DE563138C - Einrichtung zum Schutze paralleler Leitungsstrecken - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
2.N0VEMBER1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 20 k GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. September 1930 ab

ist in Anspruch genommen.

Für die Abschaltung kranker Netzteile wurden bei dem ältesten Stand der Entwicklung des Selektivschutzes ausschließlich Überstromschalter verwendet. Als sich diese nicht als ausreichend erwiesen, ging man später zu Impedanzrelais mit und ohne Verzögerung über, die die kranken Leitungsabschnitte selektiv abtrennen sollten. Nach der Erfindung werden diese bekannten Selektivschutzsystenie dadurch verbessert, daß verzögerungslose Impedanzrelais in an sich bekannter Weise verwendet werden, deren Gegenkraft jedoch nicht konstant ist, sondern λόπ der Leitungsbelastung abhängt. Man erreicht damit insbesondere ein zuverlässiges Arbeiten des Schutzsystems bei starker Nutzlast.

In der Figur ist ein Schutzsystem nach der Erfindung dargestellt.

Aus der Hochspannungsleitung werden die Fahrleitungen 12, 12' und 12" über Transformatoren 20 und 22 bzw. 19 und 21 gespeist. Die in der Zeichnung dargestellten beiden Stationen enthalten die Sammelschienen 15 und 15' bzw. 16 und ιό', die durch die Kupplungsschalter 24 und 25 miteinander verbunden und über die Hauptschalter 23 von den Transformatoren gespeist werden. Im Stromkreis der parallelen Fahrleitungen liegen Schalter 13 und 14, und zwar schnell arbeitende Schalter, damit die verzögerungslose Auslösung der Relais für den Betrieb ausgenutzt werden kann. Die den einzelnen Schaltern in den Fahrleitungen zugeordneten Schutzeinrichtungen sind in der Figur nur für den Schalter 14 besonders herausgezeichnet.

Der Schalter 14 wird durch eine Auslösespule 26 überwacht, die durch das Impedanzrelais 27, das Richtungsrelais 28 und die Überstromrelais 29 und 30 gesteuert wird. Sämtliche Relais sind unverzögert, d. h. sie arbeiten bei Erreichung ihres Schwellenwertes ohne Zeitverzögerung. Die Arbeitszeit derartiger Relais liegt in der Größenordnung von ο,οΐ Sek., d.h. etwa ¹J₀ Periodendauer bei i6²/₃ Perioden Bahnfrequenz.

Neben den erwähnten Relais sind nach der Erfindung sogenannte Lastrelais 31 vorgesehen. Diese Relais verändern die Gegenkraft der Impedanzrelais in Abhängigkeit vom Strom in der zu schützenden Leitung. Während einer schweren Belastung kann eine Störung mit hoher Impedanz die Gesamt-

impedanz des Belastungskreises auf einen Wert herabsetzen, der so niedrig ist, daß er bereits die Auslösung des Impedanzrelais bewirkt. Nach der Erfindung wird nun die Einstellung des Impedanzrelais der Leitungsbelastung angepaßt, so daß bei hoher Leistungsbelastung die Gegenkraft des Relaissystems vergrößert wird. Das Impedanzrelais arbeitet dann also nur, wenn die Impedanz eines ίο Fehlerstromes auch bei schwerer Belastung ausreichend klein ist, der Fehler also in dem vom Relais selbst zu schützenden Leitungsabschnitt liegt.

Das Lastrelais 31 enthält eine selbsttätig veränderte Impedanz, die im Stromkreis der Haltewicklung des Impedanzrelais 27 liegt. In dem Ausführungsbeispiel ist ein veränderlicher Widerstand 32 vorgesehen, der durch das bewegliche System des strom- und spannungsgespeisten Ferrarisrelais 33 verstellt wird.

Das Relais 33 besitzt einen Eisenkern 34 sowie eine Strom wicklung 35 und eine Spannungswicklung 36. Die Stromwicklung 35 wird von dem Wandler 37 in der zu schützenden Leitung 12, die Spannungswicklung 36 von dem Spannungswandler 38 gespeist. Die Primärwicklung des Spannungswandlers liegt zwischen den Stations-Sammelschienen und Erde. Die in Reihe mit der Spannungswicklung 36 liegende Drossel 39 sowie der ersterer parallel geschaltete Kondensator 40 beeinflussen die Phasenverschiebung der Ströme in den Strom- und Spannungswicklungen derart, daß das Relais auf die Ferrarisscheibe das größte Drehmoment dann ausübt, wenn die Phasenverschiebung zwischen der Spannung des Leiters 12 und deren Strom gleich dem bei Kurz-Schluß eintretenden Impedanzwinkel ist. In diesem Fall ist der größte Teil des Widerstandes 32 in den Stromkreis der Haltewicklung des Impedanzrelais 27 eingeschaltet. Bei Abweichungen von dem Kurzschlußimpedanzwinkel, der für jedes Leitungssystem festliegt, wird der Widerstand 32 verringert.

Das Impedanzrelais 27 besitzt zwei magnetische Kreise, die von den Strom- und Spannungswicklungen 41 bzw. 42 erregt werden. Der Anker 43 des Relais ist V-förmig und verbindet in der Arbeitsstellung die festen Kontakte 44 und 45. Die Stromwicklung 41 des Impedanzrelais liegt in Reihe mit der Stromwicklung 35 des Lastrelais. Beiden Wicklungen ist ein Autotransformator 46 zur Einstellung des Impedanzrelais parallel geschaltet.

Parallel zur Stromwicklung 41 des Impedanzrelais 27 liegt ferner eine Drossel 47.

Diese wirkt bei Ausgleichserscheinungen als Nebenschluß für das Relais und leitet dann die Gleichstromkomponente der längs der Leitung verlaufenden Stoßwellen ohne Beeinflussung des Relais ab.

Die aus zwei parallelen Zweigen bestehende Spannungswicklung 42 liegt in Reihe mit dem Widerstand 32 an dem Spannungswandler 38. In Reihe mit einem der Zweige der Spannungswicklung liegt eine Impedanz 42', der Fluß der Haltewicklungen wird durch die Wirkung die.ser Hilfsimpedanz so lange nicht Null, als an den Sammelschienen 16 noch eine Spannung herrscht, da die Erregung der beiden Wicklungsteile nicht im gleichen Augenblick zu Null wird.

Das Stromrichtungsrelais 28 besitzt einen dreischenkligen .Kern, auf dem sich die beiden Wicklungen 48 und 49 befinden. Die Wicklung 48 besteht aus drei auf die drei Schenkel verteilten Wicklungsteilen; sie liegt in Reihe mit den Strom wicklungen 35 und 41 der Relais 31 und 27. Die Wicklung 49 des Stromrichtungsrelais besteht aus zwei auf den äußeren Schenkel aufgebrachten Wicklungsteilen. Sie ist an einen Stromwandler 50 angeschlossen, dessen Primärwicklung im Stromkreis der Sammelschienen 16 liegt. In Reihe mit der Wicklung 49 liegen die Stromspulen der übrigen Stromrichtungsrelais der gleichen Unterstationen, die die anderen von der Station abgehenden Leitungsabschnitte überwachen. Durch die Verteilung der Wicklungsteile auf die Schenkel des Relais 28 wird eine Fehlauslösung bei geringer Phasenver-Schiebung des Stromes in der zu überwachenden Leitung und des Stromes in den Sammelschienen vermieden.

Der V-förmige Anker 51 des Relais 28 schließt bei einer bestimmten Phasenver-Schiebung der Ströme in den Wicklungen 48 und 49 die'festen Kontakte 52 und 53. Die Wicklungen 48 und 49 sind so bemessen, daß sie bei der normalen Stromrichtung oberhalb eines bestimmten Grenzstromes eine Schließung der Relaiskontakte bewirken. Bei der entgegengesetzten Stromrichtung, wenn Energie von der Fahrleitung zu den Sammelschienen infolge eines Fehlers in einer benachbarten Fahrleitung fließt, schließt das Relais seine Kontakte nicht.

Tritt nun ein Überstrom in der Leitung 12 mit gleichzeitiger Spannungsabsenkung auf, so daß ein Fehler in der Leitung vorliegt, so lösen sowohl das Impedanzrelais 27 als auch das Richtungsrelais 28 aus. Zur Steuerung der Auslösespule 26 des Schalters 14 ist das gemeinsame Arbeiten des Impedanzrelais 27 und des Richtungsrelais 28 Voraussetzung. Die Kontakte der Relais 27 und 28 liegen im Stromkreis eines Hilfsrelais 54. Arbeiten beide Relais, so bildet sich ein Stromkreis

vom Pluspol einer Hilfsbatterie über den festen Kontakt 52 des Relais 28, den Kontaktarm 51, ferner den Kontaktarm 43 und den Kontakt 44 zur Arbeitsspule des Relais 54 und zum Minuspol der Hilfsbatterie. Das Relais schließt seine Kontakte und veranlaßt die Auslösung des Schalters 14. Gleichzeitig wird der Schalter 13 durch seine entsprechend gebauten Relais ausgelöst, so daß die von der Störung betroffene Leitung an beiden Seiten abgeschaltet ist. Durch die Relais 27 und 28 wird noch ein Signalrelais 55 gesteuert, das einen Signalstromkreis 56 schließt.

Zur Ergänzung des Impedanzrelais und Stromrichtungsrelais sind bei dem Ausführungsbeispiel Überstromrelais 29 und 30 vorgesehen. Die Wicklungen dieser Relais liegen in Reihe mit den Stromwicklungen des Impedanzrelais und des Stromrichtungsrelais. Sie sind durch eine Impedanz 57 überbrückt, die ähnlich der Impedanz 47 wirkt. Das Relais 29 arbeitet mit unverzögerter Überstromauslösung. Wird es erregt, so legt es das Hilfsrelais 54 an Spanuung. Das Relais 30 ist gleichartig gebaut; es steuert das Relais 54 über ein Hilfsrelais 58. Im Erregerkreis des Relais 58 liegt eine Reaktanz 59, die eine Verzögerung in der Auslösung des Relais 58, und zwar um (größenordnungsmäßig) etwa 0,05 sek. bewirkt. Ein Kondensator 60 an den Kontakten des Relais 30 dient zur Funkenlöschung. Das Überstromrelais 29 wird zweckmäßig so eingestellt, daß es erst bei einem höheren Stromwert als das Relais 30 anspricht. Bei einem Leitungsstrom, der größer als jeder mögliche Laststrom ist, wird dadurch eine Momentanauslösung des Schalters 14 bewirkt. In solchen Fällen kann auf eine Selektivität verzichtet werden. Bei geringeren Überströmen längerer Dauer tritt durch das Überstromrelais 30 ebenfalls eine Auslösung, und zwar auch beim Versagen des Impedanzrelais und des Richtungsrelais ein. Durch die Überstromrelais wird gleichzeitig eine Ergänzung der Funktionen des Impedanzrelais erzielt. Das Impedanzrelais 2"j kann kaum so genau eingestellt werden, daß es zwischen einem in der Leitung 12 unmittelbar vor den Sammelschienen 15 oder in einer anschließenden Leitung unmittelbar hinter den Sammelschienen 15 auftretenden Fehler unterscheidet. Würde das Relais bei einem Fehler vor den Sammelschienen richtig auslösen, so würde es das gleiche bei einem Fehler unmittelbar hinter den Sammelschienen tun, so daß die Selektivität zerstört wäre. Bei derartigen, in unmittelbarer Nähe der Sammelschienen gelegenen Fehlern greifen die Überstromrelais ein. Da es ohne weiteres möglich ist, die Impedanzrelais so genau einzustellen, daß sie bis zu 90 °/„ des an sie angrenzenden Leitungsabschnittes (nach einer Richtung hin) beherrschen, arbeitet das gesamte Leitungsschutzsystem richtig für Fehler, die innerhalb 80 °/₀ des Leitungsabschnittes liegen.

Hat bei einem solchen Fehler in der Nähe der Sammelschienen das eine der den beiden Enden des Leitungsabschnittes zugeordneten Relais richtig angesprochen, so fließt nun der Überstrom in der Leitung zunächst weiter, so daß das Überstromrelais am anderen Ende die endgültige Abschaltung veranlaßt. Der kranke Leitungsabschnitt wird dann zwar nicht genau gleichzeitig an beiden Enden abgeschaltet; da ein solcher Betriebsfall aber nur etwa bei 10 °/₀ aller Störungen eintritt, läßt er sich ohne weiteres in Kauf nehmen. Durch die nach der Erfindung vorgesehenen verzögerungslos arbeitenden Relais ist bei Verwendung schnell arbeitender Schalter eine Abschaltung des ganzen Netzes innerhalb weniger Perioden möglich.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Schütze paralleler Leitungsstrecken, insbesondere in Wechselstrombahnnetzen, mit die kranken Lei- . tungsabschnitte selektiv abtrennenden Schaltern, die von verzögerungslosen Impedanzrelais gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft der Impedanzrelais abhängig von der Leitungsbelastung verändert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Lastrelais (31), das einen Widerstand (32) im Stromkreis der Spannungsspulen (42) des Impedanzrelais (27) verstellt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastrelais (31) bei Abweichungen des Impedanzwinkels in der Leitung vom Kurzschlußwert das Gegenmoment der Impe- danzrelais 27 vergrößern.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben den den einzelnen Schaltern (13, 14) zugeordneten Impedanzrelais (27) und Lastrelais (31) auch Richtungsrelais (28) vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Lastrelais (31) und die Richtungsrelais (28) verzögerungslos arbeiten.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch zusätzliche verzögerungslose Überstromrelais (29) zur Abschaltung bei extremen Fehlerströmen.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch zusätzliche Über-

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Stromrelais (30) mit geringer Verzögerung zur Ergänzung der Impedanzrelais (27)·

8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichtungsrelais (28) mit zwei Stromwicklungen versehen sind, von denen die eine (48) im Stromkreis der zu schützenden Leitung (12), die andere (49) in den Sammelschienen (16) einer Unterstation zur Speisung der parallelen Leitungsabschnitte (12, 12', 12") liegt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen