DE2413399C2

DE2413399C2 -

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Publication number: DE2413399C2
Application number: DE19742413399
Authority: DE
Inventors: Robert Baden Ch Schilling
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1974-02-27
Filing date: 1974-03-20
Publication date: 1989-04-20
Also published as: NL183001B; ES435029A1; DE2413399A1; AT346960B; FR2262428B1; SE407316B; AU7847975A; NL7502359A; BE825874A; DK68075A; ATA139875A; FR2262428A1; SE7501981L; IT1033141B; NL183001C; CH577762A5

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur Fehlerüberwachung eines aus wenigstens einer Sammelschiene und deren Abzweigen bestehenden Systems nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er in der Siemens- Zeitschrift 46 (1972), Heft 4, S. 257-259 beschrieben ist. Dort ist ein 3fach gesicherter Sammelschienenschutz angegeben, bei dem Vergleichsgrößen für die je Phase in den Abzweigen fließenden Ströme gebildet sowie der Absolutwert des Summenstromes der in den Abzweigen fließenden Ströme und die Summe der Absolutwerte dieser Ströme ermittelt werden. Ist der Absolutwert des Summenstromes gleich dem s-fachen der Summe der Absolutwerte, 0,5s1, so wird ein das zu schützende System ausschaltendes Auslösesignal unter Zwischenschaltung eines UND-Gliedes abgegeben. Ist mit Sättigungserscheinungen zu rechnen, so wird mit der Auswertung von zwei aufeinanderfolgenden Halbschwingungen gearbeitet.

Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung anzugeben, die bei hoher Selektivität bezüglich interner und außenliegender Fehler einen schnelleren Sammelschienenschutz ermöglichen und vom Wandlerzustand, insbesondere von der Wandlersättigung, unabhängig sind.

Als interner Fehler sind hierbei alle jene Fehler zu bezeichnen, die auf der jeweils in Betracht gezogenen Sammelschiene sowie den dazugehörenden Abzweigen auftreten, wobei der in den jeweiligen Abzweig geschaltete Wandler des Schutzes die Grenze zwischen dem Ort der internen und der außenliegenden Fehler bildet. Als außenliegende Fehler sind demnach alle jene Fehler zu bezeichnen, die zwischen dem jeweiligen letztgenannten Wandler bzw. Stromwandler und dem zugehörigen nichtsammelschienenseitigen, d. h. freien, Abzweigende auftreten (siehe auch Fig. 1).

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Signal für die Schutzauslösung innerhalb einer Halbschwingung des Wechselstromes zur Verfügung steht.

Die mit der Erfindung erzielten weiteren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß diese selbst bei komplizierten Anlagen mit Mehrfachsammelschienen einen einfachen Schutzaufbau aufweist. Die Messung erfolgt beim Schutz gemäß der Erfindung je Sammelschiene pro Phase getrennt. Deshalb ist für jede solche Sammelschiene nur eine einzige Meßeinrichtung vorzusehen, für deren Kalibrierung nur ein minimaler Aufwand erforderlich ist. Für den Schutz ist je Abzweig und Phase nur ein Stromwandler erforderlich, wobei dieser außerdem nur vom Übersetzungsverhältnis des jeweiligen Hauptstromwandlers abhängt. Die ermöglicht einen Schutzaufbau mittels dezentralisierter Relais-Häuschen. Aber auch der Aufwand an Schaltungselementen ist gemäß der Erfindung im Vergleich mit dem Bekannten wesentlich verringerbar. Außerdem läßt sich der erfindungsgemäße Sammelschienenschutz ohne Aufwand leicht an beliebige Sammelschienensysteme anpassen.

Durch den Einsatz der Erfindung ergibt sich vor allem ein einfaches Trennerbild bzw. Signalisierung der jeweiligen Trennerstellungen, und die Sammelschienenkupplungen können wie Abzweige behandelt werden. Außerdem sind hierbei die elekrischen Anforderungen an die Hauptstromwandler und die Stromwandler insbesondere hinsichtlich der Überstromzahl, also jener Zahl, die angibt, beim wievielfachen Nenneingangsstrom der Stromfehler auf 10% ansteigt, sowie hinsichtlich der Klasse nicht so hoch gesetzt wie bei den auf dem Differenzstromprinzip arbeitenden bekannten Schutzrelais. Durch den erfindungsgemäßen Schutz ist insbesondere erreichbar, daß die Verdrahtung der Elektronik, wie deren interne Schrankverdrahtung bzw. -verbindungen, mittels Schienen erfolgen kann, was die konstruktive Ausführung sowie die Prüfung der jeweiligen Schutzeinrichtung sehr vereinfacht.

Mittels der Erfindung ist vor allem in einfacher Weise eine beträchtliche Verbesserung der Schutzwirkung insbesondere auch bei außenliegenden Kurzschlüssen mit Sättigung der Stromwandler erreichbar, indem das Auslösen der Schutzeinrichtung oder deren Sperren durch Potentialwechsel an den Eingängen einer z. B. als Differenzverstärker ausgebildeten Meßeinrichtungen der Erfindung erfolgt.

Zum einschlägigen Stand der Technik wird zusätzlich auf die DE-OS 22 16 377 verwiesen. Bei der dort beschriebenen Schaltungsanordnung ist in den Sekundärkreis der Hauptstromwandler jedes Abzweiges ein Zwischenwandler geschaltet, an welche zur Bildung der arithmetischen Summe der in den Hauptstromwandlern fließenden Ströme ein Zweiweggleichrichter angeschlossen ist. Zur Bildung der vektoriellen Summe der Ströme dient ein weiterer Stromwandler, der primärseitig an die parallelgeschalteten Sekundärwicklungen der Hauptstromwandler angeschlossen ist.

Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es, bei selber Wirkung den Vergleichswandler samt nachgeschaltetem Gleichrichter zu vermeiden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1-3 dem Stand der Technik äquivalente, nicht erfinderische Schaltungen zur Erläuterung der Problemstellung und der Funktionsweise der Erfindung,

Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 Diagramme, mittels derer die Wirkungsweise des Sammelschienenschutzes gemäß der Erfindung ergänzend dargelegt wird,

Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und die

Fig. 7-9 für die Funktion der Schaltung gemäß Fig. 6 maßgebende Schaltungsteile.

Wie in Fig. 1 für einen bestimmten Betriebsfall schematisch dargestellt ist, werden prinzipiell auch für jeden anderen Fall zur Erfassung des jeweiligen Betriebszustandes der zu überwachenden Sammelschiene S samt Abzweigen 1 bis n die in den jeweiligen Abzweigen 1, 2, . . ., n mittels der in der Zeichnung dargestellten Stromwandler T₁ bis T _n sich ergebenden Sekundärströme oder kurz Ströme i₁, i₂, . . . i _k, i₁, . . ., i _n herangezogen. Der Bereich der internen Fehler F _I ist hierbei durch die Sammelschiene S und die bis zu den Stromwandlern T₁ bis T _n reichenden Abschnitte der Abzweige 1 bis n bestimmt, wie auch durch die in sich geschlossene, strichpunktierte Linie in Fig. 1 angedeutet wurde. Die außerhalb dieses abgegrenzten Bereichs der internen Fehler F _I sich befindenden Abschnitte legen den Bereich der außenliegenden Fehler F _A fest.

Gemäß der Erfindung wird nun der Absolutwert des Summenstromes

|Σi |=|i₁+i₂+ . . . +i _n|

gebildet.

Ohne Sättigungserscheinungen der bei den erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen vorgesehenen und nachstehend beschriebenen Hauptstrom- und Zwischenstromwandler ist

|Σi |=0,

wenn normaler Betriebszustand herrscht oder ein außenliegender Fehler besteht. Bei

|Σi |≠o

liegt hingegen ein interner Fehler vor.

Als Summe der Absolutwerte aller Abzweigströme ergibt sich weiteres

Σ|i |=|i₁|+|i₂|+ . . . +|i _n|,

wobei immer

Σ|i |≠0

ist.

Der Vergleich der Summe der Absolutwerte der Ströme i₁, i₂, . . ., i _n, . . mit dem Absolutwert der Summe der Ströme i₁, i₂, . . ., i _n, . . . erfolgt in nachstehend dargelegter Weise.

Ist die Gleichung

|Σi |=k Σ| i |0<k1

erfüllt, so löst der Sammelschienenschutz gemäß der Erfindung aus, wobei mittels des Faktors k die Auslöseempfindlichkeit bei internem Fehler entsprechend gewählt werden kann.

Der Sammelschienenschutz weist außerdem noch pro Abzweig je ein nachstehend substantiiertes Netzwerk auf, das bei außenliegendem Fehler mit Wandlersättigung insbesondere ein Sperrsignal EINS liefert und dadurch ein Auslösen des Schutzes verhindert. Im Falle einer Wandlersättigung bei einem äußeren Fehler wird nämlich ein interner, d. h. ein auf der Sammelschiene oder einem dazugehörenden Abzweig 1 bis n liegender interner Fehler vorgetäuscht, so daß für einen solchen Fall die Abschaltung der Sammelschiene verhindert werden muß.

Anhand der Fig. 2 ist nachstehend der Fall des normalen Betriebes und außenliegenden Fehlers ohne Wandlersättigung beschrieben, wobei der nachstehenden Figurenbeschreibung das einphasige Schema mit einer Sammelschiene S und zwei Abzweigen 1, 2 gemäß Fig. 2 zugrundeliegt. Hierbei sind die Hauptschalter mit S₁ und S₂, die Hauptstromwandler in den Abzweigen 1 und 2 mit T ¹ und T ², die dazugehörenden Zwischenstromwandler mit T₁ und T₂, die Dioden des zum Abzweig 1 gehörenden Netzwerkes mit D₁¹, D₂¹, D₃¹ und D₄¹, die Dioden des zum Abzweig 2 gehörenden Netzwerkes mit D₁², D₂², D₃² und D₄², der Vergleichswandler mit T und der zugehörige Brückengleichrichter mit G sowie die Widerstände für die Abnahme der Meßspannungen bzw. Bildung der Auslösesignale NULL oder EINS mit R₁ sowie R₂ und die zu einem Auslöserelais A gehörende Auslöseleitung der Hauptschalter S₁ und S₂ mit 2 a bezeichnet.

Der Strom fließt z. B. im Abzweig 1 zur Sammelschiene 1 und im Abzweig 2 von der Sammelschiene 1. Die Sekundärströme in den beiden Stromwandlern T₁ und T₂ haben folgende Stromrichtung:

Der Strom i₁ fließt über die Diode D₂¹ zum Vergleichswandler T und/über den Widerstand R₁ und die Diode D₃¹ zurück zum Stromwandler T₁. Der Strom i₂ fließt über die Diode D₁² zum Vergleichswandler T und ebenfalls über den Widerstand R₁ und die Diode D₄² zurück zum Stromwandler T₂. Die beiden Ströme im Vergleichswandler T sind entgegengesetzt gerichtet, dadurch ist bei Fehlerfreiheit oder außenliegendem Fehler ohne Wandlersättigung der Strom auf der Sekundärseite von T=0, das heißt,

|Σi |=0.

Über den Widerstand R₁ fließt die Summe der Absolutwerte der Abzweigströme und die dabei abfallende Spannung ist:

u _R₁=(|i₁|+|i₂|)R₁=R₁Σ|i |.

Die Spannung u _R₂ ist, wegen |Σi |=0, gleich Null.

Die beiden Meß- bzw. Auslöseausgänge U _R₁, U _R₂ bilden zugleich die Eingänge einer nicht dargestellten Meßeinrichtung, z. B. eines Differentialverstärkers. Die Potentiale der Auslöseausgänge U _R₁ und U _R₂ sind:

u _R₁<u _R₂.

Die Meßeinrichtung liefert hierauf das Auslösesignal NULL, worauf das Auslöserelais A die Hauptschalter S₁ und S₂ mittels der angedeuteten Auslöseleitung 2 a nicht auslöst.

Der Fall eines symbolisch durch Pfeil F _I an der Sammelschiene S angedeuteten internen Fehlers ist nachstehend mittels der Fig. 3 erläutert.

Die Richtung der Ströme in den beiden Abzweigen 1 und 2 bzw. der Sekundärströme i₁ und i₂ seien in der angegebenen Weise gleich. Diese Ströme i₁ bzw. i₂ fließen über die Dioden D₂¹ bzw. D₂² zum Vergleichswandler T, von dort über den Widerstand R₁ und die Dioden D₃¹ bzw. D₃² zu den Stromwandlern T₁ und T₂ zurück. Die Richtungen der beiden Ströme i₁ und i₂ im Vergleichswandler T sind gleich, d. h. der Summenstrom wird auf die Sekundärseite von T übertragen, wo er gleichgerichtet wird (G) und durch den Widerstand R₂ fließt. Der Spannungsabfall am Widerstand R₂ ist:

u _R₂=|i₁+i₂|R₂=|Σi |R₂.

Gleichzeitig tritt, wie bereits in der Beschreibung der Fig. 2 dargelegt ist, der Spannungsabfall am Widerstand R₁ auf:

u _R₁=(|i₁|+|i₂|)R₁=Σ|i |R₁.

Bei einem internen Fehler sollen nun die beiden Auslöseausgänge (U _R₁, U _R₂), zum Unterschied von der vorstehenden Darlegung zu Fig. 2 (u _R₁<u _R₂), einen deutlichen Potentialwechsel ausführen, also:

u _R₁<u _R₂

sein.

Da aber

Σ|i |=|Σi |

ist, muß

R₂<R₁

sein, d. h. die Beziehung

R₂=R₁+Δ R₁

gelten.

Die in Fig. 3 nicht dargestellte Meßeinrichtung, insbesondere der vorgenannte Differentialverstärker, liefert hierauf das Auslösesignal EINS. In diesem Fall löst das in Fig. 3 abgebildete Auslöserelais A die Hauptschalter S₁ und S₂ mittels der Auslöseleitung 2 a aus.

Die Größe des Zusatzwiderstandes Δ R₁ steht im direkten Zusammenhang mit dem Faktor k, der im Beschreibungsteil zu Fig. 1 bereits genannt worden ist und dient zur Einstellung der Auslöseempfindlichkeit, d. h. je größer Δ R₁ ist, desto größer ist auch die Empfindlichkeit.

Mittels der einphasig dargestellten Fig. 4 sind nachstehend die Sperrkriterien des Sammelschienenschutzes gemäß der Erfindung dargelegt.

Da es bei einem außenliegenden Kurzschluß bzw. Fehler auf einem Abzweig (1, 2, . . . ) zu einer Sättigung des betroffenen Hauptstromwandlers (T ¹, T ², . . . ) und bzw. des als Zwischenstromwandler dienenden zugehörigen Stromwandlers (T₁, T₂, . . . ) kommen kann, was einen Fehler auf der Sammelschiene S vortäuscht und dadurch ein zur Auslösung des erfindungsgemäßen Schutzes führender Summenstrom im Vergleichswandler T auftritt, muß der Sammelschienenschutz während der Dauer solcher Wandlersättigungen gesperrt werden.

Für die Bildung des Sperrkriteriums sind in den Abzweigen 1 bzw. 2 zugeordneten Netzwerken die Widerstände R₃¹, R₄¹, R₅¹, R₆¹ bzw. R₃², R₄², R₅², R₆², die Kondensatoren C₁¹, C₂¹ bzw. C₁², C₂², die Dioden D₅¹, D₆¹, D₇¹, D₈¹, bzw. D₅², D₆², D₇², D₈² vorgesehen und beiden Netzwerken die Widerstände R₇, R₈, R₉, R₁₀, R₁₁ und R₁₂ zugeordnet.

Um die Funktion dieser in letztbeschriebener Weise ergänzten Netzwerke näher zu erläutern, wird zuerst ein außenliegender Fehler F _A ohne Wandlersättigung auf Abzweig 2 angenommen, wie in Fig. 4 durch den Pfeil F _A angedeutet ist.

In diesem Falle fließt beispielsweise die positive Halbwelle des Sekundärstromes i₁ des Stromwandlers T₁ über R₄¹, D₂¹ und R₁₂, wobei R₁₀+R₁₁»R₁₂ ist, zum Vergleichswandler T. Gleichzeitig wird der Kondensator C₂¹ über die Diode D₈¹ auf die Spannung

u _C₂¹=u _R₄¹

aufgeladen.

Der Sekundärstrom i₂ des Wandlers T₂ fließt über R₃², R₁² und R₉ zum Vergleichswandler T, dabei wird C₁² auf die Spannung

u _C₁²=u _R₃²

aufgeladen.

Die beiden Spannungsteiler (R₄¹+R₁₂) und (R₁₀+R₁₁) sind während dieser Halbperiode parallelgeschaltet, d. h. die Spannungen über beide sind gleich groß:

u _{(R₄¹+R₁₂)}=u _{(R₁₀+R₁₁)}.

Dasselbe gilt für die beiden Spannungsleiter (R₃²+R₉) und (R₇+R₈):

u _{(R₃²+R₉)}=u _(R₇+R₈).

Um an den Sperrausgängen U _R₈ und U _R₉ bzw. U _R₁₁ und U _R₁₂ einen Potentialwechsel zu erreichen, werden nun die Widerstandsverhältnisse in nachstehender Weise gewählt:

R₁₀=n · (R₄¹+Δ R₄¹); R₇=n · (R₃²+Δ R₃²); R₁₁=n · R₁₂; R₈=n · R₉;

R₄¹=R₃²; R₇=R₁₀; R₁₁=R₈; R₁₂=R₉;

wobei n in Abhängigkeit von C₁¹=C₂¹ bzw. C₁²=C₂² möglichst groß gewählt sein soll, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird.

So ergeben sich nachstehende Beziehungen zwischen den Ausgangs- bzw. die Sperrsignale bildenden Spannungen:

Die diese Ausgangsspannungen führenden Sperrausgänge (U _R₁₁, U _R₁₂) und (U _R₈, U _R₉) sind als Eingänge an eine Meßeinrichtung M, z. B. an einen Differentialverstärker, geschaltet. Die an diesen Eingängen anliegenden letztgenannten Ausgangsspannungen lösen in der Meßeinrichtung M Sperrsignale NULL aus, d. h. sie bewirken keine Sperrung des Sammelschienenschutzes.

Durch die negative Halbwelle des Stromes i₁ wird nunmehr C₂¹ über den Widerstand R₆¹ durch Umpolung zwangsentladen und für die nächste positive Halbwelle vorbereitet. Dasselbe geschieht mit C₁².

Für die negativen Halbwellen sind jedoch andere Netzglieder maßgebend:

i₁ : R₃¹, D₁¹, R₉ und C₁¹, R₇, R₈;

i₂ : R₄², D₂², R₁₂ und C₂², R₁₀, R₁₁.

Aber auch in diesem Fall gilt für die Potentiale der Sperrausgänge U _R₁₁, U _R₁₂ sowie U _R₈ und U _R₉:

u _R₁₁<u _R₁₂,

u _R₈<u _R₉.

Sättigt nun bei außenliegendem Fehler F _A auf Abzweig 2 nur der Stromwandler T₂, so ist ab Sättigungszeitpunkt der Strom i₂=0.

Bei Betrachtung z. B. der positiven Halbwelle ist für i₂=0 auch u _R₉=0.

Der Kondensator C₁², der auf die Spannung, die vor Eintritt der Wandlersättigung an R₃² auftrat, aufgeladen wurde, entlädt sich nun über die Diode D₅², den Widerständen R₇ und R₈, den Vergleichswandler T, den Widerstand R₁ und die Diode D₃² mit der Zeitkonstante

Da der Faktor n (siehe die obigen Widerstandsgleichungen) möglichst groß ist, ist demnach auch die Zeitkonstante groß, und somit ist immer

Dies entspricht einem Potentialwechsel an den Sperrausgängen U _R₈ und U _R₉ gegenüber dem vorbeschriebenen Fall des nichtgesättigten Wandlers und die Meßeinrichtung M, z. B. ein Differentialverstärker, liefert das Sperrsignal EINS bzw. "Sperrung", so daß der Sammelschienenschutz nicht auslösen kann.

Bei negativer Halbwelle tritt der Potentialwechsel ebenfalls an den Sperrausgängen U _R₁₁ und U _R₁₂ auf. Es gilt dann:

Somit wird für jede Halbwelle nach Eintritt der letztgenannten Wandlersättigung (T₂) ein "Sperrsignal" EINS gebildet, so daß trotz Auftreten eines Summenstromes der Sammelschienenschutz nicht wirksam werden kann.

Fig. 5 zeigt das Signaldiagramm a für die Abzweige 1 und 2 (i₁, i₂, t) für den normalen Betrieb sowie für den Fall eines außenliegenden Fehlers mit Wandlersättigung. Die diesem Signaldiagramm zugeordneten Spannungsdiagramme b bis e geben die dem Diagramm a entsprechenden Spannungsverläufe über den Widerständen R₉, R₁₂, R₈ und R₁₁ wieder. Diagramm f zeigt die auftretenden Sperrsignale (bei U _R₈, U _R₉, U _R₁₁, U _R12,) bei normalem Betrieb sowie bei einem außenliegenden Fehler mit Wandlersättigung auf Abzweig 2, wobei also nur der Stromwandler T₂ sättigt. Im Diagramm g ist schließlich der auftretende Differenzstrom dargestellt.

Im Signaldiagramm a sind die Ströme i₁ und i₂ über der Zeit t aufgetragen. Der nichtsättigende Strom i₁ ist strichpunktiert abgebildet. Die strichlierte Linie stellt i₂ ohne Sättigung dar.

Spannungsdiagramm b zeigt den Verlauf der Spannung u _R₉ und zwar in der zeitlichen Reihenfolge:

Positive Halbwelle des Abzweiges 2, negative Halbwelle des Abzweiges 1, positive Halbwelle des Abzweiges 2 (gesättigt) und die negative Halbwelle von Abzweig 1 (nicht gesättigt), wobei mittels der strichlierten Linie wieder der Fall ohne Sättigung dargestellt ist.

Beim Spannungsverlauf über den Widerstand R₁₂, entsprechend Spannungsdiagramm c, ist die zeitliche Reihenfolge umgekehrt im Vergleich mit Diagramm b:

Positive Halbwelle des Abzweiges 1, negative Halbwelle des Abzweiges 2, positive Halbwelle des Abzweiges 1 (nicht gesättigt) und die negative Halbwelle von Abzweig 2 (gesättigt), wobei die strichlierte Linie wieder den Fall ohne Sättigung ausgibt.

Die Spannung u _R₈ über dem Widerstand R₈ (siehe Spannungsdiagramm d) und die Spannung u _R₁₁ über dem Widerstand R₁₁ (siehe Spannungsdiagramm e) sind im nicht gesättigten Betriebsfall kleiner als die jeweils zugehörige Vergleichsspannung u _R₉ bzw. u _R₁₂. Sobald nun aber auch die Sättigung eintritt, wird in vorbeschriebener Weise durch die Entladung des Kondensators C₁² bzw. C₂² der Potentialwechsel durchgeführt. Dadurch ergibt sich nun wie bereits dargelegt:

u _R₈<u _R₉[,]

u _R₁₁<u _R₁₂[.]

In den Zeitabschnitten, in denen ein Spannungsabfalls u _R₂ auftritt (siehe Diagramm g), ergeben sich dann am Eingang der Meßeinrichtung M (U _R₈, U _R₉ bzw. U _R₁₁, U _R₁₂) die Sperrsignale gemäß Diagramm f.

Die Aufladung der Kondensatoren C₁² und C₂² sowie ihre Entladezeitkonstante wirken sich auch im nichtgesättigten Normalbereich aus; gegen Ende der Halbwellen werden u _R₈ und u _R₁₁ ebenfalls größer als u _R₉ und u _R₁₂. Dadurch werden ebenfalls kurze Sperrsignale gebildet, was aber die Funktion des Sammelschienenschutzes praktisch nicht beeinflußt.

In Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 4 des Sammelschienenschutzes zeigt Fig. 6 ein weiteres Beispiel, bei dem die Netzwerke zusätzliche Dioden D₉¹, D₉², D₁₀¹, D₁₀², D₁₁¹, D₁₁², D₁₂¹, D₁₂², D₁₃¹, D₁₃², D₁₄¹, D₁₄² aufweisen, parallel zu den Widerständen R₉ und R₁₂ weitere Dioden D₁₅ und D₁₆ vorgesehen sind und die Meßausgänge U _R₁ und U _R₂ bei Entfall des Vergleichswandlers T sowie des Brückengleichrichters G, entsprechend Fig. 4, einerseits über die der Abnahme der Meßspannungen dienenden Widerstände R₁₃ und R₁₄ mit dem gemeinsamen Anodenanschluß der Dioden D₃¹ und D₄¹ bzw. D₃² und D₄² und andererseits mit dem gemeinsamen Anschluß von R₁₁, R₁₂ und D₁₂ bzw. R₈, R₉ und D₁₅ verbunden sind. Mittels der Widerstände R₁₃ und R₁₄ erhält man nun die entsprechenden Spannungen wie mit Hilfe der Primärseite des Vergleichswandlers T, welche Spannungen (u _R₁, u _R₂) in der Meßeinrichtung M je nach ihrer Polarität bzw. ihren Größenverhältnissen in ein Auslösesignal NULL oder EINS umgesetzt werden.

In Variation der Schaltung gemäß Fig. 6 können die Widerstände R₃ⁿ und R₄ⁿ in Serienschaltungen von zwei Widerständen R₃₁ⁿ, R₃₂ⁿ bzw. R₄₁ⁿ und R₄₂ⁿ unterteilt werden, wobei die Zenerdioden D₁₁ⁿ und D₁₂ⁿ durch normale Dioden ersetzt werden müssen. Die Verbindung zwischen den Widerständen R₃₁ⁿ und R₃₂ⁿ ist dann mit der Verbindung der Kathoden der Dioden D₁₁ⁿ und D₁₃ⁿ zu verbinden. Entsprechend ist bei den Schaltungselementen R₄₁ⁿ, R₄₂ⁿ, D₁₂ⁿ und D₁₄ⁿ zu verfahren.

Der Grund der Unterteilung des Widerstandes R₃ⁿ bzw. R₄ⁿ liegt darin, bei der Bildung der Sperrsignale eine kleine Aufladezeitkonstante sowie eine große Entladezeitkonstante des Kondensators C₁ⁿ bzw. C₂ⁿ zu erreichen.

Fig. 7 zeigt nun jenen Teil des Netzwerkes beispielsweise des Abzweiges 2 gemäß Fig. 6 der für die Erläuterung der Netzwerkfunktion hinsichtlich einer ersten z. B. positiven Halbwelle bei Nichteintreten einer Wandlersättigung für die Bildung eines Sperrsignales NULL bzw. die Nichtsperrung des Schutzes maßgebend ist.

Es gilt wieder:

R₇=n · (R₃²+Δ R₃²),

wobei R₃²=R₃¹=R₃³=R₃⁴= . . . =R₃^k=R₃ⁿ ist und

R₈=n · R₉,

wobei n viel größer als 1 ist, so daß der jeweils durch R₈ fließende Strom gegenüber dem durch R₉ fließenden Strom vernachlässigbar ist.

Die Spannungsteiler R₃²+R₉ und R₇+R₈ sind parallelgeschaltet und liefern die Spannungsabfälle, die an den Sperrausgängen U _R₈ und U _R₉ wirksam werden. Da

R₃²+R₉«R₇+R₈

ist, fließt der Hauptstrom über R₃²+R₉. Der Kondensator C₁² wird hierbei aufgeladen.

Hierbei ergibt sich:

wobei u die Spannung über R₇+R₈ bedeutet. In Fig. 7 ist hierzu der Strom i₁ der ersten bzw. positiven Halbwelle durch voll ausgefüllte Strompfeile, der Ladestrom des Kondensators C₁² mittels strichlierter Pfeile und die Kondensatorspannung u _C₁² mit Hilfe des nicht ausgefüllten Pfeiles symbolisiert.

In Fig. 8 ist der Stromlauf zur Zeit der zweiten bzw. negativen Halbwelle ohne Wandlersättigung angedeutet. Da im Laufe der ersten bzw. positiven Halbwelle keine Sättigung erfolgte, wird die Ladung des Kondensators für die Sperrung des Sammelschienenschutzes nicht benötigt. Durch den in Gegenrichtung fließenden Strom i₂ der zweiten negativen Halbwelle wird der Kondensator C₁² zwangsentladen, wie durch strichlierte Pfeile angedeutet ist. Die Diode D₉² verhindert hierbei eine Aufladung des Kondensators C₁² in der Gegenrichtung und die Zenerdiode D₇² begrenzt den Spannungsabfall am Widerstand R₅².

Fig. 9 stellt nun die begleitende Figur für den Fall der ersten (positiven) Halbwelle mit Sättigung des Stromwandlers T₂ und Entladung des Kondensators C₁² für die Abgabe eines Sperrsignales EINS zum Sperren des Sammelschienenschutzes dar.

Bis zum Zeitpunkt der Wandlersättigung gilt laut Beschreibungsteil zu Fig. 7:

u _R₈<u _R₉.

Nach dem Sättigungszeitpunkt fließt durch den Spannungsteiler R₃²+R₉ kein Strom, u _R₉=0. Gleichzeitig entlädt sich der Kondensator C₁² über R₇+R₈, also ist

u _R₈<u _R₉=0

bis zum Nulldurchgang.

Dieser Potentialwechsel bewirkt für den Sammelschienenschutz ein Sperrsignal EINS auf die Dauer der Sättigung in dieser Halbwelle.

Ein solches Sperrsignal kommt nur bei außenliegendem Fehler und Sättigung des Stromwandlers bzw. Hauptstromwandlers der fehlerhaften Leitung bzw. Abzweiges zur Wirkung. Es ist bei internem Fehler wirkungslos.

Claims

1. Verfahren zur Fehlerüberwachung eines wenigstens aus einer Sammelschiene (S) und deren Abzweigen (1, 2, . . . n) bestehenden Systems, bei welchem die Ströme je Phase des Wechselstromes in den Abzweigen der Sammelschiene mit Stromwandlern (T ¹, T₁; T ², T₂) erfaßt, je Phase des Wechselstromes der Absolutwert des Summenstromes (|Σi |) der in den Abzweigen fließenden Ströme (i₁, i₂, . . . i _n) mit der Summe der Absolutwerte (Σ|i |) dieser in den Abzweigen fließenden Ströme verglichen und ein das zu schützende System ausschaltendes Auslösesignal (EINS) erzeugt wird, wenn der Absolutwert des Summenstromes gleich dem k-fachen Wert der Summe der Absolutwerte dieser Ströme ist, dadurch gekennzeichnet, daß 0<k1 wählbar ist, daß in einer ersten Halbschwingung des Wechselstromes ein Kondensator (C₁¹, C₂¹, C₁², C₂²) in einem Gleichrichterbrückenzweig jedes Stromwandlers aufgeladen und in der nachfolgenden Halbschwingung entladen wird, wobei eine Aufladung des Kondensators in Gegenrichtung verhindert wird, daß die Aufladung des Kondensators mit einer kleinen Aufladezeitkonstante und dessen Entladung mit einer vergleichsweise großen Entladezeitkonstante erfolgt, daß für jede Halbschwingung des Wechselstromes in Abhängigkeit vom Eintritt der Sättigung mindestens eines Stromwandlers (T ¹, T₁; T ², T₂) ein Sperrsignal (u _R₈<u _R₉, u _R₁₁<u _R₁₂) für die Dauer der Sättigung in dieser Halbwelle erzeugt wird, daß trotz Auftreten eines Summenstromes (|Σi |≠0) ein Ausschalten des zu schützenden Systems verhindert und daß das Sperrsignal nur bei einem externen Fehler (F _A) und bei Sättigung mindestens eines Stromwandlers zur Wirkung kommt.

2. Schaltungsanordnung zur Fehlerüberwachung eines wenigstens aus einer Sammelschiene (S) und mindestens zwei über je eine Primärwicklung eines Stromwandlers mit der Sammelschiene verbundenen Abzweigen (1, 2, . . . n) bestehenden Systems mit einer Meßanordnung zur Ermittlung des Absolutwertes des Summenstromes (|Σi |) je Phase der in den Abzweigen fließenden Ströme (i₁, i₂, . . . i _n) und der Summe der Absolutwerte (Σ|i |) dieser Ströme, wobei in den jeweiligen Abzweig (1 . . . n) die Primärwicklung eines Hauptstromwandlers (T ^{1 . . n}) und in dessen Sekundärkreis die Primärwicklung eines Zwischenstromwandlers (T _{1 . . . n}) geschaltet ist, wobei jeder Ausgang der Sekundärwicklung jedes Zwischenstromwandlers (T _{1 . . . n}) mit einem Brückenzweig einer Gleichrichterschaltung verbunden ist, mit einer Vergleichseinrichtung für den Vergleich des Absolutwertes des Summenstromes der Abzweigströme mit der Summe der Absolutwerte dieser Abzweigströme, an der ausgangsseitig ein Auslösesignal (u _R₁<u _R₂) für ein Auslöseglied (A) anliegt, wenn der Absolutwert des Summenstromes der Abzweigströme gleich dem k-fachen Wert der Summe der Absolutwerte dieser Abzweigströme ist, welche Vergleichseinrichtung mit Widerständen (R₁, R₂; R₁₃, R₁₄) in Wirkverbindung steht, durch deren Werte die Größe k einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Sekundärwicklung jedes Zwischenstromwandlers (T _{1 . . . n}) über einen dritten Widerstand (R₃^{1 . . . n}) in die Verbindung der ersten Diode (D₁^{1 . . . n}) mit der dritten Diode (D₃^{1 . . . n}) eingebunden ist, daß dem dritten Widerstand (R₃^{1 . . . n}) eine Serienschaltung aus einem fünften Widerstand (R₅^{1 . . . n}) und einem ersten Kondensator (C₁^{1 . . . n}) parallelgeschaltet ist, wobei der fünfte Widerstand (R₅^{1 . . . n}) an den vorgenannten Ausgang der Sekundärwicklung und der erste Kondensator (C₁^{1 . . . n}) an die letztgenannte Verbindung angeschlossen ist, daß dem fünften Widerstand (R₅^{1 . . . n}) eine siebente Diode (D₇^{1 . . . n}) mit Durchlaßrichtung zum ersten Kondensator (C₁^{1 . . . n}) parallel liegt, daß die Kathode der siebenten Diode (D₇^{1 . . . n}) und zugleich die Verbindung des fünften Widerstandes (R₅^{1 . . . n}) mit dem ersten Kondensator (C₁^{1 . . . n}) über eine fünfte Diode (D₅^{1 . . . n}) sowie eine Serienschaltung aus einem siebenten Widerstand (R₇) und einem achten Widerstand (R₈), genannt erster Spannungsteiler, mit dem einen Eingang der Primärwicklung des Vergleichswandlers (T) verbunden ist, daß zwischen die erste Diode (D₁^{1 . . . n}) und den einen Eingang der letztgenannten Primärwicklung ein zugleich mit dem dritten Widerstand (R₃^{. . . n}) in Serie liegender neunter Widerstand (R₉), genannt zweiter Spannungsteiler, geschaltet ist, daß ein erster Sperrausgang (U _R₈) für die Lieferung einer Spannung (u _R₈) zwischen dem siebenten Widerstand (R₇) und dem achten Widerstand (R₈) angeschlossen ist, daß ein zweiter Sperrausgang (U _R₉) für die Lieferung einer Spannung (u _R₉) zwischen der ersten Diode (D₁^{1 . . . n}) und dem neunten Widerstand (R₉) eingebunden ist und daß der andere Ausgang der Sekundärwicklung jedes Zwischenstromwandlers (T _{1 . . . n}) über einen vierten Widerstand (R₄^{1 . . . n}) in die Verbindung der zweiten Diode (D₂^{1 . . . n}) mit der vierten Diode (D₄^{1 . . . n}) eingebunden ist, daß dem viertem Widerstand (R₄^{1 . . . n}) eine Serienschaltung aus einem sechsten Widerstand (R₆^{1 . . . n}) und einem zweiten Kondensator (C₂^{1 . . . n}) parallelgeschaltet ist, wobei der sechste Widerstand (R₆^{1 . . . n}) an den letztgenannten anderen Ausgang der Sekundärwicklung und der zweite Kondensator (C₂^{1 . . . n}) an die letztgenannte Verbindung angeschlossen ist, daß dem sechstem Widerstand (R₆^{1 . . . n}) eine echte Diode (D₈^{1 . . . n}) mit Durchlaßrichtung zum zweiten Kondensator (C₂^{1 . . . n}) parallel liegt, daß die Kathode der achten Diode (C₈^{1 . . . n}) und zugleich die Verbindung des sechsten Widerstandes (R₆^{1 . . . n}) mit dem zweiten Kondensator (C₂^{1 . . . n}) über eine sechste Diode (D₆^{1 . . . n}) sowie eine Serienschaltung aus einem zehnten Widerstand (R₁₀) und einem elften Widerstand (R₁₁), genannt dritter Spannungsleiter, mit dem anderen Eingang der Primärwicklung des Vergleichswandlers (T) verbunden ist, daß zwischen die zweite Diode (D₂^{1 . . . n}) und den anderen Eingang der letztgenannten Primärwicklung ein zugleich mit dem vierten Widerstand (R₄^{1 . . . n}) in Serie liegender zwölfter Widerstand (R₁₂), genannt vierter Spannungsteiler, geschaltet ist, daß ein dritter Sperrausgang (U _R₁₁) für die Lieferung einer Spannung (U _R₁₁) zwischen dem zehnten Widerstand (R₁₀) und dem elften Widerstand (R₁₁) angeschlossen ist, daß ein vierter Sperrausgang (U _R₁₂) für die Lieferung einer Spannung (u _R₁₂) zwischen der zweiten Diode (D₂^{1 . . . n}) und dem zwölften Widerstand (R₁₂) eingebunden ist, und daß die Auslöseausgänge (U _R₁, U _R₂) sowie die Sperrausgänge (U _R₈, U _R₉, U _R₁₁, U _R₁₂) zugleich die Eingänge einer Meßeinrichtung (M) bilden und diese Meßeinrichtung (M) einen Ausgang für die Lieferung der Auslösesignale EINS oder NULL zum Auslösen bzw. Nichtauslösen des Auslöserelais (A) aufweist (Fig. 4).

3. Schaltungsanordnung zur Fehlerüberwachung eines wenigstens aus einer Sammelschiene (S) und mindestens zwei über je eine Primärwicklung eines Stromwandlers mit der Sammelschiene verbunden Abzweigen (1, 2, . . . n) bestehenden Systems mit einer Meßanordnung zur Ermittlung des Absolutwertes des Summenstromes (|Σi |) je Phase der in den Abzweigen fließenden Ströme (i₁, i₂, . . . i _n) und der Summe der Absolutwerte (Σ|i |) dieser Ströme, wobei in den jeweiligen Abzweig (1 . . . n) die Primärwicklung eines Hauptstromwandlers (T ^{1 . . . n}) und in dessen Sekundärkreis die Primärwicklung eines Zwischenstromwandlers (T _{1 . . . n}) geschaltet ist, wobei jeder Ausgang der Sekundärwicklung jedes Zwischenstromwandlers (T _{1 . . . n}) mit einem Brückenzweig einer Gleichrichterschaltung verbunden ist, mit einer Vergleichseinrichtung für den Vergleich des Absolutwertes des Summenstromes der Abzweigströme mit der Summe der Absolutwerte dieser Abzweigströme, an der ausgangsseitig ein Auslösesignal (u _R₁<u _R₂) für ein Auslöseglied (A) anliegt, wenn der Absolutwert des Summenstromes der Abzweigströme gleich dem k-fachen Wert der Summe der Absolutwerte dieser Abzweigströme ist, welche Vergleichsrichtung mit Widerständen (R₁, R₂; R₁₃, R₁₄) in Wirkverbindung steht, durch deren Werte die Größe k einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der eine Ausgang der Sekundärwicklung jedes Zwischenstromwandlers (T _{1 . . . n}) über eine erste Diode (D₁^{1 . . . n}) mit dem ein Element einer Vergleichsschaltung darstellenden neunten Widerstand (R₉) und dieser mit einem weiteren, vierzehnten Widerstand (R₁₄) und der andere Ausgang der letztgenannten Sekundärwicklung über eine zweite Diode (D₂^{1 . . . n}) mit einem ebenfalls ein Element der Vergleichsschaltung bildenden zwölften Widerstand (R₁₂) und dieser mit einem weiteren, dreizehnten Widerstand (R₁₃) verbunden ist, daß die ausgangsseitigen Anschlüsse des dreizehnten (R₁₃) und des vierzehnten Widerstandes (R₁₄) miteinander sowie einerseits über eine dritte Diode (D₃^{1 . . . n}) mit der Anode der ersten Diode (D₁^{1 . . . n}) und andererseits über eine vierte Diode (D₄^{1 . . . n}) mit der Anode der zweiten Diode (D₂^{1 . . . n}) in Verbindung stehen, daß ein erster Auslöseausgang (U _R₁) für die Lieferung einer Spannung (u _R₁) zwischen dem zwölften (R₁₂) und dreizehnten Widerstand (R₁₃) angeschlossen ist, daß ein zweiter Auslöseausgang (U _R₂) für die Lieferung einer weiteren Spannung (u _R₂) zwischen dem neunten (R₉) und dem vierzehnten Widerstand (R₁₄) eingebunden ist, daß der eine Ausgang der Sekundärwicklung jedes Zwischenstromwandlers (T _{1 . . . n}) über einen dritten Widerstand (R₃^{1 . . . n}) in die Verbindung der ersten Diode (D₁^{1 . . . n}) mit der dritten Diode (D₃^{1 . . . n}) eingebunden ist, daß dem dritten Widerstand (R₃^{1 . . . n}) eine Serienschaltung aus einem fünften Widerstand (R₅^{1 . . . n}) und einem ersten Kondensator (C₁^{1 . . . n}) parallelgeschaltet ist, wobei der fünfte Widerstand (R₅^{1 . . . n}) an den vorgenannten Ausgang der Sekundärwicklung und der erste Kondensator (C₁^{1 . . . n}) an die letztgenannte Verbindung angeschlossen ist, daß dem fünften Widerstand (R₅^{1 . . . n}) eine siebente Diode (D₇^{1 . . . n}), die als Zenerdiode ausgebildet ist, mit Durchlaßrichtung zum ersten Widerstand (C₁^{1 . . . n}) parallel liegt, daß weiters dem dritten Widerstand (R₃^{1 . . . n}) eine Serienschaltung aus einer elften Zenerdiode (D₁₁^{1 . . . n}) und einer dreizehnten Zenerdiode (D₁₃^{1 . . . n}) parallelgeschaltet ist, wobei die eine Anode der beiden Zenerdioden an dem einen Widerstandsende und die andere an dem anderen Widerstandsende liegt, daß die Kathode der siebenten Diode (D₇^{1 . . . n}) und zugleich die Verbindung des fünften Widerstandes (R₅^{1 . . . n}) mit dem ersten Kondensator (C₁^{1 . . . n}) über eine fünfte Diode (D₅^{1 . . . n}) sowie eine Serienschaltung aus einem siebenten Widerstand (R₇) und einem achten Widerstand (R₈), genannt erster Spannungsteiler, mit dem zur dritten Widerstand (R₃^{1 . . . n}) in Serie liegenden neunten Widerstand (R₉), genannt zweiter Spannungsteiler, verbunden ist, daß die siebente Zenerdiode (D₇^{1 . . . n}) zusammen mit einer neunten Diode (D₉^{1 . . . n}) in Serie der Serienschaltung aus dem fünften Widerstand (R₅^{1 . . . n}) und dem ersten Kondensator (C₁^{1 . . . n}) parallelgeschaltet ist, wobei die Kathoden der siebenten Zenerdiode (D₇^{1 . . . n}) und der neunten Diode (D₉^{1 . . . n}) mit der Verbindung zwischen dem fünften Widerstand (R₉^{1 . . . n}) und dem ersten Kondensator (C₁^{1 . . . n}) und zugleich auch mit der Anode der fünften Diode (D₅^{1 . . . n}) verbunden sind, daß ein erster Sperrausgang (U _R₈) für die Lieferung einer Spannung (u _R₈) zwischen dem siebenten Widerstand (R₇) und dem achten Widerstand (R₈) angeschlossen ist, daß ein zweiter Sperrausgang (U _R₉) für die Lieferung einer Spannung (u _R₉) zwischen der ersten Diode (D₁^{1 . . . n}) und dem neunten Widerstand (R₉) eingebunden ist, und daß der andere Ausgang der Sekundärwicklung jedes Zwischenstromwandlers (T _{1 . . . n}) an einen vierten Widerstand (R₄^{1 . . . n}) angeschlossen ist, dem eine Serienschaltung aus einem sechsten Widerstand (R₆^{1 . . . n}) und einem zweiten Kondensator (C₂^{1 . . . n}) parallelgeschaltet ist, wobei der sechste Widerstand (R₆^{1 . . . n}) an den letztgenannten andern Ausgang der Sekundärwicklung angeschlossen ist, daß dem sechsten Widerstand (R₆^{1 . . . n}) eine achte Diode (D₈^{1 . . . n}), die als Zenderdiode ausgebildet ist, mit Durchlaßrichtung zum zweiten Kondensator (C₂^{1 . . . n}) parallel liegt, daß weiteres dem vierten Widerstand (R₄^{1 . . . n}) eine Serienschaltung aus einer zwölften Zenerdiode (D₁₂^{1 . . . n}) und einer vierzehnten Zenerdiode (D₁₄^{1 . . . n}) parallelgeschaltet ist, wobei die eine Anode der beiden Zenerdioden an dem einen Widerstandsende und die andere an dem anderen Widerstandsende des letztgenannten Widerstandes (R₄^{1 . . . n}) liegt, daß die Kathode der achten Diode (D₈^{1 . . . n}) und zugleich die Verbindung des sechsten Widerstandes (R₆^{1 . . . n}) mit dem zweiten Kondensator (C₂^{1 . . . n}) über eine sechste Diode (D₆^{1 . . . n}) sowie eine Serienschaltung aus einem zehnten Widerstand (R₁₀) und einem elften Widerstand (R₁₁), genannt dritter Spannungsteiler, mit dem zum vierten Widerstand (R₄^{1 . . . n}) in Serie liegenden zwölften Widerstand (R₁₂), genannt vierter Spannungsteiler, verbunden ist, daß die achte Zenerdiode (D₈^{1 . . . n}) zusammen mit einer zehnten Diode (D₁₀^{1 . . . n}) in Serie der Serienschaltung aus dem sechsten Widerstand (R₆^{1 . . . n}) und dem zweiten Kondensator (C₂^{1 . . . n}) parallelgeschaltet ist, wobei die Kathoden der achten Zenerdiode (D₈^{1 . . . n}) und der zehnten Diode (D₁₀^{1 . . . n}) mit der Verbindung zwischen dem sechsten Widerstand (R₆^{1 . . . n}) und dem zweiten Kondensator (C₂^{1 . . . n}) und zugleich auch mit der Anode der sechsten Diode (D₆^{1 . . . n}) verbunden sind, daß ein dritter Sperrausgang (U _R₁₁) für die Lieferung einer Spannung (u _R₁₁) zwischen dem zehnten Widerstand (R₁₀) und dem elften Widerstand (R₁₁) abgeschlossen ist, daß ein vierter Sperrausgang (U _R₁₂) für die Lieferung einer Spannung (u _R₁₂) zwischen der zweiten Diode (D₂^{1 . . . n}) und dem zwölften Widerstand (R₁₂) eingebunden ist, daß dem neunten Widerstand (R₉) eine fünfzehnte Zenerdiode (D₁₅) und dem zwölften Widerstand (R₁₂) eine sechzehnte Zenerdiode (D₁₆) parallelgeschaltet ist, und daß die Auslöseausgänge (U _R₁, U _R₂) sowie die Sperrausgänge (U _R₈, U _R₉, U _R₁₁, U _R₁₂) zugleich die Eingänge einer Meßeinrichtung (M) bilden und diese Meßeinrichtung (M) einen Ausgang für die Lieferung der Auslösesignale EINS oder NULL zum Auslösen bzw. Nichtauslösen des über eine Auslöseleitung (2 a) mit den Hauptschaltern (S _{1 . . . n}) verbundenen Auslöserelais (A) aufweist (Fig. 6).