DE2326724A1 - Schutzschaltungsanordnung fuer einen elektrischen leistungskreis mit einem hauptschalter - Google Patents
Schutzschaltungsanordnung fuer einen elektrischen leistungskreis mit einem hauptschalterInfo
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Description
DlPL-ING. KLAUS NEUBECKER
Patentanwalt
4 Düsseldor-f 1 · Schadowplatz 9
4 Düsseldor-f 1 · Schadowplatz 9
7326724
43'816 Düsseldorf, 24. Mai 1973
Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh Pa., V. St. A.
Pittsburgh Pa., V. St. A.
Schutzschaltungsanordnung für einen elektrischen Leistungskreis mit einem Hauptschalter
Die vorliegende Erfindung besieht sich allgemein auf Schutzrelaisschaütungen,
insbesondere auf eine Anordnung zur Erfassung der Fehler eines Hauptschalters, um den Fehlerstrom durch diesen Hauptschalter
unabhängig von. dem Niveau des Fehlerstroms su unterbrechen»
Die Auslösung des Hauptschalters in Abhängigkeit von der Erfassung
eines Fehlers mittels eines Fehlerdetektors führt normalerweise zu der Öffnung des Hauptschalters und zws Unterbrechung des diesen
Hauptschalter durchfließenden Fehlerstroms« Unter außergewöhnlichen
Umständen trifft dies aus dem einen oder anderen Grunde nicht zu, so daß 'Hilfsschalter betätigt werden müssen t um eine unzulässige
Belastung des Energienetzes su verhindern= Diese Hilfsschalter
deaktivieren bei ihrer Betätigung weitere Leistungskreise, so daß auch fehlerfreie Kreise unterbrochen werfen. Die Auslösung der
Hilfsschalter soll.daher möglichst vermieden werden, wobei die Auslösung jedoch wesentlich ist, wenn der Hauptschalter tatsächlich
nicht in der Lage ist oder einfach dabei versagt, den Fehlerstrom abzuschalten. Wenn Strom mit einer ein vorgegebenes Minimum
übersteigenden Amplitude in einem Zeitintervall, das für den Schal-
3 0S8517037S ■■ ■
ter eingestellt wurde, um den Fehlerstrom zu unterbrechen, durch
den Hauptschalter fließt, so wird so vorgegangen, als sei der'
Hauptschalter ausgefallen, so daß die Hilfsschalter betätigt werden
müssen, um den Fehlerstrom zu unterbrechen.
Bei entsprechenden Schutzschaltungsanordnungen nach dem Stand der Technik wird die Stromerfassungseinrichtung mit ihren Blindenergie-Speicherelementen
durch das Auftreten des Fehlerstroms aktiviert. Da die Amplitude bzw. das Niveau des Fehlerstroms je nach der Lage
des Fehlers, der Impedanz, der "Steifheit" der Potentialquelle sowie weiteren wesentlichen Faktoren starken Schwankungen unterliegt,
schwankt auch das Niveau der gespeicherten Energie in weiten Grenzen. Die Zeit, die zur Ableitung der gespeicherten Energie
benötigt wird, stellt eine Veränderliche darj, die von dem Niveau
abhängt. Bei den Schaltungsanordnungea nach dem Stand der Technik
wurde es daher notwendig, für ein Zeitintervall zu sorgen, das von der ungünstigsten zu erwartenden Möglichkeit abhängt. Dadurch
wird naturgemäß das Intervall zwischen der Betätigung des Auslösekreises des Hauptschalters und der Betätigung des Auslösekreises
des Hilfsschalters unnötig erhöht, wenn eine weniger ernste Situation
auftritt.
Fig. 2 zeigt eine Schutzschaltungsanordnung nach dem Stand der Technik für ein dreiphasiges Leistungsübertragungssystem ο Die
drei Phasenströme und der Null-Leiterstrom werden drei Strom-/ Spannungswandlern zugeführt. Die Ausgangsspannungen der Wandler
werden gleichgerichtet, und die größte Ausgangsspannung wird dem
Stromerfassungskreis zugeführt. Wenn der zugeführte Wert oberhalb einer vorgegebenen Mindestgröße liegt, wird einem QDER-Netzwerk
(T2) eine verstärkte logische Ausgangsgröße 1 und dem einen Eingang
eines UND-Netzwerks (T3) eine logische 1 zugeführt. Tritt ein Fehler auf, so schließt der Fehlerdetektor (der ein Distanzrelais
sein kann) Kontakte 62X, so daß eine logische 1 an den anderen Eingang des UND-Netzwerks (T3) geliefert wird. Beim Auftreten
der beiden logischen 1-Werte gibt das UND-Netzwerk (T3)
3O.98S1/O37S
eine logische 1 ab, so daß die Zeitvorgabe durch den Zeitgeber eingeleitet^
ferner das ODER-Netzwerk (T1) eine logische 1 als Eingangssignal
erhält, so daß das UND-Netzwerk (T3) den Zeitgeber so
lange aktiviert hält, wie der Stromerfassungskreis einen Strom erfaßt, der größer als der vorgegebene Mindeststrom ist. Wenn dieser
Stromwert anhält, bis das durch den Zeitgeber vorgegebene Zeitintervall abgelaufen ist, so betätigt der Zeitgeber das Auslöserelais
(TR), das dann seinerseits für eine Aktivierung des Schalter-<Fehlerrelais
86BF sorgt, das sich im aktivierten Zustand verriegelt. Schalter-Fehlervorrichtungen nach dem Stand der Technik wie diese
werden normalerweise so eingestellt, daß sie ein Zeitintervall von 10-20 Perioden zwischen dem Auftreten des Fehlers 'liefern,
wenn der Hauptschalter versagt und dann die Hilfsschalter den Fehler
aufheben.
Erfindungsgemäß ist eine Schutzschaltungsanordnung für einen einen Hauptschalter enthaltenden Leistungskreis, mit einer von
einer analogen Ausgangsgröße, die durch die Größe des den Hauptschalter durchfließenden Stroms bestimmbar ist, gespeisten ersten
Stufe, mit einem eingangsseitig an die erste Stufe angeschlossenen und somit durch die analoge Ausgangsgröße gespeisten Fehlerdetektor,
der ausgangsseitig betätigt wird, wenn die eingangsseitige Speiseenergie einen Fehler in dem durch den Hauptschalter geschützten
Leistungskreis feststellt, mit einem mit .dem Ausgang des Fehlerdetektors
verbundenen Zeitgeber, der ein vorgegebenes Zeitintervall im Anschluß an seine Betätigung durch den Ausgang des Fehlerdetektors
festlegt, mit einer einen ersten und einen zweiten Schaltzustand aufweisenden Schaltvorrichtung, die an den Zeitgeber
so angeschlossen ist, daß sie am Ende des Zeitintervalls aus ihrem ersten in den zweiten Schaltzustand übergeht, gekennzeichnet durch
eine zur Erfassung des Niveaus der analogen Ausgangsgröße geeignete
Stromerfassungseinrichtung, durch eine zweite Stufe, die den Eingang der Stromerfassungseinrichtung über die Schaltvorrichtung
schaltbar mit der ersten Stufe verbindet, wobei die Schaltvorrich-
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tung normalerweise den ersten Schaltzustand beibehält, um eine Aktivierung der Stromerfassungseinrichtung zu verhindern, bei
übergang in den zweiten Schaltzustand dagegen eiae Aktivierung
der Stromerfassungseinrichtung durch die analoge Ausgangsgröße veranlaßt, um die Anwesenheit bzw. Abwesenheit eines Mindestniveaus
der analogen Ausgangsgröße lediglich im Anschluß an die Zeitfestlegung des Zeitgebers und die Auslösung der Schaltvorrichtung
dadurch zu ermitteln.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Schutzschaltungsanordnung
einen Hilfsschalter auf, der mit dem Ausgang der Stromerfassungseinrichtung so verbunden ist, daß die Stromerfassungseinrichtung
nach dem Ausfall des Hauptschalters auf einen vorgegebenen Mindestwert der analogen Ausgangsgröße anspricht
und dabei den Hilfsschalter betätigt.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen
.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung; und
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer entsprechenden Schaltungsanordnung
nach dem Stand der Technik.
Entsprechend der Erfindung wird ein Zeitgeber unmittelbar durch
die oben erwähnten 62X-Kontakte betätigt und so eingestellt, daß er ein vorgegebenes Zeitintervall festlegt, das beispielsweise
die Gesamtzeit (5 Perioden) ist/ entsprechend der normalen Fehlerbeseitigungszeit
des Schalters (2 Perioden) und einem zusätzlichen Spielraum (3 Perioden). Nimmt man für dieses Beispiel an, daß die
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Hilfsschalter ebenfalls 2 Perioden-Schalter sind und die Fehlerdetektor-
oder Schutzrelais-Zeit I Periode ist, so beseitigt der Hilfsschalter den Fehler, in 8 Perioden (5 + 2+1) nach dem Auftreten
des Fehlers, wenn der Hauptschalter versagt. Schalter-Fehlervorrichtungen
nach dem Stand der Technik sind normalerweise so eingestellt/ daß sie ein Zeitintervall von 10 - 12 Perioden ergeben.
Für moderne Übertragungsspannungen und Netζverbindungen ist diese
Verringerung von oberhalb 20 % gegenüber den entsprechenden Vorrichtungen nach dem Stand der Technik extrem wichtig, wobei eine
Beeinträchtigung oder Beschädigung der Anlagen und die Systeminstabilität auf ein Minimum herabgesetzt werden.
Im einzelnen ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 1 allgemein eine übertragungsleitung bezeichnet, die über einen Hauptschalter 4 an
eine örtliche Sammelleitung 2 angeschlossen ist. Die Sammelleitung
2 ist über Schalter 10 und 12 an energieführende Leitungen 6 bzw. 8 angeschlossen, wobei die Schalter 10 und 12 hinsichtlich eines
in der übertragungsleitung 1 auftretenden Fehlers F als Hilfsschalter
wirken und daher hier als solche bezeichnet werden.
Der Hauptschalter 4 wird durch einen Fehlerdetektor oder ein Schutzrelais 14 überwacht. Der Fehlerdetektor 14 wird in der veranschaulichten
Weise über einen Spannungswandler 16 mit einem der Spannung der Sammelleitung 2 proportionalen Spannungssignal und
über einen Stromwandler 18 mit einem dem Strom in der übertragungsleitung
1 proportionalen Stromsignal gespeist. Der Einfachheit halber ist nur eine einphasige übertragungsleitung wiedergegeben, wobei
die gezeigten Leitungen durch das nicht an Erde liegende Potential
gespeist werden. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung sich in gleicher Weise für ein mehrphasiges System einsetzen läßt,
wobei jede Phase dann einen Stromwandler und einen Spannungswandler,
ferner einen gesonderten Fehlerdetektor·enthalten würde. Wird
mit den üblichen Mehrphasen-Schaltern gearbeitet, so würde der Fehlerdetektor den Hauptschalter 4 aktivieren, und eine durch die
Mehrphaserileituhgeri gespeiste einzelne ^Stroraerfassungseinrichtung
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20 würde für die beiden Mehrphasen-Hilfsschalter 10 und 12 verwendet.
Wirdmit einphasigen Schaltern gearbeitet, dann würde jeder Fehlerdetektor naturgemäß einen Schalter in seiner eigenen Phase
speisen, und eine gesonderte Stromerfassungseinrichtung würde von
jedem Stromwandler gespeist und individuell angeschlossen sein, um den zugeordneten Schalter in seiner entsprechenden Phase aus~
zulösen.
Wie mit Fig. 1 gezeigt, wird an einem Widerstand 22, der zwischen
den Stromwandler 18 und den Stromeingang des Fehlerdetektors 14 geschaltet ist, eine Signalgröße erzeugt, die ein für den Strom
in der übertragungsleitung 1 repräsentatives Niveau hat. Die Signalgröße
ist nach Auslösung oder Betätigung einer Schaltvorrichtung dahingehend wirksam, daß die Stromerfassungseinrichtung 20 aktiviert
wird. Die Stromerfassungseinrichtung 20 kann jeden geeigneten Aufbau haben, der ein Ausgangssignal liefert, wenn das Niveau des
speisenden Signals ein vorgegebenes Mindestniveau überschreitet.
Eine geeignete Ausführungsform einer Stromerfassungseinrichtung
20 für das Einzelphasensystem würde etwa einen Eingangs-Spannungswandler, ein Phasenteilernetzwerk, einen Vollweggleichrichter,
eine Schaltung zur Erfassung des Niveaus der Gleichrichter-Eingangssignalgröße sowie einen Ausgangskreis aufweisen, der erregt wird,
wenn das Niveau des gleichgerichteten Eingangssignals das vorgegebene Mindestniveau erreicht oder überschreitet. Eine entsprechende
Stromerfassungseinrichtung für drei Phasen arbeitet mit stromgespeisten Wandlern, und in diesem Fall würde der Widerstand 22 entfallen,
während die Schaltvorrichtung 24 nicht normalerweise geöffnet, sondern normalerweise geschlossen wäre.
Die Auslösung des Zeitgebers 26, so daß dieser das vorgegebene Zeitintervall festlegt, erfolgt durch Betätigung des Fehlerdetektors 14 (Schließung der 62X-Kontakte) über einen Impulsdehner
Der Zeitgeber könnte beispielsweise von einem Westinghouse~TD-5-Zeitverzögerungsrelais
gebildet sein. Der Impulsdehner 28 ist eine allgemein bekannte Schalteinrichtung, die sich automatisch akti-
3098S17037S
viert hält, wenn die Kontakte 62X schließen, und die sich nach
einem Zeitintervall, das größer als das maximale Zeitintervall des Zeitgebers 26 ist, automatisch deaktiviert oder rücksetzt.
Bei Einleitung des Zeitintervalls läßt der Zeitgeber 26 die Schaltvorrichtung 24 in den geschlossenen Zustand übergehen, so daß die
den Strom in der übertragungsleitung 1 repräsentierende Größe die Stromerfassungseinrichtung 20 speisen kann. Werden statt
dessen stromgespeiste Wandler verwendet, so läßt der Zeitgeber 26 die Schaltvorrichtung 24 in den geöffneten Zustand übergehen,
um den dazu parallelen Stromnebehschluß aufzuheben..
Die Erfindung stellt somit eine Schutzschaltungsanordnung für Schalter zur Verfügung, die die Zeit verringert, die notwendig ■
ist, um die Hilfsschalter zu betätigen, wenn der Hauptschalter
versagt, um den Fehlerstrom zu unterbrechen, ohne die Sicherheit des Leistungsnetzes zu verringern, wenn eine unnötige Deaktivierung
fehlerfreier Teile des Leistungsnetzes durch Auslösung der Hilfsschalter vermieden werden soll.
Patentansprüche ι
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Claims (6)
- am D „Patentansprüche :(1.^Schutzschaltungsanordnung für einen einen Hauptschalter enthaltenden elektrischen Leistungskreis, mit einer von einer analogen Ausgangsgröße/ die durch die Größe des den Hauptschalter durchfließenden Stroms bestimmbar ist, gespeisten ersten Stufe, mit einem eingangsseitig an die erste Stufe angeschlossenen und somit durch die analoge Ausgangsgröße gespeisten Fehlerdetektor , der ausgangsseitig betätigt wird, wenn die eingangsseitige Speisaenergie einen Fehler in dem durch den Hauptschalter geschützten Leistungskreis feststellt, mit einem mit dem Ausgang des Fehlerdetektors verbundenen Zeitgeber, der ein vorgegebenes Zeitintervall im Anschluß an seine Betätigung durch den Ausgang des Fehlerdetektors festlegt, mit einer einen ersten und einen zweiten Schaltzustand aufweisenden Schaltvorrichtung, die an den Zeitgeber so angeschlossen ist, daß sie am Ende des Zeitintervalls aus ihrem ersten in den zweiten Schaltzustand übergeht, gekennzeichnet durch eine zur Erfassung des Niveaus der analogen Ausgangsgröße geeignete Stromerfassungseinrichtung (20) durch eine zweite Stufe (22), die den Eingang der Stromerfassungseinrichtung (20) über die Schaltvorrichtung (2 4) schaltbar mit der ersten Stufe (18) verbindet, wobei die Schaltvorrichtung (24) normalerweise ihren ersten Schaltzustand beibehält, um eine Aktivierung der Stromerfassungseinrichtung (20) zu verhindern, bei Übergang in den zweiten Schaltzustand dagegen eine Aktivierung der Stromerfassungseinrichtung durch die analoge Ausgangsgröße veranlaßt, um die Anwesenheit bzw. Abwesenheit eines Mindestniveaus der analogen Ausgangsgröße lediglich im Anschluß an die Zeitfestlegung des Zeitgebers (26) und die Auslösung der Schaltvorrichtung (24) dadurch zu ermitteln.309851/0375
- 2. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der Stromerfassungseinrichtung ein Hilfsschalter (10) angeschlossen ist, so daß bei Ausfall oder Versagen des Hauptschalters (4) die Stromerfassungseinrichtung (20) auf einen vorgegebenen Mindestwert der analogen Ausgangsgröße anspricht und den Hilfsschalter (10) betätigt.
- 3. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- ' kennzeichnet, daß die Stromerfassungseinrichtung Blindelemente aufweist, die über die Schaltvorrichtung (24) in deren zweitem Schaltzustand an die erste Stufe (18) angeschlossen sind, um so die Blindelemente durch die analoge Ausgangsgröße der ersten Schaltstufe (18) zu speisen.
- 4. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung sich normalerweise im geöffneten Zustand befindet und infolge der Einleitung des Zeitintervalls durch den Zeitgeber (26) in ihren geschlossenen Zustand übergeht.
- 5. Schutzschaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe ein Stromwandler (18) ist, der durch Energie gespeist wird, die seine in Reihe mit dem Stromkreis mit dem Hauptschalter (4) geschaltete Primärwicklung abgibt«,
- 6. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerdetektor (14) mindestens teilweise durch den Stromtransformator gespeist ist und mit seinem Ausgang so angeschlossen ist, daß der Hauptschalter beim Auftreten eines Fehlers in dem durch den Hauptschalter zu schützenden Leistungskreis betätigt wird.KM/S3B 330S8S1/Q375Jo
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