DE2049176A1 - Uberstromschutzeinnchtung mit ge staffelten Auslosezelten - Google Patents

Description

Patentanwalt·

ΒίρΙ.-lng. 6rämkow, Dr. Möüw-Borf

Dr. Manitz, Dr. Ocufel,D-pi.-lng. Ffnsterwald 5· 10.1970

7 Stuttgart 50 · MarkUfr. 3

DId m.HGM

Sprecher & Schuh AG-, 5001 Aarau

Buchserstraße 7 (Aargau, Schweiz)

Ueberstromschutzeinrichtung mit gestaffelten Auslösezeiten

Die Erfindung betrifft eine Ueberstromschutzeinrichtung mit gestaffelten Auslösezeiten der Schutzrelais.

Um ein elektrisches Netz gegen Ueberstrom oder Kurzschluss zu schützen, werden in das Metz Schutzrelais eingeschaltet, die bei Auftreten eines Netzfehlers den betroffenen Netzteil vom übrigen Netz abschalten. Bei der sogenannten Zeitstaffelung werden die Auslösezeiten der Schutzrelais so eingestellt, dass das von der Netzspeisung am weitesten weg liegende Schutzrelais die kürzeste Auslösezeit erhält und die Auslösezeit bei allen übrigen Schutzrelais der Reihe nach in Richtung auf die Netzspeisung hin in möglichst kleinen Stufen zunimmt. Entsteht in irgendeinem Netzabschnitt ein Kurzschluss, so schaltet das dem Fehlerort zunächst liegende Schutzrelais den betroffenen Netzabschnitt ab, da es von allen zwischen Netzspeisung und Pehlerort liegenden Schutzrelais die kürzeste Auslösezeit hat. Die bis zum abgeschalteten Relais reichende Strecke wird hierbei unterbruchlos mit Energie versorgt. Von besonderem Vorteil ist die mit "Reserveschutz" bezeichnete Eigen-

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schaft einer solchen Zeitstaffelung. Versagt aus irgend einem Grunde das dem Fehlerort nächstliegende Schutzrelais", so schaltet das dem ausgefallenen Schutzrelais in der intakten Strecke folgende Schutzrelais nach Ablauf seiner Auslösezeit, wobei nun zwar die den Fehler enthaltende, von der Netzspeisung abgeschaltete Strecke grosser ist, dafür aber ein sicherer Schutz des Netzes gewährleistet wird.

Der Nachteil der Schutzeinrichtung mit Zeitstaffelung liegt darin, dass bei einem ausgedehnten Netz mit entsprechend vielen Schutzrelais die Auslösezeiten der in Nähe der Netzspeisung liegenden Schutzrelais unerwünscht lang werden, so dass gerade den Teilstrecken des Netzes, in-denen die stärksten Kurzschlussströme auftreten, die längsten Abschaltzeiten zugeordnet sind.

Eine Kürzung der langen Auslösezeiten wird durch Verwendung von abhängigen Ueberstrom-Zeitrelais erreicht, bei welchen die Auslösezeit mit zunehmendem Kurzschlusstrom abnimmt, so dass sich in Nähe der Netzspeisung minimale' Auslösezeiten ergeben. Mit unabhängigen Ueberstrom-Zeitrelais, die sich ohne Schwierigkeiten mit einer auf Bruchteilen einer Sekunde genauen Auslösezeit herstellen lassen, sind minimale Staffelzeiten von z.B. 0,5 see erreichbar. Ueberstrom-Zeitrelais mit genauen Auslösezeitkurven t = f (i)hingegen können nur mit einem erheblichen Aufwand hergestellt werden, so dass bei Verwendung von abhängigen Ueberstrom-Zeitrelais in einigermassen wirtschaftlicher Ausführung wegen der verhältnismässig grossen ZeitStreuungen Staffelzeiten gewählt werden müssen, die weit über denen mit unabhängigen Ueberstrom-Zeitrelais erreichbaren liegen. Bei kurzen Leitungsstrecken, bei denen die Leitungsimpedanz die Kurzsjjhlusströme. praktisch nicht dämpft, ergeben sich somit längere Auslösezeiten als bei Schutzeinrichtungen mit unabhängigen Ueberstrom-Zeitrelais, und ausserdem können

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mit abhängigen Ueberstrom-Zeitrelais wegen der mit abnehmender Stromstärke nach unendlich ansteigenden Auslösezeit-Kennlinie nur 2 bis 3 Leitungen erfasst werden, so dass ein Reserveschutz für weiter hinten liegende Leitungen fehlt.

Diese Nachteile sind in Schutzeinrichtungen mit Impedanz-Relais, dem sogenannten Distanzschutz, vermieden. Die Fehlerdistanz, d.h. die relative Entfernung eines Kurzschlusses von einer Messteile, ist proportional der an der Messteile gemessenen Leitungsimpedanz. Bei den Impedanz-Zeitrelais oder Distanz-Relais nimmt die Auslösezeit nach einer stetigen oder abgestuften Zeitkennlinie mit der gemessenen Impedanz zu. Solche Distanz-Relais ermöglichen eine selektive Abschaltung auch ortsnaher Fehler mit grossen Kurzschlusströmen und gleichzeitig einen Reserveschutz für die nachfolgenden Leitungen. Da zur richtigen Fehlerschleifenmessung drei Ströme und drei Spannungen gemessen und richtig miteinander kombiniert werden müssen, sind die Distanz-Relais im Aufbau ziemlich kompliziert und damit nicht nur teuer, etwa zehnmal so teuer wie Ueberstrom-Zeitrelais, sondern auch störanfällig. Ausserdem sind Distanz-Relais bei kurzen Leitungslängen mit verhältnismässig grossem Leiterquerschnitt unbrauchbar und können für einen Reserveschutz in stark vermaschten Netzen hoher Kurzschlussleistungeii nicht eingesetzt werden, da es durch den sogenannten "G-egenstations-Einspeiseeffekt" zu Falschmessungen kommt und das Relais unter Umständen überhaupt nicht mehr auslöst.

Zweck der Erfindung ist, eine Schutzeinrichtung mit gestaffelten Auslösezeiten zu schaffen, welche im Aufbau verhältnismäs-sig einfache Zeitrelais enthält, die im Betrieb praktisch nicht störanfällig sind und wirtschaftlich hergestellt werden können, und bei welcher jeweils das der Fehlerstelle nächstliegende Relais die absolut kürzeste Auslösezeit, die Grundauslösezeit hat.

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Die erfindungsgemässe Ueberstromschutzeinrichtung mit gestaffelten Auslösezeiten der Schutzrelais ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschalter der Schutzrelais der Einrichtung von durch elektrische Signale stufenweise schaltbaren Auslösezeit-Einstellgliedern gesteuert sind und ein aus Stromsignalen der Schutzrelais den Ort eines im Fetz auftretenden Fehlers bestimmender Rechner die Auslösezeit-Einstellglieder entsprechend der bestimmten Fehlerlage auf von der kürzesten Grundauslösezeit am Fehlerort zur Netzspeisung hin gestaffelt zunehmende Auslösezeiten einstellt.

Für einseitig gespeiste Netze können im Aufbau, einfache unabhängige Ueberstrom-Zeitrelais mit einer Einstellvorrichtung für ihr Ablaufglied benutzt werden, deren Meldeglied bei Kurz— schlusstrom ein L-Signal und bei keinem Kurzschlusstrom ein 0-Signal an den Rechner liefert.

Bei vermaschten Hetzen können im Aufbau einfache Energierichtungs-Relais mit einer Einstellvorrichtung für ihr Ablaufglied benutzt werden, deren Meldeglied bei einem Kurzschlusstrom in die Leitung hinein ein L-Signal, z.B. ein +L-Signal, bei einem Kurzschlusstrom aus der Leitung heraus ein sich vom L-Signal unterscheidendes L'-Signal, z.B. ein -L-Signal an den Rechner liefert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der

Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch ,eine Ueberströmschutzeinrichtung nach der Erfindung für ein einseitig gespeistes Netz und

Fig. 2 schematiseh eine Ueberstromschuteeinrichtung nach der Erfindung für ein Netz mit doppelseitiger Speisung.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausfuhrüngsb.eispiel soll durch eine Ueberstromsahutzeinrlchtung eXn von einem Generator*1

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einseitig gespeistes Netz 2 geschützt werden, an dessen Teilstrecken 3a, 3b... Sammelschienen 4a, 4b...mit Stichleitungen 5a, 5b... angeschlossen sind. Pur jede Teilstrecke 3a, 3b... ist ein Schutzrelais 6a, 6b... vorgesehen, welches bei einem in seiner Teilstrecke auftretenden Kurzschluss über seinen Leistungsschalter 7a, 7b... die eigene Teilstrecke und die folgenden Teilstrekken vom Netz abschaltet.

Die Schutzrelais 6a, 6b... können übliche unabhängige Ueberstrom-Zeitrelais sein, deren Auslösezeit-Einstellglied 11, d.li. Ablaufglied, jedoch durch eine zusätzliche, auf elektrische Signale ansprechende Einstellvorrichtung stufenweise zwischen einer kürzesten Auslösezeit, der Grundauslösezeit, und einer grössten Auslösezeit, verstellbar ist. Schaltungen für solche Stufen-Einstellvorrichtungen sind hinlänglich.bekannt. Jedes Schutzrelais 6 enthält ferner ein Meldeglied 12, welches bei Kurzschlussstrom an seinem Ausgang ein L-Signal erzeugt. Ist die Teilstrecke intakt, so fliesst kein Kurschlusstrom, und am Ausgang des Meldegliedes erscheint kein Signal, d.h. der Ausgang ist mit einem 0-Signal belegt. Das Meldeglied 12 und das Auslösezeit-Einstellglied 11, bzw. deren Einstellvorrichtung jedes Schutzrelais 6a, 6b... ist mit einem Rechner 9 verbunden. Die Art der Verbindung ist belanglos, wesentlich ist lediglich, dass durch sie die Signale der Meldeglieder zum Rechner und Ausgangssignale des Rechners zu den Einstellvorrichtungen übertragen werden.

Der Rechner, z.B. ein Prozessrechner, bestimmt bei einem im Netz 2 aufgetretenen Kurzschluss auf den eingehenden Stromsignalen die betroffene Teilstrecke. Tritt beispielsweise in der Teilstrecke 3d ein in Fig. 1 durch einen Pfeil angedeuteter Kurzschluss auf, so melden die Meldeglieder 12a, 12b, 12c und 12d Kurzschlusstrom, d.h. sie liefern an den Rechner L-Signale, und das Meldeglied 12e liefert ein O-Signal. Mit diesen Signalen kann der Rechner auf verhältnismässig einfache Weise feststellen,

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dase der Kurzschluss in der Teilstrecke 3d liegt. Fach einem vorgegebenen Programm liefert nun der Rechner 9 an die Einstellvorrichtungen der Schutzrelais 6d, 6c, 6b, 6a Einste11signale, durch die das Auslösezeit-Einstellglied lld des Schutzrelais 6d, das dem Fehlerort am nächsten liegt, auf die kürzeste, die Grundauslösezeit t , das Auslösezeit-Einstellglied lic des in Richtung zum Generator 1 hin folgenden Schutzrelais 6c auf eine Auslösezeit t,, die um die Staffelzeit At langer als die Grundauslösezeit ist, das Auslösezeit-Einstellglied 11b des weiteren Schutzrelais 6b auf eine Auslösezeit tp, die um die doppelte Staffelzeit 2 ^t langer als die Grundauslösezeit t ist und schliesslich das Auslösezeit-Einstellglied lla des unmittelbar vor dem Generator 1 liegenden Schutzrelais 6a auf eine Auslösezeit t„ = t +

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3At eingestellt werden. Nach Ablauf der Grundauslösezeit t schaltet das Schutzrelais 6d, und über seinen nun. offenen Leistungsschalter 7d sind die Teilstrecken 3d und 3e vom ^durch den Generator 1 gespeisten, die Teilstrecken 3a, 3b und 3c umfassenden übrigen Netzteil abgetrennt.

Durch diese "dynamische" Zeitstaffelung erhält bei jeder beliebigen Fehlerlage jeweils das Relais der fehlerbehafteten Teilstrecke die kürzeste, die Grundauslösezeit zugeteilt, während gleichzeitig der durch die Auslösezeitstaffelung erzielte Vorteil des Reserveschutzes vollständig gewahrt bleibt.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Netz 2 von der einen Seite durch einen Generator 1 und von der anderen Seite durch einen Transformator 10 gespeist. Das Netz 2 weist die Teilstrecken 3a...3e mit den Sammeischicen 4a... 4f und den an diese angeschlossenen Stichleitungen 5a...5f auf. Jeder der Teilstrecken 3a...3e ist ein Schutzrelais 6'a...6'e zugeoidiet und jede enthält den Leistungsschalter 7a bzw. 7b bzw. des ihr zugeordneten Schutzrelais. Wie bei der Schutzeinrichtung

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der Fig. 1 sind die Auslösezeit-Einstellr-rlieder lla...lic und die Meldeglieder 12'a...l2'e der Schutzrelais mit einem Rechner 9'.verbunden. Rein äusserlich unterscheidet sich demnach die Schutzeinrichtung der Fig.. 2 nicht von der in Fig. 1 gezeigten.

Wegen der doppelseitigen Speisung des Netzes werden bei dieser Ausführung jedoch Relais verwendet, deren l-Ieldeglieder jeweils drei Signale liefern und zwar: bei eineia Kurzschlussstrom in die Leitung hinein z.B. ein positives L-Signal, bei einem Kurzschlusstrom aus der Leitung heraus z.B. eiix negatives L-3ignal, im allgemeinen also ein L'-Signal in irgendeiner Weise unterscheidet, um dxe Richtung des Kurzschlusstromes zu erfasser, und ein O-Signal, wenn kein Kurzschlusstrom vorhanden ist. Als Schutzrelais können z.B. Energierichtungs-Relais verwendet werden, die im Betrieb genauer und im Aufbau einfacher sind als die für solche doppelseitig gespeiste Netze meist verwendeten Distanz-Relais. Die Auslösezeit-Eins-tellglieder lla...lic, d.h. ihre Ablaufglieder erhalten wieder ein Einstellvorrichtung,die genau so ausgebildet sein kann, wie die bei den Ueberstrom-Schutzrelais der Fig. 1.

Tritt nun in irgendeiner Teilstrecke,beispielsweise in der Teilstrecke 3c^ ein Kurzschluss auf, was in Fig. 2 durch einen Pfeil angedeutet ist, so werden durch -den Rechner 9¹ die Relais 6'c, 6'b und 6'a auf der Strecke Fehlerort-Generator 1 und die Relais 6'd und 6'c auf der Strecke Fehlerort-Transformator 11 nach dem Staffelzeit-Programm eingestellt, wobei die Einstellung so erfolgt, dass auf jeder Strecke das dem Fehlerort zunächst liegende Relais 3c und 3d die kürzeste, die Grundauslösezeit t , das jeweils folgende Relais 3b und 3© eine Auslösezeit tv = t +^t, die beiden in jeder Richtung weiteren die nächsthöhere Auslösezeit, d.h. die Auslösezeit t₂ = t + 2 ^t usw. erbä-ten. Das Auslösezeit-Diagramm ist in Fig. 2 eingezeichnet -land wie ersichtlich, wird der jeweilige Fehlerort sozusagen durch die von beiden Ifetzeinspeisungen aus abwärts gestaffelten Auslöse-

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zeiten lokalisiert, wobei die beiden am Fehlerort liegenden Schutzrelais auf die Grundauslösezeit t eingestellt sind. Nach Ablauf der Grundauslösezeit t schalten diese beiden Relais 3c und 3d und trennen über ihre Leistungsschalter 7c und 7d die fehlerbehaftete Teilstrecke 3c vom Netz 2 ab,

Die Signalverbindungen 8a... .8c zwischen den Schutzrelais 6a..— 6e und dem Rechner 9 können Telefönayidern, TfH- oder Mikrowellenverbindungen, Laserkanäle usw. sein.

Die Auslösezeit-Einstellglieder 11a...He können zusammen mit dem Rechner 9 in einer Zentraleinheit zusammengefasst sein, so dass über die Signalleitungen 8a...8d nicht die Zeiteinstell-Signale, sondern Auselösesignale für die Leistungsschalter übertragen werden. Zur Erhöhung der Sicherheit kann die Schutzeinrichtung die Zentraleinheit und die Uebertragungsleitungen doppelt enthalten, so dass bei Ausfall der einen Anlage die andere Anlage den Schutz des Netzes übernimmt.

Arbeiten mehrere Netze zusammen (Verbund- bzw... Grossverbundnetz), so müssen mehrere Rechner zusammenarbeiten., bzw. es muss diesen zur Koordination eine übergeordnete Zentraleinheit zugeordnet werden.

In dieses vorstehend beschriebene "dynamische" Staffel-Schutzsystem können, bzw. müssen, sogar ausser den Teilstrecken alle übrigen Netzanlageteile, wie Transformatoren, Sammelschienen, Generatoren, Motoren, Kondensatorbatterien, Drosseln, usw. einbe- zop.en werden.

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Claims (7)

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   Patentansprüche

   IJ Ueberstromsehutzeinrichtung mit gestaffelten Auslösezeiten der Schutzrelais, dadurch gekennzeichnet, dass die leistungsschalter (7a...7c) der Schutzrelais (6a...6c) der Einrichtung von durch elektrische Signale stufenweise schaltbaren Auslösezeit-Einstellgliedern (lla.--He) gesteuert sind und ein aus Stromsignalen der Schutzrelais (6a..*6e) den Ort eines im Netz (2) auftretenden Fehlers bestimmender Rechner (9) die Auslösezeit-Einstellglieder (lla.-.lle) entsprechend der bestimmten Fehlerlage- auf von der kürzesten Grundauslösezeit am Fehlerort zur Fetzspeisung (1,10) hin gestaffelt zunehmende Auslösezeiten einstellt»
2. 2. Ueberstromsehutzeinrichtung nach Anspruch 1 für ein einseitig gespeistes Hetz, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schutzrelais faa..»6e.) der Einrichtung ein Meldeglied (12a...12a) enthält, welches bei Kurzschlusstrom ein L-Signal und bei keinem Eurzschlusstrom ein O-Signal an den Rechner (9) abgibt.
3. 3. Ueberstromsehutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzrelais(6a...6e) Ueberstrom-Zeitrelais sind und eine Einstellvorrichtung für ihr Ablaufglied aufweisen.
4. 4. Ueberstromsehutzeinrichtung nach Anspruch 1 für ein vermaschtes Wetz, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schutzrelais (6'a...6'e) der Einrichtung ein Meldeglied (12'a...12'e) enthält, welches bei einem Kurzschlusstrom in die Leitung hinein ein L-Signal, bei einem Kurzschlusstrom aus der Leitung heraus ein sich vom L-3ignal unterscheidendes L'-Signal und bei keinem KurzschluBstrorn ein O-Signal an den Rechner (9') abgibt.

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5. 5. Ueberstromschutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzrelais (6'a. ...6'e)Energierichtungs-Relais sind und eine Einstellvorrichtung für ihr Ablaufglied aufweisen.
6. 6. Ueberstromschutzrelais nach den Anspruch 3 und 5,' dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzrelais(6a...6e, 6^...6'β) stromunabhängige Schutzrelais sind.
7. 7. Ueberstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösezeit-Einstellglieder (3JLa...lie) und der 'Rechner (9) zu einer Zentraleinheit vereinigt sind, deren Ausgangssignale die Leistungsschalter (7a..►Te) steuern.

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