DE1513305C3 - 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 Relaisgehäuseri 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 Netzschuizeinrichtungen 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 sindTund 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. ^;,

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. Die Weiterverarbeitung der von den Meßgliedern gelieferten Signale erfolgt in Verknüpfungslogiken in solcher Weise, daß sie für alle Schutzarteh innerhalb ejnes 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 angeschlossenen Leistungsschalter 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 Netzschutzeinrichtung 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

3 4

dargestellte Meßglieder 1.2 für den Überstromschutz, gemeinsam zugeordnet.

1.3 für den Kabeldifferentialschutz und 1.4 für den · Aus diesem Grunde gehen von den Meßgliedern

Sammelschienen-Differentialschutz angeschlossen. 1.2 und 1.3 Sperrsignalleitungen 1.5 und 1.6 ab, die

Die Ausgänge dieser Meßglieder liefern bereits Aus- zu einem Zeitglied 0.1 im Allgemeinteil 0 führen,

löseanregesignale. Hinter diesen Meßgliedern sind 5 Über diese Sperrsignalleitungen werden bereits in der

nur noch Verknüpfungsfunktionen zu erfüllen, die ersten Anregehalbwelle in bekannter Weise Sperrsi-

unabhängig von den einzelnen Schutzfunktionen gnale abgegeben, die über das Zeitglied 0.1 ein Sam-

praktisch alle gleich sind. Hierbei handelt es sich bei- melschienen-Differentialschutz-Meßglied 1.4/2.4 für

spielsweise darum, die Auslösesignale in einem von eine vorbestimmte Zeit sperren. '

dem für den gesamten Netzschutz gemeinsamen Im- ^lo Über Leitungen 1.7 oder 1.8 werden die Auslösesi-

pulsgenerator festgelegten Zeitpunkt durchzuschal- gnale der Meßglieder 1.2 und 1.3 einer Verknüp-

ten, gegenseitige Sperren einzulegen oder aufzugeben fungslogik 1.9 zugeführt. Außer diesen Signalen erhält

oder Verzögerungsglieder wirksam werden zu lassen. diese Verknüpfungslogik noch Signale vom Sammel-

Diese geschilderten Funktionen greifen an ver- schienen-Differentialschutz-Meßglied 1.4/2.4, vom schiedenen Punkten der Verknüpfungslogik ein bzw. ^l5 Zeitglied 0.1 und aus einer Verknüpfungslogik 0.2 im gehen von verschiedenen Punkten aus. Beim Aufbau Allgemeinteil 0. Zwischen den Verknüpfungslogiken elektronischer Schutzrelais als vollständig getrennte, 1.9 und 2.9 der beiden Ringkabelfelder 1 und 2 beunabhängig voneinander funktionsfähige Relais sind steht eine Verbindung 12.1, die aus mehreren Leitunzwischen den einzelnen Schutzrelais Querverbindun- gen besteht und über die wechselseitige Sperrbefehle gen im Elektronikteil erforderlich. Diese, von Schutz- a° übermittelt werden. Für diese Leitungen brauchen relais zu Schutzrelais führenden Elektronikleitungen keine Schutzmaßnahmen ergriffen zu werden, da sie sind den verschiedenartigsten Störbeeinflussungen auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung der~ ausgesetzt, wenn nicht aufwendige Zusatzmaßnahmen Bausteine nur innerhalb eines Gehäuses verlegt und getroffen werden, die diese Leitungen schützen. damit störenden äußeren Einflüssen entzogen sind.

Die Gefahr, daß diese Leitungen störend beeinflußt ^a5 Der Ausgang der Verknüpfungslogik 1.9 ist an einen

werden, ist besonders groß, da auf ihnenpraktisch zum Ausgangsverstärker 1.10 angeschlossen, von dem aus

gleichen Zeitpunkt, an dem die Störung im Netz auf- eine Ausschalteinrichtung 1.11 eines Leistungsschal-

tritt, Signale störungsfrei übertragen werden sollen. ters 1.12 gesteuert wird.

Bei Netzstöningen ist aber immer mit Potentialver- Das Sammelschienen-Differntialschutz-Meßglied Schiebungen und hohen Erdschlußströmen zu rech- 3° 1.4/2.4 arbeitet auch auf einen Reserveschutz 12.2, nen, deren Auswirkungen auf die Übertragungleitun- der aus einem Zeitglied besteht, das die Laufzeit aller gen zwischen den elektronischen Schutzrelais nicht auf Strombasis beruhenden Schutzanregungen konvorhersehbar sind. Ganz allgemein kann festgestellt trolliert. Wenn nicht spätestens in der vom Zeitglied werden, daß mitzunehmender Größe der Netzstörung 0.1 festgelegten Auslösezeit die Auslösung erfolgt ist, die Gefahr der Beeinflussung wächst, das heißt, bei 35 gibt der Reserveschutz ein Auslösekommando direkt zunehmender Schwere der Netzstörung wächst die auf die Ausgangsverstärker der Ringkabelfelder und Gefahr von Schutzrelaisversagern, obwohl gerade des Maschennetzschalters.

dann die Schutzrelaiskombination einwandfrei arbei- · Die für Feld 1 geschilder/en Verhältnisse gelten

ten soll, um Schaden im Netz zu verhindern. entsprechend für Feld 2. / , .

Als zuverlässigste Maßnahme gegen die erwähnten 4<> Im Feld 3 ist nur ein Überstromschutz vorhanden. Störbeeinflussungen hat sich hierfür die galvanische Ein Überstrom-Meßglied 3.2 wird von einem Strom-Trennung bewährt, die durch Signalumsetzrelais er- wandler 3.1 gespeist und liefert in der bekannten und zielt wird. Die Umsetzrelais besitzen jedoch im Ver- beschriebenen Weise ein Sperrsignal zum Zeitglied " gleich zu rein elektronischen Schaltmitteln stark 0.1 und ein Auslösesignal an einen Ausgangsverstär-streuende und lange Schaltzeiten, durch die die Aus- 45 ker 3.10, der über ein Auslöseorgan 3.11 einen Leilösezeiten so verlängert werden, daß die Vorteile der stungsschalter 3.12 auslöst. Der Ausgangsverstärker schnellarbeitenden elektronischen Bauelemente ver- 3.10 ist außerdem auch an die Verknüpfungslogik 0.2 loren gehen. Außerdem sind für die Steuerung der im Allgemeinteil angeschlossen.
Umsetzrelais Verstärker erforderlich, die den Auf- Im Feld 4 ist oberspannungsseitig ein Stromwandwand nicht unwesentlich erhöhen. Da diejenigen Stel- 50 ler 4.1 und unterspannungsseitig ein Stromwandler Ien, von denen die Querverbindungen ausgehen bzw. 4.2 eingebaut.. Vor einem Maschennetzschalter 4.3 an denen sie eingreifen, von Faü zu Faii verschieden befindet sich ein Spannungswandler 4.5. Von diesen sein können, müssen derartig aufgebaute elektroni- vier Wandlern werden die verschiedenen Schutzanresche Schutzrelais in Einzelgehäuse von Anfang an ei- gungen gespeist.

nen Umfang erhalten, der ihren Einsatz in Netz- 55 Ein oberspannungsseitiges Überstrom-Meßglied

schutzeinrichtungen gestattet, die aus der Kombina- 4.6 dient, da oberspannungsseitig kein Leistungs-

tion einer beliebig großen Anzahl von Einzelrelais schalter vorhanden ist, in bekannter Weise zur Sper-

bestehen. rung des Sammelschienen-Differentialschutzes. Wäh-

Nach der Erfindung werden alle diese Nachteile rend der Sperrzeit des Zeitgliedes 0.1 soll eine vermieden, indem die genannten Verknüpfungsein- 6o Sicherung 4.7 ansprechen. Beim Überschreiten der richtungen nicht mehr getrennt, sondern in einem ge- eingestellten Sperrzeit wird der Auslösebefehl in einer meinsamen Gehäuse untergebracht und Ausgangs-, für alle Schutzeinrichtungen des Feldes 4 gemeinsa-Zeit- und Verknüpfungselemente nur in solcher Zahl men Verknüpfungslogik 4.8 auf einen Ausgangsvereingesetzt werden, wie zur Erfüllung der Netzschutz- stärker 4.9 durchgeschaltet, der über ein Auslöseoraufgabe schaltungstechnisch notwendig sind, mit an- 65 gan 4.10 den Maschennetzschalter 4.3 ausschaltet. deren Worten: Die genannten Elemente sind nicht Außer von der Verknüpfungslogik 4.8 kann der Ausmehr einem bestimmten Schutzrelaistyp, sondern al- gangsverstärker 4.9 auch von einem Reserveschutz 'en MeSgüedem der verschiedenen Schutzarten 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 Störeinflüsse direkt verlegt werden können. .

Ein an den Stromwandler 4.2 angeschlossenes Meßglied 4.11 soll bei Überströmen m Maschennetz verzögert, bei Rückströmen jedoch unverzögert auslösen. Da das Zeitglied 0.1 bereits auf die Verknüpfungslogik 4.8 arbeitet, ist nur noch das Kriterium für den Rückstrom erforderlich, das von einem Richtungsmeßwerk 4.12 geliefert wird.

Bei Differenzströmen in einem Transformator 4.13 spricht ein Transformator-Differentialschutz-Meßglied 4.14 an und liefert ebenfalls ein Auslösesignal an die Verknüpfungslogik 4.8. Schließlich soll der Maschennetzschalter bei Unterschreitung eines bestimmten Spannungswertes ausgeschaltet und beim Vorhandensein der Spannung vor und hinter dem Maschennetzschalter automatisch wieder eingeschaltet werden. Die Meßwerte für diese Funktion werden in einem Meßglied 4.15 verarbeitet. Die automatischen Einschaltbefehle gehen über einen Ausgangsverstärker 4.16 zum Auslöseorgan 4.10, das den Maschennetzschalter 4.3 einschaltet. .

Zwischen den Aus- und Einschaltbefehissignalen bestehen in der Verknüpfüngslogik Querverbindungen, die ein Pumpen des Maschennetzschalters verhindern. . .

Im Allgemeinteil 0 sind neben dem Zeitglied 0.1 und der Verknüpfungslogik 0.2 verschiedene Hilfseinrichtungen vorhanden, die über die Verknüpfungslogik 0.2 auf die verschiedenen Felder arbeiten. Hierzu gehören verschiedenartige Löschsignale 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 erforderlichen Hilfsspannungen über nicht dargestellte Leitun-

¹S gen versorgt. .

Aus der vorangegangenen funktioriellen Schilderung der Netzschutzeinrichtung geht hervor, daß durch die erfindungsgemäße Geräteanordnuhg in einem gemeinsamen Gehäuse, beispielsweise einem

^ao Schrank, wesentliche Einsparungen möglich sind, daß die Querverbindungen zwischen den einzelnen Schutzarten ohne Schutzmaßnahmen gegen Fremdbeeinflussungen ausgeführt werden können und daß 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 Meßelied (1.2, 1.3, 1.4, 2.4, 2.2, 2.3, 3.2, 4.6, 4.11, 4Λ4, 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.