DE1588110A1 - Netzschutzanordnung - Google Patents

Description

Weotinghouse Company Limited
Hamilton, Ontario

- 9. AUG. 1967

PA 66/9002

Netzachubzanordnung

Für die Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden kanadischen Patentanmeldung Serial No. 973 810 vom 22.10.1966 beansprucht,

Zur Erfassung verschiedener Fehler in Energieversorgungsnetzen ist es vorteilhaft, ITe tzschut zano rdnungen zu verwenden, die nicht nur eine einzige elektrische Netzgröße überwachen, sondern deren Funktion von dem Produkt zweier elektrischer Großen unter Berücksichtigung des zwischen ihnen Unterlagen (Art 7 § I Ai,B. 2 Mr. I Satz 3 des Änderunjjsflee. v. 4.9.1967t

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vorhandenen Phasonv/inkela abhängt, Netzschutzanordnungen dieser Art finden inabesondere als Erdschluß- oder Distanzrelais Verwendung. In der Vergangenheit sind verschiedene iDypen von Netzschutzanordnungen vorgeschlagen v/orden, die ein Induktionsscheiben-, ein Induktionsschleifen- oder Zylinderrelais oder eine Gleichrichter-Brückenschaltung mit empfindlichem Drehspulrelais enthalten. Mit der Steigerung der Punktionsgeschwindigkeit verschiedener Elemente in Energieversorgungsnetzen ist es notwendig geworden, auch die Arboitsgeschv/indigkeit der Netzschutzanordnung zu vergrößern. Die moderne Entwicklung strebt daher die Verwendung von Halbleiterschaltungen an, um verschiedene Signale zu erfassen und damit letztlich Kontakte von Anordnungen, wie Leistungsschalter, zu steuern.

Wenn solche Halbleiterschaltungen in Netzschutzanordnungen eingesetzt v/erden und diese Anordnungen zum schnellen Ansprechen ausgelegt sind, besteht ständig die Gefahr, daß die Relais bei Ausgleichsvorgängen ansprechen, die kein Zeichen für einen tatsächlich zu erfassenden, fehlerhaften Zustand des Energieversorgungsnetzes sind. Die Eliminierung dieser im allgemeinen nicht nennfrequenten Anteile in den Meßgrößen durch Filter gibt Anlaß zu Zeitverzögerungen, die in der Eigenschaft der Filter begründet sind und die unter gewissen Umständen unerwünscht sind.

Um Zeitverzögerungen bei einer Netzschutzanordnung zu ver-

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meiden, bei der zwei aus den Netzspannungen oder aus den Netzströmen abgeleitete elektrische Größen unter Berücksichtigung des zwischen ihnen vorhandenen Phasenwinkels zur Überwachung eines Energieversorgungsnetzes benutzt werden, wobei zumindest eine der abgeleiteten elektrischen Größen über eine auf die Netzfrequenz abgestimmte FiIteranordnung an nachgeordnete Einrichtungen der Netzschutzanordnung angeschlossen ist, wird eine leiteranordnung vorgeschlagen, die orfindungsgemäß durch eine Steuerschaltung selbsttätig ein- und ausschaltbar ist.

Vorteilhafterweise erfolgt das Ein- und Ausschalten der leiteranordnung durch die Steuerschaltung in Abhängigkeit vom elektrischen Zustand des zu überwachenden Energieversorgungsnetzcß derart, daß bei einem Fehler im zu überwachenden· Energieversorgungsnetz die FiIteranordnung eingeschaltet wird. Auf diese Weise sind durch die Filteranordnung hervorgerufene Zeitverzögerungen auf ein Minimum herabgedrückt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Filteranordnung dargestellt; Fig. 3 zeigt eine zum Einsatz der erfindungsgemäßen Filteranordnung geeignete Netzschutzanordnung, und in der Fig. 4 ißt eine Anzahl von Diagrammen dargestellt, die zur Erläuterung der Arbeitsweise der Netzschutzanordnung nach Fig. 3 geeignet sind. In der Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus einem Energieversorgungsnetz mit den Schaltungselementen

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dargestellt, die zur Gewinnung von elektrischen Größen für eine als Erdschlußrichtungsrelais -ausgeführte Netzschutzanordnung mit Nullstrom-Korapensation erforderlich sind. Pig. 6 zeigt eine der Pig. 5 ähnliche Anordnung zur Gewinnung von elektrischen Größen für eine als Erdschlußrichtungsrelais ohne Kompensation wirkende Netzschutzanordnung. Pig. gibt eine Anordnung v/ieder, die zur Gewinnung von elektrischen Größen für eine als ein doppelt polarisiertes Relais v/irkende Netzschutzanordnung dient, und in der Pig. 8 ist eine Netζschutzanordnung als Richtungsrelais dargestellt. Die Pig. 9 gibt eine Reihe von Diagrammen v/ieder, die drei mögliche Auslösecharakteristiken der Netzschutzanordnung als JErdschlußrichtungsrclais zeigen; in der Pig. 10 ist eine Polge von RX-Diagrammen dargestellt, die drei mögliche Auslösecharakteristiken einer als Distanzrelais arbeitenden lletzschutzanordnung wiedergeben.

Wendet man sich zunächst der Pig. 1 zu, in der eine PiIteranordnung mit der zu ihrem selbsttätigen Ein- und Ausschalten erforderlichen Steuerschaltung dargestellt ist, dann erkennt man drei Klemmen, die mit den Phasen R, S und T verbunden sind. Die mit der Phase R verbundene Klemme ist über einen Kondensator 1 und eine Spule 2 sowie über zwei gegen*- einander geschaltete Zenerdioden 5 mit einem Ende der Primärwicklung einen iPi'ansformatorß 4 verbunden. Die Phasen S. und 'i¹ .sind an eine Drossel ¹J mit Mitteimnzapfung angönohlos- »en. Die Pll!inc» T ißt außerdem über einen Widerstand G au rieii

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Verbindungspunkt der Spule 2 und den Zenerdioden 3 angeschlossen. Die Mittenanzapfung der Drossel 5 steht mit dem anderen Ende der Primärwicklung des Transformators 4 in Verbindung . Der Transformator 4 hat drei Sekundärwicklungen, jeweils eine für eine der zu überwachenden Phasen; die mit in der Figur nicht näher dargestellten Anordnungen verbundenen Sekundärwicklungen sind in der Figur unterbrochen eingezeichnet. Die ausgezogene Sekundärwicklung des Transformators 4 ist rait einem Brückengleichrichter 7 verbunden, an dessen G-leichspannungsausgang der Kondensator 8 angeschaltet ist. Über eine Drossel 9 ist die Basis eines Transistors 10 angeschlossen. Vier Dioden 11, 12, 13 und 14 bilden eine Brückenschaitung; die Anoden der Dioden 11 und 12 sind gemeinsam an den Kollektor des Transistors 10 herangeführt, während die Kathoden der Dioden 13 und H gemeinsam an den leiter 15 angeschlossen sind, der mit dem Emitter des Transistors 10 und der negativen Gleichspannungsausgangsklemme des BrUckengleiehrichters 7 in Verbindung steht. Der Brückengleichrichter 7 und die Schaltungselemente 8 bis 14 bilden eine Steuerschaltung für die Filteranordnung, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Serienresonanzkreis ausgebildet ist. Der Serienresonanzkreis besteht aus der Drossel und dem Kondensator 17 sowie aus zwei Widerständen 18 und und ibt zwischen zwei Klemmen K1 und K2 angeordnet. Die Klemmen K1 und K2 sind die Eingangsklemmen der FiIteranordnung. Die Bauelemente 16, 17 und 18 sind vorgesehen, um die gewünschte Filbercharakberistik zu gewinnen, und der Wider-

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stand 19 ist genügend groß gewählt, um die Resonanzschärfe so weit zu erniedrigen, daß nur sehr wenig Energie in der leiteranordnung gespeichert werden kann. Die Funktion der Filteranordnung ist im folgenden näher erläutert:

Tritt ein Fehler im zu überwachenden Energieversorgungsnetz ein, dann fließt ein Strom von der Phase R durch die Primärwicklung des Transformators 4 zur Mittenanzapfung der Drossel 5. Die leiteranordnung ist so dimensioniert, daß im ungestörten Betrieb kein Eingangssignal am Transformator 4 ansteht. Wenn indessen eine Unsymmetrie infolge eines Fehlers auftritt, dann wird dem Transformator 4 eine Eingangsgröße zugeführt. Die beiden gegeneinandergeschalbeben Zenerdioden bilden einen Schwellwert, so daß die Schaltung bei kleinen Unsymmetrien nicht erregt v/erden kann.. Die Ausgangsgröße des Transformators 4 wii'd über den Brückengleichrichter 7 dem Kondensator 8 zugeführt, der die Ausgangsgröße zusammen mit der Drossel 9 speichert, um sicherzustellen, daß, wenn einmal ein Signal erzeugt worden ist, dieses Signal an der Basis des Transistors IO für eine ausreichende Zeitdauer ansteht, z.B. für etwa 100 ms. Solange der Transistor 10 durchgosbeuert ist, sind die Klemmen G- und H kurzgeschlossen, wodurch der Widerstand 19 unwirksam ist. Unter diesen Umständen ist die Filteranordnung eingeschaltet und daher wirksam und unterdrückt, falls sie auf die Hetzfrequenz abgestimmt ist, nicht-nennfrequente Sbörgrößen. Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist die Filteranordnung nur beim Auftreten

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eines Fehlers wirksam, so daß keine Energie zu Beginn eines Fehlers gespeichert ist. Auf diese Weise sind die Vorteile einer Ausfilterung gegeben, ohne den Nachteil von Zeitverzögerungen in Kauf nehmen zu müssen, die durch die Energiespeicherung im Filter verursacht werden.

Fig. 2 zeigt eine v/eitere FiIt er anordnung, die Widerstände 20 und 21 und einen Parallelresonanzkreis enthält, der die Drossel 22 und den Kondensator 23 aufweist. Die Klemmen G und H der Anordnung nach Fig. 1, das sind die Klemmen der aus den Dioden 11 bis 14 bestehenden Brücke, sind in Reihe mit dem Parallelresonanzkreis geschaltet. Wenn die Klemmen G und H offen sind, dann ist der auf die Netzfrequenz abgestimmte Resonanzkreis unwirksam, so daß keine Energie in ihm gespeichert werden kann. Wenn indessen ein Fehler auftritt, und die Klemmen G- und H kurzgeschlossen sind, dann wird der Parallelresonanzkreis wirksam und läßt nur die netzfrequenten Meßgrößen an die Ausgangsklemme K2 weiter.

Betrachtet man nun die Fig. 3, dann erkennt man, daß eine Eingangskiemine 2A dieser Netzschutzanordnung über einen Widerstand 25, über eine Primärwicklung eines Wandlers 26, über eine Sekundärwicklung einer Zwei-Wicklungs-Drossel 27 und über einen Kondensator 28 mit einer weiteren Eingangsklcmmc D verbunden ist. Dioden 29, 30, 31 und 32 sind in Form eines Ringmodulators angeordnet. Ein Ende der mittenangezapften Sekundärwicklung des Wandlern 26 iiit mit dem

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Verbindungspunkt der Dioden 29 und 30 und das andere Ende der Sekundärwicklung mit dem Verbindungspunkt der Dioden 31 und 32 verbunden. Die Eingangsklemmen C und D sind an die Primärwicklung einer Zwei-Wicklungs-Drossel 33 herangeführt, deren Sekundär v/i cklung mit einem Ende an die Mittenanzapfung der Sekundärwicklung des Wandlers 26 und mit ihrem anderen Ende über einen Kondensator 34 an den Abgriff einer Potentiometeranordnung angeschlossen ist, die aus einer an die Verbindungspunkte der Dioden 29 und 31 bzw. 30 und 32 angeschlossenen, aus den Widerständen 35, 36 und 37 bestehenden Reihenschaltung gebildet ist. Die Anschlüsse X in den beiden Teildarstellungen der Fig. 3 sind ebenso wie die Anschlüsse Y untereinander verbunden. Die Ausgangsspannung des Ringmodulators liegt über den Widerstand 38 an der Basis des Transistors 39, dessen Kollektor über den Widerstand 40 mit der positives Potential führenden Stroraversorgungsleitung 41 und dessen Emitter mit der negatives Potential führenden Stromversorgungsleitung 42 verbunden ist; der Widerstand 38 liegt im Eingangskreis einer die Ausgangsspannung des Ringraodulators integrierenden Schaltungsanordnung. Der Kollektor des Transistors 39 ist auch über den Widerstand 43 an die Basis des Transistors 44 angeschlossen, dessen Kollektor über den Widerstand 45 an die Stroraversorgungsleitung 41 angeschlossen ist; der Emitter des Transistors 44 steht unter Zwischenschaltung des Widerstandes 46 mit der Stromversorgungsleitung 42 in Verbindung. Der Emitter des Transistors

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ist auch unmittelbar rait der Basis des Transistors 47 verbunden, dessen Kollektor über einen festen Widerstand 48 und einen einstellbaren V/iderstand 49 mit der Stroraversorgungsleitung 41 in Verbindung steht; der Emitter des Transistors ist über eine Diode 50 mit der Stroraversorgungsleitung 42 verbunden. Der Kollektor des Transistors 47 steht auch über einen Widerstand 51 mit einem Kondensator 52 in Verbindung, der andererseits an die Stromversorgungsleitung 42 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 47 ist mit einer Auswerteeinrichtung über eine Vierschichtdiode 531 einen Widerstand 54 und einen Widerstand 55 auch mit der Stromversorgungsleitung 42 verbunden. Der Verbindungspunkt der Widerstünde 54 und 55 ist über eine Diode 56 und einen Kondensator 57 ebenfalls an die Stroraversorgungsleitung 42 angeschlossen. Der Verbindungspunkt der Diode 56 und des Kondensators 57 ist mittels V/iderstände 58 und 59 mit der Stroravorsorgungsleitung 42 verbunden, und der Verbindungspunkt der Widerstände 58 und 59 ist an die Basis eines Transistors 60 herangeführt; der Emitter dieses Transistors 60 ist an die Stromveroorgungsleitung 42 angeschlossen, v/ährend sein Kollektor über die Wicklung eines Relais 61 mit der Stromversorgungsleitung 41 in Verbindung steht.

Der Wicklung des Relais 61 ist eine Diode 62 aur löschung parallelgeschaltet. Die Kontakte des Relais 61 "bestehen aus einem einpoligen Umschaltkontakt mit überlappender Kontaktgäbe. Die festen Kontakte dieses Relais sind miteinander über

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eine Schutzachaltung verbunden, die einen Widerstand 63 und oinen Kondensator 64 aufweist.

Ein Kondensator 65 iat der aus der Diode 53 und dem Widerstand 54 bestehenden Reihenschaltung parallelgeschaltet, und der Verbindungspunkt des Kondensators 65 und des Widerstandes 54 ist über eine Diode 66 und über einen Kondensator 67 mit der Stromversorgungsleitung 42 verbunden. Der Verbindungspunkt der Diode 66 und des Kondensators 67 ist mit der negatives Potential führenden Stromversorgungsleitung 41 über Widerstände 68 und 69 verbunden. Der Verbindungspunkt der Widerstände 68 und 69 ist an die Basis eines Transistors 70 herangeführt, dessen Emitter mit der Stroraversorgungsleitung 42 und dessen Kollektor über einen Widerstand 71 mit der Stromversorungsloitung 41 in Verbindung steht. Der Kollektor des [Transistors 70 ist außerdem über einen Widerstand 72 an die Basis eines Transistors 73 angeschlossen, dessen Emitter an die Stromversorgungsleitung 42 und dessen Kollektor über einen .Widerstand 74 an die Stroraversorgungaleitung 41 angeschlossen · ist; der Kollektor des Transistors 73 ist mit einer -Ausgangsklemme 75 verbunden, die auch mit der Stromversorgungsleitung 42 über eine Zenerdiode 76 in Verbindung steht.

Die Stromversorgung erfolgt über Anschlußklemmen 77 und 78, wobei die Anschlußklemme 78 direkt mit der Stroraversorgungsleitung 42 und die Klemme 77 über einen Widerstand 79 mit der pot-tiveo Potential führenden Stroravorsorgungsleitung 41

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in Verbindung steht. Eine Zenerdiodenanordnung 80 und eine Schutzdiode 81 sowie ein Kondensator 82 sind zueinander parallel zwischen den Stroiaversorgungsleitungen 41 und 42 angeordnet.

Zur Erläuterung der Punktion der in der Pig. 3 ausgeführten Net so chut zanordnung soll folgendes ausgeführt v/erden:

Die Induktivität der Primärwicklung des Wandlers 26 und die Sekundärwicklung der Zwei-Wicklungs-Drossel 27 "bilden zusammen mit der Kapazität des Kondensators 28 einen Resonanzkreis, der auf die Fetzfrequenz abgestimmt ist. Torteilhafterweiso ist der im Resonanzkreis eingefügte Widerstand 25 durch die erfindungsgemäße Steuerschaltung gemäß Fig. 1 zu "beeinflussen. In ähnlicher Weise "bildet die Induktivität der Sekundärwicklung der Zwei-Wicklungs-Drossel 33 mit der Kapazität dos Kondensators 34 einen auf die Netzfrequenz abgestimmten Reihenresonanzkreis. Diese beiden auf die Netzfrequenz abgestimmten Resonanzkreise sind verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Ausgleichsvorgängen. Da die Schal-

und D

tungselemento zwischen den Eingangsklemmen 24/einen Reihenresonanzkreis darstellen, nehmen die Ströme im Resonanzfall ein Maximum an, so daß die Ausgangsgröße an der Sekundärwicklung des Wandlers 26 bei der Resonanzfrequenz ein Maximum aufweist. In ähnlicher Weise erreicht der Strom durch die Sekundärwicklung der Zwei-Wicklungs-Drossel 33 bei der Resonanzfrequenz ein Maximum.

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VZiG oben bereits ausgeführt, sind die Dioden 29> 30, 31, 32 alD Ri.ngmodulator oder Phasendetektor angeordnet, so daß, wenn die beiden von der Sekundärwicklung des Wandlers 36 und der Sekundärwicklung der Zwei-Wicklungs-Drossel 33 zugeführten Ströme zur selben Zeit die gleiche Polarität aufweisen, der Verbindungspunkt der Dioden 29 und 31 positives Potential relativ zum Verbindungspunkt der Dioden 30 und 32 ■ aufweist; dadurch entsteht an der Basis des Transistors 39 ein positives Potential, durch das der Transistor durchlässig gesteuert wird. Im Gegensatz dazu wird in dem Falle, in dem die beiden oben näher bezeichneten Ströme unterschiedliche Polarität aufweisen oder einer von ihnen Null ist, von dem Ringmodulator eine negative.Spannung oder eine Spannung mit dem Wert Null abgegeben, wodurch der Transistor 39 gesperrt wird.

Ist der Transistor 39 durchgeschaltet, dann liegt sein Kolloktor etwa auf dem Potential der negatives Potential führenden Stromversorgungsleitung 42, wodurch der Transistor 44 gesperrt wird, der wiederum seinerseits den Transistor 47 sperrt. Im gesperrten Zustand des Transistors 47 liegt sein Kolloktor etwa auf dem Potential der Stromversorgungsleitung 41> wenn man von dem Spannungsabfall an den Widerständen 48 und 49 absieht, und der Kondensator 52 lädt sich über die Widerstände 49, 48 und 51 auf. Wenn die sich am Kollektor des Transistors 47 bildende Spannung die Durchbruchspannung der Diode 53 erreicht, die a.B. eine Vierschichtdiode ist,

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dann bricht diene Diode durch und die in dem Kondensator 52 gespeicherte ladung wird über den Widerstand 54 und über die Diode 56 auf den Kondensator 57 und über den Widerstand 54 und über die Diode 66 auf den Kondensator 67 übertragen. Da die Spannung, die den Durchbruch bestimmt, der Spannung an der Vierschichtdiode 53 entspricht, ist es zur zufriedenstellenden Punktion der Schaltung erforderlich, daß die Spannung an der Vierschichtdiode der Potentialdifferenz zwischen dem Kollektor des Transistors 47 und Masse entspricht. Die Dioden 56 und 66 schaffen die notwendige Trennung zwischen der der Vierschichtdiode nachgeordneten Schaltungsanordnung (Auswerteeinrichtung), so daß die Potentiale an den Kondensatoren 57 und 67 nicht am Verbindungspunkt der Widerstände 54 und 55 erscheinen können.

Wenn der Kondensator 57 geladen ist, dann steigt die Spannung an dem aus den Widerständen 58 und 59 bestehenden Potentiometer, wodurch die Basis des Transistors 60 auf ein positives Potential angehoben wird; der Transistor 60 v/ird durchgeschaltet, was einen Stromfluß durch die Wicklung des Relais 61 zur Folge hat.

In ähnlicher Weise verändert sich die Spannung an dem aus den Widerständen 68 und 69 bestehenden Potentiometer, wodurch die Baaio des Transistors 70 positiv und der Transistor ebenfalls durchlässig gesteuert wird. Wenn der Transistor 70 leitend v/ird, liegt sein Kollektor nahezu auf dem Potential

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der Stroraversorgungsloitung 42; der Transistor 73 wird dadurch gesperrt, und das Potential an seinem Kollektor steigt auf das der Stroraversorgungsleitung 41, wodurch eine positive Spannung an der Ausgangsklemme 75 hervorgerufen wird. Bin Auslöscsignal kann von der Netζschutzanordnung entweder über Kontakte des Relais 61 oder an der Ausgangsklemme 75 abgenommen werden; dies ist von den nachgeordneten Anordnungen abhängig.

Es bestehen bei der erfindungsgemäßen Netzschutzanordnung zwei Einstellmöglichkeiten zur Beeinflussung des Auslöseberoiches, von denen die eine in der Einstellung des einstellbaren Widerstandes 36 besteht. Dieser Widerstand ist vorgesehen, um einen Abgleich des Ringmodulators derart zu erzielen, daß bei verschiedenen Nullbedingungen der Eingangsgrößen am Ringraodulator eine Ausgangsspannung mit dem Werte Null auftritt. Beispielsweise soll bei einer von der Sekundärwicklung der Zwoi-Uicklung3-Drossel 33 abgegebenen Eingangsgröße und bei einer Eingangsgröße Null von der Sekundärwicklung des Wandlers 26 keine Ausgangsspannung an den Klemmen des Ringmodulators erscheinen. Üblicherweise wird an die Klommen 24 und D eine der Leitungsspannung proportionale Meßgröße und an die Klemmen G und D eine aus dem leitungsstrom abgeleitete Meßgröße angelegt.

Die zweite Einstellraöglichkeit zur Bestimmung des Auslöseverhaltens der erfindungsgemäßen Netzschutzanordnung besteht

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in einer Beeinflussung der Ladezeitkonstanten für den Kondensator 52. Der I-adekreis dieses Kondensators enthält zu diesem Zwecke den einstellbaren Widerstand 49. Da die Vierschichtdiode 53 durchbricht, wenn der Kondensator 52 eine vorbestimmte Spannung aufweist, hängt die Betätigung des Relais der erfindungsgeroäßen Netaschutzanordnung Ton der Zeitdauer ab, die der Kondensator 52 zum Aufladen auf die vorbestimmte Spannung benötigt. Durch Änderung des Wider-* Standes 49 kann die I-adegeschwindigkeit des Kondensators eingestellt werden. Um eine unerwünschte Betätigung des Relais 61 zu vermeiden, wenn eine Reihe von Durchbrüchen der Vierschichtdiode 53 mit einer damit verbundenen Aufladung der Kondensatoren 57 und 67 eintritt, ist es erforderlich, daß die Vierschichtdiode in ihrer Funktion von einer Spannung abhängig ist, die der Potentialdifferenz zwischen, dem Kollektor des Transistors 47 und dem Minuspotential entspricht. Wie oben bereits ausgeführt wurde, trennen die Dioden 56 und 66 die Kondensatoren 57 und 67 von der Vierschichtdiode ab. Der Widerstand 55 verbindet den Verbindungspunkt der Dioden 56 und 66 und des Widerstandes 54 mit dem Minuspotential, wobei der Widerstandswert des Widerstandes erheblich kleiner als der Sperrwiderstand der Dioden 56 und 66 ist. Daher liegt dieser Punkt nahezu auf Minuspotential, und die v/irksame Spannung an der Vierschichtdiode 53 entspricht der Potentialdifferenz zwischen dem Kollektor des !Transistors 47 und Minuspotential. Durch Änderung des Widerstandes 49 kann daher die Charakteristik der erfindungs-

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gemäßen ITetzschutzanordnung eingestellt v/erden, indem dadurch die Zeitdauer festgelegt wird, während der Transistor leitend sein muß, bevor die Netzschutzanordnung anspricht, und dies wiederum bestimmt die Phasendifferenz zwischen den dem Ringmodulator zugeführten Größen, bei der eine Auslösung stattfindet.

Wendet man sich nun der Figur 4 zu, dann erkennt man in dem Diagramm "a" eine Darstellung der Spannung im zu überwachenden Energieversorgungsnetz über der Zeit. Diese Darstellung wird als Bezugskurve für die ferner gezeigten Diagramme verwendet. Das Diagramm "b" zeigt einen Strom, der in Phase mit der Kurve nach Diagramm "a" ist; dieser Strom kann in einer der Phasen oder im Nulleiter der Stromwandler auftreten und kann als eine Eingangsgröße für den Ringmodulator verwendet v/erden. Nimmt man an, daß die Kurve nach "a" die eine Eingangsgröße des Ringmodulators ist, dann ist die Kurve nach Diagramm "c" ein weiterer Strom, der als weitere Eingangsgröße für den Ringmodulator verwendet werden kannj der v/eitere Strom weist eine Phasendifferenz von 90° zur Kurve nach Diagramm "a" auf. Das Diagramm "d" zeigt einen weiteren Strom, der dem Ringmodulator unter bestimmten Umständen zugeführt wird, wobei der Strom um 180° gegenüber der Bezugsspannung nach Diagramm "a" phasenverschoben ist. Das Diagramm "e" zeigt die Ausgangsspannung des Ringmodulators, die der Basis des Transistors 39 zugeführt wird, wenn die Eingangsgrüßen dec Ringmodulators in ihren Kurvenläufen

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den Darstellungen nach "a" und ¹¹Id" entsprechen. Man erkennt, daß der Ringmodulator eine nahezu konstante Ausgangsgröße abgibt, solange sich eine oder beide seiner Eingangsgrößen nicht dein Viert Full nähern, so daß eine nahezu konstante Ausgangsspannung mit spitzen Einbrüchen bis zur Nullinie entsteht. Bas Diagramm "f" zeigt die Ausgangsgröße des Ringmodulators , wenn ihm Eingangsgrößen gemäß den Diagrammen "a" und "c" zugeführt v/erden. Man stellt fest, daß jeweils nahezu konstante positive Ausgangsimpulse erzeugt werden, wenn die in den Diagrammen "a" und "c" dargestellten Größen entweder beide negative oder beide positive Polarität aufweisen, und daß nahezu konstante negative Ausgangsimpulse dann hervorgerufen werden, wenn die Größe gemäß "a" positiv und die gemäß "c" negativ ist oder umgekehrt, wenn die Größe gemäß "c" positiv und die gemäß "a" negativ ist.

Das Diagramm "g" zeigt die Ausgangsspannung des Ringmodulators, wenn seinen Eingängen elektrische Größen gemäß den Diagrammen "a" und "d" zugeführt werden; man erkennt, daß die Auogangsspannung des Ringmodulators negativ mit etwa konstanter Amplitude mit dazwischen liegenden, bis zur Nullinie reichenden Spitzen besteht, wobei die Spitzen dann aufteten, wenn sich eine oder beide Größen nach "a" und "d" hinsichtlich ihrer Polarität ändern. Da der Iransistor 39 nur dann leitend wird, wenn die ihm zugeführte Spannung positive Polarität aufweist, zeigt die Ausgangsgröße dea Transistors 39 eine

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Kurvenforra ähnlich dor nach den Diagrammen, "e" und "f", abgesehen davon, daß sic "beschnitten ist und keinen Ausschlag in negativer Richtung aufweist. Polglich wird die Kurve nach "g" unterdrückt, da keine Werte unterhalb der Nullinie in der Ausgangsgröße des Transistors 39 erscheinen; deshalb ist auch die Kurve "f" als Ausgangsgröße des Transistors 39 durch die Nullinio begrenzt.

Da3 Diagramm "h" zeigt das Potential im Kollektor des Transistors 47, wenn seiner Basis eine G-röße nach "e" zugeführt wird. Sobald der Transistor 39 durchgeschaltet ist, ist der Transistor 47 gesperrt und der Kondensator 52 beginnt sich übbr die Widerstände 49, 48 und 51 aufzuladen. Wie oben bereits ausgeführt, ist die Aufladungsgeschwindigkeit von der Einstellung des veränderbaren Widerstandes 49 abhängig. Der Kondensator 52 beginnt sich aufzuladen; bevor seine Spannung jedoch die Bezugslinie "r" im Diagramm "h" erreicht, geht die Kurve nach "e" durch Null, wodurch der Transistor gesperrt, der Transistor 47 durchgeschaltet und der Kondensator 52 auf Null entladen wird. Im folgenden Zyklus- beginnt sich der Kondensator 52 wieder aufzuladen, wenn der Transistor 47 gesperrt ist, und die Spannung am Kollektor des Transistors 47 steigt so lange, bis sie die Bezugslinie "r" erreicht; in diesem Augenblick bricht die Vierschichtdiode durch, und ein Teil der ladung des Kondensators 52 wird über die Widerstände 51 und 54 sowie über die Diode 56 auf den Kondensator 57 übertragen, wodurch die Spannung am Kon-

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densator 52 abnimmt. Der Transistor 47 bleibt indessen gesperrt, und der Ladevorgang setzt sich entsprechend der zweiten ladekurve· fort, bis der Transistor 39 nochmals gesperrt, der Transistor 47 dadurch geöffnet und der Kondensat oi" 52 entladen wird.

Das Diagramm "h" zeigt auch ,was geschieht, wenn der Widerstand 49 in seinem Wert vermindert v/ird. Betrachtet man den Kurvenabschnitt, der im Punkte M beginnt, dann erkennt man, daß die Steigung dieses Kurvenabschnittes erheblich steiler als der vorhergehenden Abschnitte ist, weil der Widerstand kleiner, geworden ist. Die Bezugslinie "r" wird daher schneller erreicht. Die Vierschichtdiode 53 bricht durch, und die Kondensatoren 52 und 57 beginnen sich wieder aufzuladen, nachdem die Spannung entsprechend der ladungsübertragung vom Kondensator 52 auf den Kondensator 57 vermindert v/orden ist. Die Spannung am Kollektor des Transistors 47 steigt noch einmal bis zur Bezugslinie "r" an,und man erkennt, daß wegen der trennenden Diode 56 die Spannung an der Vierschichtdiode 53 tatsächlich der Potentialdifferenz zwischen dem Kollektor des Transistors 47 und Masse entspricht. Die Vierschichtdiode 53 bricht daher nochmals durch, und es wird weitere ladung vom Kondensator 52 auf den Kondensator 57 übertragen. Der Kondensator 52 beginnt sich danach nochmals so lange aufzuladen, bis entweder der Transistor 47 leitend wird oder die Vierschichtdiode 53 durchbricht, je nachdem, wan zuerst eintritt. V/ie im Diagramm "h" dargestellt, int

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angenommen, daß der Transistor 47 noch einmal leitend wird, da die Kurve "e" nochmals auf Null abfällt, wodurch der Kondensator 52 vollständig entladen wird, und der Zyklus neu beginnt.

Wenn der Widerstand 49 noch weiter vermindert wird, dann nimmt die Aufladungsgeschwindigkeit des Kondensators 52 noch mehr zu, wie die3 die letzten beiden Kurvenabschnitte in der Darstellung "h" zeigen. Die Vorgänge laufen in der eben beschriebenen Weise ab, mit Ausnahme davon, daß die Aufladungsgeschwindiglceit größer ist und daß die Spannung die Bezugslinie "r" in einer kürzeren Zeit erreicht; dadurch findet eine größere Zahl von Durchbrüchen der Vierschichtdiode 53 sowie von. Energieübertragungen vom Kondensator 52 auf den Kondensator 5? statt. Es ist verständlich, daß gleichzeitig mit der Energieübertragung vom Kondensator 52 auf den Kondensator 57 auch ein Energietransport vom Kondensator 52 zum Kondensator 67 über den Widerstand 54 und die Diode 66 erfolgt .

Nunmehr sei das Diagramm "i" der Fig. 4 betrachtet, das die Spannung am Kollektor des Transistors 47 zeigt, wenn der Basis des Transistors 39 eine Größe nach "f" zugeführt wird. Man erkennt, daß so lange keine Änderung der Kollektorspannung eintritt, bis die Kurve nach "f" positiv wird; dann wird nämlich der Transistor 39 leitend und der Transistor 47 gesperrt, und der Kondensator 52 beginnt sich aufzuladen. Es

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GGi angenommen, daß or sieh in derselben V/eise, wie im Diagramm "Ix" ge η e igt, auflädt, d.h. der Y/iderstand VJ ist genauso eingestellt wie boi den ersten drei Kurvenabschnitten des Diagramms ¹¹Ii". Man erkennt, daß das Potential am Kollektor dos i'ransistor» 47 die Lurehbruohspamiung der Vierschichtdiode ¹J5 nicht erreich!;, fjo daß sich der Kondensator 52 so lange aui'lädt, bis der Transistor 47 leitend wird und dadurch den Kondensator zur Entladung am Ende der positiven Halbwolle der Spannung nach "£" veranlaßt. Der Kondensator 52 bleibt entladen, bis die Spannung nach Diagramm "f" wieder positiv wird; in diesem Augenblick beginnt sich der Kondensator 52 wiederum aufzuladen, aber or erreicht noch nicht die lurchbruchspannung der Vierschichtdiode.

Beim nächsten Impuls des Diagramms "i" indessen ist angenommen,- daß der Y/idersband 49 in seinem ¥ert derart vermindert worden ist, wie es bereits im Hinblick auf das Diagramm "h" angenommen worden ist. Man erkannt nun, daß die AufIadungsgGschwindigkcit des Kondensators 52 größer geworden ist und daß das Potential am Kollektor des Transistors 47 schnel-U-r ans to igt und die Be:mp:sl iruo "r" erreicht; es bricht darm die Vierschichtdiode 53 durch, wodurch ein Energie- *,t".mspc>H, zum Kondensator 57 über den Widerstand 54 und die Diode 56 erfolgt. Der Kondensator 52 beginnt sich danach wieder aufzuladen, aber bevor seine Spannung die Bezugslinie ■'Ί·¹¹ no h^rualii 'ijroi-ht, wii'l der Transistor 'H¹J gesperrt;, da

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die Kurve "f" negative Polarität annimmt. Gleichzeitig u.ίνα der Translator 47 leitend und der Kondensator 52 entladen. Diener Vorgang wiederholt sich nochmals, wenn die Kurve "f" wieder positive Polarität annimmt.

Wenn, wie im v/o it or en Verlauf des Diagramms "h" gezeigt wurde, der Widerstand 49 noch weiter vermindert wird, dann lädt aich der Kondensator 52 noch schneller auf, und die Spannung steigt noch schneller an; sie erreicht die Bezugslinie "r", wo dann die Vierschichtdiode-53 durchbricht und damit eine teilweise Übertragung der Energie von Kondensator 52 auf den Kondensator 57 ermöglicht. Der Kondensator 52 beginnt sich nochmal aufzuladen und erreicht wiederum die Bozugslinie "r", wobei dann die Vierschichtdiode nochmals durchbricht und v/eitere Ladung auf den Kondensator 57 übertragen wird. Danach beginnt sich der Kondensator 52 wiederum aufzuladen, aber bevor seine Spannung die Bezugslinie "r" erreicht, wird dio Kurve "f" negativ, so daß der Transistor gesperrt und der Transistor 47 leitend wird. Dieser Vorgang wiederholt sich, wonn die Kurvs "f" noch einmal positive Polarität annimmt.

Das Diagramm "j" der Fig. 4 zeigt die Zeiten, während der die Transistoren 60 oder 70 leitend sind, da beide demselben Gesetz gehorchen. Das Diagramm "j" bezieht sich besonders auf das Diagramm "h" und man erkennt, daß der Trannietor gesperrt bleibt, bis die Kurve "h" die Bezugslinie "r" er-

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reicht; in diesem Augenblick wird durch die infolge der übertragenen Ladung an dein Kondensator 57 liegenden Spannung der Transistor 60 durchgeschaltet. Die Ladung des Kondensators 57 hält den Transistor 60 leitend, bis der Kon~ d ensat or ^r>7 über die Widerstände 58 und 59 ausreichend entladen int, wobei sich das Potential an der Basis des Transistors 60 dem der Stromversorgungsleitung 42 nähert. Bei' gleiche Vorgang läuft beim zweiten Impuls des Diagramms "3" ab. Beim dritten Impuls indessen ist zweimal Ladung vom Kondensator 52 auf den Kondensator 57 übertragen worden, und die Entladung beginnt nicht, bevor die zweite Ladungsübertragung abgeschlossen ist. Danach entlädt sich der Kondensator 57 allmählich, und der Transistor 60-wird, möglicherweise nichtleitend; er wird auch nicht wieder leitend, bis weitere Ladung vom Kondensator 52 auf den Kondensator 57 beim Durchbruch der Vierschichtdiode 53 übertragen worden ist. V/enn der Wert des Widerstandes 49 noch vielter vermindert wird, lädt sich der Kondensator 52 noch schneller auf, vnd. die Zahl der Ladungsübergänge vom Kondensator 52 auf den Kondensator 57 vergrößert sich. Yfie die letzten Kurvenabschnitto des Diagramms "3" zeigen, beginnt sich der Kondensator 57 nicht eher zu entladen, bis die letzte Ladung übertragen worden ist; der Transistor 60 bleibt daher fast die ganze Zeit leitend.

Das Diagramm "k" ähnelt dem Diagramm "3", bezieht sich aber insbesondere auf das Diagramm "i". Man erkennt, daß der

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Transistor 60 gesperrt bleibt, bis der dritte Abschnitt der Kurve ^ui" zum ersten Mal die Bezugslinie "r" erreicht, wodurch eine Energieübertragung vom Kondensator 52 zum Kondensator 57 veranlaßt wird. Dadurch wird die Basis des Transistors 60, wie oben bereits erläutert, positiv und bleibt so lange positiv, bis die ladung über die Widerstände 58 und 59 abgebaut ist. Der Transistor 60 bleibt daher für eine begrenzte Zeit leitend und wird nochmals durchgeschaltet, wenn die Kurve "i" die Bezugslinie "r" wieder erreicht. Wenn der Widerstand 49 noch weiter vermindert wird, erreicht die Kurve "i" die Bezugslinie "r" noch schneller, und der Transistor 60 wird zu einem früheren Zeitpunkt leitend und bleibt auch für einen größeren Teil des Zykluses leitend, wie dies in den beiden letzten Kurvenabschnitten des Diagramms "k" wiedergegeben ist.

Aus den obigen Ausführungen geht hervor, daß der Transistor durch entsprechend bemessene Widerstände und Kondensatoren für unterschiedlich lange Periodenabschnitte in Abhängigkeit von der Kurvenform, die der Basis des Transistors 39 zugeführt wird, leitend gehalten v/erden kann. Dadurch wiederum kann das Relais 61 in Abhängigkeit von der Kurvenform der dem Transistor 39 zugeführton Größe zum Ansprechen gebracht werden und gehalten werden. Durch Änderung des Widerstandes kann die Wirkung einer elektrischen Größe (Ausgangsgröße des Ringmodulators) auf den Transistor 39 verändert werden, so daß das Relais 61 unter Berücksichtigung seiner Ansprech-

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Charakteristik rait einer ihm eigenen Verzögerung ansprechen und in Abhängigkeit von einer bestimmten Kurvenform der der Basis des Transistors 39 zugeführten elektrischen Größe gehalten oder zum Abfallen gebracht werden kann, v/as gleichbedeutend mit der Aussage ist, daß das Relais in Abhängigkeit von einem bestimmten Phasenwinkel zwischen den Eingangsgrößen des Ringmodulators betätigt wird.

Wie aus den Diagrammen "j" und "k" ersichtlich ist, ist die Schaltung so ausgebildet, daß das Relais 61 bei Kurvenformen, wie sie die ersten beiden Kurvenabschnitte der Darstellung "j" und die letzten beiden Kurvenabschnitte des Diagramms "k" aeigen, anspricht und bei Kurvenforraen, wie sie die letzten Abschnitte der Kurve "j" zeigen, angesprochen bleiben v/ird, aber bei Kurvenverläufen, wie sie in den ersten Abschnitten' der Darstellung "k" wiedergegeben sind, abfällt. Die Größen nach "j" und "k" erscheinen in invertierter Porm an der Ausgangsklemme 75 und können dazu verwendet werden, um andere Einrichtungen zu steuern oder eine Anzeige für den Schaltzustand des Relais zu geben.

Die Zeit, die zur Aufladung des Kondensators 52 bis zur Durchbruchspannung der Vierschichtdiode 53 erforderlich ist, möge y. genannt werden und in elektrischen Graden ausgedrückt worden, wobei bei einer Netzfrequenz von 50 Hz 360 gleich 20 ms entsprechen. Berücksichtigt man dies und betrachtet die i'ig. 9, in der dao Diagramm A die Verhältnisse bei

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α gleich 90° veranschaulicht, dann zeigt der senkrecht verlaufende Vektor Vo die Verlagerungsspannung an der Dreieckwicklung eines Drehstroratransformators bei Erdschluß. Die Relaisanordnung ist so eingestellt, daß sie bei maximaler Impulsdauer der der Basis des Transistors 39 zugeführten Impulse betätigt wird, wenn der zugeführte Strom der Spannung um 90° vor- oder nacheilt. Der im Diagramm A in waagerechter Richtung nach rechts zeigende Vektor stellt daher die Größe Jo bei maximaler Impulsdauer der der Basis des Transistors 39 zugeführten Spannung dar. Bei diesen Festlegungen spricht das Relais an, wenn der Stromvektor irgendwo innerhalb des Bereichs von ί 90° zur Jo-Mnie bzw. zum waagerechten Vektor liegt.

Durch andere Einstellung des Widerstandes 49 kann cc auch zu 120° festgelegt v/erden, so daß dann die Aufladezeit annähernd 6,7 ms betragen wird; das Relais spricht dann an, wenn der Stromvektor - wie im Diagramm B gezeigt - innerhalb eines Bereichs von - 60° zum waagerechten Vektor liegt. Wie in der Darstellung C der Fig. 9 veranschaulicht; kann -λ auch auf 60° festgelegt werden; in diesem Falle spricht das Relais an, wenn der Stroravektor innerhalb eines Bereichs von - 120° zum waagerechten Vektor liegt. Es ist offensichtlich, daß verschiedene andere Einstellwerte für ^x zur Anpassung der Netzschutzanordnung an besondere Netzbedingungen möglich sind.

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Die Figuren 5,6,7 und 8 zeigen verschiedene Anwendungsmögliehkciten der erfindungsgeinäßen Netzschutzanordnung. Zunächst sei die Fig. 5 betrachtet, die eine Anordnung zum Einsatz der crfindungsgemäßen Netzschutaanordriung als Erdöchlußrichtungsrolais wiedergibt. Man erkennt, daß die Leiter R, S und T einen Drehstromnetzes an die im Dreieck geschalteten Primärwicklungen eines Drehstromtransformators geschaltet sind. Die Sekundärwicklungen des Transformators sind im Stern geschaltet, und der Sternpunkt ist mit Erde verbunden. Die Enden der Sekundärwicklungen des Transformators 83 sind an die Last über einen Leistungsschalter 84 angeschlossen. Die Spannung der verschiedenen Phasen an den Sekundärwicklungen des Transformators 83 ist mittels Spannungswandler 85, 86 und 87 zusammengefaßt, die in Sternschaltung an die Phasen R, S, T angeschlossen sind mit geerdetem Sternpunkt. Die Sekundärwicklungen der Spannungswandler 85, 86 und 87 sind in Reihe geschaltet an die Eingangsklerame 24 angeschlossen. Die Lastströme werden mittels Stromwandler 88, 89 und 90 erfaßt und der Nullstrom wird gemessen, indem die jeweils einen sekundären Anschlußklemmen der Stromwandler gemeinsam an den Sternpunkt D herangeführt sind und die jeweils anderen Anschlußklemmen an Erde und an den Schaltungspunkt A angeschlossen sind. Entsprechend ber.cichneto. Klemmen in den Fig. 5 und 3 sind miteinander verbunden. Man erkennt, daß die erste dem Ringraodulator zugeführto Spannung an der Eingangsklemme 24 liegt und die Anordnung polarisiert, indem sie eine Bezugsspannung bildet. Der

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mittels der Stromwandler 88, 89 und 90 gewonnene Strom Jo fließt durch die Primärwicklung der Zwei-Wicklungs-Drossel von der Klemme A zur Klemme B. Die Klemme B ist mit der Klemme C verbunden, so daß derselbe Strom auch durch die Primärwicklung der Zwei-Wicklungs-Drossel 33 zur Klemme D fließt. Am Ausgang der Sekundärwicklung der Zwei-Wicklungs-Drossel 33 steht die zweite Eingangsgröße für den Ringmodulator an, so daß der Nullstrom hinsichtlich seiner Phase im Ringmodulator mit der Bezugsspannung verglichen werden kann. Gleichzeitig wird eine dorn Nullstrom proportionale Spannung in Reihe mit der Bezugsspannung geschaltet, um die Unempfindlichkeit zu kompensieren, die unter Umständen bei kleiner Quellirapedanz und niedrigem Fehlerstrom auftreten kann.

Pig, 6 zeigt eine Anordnung mit Spannung- und Strompolarisation. Wie oben beschrieben, liefert das Drehstromnetz R, S und T Strom an den Transformator 83, dessen Sekundärwicklungen im Stern geschaltet sind, wobei der Sternpunkt geerdet ist. Der Strom vom Sternpunkt nach Erde wird über einen Stromwandler geführt, dessen sekundäre Ausgangsgröße an die Klemmen A und B angeschlossen ist. Die Spannung zur Polarisation wird wie oben beschrieben - aus den Spannungen der drei Phasen mittels der Spannungswandler 85, 86 und 87 abgeleitet, und der Nullstrom fließt von der Klemme C zur Klemme D nach Erde. Die Punktion ist ähnlich der der Anordnung nach Fig. 5; die Phasenlage des Nullstromes wird verglichen mit der Phasenlage

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einer Größe, die aus der mittels der Spannungswandler 85, und 87 abgeleiteten Spannung sowie dem mittels des Stromwandlers 91 gewonnenen Strom besteht.

Pig. 7 stellt eine den oben beschriebenen Anordnungen ähnliche Netzschutzanordnung dar, bei der nur eine Strompolarisation vorgenommen wird. Der Strom des Stromwandlers 91 wird · den Klemmen A und B zugeführt, und der Nullstrom von der Klemme G nach Erde fließt über die Klemmen G und D, so daß der Phasenwinkel zwischen diesen beiden Strömen gemessen wird.

In der Pig. 8 ist eine als Distanzschutz wirkende Schaltungsanordnung zur Betätigung einer Gruppe von drei erfindungsgeraaßen Netzschutzanordnungen wiedergegeben. Wie bei den oben behandelten Anordnungen sind auch bei dem in dieser Figur dargestellten Ausführungsbeispiel die Netzleitungen mit R, S und T bezeichnet; sie sind über einen leistungsschalter 84 abschaltbar. Der Strom über den leistungsschalter durchfließt auch die Stromwandler 88, 89 und 90. Um ein Aus-Iö3esignal zu gewinnen, ist es erforderlich, mehrere Faktoren zu berücksichtigen, z.B. muß eine Anordnung auf Spannungen zwischen den Netzleitungen R, S und T ansprechen. Zu diesem Zwecke ist ein Spannungswandler 92 vorgesehen, der an die drei Phasen angeschlossen ist; die Spannung zwischen den sekundären Klemmen 24a und 24b entspricht dann der Spannung zwischen den Phasen R und S. Diese Spannung kann den Klemmen 24 und D (Fig. 3) der Nebzschutzanordnung zugeführt werden,

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um sie als Bezugsspannung für den Ringmodulator zu verwenden. Dio andere Eingangsgröße für den Ringraodulator ist nicht nur von der Spannung zwischen den Phasen R und S, sondern auch vom Strom in der Phase R und vom Strom in der Phase S abhängig. Um diese Eingangsgröße zu gewinnen, sind Wandler 93, 94 und 95 vorgesehen, von denen der Wandler 93 ein Signal abgibt, das von dem Strom durch den Stromwandler

88 - dieser Strom durchfließt nämlich eine Primärwicklung des Wandlers 93 - und vom Strom in Phase S vom Stromwandler

89 - dieser Strom durchfließt eine zweite Primärwicklung des Wandlers 93 - in dor Weise abhängig ist, daß die sekundäre Ausgangsgröße des Wandlers 93 dem Strom in der Phase R abzüglich dem Strom in der Phase S entspricht. In ähnlicher V/eise ist die sekundäre Ausgangsgröße des Wandlers 94 eine Funktion des Stromes in Phase S abzüglich des Stromes in Phase T und die sekundäre Ausgangsgröße des Wandlers 95 eine Funktion des Stromes in Phase T abzüglich des Stromes in Phase R. Die Spannung an den Klemmen Ca und Da entspricht daher der geometrischen Differenz der Spannung U^g und einer dem Strom J_RS proportionalen Meßgröße.

Zwischen der Sekundärwicklung des Wandlers 93 und der Klemme Oa ist eine Filteranordnung 97 vorgesehen, die selbsttätig ein- und ausschaltbar ist. Ähnliche Anordnungen 98 und 99 sind zwischen den Sekundärwicklungen des Wandlers 94 und der Klemme Ob sowie der Sekundärwicklung des Wandlers 95 und der Klemme Gc vorgesehen. Die Funktion dieser Anordnungen ist

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bereits in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 näher beschrieben worden.

Wenn die Klemme Ca mit der Klemme G der Pig. 3 und die Klemme Da mit der Klemme D der Pig. 3 verbunden ist und die Klemme 24a mit der Klemme 24 der Fig. 3 in Verbindung steht, dann arbeitet die erfindungsgemäße Netzschutzanordnung als Distanzrelais. Um die Auslösesignale der drei Netzschutzanordnungen zusammenzufassen, wobei j ede Anordnung zur Uberwachung einer Phase dient, kann für 3ede Phase jeweils ein Ringmodulator und jeweils eine getrennte, integrierende Schaltungsanordnung verwendet werden, und erst die einzelnen Auslösesignalo können in einer nachgeordneten Schaltung zusammengefaßt v/erden. Zu diesem Zwecke können die Anordnungen nach Pig. 3 zwischen den Punkten. E und P offen sein, und die Klemme P der Pig. 8 kann mit der Klemme P der Pig. 3 und die Klemme E der Netzschutzanordnung der Phase R mit der Klemme Ea der Pig. 8 verbunden werden. In ähnlicher Weise kann die Klemme E der Schutzanordnung für die Phase S mit der Klemme Eb der Pig. 8 und die Klemme E der Schutzanordnung für die Phase T mit der Klemme Ec der Pig. 8 verbunden werden. Der geraeinsame, die nachgeordnete Schaltung bildende Teil einer derartigen Anordnung, der an die Klemme P angeschlossen ist, kann als gemeinsamer Ausgang für alle drei Phasen dienen; das an der Klemme L der Fig. 1 auftretende Auslösesignal einer derartigen kombinierten Schutzanordnung kann der Klemme L in Pig. 8 zugeführt v/erden, um den Leistungsschalter 84 zu betätigen.

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Es ist zweckmäßig, wenn bei einer derartigen Schutzanordnung die Sekundärwicklung der Zwei-Wicklungs-Drossel 33 und der Kondensator 34 keinen Resonanzkreis bilden, da. ein Resonanzkreis in diesem Falle eine unerwünschte Verzögerung verursachen würde. Der Kondensator 34 wird daher zweckmäßigerweine fortgelassen. Die selektive Punktion dieses abgestimmten Resonanzkreises wird im vorliegenden Falle vorteilhafterweise durch selbsttätig ein- und ausschaltbare Filteranordnungen 97, 98 und 99 übernommen, die bereits in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 beschrieben worden sind.

Um das Problem besser erfassen zu können, soll zuerst betrachtet werden, welches Signal an den Klemmen Ca und Da ansteht. Dies ist in der Tat die Spannung zwischen den Phasen R und S abzüglich einer von der Differenz zwischen den Strömen in den Phasen R und S abhängigen Funktion. Unter normalen Betriebsbedingungen ist der letztere Teil dieser Funktion nahezu Null und die Spannung zwischen den Phasen R und S ist eine Konstante. Daher wird, wenn dieses Signal einer Filteranordnung zugeführt wird, diese Filteranordnung mit einer Leistung beaufschlagt, von der ein bestimmter Betrag gespeichert wird. Wenn nun ein Fehler auftritt, muß der der Differenz zwischen dem Strom in Phase R und dem Strom in der Phase S proportionale Faktor sein Vorzeichen umkehren; der Betrag der Energie, der in dem umgekehrten Vorzeichen verfügbar ist, hängt von der Größe des Fehlerstromes und von der lage des Fehlerortes ab. Es ist daher einleuch-

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tend, daß sich, damit die Netzschutzanordnung kleine Fehlerströme oder Fehler in geringen Entfernungen erfassen kann, die Spannung an den Klemmen C und D rasch ändern können muß und daß es nicht erforderlich sein muß, daß die in der Filteranordnung gespeicherte Energie erst abgebaut werden muß. Zu diesem Zwecke sind die Filteranordnungen 97» 98 und 99 selbsttätig ein- und ausschaltbar und nur beim Auftreten eines Fehlers wirksam.

Alle oben aufgeführten Vorteile der erfindungsgemäßen Netzschutzanordnung sind bei den verschiedenen Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten erzielbar, und es sei beispielsweise im Zusammenhang mit der Anordnung gemäß Fig. 8 festgestellt, daß die Ausgangsgröße an der Klemme 24a der Primärwicklung der Zwei-Vficklungs-Drossel 26 zugeführt wird und daß diese einen Teil eines Resonanzkreises bildet, der mit größerer Empfindlichkeit auf Signale mit der Netzfrequenz als auf Signale mit anderen Frequenzen reagiert, v/obei der gemeinsame Ausgang der Anordnung nach Fig. 8 eine vorteilhafte Verminderung der Zahl der Elemente ermöglicht, die zur Überwachung bzw. Auslösung erforderlich sind.

Es ist verständlich, daß die erfindungsgemäße Netzsohutzanordnung auch noch in anderer Weise Anwendung finden kann und daß eine ganze Anzahl von Bauelementen durch in der Wirkung gleichartige ersetzt werden kann; so kann z.B. in der Anordnung nach Fig. 1 die Steuerschaltung unter der Vor-

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aussetzung durch einen mechanischen Schalter ersetzt werden, daß dieser Schalter eine genügend hohe Schaltgeschv/indigkeit aufweist.

Wie oben bereits erwähnt, aeigt die Fig. 10 in den Darstellungen A, B und C drei mögliche Auslösebereiche in der RX-Ebene, die allein durch Veränderung von OC erreichbar sind. \'lenn oc zu 90° gewählt ist, wird die Übliche mho-Oharakteristik erzielt. Wird oc zu 120° gewählt, wie dies in der Darstellung B der Fig. 10 gezeigt ist, dann ist der Auslösebereich kleiner, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Fehlauslösung bei Pendelungen herabgesetzt ist; eine Netzschutzanordnung mit einer solchen Charakteristik ist daher besonders für lange Übertragungsleitungen geeignet. In der Darstellung 0 ist ein Auslösebereich gezeigt, bei der (X kleiner als 90°, beispielsweise 60°, gewählt ist, wodurch ein Auslösebereich entsteht, der bei kurzen leitungen wegen seiner größeren Unempfindlichkeit gegen Lichtbogenwiderstände nützlich ist. Es ist verständlich, daß unter Umständen Zwischenwerte für oc vorteilhaft sein können.

10 Figuren
4 Ansprüche

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Claims (4)

Pat entansprüche

1. Notzschutzanordnung, bei der zwei aus den Netzspannungen oder aus den Netzatrömen abgeleitete elektrische Größen unter Berücksichtigung den zwischen ihnen vorhandenen Ehasenwinkels zur überwachung eines Energieversorgungsnetzes benutzt werden, wobei zumindest eine der abgeleiteten elektrischen Größe über eine auf die Netsfrequenz abgestimmte leiteranordnung an nachgeordnete Einrichtungen der Netzschutzanordnung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die leiteranordnung durch eine Steuerschaltung selbsttätig ein- und aus.schaltbar ist.

2. Netzschutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung durch die Steuerschaltung in Abhängigkeit vom elektrischen Zustand des zu überwachenden Energieversorgungsnetzes selbsttätig ein- und ausschaltbar

3. Netzschutzanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung beim Auftreten eines

« Fehlers in dem su überwachenden Energieversorgungsnetz eine

Einschaltung der Filteranordnung bewirkt.

Neue Unierlagen (Art. 7 § 1 Abs. 2 Nr. l Satz 3 des Änderungeaee. v. 4. 9. Τ9β7)|

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4. Netzschutzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die über einen Brückengleichrichter an eine aus den Netzspannungen und/oder Netzströraen abgeleitete Hilfsgröße angeschlossene Steuerschaltung einen von der Hilfsgröße angesteuerten Transistor enthält, dessen Kollektor-Einitter-Strecke mit einer Diagonalen einer Diodenbrücke verbunden ist, deren andere Diagonale an einen verhältnismäßig hochohmigen Widerstand der !Filteranordnung angeschlossen ist.

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