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Die Erfindung betrifft einen Längsdifferentialschutz mit drei Hilfsleitungen
und zwei am Anfang und Ende des zu schützenden Objektes vorgesehenen Wandlern, die
an jedem Ende sowie an einem dazwischenliegenden Punkt der Sekundärwicklungen Anzapfungen
aufweisen, wobei jeweils ein Ende einer Sekundärwicklung über eine Hilfsleitung
mit dem dazwischenliegenden Punkt der Sekundärwicklung des anderen Wandlers und
jeweils das andere Ende über eine weitere Hilfsleitung direkt miteinander verbunden
sind, einer Meßeinrichtung, der der in mindestens einer. Hilfsleitung fließende
Strom zugeführt wird, bei dem sieh weiter der dazwischenliegende Punkt an einem
derartigen Ende einer Sekundärwicklung befindet, daß jeweils dieses Ende über zwei
Hilfsleitungen mit beiden Enden der Sekundärwicklung des anderen Wandlers verbunden
ist und sämtliche Hilfsleitungen in fehlerfreiem Fall von Strömen durchflossen werden,
nach Zusatzpatentanmeldung P 12 80 380.4-32 (deutsche Auslegeschrift 1280 380).
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Ein Längsdifferentialschutz dient im allgemeinen dem Schutz von übertragungsleitungen,
insbesondere dem Schutz von kurzen Kabelstrecken.. Dazu werden - unter Verwendung
von Hilfsleitungen - der Strom am Anfang und der Strom am Ende der Leitung miteinander
verglichen. Ein zuverlässiges Arbeiten derartiger Längsdifferentialschutzeinrichtungen
ist daher sowohl vom ordnungsgemäßen Zustand der Hilfsleitungen als auch von der
einwandfreien -Funktion der Meßeinrichtungen abhängig.
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Eine überwachung der Hilfsleitungen und die Möglichkeit der Prüfung
der Meßeinriehtungen während des Betriebes sind somit erwünscht.
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Es ist bereits eine Einrichtung zur überwachung von Längsdifferentialschutzeinrichtungen
mit drei galvanisch miteinander gekoppelten Leitungen bekanntgeworden, bei der zur
Kontrolle der Leitungen in den Differenzstromleiter an einem Leitungsende eine Gleichstromquelle
eingefügt ist und die beiden äußeren Leitungen an den anderen Enden je ein einen
Meldestromkreis . betätigendes Gleichstromrelais sowie an zwei entgegengesetzten
Enden der äußeren Leitungen je einen Widerstand enthalten und wobei weiter der Gleichstromquelle,
den Gleichstromrelais und den Widerständen Kurzschlußpfade für Wechselstrom zugeordnet
sind. - Nachteilig ist bei dieser Einrichtung, daß zur Überwachung der Hilfsleitungen
eine gesonderte Gleichstromquelle, zwei Gleichstromrelais und vor allem jedoch Widerstände
erforderlich sind, die durch Kurzschlußpfade für ; Wechselstrom -also Kondensatoren
- überbrückt werden müssen. Dabei bedingen insbesondere die Kondensatoren einen
erheblichen Aufwand. Außerdem ist nachteilig, daß die Gleichstromquelle an einem
Ende, die überwachungsrelais jedoch am an- ; deren Ende der zu überwachenden Leitungen
angeordnet sind. - Eine Möglichkeit zur Prüfung der im Differenzstromleiter angeordneten
Meßeinrichtung des eigentlichen Differentialrelais ist dabei nicht vorgesehen.
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Außerdem ist ein Längsdifferentialschutz mit drei Hilfsleitungen und
zwei am Anfang und Ende des zu schützenden Objektes vorgesehenen Wandlern bekanntgeworden,
bei dem die Wandler an jedem Ende sowie an einem dazwischenliegenden Punkt der Sekundärwicklung
Anzapfungen aufweisen. Jeweils ein Ende einer Sekundärwicklung ist über eine Hilfsleitung
mit dem dazwischenliegenden Punkt der Sekundärwicklung des anderen Wandlers verbunden,
während das jeweilige andere Ende des Wandlers über eine weitere Hilfsleitung direkt
miteinander verbunden sind. Bei einer Weiterbildung des bekannten Längsdifferentialschutzes
ist vorgeschlagen worden, Zusatzwiderstände jeweils an der Zwischenanzapfung der
Sekundärwicklung und an dem Anschlußpunkt der nicht gekreuzten Hilfsleitung vorzusehen.
Die bekannte und die vorgeschlagene Schutzeinrichtung besitzen einerseits eine hohe
Eigenstabilität gegenüber äußeren Fehlern und bieten außerdem eine einfache Möglichkeit
zur überwachung der Hilfsadern gegen Kurzschluß und Unterbrechung. Bei der überwachung
der Hilfsleitungen auf Kurzschluß ergeben sich allerdings gewisse Schwierigkeiten
dadurch, daß an zwei Stellen der Hilfsleitungen Äquipotentialpunkte bestehen, so
daß ein Kurzschluß an diesen Punkten sich nicht bemerkbar machen würde. Durch geeignete
Bemessung der vorstehend erwähnten Zusatzwiderstände lassen sich jedoch auch diese
Äquipotentialpunkte beseitigen.
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Der bekannte und der vorgeschlagene Längsdifferentialschutz mit drei
Hilfsleitungen, einer Meßeinrichtung, der der in mindestens einer Hilfsleitung fließende
Strom zugeführt. wird, und zwei am Anfang und Ende des zu schützenden Objektes vorgesehenen
Wandlern sind durch die in der Zusatzpatentanmeldung P 12 80 380.4-32 (deutsche
Auslegeschrift 1280 380) vorgeschlagenen Maßnahmen weiter ausgestaltet worden, indem
der dazwischenliegende Punkt an ein derartiges Ende der Sekundärwicklung verlegt
wurde, daß jeweils ein Wicklungsende eines Wandlers über zwei Hilfsleitungen mit
beiden Wicklungsenden der Sekundärwicklung des anderen Wandlers verbunden ist und
die Sekundärwicklungen derartig geschaltet sind, daß sämtliche Hilfsleitungen im
fehlerfreien Fall von Strömen durchflossen werden. - Bei diesem Längsdifferentialschutz
werden somit vorteilhafterweise sämtliche Hilfsleitungen betriebsmäßig ständig von
einem Strom durchflossen. Darüber hinaus sind außerdem längs der Hilfsleitungen
keine Äquipotentialpunkte vorhanden. Zusatzwiderstände zur Beseitigung von Äquipotentialpunkten
werden nicht benötigt. Dieser Längsdifferentialschutz wird -daher mit Vorzug immer
dann angewendet, wenn eine einfache Überwachungsmöglichkeit für die Hilfsleitungen
erstrebt wird und die Frage der Eigenstabilität des Differentialschutzes nicht im
Vordergrund steht, d. h., wenn z: B. das Quotientenprinzip zwecks Erreichung der
gewünschten Stabilität angewendet werden kann. - Ein weiterer Vorteil dieses Differentialschutzes
ist, daß die Bürde der Wandler bei äußeren Fehlern größer als bei inneren Fehlern
ist. Die Zwischenwandler haben somit bei äußeren Fehlern eine kleinere überstromziffer
und bleiben deshalb mit größerer Sicherheit unter der überstromziffer der Primärwandler,
womit eine etwaige unterschiedliche Sättigung derselben eliminiert wird. - Darüber
hinaus ist bei diesem Differentialschutz aber auch eine einfache Beseitigung bzw.
starke Herabsetzung etwaiger ungleicher überstromziffern der beiderseitigen Wandler
durch eine gezielte Mehrbelastung des Wandlers mit der höheren überstromziffer möglich.
Diese Mehrbelastung erfolgt dadurch, daß ein Abgleichwiderstand in einer Hilfsleitung
angeordnet ist, die nur vom Strom eines Wandlers durchflossen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
derartigen
Längsdifferentialschutz, dessen sämtliche Hilfsleitungen betriebsmäßig ständig von
einem Strom durchflossen werden, so daß sich eine einfache überwachungsmöglichkeit
für die Hilfsleitungen ergibt, dahingehend weiter zu vervollkommnen, daß sich auch
eine einfache Möglichkeit der Prüfung der Meßeinrichtung des eigentlichen Differentialschutzes
während des Betriebes ergibt, wobei der Meßeinrichtung betriebsmäßig im auslösenden
Sinne der Differenz der Ströme der Wandler und im sperrenden Sinne der Summenstrom
der Wandler zugeführt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Lösung dieser Aufgabe durch einen Prüfschalter
erreicht, bei dessen Betätigung die im auslösenden Sinn wirkende Differenz der Ströme
der Wandler in deren Summe umgeschaltet wird.
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Damit ergibt sich eine einfache Betriebsprüfung der Meßeinrichtung
ohne einen überlagerten Fremdstrom. Außerdem wird durch diese Prüfung vorteilhafterweise
weder die Funktion der Meßeinrichtung der jeweils anderen Station des Längsdifferentialschutzes
noch die Funktion der überwachungseinrichtungen für die Hilfsleitungen beeinflußt.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand des in der Figur schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, aus dem sich weitere
Einzelheiten sowie auch weitere Vorteile ergeben.
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In der Figur sind mit mit A, B zwei Stationen bezeichnet, zwischen
denen beispielsweise ein zu überwachendes Kabel verlegt ist. Im allgemeinen besitzt
das Kabel drei Phasen, wobei in jeder Station an jeder Phase ein Primär-(Strom-)Wandler
angeschlossen ist. Der Einfachheit halber sind jedoch das Kabel und die Primärwandler
in der Zeichnung nicht dargestellt. Prinzipiell könnte die nachstehend beschriebene
Längsdifferentialschutzeinrichtung unter Verwendung der Primärwandler ausgeführt
werden. Die Primärwandler würden dann den Wandlern WA, WB
in der Figur entsprechen.
Im praktischen. Betrieb sind jedoch häufig an die Primärwandler verschiedene Meß-
und Schutzeinrichtungen angeschlossen. Es ist daher üblich, einen Längsdifferentialschutz
unter Verwendung von den Primärwandlern nachgeschalteten Zwischen-(Strom-)Wandlern
auszuführen. Diese Zwischenwandler werden fast stets als Mischwandler ausgeführt,
wobei die von den drei Phasen des Kabels abgeleiteten stromproportionalen Größen
derart miteinander gemischt werden, daß zur überwachung aller drei Phasen nur eine
Längsdifferentialschutzeinrichtung erforderlich ist. Die Zwischenwandler sind in
der Figur dargestellt und mit WA, WB bezeichnet. Sie können - wie vorstehend
dargelegt -als Mischwandler mit mehreren Primärwicklungen ausgeführt sein. Im Ausführungsbeispiel
ist der Einfachheit halber lediglich eine Primärwicklung 1, 4 vorgesehen. Die Enden
13,14 bzw.15,16 der Sekundärwicklungen 2, 3 sind über Hilfsleitungen a, b, c
in
der dargestellten Form miteinander verbunden, wobei jeweils ein Wicklungsende 13
bzw. 15 der Sekundärwicklung 2, 3 eines Wandlers WA, WB über zwei Hilfsleitungen
a, b bzw. a, c mit beiden Wicklungsenden der Sekundärwicklung des
anderen Wandlers WB, WA verbunden ist. Die Sekundärwicklungen 2, 3 sind derart geschaltet,
daß sämtliche Hilfsleitungen a, b, c im fehlerfreien Fall von Strömen 12"
12b, 12, durchflossen werden. Mit 5 bis 10
sind Klemmen bezeichnet,
an die in den jeweiligen Stationen A, B die Hilfsleitungen a, b, c
angeschlossen sind. Die auf der Primärseite der Wandler WA, WB fließenden
Ströme sind mit h A bzw. 11B, die auf der Sekundärseite fließenden Ströme
mit 12u, 12b, I2 v benannt. Die Positionen 11, 12 bezeichnen Meßeinrichtungen.
Die Meßeinrichtungen 11, 12 sind derart ausgeführt, daß die Differenz der Ströme
12 b, 12, im
auslösenden Sinne und der Strom 1a 2 im sperrenden
Sinne zugeführt werden.
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Im ungestörten Betrieb sowie bei äußeren Fehlern führen die Hilfsleitungen
a, b, c die Ströme 12" 12 b, 1", in den in der Figur dargestellten
Pfeilrichtungen. Durch die Anzahl der Pfeile soll die relative Stromstärke in den
Hilfsleitungen angedeutet werden. So ist z. B. im ungestörten Betrieb I? d doppelt
so groß wie 12b bzw. I". - In den Hilfsleitungen b bzw. c fließt jeweils
nur der Strom eines Wandlers WB bzw. WA. In der Hilfsleitung c fließt der
Summenstrom beider Wandler. Bei gleichem übersetzungsverhältnis der Wandler WA,
WB ist daher 12" doppelt so groß wie 12 b.
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Im Gegensatz zu bekannten Längsdifferentialschutzeinrichtungen, bei
denen im störungsfreien Fall eine Hilfsleitung praktisch stromlos ist, sind im Ausführungsbeispiel
infolge entsprechender Schaltung der Sekundärwicklungen 2, 3 sämtliche Hilfsleitungen
a, b, c von Strömen durchflossen. Die Differentialwirkung wird dadurch erreicht,
daß eine Meßeinrichtung 11 bzw. 12 im auslösenden Sinn die Differenz der Ströme
12 b,12 , der Wandler WB, WA und im sperrenden Sinne der Summenstrom
12" der Wandler zugeführt werden. Die Differenz von 12b, 12 , ist im störungsfreien
Fall praktisch Null. Der Strom 12" wirkt stabilisierend, so daß etwaige geringfügige
Abweichungen der Differenz 12 b, 12, kein fälschliches Auslösen bewirken
können. Dies könnte z. B. infolge Wandlerfehler bei einem äußeren Fehler auftreten,
für den ebenfalls die in der Figur gezeigte Stromverteilung zutrifft.
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Da im fehlerfreien Fall sämtliche Hilfsleitungen a, b, c von Strömen
durchflossen werden, muß sich jeder Bruch einer Hilfsleitung bemerkbar machen und
damit auf einfache Weise durch eine überwachungseinrichtung erfassen lassen. Da
weiter längs der Hilfsleitungen a, b, c keine Aquipotentialpunkte auftreten,
sind ebenfalls für die überwachung auf Kurzschlüsse keine zusätzlichen Maßnahmen
erforderlich. Zur überwachung dieser Fehler der Hilfsleitungen wird - wie in der
Figur dargestellt - die Primärwicklung eines Sperrwandlers 18 bzw. 19 in der vom
Summenstrom durchflossenen Hilfsleitung a in der Nähe des Wicklungsendes 13 bzw.
15 der Sekundärwicklung 2 bzw. 3 eines Wandlers WA bzw: WB angeordnet, mit
dem zwei Hilfsleitungen a, b bzw. a, c verbunden sind. Der Sperrwandler 18 bzw.
19 ist mit einem Abbildwandler 17 bzw. 20, der vom Primärstrom I, A bzw.
11 B eines Wandlers WA bzw. WB durchflossen wird, über Gleichrichterbrücken
21, 22 bzw. 23, 24 und ein Relais 25 bzw. 26 zu einer überwachungseinrichtung zusammengeschaltet.
Die jeweilige überwachungseinrichtung ist derart ausgelegt, daß der vom Wandler
17 bzw. 20 gelieferte Strom auf das Relais 25 bzw. 26 im Ansprechsinne,
der vom Wandler 18 bzw. 19 gelieferte Strom dagegen im haltenden Sinne wirkt. Die
übersetzung der Wandler 17, 18 bzw. 19, 20 ist so gewählt, daß im ungestörten Betrieb
der haltende Strom von 18 bzw. 19 überwiegt. - Tritt ein Fehler auf den Hilfsleitungen
auf,
so bleibt der von den Wandlern 17 bzw. 20 gelieferte Strom konstant, während sich
der Strom in der Hilfsleitung a stark verringert. Dadurch überwiegt dann die auslösende
Wirkung des vom Wandler 17 bzw. 20 gelieferten Stromes, und das Relais 25 bzw. 26
spricht an.
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Die Betriebsprüfung der Meßeinrichtung 11 bzw. 12 - also der eigentlichen
Differentialrelais - erfolgt mittels eines Prüfschalters 65 bzw. 75. Dieser ist
zwischen dem Ende 69 bzw. 79 der Primärwicklung 67 bzw. 77 eines Differenzwandlers
60 bzw. 70 und dem Wicklungsende 13 bzw. 15 der- Sekundärwicklung 2 bzw. 3 angeordnet.
Ferner liegt parallel zur Wicklung 67 bzw. 77 zwischen dem Ende 68 bzw. 78 und dem
Wicklungsende 13 bzw. 15 eine Leitung 66 bzw. 76 mit einem. offenen Kontaktpaar
des Prüfschalters 65 bzw. 75. Der Prüfschalter 65 bzw. 75 ist dabei derart ausgelegt,
daß bei seiner Betätigung das Ende 13 bzw. 15 der Sekundärwicklung 2 bzw. 3 von
dem Ende 69 bzw. 79 der Primärwicklung 67 bzw. 77 auf das Ende 68 bzw. 78 unterbrechungslos
umgeschaltet wird. Eine Umschaltung führt dabei zu keiner Änderung der Stromverteilung
auf den Hilfsleitungen a, b, c.
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Ferner besitzt der Prüfschalter 65 bzw. 75 noch einen
nicht dargestellten Öffner, mit dem der örtliche Auslösekreis der Meßeinrichtung
11 bzw. 12 unterbrochen wird. Zweckmäßiger sind dazu drei Schaltstellungen von 65
bzw. 75 vorgesehen, die derart angeordnet sind, daß bei Übergang von der Betriebsstellung
in die Prüfstellung in einer Zwischenstellung zunächst nur der Auslösekreis unterbrochen
wird und danach in der Prüfstellung die unterbrechungslose Umschaltung der Wicklungsenden
68, 69 bzw. 78, 79 erfolgt. Damit ist dann auch bei der Rückschaltung von 65 bzw.
75 die richtige Reihenfolge gegeben.
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Mit einer derartigen Umschaltung, z. B. von 65, wird der vom Wandler
WA gelieferte Strom unterbrechungslos von der linken Hälfte der Primärwicklung 67
des Differenzwandlers 60 weggenommen und der rechten Hälfte zusätzlich aufgeschaltet.
Dadurch entsteht für das Relais 64 eine Beaufschlagung entsprechend einem einseitig
eingespeisten Kurzschlußstrom vom doppelten Betrag des gerade vorhandenen Laststromes.
Eine zusätzliche Stromquelle wird da- , bei vorteilhafterweise nicht benötigt. Damit
entfallen die insbesondere durch die Phasenlage eines Zusatzstromes sich ergebenden
Schwierigkeiten. Es ist daher nicht nur eine rohe Betriebsprüfung mit einem nicht
genau definierten Gesamtstrom (Laststrom -E-Zusatzstrom bei unbekanntem Phasenwinkel),
sondern sogar eine genaue überprüfung des Ansprechwertes möglich, indem z. B. der
Ansprechwert der Meßeinrichtung 11 vorübergehend auf das Doppelte des vorhandenen
Laststromes eingestellt wird oder indem man bei der Prüfung - ausgehend von höheren
Werten -langsam den Ansprechwert verringert.
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Besonders vorteilhaft ist jedoch, daß während der Prüfung weder für
die Meßeinrichtung 12 der anderen Station B noch für beide überwachungseinrichtungen
eine Änderung der Stromverteilung auf den Hilfsleitungen a, b, c eintritt.
Besondere Unterbrechungseinrichtungen für die jeweils andere Meßeinrichtung und
die überwachungseinrichtung werden somit günstigerweise nicht benötigt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß ein Längsdifferentialschutz mit einer einfachen Prüfeinrichtung für die Meßeinrichtung
des eigentlichen Differentialschutzes geschaffen wurde, die eine Prüfung während
des Betriebes gestattet.