DE523713C - Elektrisches Schutzsystem fuer einen Hauptspeiseleiter mit einem oder mehreren T-foermig abgezweigten Speiseleitern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schutzsysteme für elektrische Speiseleiterkreise mit einer oder mehreren T-Abzweigungen, insbesondere auf Systeme der Merz-Price-Bauart, bei denen das Schutzsystem in Tätigkeit tritt, wenn das normale Gleichgewicht zwischen dem in den geschützten Kreis eintretenden Gesamtstrom und dem den Kreis insgesamt verlassenden Strom gestört ist.

Bei der üblichen Anordnung derartiger Schutzsysteme sind die Sekundärseiten von Stromwandlern an den Enden des Hauptkreises und des oder der Abzweige über Überwachungsdrähte derart verbunden, daß normal ein Gleichgewicht der EMKK in dem Überwachungskreis besteht, und die Auslöserelais sind in Reihe mit dem Überwachungskreis geschaltet, so daß normalerweise kein Strom die Relais durchfließt.

Werden Schutzschaltungen dieser Art bei Speiseleiter- oder anderen Stromkreisen angewendet, deren Enden weit auseinanderliegen, so haben sich Schwierigkeiten gezeigt, ein unerwünschtes Ansprechen der Schutzrelais infolge der starken Kapazitätsströme zu vermeiden, die im Überwachungskreis fließen, wenn eine starke Störung an einem Teil des Hauptnetzes außerhalb des geschützten Abschnittes eintritt. Wenn weiter solche Schaltungen bei T-Abzweigungskreisen benutzt werden, so ist festgestellt worden, daß ein unbeabsichtigtes Arbeiten eines oder mehrerer Auslöserelais bei Erdschlüssen außerhalb des geschützten Kreises auftreten kann, und zwar infolge der Unterschiede im Erdpotential an den Enden der Überwachungskabel während des Fließens des Erdschlußstromes.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Schutzsystems für Speiseleiter u. dgl. mit einem oder mehreren T-förmigen Abzweigen, die gegen das unerwünschte oder unbeabsichtigte Arbeiten der Auslöserelais aus einem der angeführten Gründe gesichert sind.

Das Schutzsystem gemäß der Erfindung weist einen dreidrähtigen Überwachungskreis zwischen den Enden der Hauptleiter und einen dreidrähtigen Überwachungskreis für jede Abzweigung auf, dessen Überwachungsdrähte von den entsprechenden Uberwachungs- drahten des Hauptüberwachungskreises T-förmig abgezweigt sind. An den Enden der Hauptspeiseleiter und den freien Enden der Abzweigungen sind Stromwandler so angeordnet, daß ein Strom, der vom Zustande an den Enden des geschützten Kreises abhängt, normal im Überwachungsnetz fließt, in dem Relais oder sonstige Auslöseeinrichtungen so

an den Enden der Überwachungskreise angeordnet sind, daß sie normalerweise von den umlaufenden und den Kapazitätsströmen im Kreise unbeeinflußt bleiben. Ferner ist eine kurzschließende oder sonstige Verbindung zwischen Äquipotentialpunktert von zweien der drei Überwachungsleiter derart vorgesehen, daß beim Eintreten einer Störung im geschützten Kreise ein Arbeitsstrom durch ίο die Relais oder Auslösevorrichtungen fließt. Praktisch ist die Speiseleiteranordnung gewöhnlich so, daß die "!""Abzweigungen ungleichmäßig auseinanderliegen und verschiedene Längen aufweisen, derart, daß die Längen der Schenkel des Überwachungskreises sich voneinander unterscheiden mit dem, Ergebnis, daß die Äquipotentialpunkte der Überwachungsdrähte weit auseinanderliegen und nur durch zusätzliche Überwachungsdrähte verbunden werden könnten. Um einen solchen Zusatz von weiteren Überwachungsdrähten zu vermeiden, können andere Einrichtungen, wie Widerstände in den Zweigbzw, in den Hauptüberwachungsdrähten, vorgesehen werden, durch welche die Äquipotentialpunkte in den drei Überwachungsdrähten zur gleichen Stelle des Netzes gebracht werden. Es können auch gegebenenfalls Kondensatoren den Widerständen zugeordnet werden, um Kapazitäten zu schaffen, die annähernd äquivalent den verteilten Kapazitäten der Längen von Überwachungsdraht sind, denen die Widerstände entsprechen.

Zweckmäßig werden die Überwachungsdrähte so erregt und an ihren Enden geschältet, daß zwei davon ein Paar eines geteilten Überwachungsdrahtes bilden oder daß einer der Drähte ein Überwachungsnullleiter ist (s. Patent 512 150). Die Erfindung kann auf verschiedene Weise praktisch verwirklicht werden; zwei zweckmäßige Ausführungsbeispiele in Anwendung auf einen Dreiphasenspeiseleiter mit einem einzigen T"Abzweig sind an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin ist

Fig. ι ein Schaltschema der bevorzugten Anordnung und

Fig. 2 einer anderen Ausführungsform. In beiden Anordnungen sind drei Einphasenstromwandler C, C¹, C² mit gleicher Übersetzung an jedem Ende der Hauptleiter Α,Α^,Α² und der Abzweigleiter B_xB¹, B³ angeordnet, und zwar je einer in jeder Phase. Die Sekundärwicklungen sind sterngeschaltet, und der Sternpunkt ist mit einem Ende der Primärwicklung D¹ eines Summiertransformators D verbunden. Die freien Enden der Sekundärwicklungen der Stromwandler C bis C^z sind an drei Anzapfpunkten der Primärwicklung D¹ angeschlossen, so daß eine mit Unterscheidungsvermögen ausgestattete Transformatoranordnung geschaffen ist, deren Empfindlichkeit gegen Phasenschlüsse unabhängig von der gegen Erdschlüsse ist und vorzugsweise geringer als diese.

Die beiden Anordnungen unterscheiden sich voneinander hauptsächlich bezüglich der Art der Schaltung der Überwachungsdrähte. Bei der Anordnung nach Fig. 1 sind die Sekundärwicklungen D² der Summiertransformatoren D an den beiden Enden der Hauptspeiseleiter A, A¹, A² an einer Seite miteinander durch einen einfachen Überwachungsdraht E verbunden und an der anderen Seite durch zwei Überwachungsdrähte E¹, E², die als geteilte Überwachungsdrähte bezeichnet seien. Die Sekundärwicklung D² des Summiertransformators D am Ende der Abzweigung B bis B² ist mit einer Seite an einen einfachen Uberwachungsdraht F gelegt, der T-förmig von dem einfachen Uberwachungsdraht E abgezweigt ist, und die andere Seite ist an die zwei geteilten Überwachungsdrähte F¹, F² angeschlossen, die gleichfalls T-förmig von den beiden geteilten Hauptüberwachungsdrähten E¹, E² abzweigen. Die Sekundärwicklungen D² der drei Summiertransformatoren sind so angeordnet, daß sie einander unterstützen, so daß normalerweise ein Strom durch den Überwachungskreis läuft, der in go einer Richtung durch die beiden geteilten Überwachungs drähte fließt und in der anderen Richtung durch den einzelnen Überwachungsdraht.

Ein Schutzrelais G liegt an jedem Ende des Hauptüberwachungskreises und an dem Ende des Zweigüberwachungskreises. Es ist mit der Sekundärwicklung eines Hilf stransformators H verbunden, der zwei Primärwicklungen aufweist, die in Reihe mit den beiden geteilten Überwachungsdrähten E¹, E² bzw. F¹, F² liegen. Die Primärwicklungen jedes der Transformatoren H sind differential geschaltet, so daß das Relais so lange untätig bleibt, wie gleiche Ströme in derselben Riehtung durch die geteilten Überwachungsdrähte fließen. Jedes Auslöserelais G steuert an seinen Arbeitskontakten G¹ die Auslösespule 7¹ eines Hauptschalters 7 am benachbarten Ende des geschützten Kreises. Gegebenenfalls kann ein Differentialauslöserelais verwendet werden, dessen beide Spulen in Reihe mit den beiden Überwachungsdrähten liegen statt eines einzelnen Schutzrelais und des Difterentialhilfstransfor- 1x5 mators H. Die dargestellte Anordnung hat jedoch den Vorteil, daß das Auslöserelais gegen den Überwachungskreis isoliert ist. Offenbar wird der umlaufende Strom und ebenso der Kapazitätsstrom normal gleichförmig über die beiden geteilten Überwachungsdrähte verteilt werden, so daß die

Relais G normalerweise nicht zur Wirkung kommen. Es läßt sich zeigen, daß unter normalen Verhältnissen oder bei Störströmen, die die Hauptspeiseleiterstrecke oder Hauptleiter und T-Abzweigung in einer Richtung durchfließen, ein Äquipotentialpunkt in den Überwachungsdrähten E, E¹, E² an einem elektrischen Mittelpunkt K an einer bestimmten Stelle, welche von der relativen Länge

ίο der Schenkel der Überwachungsdrähte von der T-Abzweigung abhängt, in dem längsten Schenkel liegt, vorausgesetzt, daß die beiden anderen Schenkel gleiche Länge haben oder elektrisch einander gleichwertig sind.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist angenommen, daß der Schenkel des Überwachungsdrahtnetzes, das vom Verzweigungspunkt nach der linken Seite des Hauptspeiseleiters führt, der längste ist und der Schenkel des Überwachungsdrahtnetzes vom T-Punkt zum Ende des Zweigleiters der kürzeste Schenkel. Um den kürzesten Schenkel elektrisch gleich dem Schenkel zu machen, der vom Verzweigungspunkt nach dem rechten Ende des Hauptspeiseleiters führt, ist ein Widerstand L in den Überwachungsdraht F eingefügt worden. Es kann ein Kondensator L¹ zwischen die Über wachungs drähte gelegt werden, um eine Kapazität herzustellen, die annähernd ein Äquivalent der verteilten Kapazität der Länge von Überwachungsdraht ist, dem der' Widerstand L entspricht.

Bei dieser Anordnung bleiben die Überwachungs drähte E₁ E¹, E² auf gleicher Spannung an dem elektrischen Mittelpunkt K nicht nur, wenn ein gerade durchfließender Störungsstrom die beiden Enden des geschützten Kreises durchfließt, sondern auch, wenn der durchlaufende Störungsstrom sich zwischen den drei Enden verteilt, gleichgültig, ob der Strom, der in einem Schenkel des Überwachungsdrahtnetzes fließt, sich gleichmäßig oder ungleichmäßig auf die beiden anderen Schenkel verteilt, weil die Summe der Spannungsabfälle in den Schenkeln, die die schwächeren Ströme führen, immer dem Spannungsabfall in dem Schenkel gleich sein wird, der den größten Strom führt. Der Überwachungsdrahtkreis bleibt auf diese Weise unter allen Verhältnissen stetig. Um das Ansprechen der Auslöserelais G an Störstellen zu erzielen, ist der Überwachungsdraht E mit dem Draht E¹ an den elektrischen Mittelpunkt K entweder unmittelbar durch einen Kurzschluß K¹ angeschlossen oder über einen Widerstand oder eine Reaktanz. Diese Verbindung stört die normalen Verhältnisse nicht, sondern sie bewirkt, daß die Ströme, welche durch die zwei geteilten Überwachungsdrähte E¹, E² bzw. F¹, F² fließen, voneinander bei inneren Störungsverhältnissen sich unterscheiden, derart, daß die Sekundärwicklung eines oder mehrerer Hilfstransformatoren erregt und das zugekehrte Schutzrelais oder die zugeordneten Schutzrelais G in Tätigkeit gesetzt werden, um den geschützten Kreis abzutrennen.

Wenn die abgezweigten Speiseleiter B, B¹, B² vom Mittelpunkt der Hauptleiter A, A¹, A² T-förmig abgezweigt sind und die gleiche Länge haben wie der halbe Hauptspeiseleiter, so sind die T-Punkte der Überwachungsdrähte selbst die Äquipotentialpunkte, und die Verbindung K¹ kann dann an dieser Stelle vorgenommen werden. Weiter kann auch gewünschtenfalls der T-Punkt immer zum Äquipotentialpunkt gemacht werden, indem man entsprechende Widerstände in die beiden kürzeren. Schenkel des Überwachungsdrahtnetzes legt, so daß also die drei Schenkel dann einander elektrisch gleichgemacht sind.

Die Empfindlichkeit jedes Auslöserelais G kann durch eine veränderliche Reaktanz M verändert werden. Diese Reaktanz, die auf einen Eisenkern gewickelt ist, liegt im Nebenschluß zum Auslöserelais und ist mit einer Erregungsspule M¹ versehen, welche in Reihe mit dem Überwachungsdrahtkreis liegt, so daß die Kraftflußdichte im Eisenkern sich entsprechend dem Strom ändert, der im Überwachungsdrahtkreise fließt; die Hauptneben schlußwicklungsspule M und die Erregungsspule M¹ sind so auf den Kern gewunden, daß die Spule M¹ keine resultierende induktive Wirkung auf die Nebenschlußspule M ausübt. Bei einer zweckmäßigen Ausführung ist die Hauptspule M in zwei Hälften auf die äußeren Schenkel eines dreischenkeligen Kernes gewickelt und die Erregungsspule M¹ auf den Mittelschenkel, so daß sie Kraftflüsse im Kern erzeugt, die die äußeren Schenkel in solcher Richtung durchfließen, daß die induktiven Wirkungen auf die beiden Hälften der Nebenschlußspule einander neutralisieren. Es kann auch der Überwachungskreis durch die Einfügung von Kondensatoren bzw. Induktanzen so abgestimmt werden, daß die Relais G unempfindlich gegen die Einwirkung von Hochfrequenzstörungen werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 sind die Auegangsleitungen der Sekundärwicklungen D² der beiden Summiertransformatoren an den Enden der Hauptspeiseleiter miteinander durch zwei Überwachungsdrähte O, O¹ verbunden, an die in T-förmiger Abzweigung die beiden Zweigüberwachungsdrähte P, P¹ angeschlossen sind; die Sekundärwicklungen der drei Transformatoren sind so angeordnet, daß sie einander normal unterstützen und

einen Strom durch die Überwachungsdrähte fließen lassen.

An jeder der Sekundärwicklungen D" der beiden Transformatoren an den beiden Hauptleiterenden ist eine Mittelpunktanzapfung D^s vorgesehen; die beiden Punkte sind durch einen dritten oder neutralen Überwachungsdraht O~ verbunden, von dem T-förmig der neutrale Überwachungsdraht P² abzweigt, der ίο von einer entsprechenden Anzapfstelle D³ der Sekundärwicklung D² des Transformators D des Zweigleiters ausgeht. Ein Äuslöserelais R liegt in Reihe mit dem neutralen Überwachungsdraht an jedem Ende des Hauptleiters und dem Ende des Zweigleiters, und diese Relais steuern an ihren Arbeitskontakten R¹ die Auslösespule/¹ des Hauptschalters J am Nachbarende.

Die neutralen Überwachungsdrähte O² und P" werden somit normalerweise über ihre ganze Länge hin auf einem Potential erhalten, das sich in der Mitte zwischen den Potentialen der Überwachungsdrähte O, O¹ bzw. P, P¹ befindet, so daß kein Kapazitätsstromfluß in den neutralen Drähten vorhanden ist. Wie Fig. 2 zeigt, ist angenommen, daß die Zweigleiter B, B¹, B² T-förmig vom Mittelpunkt der Hauptleiter A, A¹, A² abgezweigt und kurzer sind als jeder Schenkel des Hauptleiters. Infolge ist die Länge der Überwachungsdräh'te P, P¹ elektrisch gleichwertig der Länge der Überwachungsdrähte O₁ O¹ vom T-Punkt zu jedem Ende dadurch gemacht worden, daß in den Draht P ein Widerstand 6* gelegt ist. Außerdem ist ein Kondensator S¹ von einer Kapazität, die annähernd der verteilten Kapazität einer Länge des Überwachungsdrahtes gleichwertig ist, welcher der Widerstand vS" entspricht, zwischen die Überwachungsdi-ähte P und P¹ geschaltet, wenn der Unterschied zwischen der Länge der Sehenkel des Überwachungsdrahtnetzes, welchen der Widerstand 5 auszugleichen hat, groß ist.

Der T-Punkt der Überwachungsdtähte ist auf diese Weise der elektrische Mittelpunkt, und die drei Überwachungs drähte sind an diesem Punkt auf gleichem Potential; damit ein Arbeitsstrom durch die Auslöserelais R bei Störungsverhältnissen fließt, ist dieser Äquipotentialpunkt an dem neutralen Überwachungsdraht mit dem entsprechenden Punkt eines der anderen Überwachungsdrähte, und zwar dem Draht O¹ in der Zeichnung, entweder unmittelbar durch eine Kurzschlußverbindung T verbunden oder über einen Widerstand oder eine Reaktanz. Da die Punkte normal Äquipotentialpunkte sind, wird die Verbindung T den Normalzustand nicht beeinflussen, und die Relais bleiben infolgedessen unbeeinflußt sowohl von dem umlaufenden Strom wie auch von Kapazitätsströmen, während beim Eintritt eines inneren Schlusses ein Strom durch die Verbindung T und die neutralen Überwachungs drähte O" und P- fließen, die Relais R in Tätigkeit setzen und somit die Isolation des geschützten Kreises herbeiführen wird.

Wenn die Länge der drei Schenkel des Überwachungsnetzes ungleich ist, so können zusätzliche Widerstände mit oder ohne Kondensatoren dort vorgesehen werden, wo es notwendig ist, wie dies schon an Hand der Schaltung nach Fig. 1 beschrieben wurde, um die Äquipotentialpunkte zusammen an den T-Punkt oder in irgendeine andere Stellung des Überwachungsnetzes zu bringen. Wie bei Fig. 1 kann die Empfindlichkeit der Schutzrelais gegebenenfalls durch eine veränderliche Reaktanz verändert werden, und die Relais können durch Kondensatoren abgestimmt werden, so daß sie unempfindlich gegen die Wirkungen von Hochfrequenzstörungen werden.

Jede der beschriebenen Anordnungen kann für den Schutz eines Speiseleiters mit zwei oder mehr T-Abzweigungen benutzt werden, indem nach Bedarf Widerstände vorgesehen werden, welche es gestatten, die Äquipotentialpunkte zusammen an eine geeignete Stelle go des Überwachungsnetzes zu bringen.

Bei den beiden beschriebenen Schaltungsanordnungen erfolgt der Anschluß der Stromwandler an die Überwachungsdrähte über Summiertransformatoren; diese Transformatoren können durch einen Summierwiderstand oder eine Summierdrossel (Autotransformator) ersetzt werden. Nach Wunsch können die drei Stromwandler gleicher Übersetzung unmittelbar mit dem Überwachungskreis verbunden werden, in welchem Falle zur Erzielung der Unterscheidungsfähigkeit die Sekundären in Reihe im offenen Dreieck im gleichen Sinne geschaltet sind und einen Shunt von Widerständen oder Impedanzen verschiedenen Wertes aufweisen, so daß die wirksamen Übersetzungsverhältnisse der drei Transformatoren sich unterscheiden. Es können auch Widerstände oder Impedanzen verschiedener Werte in Reihe mit den Sekundären geschaltet werden, so daß die Stromwandler verschiedene effektive Übersetzungen haben, und es können die drei Sekundären zusammen mit ihren sterngeschalteten Widerständen an beiden Seiten der beiden Sternpunkte die Ausgangsleitungen ergeben, welche mit dem Überwachungskreise verbunden sind.

In anderen Anordnungen werden Stromwandler mit verschiedenen Übersetzungen benutzt. Diese können in umgekehrter Dreieckanordnung geschaltet sein, in welchem

Falle die Sekundären von zwei Stromwandlern mit verschiedener Übersetzung in Reihe im gleichen Sinne und entgegengesetzt dem des dritten Wandlers geschaltet sind, dessen Übersetzungsverhältnis gleich dem des einen der beiden erstgenannten ist, oder auch in dem unterscheidungsfähigen Dreieck, in welchem Falle sämtliche Wandler mit verschiedener Übersetzung ausgestattet sind und

ίο die drei Sekundären in Reihe im offenen Dreieck liegen; ferner kann die Unterscheidung im unterscheidungsfähigen Stern erfolgen. In diesem Falle haben die drei Wandler verschiedene Übersetzungen, und die drei Sekundären sind an beiden Seiten sterngeschaltet; die Sternpunkte bilden dann die Ausgangsleitungen zum Anschluß an den l'berwachungskreis.

Wird irgendeine der oben beschriebenen Stromwandleranordnungen mit unmittelbar an die Überwachungskreise geschalteten Stromwandlern bei der Schaltung mit neutralem Überwachungsdraht benutzt, so wird ein Widerstand oder eine Reaktanz mit einer Mittelpunktabzweigung für den neutralen Überwachungsdraht vorgesehen und zwischen die Ausgangsklemmen geschaltet.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrisches Schutzsystem für einen Hauptspeiseleiter mit einem oder mehreren T-förmig abgezweigten Speiseleitern und einem Überwachungskreis, der Strom von an den Enden angeordneten Stromwandlern in solcher Weise empfängt, daß in ihm normal ein Strom fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsdrähte eines dreidrähtigen Überwachungskreises für jede Abzweigung in T-Form an die entsprechenden Drähte eines dreidrähtigen Überwachungskreises für den Hauptleiter angeschlossen sind, und daß zwischen Äquipotentialpunkten zweier der drei Überwachungsdrähte eine Kurzschluß- oder eine sonstige Verbindung vorgesehen ist, derart, daß beim Eintreten eines Schlusses im geschützten Kreise ein Arbeitsstrom durch Relais oder sonstige Auslöseeinrichtungen an den Enden des Überwachungskreises fließt, die normal durch die imKreise fließenden Umlaufströme und Kapazitätsströme unbeeinflußt bleiben.
2. 2. Schutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstände o. dgl. in den Überwachungsdrähten der Abzweigung bzw. in den Hauptüberwachungsdrähten derart angeordnet sind, Äquipotentialpunkte in den drei Drähten an der gleichen Stelle des Netzes entstehen.
3. 3. Schutzsystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Widerständen zugeordnete Kondensatoren von einer Größe, die annähernd gleichwertig der verteilten Kapazität der Überwachungsdrahtlängen ist, denen die Widerstände entsprechen.
4. 4. Schutzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden zweier Hauptüberwachungsdrähte und die äußeren Enden der entsprechenden Überwachungsdrähte jeder Abzweigung so miteinander verbunden sind, daß sie ein Paar geteilter Überwachungsdrähte bilden, und daß Äquipotentialpunkte an einem der geteilten Drähte und am dritten Überwachungsdraht verbunden sind.
5. 5. Schutzsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Hauptüberwachungsdrähte und die entsprechenden beiden Überwachungsdrähte in jeder Abzweigung von Strom- wandlern in solcher Weise gespeist werden, daß normal ein Strom durch sie fließt, und daß der dritte Hauptüberwachungsdraht und die entsprechenden Zweigdrähte an ihren Enden so verbunden sind, daß go sie normal über ihre ganze Länge auf einem Potential zwischen den Potentialen der ersten beiden Überwachungsdrähte gehalten werden. ,
6. 6. Schutzsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand in Reihe mit einem der Überwachungsdrähte des kürzesten Schenkels des Überwachungsdrahtkreises liegt, so daß die Länge dieses Schenkels elektrisch gleichwertig der Länge des kürzeren der beiden anderen Schenkel ist.
7. 7. Schutzsystem für einen Hauptspeiseleiter mit einer einzigen T-Abzweigung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstände in einem oder mehreren Schenkeln des Überwachungskreises angeordnet sind, so daß die wirksame Länge der Schenkel von der T-Abzweigung zu den Enden der Speiseleiter und der Abzweigung im wesentlichen gleich sind, und daß eine Kurzschluß- oder Widerstandsverbindung an dem T-Punkt zwischen zwei der Uberwachungsdrähte angeordnet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen