DE494620C - Anordnung zur Ausloesung von Wechselstromschaltern bei kurzschlussartigem UEberstrom - Google Patents

Anordnung zur Ausloesung von Wechselstromschaltern bei kurzschlussartigem UEberstrom

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DE494620C
DE494620C DES88355D DES0088355D DE494620C DE 494620 C DE494620 C DE 494620C DE S88355 D DES88355 D DE S88355D DE S0088355 D DES0088355 D DE S0088355D DE 494620 C DE494620 C DE 494620C
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Germany
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switches
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DES88355D
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Dr-Ing E H Reinhold Rue Dr-Ing
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H02H1/003Fault detection by injection of an auxiliary voltage

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Anordnung zur Auslösung von Wechselstromschaltern bei kurzschlußartigem Überstrom ]Die Abschaltung von Starkstromleitungen großer Anlagen bereitet heute außerordentliche Schwierigkeiten, weil dile bei Störungen, insbesondere bei Kurzschlüssen, sich entwikkelndenLeistungen solch enorme Beträge annehmen, daß sie mit unseren heutigen Mitteln nicht mehr beherrschbar sind. Man versucht zwar einerseits durch den Bau leistungsfähigerer Schalter die Grenzen der Abschaltleistung heraufzusetzen, ist jedoch nicht wesentlich über 500 MVA hinausgekommen. Andererseits versucht man durch starke Unterteilung der Netze und Kraftwerke, durch Anwendung von Kurzschlußdrosselspulen, durch Schnellentregungsmetlhoden und ähnliche Mittel de auftretenden Kurzschlußleistungenherabzusetzen, jedoch (kommt man bei großen Kraftwerken nicht auf die eben genannte Zahlengrenze herunter. Die Kurzschlußströme in den Netzen entwickeln, sich nicht plötzlich, sondern sie erreichen ihren Spitzenwert erst innerhalb einer Halbwellendauer, bei 5operiodigen Anlagen also nach 1/10o Sekunde, bei 15periodigen nach 3/100 Sekunde.
  • Im oberen Teil der Abb. i stellt die Sinuskurve a den normalen Betriebsstrom der Wechselstromanlage dar, der nach dem Kurzschlur; (angedeutet durch die Vertikale i) auf den sogenannten Stoßkurzschlußstrom 3 ansteigt. Dieser Stoßkurzschlußstrom klingt dann nach einer Anzahl von Perioden auf den Dauerkurzschlußstrom q. ab. Während es früher üblich war, die Schalter erst nach dem Abklingen des Stromstoßes ausschalten zu lassen, wodurch sie weitgehend geschont wurden, pflegt man heute die Schalter schneller zu betätigen, um die schädlichen Wirkungen des Kurzschlußstromes auf die anderen Anlageteile und das Herausfallen der Generatoren zu verhindern. Man sucht dabei die Abschaltzeit bis auf den Wert von 1/4 Sekunde herabzudrücken. Das Auslösen der Schalter bewirkt man dabei. durch Relais oder ähnliche Anordnungen, die ,auf das Anwachsen des Kurzschlußstromes selbst in der einen oder .anderen Form ansprechen. Dabei ergeben sich jedoch idie geschilderten hohen Abschaltleistungen, da im Moment ,des Abschaltens der Stoßkurzschlußstrom sich bereits zur vollen Größe ausgebildet hat.
  • Gemäß der Erfindung soll nun das Abschalten der Ströme vor sich gehen, bevor die Kurzschlußströme ihren oben beschriebenen Spitzenwert erreicht haben. Es ist dazu erfindungsgemäß ein die Auslösung des Schalter herbeiführendes und durch die Ursache des Kurzschlusses ,gesteuertes Anzeigemittel vorgesehen, das von der Wechselstrombetriebsspannun g im wesentlichen unabhängig ist und das bezüglich der Auslösung des Schalters schneller arbeitet als der gewöhnlich bisher die Auslösung .des Schalters herbeiführende Betriebsstrom. In Kombination mit dieser Anordnung besitzt der Schalter noch einen Schaltermechanismus, der das öffnen des Schalters in einer wesentlich kürzeren Zeit als einer Halbwelle des Betriebsstromes herbeiführt. Dies erfordert sehr schnell wirkende Schaltermechanismen, die innerhalb der obengenannten Zeiten von j/"00 bis 3d00 Sekunde arbeiten. Dieses mechanische Problem an sich kann äbnlj:ch gelöst werden wie bei den bekannten. Schnellschaltern für Gleichstromumformer, bei denen Abschaltzeiten bis zu wenigen tausendstel Sekunden .herunter erreicht werden. Die Anordnung kann ;derart sein, daß ein konstant erregter Haltemagnet den Schalter entgegen der Kraft einer Feder in geschlossenem Zustande erhält, wobei ,der Anker des Haltemagneten durch das von der Ursache des Kurzschlusses gesteuerte Hilfsmittel zum Abreißen gebracht wird. Bei einer anderen Ausführungsform wird durch. dieses Hilfsmittel eine Lamellenkupplung gelöst. Da sich innerhalb dieser kurzen Zeit der Wechsel s*xomkurzschluß nicht bis zu seinem. Höchstwert ausbildet, sondern noch sehr weit darunterbleibt, so treten die ob;engenannten großen Zahlen für die Ausschaltleistung gar nicht erst auf. Das Ausschalten des Stromes ist daher außerordentlich erleichtert und erfolgt um so einwandfreier, je schneller man nach dem Eintritt des Kurzschlusses und nach dem Nulldurchgang des -#Vechselstromes die Schaltbewegung einleitet.
  • Das das Wechselstromnetz bezüglich .eines Kurzschlusses kontrollierende Hilfsmittel, das schneller arbeitet als der Betriebsstrom, kann verschiedener Art sein. Insbesondere eignet sich dazu eine idem Wechselstromnetz aufgedrückte höherperiodige, insbesondere hochfrequente Hilfsspannung, die beiß einem Kurzschluß einen hochfrequenten Strom bzw.:eisl,e Änderung eines bereits bestebend;en Hochfrequenzstromes erzeugt, die die Auslösung des Schalters herbeiführt. Man könnte aber auch dem Netz eine Gleichspannung überlagern (beispielsweise zum Schutz gegen Erdschlüsse). Nachdem ;diese Gleichspannung durch die betriebsmäßigen Vorgänge im Netze nicht beeinflußt wird, so lassen sich Idcht Anordnungen treffen, <Ule bei. einem Erdschluß eine sehr rasche Auslösung des Schalters durch .den beim Erdschluß eintretenden Strom der Gleichspannung herbeiführen.
  • Abb. 2 zeigt ein Ausführüngsbdsp@el der Erfindung. Es werden die Schalterbewegungen nicht vom Kurzschlußstrom selbst ausgelöst, sondern es werden. Auslösiemittel verwendet, die nicht auf der Wilrkung" des Kurzschlußstromes. beruhen, also auf einer Selb:stüberwachung des Stromkreises, sondern die eine Fremdüberwachung der Stromkreise benutzen. Dias Wesentliche dieser Verbesserung besteht in der Kombination eines auf den Schalter einwirkenden Anzegemittels für Kurzschlüsse, das .schneller arbeitet als der gewöhnliche Betriebsstrom, gemeinsam mit einem Schaltermechanismus, der den -Schalter in einer wesentlich kürzeren Zeit als einer Halbwelle des Betriebsstromes zur wirkung bringt. Es wird .dadurch der Kombinationseffekt erreicht, da.ß der Schalter bereits zur Auslösung kommt, bevor der Betriebsstrom sich in einen Kurzschlußstrom umgewandelt hat bzw. über seine normale Betriebsgröße hinausgestiegen ist. Beispielsweise kann man die Leitungen, Apparate und Maschinen durch Hoichfrequenzströme überwachen, die den Eintritt irgendeines D efektes, z. B. eines Kurzschlusseis, Erdschlusses, Windungsschlusses, ihrer überwachungsapparatur sehr -viel schneller melden können als Apparate, die mit der Betriebsfrequenz arbeiten. Benutzt man z. B. als i`berwachungsmittel Hochfrequenzströme von 5o ooo Perioden pro Sekunde, so wird ein entstandener Fehler tausendmal schneller gemeldet, als .es der Betriebsstrom vermag. Infolgedessen können die Schalter bereits nach 1/00o Halbperiode des Betriebswechselstromes in Tätigkeit gesetzt werden, wie es für das oben geschilderte Abschaltsystem erforderlich ist. An Stelle des relativ trägen Betriebswechselstromes wird .a.l o hier der außerordentlich schnelle Hochfrequenzstrom benutzt.
  • In der Abb. z ist diese Wirkungsweise schematisch dargestellt. Die obere Kurve stellt dar, wie der normale Betriebswechselstrom vom Zeitpunkt des Eintritts des Kurzschlusses bis auf einen sehr hohen Spitzenwert ansteigt. Auch für den Hoch`_requenzstrom ist dargestellt, daß er durch den Eintritt des Kurzschlusses .anwächst. Er ist aber bereits auf seinem neuen Wert angelangt, wenn der Betriebskurzschlußstrom noch in den Anfängen seiner Entwicklung steht. Man kann diesen daher bereits beim Punkte a zur Abschaltung bringen, in dem er sich noch gar nicht erheblich über den Normalstrom hinaus gesteigert hat. Im einzelnen bedeuten in Abb. 2 13 die zu überwachende Leitungsanlage, die über den Schalter 14 von den Sammelschienen 15 gespeist wird. Der LeitUng 13 werden nun mittels des Hochfr equenzgenerators 16 über die Kupplungskondensatoren 17 und 18 hochfrequente Schwingungen überlagert. Damit diese Schwingungen nicht .auf die Sammelschiene 15 übertreten und dort durch betriebsmäßige Zu-und Abschaltungen beeinflußt werden, sind zwischen der Leitung 13 und den Sammelschienen 15 Sperrkreise i9 und 2o eingeschaltet. Parallel zu dem Hochfrequenzgen:erator 16 ist noch ein Ausgleichswiderstand 2 i geschaltet, der aus Ohmschen, induktiven oder kapazitiven Widerständen bestehlen kann. An den einen Pol des Generators 16 ist die Mitte der Primärwicklung eines Differentialtransformators 2z angeschlßssen, wobei die beiden Enden der Primärwicklung einerseits mit der Leitung 13, andererseits mit dein Widerstand 21 verbunden sind. Der aus dem Hochfrequenzgenerator 16 austretende Strom ;durchfließt also die beiden Hälften der Primärwicklung des Transformators 22 in entgegengesetztem Sinne. Durch entsprechende Abgleichung des Widerstandes 21 kann man es daher erreichen, daß während des normalen Betriebszustandes der Leitung 13 an der Sekundärwicklung des Transformators 22 im wesentlichen keine Spannung auftritt. Stellt sich hingegen an der Leitungsanlage 13 ein Kurzschluß ein, so ändert sich auch der hochfrequente Strom in der entsprechenden Hälfte der Primärwicklung des Transformators 22, und der Transformator entwickelt sekundär eine hochfrequente Spannung. Diese Spannung ist nun über eine als Gleichrichter und als Verstärker wirkende Elektronenröhre 23 der Spule 24. des Haltemagneten 25 zugeführt. Der mit Gleichstrom über die Spule 26 erregte Halteinagnet hält den Schalter 14 entgegen der Kraft der Feder 27 in geschlossenem Zustande. Wird jedoch die Spule 21. in der geschilderten Weise mit gleichgerichtetem Strom erregt, so wird der Haltemagnet .entmagnetisiert, und sein Anker 2ä wird durch die Feder 27 abgerissen und damit auch der Schalter geöffnet. Damit sich die Entmagnetisierung durch die Spule 24. voll auswirken kann, ist mit der Mab etisierungsspule 26 eine Drosselspule 29 in Reihe geschaltet, die einer Änderung des Stromes in der Spulc 26 entgegenwirkt.
  • In welcher Weise Hochfrequenzströme oder äquivalente Schnellwirkungsmittel zur Überw-,ichung des Gesundheitszustandes der Leitung im einzelnen verwendet werden, ist für die Erfindung gleichgültig. Man kann die Hochfrequenzströme allen Leitungen parallel zu den Betriebsströmen überlagern und durch. sie das gesamte Verteilungsbild ders@elhen kopieren lassen. Dann braucht man nur die Auslöser oder Relais ,selektiv auf Hochfrequenzströme arbeiten zu lassen, was durch. einfach:, Sperrvorrichtungen möglich ist. Man kann auch die Leitungen abschnittsweise durch Hochfrequenzströme überwachen, um dadurch eine bessere Selektivität oder einen guten Fehlerstromschutz zu erzielen. Schließlich kann man die Eigenfrequenzen der verschiedenen Leitungsteile, die im allgemeinen sehr hoch über der Betriebsfrequenz liegen, überwachen und zur Anzeige von Fehlern im System benutzen. In jedem Falle gelingt es durch derartige Anordnungen, die Schalter sehr viel schneller zum Auslösen zu bringen als durch die bisherigen Methoden, so daß der Ausschaltvorgang bereits beendet sein kann, bevor sich die unmäßig großen und für die Schalter gefährlichen Kurzschlußströme entwickelt haben.

Claims (2)

  1. - PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Auslösung von Wechselstromschaltern bei kurzschlußartigem überstrom, gekennzeichnet durch ein .auf die Auslösung des Schalters einwirkendes, durch die Ursache des Kurzschlusses Zesteu.ertes Mittel, das von der Wechselstrombetriebsspannung im wesentlichen unabhängig ist und das bezüglich der Auslösung des Schalters schneller arbeitet als der gewöhnliche Betriebsstrom, gemeinsam mit einem Schaltermechanismus, der den Schalter in einer wesentlich kürzeren Zeit als einer Halbwelle des Betriebsstromes zur Wirkung bringt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch der zu schützenden elektrischen Anlage überlagerte höherperiodige (zweckmäßig hochfrequente) Schwingungen, deren .durch den Kurzschluß herbeigeführte Änderung in Strom, Spannung oder Frequenz die Auslösung des Schalters herbeiführt.
DES88355D 1928-11-09 1928-11-10 Anordnung zur Ausloesung von Wechselstromschaltern bei kurzschlussartigem UEberstrom Expired DE494620C (de)

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DE (1) DE494620C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE766597C (de) * 1937-02-12 1952-12-22 Siemens Schuckertwerke A G Hochleistungsschalter
DE757251C (de) * 1933-09-13 1953-09-14 Siemens Schuckertwerke A G Ausloesegeraet zum synchronen Abschalten eines Leistungsschalters

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE757251C (de) * 1933-09-13 1953-09-14 Siemens Schuckertwerke A G Ausloesegeraet zum synchronen Abschalten eines Leistungsschalters
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