DE527374C - Erdschluss-Zeitrelais - Google Patents

Description

Bei Eintritt eines Erdschlusses fließt durch die vom Erdschluß betroffene Leitung über die Erdschlußstelle und die verteilte Kapazität der gesunden Phase ein Strom zurück nach der Stromquelle. Dieser Strom fließt in seiner Gesamtheit durch die vom Erdschluß betroffene Leitung, während er in den anderen Phasen infolge der verteilten Teilkapazität gegen Erde räumlich verteilt auftritt. Parallel zu dem Erdschlußstromkreis liegt ein zweiter Stromkreis, welcher gegeben ist durch die Reihenschaltung der Teilkapazitäten der kranken und gesunden Phasen. Es überlagert sich demnach dem Erdschlußstrom noch ein reiner Kapazitätsstrom, der ebenfalls eine räumliche Verteilung aufweist. Diese Verhältnisse sind in der Abbildung dargestellt. Die in Wirklichkeit stetig verteilte Teilkapazität gegen Erde ist durch fünf konzentrierte Kapazitäten ersetzt. Dies hat zur Folge, daß an Stelle einer stetigen Zunahme bzw. Abnahme des Stromes ein treppenartiger Verlauf auftritt. Diese Treppenkurve geht durch Grenzübergang in eine stetige Kurve über. Am Ende der Leitung werde über den Widerstand R ein Erdschluß eingeleitet, dann fließt von der Transformatorenwicklung T ein Strom bis zum Ende der Leitung 1 von konstanter Stärke; er ist durch schräge Schraffur angedeutet. Dieser Strom fließt weiter über den Widerstand R und nimmt seinen Weg über die Teilkapazitäten C₂ in Richtung der Pfeile zurück nach dem anderen Ende b der Transformatorenspule. Es ist ohne weiteres klar, daß dieser Strom in der Leitung 2 gegen die speisende Spule T zunehmen muß, da durch jede Teilkapazität C₂ ein gewisser Teilbetrag der Leitung 2 zufließt. Neben diesem Stromkreis fließt noch ein zweiter Strom von der Leitung ι über die Kapazitäten C₁ und C₂ nach der Leitung 2 und von da nach dem Ende b der Transformatorenspule. Dieser reine Verschiebungsstrom nimmt gegen das Ende der Leitung ab; sein Verlauf ist in der Abbildung durch senkrechte Schraffur angegeben. Addiert man nun die beiden resultierenden Ströme I₁ und i₂, so ergibt sich ein resultierender Summenstrom, welcher, ausgehend von der Spule T nach dem Erdschlußpunkt, stetig zunimmt. Befindet sich der Erdschluß nicht am Ende der Leitung, sondern irgendwo in der Mitte, so bleiben sich die Verhältnisse im wesentlichen gleich. Auch von der anderen Seite her nimmt der Summenstrom gegen den Erdschlußpunkt zu, er hat im allgemeinen jedoch ein entgegengesetztes Vorzeichen. Ebenso läßt sich für die Mehrphasennetze zeigen, daß im allgemeinen -die Summe der Ströme in der Umgebung des Erdschlußpunktes ein Maximum aufweist. In der Abbildung ist strichpunktiert noch der Verlauf der Spannung einer Leitung gegen Erde eingezeichnet. Die Spannung nimmt, ausgehend vom Erdschlußpunkt, gegen die Transformatorenspule T zu, und zwar, da der Strom ebenfalls zunimmt, schneller als der Strom, im allgemeinen nach einem quadratischen Ge-

setz. Ein zweites Kriterium für den Erdschlußpunkt besteht darin, daß die Spannung in der Zentrale ein Maximum ist und gegen den Erdschlußpunkt zu abnimmt. Berücksichtigt man, daß in der Abbildung die senkrecht schraffierten Ströme reine Verschiebungsströme mit 90⁰ Voreilung sind, daß hingegen die schräg schraffierten eine Phasenverschiebung· von weniger als 90⁰ aufweisen, so kann zur Auswahl des Erdschlußpunktes auch die Phasenverschiebung mit benutzt werden. Man erhält daher folgende Kennzeichen für die Lage des Erdschlußpunktes:

1. Die Summe der in den einzelnen Leitungen fließenden Ströme eines w-Leiters ist im Falle eines Erdschlusses von Null verschieden, ihr Wert variiert infolge der räumlichen Verteilung der Ströme längs der Leitungen. Die Summe aller Ströme hat ihren Maximalwert in der unmittelbaren Umgebung des Erdschlusses.

2. Die Spannung der kranken Phase gegen Erde ist in der Zentrale ein Maximum und nimmt gegen den Punkt des Erdschlusses ab.

3- Die Phasenverschiebung zwischen dem Strom in der kranken Phase und einem der Ströme in der gesunden Phase bzw. der Summe mehrerer Ströme in den gesunden Phasen ist an der Erdschlußstelle ein Maximum.

4. Die Phasenverschiebung des Stromes in der kranken Phase gegenüber einer verketteten Spannung ändert sich vom Kraftwerk nach der Erdschlußstelle, und" zwar derart, daß der Strom im Kraftwerk die größte kapazitive Komponente hat, während er an der Erdschlußstelle die kleinste kapazitive Komponente hat. ■

Diese vier Kennzeichen für den Erdschlußpunkt ermöglichen nun eine Regulierung des Netzes in Abhängigkeit von der Lage des Erdschlußpunktes. Es kann z. B. durch ein geeignetes Relais ein Signal gegeben werden, wo der Erdschluß sich befindet, oder es kann eine Abschaltung des Erdschlusses so herbeigeführt werden, daß nur dasjenige Leitungsstück abgetrennt wird, in dem sich der Erdschluß befindet. Auch ist es denkbar, bei Auftreten eines Erdschlusses zunächst einen Parallelweg, d. h. eine andere Leitung, einzuschalten und erst nachher den Erdschluß abzutrennen.

Man hat nun vorgeschlagen, in den verschiedenen Stationen Relais einzubauen, welche eine vom Strom abhängige Verzögerung besitzen. Diese Relais werden mit Hilfe einer der bekannten Schaltungen,, z. B. der vielfach verwendeten ■ Holmgrenschaltung, vom Summenstrom gespeist. Da der Summenstrom in der unmittelbaren Umgebung des Erdschlußpunktes am größten ist, so sprechen die Relais in der Nähe des Erdschlußpunktes zuerst an und bewirken dadurch die Abschaltung oder Signalisierung der Erdschlußstelle.

Die Empfindlichkeit derartiger Relais kann nun dadurch erhöht werden, daß man erfindungsgemäß das von dem Summenstrom abhängige Relais mit einem an der Phasenspannung liegenden, an sich bekannten Spannungsverlustrelais vereinigt. Der spannungsabhängige Teil eines derartigen Relais kann z. B. mit einer Kurvenscheibe verbunden sein, die so ausgebildet ist, daß ihre größten Radien den beweglichen Teil des stromabhängigen Gliedes bei geringster Spannung am nächsten stehen. Dadurch ergibt sich eine Berührung von stromabhängigem Teil und Spannungsteil um so früher, je geringer die Spannung ist und je größer der Strom ist. Der Strom an der Erdschlußstelle ist am größten, die Spannung am kleinsten, so daß sich dadurch eine sehr sichere Staffelung in den Auslösezeiten erreichen läßt.

Eine andere Anordnung wäre die, daß man durch einen Magneten mit Kunstphase, weleher vom Summenstrom erregt ist, eine Ferrarisscheibe in Rotation versetzt und den Dämpfungsmagneten an die Phasenspannung legt. Die Dämpfung ist dann um so geringer, je geringer die Phasenspannung ist, d. h. an go der Erdschlußstelle wäre die Dämpfung am geringsten und damit die Drehzahl am größten. Die Anordnung kann so getroffen werden, daß Spannungs- und Stromfeld sich gegenseitig beeinflussen, so daß noch ein Zusatzdrehmoment entsteht, welches von Spannung mal Strom abhängig ist. Durch passende Wahl der Phasenverschiebung kann dieses Zusatzmoment ebenfalls zur Vergrößerung der Selektivwirkung herangezogen werden.

Das vom Summenstrom abhängige Relais kann auch zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Einrichtung statt mit einem Spannungsverlustrelais erfindungsgemäß mit einem von der Phasenverschiebung des Stromes in der kranken Phase gegen den Strom in der gesunden Phase oder gegen eine verkettete Spannung davon abhängigen Relais verbunden werden. Eine einfache Ausführung ist z. B. die Verbindung eines Stromrelais mit einem Leistungsfaktorrelais, das von den in Frage kommenden Strömen gespeist wird. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Kontaktgabe des stromabhängigen Gliedes mit Verzögerung um so früher erfolgt, je größer die Phasenverschiebung zwischen den Strömen ist.

Ebenso wie die Phasenverschiebung zwischen zwei Strömen ausgenutzt wird, kann auch die Phasenverschiebung des Stromes in der kranken Phase gegenüber einer verkette-

ten Spannung verwertet und ein von dieser Phasenverschiebung abhängiges. Relais mit einem vom Summenstrom beeinflußten Relais verbunden werden. Dieses Relais kann in der Weise ausgeführt werden, daß ein Ferrarismotor von einem Spannungsmagneten beeinflußt wird, dessen Wicklung an der verketteten Spannung liegt. Der Summenstrom wird einem zweiten Magneten zugeführt, dessen

ίο Kraftlinien in den Bereich der vom Spannungsmagneten induzierten Ströme kommen. Durch an sich bekannte Mittel wird die Phasenverschiebung so eingestellt, daß mit zunehmender kapazitiver Komponente im Strom

ig eine Verringerung des Drehmoments erzielt wird. Da die Kapazitätskomponente in der kranken Phase an der Erdschlußstelle am kleinsten ist und der Strom am größten, so ist die Umdrehungszahl der Ferrarisscheibe

ao an der Erdschlußstelle am höchsten, wodurch sich die Abschaltung in kürzester Zeit erreichen läßt.

Es ist auch denkbar, daß drei der hier genannten Kennzeichen die Funktion eines Relais beeinflussen. Dies wäre z. B. folgendermaßen auszuführen: Das Stromglied wird vom Summenstrom betätigt. Der Gegenkontakt wird vom Spannungsglied dem Stromglied um so mehr genähert, je kleiner die Spannung ist. Gleichzeitig wird von einem Leistungsfaktorrelais ein Widerstand im Spannungsrelais verringert, und zwar um so mehr, je größer die Phasenverschiebung zwischen den Strömen ist. Es wäre dann die Auslösezeit um so kürzer, je größer der Summenstrom ist, je kleiner die Spannung ist und je größer die Phasenverschiebung ist.

Wird nun der Summenstrom zur Auslösung¹ herangezogen und die Ablaufzeit des Relais so gewählt, daß sie proportional dem Summenstrom ist, so sind die Ablaufzeiten proportional der Entfernung des Relais vomErdschlußpunkt. In vielen Fällen wird es angezeigt sein, die Abhängigkeit vom Summenstrom zu vergrößern, z. B. quadratische oder Abhängigkeit nach noch höheren Potenzen anzustreben. Dabei ist als wesentlich anzusehen, daß die Kurve der Auslösezeit an der Stelle des größten Stromes möglichst steil verläuft.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Erdschluß-Zeitrelais, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Schaltstelle auftretende Summenstrom ein Relais mit stromabhängiger Verzögerung speist, mit dem gleichzeitig ein an der Phasenspannung liegendes, an sich bekanntes Spannungsverlustrelais verbunden ist.

2. Erdschluß-Zeitrelais, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Schaltstelle auftretende Summenstrom ein Relais mit stromabhängiger Verzögerung speist, mit dem gleichzeitig ein Relais verbunden ist, das von der Phasenverschiebung des Stromes in der kranken Phase gegen den Strom in einer gesunden Phase oder gegen eine verkettete Spannung abhängig gemacht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen