DE2531707A1

DE2531707A1 - Verfahren zum wegschalten eines kurzschlussbehafteten netzteiles aus einem geschlossenen elektrischen ringnetz und schalter zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2531707A1
Application number: DE19752531707
Authority: DE
Inventors: Gustav Dr Ing Thal
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1974-11-22
Filing date: 1975-07-16
Publication date: 1976-05-26
Also published as: FR2292362A1; GB1537841A; FR2292362B3; CH583467A5

Description

Sprecher & Schuh AG, Aarau (Schweiz)

Verfahren zum Wegschalten eines kurzschlussbehafteten Netzteiles aus einem geschlossenen elektrischen Ringnetz und Schalter zur Durchführung des Verfahrens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wegschalten eines kurzschlussbehafteten Netzteiles aus einem geschlossenen elektrischen Ringnetz, das von einem Speisepunkt aus über zwei auf auf einer Seite des Speisepunktes angeordneten, mit Kurzunterbrechungssteuerung und Distanzschutz ausgerüsteten Leistungsschaltern gespeist wird, und das durch mehrere Abzweigstellen in einzelne Netzabschnitte unterteilt wird, und einen Schalter zur Durchführung des Verfahrens mit einer von Strom und Spannung am Einbauort des Schalters gespeisten, mit dem Oeffnungskreis des Schalters gekoppelten Auslöseschaltung.

Bekanntlich weist ein geschlossenes elektrisches Ringnetz gegenüber einem Strahlennetz eine grössere Versorgungssicherheit auf. Doch weisen bekannte Ringnetze gegenüber dem Strahlennetzjden Nachteil eines aufwendigeren Schutzsystems auf. Dieser erhöhte Aufwand an Schutzeinrichtungen und an Wartungskosten ist einer der Gründe dafür, dass geschlossene Ringleitungsnetze nicht Sehr verbreitet sind.

Al.-ob.

23.6.75. 609822/Q2U ^32631a

Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, fehlerbehaftete Netzteile eines geschlossenen Ringnetzes schnell und sicher wegzuschalten, und zwar mittels einem Minimum an wartungsfreien Apparaten und Schutzeinrichtungen mit möglichst niedrigen Anschaffungskosten.

Diese Aufgabe wird mit dem eingangs erwähnten Verfahren erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jeder Abzweigstelle zwei je auf einer Seite der Abzweigstelle angeordnete, mit einer Auslösesteuerung ausgerüstete Schalter ohne Kurzschlussabschaltvermögen zugeordnet werden, die im Ringnetz untereinander in Reihe geschaltet sind, dass bei einem Kurzschluss die beiden Leistungsschalter in Abhängigkeit ihres entsprechenden Abstandes von der Kurzschlussstelle für eine erste Kurzunterbrechung ausgelöst werden und dass im stromlosen Zustand während der Kurzunterbrechung diejenigen Schalter an den Abzweigstellen geöffnet werden, welche in Richtung des Kurzschlussstromes hinter der zugeordneten Abzweigstelle angeordnet sind und vor der Kurzunterbrechung einen Kurzschlussstrom von einer Zeitdauer geführt haben, die kürzer ist als die kürzeste Leistungsschalter-Auslösezeit, welche dem im nächst grösseren Abstand vom entsprechenden Leistungsschalter folgenden Netzabschnitt zugeordnet ist.

Der Schalter zur Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseschaltung eine erste Schaltungsanordnung zum Feststellen der Richtung des Kurzschlussstromes und eine zweite Schaltungsanordnung zum Feststellen der Dauer des Kurzschlussstromes vor seiner Unterbrechung aufweist, die bei nicht stromführendem Schalter und bei in Richtung und Dauer den Auslösebedingungen entsprechendem Kurzschlussstrom ein Auslösesignal an den Oeffnungskreis abgibt.

Im folgenden wird anhand des in den Zeichnungen dar-

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gestellten Ausführungsbeispieles die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Plan eines geschlossenen Ringnetzes,

Fig. 2 das Staffel- und AuslÖsediagramm der Schutzeinrichtungen , und

Fig. 3 das Schaltschema einer Auslöseschaltung für die Schalter ohne Kurzschlussabschaltvermögen.

In Fig. 1 ist der Plan eines geschlossenen Ringnetzes dargestellt. Die Speisung des Ringnetzes erfolgt von einer einzigen Speisestelle 1 über die Sammelschiene A und die beidseits der Speisestelle 1 angeordneten Leistungsschalter 2 und 3. Diese Leistungsschalter 2 und 3 sind mit einer Kurzunterbrechungssteuerung und einem Distanzschutz ausgerüstet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt der Distanzschutz durch Distanzschutzrelais herkömmlicher Bauart. Das Ringnetz wird durch mehrere Abzweigstellen B, C, D in einzelne Netzabschnitte A-B, B-C, C-D, D-A unterteilt. Auf jeder Seite jeder Abzweigstelle ist ein Schalter 4,5, 6, 7, 8 bzw. 9 ohne Kurzschlussabschaltvermcgen angeordnet. Die Schalter sind im Ringnetz untereinander in Reihe geschaltet und kennen z.B. Trennschalter, Lastschalter oder Lasttrennschalter sein. Jeder Schalter U bis 9 weist eine noch zu beschreibende Auslöseschaltung auf, welche zum Oeffnen des entsprechenden Schalters dient.

Die Schalter 4, 5, 6, 7, 8 und 9 können z.B. mit je einer Ausschaltfeder als Kraftspeicher ausgerüstet sein, die bei der Einschaltbewegung zwangsläufig gespannt wird. Die Auslösung des Ausschaltvorganges des Schalters erfolgt durch Freigabe einer durch einen Magneten gehaltenen Klinke. VJenn der Schalter einmal ausgelöst hat, muss er von Hand wieder eingeschaltet werden. Solche Schalter sind kostenmässig sehr vorteilhaft.

In Fig. 2 sind mit ausgezogenen Linien die Staffelkennlinien 10 und 11 der den Leistungsschaltern 2 bzw. 3

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zugeordneten Distanzschutzrelais dargestellt. Oberhalb der Abszisse ist die dem Leistungsschalter 2 zugeordnete Kennlinie 10 dargestellt, während die unterhalb der Abszisse liegende Kennlinie 11 dem Leistungsschalter 3 zugeordnet ist.

Die bekannten Distanzschutzrelais bestimmen aus gemessenen Grossen die Kurzschlussimpedanz des Netzes im Kurzschlussfall und ordnen zu bestimmten, durch den Einbauort der Schalter 4 bis 9 begrenzten Impedanzbereichen bestimm te Auslösezeiten dem Leistungsschalter 2 bzw. 3 zu. Die kürzesten Auslösezeiten t.. , tj ergeben sich, wenn der Kurzschlus in der Nähe des Leistungsschalters 2 bzw. 3 erfolgt. Die Auslösezeiten der Leistungsschalter 2 und 3 nehmen mit zunehmender Entfernung des Kurzschlussortes zu (T₂, t₃, t^ bzw. t₂, tj, tj ).

Die Auslöseschaltung jedes Sc-halters 4 bis 9 erzeugt auf·noch zu beschreibende Weise beim Feststellen eines Ueberstromes ein entsprechendes Signal, das jedoch nur dann als Auslösesignal an den Oeffnungskreis des zugeordneten Schalters weitergeleitet wird, wenn erstens der Kurzschlussstrom verschwunden ist, weil der Leistungsschalter 2 bzw. 3 eine Kurzunterbrechung durchführt und deshalb eine stromlose Pause vorhanden ist, wenn zweitens die Dauer des Kurzschlussstromes vor seiner Unterbrechung gleich lang oder länger war als die auf den Einbauort des Schalters bezogene Staffelzeit des Distanzschutzes und kürzer war als die nächst grössere Staffelzeit und wenn drittens die Kurzschlussstromrichtung der in Fig. 1 für jeden Schalter 4 bis 9 eingezeichneten Pfeilrichtung K entspricht.

Tritt beispielsweise am Punkt 12 (Fig.l) ein Kurzschluss auf, so führen der Leistungsschalter 2 und die Trennschalter 4 und 5 einen in Richtung des Pfeiles 12A fliessenden Kurzschlussstrom, während der Leistungsschalter 3 und die Trennschalter 6 bis 9 einen in Richtung des Pfeiles 12B fliessenden Kurzschlussstrom führen. Der Leitungsschalter

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2 wird durch das zugeordnete Distanzschutzrelais mit der Auslösezeit t- und der Leistungsschalter 3 wird durch sein Distanzschutzrelais mit der Auslösezeit t^ ausgelöst.

Die Auslöseschaltungen der Trennschalter^, 7 und 9 werden blockiert, da der Kurzschlussstrom entgegen der durch den Pfeil K angegebenen Auslöserichtung fliesst.

Für den Trennschalter 5 sind alle Auslösebedingungen erfüllt. Die Richtung des Kurzschlussstromes stimmt mit der Auslöserichtung K überein und die Dauer t„ des vor der Kurzunterbrechung durch den Trennschalter 5 fliessenden Kurzschlussstromes war kleiner als die dem Schalter 5 zugeordnete Auslösezeit t und kürzer als die dem benachbarten Netzabschnitt C-D zugeordnete Staffelzeit t_3< Der Schalter wird also während des stromlosen Zustandes ausgeschaltet.

Obwohl beim Schalter 8 die Kurzschlussstromrichtung mit der Auslöserichtung K übereinstimmt, wird kein Auslösesignal weitergegeben, weil die Dauer t' des vor der Kurzunterbrechung durch den Schalter 8 fliessenden Kurzschlussstromes grosser war als die dem Schalter 8 zugeordnete Auslösezeit t',, und gleich lang wie die Staffelzeit t'

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des anschliessenden Netzabschnittes B-C. Der Schalter 8 bleibt demzufolge geschlossen. Hingegen sind für den Schalter 6 alle Auslösebedingungen erfüllt, wie das bereits anhand des Schalters 5 beschrieben worden ist. Der Schalter 6 wird in der stromlosen Pause ebenfalls ausgeschaltet. Nach Ablauf der Kurzunterbrechungsphase werden die Leistungsschalter 2 und 3 wieder geschlossen, so dass die gesunden Netzabschnitte wieder mit elektrischer Energie versorgt werden. Der fehlerbehaftete Netzabschnitt B-C ist jedoch abgeschaltet.

Man könnte alle Fehler auf die beschriebene Weise durch eine einmalige Kurzunterbrechung abschalten, wenn es gelingen würde, die Staffelzeitgrenzen im ganzen Netz genau an die Einbauorte der Schalter 4 bis 9 zu legen. Aus verschie·

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denen, an sich bekannten Gründen ist es üblich, die Distanzschutz-Staffelgrenzen etwa bei 80% eines Netzabschnittes zu legen, wie das in Fig. 2 angedeutet ist. Wenn nun der Kurzschluss z.B. an der Stelle 13 (Fig.l) auftritt, so öffnet in der Kurzunterbrechungspause der Schalter 6 auf die oben beschriebene Weise. Hingegen wird in der Kurzunterbrechungspause der Schalter 5 nicht geöffnet, da der Kurzschlussstrom vor der Kurzunterbrechung durch den Schalter 2 während der Zeitdauer t_, d.h. der Staffelzeit der nächsten Stufe, ge-

flössen ist. Diese Zeitdauer t₃ ist grosser als die dem Schalter 5 zugeordnete Auslösezeit t_gll·

Um nun zu verhindern, dass in einem solchen Fall der Leistungsschalter 2 beide Netzabschnitte A-B und B-C endgültig abtrennen muss, führt der Leistungsschalter 2 nach der ersten erfolglosen Kurzunterbrechung eine zweite Kurzunterbrechung aus, wobei gleichzeitig eine Aenderung der Auslösesteuerung der dem Leistungsschalter 2 zugeordneten Schalter 5, 7 und 9 notwendig wird. Zwischen der ersten und zweiten Kurzunterbrechung wurden die Zeitbedingungen für die Schalter 5 und 7 geändert. Galten für die erste Kurzunterbrechung die entsprechenden Auslösewerte t_gll und t_gl2 (gestrichelte Linie), so gelten für die zweite Kurzunterbrechung die Werte t ₂₁ ^{und t} _s22 (^stricnP^unktierte Linie). Die Zeitgrenzen für die Auslösesteuerung der Trennschalter sind so gewählt, dass die ersten Werte t_sll> ^tsl2' ¹¹SlS zwischen der Distanzschutz-Staffelzeit t₂ bzw. t_g des eigenen und des nächsten Netzabschnittes t bzw. t^ und die zweiten Werte t ₂- und t_g22 zwischen der Distanzschutz-Staffelzeit t bzw. t des nächsten und übernächsten Netzabschnittes t^ liegen.

Während der zweiten Kurzunterbrechungspause des Leistungsschalters 2 kann der Schalter 5 den Auslösebefehl von seiner Auslösesteuerung erhalten, weil der Kurzschlussstrom nicht mehr fliesst und weil der Kurzschlussstrom die

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Dauer von t₃ hatte, die unterhalb der durch t _. gegebenen Grenze liegt.

Somit ist nach der zweiten Kurzunterbrechung der fehlerbehaftete Netzabschnitt B-C abgetrennt.

Entsprechend erfolgt die Aenderung der Auslösebedingungen für die dem Leistungsschalter 3 zugeordneten Schalter 4,6 und 8. In Fig. 2 sind unterhalb der Abszisse die erweiterten Auslösezeiten t „, ' und t „_?* angegeben. Auf die beschriebene Weise können fehlerbehaftete Netzteile im ganzen Ringnetz mit Sicherheit selektiv abgeschaltet werden.

VJie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, weist eine Auslöseschaltung für die Schalter 4 bis 9 eine erste Schaltungsanordnung auf, welche die Richtung des Fehlerstromes feststellt und die Auslöseschaltung blockiert, wenn die Fehlerstromrichtung nicht mit der Auslösestronrichtung K übereinstimmt. Im weiteren ist eine zweite Schaltungsanordnung vorhanden·, v/elche die Dauer des vor jeder Kurzunterbrechung fliessenden Fehlerstromes misst, mit der gegebenen Auslösezeit vergleicht und gegebenenfalls ein Auslösesignal erzeugt. Diese zweite Schaltungsanordnung muss auch nach der ersten Kurzunterbrechung die Auslösezeit wie beschrieben ändern können.

In Fig. 3 ist das Schaltschema einer Auslöseschaltung für die Schalter 4 bis 9 (Fig.l) ohne Kurzschlussabschaltvermögen gezeigt. Mit R, S und T sind die drei Phasenleiter bezeichnet, in die je ein Schaltkontakt eines Schalters 14 eingeshaltet sind. Mit 15 ist die Erregerwicklung des dem Schalter 14 zugeordneten Oeffnungskreises bezeichnet. Der Schalter 14 entspricht den Schaltern 4 bis der Fig. 1. Der in den Phasenleitern R und T fliessende Strom wird durch je einen Stromwandler 16 bzw. 17 erfasst. An die Stromwandler 16, 17 sind je ein Ueberstromglied 18 bzw. 19 und ein Richtungsglied 20 bzw. 21 einer Ueberstrom-Richtungsrelaisschaltung 22 angeschlossen. Die beiden Ueber-

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Stromglieder 18 und 19 sind Ueberstromrelais mit Ueberstrom-Ansprechfunktion und sind ausgangsseitig mit je einem Eingang eines Oder-Tores 23 verbunden, das an seinem Ausgang 23a ein unverzögertes, ungerichtetes Ueberstromsignal "1" abgibt, sobald mindestens einer der beiden Phasenleiter R oder T Ueberstrom führt.

Die beiden Richtungsglieder 20 und 21 sind Richtungsrelais, in denen ein Phasenvergleich zwischen dem Stromsignal I₀ bzw. I und einem Referenzspannungssignal Up bzw. U_ vorgenommen wird und die, wenn die Phasenbeziehung für Auslösung erfüllt ist, ein Richtungssignal "1" abgeben. Zum Erzeugen der Referenzspannungssignale U_Rr» U₁^ ist ein Referenzspannungsgeber 24 vorgesehen, der einen Rechteck-Spannungsgenerator 25 und ein Spannungsgedächtnis 26 enthält. An den Referenzspannungsgeber 24 ist die mittels eines Spannungswandlers 27 abgegriffene Netzspannung U_RS angelegt. Die Referenzspannungssignale U_Rr, U_Tr sind Rechteckspannungen, die bezüglich Frequenz und Phasenlage zur abgegriffenen Netzspannung in fester Beziehung stehen und auch nach einer sprunghaften Aenderung der Netzspannung noch für eine bestimmte Zeitspanne zur Verfügung stehen.

Die Ausgänge des an den Stromwandler 16 angeschlossenen Ueberstromgliedes 18 und Richtungsgliedes 20 sind miteinander durch ein Und-Tor 28 und die Ausgänge des an den Stromwandler 17 angeschlossenen Ueberstromgliedes und Richtungsgliedes 21 sind durch ein Und-Tor 2 9 miteinander verbunden, wobei, entsprechend dem vorstehenden Konzept, durch ein Ausgangssignal "1" des Und-Tores 28 bzw. 29 Ueberstrom und Strömung der elektrischen Leistung in Auslöserichtung angezeigt wird. Im übrigen haben die Ausgangssignale der Und-Tore 28, 29 den Pegel "0", also insbesondere auch dann, wenn Ueberstrom und Strömung der Leistung in entgegengesetzter Richtung vorhanden sind. Die Ausgangssignale der Und-Tore 28, 29 sind miteinander durch ein

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Oder-Tor 30 verknüpft, dessen Ausgang 30a bei mindestens in einem der Phasenleiter R, T vorhandenem Ueberstrom und Leistungsströmung in Auslöserichtung ein "1"-Signal, d.h. das gerichtete Ueberstrom-Auslösesignal, führt, das unverzögert ist. Der Ausgang 30a des Oder-Tores 30 ist mit einer als Richtungsgedächtnis wirkenden logischen Schaltungsanordnung 31 verbunden.

Der Referenzspannungsgeber 24 ist für die Abgabe eines die Zuverlässigkeit der Referenzspannungssignale U , U bezeichnenden binären Prüfsignals U eingerichtet. Das Prüfsignal U_ hat den Spannungspegel "0", wenn die Referenzspannungssignale U , U zuverlässig und in Ordnung

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sind, und den Spannungspegel "1", wenn die Bedingungen zum Erhalten zuverlässiger Referenzspannungssignale nicht gegeben sind, also wenn z.B. die Amplitude der Eingangsspannung U_,_o zu stark abgefallen ist und in dem Spannungsgedächtnis 26 die letzte Synchronisierung zu lange zurückliegt oder gestört ist. Ein Prüfsignal U„ mit dem Spannungspegel "0" bedeutet demnach, dass am Ausgang 30a des Oder-Tores 3 0 ein sicheres gerichtetes Ueberstromsignal ansteht, und der Spannungspegel "1" des Prüfsignals U„ bedeutet, dass das abgegebene gerichtete Ueberstromsignal unsicher ist. Der Aufbau und die Wirkungsweise eines solchen Referenzspannungsgebers 24 ist beispielsweise in der Schweizer Patentschrift

Nr (Patentgesuch Nr. 6083/74) näher beschrieben.

Das an den Ausgang 30a der Ueberstrom-Richtungsrelaisschaltung 22 angeschlossene Richtungsgedächtnis 31 enthält zwei Signalkanäle 32, 33, welche über ein Oder-Tor 34 an den Ausgang 34a des Richtungsgedächtnisses 31 angeschlossen sind. Der Signalkanal 32 ist ein direkter Kanal und der andere Signalkanal 33 enthält einen Signalspeicher 35, Jeder Signalkanal 32, 33 enthält einen durch das Prüfsignal U auf Durchlass oder Sperrung gestellten elektronischen Schalter S bzw. S . Der Schalter S₁ ist ein Und-Tor 36 mit

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einem invertierten Eingang, an den das Prüfsignal U_p angelegt ist. Der andere Eingang ist mit dem Ausgang 3 0a der Relaisschaltung 22 verbunden, während der Ausgang des Und-Tores 36 direkt mit dem einen Eingang des Oder-Tores 34 verbunden ist. Vom Ausgang 3 0a des Oder-Tores 30 gelangt ein Ueberstrom-Auslösesignal "1" demnach nur dann an den Ausgang 3Ua des Richtungsgedächtnisses 31, wenn das Prüfsignal U_ den Spannungspegel "0" hat, d.h. das Ueberstrom-Auslösesignal sicher ist. Der Schalter S„ im Signalkanal 33 ist ein Und-Tor 37 mit drei Eingängen, dessen Ausgang an einen Eingang des Oder-Tores 34 angeschlossen ist. An den ersten Eingang des Und-Tores 37 ist das Prüfsignal U_p angelegt und an den zweiten Eingang ist der Signalspeicher 35 angeschlossen, der andererseits mit dem Ausgang des Und-Tores verbunden ist. An den dritten Eingang des Und-Tores 17 ist das ungerichtete Ueberstromsignal vom Oder-Tor 23 angelegt.

Die Auslöseschaltung weist ferner eine Pausenschaltersteuerung 38 auf, wie sie beispielsweise in der

Schweizer Patentschrift Nr (Patentgesuch

Nr. 8495/74) beschrieben ist. Diese Pausenschaltersteuerung 38 weist ein Und-Tor 39 mit sechs Eingängen E₁ bis E_g auf, von denen die vier Eingänge E₂, E₄ bis E_g invertierte Eingänge sind. Der Ausgang 39a des Und-Tores ist mit der Erregerwicklung 15 des Schalters 14 verbunden.

Der erste Eingang E ist über ein Zeitglied 40 mit der Abfallverzögerung von z.B. 0,1s mit dem Ausgang 34a des Richtungsgedächtnisses 31 und der Eingang E₂ ist direkt mit dem Ausgang 23a des Oder-Tores 23 verbunden. Die Eingänge E und E sind über Zeitglieder 41 bzw. 42 mit dem Ausgang 23a des Oder-Tores 23 verbunden. Das Zeitglied 41 hat eine Anzugsverzogerungszeit t von z.B. 0,1s und eine Abfallverzögerungszeit, die gleich ist wie die Abfallverzögerungszeit des Zeitgliedes 40, d.h. also von z.B. o,ls. Die Anzugsverzögerungszeit des Zeitgliedes 42 ist t -^ und dessen Abfallsverzögerungszeit ist z.B. 0,2s.

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Der Eingang E des Und-Tores 39 ist mit dem Ausgang eines Und-Tores 4 3 verbunden, der zudem an den einen Eingang eines weiteren Und-Tores 44 angeschlossen ist. Der eine Eingang des Und-Tores 43 ist mit dem Ausgang eines Oder-Tores 4 5 verbunden und der andere, invertierte Eingang des Und-Tores 43 ist über ein Zeitglied 46, das eine Anzugsverzögerungszeit von z.B. o,2s und eine Abfallverzögerungszeit von t_M aufweist, mit dem Ausgang des Und-Tores 44 verbunden, dessen anderer, invertierter Eingang mit dem Ausgang 23a des Oder-Tores 2 3 verbunden ist. Der eine Eingang des Oder-Tores 45 ist mit dem Ausgang des Und-Tores verbunden, während der andere Eingang über ein Zeitglied mit der Anzugsverzögerungszeit t .^ an den Ausgang 23a des Oder-Tores 23 angeschlossen ist.

An den Eingang E_ß des Und-Tores 3 9 ist ein spannungsempfindliches Element 48, z.B. ein Nullspannungsrelais, angeschlossen, das vom Spannungswandler 27 gespeist wird. Das spannungsempfindliche Element 48 erzeugt an seinem Ausgang ein Signal "1", wenn das Netz Spannung führt.

Am Ausgang 39a des Und-Tores 39 kann nur ein Auslösesignal "1" für den Schalter 14 erscheinen, wenn die Eingänge E₁ und E des Und-Tores 3 9 den Zustand "1" und

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die Eingänge E , E bis E_ den Zustand "0" aufweisen, d.h. insbesondere nur dann, wenn am Ausgang 34a des Richtungsgedächtnisses 31 ein "1"-Signal erscheint.

Vorerst wird einmal die Wirkungsweise der Pausenschaltersteuerung 38 beschrieben.

Sobald mindestens einer der Phasenleiter R oder T Ueberstrom führt, erscheint'am Ausgang 23a des Oder-Tores ein Ueberstromsignal "1", das direkt an den Eingang E₂ und an die Zeitglieder 41, 42 und 47 angelegt wird. Dadurch werden diese Zeitglieder 41, 42 und 47 angeregt. Wenn die Anzugsverzögrungszeit t- des Zeitgliedes 41 abgelaufen ist, und an den invertierten Eingängen E₄ und E₅ des Und-Tores

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noch "O"-Signale anstehen, erscheint am Ausgang 39a des Und-Tores 39 ein Auslösesignal "1", wenn der Kurzschlussstrom verschwunden ist (Signal "0" am Eingang E), das Netz keine Spannung führt (Signal "0" am Eingang E_) und die

Richtung des Stromflusses mit der Auslöserichtung übereinstimmt (Signal "1" am Eingang E).

Am Eingang E^ bzw. E des Und-Tores steht ein Signal "0" an während der Anzugsverzögerung t ₀₁ des Zeit-

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gliedes 42, bzw. während der Anzugsverzögerungszeit t

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des Zeitgliedes 47.

Im soeben beschriebenen Fall wird der Schalter während der ersten Kurzunterbrechung ausgeschaltet.

Wenn nun aber die Dauer des Kurzschlussstromes grosser ist als die Anzugsverzögerungszeit t ,, des Zeitgliedes 47, so erhält das Oder-Tor 45 und somit das Und-Tor 43 am Eingang ein "1"-Signal. Die beiden Tore 43 und 45 bilden einen Selbsthaltekreis und bewirken, dass nach dem Verschwinden des Kurzschlussstromes am Ausgang des Und-Tores 44 ein "1"-Signal erscheint, das dem Zeitglied 46 zugeführt wird. Die Anzugsverzögerungszeit des Zeitgliedes 4 muss mit Sicherheit länger sein als die Abfallverzögerungszeit des Zeitgliedes 41. Anschliessend wirft das Zeitglied 46 den Haltekreis 43, 45 ab und verhindert während seiner Abfallverzögerungszeit t„, z.B. t_M = 2s, eine weitere Sperrung durch das Zeitglied 47. Die Abfallverzögerungszeit tj. des Zeitgliedes 46 muss demnach so lange gewählt werden, dass innerhalb dieser Zeit die zweite Kurzunterbrechung und eine eventuelle definitive Abschaltung erfolgen kann. Tritt nun der Kurzschlussstrom nach der ersten Kurzunterbrechung wieder auf, so werden wie bereits beschrieben, die Zeitglieder 41, 4 2 und 47 angeregt, wobei wie oben erwähnt die Sperrung durch das Zeitglied 47 verhindert wird. Falls alle übrigen Bedingungen (Kurzschlussstrom verschwunden, Netz spannungslos, Stromrichtung stimmt

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mit Auslöserichtung überein) erfüllt sind, erscheint am Ausgang 39a des Und-Tores ein Auslösesignal für den Schalter 14, wenn die Dauer des Kurzschlussstromes grosser ist als die Anzugsverzögerung t , z.B. 0,1s, des Zeitgliedes 41 und kleiner ist als die Anzugsverzögerungszeit T ₂₁» ^Ζ·^Β· .0,7s,des Zeitgliedes 42. Das aus der Ueberstrom-Richtungsrelaisschaltung 22, dem Referenzspannungsgeber 24 und dem Richtungsgedächtnis gebildete Richtungsrelais arbeitet wie folgt:

Tritt ein satter Kurzschluss in Auslöserichtung K (Fig.l) auf, so werden zur sofortigen Richtungsbestimmung die Referenzspannungssignale U_Rr und U^ vom Spannungsgedächtnis 26 benutzt. Diese Referenzspannungssignale sind wegen der unmittelbar vor dem Auftreten des Kurzschlusses noch ausreichend'hohen Eingangsspannung U_RS und richtiger Synchronisierung noch in Ordnung, was durch ein Prüfsignal U = "0" angezeigt wird. Das vom Oder-Tor 2 3 abgegebene ungerichtete Ueberstromsignal ist ein "1"-Signal und das vom Oder-Tor 3 0 abgegebene gerichtete Ueberstromsignal ist ein "Γ'-Signal. Bei einsetzendem Kurzschluss ist wegen U_F _ "0" das als Schalter S_± dienende Und-Tor 36 auf Durchlass geschaltet und am Ausgang 34a des Richtungsgedächtnisses 31 erscheint das vom Oder-Tor 34 abgegebene Ueberstrom-Auslösesignal "1", welches über das Zeitglied dem Und-Tor 39 der Pausenschaltersteuerung 3 8 zugeführt wird, um letztere freizugeben.

Das "1"-Ausgangssignal des Und-Tores 36 wird dem Signalspeicher 35 zugeführt, und für die Zeitspanne t^ in diesem gespeichert.

Ist die Kurzunterbrechung erfolglos, so wird das Prüfsignal U = ¹¹I" und damit das Und-Tor 36 gesperrt, so dass sein Ausgang ein "0"-Signal führt. An den Eingängen des Und-Tores 37 liegen dann das ungerichtete Ueberstromsignal "1" des Oder-Tores 23, vom Speicher 35 das gespeicherte Auslösesignal "1" und das Prüfsignal U_p = "1", so dass der Ausgang des Und-Tores 37 ein "1"-Signal führt, das über das

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Oder-Tor 34 für die Zeitspanne t' an den Ausgang 34a angelegt

ist, und über das Zeitglied 40 dem Eingang E des Und-Tores 39 zugeführt wird, um die Pausenschaltersteuerung 38 freizugeben.

Ist bei einem Kurzschluss der Leistungsfluss in Sperrichtung, so ist bei einsetzendem Kurzschluss das Prüfsignal U_ = "0", das vom Oder-Tor 23 abgegebene ungerichtete UeberStromsignal ein "1"-Signal und das vom Oder-Tor 3 0 abgegebene gerichtete Ueberstromsignal ein Sperrsignal "0". Das Und-Tor 3 6 (Schalter S,) gibt an seinem Ausgang ein "0"-Signal ab, das über den Signalkanal 32 an den einen Eingang des Oder-Tores 34 angelegt wird. An den Eingängen des Und-Tores 37 liegt das ungerichtete Ueberstromsignal "1", das Prüfsignal U = "0" und ein "0"-Signal vom Speicher 35, so dass am Ausgang des Und-Tores 37 ein "0"-Signal erscheint, welches an den anderen .Eingang des Oder-Tores 34 angelegt wird. Am Ausgang 34a des Oder-Tores 34 erscheint ein "0"-Signal, welches dem Eingang Ε_χ des Und-Tores 3 9 zugeführt wird, welches damit an seinem Ausgang 3 9a ein "0"-Signal führt, was keine Auslösung des Schalters 14 zur Folge hat.

Bei erfolgloser Kurzunterbrechung ist die Richtungsbestimmung unsicher, d.h. das Prüfsignal Up wird "1". Das Und-Tor 37 erhält vom Speicher 35 ein "0"-Spiel und der Ausgang des Schalters S.. (Und-Tor 36) führt ein "0"-Signal. Am Oder-Tor 34 liegen dann die Eingangssignale "0", "0" und am Ausgang des Richtungsgedächtnisses 31 erscheint ein "0"-Signal, welches die Pausenschaltersteuerung 38 blockiert.

Bei Einschaltung auf einen satten Kurzschluss ohne vorhergehendem Normalbetrieb kommt es zu keiner Auslösung des Schalters 14, da am Ausgang 34a des Richtungsgedächtnisses 31 ein "0"-Signal erscheint.

Die anhand der Fig. 3 beschriebene Auslöseschaltung besteht aus einem Richtungsrelais, das durch die Ueberstrom-

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Richtungsrelaisschaltung 22, den Referenzspannungsgeber und das Richtungsgedächtnis 31 gebildet ist, und einer Pausenschaltersteuerung 38.

Das Richtungsrelais und die Pausenschaltersteuerung 38 können auch einen entsprechenden anderen Aufbau haben,

wie z.B. in den Schweizer Patentschriften Nr

(Patentgesuch Nr. 6083/74) und Nr (Patentgesuch Nr. 84 95/74) beschrieben.

Es ist auch denkbar, dass mit der Pausenschaltersteuerung 3 8 verbundene Richtungsrelais einfacher als wie dargestellt auszubilden. Der Referenzspannungsgeber 24 und das Richtungsgedächtnis 31 können unter Umständen weggelassen werden, so dass das Richtungsrelais nur noch aus der Ueberstrom-Richtungsrelaisschaltung 22 besteht. In diesem Fall wird der Ausgang des Spannungswandlers 27 direkt an die Eingänge der Richtungsglieder 20 und 21 angeschlossen, während der Ausgang 3 0a des Oder-Tores 3 0 über das Zeitglied 4 0 mit dem Eingang E₁ des Und-Tores 3 9 verbunden wird.

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Claims

Patentansprüche

ι 1. (Verfahren zum Wegschalten eines kurzschlussbehaftetHn Netzteiles aus einem geschlossenen elektrischen Ringnetz, das von einem Speisepunkt aus über zwei je auf eine Seite des Speisepunktes angeordneten, mit Kurzunterbrechungssteuerung und Distanzschutz ausgerüsteten Leistungsschaltern gespeist wird, und das durch mehrere Abzweigstellen in einzelne Ne-tzabschnitte unterteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abzweigstelle (B,C,D) zwei je auf einer Seite der Abzweigstelle (B,C,D) angeordnete, mit einer Auslösesteuerung ausgerüstete Schalter (4,5,6,7,8,9) ohne Kurzschlussabschaltvermögen zugeordnet werden, die im Ringnetz untereinander in Reihe geschaltet sind, dass bei einem Kurzschluss die beiden Leistungsschalter (2,3) in Abhängigkeit ihres entsprechenden Abstandes von der Kurzschlussstelle für eine erste Kurzunterbrechung ausgelöst werden und dass im stromlosen Zustand während der Kurzunterbrechung diejenigen Schalter (4,5,6,7,8,9) an den Abzweigstellen (B,C,D) geöffnet werden, welche in Richtung des Kurzschlussstromes hinter der zugeordneten Abzweigstelle angeordnet sind und vor der Kurzunterbrechung einen Kurzschlussstrom von einer Zeitdauer geführt haben, die kürzer ist als die kürzeste Leistungsschalter-Auslösezeit, welche dem im nächst grösseren Abstand vom entsprechenden Leistungsschalter (2,3) folgenden Netzabschnitt zugeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgloser erster Kurzunterbrechung die Leistungsschalter (2,3) für eine zweite Kurzunterbrechung mit den für die erste Kurzunterbrechung gültigen Auslösezeiten ausgelöst werden und dass im stromlosen Zustand während der zweiten Kurzunterbrechung diejenigen Schalter (4,5,6,7, 8,9) an den Abzweigstellen (B,C,D) geöffnet werden, welche in

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Richtung des Kurzschlussstromes hinter der zugeordneten
Abzweigstelle (B,C,D) angeordnet sind und vor der zweiten Kurz unterbrechung einen Kurzschlussstrom von einer Zeitdauer geführt haben, die kürzer ist als die kürzeste Leistungsschalter-Auslösezeit, welche dem im übernächst grösseren Abstand vom entsprechenden Leistungsschalter (2,3) folgenden Netzabschnitt zugeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgloser erster Kurzunterbrechung die Leistungsschalter (2,3) für eine zweite Kurzunterbrechung mit Auslösezeiten ausgelöst werden, die gegenüber den den einzelnen Netzabschnitten zugeordneten, für die erste Kurzunterbrechung gültigen Auslösezeiten verkürzt sind, und dass im stromlosen Zustand während der zweiten Kurzunterbrechung diejenigen Schalter (4,5,6,7,8,9) an den Abzweigstellen (B,C,D) geöffnet werden, welche in Richtung des Kurzschlussstromes hinter der zugeordneten Abzweigstelle angeordnet sind und vor der Kurzunterbrechung einen Kurzschlussstrom von einer Zeitdauer geführt haben, die kürzer ist als die kürzeste Leistungsschalter-Auslösezeit, welche dem im nächst grösseren Abstand vom entsprechenden Leistungsschalter (2,3) folgenden Netzabschnitt zugeordnet ist.
4. Schalter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer von Strom und Spannung am Einbauort des Schalters gespeisten, mit dem Oeffnungskreis des
Schalters gekoppelten Auslöseschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseschaltung eine erste Schaltungsanordnung (22,24,31) zum Feststellen der Richtung des
Kurzschlusssströmes und eine zweite Schaltungsanordnung (38) zum Feststellen der Da uer des Kurzschlussstromes vor einer Unterbrechung aufweist, die bei nicht stromführendem Schalter und bei in Richtung und Dauer den Auslösebedingungen entsprechendem Kurzschlussstrom ein Auslösesignal an den Oeffnungskreis (15) abgibt.

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5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltungsanordnung ein Richtungsrelais ist, das wenigstens eine Ueberstrom-Richtungsrelaisschaltung (22) zur Gewinnung eines gerichteten Ueberstromsignals aufweist und dass die zweite Schaltungsanordnung eine vom Richtungsrelais gespeiste Auslösesteuerung (38) ist, die ausgangsseitig mit dem Oeffnungskreis (19) des Schalters verbunden ist, wobei die Auslösesteuerung (38) bei Vorhandensein eines gerichteten Ueberstromsignals und in der stromlosen Pause während der Kurzunterbrechung an ihrem Ausgang (39a) ein Auslösesignal erzeugt, wenn die festgestellte Dauer des geflossenen Kurzschlussstromes kleiner ist als die kürzeste Leistungsschalter-Auslösezeit, welche dem im nächst grösseren Abstand vom entsprechenden Leistungsschalter (2,3) folgenden Netzabschnitt zugeordnet ist.
6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösesteuerung (38) eine zweite Steuerstufe aufweist, die die Dauer des zwischen einer ersten erfolglosen Kurzunterbrechung und einer zweiten Kurzunterbrechung fliessenden Kurzschlussstromes feststellt und bei Vorhandensein eines gerichteten Ueberstromsignals und in der stromlosen Pause während der zweiten Kurzunterbrechung an ihrem Ausgang (39a) ein Auslösesignal erzeugt, wennjdie festgestellte Dauer des geflossenen Kurzschlussstromes kleiner ist als die kürzeste Leistungsschalter-Auslösezeit, welche dem im übernächst grösseren Abstand vom entsprechenden Leistungsschalter (2,3) folgenden Netzabschnitt zugeordnet ist.
7. Schalter nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Richtungsrelais ein an den Ausgang (30a) für gerichtete Ueberstromsignale der Ueberstrom-Richtungsrelaisschaltung (22) angeschlossenes Richtungsgedächtnis (31) und einen Referenzspannungsgeber (24) aufweist, der an die Richtungsglieder (20,21) der Ueberstromrichtungsrelaisschaltung (22) von der Netzspannung vor dem

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Kurzschluss abhängige Referenzspannungssignale (U_Rr> U abgibt und ein Prüfsignal (Up) für zuverlässige und nicht zuverlässige Referenzspannungssignale erzeugt, und dass das Richtungsgedächtnis (31) ausgangsseitig mit der Auslösesteuerung (38) verbunden ist und bei zuverlässigen Referenzsignalen (U , U„ ) das gerichtete Ueberstrom-Richtungssignal einerseits an seinen Ausgang (34a) weitergibt und andererseits für eine bestimmte Zeitspanne (t') in einem Signalspeicher (35) einspeichert, wobei bei nicht zuverlässigen Referenzspannungssignalen das im Signalspeicher (35) gespeicherte Signal zum Freigeben der Auslösesteuerung (38) dient.

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