DE412865C - Einrichtung, um fehlerhafte Teilstrecken in elektrischen Verteilungsnetzen selbsttaetig abzuschalten - Google Patents

Description

Die Leitungsnetze elektrischer Anlagen unterteilt man in einzelne Teilstrecken, um im Falle einer Störung nur die vom Fehler betroffene Strecke abschalten zu können. Bei einem bekannten Fehlerschutzsystem wird die Auswahl und Abschaltung der fehlerhaften Teilstrecken dadurch erreicht, daß in jeder Phase der Stromverteilung im Haupt- und dem dazu parallel geschalteten Nebenleiter am Anfang und Ende

ίο durch besondere Organe (Differentialwandler) kontrolliert wird. Beim Auftreten eines Fehlers auf der Teilstrecke wird das Stromverhältnis im Haupt- und Nebenleiter geändert, und die Kontrollorgane bewirken die sofortige Abschaltung.

Durch Koppeltransformatoren wird zwischen dem Haupt- und Nebenleiter eine Kontrollspannung erzeugt.

Es ist wünschenswert, daß die Abschaltung der fehlerhaften Strecke so schnell erfolgt, daß

jo der Betrieb der gesunden Netzteile nicht beeinträchtigt wird. Daraus folgt, daß gesunde Netzteile auf keinen Fall durch Überströme, die von Störungen in der kranken Strecke herrühren, abgetrennt werden dürfen. Die Fehlerschutz-

einrichtung darf also auch bei großen Überströmen nicht ansprechen.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Anordnung zu treffen, durch die das Fehlerschutzsystem unempfindlich gegen das Auftreten von Überströmen gemacht wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das System nur dann bei Überströmen nicht anspricht, wenn das Verhältnis der Ströme im Haupt- und im Nebenleiter bei jeder Belastung unverändert bleibt und keine Phasenverschiebung zwischen den beiden Leitern auftritt, und die Erfindung besteht darin, daß bei einem beliebig gewählten Verhältnis der Ströme im Haupt- und Nebenleiter und bei der Phasenverschiebung Null zwischen diesen Strömen die Summe der Spannungen in dem vom Haupt- und Nebenleiter und den zugehörigen Koppeltransformatoren und Differentialwandlern gebildeten Stromkreis gleich Null gehalten wird, und daß der Einfluß der Kapazitätsströme zwischen Haupt- und Nebenleiter auf die Auslöseorgane aufgehoben wird.

In der Abb. 1 ist als Beispiel ein bekanntes Fehlerschutzsystem dargestellt, das dem Patent 313542 entspricht, n und 12 sind die Haupt- und Nebenleiter der Teilstrecke, die an ihren beiden Enden durch die Schalter 13 und 14 abgeschaltet werden kann. 15 und 16 sind Koppeltransformatoren, durch welche eine Spannung zwischen den Leitern 11 und 12 aufrecht- gg erhalten wird. 17 und 18 sind Differentialwandler, die mittels der Wicklungen 19 und 20 den Relais 21 und 22 nur dann Spannung geben, wenn infolge eines Fehlers auf der Teilstrecke die normale Stromverteilung in den beiden Leitern geändert wird. Wenn die Relais 21 und 22 ansprechen, so wird die Verklinkung 23

*) Von dem Patentsiicher ist als der Erfinder angegeben worden:

Robert Denser in Charlottenburg.

und 24 der Schalter 13 und 14 gelöst, und die Schalter trennen die fehlerhafte Teilstrecke vom übrigen Netz ab.

Bei einer solchen Anordnung kommen Spannungen in Betracht, die von den Ohmschen Widerständen der Teilstrecke, also den Widerständen der beiden Leiter und. der Wicklungen der Transformatoren und Differentialwandler herrühren, ferner Spannungen, die in Eisen verlaufenden magnetischen Feldern entstammen, die nicht frei von Sättigung sind. Weiterhin kommen Spannungen in Betracht, die von magnetischen Feldern, die ganz oder hauptsächlich in Luft verlaufen, also von magnetisehen Streuflüssen herrühren, die sich um die Wicklungen der Transformatoren und Differentialwandler bilden, und von magnetischen Feldern, die sich um den Haupt- und Nebenleiter schließen.

Da die Teilspannungen dieser drei Gruppen verschiedene Abhängigkeit vom Belastungsstrom haben, so wird erfindungsgemäß die Abgleichung der Spannungen auf Null für jede Gruppe getrennt vorgenommen. Immer unter der Voraussetzung, daß das Stromverhältnis zwischen Haupt- und Nebenleiter richtig gewählt ist, so daß also die Differentialwandler nicht ansprechen, und vorausgesetzt, daß die Phasenverschiebung der Ströme im Haupt- und Nebenleiter gleich Null ist, muß in der Teilstrecke die Summe sämtlicher Ohmscher Spannungsabfälle, die Summe sämtlicher Spannungen, die von den in Eisen verlaufenden Kraftflüssen herrühren, und die Summe sämtlicher Spannungen, die von hauptsächlich in Luft verlaufenden Kraftflüssen herrühren, gleich Null sein.

Die Abgleichung der Ohmschen Spannungsabfälle in dem Stromkreis 13,11,14,12,13 kann dadurch geschehen, daß man in den Kreis einen zusätzlichen einstellbaren Widerstand einschaltet. Wenn der Nebenleiter 12 im Vergleich zum Hauptleiter 11 geringen Querschnitt hat, also im Vergleich zum Gesamtstrom einen geringen Strom führt, so wird der zusätzliche Widerstand zweckmäßig in den Nebenleiter gelegt und auf dessen Anfang und Ende verteilt. Solche regelbare Zusatzwiderstände 25, 26 sind in der Abb. 2 dargestellt. Um die regelbaren Zusatzwiderstände in den Nebenleiter legen zu können und dadurch die Energieverluste möglichst gering zu halten, kann man das Verhältnis zwischen den Strömen im Haupt- und Neben leiter etwas größer wählen, als dem Querschnittsverhältnis der Teilleiter entspricht. Selbstverständlich müssen sich alle weiteren Maßnahmen nach diesem gewählten Stromverhältnis richten, insbesondere müssen sämtliche Wicklungen hierfür bemessen sein.

Spannungen, die in Eisen verlaufenden magnetischen Feldern entstammen, die nicht frei von Sättigung sind, kommen im fehlerlosen Zustand der Leitungen nur bei den Koppeltransformatoren 15 und 16 vor. Soll die Summe der Spannungen der beiden Transformatoren unabhängig von der Belastung Null sein, so müssen für jede Belastung die magnetischen Induktionen der Koppeltransformatoren gleich sein, d. h. beide Transformatoren müssen dieselbe Magnetisierungskurve besitzen.

Magnetische Felder, die in Luft verlaufen, sind als Streuflüsse um alle vom Haupt- und Hilfsstrom durchflossenen Wicklungen, also bei den Koppeltransformatoren 15 und 16 und den Differentialwandlern 17 und 18 vorhanden, ferner aber auch beim Haupt- und Nebenleiter der Teilstrecke. Als Leiter kommen vorzugsweise Kabel in Frage. Ist beim Kabel der Nebenleiter konzentrisch zum Hauptleiter im Innern angeordnet, so besteht ein Feld, das mit Haupt- und Nebenleiter verkettet ist, und j ferner ein Feld, das nur mit dem Hauptleiter verkettet ist. Es ist bekannt, daß dies eine Stromverdrängung in den Hauptleiter und eine Phasenverschiebung der Ströme der beiden Leiter zur Folge hat. Im allgemeinen wird die Summe der Spannungen, die von diesen magnetischen Flüssen herrühren, bei dem gewählten Stromverhältnis nicht Null sein. Erfindungsgemäß wird die Einstellung der Summe der Spannungen auf Null durch einen zusätzlichen Kraftfluß herbeigeführt, der hauptsächlich in Luft verläuft. Um dies zu erreichen, sind in der Anordnung nach Abb. 2 zwei Wandler 27 und 28 in dem Haupt- und Nebenleiter eingeschaltet, die einen in Luft verlaufenden Kraftfluß haben. Die Eisenkreise sind nicht geschlossen, sondern haben einen einstellbaren Luftspalt, so daß das magnetische Feld die Eigenschaften eines Luftfeldes bekommt. Die vom Haupt- und Hilfsstrom durchflossenen Wicklungen des Magnetsystems wirken gegeneinander. Es müssen aber für den vorliegenden Fall die vom Hauptstrom herrührenden Amperewindungen überwiegen.

Um eine vollständige Unempfindlichkeit des Schutzsystems gegen Überströme zu erhalten, muß auch noch der Einfluß der Kapazität zwischen Haupt- und Nebenleiter aufgehoben werden. Da zwischen Haupt- und Nebenleiter eine Spannung besteht, fließen Kapazitätsströme von den Transformatoren 15 und 16 nach dem Hauptleiter 11, dann gemeinsam über das Dielektrikum nach dem Nebenleiter 12 und dann geteilt wieder zu den Koppeltransformatoren zurück. Diese Kapazitätsströme lagern sich über die Betriebsströme und verändern das Stromverhältnis im Haupt- und Nebenleiter. Die Differentialwandler werden durch diese übergelagerten Kapazitätsströme verstimmt. Die Wirkung dieser störenden Ströme wird wieder aufgehoben, wenn man auf die Diffe-

rentiahvandler zusätzliche Amperewindungen 29, 30 (Abb. 2) wirken läßt, die den von den störenden Kapazitätsströmen erzeugten Amperewindungen das Gleichgewicht halten, und zwar bei jeder Belastung.

Bei der in Abb. 2 dargestellten Anordnung sind die Wicklungen 29, 30 der Differentialwandler über Kondensatoren 31, 32 an die von den Koppeltransformatoren erzeugte Kontrollspannung gelegt. Die Windungszahlen und der Wicklungssinn der zusätzlichen Wicklung und die Größe der Kondensatoren werden so bestimmt, daß die Wirkung der störenden Kapazitätsströme aufgehoben wird. In Abb. 3 ist eine andere Ausführungsform dargestellt. Hilfsspannungen, die in einer besonderen Wicklung 33 des Koppeltransformators 15 und ebenso in einer entsprechenden Wicklung des Transformators 16 am Ende der Leitung erzeugt werden, werden über Kondensatoren 34 an die vom Hilfsstrom durchfiossenen Wicklungen 35 der Differentialwandler gelegt.

Die Abgleichung der Summe aller Spannungen im Teilstreckenkreis auf Null kann natürlich auch auf andere Ausführungsformen des Fehlerschutzsystems angewendet werden. In Abb. 4 ist eine solche Anordnung dargestellt, die dem Patent 365223 entspricht.

Der Koppeltransformator trägt einen Mittelschenkel 36, der oben und unten an Punkte des Transformatoreisens angeschlossen ist, zwischen denen im normalen Betrieb keine magnetische Potentialdifferenz besteht. Wenn aber beim Auftreten eines Fehlers die Kraftflüsse im Eisen sich ändern, so tritt an den Anschlußpunkten des mittleren Schenkels eine Potentialdifferenz auf. Die Wicklung 37 wird zum Sitz einer elektromotorischen Kraft, die einen Strom in die Auslösespule 19 sendet, so daß der End-Schalter ausgeschaltet wird. Auf dem Mittelschenkel 36 ist ferner noch die Spule 38 angeordnet, die entsprechend der Spule 29 der Abb. 2 über einen Kondensator 39 an die Spannung zwischen Haupt- und Nebenleiter angeschlossen ist. Auch bei dieser Anordnung wird erreicht, daß die Summe aller Spannungen im Stromkreis der Teilstrecke bei jeder Belastung gleich Null ist.

Claims (7)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Einrichtung, um fehlerhafte Teilstrecken in elektrischen Verteilungsnetzen selbsttätig abzuschalten, bei der an den Enden der Teilstrecken je ein Koppeltransformator angeordnet ist, der zwischen den parallel geschalteten Haupt- und Nebenleitern jeder Phase eine Spannung erzeugt, und bei welcher beim Eintreten eines Fehlers durch die Störung des Stromverhältnisses im Haupt- und Nebenleiter die Auslösung der beiden Streckenschalter herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlerschutzsystem gegen das Auftreten von Überströmen unempfindlich gemacht wird, indem bei einem beliebig gewählten Verhältnis der Ströme im Haupt- und Nebenleiter und bei der Phasenverschiebung Null zwischen diesen Strömen die Summe der Spännungen in dem vom Haupt- und Nebenleiter und den zugehörigen Koppeltransformatoren und Differentialwandlern gebildeten Stromkreis gleich Null gehalten wird, und daß der Einfluß der Kapazitätsströme zwischen Haupt- und Nebenleiter auf die Auslöseorgane aufgehoben wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch regelbare Widerstände iri dem vom Haupt- und Nebenleiter gebildeten Kreis, zum Zweck, die Summe der Ohmschen Spannungsabfälle gleich Null zu machen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Ströme im Haupt- und Nebenleiter größer gewählt wird, als dem Querschnittsverhältnis der beiden Leiter entspricht, um die zusätzlichen Widerstände in dem Stromkreis des Nebenleiters legen zu können.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch solche Abmessungen der beiden Koppeltransformatoren der Teilstrecken, daß sie für jeden Belastungsstrom _go gleich große magnetische Induktionen aufweisen und die Summe der von ihnen induzierten Spannungen in dem vom Haupt- und Nebenleiter gebildeten Kreis für jede Belastung Null wird.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch besondere Wandler, die mit einem regelbaren Luftspalt versehen sind, Haupt- und Nebenleiter magnetisch gekoppelt werden, derart,daßdieSumme i_Oc der von allen magnetischen in Luft verlaufenden Feldern herrührenden Spannungen in dem vom Haupt- und Nebenleiter gebildeten Kreis für jede Belastung Null wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß besondere Wicklungen der Differentialwandler über Kondensatoren an die von den Koppeltransformatoren erzeugte Kontrollspannung gelegt werden.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch n₀ gekennzeichnet, daß in besonderen Wicklungen der Koppeltransformatoren Hilfsspannungen erzeugt werden, die über Kondensatoren an die vom Hilfsstrom durchfiossenen Spulen der Differentialwandler ng gelegt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.