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Netzschutzeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
für den aus verschiedenen Schutzarten zusammengesetzten Netzschutz aller in einer
Schaltanlage zu schützenden Felder mit verschiedenen zusammenwirkenden aus Halbleiterbauelementen
aufgebauten Schutzrelais. In der Schutztechnik für elektrische Netze ist es für
die verschiedensten Schutzaufgaben, beispielsweise Überstromschutz, Differentialschutz,
Distanzschutz usw. bekannt, Schutzrelais zu verwenden, deren Einzelteile in Relaisgehäusen
zusammengefaßt sind. Jedes Schutzrelais besteht für sich aus den erforderlichen
Meßgliedern, ZQitglieden, Ausgabegliedern usw. Will man mit derartig aufgebauten
Schutzrelais größere Schutzeinrichtungen, beispielsweise den Schutz einer ganzen
Schaltanlage, aufbauen, dann sind viele Elemente in den einzelnen Schutzrelais vorhanden,
die parallel arbeiten und häufig das gleiche Zeitverhalten besitzen sollen. Daraus
ergeben sich Schwierigkeiten, die die Zuverlässigkeit solcher Netzschutzeinrichtungen
in Frage stellen. Bei Schutzrelais mit Halbleiterbauelementen wird für jedes
Schutz-
relais zusätzlich eine Hilfsstromversorgung benötigt, die überhaupt erst
die Funktionsfähigkeit der Halbleiterbauelemente ge-währleistet. Andererseits
sind die Verbindungsleitungen zwischen
elektronischen Geräten verschiedener
Relais sehr anfällig gegen Störeinflüsse.
Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, den Aufwand für derar-
tige Netzschutzeinrichtungen
zu reduzieren und die Zusammenarbeit
der einzelnen Schutzarten besser aufeinander
abzustimmen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in einem einzigen
Gehäuse
für jede in einem Feld angewandte Schutzart je ein Meßglied, für alle Schutzarten
eines Feldes ein gemeinsames, die Aus-
lösesignale der Meßglieder
verarbeitendes Verknüpfungs- und Aus-
gangsglied und die für alle
Felder einer Schaltanlage für den Be-
trieb des Netzschutzes erforderlichen
Hilfseinrichtungen mit einem
eventuell umschaltbaren Zeitglied, das mit den
Meßgliedern und
mit den Verknüpfungs- und Auslösegliedern
verbunden ist, nur ein
einziges Mal vorgesehen sind.
Dies wird dadurch
erreicht, daß der Netzschutz nicht wie bisher
aus einzelnen Schutzrelais zusammengesetzt
wird, die jedes für
sich alle Hilfseinrichtungen enthalten, die zum
Betrieb eines
Schutzrelais erforderlich sind, sondern daß nur die eigentlichen
elektronischen
Meßglieder der jeweils gewünschten Schutzart zu-
geordnet werden. Die Weiterverarbeitung
der von den Meßgliedern gelieferten Signale erfolgt jedoch in Verknüpfungslogiken
in sol-
cher Weise, daß sie für alle Schutzarten innerhalb eines Feldes
nur
einmal vorhanden sind und daß die Hilfseinrichtungen für den
Betrieb des Netzschutzes
nur einmal für alle Felder gemeinsam
vorgesehen werden. Die Verarbeitung der
Signale in den Verknüpfungslogiken erfolgt so, daß für jeden an den Netzschutz
ange-
schlossenen Leistungsschalter nur ein Steuer-Ausgang vorhanden
ist.
Durch diese Zusammenfassung wird es möglich, die aus Halb-
leiter-Bausteinen
bestehenden, vorzugsweise steckbaren Einheiten
bekannter Ausführung zusammen
mit den nur einmal vorhandenen
Hilfseinrichtungen in einem gemeinsamen
Gehäuse, beispielsweise
einem Schrank, unterzubringen.
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An dem einfachen Beispiel der Netzschutzeinrichtung
einer Maschen-
netzstation soll der Erfindungsgedanke in einer Zeichnung
näher
erläutert werden.
Die Felder 1 und 2
seien Einspeisefelder in einem vermaschten Netz, das Feld 3 sei
ein Stichkabelabgang und das Feld 4 enthalte
einen Transformator mit
nachgeschaltetem Maschennetzschalter, über den in ein vermaschtes
Niederspannungsnetz eingespeist wird.
Alle vier Felder sind mit einem
Überstromschutz ausgerüstet. Die
Einspeisefelder 1 und 2
enthalten außerdem noch einen Kabel-Differentialschutz. Im Feld 4 sei
außer dem Überstromschutz ein Trafo-Differentialschutz, ein Rückleistungsschutz
und eine automati-
sche Wiedereinschaltung vorhanden. Zum Schutz der
Sammelschienen dient der Sammelschienen-Differentialschutz. Allen Schutzeinrich-
tungen
übergeordnet ist ein Reserveschutz, der im wesentlichen
aus einem Zeitglied
besteht.
lm Feld 1 ist der Stromwandler 1.1 an die schematisch dargestell-
ten
Meßglieder 1.2 für den Überstromschutz, 1.3 für den Kabel-
differentialschutz
und 1.4 für den Sammelschienendifferentialschutz angeschlossen. Die Ausgänge
dieser Meßglieder liefern be-
reits Auslöseanregesignale. Hinter diesen
Meßgliedern sind nur noch Verknüpfungsfunktionen zu erfüllen, die unabhängig
von den
einzelnen Schutzfunktionen praktisch alle gleich sind. Hierbei
handelt
es sich beispielsweise darum, die Auslösesignale in einem
von dem für
den gesamten Netzschutz gemeinsamen Impulsgenerator festgelegten Zeitpunkt durchzuschalten,
gegenseitige Sperren ein-
zulegen oder aufzugeben, Verzögerungsglieder wirksam
werden zu
lassen usw.
Diese geschilderten Funktionen greifen
an verschiedenen Punkten
der Verküpfungslogik ein bzw. gehen von
verschiedenen Punkten
aus. Beim Aufbau elektronischer Schutzrelais als vollständig
ge-
trennte, unabhängig voneinander funktionsfähige Relais sind zwi-
schen
den einzelnen Schutzrelais Querverbindungen im Elektronik-
teil erforderlich.
Diese von Schutzrelais zu Schutzrelais füh-
renden Elektronikleitungen sind
den verschiedenartigsten Störbe-
einflussungen ausgesetzt, Wenn nicht aufwendige
Zusatzmaßnahmen
getroffen werden, die diese Leitungen schützen
Die
Gefahr, daß diese Leitungen störend beeinflußt werden, ist
besonders groß,
da auf ihnen praktisch zum gleichen Zeitpunkt, an
dem die Störung im Netz
auftritt, Signale störungsfrei übertragen
werden sollen. Bei Netzstörungen
ist aber immer mit Potentialver-
schiebungen und hohen Erdschlußströmen
zu rechnen, deren Auswirkungen-auf die Übertragungsleitungen zwischen
den elektronischen
Schutzrelais nicht vorhersehbar sind. Ganz allgemein kann
festge-
stellt werden, daß mit zunehmender Größe der Netzstörung die Ge-
fahr
der Beeinflussung wächst, das heißt, bei zunehmender Schwere
der Netzstörung
wächst die Gefahr von Schutzrelaisversagern, ob.. wohl gerade dann die
Schutzrelaiskombination einwandfrei arbeiten
soll, um Schäden im Netz zu
verhindern.
Als zuverlässigste Maßnahme gegen die erwähnten Störbeeinflussun-
gen
hat sich hierfür die galvanische Trennung bewährt, die durch
Signalumsetzrelals
erzielt wird. Die Umsetzrelais besitzen jedoch
im Vergleich zu rein
elektronischen Schaltmitteln stark streuen-
de und lange Schaltzeiten, durch
die die Auslösezeiten so verlän-
gert werden, daß die Vorteile der
schnellarbeitenden elektroni-
schen Bauelemente verloren gehen. Außerdem sind
für die Steuerung
der Umsetzrelais Verstärker erforderlich, die den
Aufwand nicht
unwesentlich erhöhen. Da diejenigen Stellen, von denen die
Quer.. verbindungen ausgehen bzw. an denen sie eingreifen, von Fall zu
Fall
verschieden sein können, müssen derartig aufgebaute elektro-
nische Schutzrelais
in Einzelgehäusen von Anfang an einen Umfang
erhalten, der ihren Einsatz in
Netzschutzeinrichtungen gestattet,
die aus der Kombination einer beliebig
großen Anzahl von Einzel.. relais bestehen.
Nach der Erfindung
werden alle diese Nachteile vermieden, indem
die genannten Verknüpfungseinrichtungen
nicht mehr getrennt, son-
dern in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht
und Ausgangs-,
Zeit. und Verknüpfungselemente nur in solcher Zahl
eingesetzt wer-
den, wie zur Erfüllung der Netzschutzaufgabe achaltungstethnisch@
notwendig sind, mit anderen Worten: Die genannten Elemente sind
nicht mehr
einem bestimmten Schutzrelaistyp, sondern allen Meßgliedern
der verschiedenen Schutzarten gemeinsam zugeordnet.
Aus
diesem Grunde gehen von den Meßgliedern 1.2 und 1.3 Sperr-
signalleitungen
1.5 und 1.6 ab, die zu einem Zeitglied 0.1 im
Allgemeinteil 0 führen. Über
diese Sperrsignalleitungen werden
bereits in der ersten Anregehalbwelle
in bekannter Weise Sperrsignale abgegeben, die über das Zeitglied 0.1
den Sammelschienen-Differentialschutz 1.4, 2.4 für eine bestimmte Zeit sperren.
Über
die Leitungen 1:7 oder 1.8 werden die Auslösesignale der
Meßglieder
1.2 und 1.3 der Verknüpfungslogik 1.9 zugeführt. Außer
diesen Signalen
erhält diese Logik noch Signale vom Sammelachienendifferentialschutz 1.4/2.4,
vom Zeitglied 0.1 und aus der Ver-
knüpfungslogik 0..2
im Allgemeinteil 0. Zwischen den Verknüpfungslogiken 1.9 und 2.9 der beiden
Ringkabelfelder 1 und,2 besteht
die Verbindung 12.1, die aus mehreren
Leitungen besteht und über
die wechselseitige Sperrbefehle übermittelt
werden. Für diese
Leitungen brauchen keine Schutzmaßnahmen ergriffen
zu werden, da
sie aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Bausteine
nur
innerhalb eines Gehäuses verlegt und damit störenden äußeren
Ein-
flüssen entzogen sind. Der Ausgang der Verknüpfungslogik
1.9 ist
an den Ausgangsverstärker 1.10 angeschlossen, von dem aus die
Aus.. achalteinrichtung 1.11 des Leistungsschalters 1.12 gesteuert wird.
Das
Sammeln chienen-Differentialachutz-Meßglied 1.4/2.4 arbeitet
auch auf den
Reserveschutz 12.2, der aus einem Zeitglied besteht,
das die Laufzeit aller
auf Strombasis beruhenden Schutzanregungen
kontrolliert. Wenn nicht spätestens
in der vom Zeitglied 0.1
festgelegten Auslösezeit die Auslösung erfolgt
ist, gibt der Re.. serveschutz ein Auslösekommando direkt auf die
Ausgangsverstärker
der Ringkabelfelder und des Maschennetzschalters.
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Die für Feld 1 geschilderten Verhältnisse gelten entsprechend für Feld
2.
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In Feld 3 ist nur ein Überstromschutz vorhanden. Das
Überetrom-MeAglied 3.2 wird vom Stromwandler 3.1 gespeist und lietert@in
der bekannten und beschriebenen Weise ein Sperrsign*l etwa
Zehr glied 0.1, und ein Auslösesignal an den Aussrwgaveretär:.er 3.109
der
über das Auslöseorgan 3.11 den Leistungsschalter 3.12 auslöst.
Der
Ausgangsverstärker 3.10 ist außerdem auch an die Logik 0.2 im
Allgemeinteil
angeschlossen.
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Im Feld 4 ist oberspannungsseitig der Stromwandler 4.1 und
unterspannungsseitig der Stromwandler 4.2 eingebaut. Vor dem Maschen-
netzschalter
4.3 befindet sich der Spannungswandler 4.4, an der
Maschennetzsammelschiene
der Spannungswandler 4.5. Von diesen
vier Wandlern werden die verschiedenen
Schutzanregungen gespeist.
Das oberspannungsseitige Überstrom-Meßglied
4.6 dient, da oberspannungsseitig kein Leistungsschalter vorhanden ist,
in bekannter
Weise zur Sperrung des Sammelschienen-Differentialschutzes.
Wäh-
rend der Sperrzeit des Zeitgliedes 0.1 soll die Sicherung 4.7 an-
sprechen.
Beim Überschreiten der eingestellten Sperrzeit wird der
Auslösebefehl
in der für alle Schutzeinrichtungen des Feldes 4
gemeinsamen Verknüpfungslogik
4.8 auf den Ausgangsverstärker 4.9
durchgeschaltet, der über das Auslöseorgan
4.10 den Maschennetz-
schalter 4.3 ausschaltet.
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Außer von der Logik 4.8 kann der Ausgangsverstärker 4.9
auch vom
Reserveschutz 12.2 her angesteuert werden. Bei dieser Querverbin-
dung
handelt es sich ebenfalls wieder um Leitungen, die durch den
erfindungsgemäßen
Aufbau ohne Schutzmaßnahmen gegen äußere Stör. einflösse direkt verlegt
werden können. Das an den Stromwandler 4.2 angeschlossene Meßglied
4.11 soll bei
Überströmen im Maschennetz verzögert, bei Rückströmen jedoch
unverzögert auslösen. Da das Zeitglied 0.1 bereits auf die Ver-
knüpfungslogik
4.8 arbeitet, ist nur noch das Kriterium für den
Rückstrom erforderlich! das
vom Richtungsmeßwerk 4.12 geliefert
wird.
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'Bei Differenzströmen im Transformator 4.13 spricht das
Trafo-Differentialschutz-Meßglied 4:14 an und liefert ebenfalls ein
Auslösesignal
an die Vexkaüpfungslogik 4.8. Schließlich soll der
Maschennetzschalter
bei Unterschreitung eines bestimmten Spannungs-
wertes aus -
und beim Vorhandensein der Spannung vor und hinter
dem Maschennetzschalter
automatisch wieder eingeschaltet werden.
Die Meßwerte für diese
Funktion werden im Meßglied 4.15 verarbei-
tet. Die automatischen Einschaltbefehle
gehen über den Ausgangs.. verstärket 4.16 zum Auslöseorgan
4.10, das den Maschennetzschalter 4.'3 einschaltet.
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Zwischen den Aus- und Einschaltbefehlsnignalen bestehen
in der
Verknüpfungslogik Querverbindungen, die ein Pumpen den Maschen-
netzschalters
verhindern.
Im Allgemeinteil 0 sind neben dem Zeitglied 0.1 und der Ver-
knüpfungslogik
0.2 verschiedene Hilfseinrichtungen vorhanden, die
über die Logik 0.2 auf
die verschiedenen Felder arbeiten. Hier-
zu gehören verschiedenartige
Lächsignale 0,3, Impulssignale 0.4
und Richtsignale 0.5 für Speicher
in den verschiedenen Verknüpfungslogiken. Mit 0.6 ist ein Netzgerät bezeichnet,
das den
gesamten Netzschutz zentral mit den für die Elektronik erforder-
lichen
Iiilfssparinungen über nicht dargestellte Leitungen ver-
sorgt.
Aus
der vorangegangenen funktionellen Schilderung der Netzschutz-
einrichtung
geht hervor, daß durch die erfindungsgemäße Gerätean-
ordnung in einem gemeinsamen
Gehäuse, beispielsweise einem
Schrank, wesentliche-Einsparurigen möglich
sind und die Querver-
bindungen zwischen den einzelnen aehutzarten
ohne Schutzmaßnah-
men gegen Fremdbeeinflussungen ausgeführt werden können
und da-
bei keine Zeitverzögerungen auftreten.