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Die Erfindung bezieht sich auf ein Distanzschutzrelais für in mehrere
Zonen gestaffelte Leitungen mit einem richtungsabhängigen und einem richtungsunabhängigen
Impedanzmeßglied, bei dem das richtungsabhängige Impedanzmeßglied einen Fehler in
der Nahzone feststellt und eine Leitungszone überlappt, die auch ein benachbartes
Distanzschutzrelais überwacht.
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Bei derartigen Distanzschutzrelais wird angestrebt, in Vorwärtsrichtung
zu unterteilen in eine Nahzone und eine Fernzone, welch letztere die Leitungszone
des benachbarten Distanzschutzrelais überlappt. Zusammen mit dem Rückwärtsreserveschutz
ergeben sich dadurch für jedes Distanzschutzrelais drei zu überwachende Zonen, und
bisher war es für einen derartigen vollständigen Impedanzschutz erforderlich, drei
Impedanzglieder vorzusehen, nämlich je eines für jede Zone. Bekannte Distanzschutzrelais
mit nur zwei Impedanzmeßgliedern konnten einen solchen aus drei Zonen bestehenden
Schutzbereich nicht erfassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Distanzschutz zu schaffen,
bei welchem eine zuverlässige Schutzfunktion mittels zweier Impedanzglieder erreicht
werden kann, und zwar soll eine solche Schutzfunktion erreicht werden, die bisher
nur unter Zuhilfenahme von drei Impedanzgliedern möglich war.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten
Distanzschutzrelais dadurch gelöst, daß das richtungsunabhängige Impedanzmeßglied
einen Fehler in einer Zone feststellt, die die Nahzone und eine Rückwärtsreserveschutzzone
umfaßt, und daß eine Auslösespule anspricht, wenn beide Impedanzmeßglieder einen
Fehler feststellen, und daß die Auslösespule mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung
anspricht, wenn nur ein Impedanzmeßglied einen Fehler feststellt, der in der Fernzone
bzw. der Rückwärtsreserveschutzzone auftritt, wobei die Fernzone sich unmittelbar
an die Nahzone anschließt und über den Einbauort des benachbarten Distanzschutzrelais
hinausreicht.
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Durch den Wegfall je eines Impedanzmeßgliedes in jedem der zahlreichen
im Netz angeordneten Distanzschutzrelais wird eine erhebliche Kosten- , einsparung
erzielt. Andererseits hat das gemäß der Erfindung ausgebildete Distanzschutzrelais
eine größere Lichtbogenreserve als die bekannten Anordnungen, und insbesondere ist
eine Komponente vorgesehen, die die Lichtbogenimpedanz während eines Fehlers darstellt,
vorherrschend ein Wirkwiderstand, so daß, wenn die Charakteristiken des Meßelementes
im wesentlichen horizontal an ihren Grenzen sind, wie dies bei der Nahzone und-
der Fernzone der Fall ist, die Messung nicht - mit Ungenauigkeiten behaftet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Fehlersignal
über einen Schaltkontakt des richtungsabhängigen Distanzschutzrelais übermittelt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung
derart getroffen, daß ein erster Zeitgeber gemäß einem Fehlersignal des richtungsabhängigen
Impedanzmeßgliedes in Tätigkeit gesetzt wird, um nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung
das richtungsunabhängige Impedanzmeßglied so zu schalten, daß es ein Fehlersignal
erzeugt, so daß das System gegenüber Fehlern geschützt wird, die in der Fernzone
liegen, und daß ein zweiter Zeitgeber auf ein Fehlersignal des richtungsunabhängigen
Irnpedanzmeßgliedes anspricht und die Schutzfunktion nach einer Zeitverzögerung
T 3 auslöst, die größer ist als die Zeitverzögerung T 2, so daß die Leitung gegen
Fehler geschützt wird, die in der Rückwärtsreserveschutzzone auftreten.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
diejenigen Distanzschutzrelais zweier benachbarter Stationen, welche mit ihren Zonen
aufeinander zu gerichtet sind, identisch ausgebildet sind und daß jedes Distanzschutzrelais
ein Isrelais - aufweist, dem das Fehlersignal des richtungsunabhängigen Impedanzmeßgliedes
des benachbarten Distanzschutzrelais zugeführt wird und daß die Auslösespule desjenigen
Distanzschutzrelais betätigt wird, dessen Hilfsrelais ein Fehlersignal empfängt,
wenn das richtungsabhängige Impedanzmeßglied zugleich ein Fehlersignal liefert,
so daß die Leitung gegen Fehler geschützt ist, die irgendwo innerhalb des Leitungsabschnittes
zwischen zwei Stationen auftreten, wobei die Auslösung vor Ablauf der Zeitverzögerung
T 2 bewirkt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der
Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 ein schematisches Schaltbild
der elektrischen Schaltverbindungen des Relais, F i g. 2 eine schaubildliche Darstellung
des Distanzschutzschemas, gemäß welchem das Relais arbeitet, F i g. 3 eine graphische
Darstellung der Relaischarakteristik.
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Ein Richtungsglied 10 und ein richtungsunabhängiges Glied
11 sind an Eingangsklemmen 12 und 13 angeschlossen, die Signale liefern,
die von Strom und Spannung des durch das Relais zu schützenden Systems abhängig
sind. Ein Elektromagnet 14 schließt beim Auftreten eines Ausgangssignals des Richtungsgliedes
10 die betriebsmäßig miteinander verbundenen Kontakte 15, 16 und 17. In gleicher
Weise schließt gemäß einem Ausgangssignal des richtungsunabhängigen Gliedes 11 ein
Elektromagnet 18 Kontakte 19 und 20. Zwei Klemmen 21 und 22 sind an eine äußere
elektrische Spannungsquelle angeschaltet, und immer wenn zwischen diesen Klemmen
ein Strom fließen kann, wird eine Spule 23 erregt, die einen Leistungsschalter auslöst,
der dem Relais in dem zu schützenden elektrischen Netz zugeordnet ist. Zeitgeber
24 und 25 führen eine vorbestimmte Zeitverzögerung in die Relaisauslösung gemäß
den gewählten Schutzzonen ein. Die Speisung des Zeitgebers 24 erfolgt über eine
Klemme 26 beim Schließen der Kontakte 15, und der Zeitgeber 25 wird erregt, wenn
die Kontakte 20 geschlossen weiden.
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Immer wenn die Kontakte 17 geschlossen sind, wird über die Klemmen
27 einer benachbarten Relaisstation ein Streckensignal übermittelt, und ein gleiches
Streckensignal kann bei entsprechender Erregung des Relais der benachbarten Station
beim Schließen der Kontakte 17 jenes Relais von dessen Ausgangsklemmen 27 den Klemmen
28 des eigenen Relais zugeführt werden, wodurch bewirkt wird, daß ein Elektromagnet
29 die Kontakte 30 schließt, die parallel zu den Kontakten 19 liegen.
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In F i g. 2 stellt die Gerade A -B einen Abschnitt eines zu
schützenden Netzes dar, wobei in den Punkten C und D Leistungsschalter eingebaut
sind.
Das beschriebene Distanzschutzrelais befindet sich ebenfalls
an den Punkten C und D. Die Nahzone 1 des Relais bei C wird von der Strecke C-E
dargestellt und die Fernzone 2 dieses Relais bei C durch die Gerade E-F. Eine Rückwärtsreserveschutzzone
wird durch die Gerade C-G dargestellt. Gleiche Zonen sind unterhalb der Linie A-B
für das benachbarte Relais im Punkt D dargestellt. Im folgenden soll zunächst nur
das Relais im Punkt C betrachtet werden. Fehler, die innerhalb der Fernzone
2 auftreten, lassen das Relais erst mit einer Zeitverzögerung ansprechen,
die durch T 2 gekennzeichnet ist und durch den Zeitgeber 24 bestimmt
wird, der den Bereich des richtungsunabhängigen Gliedes 11 ausdehnt. Fehler,
die in der Rückwärtsreserveschutzzone auftreten, lassen das Relais erst nach einer
Zeitverzögerung ansprechen, die durch die Linie T 3 gekennzeichnet ist und durch
den Zeitgeber 25 bestimmt wird. Die Grenzen des nach vorn (d. h. in der Zeichnung
nach rechts) wirksamen Richtungsgliedes 10 sind durch die Strecke C-H gegeben.
Der Anfangsbereich des richtungsunabhängigen Gliedes 11 ist durch G-E bestimmt
und der ausgedehnte Bereich dieses richtungsunabhängigen Gliedes 11 durch
die Strecke G-F. Die gleichen Betrachtungen sind für das Relais bei D gültig, dessen
Verzögerungszeiten mit T2' bzw. T 3' gekennzeichnet sind. Das Richtungsglied
des Relais bei D ist dabei, wie aus der Zoneneinteilung unterhalb der Linie
A -B ersichtlich ist, gemäß F i g. 2 nach links gerichtet.
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In F i g. 3 stellt der Kreis X auf einem Impedanzdiagramm die Charakteristik
des Richtungsgliedes 10
dar, und die Kreise Y und Z stellen den Anfangsbereich
bzw. den ausgedehnten Bereich des richtungsunabhängigen Gliedes 11 dar. Die
Nahzone 1
und die Fernzone 2 sind durch Flächen mit horizontaler bzw. vertikaler
Schraffur gekennzeichnet.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise des Relais unter Betrachtung von
Fehlern beschrieben, die in den verschiedenen Schutzzonen auftreten.
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Es soll zunächst angenommen werden, daß ein Fehler in der Nahzone
1 auftritt, d. h. zwischen den Punkten C und E in F i g. 2. In diesem Falle
sprechen die beiden Glieder 10 und 11 an und schließen ihre Kontakte
15 bis 17 bzw. 19 und 20.
Die Spule 23 wird somit unmittelbar
an Spannung gelegt und löst den Leistungsschalter sofort aus.
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Es soll nun angenommen werden, daß ein Fehler zwischen den Punkten
E und F, d. h. in der Fernzone 2, auftritt. In diesem Falle spricht das Richtungsglied
10 an, und seine Kontakte 15 bis 17 werden geschlossen. Das Schließen der Kontakte
15 läßt den Zeitgeber 24 anlaufen, und wenn nach Ablauf der Zeit T 2 der Fehler
nicht durch das benachbarte Relais abgeschaltet ist, dann schließt das richtungsunabhängige
Glied 11 seine Kontakte 19 und 20 und legt so die Auslösespule 23 an Spannung. Sollte
der Fehler zwischen E und D liegen, d. h. innerhalb der Nahzone 1 des bei D befindlichen
Relais, dann wird der Elektromagnet 29 des bei C befindlichen Relais durch das Streckensignal
erregt, so daß die Kontakte 30 geschlossen werden und wiederum die Auslösespule
23 an Spannung gelegt wird. Wenn das Streckensystem ordnungsgemäß arbeitet,
dann schließen sich die Kontakte 30 vor den Kontakten 19 und 20, so daß ein Fehler,
der zwischen den Relais bei C und D liegt, innerhalb der für die Nahzone 1 bestimmten
Zeit abgeschaltet wird.
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Wenn ein Fehler »hinter« dem Relais bei C zwischen den Punkten C und
G auftritt, dann spricht nur das richtungsunabhängige Glied 11 an, und demgemäß
schließen sich die Kontakte 19 und 20. Durch Schließen der Kontakte
20 beginnt der Zeitgeber 25 zu laufen, und nach einer Zeit T 3 wird
die Auslösespule 23 an Spannung gelegt. Es ist jedoch dabei zu berücksichtigen,
daß ein solcher Fehler, der zwischen C und G liegt, in eine der Zonen fällt, die
durch das entsprechende Richtungsglied 10 in dem anderen bei C befindlichen
(nicht dargestellten) Relais geschützt werden (jenes Relais bei C, das gemäß F i
g. 2 nach links, d. h. nach G hin »schaut«). Ein solcher Fehler könnte sogar in
eine Fernzone des Relais bei D fallen, das ebenfalls nach links gerichtet ist. Demgemäß
würde der Fehler normalerweise abgeschaltet werden, bevor die Zeit T 3 verstrichen
ist, und diese Schutzauslösung stellt demgemäß lediglich einen Reserveschutz dar.
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Die Erfindung sieht demgemäß nur zwei Glieder 10 und
11 vor und zwei nach vorwärts gerichtete Schutzzonen und eine nach rückwärts
gerichtete Reserveschutzzone, die zusammen eine ausreichende Sicherheit bieten,
falls ein benachbartes Relais gestört ist, und außerdem wird ein Streckensignalisierungssystem
benutzt, durch das sämtliche Zwischenrelaisfehler in der kürzesten Zeit, d. h. in
der Auslösezeit der Nahzone, abgeschaltet werden können.
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Die Relaisschaltung wurde vorstehend unter Bezugnahme von Streckensignalen
beschrieben, die dem benachbarten Relais über eine Streckensignalisierungsvorrichtung
zugeführt wurden, jedoch ist es auch möglich, eine Radioverbindung oder einen Pilotdraht
oder irgendeine andere Vorrichtung vorzunehmen, um Signale zwischen den Relais zu
übertragen.
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Die Schaltung kann auch so abgewandelt werden, daß gemäß einem Signal
von dem richtungsunabhängigen Glied 11 ein »Sperr«-Signal dem benachbarten
Relais übermittelt wird, das eine Auslösung des benachbarten Relais verhindert,
wobei dieses Sperrsignal gemäß einem Ausgangssignal ausgelöscht wird, das von dem
Richtungsglied 10 geliefert wird. Auf diese Weise wird bei Fehlern, die zwischen
C und G auftreten, die also innerhalb der Reichweite des Richtungsgliedes des benachbarten
Relais bei z. B. D liegen, der Leistungsschalter bei D nicht unnötigerweise ansprechen,
bedingt durch das Sperrsignal des Relais bei C.
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Sämtliche Kontakte können durch elektronische Verbindungen oder eine
Kombination elektronischer Verbindungen und Kontakte ersetzt werden, z. B. durch
Transistoren oder andere Halbleiterschaltanordnungen, und das Relais kann mit zahlreichen
anderen Relais in einem umfassenden Schutzschema angeordnet sein, oder statt dessen
kann das Relais auch unabhängig arbeiten.