DE1538634C - Erdschlußrelais - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Erdschlußrelais gestellt werden müssen. In vielen Fällen lassen sich

zur selektiven Anzeige und/oder Abschaltung einer diese hohen Anforderungen gar nicht erfüllen, es sei

erdschlußbehafteten Leitung in einem kompensierten denn, daß man sogenannte Umbauwandler verwenden

Strahlennetz mit einem Stromrelais, das auf den kann, deren Kerne gleich alle drei Leiter eines Dreh-

Oberwellengehalt des Erdschlußreststromes anspricht. 5 strom-Leitungsendes umfassen. Die Verwendung soU

Durch Schutzrelais werden insbesondere Einrieb- eher Wandler ist naturgemäß nur bei Kabeln möglich, tungen für die Erzeugung und Verteilung elektrischer Bei Freileitungen sind diese Wandler nur dann verEnergie gegenüber Fehlern an diesen Einrichtungen wendbar, wenn man am Einbauort des Wandlers sowie gegenüber Auswirkungen derartiger Fehler ein Kabelstück in den Leitungszug einschaltet. In geschützt. Der weitaus häufigste Fehler stellt dabei io allen Fällen müssen von diesen Spezialwandlern aber der Erdschluß—die Zerstörung oder Überbrückung. sehr geringe Fehlwinkel, vor allem auch bei sehr der Isolation eines · Leiters gegen Erde — dar. Bei kleinen Strömen,; eingehalten werden. Dies zwingt Anwendung der Erdschlußkompensation in Frei- zur Verwendung besonders hochwertiger Kernbleche leitungsnetzen ist jedoch der größte Teil aller Erd- aus teueren Nickel-Eisen-Speziallegierungen, die außerschlüsse vorübergehender Natur, da Lichtbogenerd- 15 dem auch bei der Montage noch sehr sorgfältig fehler durch die Petersenspule innerhalb weniger behandelt werden müssen, um ihre guten magne-Perioden gelöscht werden. Aber auch Dauererd- tischen'Eigenschaften nicht zu verderben. Die Anschlüsse müssen in diesem Fall nicht zu Betriebs- wendung dieses bekannten Verfahrens zur Erdschlußunterbrechungen führen, da die Fehlersteile bei erfassung ist deshalb oftmals auch aus rein wirtgenauer Kompensation, abgesehen von einem geringen 30 schaftlichen Gründen nicht möglich.
Reststrqm (Wattkomponente des Erdschlußstromes Ein weiterer Nachteil der wattmetrischen Erd- und Oberwellenanteile), thermisch nicht beansprucht schlußerfassung besteht darin, daß man die Relais (Γ, wird. Allerdings nehmen im Erdschlußfall die fehler- auch bei Stichleitungen, bei denen ja kein Vergleich .-freien Leitungen die Dreieckspannung gegen Erde ihrer Ausschlagsrichtung mit derjenigen am anderen *· an. Dies führt zu einer unerwünschten hohen Bean- as Leitungsende notwendig ist, nur höchst selten auf spruchung der Isolation der gesunden Leiter, aus die Auslöseorgane der zugehörigen Leistungsschalter der sich leicht Doppelerdschlüsse und damit Ab- wirken lassen kann, weil wegen der beschriebenen Schaltungen ergeben können. Ein schnelles Erkennen Schwierigkeiten mit den Stromwandlern zu oft zuvon Erdschlüssen ist daher wünschenswert. sätzliche Auslösungen gesunder Stichleitungen be-

Es ist bereits aus der deutschen Patentschrift 30 fürchtet werden müssen. Man begnügt sich deshalb 432 982 eine Anzeigevorrichtung zum selektiven notgedrungen meist damit, die Ausschlagsrichtungen Erkennen einer mit Erdschluß behafteten Leitung aller Relais'eines Netzes oder eines größeren Netzbekannt, bei der in die Zweigleitungen auf höhere bezirkes in eine zentrale Warte zu melden. Hier Harmonische ansprechende Einrichtungen eingeschal- verschafft man sich zunächst an Hand dieser Antet sind, welche im Erdschlußstrom enthaltene höhere 35 gaben und eventueller fernmündlicher Rückfragen Harmonische anzeigen oder die Abschaltung des eine Übersicht, um dann diejenige Leitung von Hand kranken Netzteiles herbeiführen. Dabei ist jedoch abzuschalten, auf der man den Fehler mit der größten nachteilig, daß die Relais grundsätzlich auf einen Wahrscheinlichkeit vermutet. Bis dahin verstreicht Ansprechstrom eingestellt werden müssen, der kleiner natürlich eine längere Zeit, während der die gesunden ist als der im Erdschlußfalle vom galvanisch zu- 40 Leiter des ganzen Netzes unter erhöhter Spannung sammenhängenden Gesamtnetz aufgenommene Ober- stehen und die Gefahr des Hinzutretens weiterer wellenstrom abzüglich des Teilstromes, der der Erdschlüsse besonders groß ist. Wenn die Relaiszugehörigen Strecke zugeordnet ist, andererseits aber meidungen wegen etwai£er Stromwandlerfehler mehrgrößer ist, als der letztgenannte Teilstrom. Der im deutig waren, ist hierbei aber noch keine Gewähr v Erdschlußstrom auftretende Oberwellenstrom ist aber 45 dafür gegeben, daß man die tatsächlich erdschlußseiner Amplitude nach auch direkt vom Oberwellen- behaftete Leitung gleich auf Anhieb feststellt,
gehalt der treibenden Spannung abhängig, der zu Außerdem ist nachteilig, daß f ne Fälschung der verschiedenen Zeiten sehr unterschiedlich sein kann. Richtungsangaben völlig unabhärgig von den Strom-Es kann daher schwierig oder gar unmöglich sein, wandlern durch primäre Unsymmetrien des geschützeine feste Einstellung für den Ansprechwert der 50 ten Netzes, z. B. infolge ungleicher Leiterimpedanzen Überstromrelais zu finden, die zu jeder Zeit selektiv nur unzureichend oder oftma's auch gar nicht verwirkt. ₍ drillter Freileitungen oder ungleicher Erdkapazitäten

Ferner ist aus den deutschen Patentschriften der drei Leiter, hervorgerufen werden kann. In solchen 449 751 und 670 488 bekannt, zur selektiven Erfas- Fällen ist von den Stromwandlern her überhaupt sung von Erdschlüssen in kompensierten Netzen 55 keine Abhilfe möglich. Man muß dann bekanntlich wattmetrische Relais zu verwenden, die vom Summen- zu einer künstlichen Erhöhung des geringen Wirkstrom einer Drehstromleitung und der Sternpunkt- reststromes greifen, was zusätzliche Aufwendungen Erdspannung bzw. deren Oberwellenanteilen gespeist an Belastungswiderständen '■.und zugehörigen Schaltwerden. Diese Relais müssen so bemessen sein, daß mitteln erforderlich macht.

sie auf die nur sehr geringe Wirkkomponente des an 6° Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,, ein sich schon geringen und stark verzerrten Erdschluß- einfaches, mit Sicherheit selektiv wirkendes Erdschlußreststromes oder dessen Oberwellenanteilen an- relais für kompensierte Strahlennetze zu erstellen, "sprechen. Die Dimensionierung der wattmetrischen das nur geringe Anforderungen an die Meß- und Relais für die erforderliche hohe Empfindlichkeit Winkelgenauigkeit der Wandler stellt,
bereitet hierbei an sich keine besonderen Schwierig- 65 Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten ' keiten. Die Schwierigkeiten liegen hier an anderer Erdschlußrelais erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß >■■ Stelle, nämlich bei den Stromwandlern, an die sehr ein Stromvergleichsrelais vorgesehen ist, dem der hohe Anforderungen bezüglich ihrer Genauigkeit im Summenstrom der Leitung enthaltene Oberwellen- '.>■-■.

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anteil im auslösenden Sinne und dem der in einem Netzes J₀ = J_oi -\~ ... -[- Λν· Der Anteil J_ov der

von der Verlageriingsspaiinung abgeleiteten Strom kranken Leitung fließt über deren Erdkapazität

enthaltene Oberwellenanteil im sperrenden Sinne unmittelbar zurück. Er tritt also an keinem der

zugeführt sind. fünf Leitungsabgänge in Erscheinung.

Infolge der Verwendung eines Stromvergleichs- 5 Bei Verwendung gewöhnlicher Überstromrelais als relais treten (im Gegensatz zu Richtungsrelais) keine Erdschlußrelais 1 bis 5 müßten diese somit auf AnSchwierigkeiten mit den Stromwandleatauf. Bezüglich sprechwerte von mehr als J_oi bzw. J_on ... bzw. J_ov der Winkelfehler werden ja von dem Stromyergleichs- eingestellt werden, damit sie nicht auf einen außerrelais keine Anforderungen gestellt. Außerdem ent- halb der jeweiligen Leitung I, .'.., V liegenden Erdfallen auch die Schwierigkeiten bei der Einstellung io Schluß ansprechen können. Andererseits muß jedoch des Ansprechwertes, da der im haltenden Sinne der Ansprechwert kleiner sein als die Summen der wirksame von der Verlagerungsspannung abgeleitete Oberwellenanteile der jeweils übrigen Leitungen, Strom unmittelbar vom jeweiligen Oberwellengehalt beispielsweise J₀I-I- ... -|-J_oiv für das Relais 5 abhängig ist. Somit ergibt sich zu jeder Zeit eine sich der Leitung V, damit es bei einem Erdschluß auf selbsttätig einstellende, selektiv wirkende Ansprech- 15 der Leitung V mit Sicherheit anspricht. Die Einzelempfindlichkeit, werte J₀I, ...; J₀ν können dabei von sehr uriter-

Ein weiterer Vorteil gegenüber der bekannten Ver- schiedlicher Größe sein, entsprechend den verschiewendung von gewöhnlichen Überstromrelais ist, daß denen Längen und spezifischen Erdkapazitäten (Fireimit dem erfindungsgemäßen Erdschlußrelais ' auch leitungen oder Kabel). Schon hierdurch verbleibt widerstandsbehaftete Erdschlüsse selektiv erfaßt wer- 20 unter Umständen bei einzelnen Relais 1 bis -5 nur den können. In solchen Fällen muß nämlich die ein vergleichsweise geringer Spielraum für die EinEmpfindlichkeit der Relais größer sein, als sie bei stellung eines festen Ansprechwertes, satten Erdschlüssen sein darf. Diese Vergrößerung Weiter ist jedoch noch zu berücksichtigen, daß der Empfindlichkeit tritt bei dem erfindungsgemäßen auch die den einzelnen Leitungen I, ...,V zugeord-Relais automatisch ein, weil bei widerstahdsbehaf- 25 neten Ströme J_oi, ..., J_ov nicht konstant sind, teten Erdschlüssen die Verlagerungsspannung und sondern direkt vom jeweiligen Oberwellengehalt der daniit auch der von dieser abgeleitete Strom geringer treibenden Spannung abhängen. Dieser kann sich wird, womit das Relais in erwünschter Weise emp- je nach Schalt- und Belastungszustand des¹ Netzes Endlicher anspricht. unter Umständen in so weiten Grenzen ändern,⁵ daß

Der von der Verlagerungsspannung abgeleitete 30 eine selektiv wirkende feste Stromeinstellung nicht

Strom wird zweckmäßig mittels einer einzigen Ein- möglich ist. Beispielsweise könnte bei besonders

richtung je Sammelschiene erzeugt, die die Erdschluß- geringem Oberwellengehalt der Spannung das Relais

relais aller oder zumindest mehrerer Abgänge versorgt. der erdschlußbehafteten Leitung nicht mehr an-

In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist bei sprechen, während bei besonders hohem Oberwellendem erfindungsgemäßen Erdschlußrelais eine An- 35 gehalt auch noch die Relais von gesunden Leitungen Sprechverzögerung vorgesehen. Diese kann derart auslösen würden (insbesondere bei relativ großem eingeschaltet werden, daß eine Anzeige und/oder Einzelanteil am gesamten Strom J₀). Auslösung erfolgt, falls der Erdschluß nicht in an- Um die Ansprechsicherheit und Selektivität der gemessener Zeit von der Petersenspule gelöscht wird. Erdschlußrelais 1 bis 5 von derartigen betriebs-Auf Stichleitungen mit mehreren Stationen, ist die 4° bedingten Änderungen der jeweiligen Spannungs-Ansprechverzögerung — ähnlich wie beim Überstrom- kurvenform unabhängig zu machen, ist daher erfinzeitschutz — günstigerweise gestaffelt, womit sich dungsgemäß ein Stromvergleichsrelais vorgesehen, auch längs der Stichleitungen noch eine Selektivität beispielsweise nach F i g. 2 als polarisiertes Relais 7 der Auslösung ergibt. Die Ansprechverzögerung ausgeführt, das in an sich bekannter Weise in der wird vorzugsweise mittels eines von der Verlagerungs- 45 Diagonalverbindung von Gleichrichter-Brückenschalspannung angetriebenen Synchron-Zeitrelais erzielt. tungen 6, 8 liegt. Die Brücke 8 wird von den Ober-Ein derartiges Zeitrelais ist billig. Außerdem ergibt wellen im Summenstrom der zugehörigen Leitung, sich bei einem Antrieb durch die Verlagerungs- z. B. J₀ — J_ov gespeist und wirkt auf das polarisierte spannung ein selbsttätiger Anlauf des Zeitrelais mit Relais 7 im Ansprechsinne. Die Brücke 6 wird im dem Auftreten eines Erdschlusses. 5° entgegengesetzten Sinne von einem VergleichsstromJ₀v

Im folgenden soll die Erfindung an Hand der in gespeist, der aus der Verlagerungsspannung des

den F i g. 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausfüh- Netzes in an sich bekannter Weise so abgeleitet

rungsbeispiele näher erläutert werden. Dabei zeigen wird, daß er vor allem deren Oberwellen wiedergibt.

F i g. 1 und 3 zwei verschiedene Strahlennetze, Die von dem Vergleichsstrom J_ov ausgeübte Haltewährend in 55 kraft ändert sich daher proportional dem Ober-

F i g. 2 ein Stromvergleichsrelais dargestellt ist. wellengehalt der treibenden Spannung. Da sich

In dem Strahlennetz nach F i g. 1 mit von einer andererseits auch die auslösend wirkenden Ober-Station A abgehenden Leitungen 1 bis V sind am wellenströme in den Summenstromkreisen in gleicher Anfang jeder Leitung Erdschlußrelais 1 bis 5 ein- Weise ändern, bleibt eine für eine bestimmte Spangebaut. 60 nungskurvenform selektiv eingestellte Relaiscmpfinu-

Bei einem auf der Leitung V angenommenen Erd- lichkeit auch für andere Kurvenformen selektiv: Der schluß tritt im Summenstrom der gesunden Lei- Ansprechwert ändert sich nämlich mit dem Obertungen I, ..., IV der Oberwellenanteil J_oi, ..., J_0lv wellengehalt der Spannung im jeweils richtigen Sinne, auf, der durch die Erdkapazität der jeweiligen Lei- Wie F i g. 2 weiter zeigt, können in den Stromtung I, ..., IV bestimmt ist. An dem Abgang der 65 kreisen von J_ov und/oder J₀- J_ov Mittel zur Einkranken Leitung V tritt die Summe dieser Ströme stellung der Empfindlichkeit vorgesehen werden, bei-J₀I-I-... -1-J₀Iv-Jo-J₀V auf. In der Erschluß- spielsweise die dargestellten Anzapfungen an den stelle selbst fließt der Oberwellenstrom des gesamten Eingangs-Übertragern der Brüekensehaltung oder

aber auch sonstige Mittel, wie z. B. Vor- oder Nebenwiderstände an passenden Stellen der Gesamtschaltung sowie mechanische Einstellorgane am polarisierten Relais 7.

Liegen bei einem von einer Station A ausgehenden Strahlennetz mit Leitungen I, . ..,V-afuf einer Leitung V noch Zwischenstationen B^_r-so können auch Erdschlüsse auf den Teilstrecken BC, CD selektiv abgeschaltet werden. Dazu werden in, vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Auslösezeiten der Relais 5, 51, 52 gestaffelt, wobei die Auslösezeit des Relais 5 am größten, das Relais 52 am kleinsten ist. Diese Zeitstaffelung wird zweckmäßigerweise vorgesehen, da bei einem Erdschluß auf der Strecke CD sich die Oberwellenanteile in den Stationen C, B, A lediglich um den über die jeweils dazwischen liegende Strecke abfließenden Oberwellenanteil unterscheiden. Die entsprechenden Unterschiede können dabei gering sein. Durch die Zeitstaffelung wird jedoch auch in einem derartigen Fall ein selektives Arbeiten der Erdschlußrelais 5, 51, 52 erzielt. Die Zeiteinstellung der Relais 1, ..., 4 für die weiteren Leitungen I, .."., IV wird von der Zeitstaffelung nicht beeinflußt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein Erdschlußrelais für kompensierte Strahlennetze geschaffen wird, das mit einem Stromrelais arbeitet und damit von etwaigen Winkelfehlern der Wandler — im Gegensatz zu Richtungsrelais — nicht beeinflußt wird.

Außerdem werden die Schwierigkeiten bei der Einstellung des Ansprechwertes vermieden, da durch die Verwendung eines Stromvergleichsrelais, dem im haltenden Sinne ein dejn Oberwellengehalt der Verlagerungsspannung proportionaler Strom zugeführt wird, eine sich selbsttätig einstellende Ansprechempfindlichkeit erzielt wird. Dies ermöglicht darüber hinaus sogar die Erfassung von widerstandsbehafteten Erdschlüssen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Erdschlußrelais zur selektiven Anzeige und/ oder Abschaltung einer erdschlußbehafteten Leitung in einem kompensierten Strahlennetz mit einem Stromrelais, das auf den Oberwellengehalt des Erdschlußreststromes anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromvergleichsrelais (7) vorgesehen ist, dem der im Summenstrom (J₀ — y_ov) der Leitung enthaltene Oberwellenanteil im auslösenden Sinne und dem der in einem von der Verlagerungsspannung abgeleiteten Strom (J_ov) enthaltene Oberwellenanteil im sperrenden Sinne zugeführt sind. . (?

.2. Erdschlußrelais nach Anspruch 1, dadurch '< gekennzeichnet, daß eine Ansprechverzögerung v" vorgesehen ist. **

3.' Erdschlußrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Stichleitungen die An- Sprechverzögerungen gestaffelt sind.

4. Erdschlußrelais nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Synchron-Zeitrelais, daß von der Verlängerungsspannung angetrieben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen