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Verfahren zur Fehlerortsbestimmung in Wechselstromnetzen Bei Störungen
in elektrischen Netzen spielt das schnelle Auffinden des Fehlerorts eine wesentliche
Rolle, da davon die Länge der Betriebsstörung abhängig ist. In den meisten Fällen
wird nach Abschalten des Kurzschlusses durch eine Hilfsstromquelle die defekte Leitung
wieder unter Spannung gesetzt und der Widerstand der Leitung bestimmt. Sein Wert
gibt einen Anhaltspunkt für die Entfernung bis zur Fehlerstelle. Die Methode hat
den i achteil, daß die Messung erst nach Abschaltung der kranken Strecke vorgenommen
werden kann und daß dazu Hilfsspannungen nötig sind. Bei Lichtbogenkurzschlüssen
und Erdschlüssen kann der Fall so liegen, daß beim Einschalten der Hilfsspannung
die Störung nicht mehr zustande kommt, so daß der Fehler nicht gefunden werden kann.
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Es wurde nun gefunden, daß man diese Nachteile vermeiden und den Fehlerort
in verhältnismäßig einfacher und zuverlässiger Weise feststellen kann, wenn man
zu diesem Zweck die Reaktanz der Leitung mißt, und zwar unter Zuhilfenahme der während
der Störungszeit herrschenden Strom- und Spannungsverhältnisse. Hierzu werden in
jeder Station und im allgemeinen für jede Leitung so viel RIeßinstrumente vorgesehen,
als zur Ermittlung der Leitungsreaktanz von Schaltstation bis Fehlerquelle erforderlich
ist. Diese Meßinstrumente werden vom Kurzschlußstrom und der beim Kurzschluß herrschenden
Spannung gespeist. Es ist wesentlich, daß nicht die Impedanz, sondern die Reaktanz
bestimmt wird, weil diese von der Art des Kurzschlusses unabhängig ist. Sie hat
für Kurzschluß über Lichtbogen und für satten metallischen Kurzschluß den gleichen
Wert.
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Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß die Meßwerte
in einem bestimmten Zeitmoment nach Auftreten des Kurzschlusses, jedoch vor Abschalten
des ersten Schalters, festgehalten werden, so daß die abgelesenen Werte zeitlich
zusammenfallen. Nur auf diese Weise ist es möglich, eine einwandfreie Messung zu
erhalten. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß sämtliche Instrumente als
registrierende Instrumente gebaut sind, wobei durch eine zusätzliche Einrichtung
in jedem Instrument ein Zeichen markiert wird, das eine Gleichzeitigkeit der Ablesungen
ermöglicht. In einfacherer Weise läßt sich dies dadurch erzielen, daß durch einen
unter dem magnetischen Zeiger angebrachten fremderregten Magneten, der in einem
bestimmten Moment eingeschaltet wird, die Zeigerstellung festgehalten wird. Diese
Messung erlaubt auch größere Genauigkeit.
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In den Abbildungen ist das Verfahren erläutert.
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Abb. r ist ein Schaltungsschema, Abb. 2 ein Spannungsdiagramm; Abb.3
zeigt ein Meßinstrument mit magnetischer Arretierung.
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In Abb. r bedeutet R den Widerstand einer Doppelleitung pro km, L
die Induktivität pro km, r den Lichtbogenwiderstand an der Kurzschlußstelle,
x
die laufende Länge in km, gemessen von der Kurzschlußstelle bis zur Station, J den
Kurzschlußstrom, U die Spannung zwischen den beiden Leitern in der Station bei Kurzschluß.
Die Spannung U und der Strom J sind für ein bestimmtes Netz sowohl abhängig von
der Länger. wie von dem Lichtbogenwiderstand r. Die Größen R und
L
sind als konstant für das betreffende Netz anzunehmen.
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In dem Diagramm (Abb.2) sind die im Kurzschlußfalle auftretenden Spannungskomponenten
in ihrer richtigen gegenseitigen Lage aufgezeichnet. Es bedeutet J den Strom, U
die Spannung, zp den Winkel zwischen U und J, J # to # L #
x die Reaktanzspannung, J # R # x den Ohmschen Spannungsabfall
in der Leitung, J # r den Spannungsabfall im Lichtbogen. Werden nun beispielsweise
die Größen U # J # sin -p und J= gemessen, so erhält man bei Bildung des Ouotienten:
Bei bekannter Induktivität pro Längeneinheit kann dann sofort die Größe x, d. h.
der Abstand der Station von der Fehlerstelle, bestimmt «-erden. Zur Messung von
U#J#sin ip wird zweckmäßigerweise ein als Wattmeter ausgebildeter Blindlastzähler
verwendet; zur Messung des Stromes J kann ein Ampereineter, das auf J' geeicht ist,
verwendet werden. Die Quotientenbildung wird am einfachsten mittels eines Nomogramms
vorgenommen. Wie aus der Überlegung hervorgeht, hat diese Art der Fehlerortsbestimmung
den Vorteil, daß sofort nach Auftreten der Störung der Ort der Störung bestimmt
werden kann, ferner daß keinerlei Hilfsspannungen und Hilfsvorrichtungen erforderlich
sind, und daß das Ergebnis unabhängig von der Art des Kurzschlusses ist; es ist
z. B. gleichgültig, ob es sich um Lichtbogenkurzschluß oder satten metallischen
Kurzschluß handelt.
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In Netzen mit Impedanzrelais kann, wie die abgeleitete Formel zeigt,
auch anders vorgegangen werden. Aus der Auslösezeit des Impedanzrelais, die mittels
einer geeigneten Vorrichtung gemessen werden kann, ergibt sich die Impedanz @; mittels
eines sin-iL-Messers ebenfalls 'bekannter Art kann sin @p bestimmt werden. Das Produkt
ist dann ebenfalls gleich der Reaktanz u-) # L # x, wo-
durch sich
_r in einfacher Weise bestimmen läßt. Zweckmäßig ist es im allgemeinen, neben der
Ablaufzeit des Relais noch die Größe des Stromes zu bestimmen, da alle bekannten
Impedanzrelais eine bestimmte Stromabhängigkeit aufweisen. Durch gleichzeitige Messung
des Stromes kann diese Abhängigkeit korrigiert werden.
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Wichtig ist, daß die Meßresultate im Moment des Kurzschlusses festgehalten
werden, bevor durch Ansprechen der Ölschalter der Kurzschluß abgeschaltet wird.
Dies ist in einfachster Weise dadurch möglich, daß man registrierende Instrumente
verwendet. Praktischer erscheint jedoch folgende Lösung: An den Zeigern der verwendeten
Instrumente, die aus elastischem Material, z. B. Stahldraht, bestehen, wird ein
kleines Eisenplättchen angebracht. Unter dem Skalenblech befindet sich ein Magnetsystem,
das durch ein geeignetes Hilfsrelais nach einer bestimmten Zeit, die kleiner ist
als die kürzeste Abschaltzeit des Kurzschlußrelais, erregt wird. Dabei wird das
am Zeiger befindliche Eisenplättchen angezogen und der Zeiger bei der im Kurzschlußfalle
vorhandenen Einstellung festgehalten. Diese Anordnung hat den großen Vorteil, daß
keinerlei zusätzliche Reibung, wie z. B. bei Schleppzeigern, auftritt, ferner daß
sie mehr oder weniger unabhängig ist von der Eigendämpfung des Instrumentes, und
daß sämtliche Messungen im gleichen Zeitpunkt erfolgen.
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In Abb.3 ist das Prinzip eines derartigen Instrumentes aufgezeichnet.
Es bedeutet i den Zeiger, der entweder aus magnetischem Material besteht oder, im
anderen Falle, das Eisenplättchen 2 trägt; 3 und 4 sind die kreisförmigen Pole eines
Magneten, 5 die Erregerspule. Wie aus der Abbildung ersichtlich, schwebt der Zeiger
i über den Polen 3 und 4 des Magneten, die im Anfang des Ausschlages keine anziehende
Wirkung ausüben, da die Spule 5 stromlos ist. Nach Ablauf des Zeitrelais, also etwas
früher als die kürzeste Ablaufzeit des Relais, wird die Spule 5 erregt, der Zeiger
i bzw. das Plättchen 2 angezogen und dadurch der Zeiger in seiner Stellung festgehalten.
Selbstverständlich kann durch eine geeignete Vorrichtung die Stellung des Zeigers
auch durch ein Schriftzeichen festgehalten werden, z. B.. kann unter dem Eisenplättchen
ein Papierstreifen nebst Farbband laufen, so daß beim Anziehen des Plättchens die
Stellung des Zeigers auf dem Papier markiert wird.