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Ueberwachungseinrichtung für Mehrphasen-Spannungswandler und deren
Zuleitun en zu Netzschutz-Mess sternen Spannungswandler dienen vielfältigen Aufgaben.
In der Schutztechnik werden sie z.B. dazu verwendet, die zumeist hohen Netzspannungen
(einige 1000 V) herunterzutransformieren, so dass bei den Netzschutz-Messystemen
selbst nur niedrige Spannungen vorhanden sind.
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Um hochspannungsfeste Leitungen'einzusparen, wird man die notwendigen
Mehrphasen-Spannungswandler mdglichst in unmittelbarer Nähe der Netzleitungen anordnen.
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Von der Sekundärseite der Spannungswandler sind dann bis zur eigentlichen
Messeinrichtung, die sich vorzugsweise in einer Schaltstation befindet, Zuleitungen
erforderlich, die ledig lich hinsichtlich der niederen Spannungen isoliert sein
müssen.
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Besonders bei zentral angeordneten Netzschutz-Messystemen können aber
diese Zuleitungen selbst eine beträchtliche Länge erreichen.
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Eine schadhafte Zuleitung kann Jedoch einen Fehler der zu schützenden
Netzleitung vortäuschen und somit deren ungewo te Abschaltung auslösen, weil das
Netzschutz-Messystem selbst nicht zwischen einem netzseitigen Fehler (bei dem es
anzeigen muss) und einem Fehler auf der Zuleitung vom Spannungswandler unterscheiden
kann.
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In den meisten bekannten Anlagen sind die Spannungszuleitungen zu
den Messystemen nur gegen Kurzschlüsse gesichert. Fur diese Zwecke verwendet man
Sicherungsautomaten, die ab einer bestimmten Stromstärke die zugehörigen Messysteme
von den Spannungswandlern trennen und mit einem Hilfskontakt blockieren.
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Ein wesentlicher Nachteil ist darin zu sehen, dass für. schnelle Netzschutzeinrichtungen
die Verwendung von Sieherungsautomaten unmöglich ist, da deren Ansprechzeit länger
als die Auslösezeit des Netzschutzes ist. Die Verwendung von stromabhängigen Sicherungsautomaten
ergibt bei einer glatten Leitungsunterbrechung (bei der kein Kurzschlussstrom auftritt)
eine unvermeidbare Fehlauslösung der Schutzeinrichtung, was einen weiteren Nachteil
des Bekannten darstellt.
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Aufgabe der EXindung ist es, eine Ueberwachungseinrichtung für Spannungswandler
und deren Zuleitungen zu Netzschutz-Messystemen anzugeben, welche die Nachteile
der zum Stande der Technik zu zählenden Einrichtungen vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die zu übertragenden
Wechselspannungen pro Phase über zwei in getrennten Kabeln verlegte Leitungen geführt
sind, dass am Messystem-Einbauort erste Mittel vorgesehen sind, welche bei einem
Potentialunterschied zwischen Leitungen der getrennten Kabel gleicher Phase zur
vorbereitenden Bildung eines Blockiersignals für die Messysteme dienen und dass
zweite Mittel vorgesehen sind, welche dazu dienen, beim Auftreten einer Nullkomponente
der Spannungen zwischen den Leitungen eines Kabels das vorbereitete Blockiersignal
an das dieser Leitung zugeordnete Messystem durchzuschalten.
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Der Vorteil der Erfindung ist vor allem darin zu sehen, dass mit Sicherheit
eine Fehlauslösung der Netzschutz-Messysteme verhindert wird, unabhängig davon,
ob in einer Zuleitung ein Kurzschluss oder eine Leitungsunterbrechung auftritt.
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Es empfiehlt sich, die in getrennten Kabeln verlegten Leitungen gemeinsam
an die Sekundärwicklung eines Mehrphasen-Spannungswandlers anzuschliessen.
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Wenn gemäss einer weiteren Ausgestaltung die in getrennten Kabeln
verlegten Leitungen Jeweils an einer Sekundärwicklung eines mit zwei gleichen Sekundärwicklungen
ausgestatteten Mehrphasen-Spannungswandlers angeschlossen sind, werden auch Windungsschlüsse
oder Unterbrechungen dieser Sekundärwicklungen von der Ueberwachungseinrichtung
erkannt.
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Besonders vorteilhaft ist es, zwischen Jede Leitung und der zugehörigen
Sekundärwicklung des Mehrphasen-Spannungswandlers eine superflinke Schmelzsicherung
einzuschalten. Damit werden einerseits grössere Leitungsschäden bei Kurzschluss
vermieden und andererseits stellt für die vorgeschlagene Ueberwachungseinrichtung
eine Leitungsunterbrechung, die von einer aDgeschmolzenen Sicherung nachgebildet
wird, das deutlichste Auslösekriterium dar.
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Ferner ist es zweckmässig, wenn die ersten Mittel zwischen Leitungen
der getrennten Kabel gleicher Phase angeschaltete Primärwicklungen von WkHy Spannungswandlern
sind, deren Sekundärwicklungen über Jeweils eine Gleicnrichter-Brückenschaltung
an die Anregeeinrichtung eines gemeinsamen ersten Schaltelements geführt sind und
die zweiten Mittel zwischen den Leitungen je eines Kabels in Sternscnaitung liegende
ohmsche Widerstände in Verbindung mit Jeder Sternschaltung zugeordneten zweiten
und dritten Scnaltelementen sind, wobei die
Anregeeinrichtungen
dieser Schaltelemente Jeweils zwischen einem der Sternpunkte aus der Sternschaltung
der ohmschen Widerstände und dem der gesamten Ueberwachungseinrichtung gemeinsamen
Erdanschluss eingeschaltet sind.
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Weiterhin ist es emprehlenswert, die zweiten und dritten Schaltelemente
so auszubilden, dass das Jeweils zuerst ansprechende bei bereits erregtem ersten
Schaltelement das andere sperrt; also am Ansprechen hindert.
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In der Zeichnung sind erfindungsgemässe Ausführungen bei -spielsweise
dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 eine
Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 1, wobei lediglich das abgeänderte Schaltungsdetail
dargestellt ist.
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In den Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen versehen,
die folgendes bedeuten: 1 bzw. 1' einen Mehrphasen-Spannungswandler mit Sekundärwicklungen,
la bzw. la und lb, 2, 5, 4, 5, 6 und 7 superflinke Schmelzsicherungen, 8 und 9 Leitungen
zu den Messystemen 10 und 11. Weiterhin sind mit 12, 15 und 14 Spannungswandler
und
mit 15, 16 und 17 Gleichrichter-Brückenschaltungen bezeichnet. Die Bezugszahlen
18, 19, 20, 21, 22 und 23 stellen ohmsche Widerstände dar. Mit A, B und C sind Anregeeinrichtungen
und mit al, a2, a3, bl, b2, c1, c2 Schaltstrecken der ersten, zweiten und dritten
Schaltelemente gekennzeichnet.
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R, S und T sind Netzphasen und Anschlussklemmen sind mit den Bezugszahlen
30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 und 120 versehen.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung sei an Hand von
Fig. 1 näher erläutert.
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Ueber den Mehrphasen-Spannungswandler 1 werden die Spannungen der
Phasen R, S und T heruntertransformiert und an dessen Sekundärwicklung la abgegriffen.
Die Leitungen 8 und 9 zu den Netzschutz-Messystemen 10 und 11 sind in getrennten
Kabeln, die auch in verschiedenen Kabelschächten verlegt sein können, geführt. Damit
wird erreicht, dass nicht beide Kabel zugleich beschädigt und damit auch beide Messysteme
abgetrennt werden.
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Sofern alle Leitungen 8 bzw. 9 in Ordnung sind, und auch die superflinken
Schmelzsicherungen 2 bis 7 nicht durchgesohmolzen sind , werden die Leitungen der
beiden getrennten Kabel gleicher Phase stets dasselbe Potential z.B. gegenüber dem
gemeinsamen Erdanschluss aufweisen. Somit liegt zwischen den Anschlussklemmen 60
und 50, 50 und 80 sowie 40 und 70 keine
Spannung, die über einen
der Spannungswandler 12 bis 14 und eine der Gleichrichter-Brückenschaltungen 16
bis 17 die Anregeeinrichtung A für das erste Schaltelement beeinflussen könnte.
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Wenn nun z.B. für die Phase R in der Leitung 8 eine Unterbrechung
auftritt, muss das Messystem 10 blockiert werden, damit dieses nicht die Abschaltung
der ungestörten Netzleitung auslöst.
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Zu diesem Zweck wird die infolge der Unterbrechung entstehende Spannungsdifferenz
zwischen den Phasen R der Leitungen 9 und 8 von der Primärwioklung des Spannungswandlers
14 erfasst.
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Von der Phase R der Leitung 9 fliesst über die Anschlussklemme 80,
die hochohmige Primärwicklung des Spannungswandlers 14 und weiter über die Anschlussklemme
50, den Spannungspfad (Spannungsspule bei einem Drehspulenmesswerk) des Messystems
10 zurück über die Phasen S bzw. T der Leitung 8 ein sehr kleiner Wechselstrom.
Bei einer anderen Schaltungsart des Messystems kann der Stromkreis auch über den
gemeinsamen Erdanschluss geschlossen werden.
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Die am Spannungswandler 14 wirksam werdende Wechselspannung wird durch
die Gleichrichter-Brückenschaltung 17 gleichgerichtet
und dann
der Anregeeinrichtung A zugeführt, wodurch die Schaltstrecken al, a2 und a5 des
ersten Schaltelementes leitend werden. Ueber die Schaltstrecke al könnte somit (bei
Fehlen von b1 und cl) sofort ein Blockiersignal (z.B. Erdpotential) an beide Messysteme
1Ound 11 gelegt werden, wodurch eine ungewollte Abschaltung des Hochspannungsnetzes
vermieden wird.
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Um zu vermeiden, dass auch dasan der einwandfreien Zuleitung 9 angeschlossene
Messystem 11 unnötig blockiert wird, ist.
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noch eine Auswahlschaltung, bestehend aus den zweiten und dritten
Schaltelementen mit deren Schaltstrecken bl, b2 und cl, c2 sowie deren Anregeeinrichtungen
B und C vorgesehen.
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Die Anregeeinrichtungen B bzw. C sind zwischen dem gemeinsamen Erdanschluss
(über Klemme 120) und jeweils dem. Sternpunkt einer an die Phasen R, S und T der
Leitungen 8 bzw. 9 angeschalteten Widerstandssternschaltung angeschlossen.
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Da auf Grund der Unterbrechung in der Phase R der. Leitung 8 die Bedingung,
wonach in einem ungestörten Mehrphasensystem die Summe aller Phasenspannungen gleich
Null ist, nicht mehr eingehalten werden kann, entsteht zwischen dem Sternpunkt der
ohmschen Widerstände 18, 19, 20 und dem gemeinsamen Erdanschluss die sogenannte
Nullspannung, welche die Anregeeinrichtung B des zweiten Schaltelementes speist,
worauf dessen Schaltstrecken b1 und b2 leitend werden.
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Jetzt gelangt das Blockiersignal von der Anschlussklemme 90 über die
Schaltstrecken al und b1 allein an das Netzschutz-Messystem 10.
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Das Messystem 11 bleibt somit unbeeinflusst und kann daher weiter
seine Schutzaurgabe erfüllen.
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Jetzt könnte aDer durchaus der Fall eintreten, dass netzseitig eine
Unsymmetrie der Phasenspannungen (z.B. durch Erdachluss einer Hochspannungsnetzleitung)
auftritt, die von diesem Messystem 11 erfasst werden muss.
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Infolge der Unsymmetrie der Phasenspannungen ( welche z.B.
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durch einen netzseitigen Erdschluss verursacht wird) entsteht auch
zwischen dem Sternpunkt der Widerstände 21, 22, 25 und dem gemeinsamen Erdanschluss
(Anschlussklemme 120) eine Nullspannung, die über die Anregeeinrichtung C die Schaltstrecke
c in den leitenden Zustand steuern würde.
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Das hätte über die Schaltstrecken al und c1 eine Blockierung des Messystems
11 zur Folge, weil es natürlich für das Auftreten einer Null spannung an der Widerstandssternschaltung
gleichgültig ist, ob ein Fehler in der Leitung 9 oder schon im Hochspannungsnetz
vorliegt.
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Es ist daher erforderlich, das dritte Schaltelement zu sperren. Dazu
ist der Anregeeinrichtung C die Reihenschaltung der Schaltstrecken a5 und b2 parallel
geschaltet. Ueber diese ist die Anregeeinrichtung C überbrückt, die Schaltstrecke
c1 (auch c2) bleibt hochohmig und das Messystem 11 wird nicht blockiert.
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Selbstverständlich bleibt die Funktionsweise der Ueberwachungseinrichtung
die gleiche, wenn ein Fehler in der Leitung 9 auftritt; die Messysteme 10 und 11
sowie die zweiten und dritten Schaltelemente sind völlig gleichrangig.
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Sollten zuerst das erste und dritte Schaltelement ansprechen, so wird
das zweite Schaltelement gesperrt9 indem seiner Anregeeinrichtung B die Reihenschaltung
der Schaltstrecken a2 und c2 parallel liegt.
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Bei jeder Störung, die auf einer der Leitungen 8 oder 9 vorkommt,
wird in der zuvor beschriebenen Weise jeweils das an der gestörten Leitung liegende
Netzschutz-Messystem blokkiert. Es besteht weiter kein Unterschied in der Funktion,
wenn in jede Leitung unmittelbar nach deren Anschlusspunkt an die zugehörige Sekundärwicklung
des Mehrphasen-Spannungswandlers Schmelzsicherungen eingeschaltet sind.
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Damit werden lediglich stromstärkere Fehler (Kurzschluss zweier Phasen
etc.) zeitlich begrenzt - deshalb sind sog.
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superflinke Schmelzsicherungen von Vorteil - und erscheinen dann wirkungsmässig
gleich wie eine Leitungsunterbrechung.
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Nach einer bevorzugten Ausführung erhält der Mehrphasen-Spannungswandler
1 zwei gleiche Sekundärwicklungen la und lb.
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Das gegenüber der Fig. 1 geänderte Schaltungsdetail ist der Fig. 2
zu entnehmen.
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Entsteht bei dieser Variante ein Fehler etwa an der Sekundärwicklung
la bei Phase R, dann arbeitet die Ueberwachungseinrichtung ebenso wie im vorhin
besprochenen Fehlerfall. Der Schutzbereich erstreckt sich dann auch über die Sekundärwicklungen
des Mehrphasen-Spannungswandlers.
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Aus diesen Ueberlegungen heraus ist es auch möglich, zwei primärseitig
parallelgeschaltete Mehrphasen-Spannungswandler vorzusehen, wodurch der Schutzbereich
der Ueberwachungseinrichtung bis zur Anschlussstelle an der Hochspannungsleitung
reicht.
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In der Zeichnung ist als Blockiersignal beispielsweise Erdpotential
an die Anschlussklemme 90 gelegt. Wie nun die Blockierung tatsächlich ausgeführt
wird, hängt selbstverständlich von den verwendeten Messystemen ab. So ist es unter
anderem möglich, mit Hilfe dieses Erdpotentials ein Hilfsschaltelement zu betätigen,
das z.B. bei einem Drehspulen-
Messwerk die Spannungsspule kurzschliesst.
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Wenn auch in der Zeichnung als Schaltelemente elektromechanische Relais
mit den Spulen A, B und C und den Kontakten al bis a3 sowie bl, b2, cl und C2 dargestellt
sind, so ist das nur als Beispiel zu verstehen.
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Grundsätzlich können alle Arten von Schaltelementen, auch sogenannte
Reed-Relais oder aus statischen Elementen bestehende elektronische Schalter zur
Anwendung kommen. Wichtig ist idtglichw dass deren Anspreghzeiten kürzer als die
der Netzschutz-Messysteme sind, Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, zwei Netzschutz-Messysteme
vorzusehen; es kann bei Bedarf eines durch Ersatzwiderstände nachgebildet sein>
um auf diese Weise eine identische Belastung der Leitungen 8, 9 zu erreichen.