DE543951C - Einrichtung zum selektiven Abschalten fehlerhafter Leitungsstrecken - Google Patents

Description

Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet eine Einrichtung zur automatischen Abschaltung der schadhaften Teile von Leitungsstrecken von Überlandzentralen.
Die Erfindung bezweckt insbesondere die automatische Abschaltung vor und hinter der fehlerhaft gewordenen Leitungsstrecke, was den Überlandwerken die volle Ausnutzung von Ringleitungen gestattet, wobei der Ring metallisch oder induktiv geschlossen sein kann.

Die bisherigen Überstromschutzanordnungen mit oder ohne selektive Auswahl der Schalter lösen, mehr oder weniger verzögert, bei einem Mehrfachen des Betriebsstromes aus; sie können also auch bei Überströmen, die nicht von Leitungsschäden herrühren, in Tätigkeit treten und können erfahrungsgemäß, wie auch u. a. von Schmolz (E. T. Z. 1928,

ao S. 455) nachgewiesen und theoretisch begründet, trotz schwerer Leitungsfehler infolge von Schwebungserscheinungen umgekehrt nicht zur Auslösung kommen. Außerdem ist es möglich, daß besonders bei starken Kurzschlußstößen die Relais trotz Verzögerungseinrichtungen durchrutschen und daß infolgedessen z. B. ein der Fehlerstelle ferner liegender Schalter statt des nächstliegenden Schalters auslöst. Solche Fehlauslösungen durch Nichtansprechen oder durch falsches Ansprechen vermögen aber den Betrieb schwer zu gefährden.

Andererseits sind Schutzsysteme entwickelt worden, welche auf die von Leitungsfehlern herrührenden und von der Fehlerstelle beiderseits auseinanderlaufenden hochfrequenten Schwingungen ansprechen, indem bei ihnen entweder der Auslöser durch hochfrequente Schwingungen allein ausgelöst wird oder indem bei den üblichen Maximalauslösern ^₀ deren Zeitverzögerung durch solche Schwingungen verringert wird. Bei Schutzsystemen ersterer Art rufen schon induzierte Schwingungen oder kurzseitige Überschläge, sogenannte Wischer, die keine weiteren Schadensfolgen bringen, eine unzeitige Auslösung hervor. Auch in Anlagen mit Erdschluß spulen, in welchen das Auftreten einesLeitungsfehlers durch die Beschränkung des Erdschlußstromes die Betriebsfähigkeit des Netzes nicht gefährdet, müßten diese Einrichtungen zu einer unzeitgemäßen Abschaltung führen. Bei der letzteren Art ist zwar die selektive Auswahl der Reihenfolge der Schalter entsprechend ihrer Entfernung von der Fehlerstelle ziemlich 55' gesichert, aber der Nachteil einer unerwünschten Auslösung durch Überstrom allein ohne Vorliegen von Leitungsfehlern ist vermöge ihrer jederzeit bereiten Maximalauslösung ebenso gegeben wie das schon obenerwähnte Durchrutschen der Verzögerungseinrichtungen bei starken Stößen oder wie umgekehrt die Nichtauslösung trotz der Einwirkung der hochfrequenten Schwingungen deswegen, weil die entstandenen Stromschwebungen das Maximalrelais wegen seiner Ein-

stellung auf das Mehrfache des Betriebsstromes trotz Verringerung der Verzögerung nicht zur Auslösung bringen können.

Bei den vorerwähnten bisher bekannten schwingungsempfindlichen Schutzsystemen dienen zur Reflexion der hochfrequenten Wellen Drosselspulen, welche nicht Bestandteile des Schutzsystems, sondern welche Bestandteile der Anlagen sind und in bekannter ίο Weise das Weiterlaufen der Schwingungen verhindern, also für die dahinterliegenden Anlagenteile schützend wirken; diese üblichen Bestandteile aller Anlagen rufen durch die Reflexion und Spannungserhöhung der ankommenden Wellen in den ihnen vorgeschalteten und einen Bestandteil der Schutzeinrichtung bildenden besonderen Wandlern erst das zur Betätigung der Auslöser bzw. zur Verringerung der Zeitverzögerung dienende Spannungsgefälle hervor. Außer den üblichen Drosselspulen sind also noch besondere Auslöserwandler erforderlich.

Die bisher bekannten und geschützten Systeme zeigen daher Eigenschaften und Nachteile, die einander gerade entgegengesetzt sind. Es liegt im Wesen jeder Netzunterteilung durch stromempfindliche Selbstschalter, daß Auslösungen und damit Netztrennungen durch rein betriebsmäßige Vorgänge ohne das Vorliegen von Leitungs- und Transformatorenfehlern hervorgerufen werden können und in solchen Fällen unerwünschte Unterbrechungen verursachen. Es kann gesagt werden, daß auch die Selektiv-Schutzsysteme für sehr große zusammengeschlossene Netze noch nicht den nötigen Sicherheitsgrad besitzen und für kleinere Netze, wo sie den Anforderungen der selektiven Auswahl genügen, zu teuer sind. In beiden Fällen zeigen sie aber als unvermeidbare Folge derUberstromauslösung den Nachteil unerwünschter Netztrennungen bei Überstrom auch ohne das Vorliegen gefährlicher Fehler oder umgekehrt des Nichtabschaltens wegen Spannungs- oder Stromzusammenbruches durch Schwebungen; dies ist eben eine P'olge ihres wesentlichen Merkmals: der irgendwie beeinflußten, herabgesetzten oder aufgehobenen Zeitverzögerung derüberstromauslösung, gleichgültig, ob diese Beeinflussung durch Spannungsabfälle, Spannungsunsymmetrie o. dgl. oder durch hochfrequente Schwingungen erfolgt.

Die hier beschriebene Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß den Netzen die Möglichkeit der selbsttätigen Aufteilung, des Auseinanderfalten, bei ausschließlichem Überstrom überhaupt genommen werden muß und daß es genügend und wünschenswert ist, gegen Dauerkurzschlußströme gefährlicher Höhe die Maschinen und Transformatoren allein zu schützen; daß ferner das Auftreten von hochfrequenten Schwingungen für sich allein auch noch keine Abschaltung bewirken darf.

Die Erfindung vermeidet aus dieser Erkenntnis heraus die festgestellten Nachteile dadurch, daß die Schalter normal auf Überstrom überhaupt nicht ansprechen, sondern erst beim Ankommen von hochfrequenten Schwingungen die sonst gesperrte Maximalauslösung augenblicklich freigegeben wird, und daß diese Maximalauslösung eben deswegen, weil sie gegen Überstrom normal unempfindlich ist, auf einen so geringen Überstrombetrag unverzögert eingestellt sein kann, daß auch bei Schwebungserscheinungen noch eine sichere Auslösung erfolgt.

Es können also weder Überströme allein noch Schwingungen allein abschalten, noch können Schwebungen die Auslösung hindern. Es kann auch nicht an irgendeiner falschen Stelle ein Durchrutschen einer Verzögerungseinrichtung die Selektivität stören, weil alle unverzögerten Auslöser vom Überstrom allein beeinflußt bleiben und weil schon als notwendige Folge der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit der hochfrequenten Schwingungen die beiderseits unmittelbar an der Fehlerstelle liegenden Auslöser zuerst entriegelt werden und dann sofort unter geringem Überstrom schon fallen in einem Zeitpunkt, wo die nächst dahinterliegenden Auslöser noch nicht von den Schwingungen erreicht und daher noch verriegelt sind.

Die Fig. 1 zeigt das Beispiel einer Ringleitung: Z sei die Zentrale, S₁ bis 6"₁₀ sind automatische Schalter, sogenannte Streckenschalter, welche mit einer Maximalauslösung versehen sind, die nach dem vorher Gesagten grundsätzlich auf einen nur geringen Überstrom eingestellt, aber für gewöhnlich durch eine Sperrung an der Auslösung verhindert ist. L sind etwa 1,50 m lange, unisoliert gewickelte FW-Langdrosselspulen. Ef sei beispielsweise ein Erdschlußfehler.

Wie die Fig. 2 zeigt, besitzen die Anfangswindungen dieser FW-Langdrosselspulen eine zweite Spule (Sekundärspule) 1, die induktiv mit einem Teil der Hauptwindungen gekoppelt ist. Diese Sekundärspule 1 kann mit einem Übersetzungsverhältnis 1 : 1 oder höher zur Spule L übersetzt sein. Die Enden der Spule ι münden in eine Funkenstrecke n, die bei einem Überschlag das Relais c dadurch betätigt, daß durch den Überschlag zwischen den Polen der Funkenstrecke» die sonst isolierende Luftschicht zwischen den Kontakten t und dem einen Pol der Funkenstrecke leitend gemacht wird. Hierdurch wird ein Stromkreis geschlossen, der das Relais c betätigt. Dieses Relais ist durch den Teil g

mit der sonst verriegelten Maximalauslösung des automatischen Streckenschalters S derart verbunden, daß es die sonst gegen Überstrom (Stromstöße) verriegelte Momentanauslösung auf die Zeit des Ansprechens der Funkenstrecke η oder darüber hinaus entriegelt. Ein während der Entriegelungszeit nachfolgender, wenn auch geringer Stromstoß kann also, wenn er sich auch über das ganze Netz ausbreitet, nur die entriegelten Schalter auslösen, und dies sind im ersten Augenblick eben nur die beiderseits der Schwingungsquelle (also des Lichtbogens Ef) liegenden Schalter. Alle anderen in der Leitung liegenden Schalter sind in diesem Augenblick von den Schwingungen noch nicht getroffen, daher noch verriegelt, sie können also auch bei Überstrom nicht auslösen.

Ebenso verhält es sich beim Auftreten eines

ao Lichtbogens in einer Stichleitung, z. B. in der Fig. ι mit dem Schalter S_w. Noch bevor die Schwingungen die Schalter S₂ und S_a erreichen konnten, haben sie bereits das Relais c des nächstliegenden Abzweigschalters S₁₀ erregen müssen und diesen entriegelt.

Aus dieser Beschreibung geht hervor, daß weder ein Überstrom allein noch auch das Auftreten von Schwingungen allein die Schalter auslösen kann, sondern daß immer das zeitliche Zusammentreffen oder das rasche Aufeinanderfolgen (innerhalb der Entriegelungszeit) von Schwingungen und Überstrom — wenn dieser auch eine so geringe Höhe hat, daß durch ihn allein die Schalter unzeitig ansprechen wurden — notwendig ist. Weiter geht daraus die unbedingt selektive Auswahl der Schalter hervor, die aus dem Vorgesagten durch vorzeitige Maximalauslösungen ferner liegender Schalter nicht gestört werden kann.

Weiter ist nun durch Versuche mit der genannten FW-Langdrosselspule (L in Fig. i) einwandfrei erwiesen, daß die durch den Erdschluß- oder Kurzschlußlichtbogen ausgelösten Schwingungen höherer Frequenz die Drosselspulen L nicht überlaufen, also nicht in die Netzteile hinter diesen der Fehlerstelle nächst benachbarten Spulen eindringen können. Diese Drosselspulen L entziehen dem Netz die Energie hochfrequenter Schwingungen vollständig, darin liegt ein weiterer Grund für die unbedingte Selektivität der Schalterauswahl, denn die weiter entfernten Schalter werden aus diesem Grunde von den Schwingungen gar nicht mehr getroffen, also auch nicht etwa später als die vorhergehenden Schalter auslösebereit gemacht. Der Vorgang bringt sich sichtbar zum Ausdruck dadurch, daß in den Anfangswindungen der der Fehlerstelle am nächsten liegenden Drosselspulen Überschläge von Windung zu Windung erfolgen, welche die Energie der Lichtbogenschwingungen und damit auch deren Spannung unter Bildung von Wärme zusammenbrechen lassen.

Es ist also ein weiteres Kennzeichen der Erfindung, daß zur Heraustransformierung der die Schalter entriegelnden Schwingungen aus dem Netz keine besonderen Einrichtungen neben den üblichen reflektorisch wirkenden Drosselspulen vorhanden sind, daß vielmehr nicht reflektorisch wirkende, sondern energieverzehrende Drosselspulen zugleich zur transformatorischen Entnahme der Schwingungen zum Zweck der Relaisbeeinflussung dienen, wodurch die Schaltanlagen vereinfacht werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι. Einrichtung zum selektiven Abschalten fehlerhafter Leitungsstrecken durch unverzögert arbeitende Überstromschalter unter Zuhilfenahme von Drosselspulen, gekennzeichnet durch besondere mit den Drosselspulen induktiv gekoppelte Spulen, deren Erregung beim Auftreffen durch Leitungsfehler entstehender elektrischer Schwingungen ausgenutzt wird, um eine Verriegelung aufzuheben, die den Überstromschalter betriebsmäßig in der Schließstelle sperrt, so daß dieser nunmehr auf Überstrom ansprechen kann.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Drosselspulen von so hoher Induktivität, daß sie die elektrischen Schwingungen am Übertreten in benachbarte Leitungsstrecken möglichst verhindern.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Drosselspulen, daß sie die Spannung und Energie der elektrischen Schwingungen möglichst aufzehren und unschädlich machen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen