zugeführt. Außerdem wird aber noch der Summenstrom dadurch gebildet, daß jeder
Stromwandler mit dem Widerstand 15 in Verbindung steht. In diesem Widerstand
15 fließt die Summe sämtlicher Zu- und Ableitungen, welche im Normalbetrieb
Null sein soll. Von diesem Widerstand 15 ist ebenfalls die Spannung abgegriffen
und dem »Und«-Glied 14 zugeführt. Das »Und«-Glied betätigt dann einen Schütz
16, der mit seinen Kontakten die Schalter 5, 6
und 7 auslöst.
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Die Wirkungsweise der Schutzeinrichtung ist nun folgende: Ist kein
Fehler auf der Sammelschiene vorhanden, so heben sieh die Ströme in den Leitungen2,
3 und 4 gegenseitig auf, weil mindestens eine davon eine Zuleitung sein muß.
Die zu- und abfließenden Ströme sind in der Summe also Null. Dadurch fließt kein
Strom in dem Widerstand15, und ein Eingang des »Und«-Gliedes14 ist ohne Spannung.
Selbst, wenn also in den anderen Eingängen Spannungen vorhanden sind, kann das »Und«-Glied
nicht einen Befehl an seinen Ausgang weitergeben. Ist aber ein Fehler auf der Sammelschiene,
so ist die Summe aller zu- und abfließenden Ströme nicht mehr gleich Null, und es
fließt ein Summenstrom durch den Widerstand15 hindurch. Hierdurch sind dann alle
Eingänge unter Spannung gleicher Richtung. Das »Und«-Glied spricht an und gibt ein
Auslösesignal an das Schütz16, das seine Kontakte schließt und damit sämtliche Schalter
auslöst.
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Den Vorteil dieser Anordnung sieht man ohne weiteres. Es sind an jedem
Abzweig nur die Widerstände vorzusehen. Es ist nur ein einziges elektronisches Glied,
nämlich das »Und«-Glied vorhanden, welches die ganze Schutzeinrichtung bildet. An
den einzelnen Abzweigen sind keine Querverbindungen erforderlich, da dort nicht
die Ströme von woanders hergeholt werden müssen, Es braucht nur der Summenstrom
selbst gebildet zu werden, der in einen gesondert angeordneten Widerstand15 fließt.
In der F i g. 2 ist die Anordnung etwas genauer dargestellt und weitere Verbesserungsmöglichkeiten
dargestellt.
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Zunächst ist gezeigt, wie die Anordnung mit Doppelsammelschienen arbeitet.
Es sind also zwei Sammelschienenla und lb vorgesehen. Im übrigen sind die Bezeichnungen
ähnlich wie in der F i g. 1.
Die Leistungsschalter sind mit 5 und
6 bezeichnet - es sind nur zwei Abzweige 2 und 3 gezeigt
-,
die Stromwandler wieder mit 8 und 9. Die zugehöri-en Widerstände
haben wieder die Ziffern 11
C
und 12. Es ist von Vorteil, wenn man dem
»Und«-Glied nicht eine Sinusform der Spannung zuführt, sondern eine Rechteckform.
Dies cibt eine eindeutigere Feststellung, ob am Eingang eine Spannun"c, eicher Richtung
vorliegt oder nicht. Deshalb 191 C C wird noch ein Zwischenglied zwischen
dem Widerg stand 11 und den »Und«-Gliedem vorgesehen, das die Sinusform in
eine Rechteckfonn umwandelt. Dieses Zwischenglied ist mit 17 und
18 den Ab-
zweigen bezeichnet. Die gleichen Zwischenglieder sind auch
im Summenstrom eingebaut. Sie sind dort mit 19a und 19b bezeichnet. Sie liegen
un den Widerständen 15 a und 15 b. Diese Widerstände
sind hier doppelt ausgeführt, da die Summenstrombildung für jede Sammelschlene gesondert
erfolgt. Die Wirkungsweise ist bis hierin etwa die gleiche, nur daß eben die Sinusform
in eine Rechteckform umgewandelt wird. Die Verwendung des Schutzes für Doppelsammelschienen
erfordert aber noch weitere Umschaltglieder, da ja jeder Abzweig beliebig an die
eine oder andere Sammelschiene angeschlossen werden kann. Je nach diesem Anschluß
muß entweder das eine »Und«-Glied 14 a oder das andere, 14b, betätigt werden.
Die Anschaltung der Zu- oder Ableitungen an die Sammelschienen erfolgt in bekannter
Weise über die Trennschalter 20 a und 20 b
sowie 21a und
21b. Jeder Trennschalter besitzt einen Hilfssehalter, welcher entweder den
linken beim ausgeschalteten Zustand oder den rechten Kontakt beim eingeschalteten
Zustand schließt. Die Hilfskontakte sind mit 22a und 22b und 23a und
23 b bezeichnet. Wenn die Trennschalter geschlossen sind und damit auch der
rechte Kontakt der Hilfsschalter geschlossen ist, wird ein Hilfsrelais betätigt.
Für den Trennschalter 20 a ist dieses Hilfsrel#ais mit 23a bezeichnet. In entsprechender
Weise sind die Hilfsrel,ais23b, 24a und 24b geschaltet. Diese 11ilfsrelais schalten
nunmehr mehrere Kontakt-- und ordnen die »Und«-Glieder14a und 14b den betreffenden
Abzweigen zu. Dies sei an Hand des Ab-
zweiges 2, also des linken Abzeiges
genauer dargestellt. Vom Widerstand 11 ceht es über ein überstromrelais
25, über das noch gesprochen werden soll, zu den Hilfskontakten231a und
231b. Diese Hilfskontakte sind Kontakte der Relais 23 a und
23 b. Sie verbinden die Stromwandlerleitung mit den Hilfssammelschienen
26 a und 26 b, welche ebenfalls je einer Sammelschiene zugeordnet
sind. Von der Hilfssammelschiene 26a geht es über das überstromrelais
27, über das noch zu sprechen sein wird, zu dem Widerstand 15
a, an welchen das Zwischen--lied 19a anaeschlossen ist, das mit seinem Ausgang
an den Eingang des »Und«-Gliedes 14a verbunden ist. Die andere Sammelschiene
16b ist auf ähnliche Weise über den Widerstand 15 b, das Zwischenglied
19b mit dem »Und«-Glied14b verbunden. In ähnlicher Weise ist auch der Abzweig
3 geschaltet.
Dor, befinden sich die Kontakte 241a und 241b,
welche zu den Hilfsrelais 24a und 24b gehören. C ,Xuf-i,-rdem muß auch der Ausgang
der Zwischen- ieder 17 und 18 auf die beiden Sammelschienen auf-.#eteilt
Züi diesem Zvieck diepen die Kontaktu 232a und 232b für den Abzw-.ig 2. Auch
diese werden durch die Relais 23 a und 23 b aesteuert. Je
nach der Schaltune, der Trennschaller20a und 20b
wird dann entweder
das »Und«-Glied 14 a oder das #>Uiid«.-Glied14b an das Zwischenglied17 angesclialtet.
Die »Und«-Glieder14a und 14b messen also jedes für sich die Summe der Ströme,
welche zu den einzelnen Sammelschienen aehören. Der Aus--an- dieser »Und«-Glieder
ist nun hier auch nicht C CN unmittelbar an ein Hilfsschütz geschaltet, sondern
C
Über ein Inte-rier,-lied30ci und 30b. Dies hat den Zweck-, eventuell
auftretende Störimpulse und kleine Phasenverschiebun-en auszuschalten. Der Aus-ander
»Und«-Glieder 14a und 14b ist an die Hilfsrelals 10a und 16b über
diese Integratoren geschaltet. Diese schalten wieder die einzelnen Auslöseleitun(Ten
ein, auch diese müssen aber jetzt auf die Sammelschienen aufgeteilt werden, damit
immer der richti-c Schalter ausoelöst wird. Dies geschieht dur h die weiteren Kontakte
der Relais23a, 23b,
24a, 24b, welche die Bezeichnungen233a, 233b
CI
und 243a und 243b führen.
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Eine weitere Möglichkeit besteht nun noch darin, den Schutz zu verbessern,
daß man überstromrelais in edem Abzwei#o, zusätzlich vorsieht. Diese sind mit
25, 27 bezeichnet. Sie -eben eine Spannung an C Z,
die Zwischenalieder
ihres Abzwei-es, welche in diesein Falle aus einer Gleichstromquelle gewonnen wird.
Die Bedeutun- dieser überstromrelais ist, daß erst von bestimmten überströmen an
die Zwischen--lieder wirksam werden, also die Sinusform in eine kechteckform umwandeln.
Sprechen die überstromrelais nicht an, so aibt das Zwischen-Iied dauernd ein Si-nal
ab. damit die »Und«-Glieder betriebsbereit bleiben. Die Einstellune, der
überstromrelais kann dabei unter dem höchsten Betriebsstrom liegen (etwa ein Drittel).
Auch in den einzelnen Summenstromkreisen sind überstromrelais 27 und
28 vorgesehen. Die Einstellung dieser überstromrelais wird so gewählt, daß
gegebenenfalls vorkommende Störströme in den Summenstromleitungen sich nicht auswirken
können. Die überstromrelais geben das zu-ehörige »Und«-Glied erst nach dem Ansprechen
frei. Dadurch wird die Sicherheit weiter erhöht.
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Eine weitere Möglichkeit besteht noch darin, eine Si-naleinrichtung
vorzusehen, die bei Störungen in den Gleichstromkreisen arbeitet. Diese ist durch
fol-'YerIde Leitun"en #,ekennzeichnet, falls die Schütze 23a, 23b
sowie 24a und 24b aus irgendeinem CI Grunde beide spannungslos sind oder selbst
einen C
Fehler besitzen, so -wird Signal gegeben. Dies ge-Z, C
"cliielit
auf folgende Weise: Die Schütze besitzen weitere Kontakte234a und 234b sowie
244a und 244 b. Diese Kontakte sind mit »Nor«-Gliedem 31
a,
31 b sowie 32a und 32b verbunden. Diese sprechen nur
dann an, wenn beide Eingänge kein Signal .,eben. Dies bedeutet dann, daß irgendein
Fehler in den Zuleitung n sein muß. Entweder haben die le Schütze nicht richtig
gearbeitet, so daß beide Kon-C C -taktc offen bleiben, oder es ist in der
Gleichstromquelle ein Fehler aufgetreten, so daß überhaupt keine Auslösespannung
vorliegt. Diese »Nor«-Glie-C C
der sind einem weiteren »Nor«-Glied
33 zugeführt, das Signale abgibt, wenn kein Eingangssignal eine Spannung
besitzt. Wenn aber bereits ein Eingangssignal eine Spannung erhält, verschwindet
das Ausangssignal. Der Ausgang ist wohl an die beiden »Und«-Glieder14a und 14b geführt,
die also dann freigegeben werden, wenn 33 ein Ausgan&-ssizolnal besitzt.
In dem Auorenblick, wo eine Störung, auftritt, fällt das Ausganerssignal weg, und
die »Und«-Glieder 14 a und 14 b bleiben gesperrt, so daß die
Schutzeinrichtunjog nicht arbeiten kann. Außerdem erfol-t dann ein Sianal durch
die Sionaleinrichtuna C tD im C
34. Der Vorteil dieser Einrichtungen
ist, daß eine einfache Schaltung ermöglicht wird, die elektronische Glieder nur
in den Summenleitunggen besitzt, während in den einzelnen Abzweigen höchstens Hilfsglieder
und Hilfsrelais vorhanden sind. Dies ergibt eine sehr wirtschaftliche und übersichtliche
Anordnung.