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Selektive Schutzschaltung für elektrische Netze mit Zeit staffelung
Bei auftretendem Kurzschluß oder Erdschluß in einem elektrischen Netz fließt der
Fehlerstrom über mehrere Leistungsschalter von jeder Einspeisestelle zur Fehlerstelie
hin. Dieser Fehlerstrom wird von Überstromrelais, die den einzelnen Leistungsschaltern
zugeordnet sind, erfaßt, so daß diese ansprechen. Um nun zu erreichen, daß nur diejenigen
Le stungsschalter, die der Fehlerstelle am nächsten liegen, ausschalten1 verwendet
man den sogenannten Zeitstaffelschutz, bei dem edcm Leistungsschalter eine bestimmte
Verzögerungszeit zwischen dem Ansprechen des Lberstromauslöser und dem eigentlichen
an den Leistungsschalter aL-gegebenen Ausschaltkommando zugeordnet ist. Die Zeiten
der Verzögerungsgiieder sind dabei so eingestellt, daß die dem Verbraucher am nächsten
liegenen Leistungsschalter zuerst auslösen.
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Wenn nach Ausschalten eines L.eistungsschalters der Kurzschlußstrom
unterbrochen ist, kehren alle Überstromrelais der übrigen Leistungsschalter in ihre
Ausgangslage zurück, so daß diese nicht mehr ausgeschaltet erden.
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m bei diesem Schutzsystem mit Zeitstaffelung eine seiektive Abschaltung
zu ermöglichen, muß also die Zeitdifferenz zwischen den Auslösezeiten zweier hintereinanderliegender
Leistungsschalter mindestens so groß gemacht werden, wie die Ansprechzeit dieser
Leistungsschalter bis zur völligen Abschaltung des Kurzschlußstromes beträgt. Dies
hat zur Folge, daß bei mehreren hintereinander angeordneten Leistungsschaltern Verzögerungszeiten
bis zu mehreren Sekunden in Kauf genommen werden müssen. Man hat daher andere Systeme
zum selektiven Schutz von elektrischen Netzen nach dem Distanzschutz-, Richtungsvergleichsschutz-
oder Differentialschutzverfahren entwickelt, die diese Nachteile nicht
aufweisen.
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Der eingangs beschriebene Zeitstaffelschutz für eiektrische Netze
hat aber - insbesondere für Strahlennetze - den entscheidenden Vorteil, daß er einfach
aufgebaut ist und nur mit einer Uberstromanregung auskommt. Der Staffelzeitschutz
wird daher insbesondere für Netze mit geringer Ausdehnung, z.B. für Strahlennetze
in Industriebetrieben, immer noch angewendet.
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Die neue selektive Schutzschaltung steilt ebenfalls einen reinen Zeitstaffejschutz
dar, benötigt wie dieser nur eine Überstromanregung von einem Überstromrelais und
arbeitet nach dem Staffelzeitverfahren. Im Gegensatz zu dem bekannten Staffelzeitschutzsystem
ist es hier allerdings möglich, die Staffelzeiten unabhängig von der Ansprechzeit
des Leistungsschalters zu wählen, so daß man mit sehr viei kürzeren Staffelzeiten
auskommt und man bei der Auslegung des Netzes nicht die durch die langen Verzögerungszeiten
des Staffelzeitschutzes bedingten Auswirkungen eines eventuellen Kurzschlusses berücksichtigen
muß.
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Die Erfindung betrifft damit e1ne selektive Schutzschaltung für elektrische
Netze mit Leistungsschaltern, deren Ausschaltspulen abhängig sind von Überstromauslösern
und diesen nachgeschalteten Zeitstufen mit nach dem Elnbauort der Leistungsschalter
gestaffelten Verzögerungszeiten zur Verzögerung des Ausschaltkommandos. Das Neue
besteht dabei darin, daß die Lage der Leistungsschalter in dem zu schützenden Netz
durch Hiifsschalter in einem Modellnetz nachgebildet ist, daß jeder Hilfsschalter
am Ausgang einer die Zeitstufe des zugehörigen Leistungsschalters enthaltenden und
eingangsseitig dem Überstromausleiser nachgeschalteten SpeicherschaLtung angeordnet
ist und Signalspannung erhält9 wenn die Zeitstufe zur Vorgabe der Staffelzeit abgelaufen
ist, und daß diese Zeitatufe zusätzlich von einem vom betreffenden Punkt des Modelinetzes
abgeleiteten Signal abhängig ist 9 das bei nicht abgelaufener Verzögerungszeit der
Zeitstufe die Anregung durch dc ztghffl(5tC bber
stromauslöser unterbricht
und damit das Ablaufen der Zeitstufe verhindert, sobald der betreffende Punkt des
Modellnetzes an Signalspannung liegt.
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Ein Ausführungsbeispiel ist anhand eines Netzeiles, bestehend aus
zwei hintereinander angeordneten Leistungsschaltern, in den Figuren 1 und 2 dargestellt.
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In Fig. 1 speist ein Generator G über eine Sammelschiene S elektrische
Leistung in eine Abzweigleitung A. Hier fließt der Strom über einen Stromwandler
W1, einen Leistungsschalter Li zu einem Verbraucher V1 und außerdem über einen Stromwandler
W2, einen Leistungsschalter L2 zu einem Verbraucher V2. Die Leistungsschalter T11
und I.2 mit den dazugehörigen Stromwandlern W1 und W2 sind dabei hintereinandergeschaltet.
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An die Sekundärwicklung der Stromwandler W1 und W2 ist je ein Überstromauslöser
I1 und I2 mit seinem Kontakten angeschlossen.
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Die Kontakte der Überstromauslöser I1 und I2 sind mit den Eingangsklemmen
3 und 4 je einer Speicherschaltung Sp1 bzw. Sp2 verbunden. Die Ausgangsklemmen 1
und 2 jeder Spe@cherscha@tung Sp sind in gleicher Weise wie die leistungsschalter
L1 und L2 zueinander @ Reihe geschaltet, so daß mit den Ausgangsklemmen aller vorhandener
Speicherschaltungen Sp ein dem zu schützenden Netz vergleichbares Modellnetz ufgebaut
wird. Die Eingangsklemmen 5 und 6 jeder Speicherschaltung Sp sind an einen Hilfskontakt
eines Leistungsschalters angeschlossen, während weitere Ausgangsklemmen 7 und 8
mit der AusLösespule As1 bzw. Aso des zugehörigen Leistungsschalters L1 oder L2
verbunuen sind und die Ausschaltung dieses Leistungsschalters veranlassen, wenn
an ihnen Spannung ansteht.
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Die Innenschaltung der Speicherschaltungen Spi und Sp2 sind einander
gleich und in Fig. 2 dargestellt. Die Eingangsklemme 5 ist an positives Potential
P fest angeschlossen, während die Eingangsklemme 6 an ein Relais 9 führt, dessen
zweiter Anschluß
mit Massepotential II verbunden ist. Der Relaiskontakt.
10 des Relais 9 ist also eingeschaltet, wenn auch der zugehörige Leistungsschalter
L1 oder L2 eingeschaltet ist, und befindet sich sonst in der gezeichneten Aus-Stellung.
Zu beiden Seiten des Relaiskontaktes 10 ist eine Verbindung über Sperrdioden 11
und 12 zur Ausgangsstufe 13 vorhanden. Diese Ausgangsstufe 13 legt positives Potential
P an beide Seiten des Relaiskontaktes 10, wenn sie angesteuert wird. Ihr Eingang
ist mit dem Ausgang eines Und-Gliedes 14 verbunden, dessen einer Eingang unmittelbar
mit dem Ausgang einer Zeitstufe 15 zur Vorgabe der Staffe;zeit und dessen zweiter
Ausgang über eine Umkehrstufe und eine Überwachungszeitstufe 16 ebenfalls mit dem
Ausgang der Zeitstufe 15 verbunden ist. Außerdem sind die beiden Anschlüsse des
Relaiskontaktes 10 mit den Ausgangsklemmen 1 und 2 verbunden. Der obere Anschluß
des Relaiskontaktes 10 ist weiterhin mit einem Eingang einer Und-Stufe 17 verbunden,
deren zweiter Eingang über ein Umkehrglied ebenfalls an den Ausgang der Zeitstufe
15 zur Vorgabe der Staffelzeit angeschlossen ist. Diese Zeitstufe 15 liegt eingangsseitig
an dem Ausgang eines Und-Gliedes 18, das einerseits über ein als Punkt gekennzeichnetes
Umkehrglied mit dem Ausgang der Und-Stufe 17 und andererseits an die Eingangsklemme
3 angeschlossen ist. An dem Ausgang der Zeitstufe 15 zur Vorgabe der Staffelzeit
liegt ein Verstärker 19, dessen Ausgang über den Kontakt 20 eines Relais 21 mit
der Ausgangsklemme 7 verbunden ist, die, wie Fig. 1 zeigt, an die Ausschaltspule
des zugehörigen Leistungsschalters As1 oder As2 angeschlossen ist. Die Ausgangsklemme
8 ist ebenfalls mit positivem Potential P verbunden. Das gleiche gilt für die Eingangsklemme
4. Das Relais 21 liegt einerseits an Massepotential M und ist andererseits über
einen Widerstand 22 mit der Eingangsklemme 3 verbunden. Außerdem führt eine Verbindung
zu dem Eingang einer Und-Stufe 23, deren zweiter Eingang an die Ausgangsklemme 7
angeschlossen ist. Beiden Eingängen der Und-Stufe 23 sind Umkehrglieder vorgeschaltet.
Der Ausgang der Und-Stufe 23 liegt am Eingang einer Oder-Stufe 24, der zweite Eingang
der Oder-Stufe 24 ist über den Ruhekontakt 25 des Relais 21 mit
dem
Ausgang des Verstärkers 19 verbunden. Der Ausgang der Und-Stufe 24 ist an eine Kontrollampe
26 angeschlossen, die mit einem Anschluß an positivem Potential P liegt. Parallel
zum Ausgang der Und-tufe 24 liegt eine Leitung 27 mit darin eingeschalteter Diode
28. Die Diode 28 ist ebenfalls über den Widerstand 22 mit der Eingangsklemme 3 verbunden.
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Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung besitzt folgende Wirkungsweise:
Nimmt man an, daß an der durch einen Kurzschlußpfeil gekennzeichneten Stelle in
Fig. 1 ein Fehler auftritt, so fließt der Strom vom Generator G über die Abzweigleitung
A und die Leistungsschalter L1 und L2. Beide Überstromrelais 11 und 12 werden daher
ansprechen. Damit liegt an einem Eingang der Und-Stufe 18 Signal. Der zweite Eingang
der Und-Stufe 18 ist mit einem Punkt gekennzeichnet, so daß zur Erfüllung der Und-Bedingung
an diesem Eingang kein Signai anstehen darf. Da das Mosellnetz nicht an Spannung
liegt und somit Massepotential besitzt, liegt am oberen Einganf der Und-Stufe 17
kein Signal. Infolgedessen hat auch der Ausgang der Und-Stufe 17 kein ignal und
die Und-Bedingugng für die Und-Stufe 18 ist erfüllt. Bei auftretendem Überstrom
wird a'so die Zeitstufe 1Cg beider Speicherschaltungen Sp1 und Sp2 angesteuert.
Die Zeiten dieser Zeitstufen sind nun aufeinander so abgestimmt, daß die Zeitstufe
IH; der Speicherschaltung Sp2 zuerst anspricht. Damit liegt am Ausgang dieser Zeitstufe
15 e:n Signal und über den Verstärker 19 und den geschlossenen Kontakt 20 wird Massepotential
auf die Ausgangsklemme 7 gegeben. Damit liegt Spannung an der Auslösespule As2,
so daß die Auschaltung des Leistungsschalters L2 eingeleitet wird.
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Gleichzeitig mit dem Erscheinen eines Signals am Ausgang der Zeitstufe
15 wird aber auch der obere Eingang der Und-Stufe 14 Signal erhalten. Während der
Verzögerungszeit in der Überwachungszeitstufe 16 liegt am unteren Eingang der Und-Stufe
14 kein Signal an, so daß die Und-Bedingung erfüllt ist und die Ausgangsstufe 13
angesteuert wird. Dadurch gelangt positives
Potential über die Dioden
11 und 12 auf das Modellnetz und der obere Eingang der Und-Stufe 17 erhält positives
Potential P.
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Dadurch ist für die Speicherschaltung Sp2 die. Und-Bedingung der Und-Stufe
17 aber noch nicht erfüllt, da die Laufzeit der Zeitstufe 15 bereitsabgeiaufen ist
und so am unteren Eingang der Und-Stufe 17 ebenfalls Signal anliegt, obgleich die
Und-Bedingung dieser Und-Stufe nur erfüllt ist, wenn am oberen Eingang Signal und
am unteren Eingang kein Signal vorhanden ist. In bezug auf die Speicherschaltung
Sp2 ändert sich also durch die Abgabe eines Ausgangssignals von der Ausgangsstufe
17 nichts.
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Anders ist es bei der Speicherschaltung Spi. Bei dieser Speicherschaltung,
wie bei allen anderen Speicherschaltungen, bei denen die Laufzeit der Zeitstufe
15 noch nicht abgelaufen ist, bewirkt das positive Potential am oberen Eingang der
Und-Stufe 17,'daß die Und-Bedingung erfüllt ist und es gelangt Signal auf den nachgeschalteten
Eingang der Und-Stufe 18. Damit ist die Und-Bedingung der Und-Stufe 18 nicht mehr
erfüllt und die Zeitstufen 15 aller anderen Speicherschaltungen erhalten kein weiteres
Eingangssirnal. Wenn dann der Leistungsschalter L2 ausgelöst hat, ist der Kurzschlußstrom
abgeschaltet und die Überstromrelais der übrigen Leistungsschalter kehren in ihre
Ausgangslage zurück.
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Sollte aus irgend einem Grunde der Leistungsschalter t2 den Kurzschlußstrom
nicht abschalten können, so läuft die Zeit der Überwachungszeitstufe 16 ab. Damit
liegt auch Signal am unteren Eingang der Und-Stufe 14; die Ausgangsstufe 13 wird
nicht mehr angesteuert und das positive Potential liegt nicht mehr am Modellnetz.
Dies hat zur Folge, daß die durch das Anspannunglegen des Modellnetzes hervorgerufene
Sperrung aller übrigen Zeitstufen 15 aufgehoben wird und unter Außerachtlassung
des Leistungsschalters L2 der zuerst beschriebene Vorgang ein zweites Mal abläuft.
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Unabhängig von der Abschaltzeit eines Leistungsschalters wird also
bei dem Erscheinen eines Ausgangssignals an der Zeitstufe 15 das Modellnetz an Spannung
gelegt und dadurch das Abschalten aller übrigen Leistungsschalter verhindert. Hierdurch
ist die Staffelzeit unabhängig von der Abschaltzeit eines Leistungsschalters und
kann so gering bemessen werden, wie es die Toleranzzeiten der verwendeten Überstromrelais
zulassen. Da die Relaiskontakte 10 zwischen den Klemmen 1 und 2 jeder Speicherschaltung
Sp die Stellung des zugehörigen Leistungsschalters wiedergeben, wirkt die Sperrung
der Abschaltung nur auf diewenigen Leistungsschalter, die - bedingt durch den Schaltzustand
des Netzes - mit dem Kurzschlußort verbunden sind. Zur Verhinderung einer Fehlabschaltung
bei auftretendem Fehler im Verstärker 19 oder in einem der vorgeschalteten logischen
Glieder ist parallel zur Und-Stufe 18 das Relais 21 über den Widerstand 22 an die
Eingangsklemme 3 angeschlossen. Wenn ein Überstrom auftritt, wird also dieses Relais
21 anziehen und seinen Kontakt 20 schließen sowie seinen Kontakt 25 öffnen. Wenn
also der Verstärker 19 ein Signal abgibt, ohne daß das zugehörige Überstromrelais
angezogen hat, so gelangt dieses Signal nicht auf die Ausschaitspule des zugehörigen
Leistungsschalters, sondern auf den linken Eingang des Oder-Gliedes 24 und bewirkt
das Aufleuchten der Kontrollampe 26.
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Wenn andererseits die Leitung zwischen dem positiven Potential P,
der Ausgangsklemme 8, der Auslösespule As1 oder As2 des zugehörigen Leistungsschalters
zur Ausgangsklemme 7 unterbrocken wird und damit an der Ausgangsklemme 7 kein positives
Potential ansteht, obgleich das zugehörige Überstromrelais nicht angesprochen hat,
so liegt an den beiden Eingängen der Und-Stufe 23 kein Signal; die Und-Bedingung
ist erfüllt und über die Oder-Stufe 24 gelangt ebenfalls Spannung an die Kontrollampe
26, so daß also sowohl ein fehlerhaft auftretendes Ausgangssignal am Vcrstärer 19
als auch eine Unterbrechung der Auslöseleitung gemeldet
wird. Die
Diode 28 mit der Leitung 27 verhindert, daß die Kontrollampe 26 aufleuchtet, wenn
über den Überstromauslöser positives Potential an der Eingangsklemme 3 liegt.
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6 Patentansprüche 2 Figuren