DE2062854C3 - Überwachungseinrichtung für Leitungen zwischen einem Mehrphasen-Spannungswandler und einer Netzschutz-Meßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für Leitungen zwischen einem Mehrphasen-Spannungswandler und einer Netzschutz-Meßeinrichtung.

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-Meßsystemen selbst nur niedrige Spannungen vorhanden sind.

Um hochspannungsfeste Leitungen einzusparen, wird man die notwendigen Mehrphasen-Spannungswandler möglichst in unmittelbarer Nähe der Netzleitungen anordnen. Von der Sekundärseite der Spannungswandler sind dann bis zur eigentlichen Meßeinrichtung, die sich vorzugsweise in einer Schaltstation befindet, Zuleitungen erforderlich, die lediglich hinsichtlich der niederen Spannungen isoliert sein müssen.

Besonders bei .zentral angeordneten Netzschutz-Meßsystemen können aber diese Zuleitungen selbst eine beträchtliche Länge erreichen.

Eine schadhafte Zuleitung kann jedoch einen Fehler der zu schützenden Netzleitung vortäuschen und somit deren ungewollte Abschaltung auslösen, weil das Netzschutz-Meßsystem selbst nicht zwischen einem netzseitigen Fehler (bei dem es anzeigen muß) und einem Fehler auf der Zuleitung vom Spannungswandler unterscheiden kann.

In den meisten bekannten Anlagen sind die Spannungszuleitungen zu den Meßsystemen nur gegen Kurzschlüsse gesichert Für diese Zwecke verwendet man Sicherungsautomaten, die ab einer bestimmten Stromstärke die zugehörigen Meßsysteme von den Spannungswandlern trennen und mit einem Hilfskontakt blockieren.

Ein wesentlicher Nachteil ist darin zu sehen, daß für schnelle Netzschutzeinrichtungen die Verwendung von Sicherungsautomaten 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

Durch die DE-PS 5 56 810 ist es bekannt, eine erste bewegliche Mehrphasen-Speiseleitung für einen Motor durch Vergleich mit einer zweiten Parallelleitung zu überwachen. Dabei sind in diese Parallelleitungen Relais eingebaut, die nur dann ansprechen und eine Unterbrechung aller Mehrphasen-Speiseleitungen bewirken, wenn eine dieser Mehrphasen-Speiseleitungen unterbrochen ist

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Überwachungseinrichtung für Leitungen zwischen einem Mehrphasen-Spannungswandler und einer Netzschutz-Meßeinrichtung anzugeben, welche zwischen Fehlern in dem zu überwachenden Hochspannungssystem und Fehlern auf den Meßleitungen selbst unterscheiden kann.

Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran-

sprachen beschrieben.

Per Vorteil der Erfindung ist vor allem darin zu sehen, daß mit Sicherheit eine Fehlauslösung der Netzschutz-Meßsysteme verhindert wird, unabhängig davon, ob in einer Meßleitung, d. h. in einer Leitung zwischen einem Mehrphasen-Spannungswandler und einer Netzschutz-Meßeinrichtung, ein Kurzschluß oder eine Leitungsunterbrechung auftritt

Es empfiehlt sich, die in getrennten Kabeln verlegten Leitungen gemeinsam an die Sekundärwicklung eines i» Mehrphasen-Spannungswandlers anzuschließen.

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 Überwachungseinrichtung erkannt

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 Überwachungseinrichtung eine Leitungsunterbrechung, die von einer abgeschmolzenen Sicherung nachgebildet wird, das deutlichste Auslösekriterium dar.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn zwischen Leitungen gleicher Phase der getrennten Kabel Primärwicklungen von Spannungswandlern geschaltet sind, deren Sekundärwicklungen fiber jeweils eine Gleichrichter-Brückenschaltung an die Anregeeinrichtung eines gemeinsamen ersten Schaltelements geführt sind, und wenn zwischen den Leitungen je eines Kabels in Sternschaltung liegende ohmsche Widerstände in Verbindung mit jeder -» Sternschaltung zugeordneten zweiten und dritten Schaltelementen vorgesehen sind, wobei die Anregeeinrichtungen dieser Schaltelemente jeweils zwischen einem der Sternpunkte aus der Sternschaltung der ohmschen Widerstände und dem der gesamten Oberwaübungseinrichtung gemeinsamen Erdanschluß eingeschaltet sind

Weiterhin ist es empfehlenswert, die zweiten und dritten Schaltelemente so auszubilden, daß das jeweils zuerst ansprechende bei bereits erregtem erstem Schaltelement das andere sperrt, a'so am Ansprechen hindert

In der Zeichnung sind erfindungsgemäße Ausführungen beispielsweise dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausfiihrungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine Abwandlung der Einrichtung nach F i g. 1, wobei lediglich das abgeänderte Schaltungsdetail dargestellt ist

In den Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugsziffern vertehen, die folgendes bedeuten: «

1 bzw. 1' einen Mehrphasen-Spannungswandler mit Sekundärwicklungen, la bzw. la und Xb, ferner 2,3,4, S, 6 und 7 superflinke Schmelzsicherungen, 8 und 9 Leitungen zu den Meßsystemen 10 und 11. Weiterhin sind mit 12, 13 und 14 Spannungswandler oder &o Differenzspannungsdetektoren und mit IS, 16 und 17 Gleichrichter-Bruckenschaltungen bezeichnet. Die Bezugsziffern 18, 19, 20, 21, 22 und 23 kennzeichnen ohmsche Widerstände. Mit A, Sund Csind Anregeeinrichtungen und mit a\, ai, a% b\, tu, c\, O₂ Schaltstrecken der ersten, zweiten und dritten Schaltelemente gekennzeichnet R, S und Tbezeichnen Netzphasen. Anschlußklemmen sind mit den Bezugsziffern 30, 40, SO, 60, 70, 80,90, IQO, UO und 120 versehen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemÄßen Einrichtung sei anhand von Fig, I näher erläutert

Ober den Mehrphasen-Spannungswandler 1 werden die Spannungen der Phasen H, Sund Theruntertransformiert und an dessen Sekundärwicklung la abgegriffen. Die Leitungen 8 und 9 zu den Netzschutz-Meßsystemen 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 Meßsysteme abgetrennt werden. Sofern alle Leitungen 8 bzw. 9 in Ordnung sind, und auch die superflinken Schmelzsicherungen 2 bis 7 nicht durchgeschmolzen 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 50,30 unöf 80 sowie 40 und 70 keine Spannung, die über einen der Differenzspannungsdetektoren oder Spannungswandler 12, 15 bzw. 13, 16 bzw. 14, 17 aus je ',r-jd je einem der Gleichrichter-Brückenschaitungen la br-t 17 die Anregeeinrichtung A für das erste Schaltelement A, a,, a₂ beeinflussen könnte.

Wenn nun z. B. für die Phase R in der Leitung 8 eine Unterbrechung auftritt, muß das Meßsystem 10 blockiert werden, damit dieses nicht die Abschaltung der ungestörten Netzleitung auslöst

Zu diesem Zweck wird die infolge der Unterbrechung entstehende Spannungsdifferenz zwischen den Phasen R der Leitungen 9 und 8 von der Primärwicklung des Spannungswandlers 14 erfaßt

Von der Phase R der Leitung 9 fließt über die Anschlußklemme 80, die hochohmige Primärwicklung des Spannungswandlers 14 und weiter über die Anschlußklemme 30, den Spannungspfad (Spannungsspule bei einem Drehspulmeßwerk) des Meßsystems 10 zurück über die Phasen 5 bzw. Tder Leitung 8 ein sehr kleiner Wechselstrom. Bei einer anderen Schaliongsart des Meßsystems kann der Stromkreis auch über den gemeinsamen Erdanschluß geschlossen werden.

Die am Spannungswandler 14 wirksam werdende Wechselspannung wird durch die Gleichrichter-Brükkenschaltung 17 gleichgerichtet und dann der Anregeeinrichtung A zugeführt wodurch die Schaltstrecken a_h a₂ und aj des ersten Schaltelementes leitend werden. Über die Schaltstrecke a\ könnte somit (bei Fehlen von b\ und Ci) sofort ein Blockiersignal (z. B. Erdpotential) an beide Meßsysteme 10 und 11 gelegt werden, wodurch eine ungewollte Abschaltung des Hochspannungsnetzes vermieden wird.

Um zu vermeiden, daß auch das an der einwandfreien Zuleitung 9 angeschlossene Meßsystem U unnötig blockiert wird, ist noch eine Auswahlschaltung, bestehend aus den zweiten und dritten Schaltelementen B, b\, bi und C, Ci C₂ mk deren Schaltstrecken b\, b₂ und q, C₂ sowie deren Anregeeinrichtungen Bund Cvorgesehen. 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. Diese Widerstände bilden zusammen mit diesen zweiten und dritten Schaltelementen je einen Nullspannungsdetektor 18,19, 20, B, b_u bi und 21,72,23, Q c_u C₁.

Da aufgrund 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 eine Nullkomponente der Phasenspannungen, welche die Anregeeinrichtung B des zweiten Schaltelementes speist, worauf dessen Schaltstrecken b\ und bi leitend werden.

Jetzt gelangt das Blockiersignal von der Anschlußklemme 90 aber die Schaltstrecken a, und b\ allein an das Netzschutz-Meßsystem 10.

Das Meßsystem 11 bleibt somit unbeeinflußt und kann daher weiter seine Schutzaufgabe erfüllen.

Jetzt könnte aber durchaus der Fall eintreten, daß netzseitig eine Unsymmetrie der Phasenspannungen (z. B. durch Erdschluß einer Hochspannungsnetzleitung) auftritt, die von diesem Meßsystem U erfaßt werden muß.

Infolge der Unsymmetrie der Phasenspannungen (welche z. B. durch einen netzseitigen Erdschluß verursacht wird) entsteht auch zwischen dem Sternpunkt der Widerstände 21,22,23 und dem gemeinsamen Erdanschluß (Anschlußklemme 120) eine Nullkomponente der Phasenspannungen die über die Anregeeinrichtung Cdie Schaltstrecke c\ in den leitenden Zustand steuern würde.

Das hätte über die Schaltstrecken a\ und c\ eine Blockierung des Meßsystems Il zur Folge, weil es natürlich für das Auftreten einer Spannung an der Widerstandssternschaltung gleichgültig ist, ob ein Fehler in der Leitung 9 oder schon im Hochspannungsnetz vorliegt.

Es ist daher erforderlich, das dritte Schaltelement C, Ci, Ci zu sperren. Dazu ist der Anregeeinrichtung Cdie Reihenschaltung der Schaltstrecken a^ und bi parallel geschaltet. Über diese ist die Anregeeinrichtung C überbrückt, die Schaltstrecke C\ (auch ei) bleibt hochohmig und das Meßsystem 11 wird nicht blockiert.

Selbstverständlich bleibt die Funktionsweise der Überwachungseinrichtungen die gleiche, wenn ein Fehler in der Leitung 9 auftritt; die Meßsysteme 10 und 11 sowie die zweiten und dritten Schaltelemente sind völlig gleichrangig.

Soiiien zuerst das erste und drine Schaltelement A, au ai und C, C\, cj ansprechen, so wird das zweite Schaltelement B, by, bi gesperrt, indem seiner Anregeeinrichtung ßdie Reihenschaltung der Schaltstrecken aj und C2 parallel liegt

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-Meßsystem blockiert. Es besteht weiter kein Unterschied in der Funktion, wenn in jede Leitung unmittelbar nach deren Anschlußpunkt an die zugehörige Sekundärwicklung des Mehrphasen-Spannungswandlers 1 bzw. 1' Schmelzsicherungen 2—7 eingeschaltet sind.

Damit werden lediglich stromstärkere Fehler, Kurzschluß zweier Phasen etc. zeitlich begrenzt
in Nach einer bevorzugten Ausführung erhält der Mehrphasen-Spannungswandler 1 zwei gleiche Sekundärwicklungen Iβ und ib.

Das gegenüber der F i g. 1 geänderte Schaltungsdetail ist der F i g. 2 zu entnehmen.

Entsteht bei dieser Variante ein Fehler etwa an der Sekundärwicklung \a bei Phase R, dann arbeitet die Überwachungseinrichtung ebenso wie im vorhin besprochenen Fehlerfall. Der Schutzbereich erstreckt sich dann auch über die Sekundärwicklungen des Mehrphasen-Spannungswandlers.

Aus diesen Überlegungen heraus ist es auch möglich, zwei primärseitig parallelgeschaltete Mehrphasen-Spannungswandler vorzusehen, wodurch der Schutzbereich der Überwachungseinrichtung bis zur Anschluß-.'"> stelle an der Hochspannungsleitung reicht

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 Meßsystemen i" 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.

Wenn auch in der Zeichnung als Schaltelemente » elektromechanische Relais mit den Spulen A, B und C und den Kontakten a\ bis a₃ sowie by, bi, C\ und C₂ dargestellt sind, so ist das nur als Beispiel zu verstehen.

Grundsätzlich können alle Arten von Schaltelementen, auch sogenannte Reed-Relais oder aus statischen •»ο Elementen bestehende elektronische Schalter zur Anwendung kommen. Wichtig ist lediglich, daß deren Ansprechzeiten kürzer als die der Netzschutz-Meßsysieme sind.

Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, zwei

·>' Netzschutz-Meßsysteme vorzusehen, es kann bei

Bedarf eines durch Ersatzwiderstände nachgebildet

sein, um auf diese Weise eine identische Belastung der

Leitungen 83-zu erreichen. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche; 52

1. Überwachungseinrichtung for Leitungen zwischen einem Mehrphasen-SpannungswandJer und einer Netzschutz-Meßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß jede zu übertragende Phasenspannung Ober ein Paar von in getrennten Mehrphasen-Kabelsystemen (8, 9) verlegten Phasenleitern geführt ist, daß die Netzschutz-Meßeinrichtung für jedes Mehrphasen-Kabelsystem (8, 9) iu ein Meßsystem (10 bzw. 11) aufweist, daß am Meßsystem-Einbauort für jedes Phasenleiterpaar ein Differenzspannungsdetektor (12,15 bzw. 13, 16 bzw. 14,17) vorgesehen ist, der beim Auftreten einer Differenzspannung zwischen den Leitern eines is Phasenleiterpaares ein Blockiersignal für die Meßsysteme (10, 11) bereitstellt, und daß für jedes der Mehrphasen-Kabelsysteme (8,9) ein Nullspannungsdetelctor (18, 19, 20, B, b, bzw. 21, 22, 23, C, c) vorgesehen ist, der beim Auftreten einer Nullkomponente der Phasenspannungen am meßsystemseitigen Ende des betreffenden Mehrphasen-Kabelsystems (8 bzw. 9) das Blockiersignal zu dem diesem Kabelsystem (8 bzw. 9) zugeordneten Meßsystem (10 bzw. 11) durchschaltet

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die in getrennten Mehrphasen-Kabelsystemen (8, 9) verlegten Phasenleiter gemeinsam an einer Sekundärwicklung (\a) eines Mehrphasen-Spannungswandlers (1) ange- jo schlossen sind.

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d.-<3 die in getrennten Mehrphasen-Kabelsystcmen (8, 9) verlegten Phasenleiter jeweils an einer sepa- «ten Sekundärwick- i'~> lung (la, IZ^eines mit zwei gleichen Sekundärwicklungen ausgestatteten Mehrphasen-Spannungswandlers (V) angeschlossen sind.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeden Phasenleiter des Mehrphasen-Kabelsystems (8, 9) und die zugehörige Sekundärwicklung (la bzw. la, Ib) des Mehrphasen-Spannungswandlers (1 bzw. Γ) eine superflinke Schmelzsicherung (2—7) eingeschaltet ist.

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Differenzspannungsdetektor (12, IS bzw. 13,16 bzw. 14,17) einen Spannungswandler (12, 13, 14) und eine an dessen Sekundärwicklungen angeschlossene Gleichrichter- v> Brückenschaltung (15, 16, 17) aufweist, daß die Primärwicklung jedes Spannungswandlers mit einem Paar getrennt verlegter Phasenleiter (8, 9) gleicher Phase (R, S, T) verbunden ist, daß die Ausgänge dieser Gleichrichter-Brückenschaltung an die Anregeeinrichtung (A) eines gemeinsamen ersten Schaltelementes (A, au a₂) geführt sind, daß die Nullspannungsdetektoren (18, 19, 20, B, b_u tu bzw. 21,22,23, C, C\, q) zwischen den Phasenleitern je eines Mehrphasen-Kabelsystems in Sternschal- <>o Hing liegende ohmsehe Widerstände (18,19,20; 21, 22, 23) in Verbindung mit. jeder Sternschaltung zugeordneten zweiten bzw. dritten Schaltelementen (B, bu bi; C, c\, C₂) aufweisen, wobei deren Anregeeinrichtungen (B, C) jeweils zwischen einem der Sternpunkte aus der Sternschaltung der ohmschen Widerstände und dem der gesamten Überwachungseinrichtung gemeinsamen Erdanschluß (120) eingeschaltet sind

5, Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten und dritten Schaltelemente (B, h, &; q q, <*) so ausgebildet sind, daß das jeweils zuerst ansprechende bei bereits erregtem ersten Schaltelement das andere sperrt