DE1513305B2 - Netzschutzeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für einen 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 für den Überstromschutz, Differentialschutz oder Distanzschutz, bekannt, Schutzrelais zu verwenden, deren Einzelteile in Relaisgehäusen zusammengefaßt sind. Jedes Schutzrelais besteht für sich aus den erforderlichen Meßgliedern, Zeitgliedern und Ausgabegliedern. 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 haben sollen. Daraus ergeben sich Schwierigkeiten, die die Zuverlässigkeit solcher Netzschutz

einrichtungen in Frage stellen (Buch von Manfred

·- Schleicher »Die moderne Selektivschutztechnik und die Methoden zur Fehlerortung in Hochspannungsanlagen«, Berlin 1936, Seite 317).

Bei Schutzrelais mit Halbleiterbauelementen wird für jedes Schutzrelais zusätzlich eine Hilfsstromversorgung benötigt, die überhaupt erst die Funktionsfähigkeit der Halbleiterbauelemente gewährleistet. Andererseits sind die Verbindungen zwischen elektronisehen Geräten verschiedener Relais sehr anfällig gegen Störeinflüsse.·

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Aufwand für derartige Netzschutzeinrichtungen zu reduzieren und die Zusammenarbeit der einzelnen Schutzarten besser aufeinander abzustimmen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem einzigen Gehäuse für jede in einem Feld angewandte Schutzart je ein Meßglied und für alle Schutzarten eines Feldes je ein gemeinsames, die Auslösungssignale der Meßglieder verarbeitendes Verknüpfungs- und Auslöseglied vorgesehen sincbjncl daß die für alle Felder einer Schaltanlage für den Betrieb 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

vorhanden sind. ν

Dadurch wird erreicht, daß der Netzschutz nicht

wie bisher aus einzelnen Schutzrelais zusammengesetzt wird, die jedes für sich alle zum Betrieb eines Schutzrelais erforderlichen Hilfseinrichtungen enthalten, sondern daß nur die eigentlichen elektronischen Meßglieder der jeweils gewünschten Schutzart zugeordnet werden. Di6 Weiterverarbeitung der von den Meßgliedern gelieferten Signale erfolgt in Verknüpfungslogiken in solcher Weise, daß sie für alle Schutzarten innerhalb eines Feldes nur einmal vorhanden sind und daß dife 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 angeschlossenen Lei-

■ stungsschalter nur ein Steuer-Ausgang vorhanden ist.

Durch diese Zusammenfassung wird es möglich, die aus Halbleiter-Bausteinen bestehenden·, vorzugsweise steckbaren Einheiten.bekannter Ausführung zusammen mit den nur einmal vorhandenen Hilfseinrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse, beispielsweise einem Schrank, unterzubringen.

An dem einfachen Beispiel der Netzschutzeinrich-' tüng einer Maschennetzstation soll der Erfindungsgedanke in der Zeichnung näher erläutert werden.

Die Felder 1 und 2 seien Einspeisefelder in einem vermaschten Netz, das Feld 3 sei ein Stichkabelgang 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 automatische Wiedereinschaltung vorhanden. Zum Schutz der Sammelschienen dient der Sammelschienen-Differentialschutz. Allen Schutzeinrichtungen übergeordnet ist ein Reserveschutz, der im wesentlichen aus einem Zeitglied besteht.

Im Feld 1 ist ein Stromwandler 1.1 an schematisch

dargestellte Meßglieder 1.2 für den Überstromschutz, 1.3 für den Kabeldifferentialschutz und 1.4 für den Sammelschienen-Differentialschutz angeschlossen. Die Ausgänge dieser Meßglieder liefern bereits 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 einzulegen oder aufzugeben oder Verzögerungsglieder wirksam werden zu lassen.

Diese geschilderten Funktionen greifen an verschiedenen Punkten der Verknüpfungslogik ein bzw. *5 gehen von verschiedenen Punkten aus. Beim Aufbau elektronischer Schutzrelais als vollständig getrennte, unabhängig voneinander funktionsfähige Relais sind zwischen den einzelnen Schutzrelais Querverbindungen im Elektronikteil erforderlich. Diese von Schutzrelais zu Schutzrelais führenden Elektronikleitungen sind den verschiedenartigsten Störbeeinflussungen 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 Potentialverschiebungen und hohen Erdschlußströmen zu rechnen, deren Auswirkungen auf die Ubertragungleitungen zwischen den elektronischen Schutzrelais nicht vorhersehbar sind. Ganz allgemein kann festgestellt werden, daß mitzunehmender Größe der Netzstörung die Gefahr der Beeinflussung wächst, das heißt, bei zunehmender Schwere der Netzstörung wächst die Gefahr von Schutzrelaisversagern, obwohl gerade dann die Schutzrelaiskombination einwandfrei arbeiten soll, um Schäden im Netz zu verhindern.

Als zuverlässigste Maßnahme gegen die erwähnten Störbeeinflussungen hat sich hierfür die galvanische Trennung bewährt, die durch Signalumsetzrelais erzielt wird. Die Umsetzrelais besitzen jedoch im Vergleich zu rein elektronischen Sshaltmitteln stark streuende und lange Schaltzeiten, durch die die Auslösezeiten so verlängert werden, daß die Vorteile der schnellarbeitenden elektronischen Bauelemente verloren gehen. Außerdem sind für die Steuerung der Umsetzrelais Verstärker erforderlich, die den Aufwand nicht unwesentlich erhöhen. Da diejenigen Stellen, von denen die Querverbindungen ausgehen bzw. an denen sie eingreifen, von FaJi zu Fail verschieden sein können, müssen derartig aufgebaute elektronische Schutzrelais in Einzelgehäuse von Anfang an einen Umfang erhalten, der ihren Einsatz in Netzschutzeinrichtungen gestattet, die aus der Kombination einer beliebig großen Anzahl von Einzelrelais bestehen.

Nach der Erfindung werden alle diese Nachteile vermieden, indem die genannten Verknüpfungsein- So richtungen nicht mehr getrennt, sondern in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und Ausgangs-, Zeit- und Verknüpfungselemente nur in solcher Zahl eingesetzt werden, wie zur Erfüllung der Netzschutzaufgabe schaltungstechnisch notwendig sind, mit anderen Worten: Die genannten Elemente sind nicht mehr einem bestimmten Schutzrelaistyp, sondern allen MeSdiedern

gemeinsam zugeordnet.

Aus diesem Grunde gehen von den Meßgliedern 1.2 und 1.3 Sperrsignalleitungen 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 ein Sammelschienen-Differentialschutz-Meßglied 1.4/2.4 für eine vorbestimmte Zeit sperren.

Über Leitungen 1.7 oder 1.8 werden die Auslösesignale der Meßglieder 1.2 und 1.3 einer Verknüpfungslogik 1.9 zugeführt. Außer diesen Signalen erhält diese Verknüpfungslogik noch Signale vom Sammelschienen-Differentialschutz-Meßglied 1.4/2.4, vom Zeitglied 0.1 und aus einer Verknüpfungslogik 0.2 im Allgemeinteil 0. Zwischen den Verknüpfungslogiken

1.9 und 2.9 der beiden Ringkabelfelder 1 und 2 besteht eine 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 sieauf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung der Bausteine nur innerhalb eines Gehäuses verlegt und damit störenden äußeren Einflüssen entzogen sind. ■ Der Ausgang der Verknüpfungslogik 1.9 ist an einen \ Ausgangsverstärker 1.10 angeschlossen, von dem aus / eine Ausschalteinrichtung 1.11 eines Leistungsschal- ■ ters 1.12 gesteuert wird.

Das Sammelschienen-Differntialschutz-Meßglied 1.4/2.4 arbeitet auch auf einen 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 Reserveschutz ein Auslösekommando direkt auf die Ausgangsverstärker der Ringkabelfelder und des Maschennetzschalters.

Die für Feld 1 geschilderten Verhältnisse gelten entsprechend für Feld 2. . .

Im Feld 3 ist nur ein Überstromschutz vorhanden. Ein Uberstrom-Meßglied 3.2 wird von einem Stromwandler 3.1 gespeist und liefert in der bekannten und beschriebenen Weise ein Sperrsignal zum Zeitglied 0.1 und ein Auslösesignal an einen Ausgangsverstärker 3.10, der über ein Auslöseorgan 3.11 einen Leistungsschalter 3.12 auslöst. Der Ausgängsverstärker

3.10 ist außerdem auch an die Verknüpfungslogik 0.2 im Allgemeinteil angeschlossen.

Im Feld 4 ist oberspannungsseitig ein Stromwandler 4.1 und unterspannungsseitig ein Stromwandler 4.2 eingebaut. Vor einem Maschennetzschalter 4.3 befindet sich ein Spannungswandler 4.5. Von diesen vier Wandlern werden die verschiedenen Schutzanregungen gespeist.

Ein oberspannungsseitiges Uberstrom-Meßglied 4.6 dient, da oberspannungsseitig kein Leistungsschalter vorhanden ist, in bekannter Weise zur Sperrung des Sammelschienen-Differentialschutzes. Während der Sperrzeit des Zeitgliedes 0.1 soll eine Sicherung 4.7 ansprechen. Beim Überschreiten der eingestellten Sperrzeit wird der Auslösebefehl in einer für alle Schutzeinrichtungen des Feldes 4 gemeinsamen Verknüpfungslogik 4.8 auf einen Ausgangsverstärker 4.9 durchgeschaltet, der über ein Auslöseorgan 4.10 den Maschennetzschalter 4.3 ausschaltet. Außer von der Verknüpfungslogik 4.8 kann der Ausgangsverstärker 4.9 auch von einem Reserveschutz

5 6

dung handelt es sich ebenfalls wieder um Leitungen, Zwischen den Aus- und Einschaltbefehlssignalen die durch den erfindungsgemäßen Aufbau ohne bestehen in der Verknüpfungslogik Querverbindun-Schutzmaßnahmen gegen äußere Störeinflüsse direkt gen, die ein Pumpen des Maschennetzschalters ververlegt werden können, hindern.

Ein an den Stromwandler 4.2 angeschlossenes 5 ..Im Allgemeinteil 0 sind neben dem Zeitglied 0.1 Meßglied 4.11 soll bei Überströmen m Maschennetz., und der Verknüpfungslogik 0.2 verschiedene Hilfs- .

verzögert, bei Rückströmen jedoch unverzögert aus- einrichtungen vorhanden, die über die Verknüpfungs-

lösen. Da das Zeitglied 0.1 bereits auf die Verknüp- logik 0.2 auf die verschiedenen Felder arbeiten,

fungslogik 4.8 arbeitet, ist nur noch das Kriterium für Hierzu gehören verschiedenartige Löschsignale 0.3,

den Rückstrom erforderlich, das von einem Rieh- io Impulssignale 0.4 und Richtsignale 0.5 für Speicher

tungsmeßwerk 4.12 geliefert wird. in den verschiedenen Verknüpfungslogiken. Mit 0.6

Bei Differenzströmen in einem Transformator 4.13 ist ein Netzgerät bezeichnet, das den gesamten Netzspricht ein Transformator-Differentialschutz-Meß- schutz zentral mit den für die Elektronik erforderliglied 4.14 an und liefert ebenfalls ein Auslösesignal chen Hilfsspannungen über nicht dargestellte Leitunan die Verknüpfungslogik 4.8. Schließlich soll der 15 gen versorgt.

Maschennetzschalter bei Unterschreitung eines be- Aus der vorangegangenen funktionellen Schilde-

stimmten Spannungswertes ausgeschaltet und beim rung der Netzschutzeinrichtung geht hervor, daß

Vorhandensein der Spannung vor und hinter dem Ma- durch die erfindungsgemäße Geräteanordnung in ei-

schennetzschalter automatisch wieder eingeschaltet nem gemeinsamen Gehäuse, beispielsweise einem

werden. Die Meßwerte für diese Funktion werden in *° Schrank, wesentliche Einsparungen möglich sind, daß

einem Meßglied 4.15 verarbeitet. Die automatischen die Querverbindungen zwischen den einzelnerf*

Einschaltbefehle gehen über einen Ausgangsverstär- Schutzarten ohne Schutzmaßnahmen gegen Fremä--~

ker 4.16 zum Auslöseorgan 4.10, das den Maschen- beeinflussungen ausgeführt werden können und daß ,.

netzschalter 4.3 einschaltet. ■ dabei keine Zeitverzögerungen auftreten. :?

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung für einen aus verschiedenen Schutzarten zusammengesetzten Netzschutz aller in einer Schaltanlage zu schützenden Felder mit verschiedenen zusammenwirkenden, aus Halbleiterbauelementen aufgebauten Schutzrelais, dadurchgekennzeichnet, daß in einem einzigen Gehäuse für jede in einem Feld angewandte Schutzart je ein Meßglied (1.2, 1.3, 1.4, 2.4, 2.2, 2.3, 3.2, 4.6, 4.11, 4.14, 4.12, 4.15) und für alle Schutzarten eines Feldes (1.2, 3, 4) je ein gemeinsames, die Auslösungsignale der Meßglieder verarbeitendes Verknüpfungs- und Auslöseglied (1.9, 2.9, 4.8) vorgesehen sind und daß die für alle Felder einer Schaltanlage für den Betrieb des Netzschutzes erforderlichen Hilfseinrichtungen (0.6, 0.3, 0.4, 0.5, 0.2) mit einem eventuell umschaltbaren Zeitglied (0.1), das mit den Meßgliedern (1.2, 1.3, 1.4, 2.4, 2.2, 2.3, 3.2, 4.6, 4.11, 4.14,4.12,4.15) und mit den Verknüpfungs- und Auslösegliedern (1.9, 2.9, 4.8) verbunden ist, nur ein einziges Mal vorhanden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Querverbindungen (12.1,...) zwischen den verschiedenen Verknüpfungsgliedern (1.9, 2.9, 4.8) der Felder ohne Schutzmaßnahmen gegen äußere Beeinflussung in dem gemeinsamen Gehäuse verlegt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querverbindungen (12.1,...) für die Übertragung von Signalen zwischen den verschiedenen Verknüpfungs- und Auslösegliedern (1.9, 2.9, 4.8) verzögerungslose Querverbindungen sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für alle Felder gemeinsamen Hilfseinrichtungen (0.6, 0.3, 0.4, 0.5, 0.2) im Allgemeinteil (0) ein Verknüpfungsglied (0.2) enthalten, das auf die zu schützenden Felder (1,2,3,4) Löschsignale, Impulssignale und Richtsignale abgibt; ^:: ■