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Distanzschutzrelais für niederohmig geerdete Drehstromsysteme mit
drei Meßwerken Für den Distanzschutz werden bei bekannten Anordnungen Anregerelais
verwendet, die die Aufgabe haben, die vom Fehler betroffenen Leiter auszuwählen.
Anregerelais werden für Distanzschutzrelaisanordnungen mit einem oder mit mehreren
Meßwerken angewendet. Wenn nurein Meßwerk vorhanden ist, so wird es - abhängig
von den bei einem Fehler angesprochenen Anregerelais - bei Fehlern mit Erdberührung
zwischen den fehlerbehafteten Phasenleiter und Erde geschaltet, bei Fehlern ohne
Erdberührung wird die Impedanz zwischen den fehlerbehafteten Phasenleitern auf das
Meßwerk gegeben.
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Bei einer bekannten Anordnung dieser Art ist für Distanzschutzanordnungen
an Punkten, in denen kein oder kein ausreichender Summenstrom fließt dies ist z.
B. in der Nähe eines Transformators mit nicht geerdetem Sternpunkt der Fall -, eine
Auswahlschaltung von Hilfsrelais vorgesehen, die bewirkt, daß das Anregeglied für
den Summenstrom immer dann mit angeregt xvird, wenn nur ein einpoliger Fehler vorhanden
ist. Die Schaltung ist dabei so aufgebaut, daß das Anregeglied für den Summenstrom
bei jedem Fehler mit angeregt wird, daß diese Anregung aber immer dann von einem
Hilfsrelais unterbrochen wird, wenn zwei oder drei Phasenleiter an dem Fehler beteiligt
sind. Durch diese Schaltung soll erreicht werden, daß das gemeinsame Meßwerk des
Distanzschutzes bei einem einpoligen Fehler an eine Phasenspannung und nicht an
eine verkettete Spannung angeschlossen wird.
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Die Erfindung geht im Gegensatz zu dieser Anordnung von einer Distanzschutzeinrichtung
mit drei Meßwerken aus, bei denen Anregerelais nur für die drei vorhandenen Phasenleiter
erforderlich sind. Bei Distanzschutzanordnungen mit drei Meßwerken entfällt die
Umschaltung der Meßwerke, so daß ein schnelleres Ansprechen des Schutzes erreicht
wird. Aber auch hierbei sind Anregerelais nicht überflüssig. Sie haben die Aufgabe,
nur dasjenige Meßwerk bzw. diejenigen Meßwerke betriebsbereit zu machen, die den
jeweils vom Fehler betroffenen Phasenleitern zugeordnet sind. Dadurch wird verhindert,
daß die übrigen, den gesunden Phasenleitern zugeordneten Meßwerke durch den fließenden
Summen- oder Betriebsstrom eine Fehlauslösung verursachen können.
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Es ist für Distanzschutzrelais mit nur einem Meßwerk bereits eine
Auswahlschaltung für drei Anregerelais vorgeschlagen worden, welche das Meßwerk
bei einem zweipoligen oder dreipoligen Kurzschluß mit Erdberührung nicht
- wie bei bekannten Anordnungen - zwischen einen Phasenleiter und
Erde schaltet, sondern welches bei diesem Fehler das Meßwerk von dem Kurzschlußstrom
zwischen den vom Fehler betroffenen Phasenleitern und von der Spannung zwischen
diesen Phasenleitern abhängig macht. Dadurch wird bei der vorgeschlagenen Anordnung
erreicht, daß man auch in niederohmig geerdeten Netzen nur mit drei Anregerelais
auskommt. Außerdem ergibt sich eine erhebliche Verbesserung in der Meßgenauigkeit
bei der Entfernungsmessung, da bei zweipoligem Kurzschluß mit Erdberührung der Kurzschlußstrom
zwischen zwei Leitern wesentlich größer ist als der über Erde fließende Summenstrom.
Infolgedessen wird auch der Spannungsabfall im Lichtbogen zwischen zwei Leitern
(der Lichtbogenwiderstand ist um so kleiner, je größer der Strom ist) und
der durch diesen Spannungsabfall verursachte Meßfehler wesentlich geringer.
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Die nachstehend im einzelnen beschriebene und in den Zeichnungen dargestellte
neue Anordnung bezieht sich nun auf ein Distanzschutzrelais mit drei Meßwerken,
die jeweils einem Phasenleiter zugeordnet sind. Bei bekannten Anordnungen mit mehreren
Meßwerken wird der Strompfad jedes Meßwerkes von dem Strom des zugehörigen Phasenleiters
und von dem Summenstrom beeinflußt. Die Spannungspfade sind an die Spannung zwischen
dem Nulleiter und dem jeweiligen Phasenleiter angeschlossen, so daß bei einem Kurzschluß
mit Erdberührung das dem fehlerbehafteten Phasenleiter zugeordnete Meßwerk von der
Phasenspannung und von dem Null- bzw. Summenstrom beeinflußt wird. Es wird also
die Impedanz zwischen Phasenleiter und Erde ausgemessen, wobei beim zweipoligen
Kurzschluß mit Erdberührung eine Verfälschung des Meßergebnisses durch den dem Summenstrom
überlagerten Kurzschlußstrom
zwischen den Leitern auftreten kann.
Die neue Anordnung ermöglicht es nun, auch bei einem zweipoligen Kurzschluß mit
Erdberührung eine genauere und gegen Lichtbogenfehler unempfindlichere Impedanzmessung
zu erreichen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß spannungsseitig zwei Verbindungspunkte
zum Anschluß an die Meßwerke und den Nulleiter vorgesehen sind, von denen im Fehlerfall
der erste mit den Meßwerken der fehlerfreien und der zweite mit denjenigen der fehlerbehafteten
Phasenleiter verbunden ist, und daß zwischen dem zweiten Verbindungspunkt und dem
Nulleiter sowie stromseitig in den Stromkreis des Summenstromes Schaltkontakte eingeschaltet
sind, die den entsprechenden Stromkreis nur unterbrechen, wenn zwei der drei den
Phasenleitern zugeordneten Anregerelais angesprochen haben, so daß bei einem zweipoligen
Kurzschluß die Meßwerke nur vom Fehlerstrom und der Spannung zwischen den fehlerbehafteten
Leitern beeinflußt werden. Ein Ausführungsbeispiel ist in F i g. 1 und 2
näher dargestellt; F i 3 und 4 zeigen Auswahlschaltungen der Anregerelaiskontakte,
während in F i g. 5 bis 7 eine Schaltung für die Strompfade der Meßwerke
unter Verwendung von Meßwandlern dargestellt ist.
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F i g. 1 zeigt die Schaltung der Strompfade der Meßwerke
MR, MS und MT einer Distanzschutzrelaisanordnung. An die Phasenleiter
R, S und T sind Stromwandler 1 bis 3 angeschlossen,
deren Sekundärwicklungen in Stern geschaltet sind. Die nicht zum Stempunkt verbundenen
Wicklungsenden der Sekundärwicklungen der Stromwandler 1 bis 3 sind
an Widerstände 4 bis 6 angeschlossen. Die Widerstände 4 bis 6 sind
ebenfalls in Stern geschaltet. Zwischen dem Sternpunkt der Widerstände 4 bis
6
und dem Sternpunkt der Sekundärwicklungen der Stromwandler 1 bis
3 ist ein Widerstand 7 eingefügt, über den der Summenstrom fließt.
Parallel zu den Widerständen 4 bis 6 liegen die Strompfade der Meßwerke
MR, MS und MT. Der Stempunkt der Strompfade ist ebenfalls über den
Widerstand 7 an den Sternpunkt der Widerstände 4 bis 6 angeschlossen.
Jeder Strompfad jedes Meßwerkes liegt also an einer Spannung, die dem Strom in einer
Phase und dem Summenstrom proportional ist. Zwischen dem Sternpunkt der Strompfade
und dem Widerstand 7
ist nun der Schaltkontakt eines Umschaltrelais
U
eingefügt. Wie später noch im einzelnen beschrieben ist, schaltet das Umschaltrelais
U jeweils dann, wenn zwei der hier nicht eingezeichneten Anregerelais in
den drei Phasenleitern angesprochen haben. Dies ist der Fall, wenn ein zweipoliger
Kurzschluß mit oder ohne Erdberührung vorhanden ist. In diesem Fall werden die Meßwerke
nur noch von den Kurzschlußströmen in den vom Kurzschluß betroffenen Phasen beaufschlagt,
so daß nur der Kurzschlußstrom zwischen den Leitern zur Entfernungsmessung herangezogen
wird.
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Eine Schaltung für die Spannungspfade der Meßwerke MR,
MS und- MT ist in F i g. 2 dargestellt. Die Meßwerke
MR, MS und MT sind einpolig an die Leiter R', S' und
7' angeschlossen. Diese Leiter können z. B. an Sekundäranschlüsse eines Spannungswandlers
geführt sein, so daß die Spannungspfade der Meßwerke an Potentialen liegen, die
denjenigen der Phasenleiter R, S und T proportional sind. Der zweite
Anschluß jedes Meßwerkes ist mit dem mittleren Kontaktanschluß eines Umschaltkontaktes
des zugehörigen Anregerelais verbunden. Die übrigen Kontaktanschlüsse der Umschaltkontakte
AR 1, AS 1 und A T 1 der Anregerelais
AR, AS und AT sind jeweils an einen Verbindungspunkt YP angeschlossen,
so daß die Meßwerke MR, MS und MT im nicht angeregten Zustand mit
einem ersten Verbindungspunkt YPI und bei angesprochenem Anregerelais mit dem zweiten
Verbindungspunkt VP2 verbunden sind. Beide Verbindungspunkte sind über einen Ruhekontakt
des Umschaltrelais U einander parallel geschaltet und mit dem Leiter Mp'
verbunden. Dieser Leiter Mp' ist z. B. mit dem Sternpunkt der Sekundärwicklungen
eines nicht eingezeichneten Spannungswandlers verbunden. Sein Potential entspricht
daher dem Erdpotential. Solange der Ruhekontakt des Umschaltrelais U geschlossen
ist, sind die Verbindungspunkte einander parallel geschaltet, und es erhalten alle
Meßwerke die jeweils zugehörige Phasenspannung. Dabei ist es gleichgültig, ob die
Umschaltkontakte der Anregerelais AR, AS und AT die Ruhe- oder Arbeitslage
einnehmen. Damit während des Umschaltens keine Unterbrechung erfolgt, kann man Umschaltkontakte
mit verlängerten Kontakten vorsehen. Es ist aber auch möglich, jedes der Meßwerke
MR, MS und MT über je einen weiteren Ruhekontakt des Umschaltrelais
U mit Mp' zu verbinden. Durch die in F i g. 2 beschriebene
Schaltung wird erreicht, daß bei zwei angesprochenen Anregerelais die zugehörigen
Meßwerke nur an der Spannung zwischen den fehlerbehafteten Phasenleitern liegen,
während das dritte Meßwerk nach wie vor an der Phasenspannung liegt.
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F i g. 3 zeigt nun eine Auswahlschaltung der Kontakte der drei
nicht gezeichneten Anregerelais AR, AS und AT. Die Umschaltkontakte
AR2 und AT2 der Anregerelais AR und AT sind in Wechselschaltung zueinander
angeordnet, während zwei Umschaltkontakte AS2 des Anregereiais AS so in die
Verbindungsleitungen zwischen den Umschaltkontakten AR2 und A T2 eingefügt
sind, daß nur bei zwei angesprochenen Anregerelais eine Verbindung zwischen den
mittleren Kontaktanschlüssen der Umschaltkontakte AR2 und AT2 vorhanden ist. In
Reihe zu dem mittleren Anschluß des Umschaltkontaktes AT2 liegt nun die Wicklung
des Umschaltrelais U, dessen Ruhekontakt in den Nulleiter bzw. Summenstromleiter
der Strom- und Spannungspfade der Meßwerke MR, MS und MT eingefügt
ist. Die beschriebene Auswahlschaltung der Kontakte der Anregerelais ist an sich
bekannt. Es kann auch jede andere Kombination dieser Kontakte verwendet werden,
wenn damit nur erreicht wird, daß eine Umschaltung immer nur dann erfolgt, wenn
zwei der drei Anregerelais angesprochen haben.
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An Stelle einer Kontaktkombination läßt sich ein gleichwertiges Signal
auch durch Verwendung dreier Und-Glieder bekommen, deren Ausgangsleitungen in Stern.
und in Reihe zu der Wicklung des Relais U geschaltet sind. Den Eingängen
dieser Und-Glieder werden dabei jeweils drei Leitungen zugeführt, die jeweils über
Arbeitskontakte von zwei der drei Anregerelais AR, AS und AT und über
einen Ruhekontakt des dritten Anregerelais in zyklischer Vertauschung mit einem
Pol einer Spannungsquelle verbunden sind.
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An Stelle des Umschaltrelais U lassen sich auch Kontakte der
Anregerelais unmittelbar in den Nullleiter
der Strom- und Spannungspfade
einfügen. Die Schaltung muß dabei so getroffen werden, daß der Nulleiter so lange
durchgeschaltet ist, bis zwei der drei vorhandenen Anregerelais angesprochen haben.
Im einfachsten Fall werden jeweils die Ruhekontakte von zwei der drei Anregerelais
mit einem Arbeitskontakt des dritten parallel geschaltet. Diese Parallelschaltung
wird dann mit zwei gleichartig aufgebauten ParaUelschaltungen aus weiteren zyklisch
vertauscht angeordneten Kontakten der Anregerelais in Reihe geschaltet. Hierzu benötigt
man drei Kontakte von jedem Anregerelais zur Unterbrechung eines Nulleiters.
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In F i g. 4 ist nun eine Schaltung dargestellt, bei der man
mit nur einem Umschaltkontakt für jedes Anregerelais und zusätzlich einem Ruhekontakt
auf einem Anregerelais auskommt. Die mit der Kontaktauswahl der Anregerelais verbundenen
Enden des Nulleiters sind mit 8 und 9 bezeichnet. Die Umschaltkontakte
AR 3 und AT3 jedes der Anregerelais AR und AT sind an die Enden
8 und 9 des Nullleiters in Wechselschaltung eingefügt. Die in der
Ruhestellung der Anregerelais AR und AT geschlossenen Kontaktanschlüsse der
aus den Umschaltkontakten AR3 und AT3 gebildeten Wechselschaltung sind miteinander
verbunden. Außerdem sind die bei angesprochenem Anregerelais AS miteinander
verbundenen Kontaktanschlüsse des Umschaltkontaktes AS3 zwischen die entsprechenden
Kontaktanschlüsse AR3 und AT3 eingeschaltet. Dabei ist der mittlere Kontaktanschluß
des Umschaltkontaktes AS3 mit dem in der Arbeitsstellung geschlossenen Kontaktanschluß
des Kontaktes AR 3 verbunden. Ein Ruhekontakt AS2 liegt zwischen dem in der
Ruhestellung des Anregerelais AR geschlossenen Kontakanschluß und dem bei angesprochenem
Anregerelais AT geschlossenen Umschaltkontakt. Wie man aus F i g. 4 leicht
ersehen kann, wird die elektrische Verbindung zwischen den Enden 8 und
9 erst dann unterbrochen, wenn zwei der drei Anregerelais angesprochen und
damit ihre Umschaltkontakte umgeschaltet haben. Sprechen z. B. bei einem dreipoligen
Kurzschluß alle drei Anregerelais an, so ist die Verbindung zwischen den Enden
8 und 9 wieder hergestellt.
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Während in F i g. 1 den Strompfaden der Meßwerke
MR, MS und MT Spannungen zugeführt werden, die als Spannungsabfall
an den Widerständen 4 bis 7 auftreten, ist in F i g. 5 eine Schaltung
für die Strompfade der Meßwerke angegeben, bei der Zwischenwandler 11, 12
und 13 an Stelle der Widerstände 4 bis 7 vorgesehen sind. Hier sind
die Primär-wicklungen 111, 121 und 131 der Zwischenwandler in Stern
geschaltet und an die Sekundärwicklungen der Stromwandler 1, 2 und
3 angeschlossen. Zwischen den Sternpunkten der Stromwandler und der Zwischenwandler
liegt die Primärwicklung 141 eines Zwischenwandlers 14 für den Summenstrom. Die
Sekundärwicklungen 112, 122 und 132
der Zwischenwandler 11 bis
13 sind ebenfalls in Stern geschaltet und mit den Strompfaden der Meßwerke
MR, MS und MT verbunden. Die Stempunkte der Sekundärwicklungen und
der Strompfade sind kurzgeschlossen. Die Zwischenwandler 11 bis
13
haben jeweils noch eine dritte Wicklung 113, 123,
133. Diese
Wicklungen sind zueinander in Reihe geschaltet. Ein Endpunkt der Reihenschaltung
ist mit dem mittleren Anschluß eines Kontaktes des Umschaltrelais U verbunden,
während der zweite Endpunkt mit jeweils einem Ende zweier Sekundärwicklungen 142
und 143 des Zwischenwandlers 14 für den Summenstrom verbunden ist. Diese Sekundärwicklungen
haben zur Anpassung des übersetzungsverhältnisses verschiedene Windungszahlen und
sind zueinander antiparallel geschaltet. Die freien Enden dieser Wicklungen sind
mit je einem der äußeren Anschlüsse des Umschaltkontaktes des Umschaltrelais
U
verbunden. Dadurch wird erreicht, daß je nach der Stellung des Umschaltrelais
U entweder die Wicklung 142 oder die Wicklung 143 an die Reihenschaltung
der dritten Wicklungen 113, 123 und 133 der Zwischenwandler angeschlossen
ist.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise ist die gleiche Schaltung noch einmal
in F i g. 6 dargestellt. Neben den Wicklunaen der Zwischenwandler sind Strompfeile
dargestellt, die die Richtung des Stromes bei einem Erdkurzschluß der Phase R anzeigen.
Bei diesem Fehler behält das Umschaltrelais U seine Ruhelage, so daß die
Wicklung 143 wirksam ist. Das überset7ungsverhältnis dieser Sekundärwicklung des
Meßwandlers 14 zur Primärwicklung 141 ist entsprechend dem Widerstandsverhältnis
zwischen dem Leitungswiderstand und dem Erdwiderstand gewählt. In der Praxis wird
man an diesen Wicklungen Anzapfungen vorsehen, so daß das übersetzungsverhältnis
des Zwischenwandlers für den Summenstrom leicht an die jeweiligen Gegebenheiten
angepaßt werden kann. Wie aus F i g. 6 zu ersehen ist, erhält der Strompfad
des Relais R einen Strom, der sich aus dem Strom im Phasenleiter R und einem Teil
des Stromes im Nulleiter, d. h. einem Teil des Summenstromes, zusammensetzt,
während durch die Strompfade der Meßwerke MS und MT nur der
Summenstrom fließt. Eine Fehlauslösung dieser Meßwerke ist nicht möglich. da nur
das Meßwerk MR betriebsbereit ist.
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In F i g. 7 sind die Verhältnisse bei einem zweipoligen Kurzschluß
zwischen den Phasenleitem R und S und Erde dargestellt. Der Kurzschlußstrom
zwischen den Phasenleitern ist durch ausgezogene Pfeile und der über Erde fließende
Summenstrom durch gestrichelt eingezeichnete Pfeile gekennzeichnet. Bei diesem Fehler
haben zwei Anregerelais angesprochen. Infolgedessen befindet sich der Umschaltkontakt
U in seiner Arbeitslage, und die Wicklung 142 des Wandlers 14 ist wirksam.
Diese Wicklung besitzt zu der Primärwicklung 141 ein Übersetzungsverhältnis von
2: 1 und gibt bei gleicher Stromrichtung in der Primärwicklung einen entgegengesetzt
gerichteten Strom über den geschlossenen Kontakt des Umschaltrelais U auf
die dritten Wicklungen der Meßwandler 11 bis 13. Bedingt durch das übersetzungsverhältnis,
ist dieser Strom so groß wie der von beiden Phasenleitern zusammen erzeugte Erdstrom,
so daß sich die Summenstromanteile in dem Meßwandler 11 und 12 gegenseitig
aufheben. Die Strompfade der Meßwerke MR und MS werden also durch
die Umschaltung nur von dem zwischen den Phasenleitern R und S fließenden
Kurzschlußstrom beeinflußt -, so daß, wie bei der vorgeschlagenen Anordnung
mit nur einem Meßwerk, bei einem zweipoligen Fehler immer die Impedanz zwischen
den betroffenen Phasenleitern ausgemessen wird. Dadurch ergeben sich geringere Fehler
durch den Spannungsabfall im Kurzschlußlichtbogen, und außerdem genügt es, insgesamt
drei Anregerelais für die drei Phasen des Drehstromnetzes zu verwenden.