DE566337C - Elektrische Schutzanordnung fuer Wechselstromkreise - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schutzanordnungen für Wechselstromkreise mit Überwachungsdrähten, die besonders geeignet sind für den Schutz von Speiseleitungs-, Übertragungs- und Verteilungsanlagen, jedoch auch anwendbar sind auf den Schutz von elektrischen Maschinen und Apparaten. Die Schutzanordnungen, die gewöhnlich für Wechselströme benutzt werden, sind im allgemeinen solche der Merz-Price-Type, bei welchen der Strom, der in den geschützten Kreis an einem Ende eintritt, mit dem verglichen wird, der den Kreis am anderen Ende verläßt. Solche Anordnungen verlangen bekanntlich außer einer genauen Eichung der Stromwandler und sonstigen Apparate auch die Verwendung von sorgsam isolierten und teueren Überwachungsdrähten.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Schutzanordnung zum Gegenstand, die ein besonderes Abgleichen der Stromwandler unnötig macht und die es gestattet, Überwachungsdrähte verhältnismäßig hohen Widerstandes, z. B. ein Telephonleitungspaar, zu benutzen.

Gemäß der Erfindung sind an beiden Enden des geschützten Kreises Einrichtungen vorgesehen, um in ein Überwachungsdrahtnetz einen Strom beschränkter Größe gelangen zu lassen, dessen Richtung der Richtung des Stromflusses des geschützten Kreises am selben Ende entspricht. Ein oder mehrere Sperrschütze (Sperrelais), die dein Überwachungsdrahtsystem zugeordnet sind, wirken, sofern der im Überwachungsdrahtsystem - fließende Strom größer ist als ein bestimmter Wert, und zwar wenn er den beschränkten Stromwert übersteigt, der von einem Ende allein aufgedrückt wird, in der Weise, daß sie das Abschalten des geschützten Kreises durch die Auslöserelais, die an den Enden des geschützten Abschnittes liegen und nach Maßgabe des Stromes in diesen zur Wirkung kommen, verhüten.

Zweckmäßig wird der Strom begrenzten Wertes in das Überwachungsdrahtsystem durch eine mit einem Sättigungswert arbeitende Vorrichtung eingeleitet, beispielsweise einen Transformator oder eine Drossel, die an jedem Ende des geschützten Kreises angeordnet und von den Stromwandlern an dem Nachbarende erregt wird.

Wird diese Anordnung auf den Schutz eines Vielphasenkreises angewendet, so sind die Stromwandler an jedem Ende zweckmäßig mit einem sättigungsfähigen Summiertrans-

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formator oder Autotransformator verbunden oder mit einem Gummiertransformator oder Autotransformator, der seinerseits in Kas-■ kade mit einem bis über Sättigung arbeitenden Transformator oder einer entsprechenden Drossel verbunden ist.

Die Auslöseschützeinrichtung kann aus gewöhnlichen Überstrom- und Erdschlußschützen bestehen, die im Falle eines Mehr-ίο phasenkreises zwischen Stromwandler und Summiertransformatoren geschaltet sind, oder aus einer Nieder- bzw. Nullspannungseinrichtung, die wirkt, wenn ein starkes Absinken der Spannung im geschützten Kreis eintritt oder irgendeiner anderen geeigneten Anordnung, wie einer Auslöseschützvorrichtung, die in Reihe zwischen Summiertransformator oder Autotransformator und der sättigungsfähigen Einrichtung arbeitet. Gewünschtenfalls kann der Kern der sättigungsfähigen Einrichtung oder eines Summiertransformators oder Autotransformators, mit der die Vorrichtung \-erbunden ist, einen Teil des Magnetkreises der Auslöseschutzeinrichtung bilden.

Bei einer Anordnung hat eine Kombination aus einem Transformator oder Autotransformator und einem Schütz, die zwischen Stromtransformator im geschützten Kreis und der sättigungsfähigen Einrichtung arbeitet, einen U-förmigen Kern und einen kontaktschließenden Anker, der zur Wirkung kommt, wenn ein bestimmter Kraftfluß im Kern kreist. Bei einer anderen Ausführungsform besitzt ein 35' kombinierter sättigungsfähiger Transformator und Schütz einen Hauptkern von (J-Form, der die Primärwicklung trägt, und einen koritaktschließenden Anker, der arbeitet, wenn . ein bestimmter Kraftfluß im Kern fließt, und einen magnetischen nebenschlußbildenden Kern zwischen den beiden Schenkeln des Hauptkerns, der die Sekundärwicklung trägt. Der Querschnitt dieses magnetischen nebenschlußbildenden Kerns ist klein gegenüber dem Hauptkern, so daß er bei einem bestimmten Wert des Primärstromes die Sättigung erreicht.

Bei Anwendung von Vielphasenkreisen wird die kombinierte Einrichtung aus Transgö formator und Schütz oder der vereinigten, bis zur Sättigung arbeitenden Transformatoren und das Schütz vorzugsweise mit einer Summierprimärwicklung versehen, die Anzapfpunkte hat, welche mit den Stromwandlern im geschützten Kreis verbunden sind; die Teile dieser Wicklung auf den beiden Schenkeln des Kerns sind so angeordnet, daß sie symmetrisch von dem Stromwandler in den verschiedenen Phasen erregt werden.

Es seien nunmehr verschiedene Ausführungsformen von Schutzanordnungen gemäß der Erfindung in Anwendung auf elektrische Speiseleitungen und sonstige Kreise beispielsweise an Hand der Zeichnungen beschrieben. Von diesen zeigt:

Fig. ι eine Anordnung, die zum Schütze einer Dreiphasenleitung dient,

Fig. 2 eine Abänderung dieser Anordnung zum Schutz einer Einphasenspeiseleitung,

Fig. 3 eine andere Anordnung für den Schutz einer Dreiphasenspeiseleitung,

Fig. 4 eine Anordnung für den Schutz eines Dreiphasenkrafttransformators,

Fig. 5 eine Anordnung gleichartig der nach Fig· 3) jedoch für den Schutz eines Dreiphasenkrafttransformators,

Fig. 6 eine weitere Anordnung für den Schutz einer Dreiphasenspeiseleitung,

Fig. 7 eine Abänderung der Anordnung nach Fig._6,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines kombinierten Summiertransformators und Relais oder Schützes,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines kombinierten sättigungsfähigen Transformators und Schützes,

Fig. 10 eine Anordnung ähnlich der nach Fig. 6 für den Schutz eines Dreiphasenkrafttransformators. "

Bei der Anordnung nach Fig. 1 sind die Enden einer Dreiphasenspeiseleitung^, A₁, A₂ durch die Ringkerne von drei Einphasenstromwandlern mit gleichem Übersetzungsverhältnis geführt, die Sekundärwicklungen B, B₁, B₂ besitzen. Diese Sekundärwicklungen sind sterngeschaltet, und der Sternpunkt ist mit einem Ende der Primärwicklung C₁ eines Summiertransformators C verbunden. Die anderen Seiten der Sekundärwicklungen B bis B₂ sind an getrennte Anzapfpunkte der Primärwicklung C₁ gelegt, so daß bei einem fehlerlosen symmetrischen Dreiphasenstrom im geschützten Kreis die EMKK, die in der Sekundärwicklung C₂ des Summiertransformators C erzeugt werden, voneinander um einen kleinen, aber bestimmten Betrag verschieden sind. Die Ausgangsleitungen der Sekundärwicklung C₂ des Summiertransformators sind mit den beiden Überwachungsdrähten D, D₁ verbunden, die sich zwischen den beiden Enden des geschützten Abschnittes angeordnet finden. Die Sekundärwicklungen der Summiertransformatoren an den beiden Enden sind so angeschlossen, daß die Ströme, welche sie dem Überwachungskreis zuführen oder aufdrücken, sich normal summieren.

Jeder Summiertransformator ist so konstruiert, daß bei einem bestimmten Wert von primären Amperewindungen sein magnetischer Kern gesättigt ist. Infolgedessen ist

der Ausgangsstrom der Sekundärwicklung C₂ auf einen Höchstwert beschränkt, der unabhängig von den Zunahmen des Primärstromes über den Wert hinaus ist, bei dem die Sättigung eintritt.

Man erkennt, daß die EMK₅ die in der Sekundärwicklung C₂ des Summiertransforniators induziert wird, bei einem Erdschluß von der Gesamtzahl der Windungen in der

ίο Primärwicklung abhängt, die zwischen dem Sternpunkt und der gestörten Phase liegt, und bei einem Phasenschluß von den Windungen der Primärwicklung zwischen den Anzapfpunkten, an welche die beiden gestörten Phasen angeschlossen sind. Der Transformator wird deshalb bei einem verhältnismäßig niedrigen Wert des Erdschlußstromes gesättigt werden, und er bietet eine unterscheidungsfähige Anordnung, bei der die Empfindlichkeit für Phasenschlüsse unabhängig ist von der Empfindlichkeit für Erdschlüsse. Zweckmäßig sind die Anzapfpunkte der Primärwicklung so angeordnet, daß der Kern bei einem Phasenschluß gesättigt wird, wenn der Strom im geschützten.Kreis 200 bis 300 °/₀ des normalen Vollastwertes erreicht, und bei Erdschlüssen, wenn der zur Erde abfließende Strom 50 °/o des normalen Vollaststromes ausmacht, was etwa dem gefahrbringenden Störstrom entspricht.

Die Auslösespule E₁ eines Schalters (Hauptschalters; E an jedem Ende wird durch Überstrom- und Erdschlußschütze gesteuert, und zwar sind zwei Überstromschütze F und F₁ in Reihe mit den Stromwandlersekundären B und B₂ geschaltet und das Erdschlußschütz F₂ in die Verbindung zwischen Sternpunkt und Stromwandler B, B₁ und B« mit der Primärwicklung C₁. Die Arbeitskontakte P₃ von Überstrom- und Erdschlußschützen sind parallel geschaltet und steuern den Stromkreis der benachbarten Auslösespule E₁. Ferner ist an jedem Ende eine Batterie / in Reihe in den Stromkreis der Auslösespule E₁ eingeschaltet, so daß das Arbeiten jedes der Schütze F, F₁ und F₂, sofern das benachbarte Sperrschütz H nicht angesprochen hat, die Erregung der Auslösespule E₁ bewirkt, so daß der Schalter E geöffnet wird. Arbeitet aber das Sperrschütz H, so sind seine Ruhekontakte H₁ geöffnet, und da in diesem Falle eine Stelle in dem Stromkreis der Auslösespule E₁ offen ist, so wird dadurch das Arbeiten der Überstrom- und Erdschlußschütze wirkungslos gemacht.

Da die Summiertransformatoren C bis zur Sättigung arbeiten, so ist der Strom, der im Überwachungskreis fließt, auf die Summe der Sättigungsströme der beiden Summiertransformatoren beschränkt. Die Sperrschütze H sind so geeicht, daß sie nur ansprechen, wenn der im Überwachungskreis fließende Strom merklich größer ist als der Sättigungsstrom eines der Summiertransformatoren, beispielsweise das anderthalbfache des Sättigungsstromes beträgt.

Es sei das Arbeiten der Anordnung' während verschiedener Störverhältnisse in dem geschützten Abschnitt betrachtet. Ein gerade durchfließender Störstrom läßt beide Summiertransformatoren C die Sättigung erreichen und damit einen Strom durch die Sperrschütze H fließen, der gleich der Summe der Sättigungsströme der beiden Summiertransformatoren ist. Demnach sprechen die Sperrschütze H an und verhüten, daß die Schalter E ausgelöst werden und den geschützten Kreis abschalten.

Entwickelt sich ein Schluß im geschützten Kreis und wird er nur von einem Ende der Leitung gespeist, so läßt nur einer der Transformatoren C Strom im Überwachungskreis fließen. Dieser Strom ist nicht ausreichend, um die Sperrschütze H zum Ansprechen zu bringen, so daß der geschützte Kreis abgeschaltet wird, wenn eines der Schütze F-F₂ am speisenden Ende arbeitet.

Wird der Schluß im geschützten Kreis in gleicher Weise von beiden Enden der Leitung gespeist, so wirken die Summiertransformatoren C entgegengesetzt, so daß im wesentlichen kein Strom außer dem Kapazitätsstrom in den Sperrschützen H fließt. Diese bleiben infolgedessen untätig und gestatten die Abschaltung des geschützten Kreises an beiden Enden.

Uni die Sperrung der Auslösung bei die Strecke einfach durchfließenden Störströmen zu sichern, sind die Schütze H so angeordnet, daß sie bei einem Wert des Primänstromes arbeiten, der schwächer ist als der Primärstrom, der die Schütze F, F₁ oder F₂ in Tätigkeit setzt. Die Schütze H sprechen auch rascher an als die Überstrom- und Erdschlußschütze. Dies ist in Fig. 1 durch die Dämpfungszylinder an den Ankern der Schütze F-F₂ angedeutet. Gegebenenfalls kann auch durch Schmelzsicherungen G im Überwachungskreis ein zeitbegrenzender Überstromhilfsschutz vorgesehen sein. no

Bei der Einphasenanordnung nach Fig. 2 sind die Sekundärwicklungen B_a des Stromwandlers an jedem Ende des geschützten Speiseleiters A₄, mit der Primärwicklung /C₁ eines sättigungsfähigen Transformators Ä" in Reihe mit der Auslösespule E₁ des anliegenden Schalters E angeordnet. Die Sekundär- ■ wicklungen K₂ der Transformatoren /C sind mit den Überwachungsdrähten D, D₁ verbunden (s. Anordnung nach Fig. 1). Die Sperr- iao schütze H haben hier Arbeitskontakte H₂, die parallel zur benachbarten Auslösespule E₁

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liegen, so daß beim Arbeiten eines Sperrschützes die entsprechende Auslösespule kurzgeschlossen ist.

Beim Eintreten eines Schlusses im ge~ schützten Kreis reicht der Störstrom, der in der Sekundärwicklung B_s des Stromwandlers am speisenden Ende (oder an beiden Enden, falls der Schluß von beiden Enden gespeist wird) fließt, aus, durch die Auslösespule Ji₁ to den Schalter E in Gang zu setzen, so daß er den geschützten Abschnitt abschaltet. Da nur einer der Transformatoren K gesättigt ist (bzw. da bei einer von beiden Enden gespeisten Störung die beiden Transformatoren K ihre Sättigungsströme dem Überwachungskreis entgegengesetzt zuführen), bleiben die Sperrschütze H unwirksam. Bei einem Durchgangsstörstrom werden die Sättigungsströme, die dem Überwachungskreis von den Transformatoren K zufließen, sich addieren und die Sperrschütze H ansprechen, wobei sie die Auslösespulen E₁ kurzschließen und auf diese Weise verhindern, daß der geschützte Kreis abgetrennt wird. Die Sperrung wird dadurch gesichert, daß das Schalterantriebswerk mit einer Verzögerungseinrichtung ausgestattet ist, die durch einen Dämpfungszylinder E₂ angedeutet ist. Infolgedessen werden bei einem Durchgangsstörstrom die Sperrschütze H arbeiten, bevor die Schalter E durch Erregung ihrer Auslösespule JS₁ geöffnet sind. Auch hier kann ein Zeitbegrenzungsüberstromhilfsschutz durch Schmelzsicherungen G₁ geschaffen werden, die in Reihe im Stromkreis der Kurzschlußkontakte H₂ liegen.

Die Verwendung von Sperrschützen mit Arbeitskontakten gestattet eine unmittelbare Auslösung; es kann aber auch ein besonderes no Auslöseschütz verwendet werden, das kurzgeschlossen wird, wenn das Sperrschütz arbeitet. Es können auch, wie bei der Anordnung nach Fig. 1, Ruhekontakte des Sperrschützes in Reihe mit den Steuerkontakten des Auslöserelais im Auslöseschützkreis liegen. In gleicher Weise können Sperrschütze mit Arbeitskontakten bei der Anordnung nach Fig. 1 Verwendung finden, die derart verbunden sind, daß die Überstrom- und Erdschlußschütze kurzgeschlossen werden, wenn das Sperrschütz arbeitet.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 sind die Sekundärwicklungen B, B₁ und B₂ der Stromwandler an jedem Ende des geschützten Leiters mit der Primärwicklung L₁ eines Summierungstransformators L in der gleichen Weise verbunden, w^rie die entsprechenden Wicklungen mit der Primärwicklung des über die Sättigung hinaus arbeitenden Summierungstransformators bei der Anordnung nach Fig. 1 verbunden sind. Die Sekundärwicklung L₂ des Summierungstransformators ist mit der Primärwicklung eines bis über Sättigung erregbaren Transformators M verbunden, dessen Sekundärwicklung an die Überwachungsdrähte D, D₁ angeschlossen ist. Ein Auslöseschütz mit Arbeitskontakten N₁ liegt in Reihe mit der Sekundärwicklung L₂ des Transformators L und der Primärwicklung des Transformators M, so -daß es beim Auftreten eines Schlusses im Hauptkreis arbeitet. Die Sperrschütze H besitzen Ruhekontakte H₁ und sind, wie bei der Anordnung nach Fig. 1, in Reihe im Überwachungsdraht D₁ angeordnet.

Zur Erzielung des richtigen Zusammenarbeitens wird ein langsam wirkendes Hilfsschütz O zwischen Auslöseschütz N und Auslösespule E₁ des Hauptschalters E eingeschaltet. Das Hilfsschütz O wird von der Batterie J₁ über Kontakte TV₁ des Schützes N und Kontakte H₁ des Schützes H erregt; wenn also das Sperrschütz H nicht gearbeitet hat, so wird das Schütz O durch das Arbeiten des Auslöseschützes N erregt. Das Schütz O stellt an seinen Kontakten O₁ einen von der Batterie / gespeisten Stromkreis für die Auslösespule E₁ des benachbarten Schalters E her. Die Zeitspanne zwischen der Erregung und dem Arbeiten des Schützes O ist derart, go daß bei einem die ganze Strecke durchfließenden Störstrom das entsprechende Sperrschütz H eine Stelle im Stromkreis des Schützes O öffnet, bevor dieses ansprechen kann.

Im Stromkreis der Auslösespule JS₁ liegt in Reihe mit dieser ein Hilfsschalter E₃, den das Hauptschaltertriebwerk derart steuert, daß er bei geschlossenem Schalter ebenfalls geschlossen ist und beim Auslösen des Haupt- too schalters eine Unterbrechung im Stromkreis der Auslösespule E₁ hervorruft.

Gegebenenfalls kann eine Zeitbegrenzungsüberstromhilfsschutzeinrichtung durch ein Zeitschütz P geschaffen werden, das von der Batterie J₁ in einem Stromkreis angeordnet ist, in dem auch die Kontakte JV₁ des Auslöseschützes N liegen. Die Kontakte P₁ dieses Schützes liegen parallel zu den Kontakten O₁ des Schützes O, so daß die SpUIeIi₁ anspricht, wenn das Schütz P arbeitet. Das Schütz P muß naturgemäß sehr viel langsamer arbeiten als das Schütz O.

Die Wirkung dieser Anordnung ist ähnlich der nach Fig. 1; die Erregung des Auslöse-Schützes N nach Maßgabe des durch die Sekundärwicklungen L₂ des Summiertransformators L zugeführten Stromes bewirkt eine Unterscheidung zwischen Phasenschlüssen und Erdschlüssen, die bei der Anordnung nach Fig. 1 durch getrennte Überstrom- und Erdschlußschütze erzielt wurde.

Fig. 4 zeigt eine Kombination von drei Einphasenanordnungen für den Schutz eines Dreiphasen- (sterngeschalteten) Krafttransformators Q mit Primärwicklungen Q₁ und Sekundärwicklungen O₂. Die drei Phasenleitungen zu jeder Seite des Transformators Q gehen durch die Ringkerne von drei Einphasenstromwandlern mit gleicher Übersetzung und mit Sekundärwicklungen R, R₁ und R₂, die sterngeschaltet sind. Die Sekundärwicklungen R-R., sind mit den sterngeschalteten Primärwicklungen dreier sättigungsfähiger Transformatoren 5, ^!und^a verbunden. Überstromschütze F₄ und F₅

¹S liegen in Reihe mit den Wicklungen R-R.,. und ein Erdschlußschütz F₀ liegt in Reihe in der Verbindung zwischen den Sternpunkten. Die Überstrom- und Erdschlußschütze F₄, F₅ und F₆ haben Arbeitskontakte F₇.

. Die Sekundärwicklungen der sättigungsfähigen Transformatoren S-S₂ der beiden Enden sind an den Enden im Dreieck geschaltet, und die beiden Gruppen sind durch Überwachungsdrähte D₂-D₄ verbunden, in denen mit Ruhekontakten H₆ ausgestattete Sperrschütze H₃-H₅ liegen.

Ein Zeithilfsschütz O₂ steuert an seinen Arbeitskontakten O₃, O₄ die Erregung der Auslösespule F₅ des Hauptschalters F₄ an beiden Seiten des Transformators Q. Das Schütz O₂ wird von der Batterie J₂ in einem Kreis erregt, der in Reihe die Ruhekontakte H₆ der Sperrschütze H₃-H₅ und eine Gruppe von parallel geschalteten Kontakten enthält, die aus den Arbeitskontakten H₁ der Schütze F₄-F₀ der beiden Enden besteht. Wenn die Sperrschütze nicht gearbeitet haben, so wird das Ansprechen eines der Schütze Fi-F₆ an einem der Enden des Stromkreises des Hilfsschützes O₂ hergestellt, das nach einer kurzen Pause an seinen Arbeitskontakten O₃, O₄ die Batterie /₃ an die Auslösespule E₅ schaltet, welche die Hauptschalter F₅ auslösen und den Transformator O abtrennen. Da die Kontakte H₆ der Sperrschütze H₃-H₅ im Stromkreis des Schützes O₂ in Reihe liegen, so unterbricht jedes dieser Schütze den Kreis des Schützes O₂ und macht dadurch das Arbeiten der Überstrom- und Erdschlußschütze wirkungslos. Im übrigen ist die Wirkungsweise dieser Anordnung ähnlich der der vorbeschriebenen. Fig. 5 zeigt die Anwendung einer Schutzanordnung ähnlich der nach Fig. 3 zum Schütze eines stern- (dreieck-) geschalteten Krafttransformators Q mit der Sternwicklung Q₁ und der Dreieckwicklung Q₃. Wie bei Fig. 4 sind die drei Phasenleiter zu beiden Seiten des geschützten Transformators Q durch die Ringkerne von mit gleicher Übersetzungarbeitenden Einphasenstromwandlern mit Sekundärwicklungen R-R₂ geführt. Die Wicklungen R-R₂ der Stromwandler an der sterngeschalteten Seite (d. h. an den Leitern zur Wicklung Q₁) sind dreieckgeschaltet und an Anzapfpunkte L₃-L₅ der Primärwicklung L₁ des Summiertransformators L am benachbarten Ende angeschlossen. Eine Unterscheidung von Erdschlüssen und Phasenschlüssen wird dadurch erreicht, daß man die Anordnung so trifft, daß die Windungszahl zwischen den Punkten L₃-L₄ verschieden von der Windungszahl zwischen den Punkten L₄-L₅ ist; vorzugsweise sind die Anzapfpunkte so angeordnet, daß die Windungen L₃-L₄: L₁-L₅: L₅-L₆ sich verhalten wie 1:2:1. Die Sekundärwicklungen R-R₂ des Stromwandlers an der dreieckgeschalteten Seite des geschützten Transformators sind sterngeschaltet, und der Sternpunkt ist mit einer Seite der Primärwicklung L₁ des anderen Summiertransformators L verbunden. Die freien Enden der Wicklungen R-R₂ sind an Anzapfpunkte der Wicklung L₁ angeschlossen wie bei der Schaltung gemäß Fig. 3. Die Verbindung der Sekundärwicklungen der Stromwandler an den Stern- und Dreieckseiten des geschützten Transformators in Dreieck bzw. Stern kompensiert die Phasenverschiebung, die durch die Stern-Dreieck-Verbindung des geschützten Transformators· verursacht wurde.

Wie bei der Anordnung gemäß Fig. 3 ist die Sekundärwicklung L₂ des Summiertransformators L an jedem Ende in Reihe mit einem Auslöseschütz N an die Primärwicklung eines sättigungsfähigen Transformators M angeschlossen. Die Sekundärwicklungen dieser beiden Transformatoren M sind durch die Überwachungsdrähte D, D₁ vexbunden. Da die Überwachungsdrähte D, D₁ sehr kurz sind, braucht man nur ein Sperrschütz H, dessen Ruhekontakt H₁ zusammen mit den Arbeitskontakten 1V₁ der Auslöseschütze N an beiden Enden die Erregung eines langsam wirkenden Hilfsschützes Q₂ steuert. Dieses überwacht, wie bei der Anordnung nach Fig. 4, den Stromkreis der Auslösespule E₅ der Hauptschalter F₄ zu beiden Seiten des geschützten Transformators.

Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist ähnlich der der Schaltung nach Fig. 3 und bedarf keiner weiteren Beschreibung. Gewünschtenfalls kann ein zusätzliches, nicht dargestelltes Zeitschütz ähnlich dem Schütz Γ der Anordnung nach Fig. 3 hinzugefügt werden, um einen verzögerten Überstromschutz zu ergeben.

In der Anordnung nach Fig. 6 für den Schutz eines Dreiphasenspeiseleiters A, A₁, A₂ sind die Sekundärwicklungen B, B₁, B₂ der Stromwandler an jedem Ende des ge-

schützten Kreises sterngeschaltet, und der Sternpunkt ist mit einem Ende der Wicklung T₁ .eines kombinierten Autotransformators und Auslöseschützes T verbunden (im einzelnen wie bei Fig. 8 dargestellt), das einen U-förmigen Kern mit der Wicklung T₁ besitzt und einen Anker T₂, der verschwenkbar unterhalb der Enden der beiden Schenkel T₈, T₄ des Kerns angeordnet ist, so daß ίο er beim Anzug die Kontakte T₃ schließt, wenn der Kraftfluß im Kern einen bestimmten Wert übersteigt.

Die freien Enden der Sekundärwicklungen der drei Stromwandler B, B₁, B₂ sind an getrennte Anzapfpunkte der Autotransformatorwicklung T₁ angeschlossen, damit zwischen Erdschlüssen und Phasenschlüssen unterschieden wird. Die Wicklung T₁ ist auf die beiden Schenkel T₃, T₄ des Kerns verteilt, und die Anzapfpunkte sind so 'angeordnet sowie die Teile der Wicklung auf den beiden Schenkeln so quer verbunden, daß die Wicklungen auf jedem Schenkel gleichartig aus den drei Phasen des geschützten Kreises erregt werden. Gegebenenfalls kann statt einer Autotransformatorwicklung auf dem Kern eine Summierprimärwicklung und eine getrennte Sekundärwicklung angewendet werden, doch ist eine einzige Autotransformatorwicklung wegen des beschränkten verfügbaren Wicklungsraumes vorzuziehen.

Die Ausgangsklemmen der Wicklung T₁ sind mit der Primärwicklung des sättigungsfähigen Transformators M verbunden. Die Sekundärwicklung dieses Transformators ist mit den beiden Überwachungsdrähten D, D₁ verbunden, die von einem Ende des geschützten Leiters zum anderen führen, und die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren M sind an den beiden Enden wie bei den vorigen Anordnungen so \^rerbunden, daß die Ströme, die sie dem Überwachungskreis aufdrücken, sich normal addieren. Ein Sperrschütz H mit Ruhekontakten H₁ liegt an beiden Enden in Reihe mit dem Überwachungsdrahtkreis.

Ein Hilfszeitschütz 0 überwacht die Auslösespule E₁ des Hauptschalters B an jedem Ende; das Schütz 0 selbst wird durch die benachbarte Vorrichtung T (Schütz, kombiniert in Autotransformator) sowie durch das benachbarte Sperrschütz H gesteuert. Die Arbeitskontakte T₅ des Ankers T₂ des Schützes T und die Ruhekontakte Ji₁ des Sperrschützes H liegen in Reihe im Stromkreis des Schützes O, das von der Batterie Z₁ erregt wird, so daß, Nichtansprechen des Sperrschützes H vorausgesetzt, ein Anzug des Ankers T₂ den Stromkreis des Schützes O herstellt, das nach kurzer Pause anzieht und die Auslösespule E₁ erregt. Arbeitet aber das Sperrschütz H, so ist eine Stelle im Kreis des Schützes O unterbrochen, und der Anzug des Schützes T ist wirkungslos. Es kann ein durch das Hauptschaltergetriebe in Tätigkeit gesetzter Hilfs- 5s schalter E₃ vorhanden sein, der den Kreis der Auslösespule E₁ öffnet, sobald der Hauptschalter ausgelöst ist. Ein zeitbegrenzender Überstromhilfsschutz kann gegebenenfalls durch die langsam wirkenden Schütze P vorgesehen werden, die so angeordnet sind, daß ihre Kontakte P₁ den Kontakten O₁ parallel liegen wie bei der Anordnung nach Fig. 3.

Die Schaltung arbeitet beim Auftreten einer Störung im ganzen ähnlich der nach Fig". 3. Die kombinierte Summierautotransformator- und Schützeinrichtung T, deren Belastung in dem sättigungsfähigen Transformator M besteht, hat "jedoch verschiedene praktische Vorteile im Vergleich zu einem Summiertransformator oder Autotransformator, der in Kaskade mit dem sättigungsfähigen Transformator geschaltet ist und ein gewöhnliches Auslöseschütz in Reihe in der Kaskadenverbindung aufweist. Der Kraftfluß in dem U-förmigen Kern wächst sehr rasch mit der Zunahme des Primärstromes in der Wicklung T₁ (Stromfluß im geschützten Kreis), bis der Transformator M an den Sättigungspunkt kommt. Hiernach erfolgt der Anstieg allmählich, bis der Kraftfluß genügt, den Anker T₂ anzuziehen. Sobald der Anker gehoben wird, nimmt der Kraftfluß plötzlich auf einen Wert zu, der abhängig ist von der Veränderung im magnetischen Widerstand, die durch die Ankerbewegung bedingt ist. Eine weitere Zunahme im Primärstrom verursacht infolge der gesättigten Belastung M nur eine sehr allmähliche Steigerung des Kraftflusses. Das plötzliche Anwachsen des Kraftflusses beim Anzug des Ankers T₂ verursacht eine Zunahme des Primärstromes des Transformators M; diese mag zwar verhältnismäßig klein sein, sichert aber doch, daß der Transformator völlig gesättigt und demnach genügend erregt ist, wenn der Anker T₂ sich bei dem gerade durchfließenden Störstrom anhebt, so daß zusammen mit dem sättigungsfähigen Transformator M am anderen Ende der notwendige Strom erzeugt wird, der die Sperrschütze H arbeiten läßt.

Der Rückstellwert des Schützes wird Jeichfalls merklich infolge der sättigungsfähigen Belastung in dem kombinierten Autotransformatorschütz T vergrößert. Beispielsweise hat sich gezeigt, daß, während ein geignetes getrenntes Schütz (z. B. N in der Anordnung nach Fig. 3) einen Rückstellwert von etwa 62 °/₀ hat, ein entsprechender mit dem Schütz kombinierter Transformator mit sättigungsfähiger Belastung einen Rückstellwert hat, der bei etwa 82 °/₀ liegt. Daß dieser

Wert hoch ist, ist besonders wünschenswert für die Anordnung, weil das Schütz teilweise erregt ist, wenn Normalströme im geschützten Kreis fließen, und es ist wesentlich, daß das Schütz sich wieder zurückstellt, nachdem es durch gerade durchfließende Störströme in Tätigkeit gesetzt ist, und zwar bei einem Wert, der beträchtlich über den Normalströmen liegt, und so nahe wie möglich an to dem Wert, der das Ansprechen verursacht.

Bei der abgeänderten Ausführung nach Fig. 7 ist die aus Summiertransformator und Schütz kombinierte Einrichtung T mit einem sättigungsfähigen Transformator Λ/ der An-Ordnung nach Fig. 6 ersetzt durch einen kombinierten sättigungsfähigen Summiertransformator und Schütz V; eine Einphasenform einer solchen Einrichtung ist im einzelnen in Fig. 9 wiedergegeben. Hier ist die Anordnung des U-förmigen Hauptkerns V₁ und des Schützankers F_a ähnlich wie bei dem kombinierten Autotransformator und Schütz, wie es oben beschrieben wurde. Es ist aber außerdem ein magnetischer Shunt-Kern V₁₁ angeordnet, der die beiden Schenkel F₃ und V₄ des Hauptkerns nahe den Enden verbindet. Der Querschnitt des Kerns V₆ ist klein gegenüber dem des Hauptkerns, so daß er gesättigt wird, wenn der Kraftfluß im Hauptkern infolge des in der Primär- oder Summierwicklung V₁ fließenden Stromes einen bestimmten Wert erreicht. Die Sekundärwicklung V₇ des Transformators ist auf den Shunt-Kern V₆ gewickelt und mit den Überwachungsdrähten D, D₁ in gleicher Weise verbunden als die Sekundärwicklung des Transformators M in Fig. 6.

Die Kerne und der Anker sind vorzugsweise so angeordnet und bemessen, daß der magnetische Widerstand des Shunt-Kreises V₆ von der gleichen Ordnung ist wie der des magnetischen Kreises, den Anker V₂ und Luftspalte bei gehobenem Anker darstellen. Der magnetische Widerstand des Hauptkerns ist vergleichsweise gering, so daß der Kraftfluß im Kreis V₆ und demnach der dem Überwachungsdrahtsystem aufgedrückte Strom nicht wesentlich verringert wird, wenn der Anker angezogen ist.

Die abgeänderte Anordnung wirkt beim Eintreten einer Störung in ähnlicher Weise wie die Schaltung nach Fig. 6 mit kombiniertem Schütz und Autotransformator, der mit einem getrennten sättigungsfähigen Gerät in Verbindung steht.

Bei der Anordnung nach Fig. 10 für den Schutz eines stern- (dreieck-) geschalteten Krafttransformators sind die Sekundärwickluungen R-R₂ der Stromwandler beiderseitig des Krafttransformators unmittelbar mit der Wicklung T₁ eines kombinierten Schützes und ^; Autotransformators verbunden und die Überwachungsdrähte mit der Sekundärwicklung des sättigungsfähigen Transformators M; die Wicklungen R-R₂ auf der sterngeschalteten Seite des Transformators Q sind dreieckgeschaltet, und die Wicklungen R-R₂ auf der dreieckgeschalteten Seite sind sterngeschaltet wie bei Fig. 5. Der Anker T₂ der Vorrichtung T steuert Arbeitskontakte T₅ im Kreis des Zeitschützes O₂ mit Arbeitskontakten O₃, O₄, welche die Stromkreise der Auslösespulen E_s der Hauptschalter £₄ zu beiden Seiten des geschützten Kreises steuern. Wie bei der Schaltung nach Fig. 5 liegen die Ruhekontakte H₁ eines einzigen Sperrschützes H in Reihe im Kreis des Schützes O₂. so daß beim Anzüge des Ankers T₂ das Schütz O₂ erregt wird. Dieses zieht seinen Anker an, \Orausgesetzt, daß das Sperrschütz nicht angesprochen hat, und zwar nach einer kurzen Pause, welche die Sperrung bei gerade durchfließenden Störströmen sichert; es bewirkt dann die Abschaltung des geschützten Kreises. Gegebenenfalls kann ein mit Schütz kombinierter sättigungsfähiger Summiertransformator statt des kombinierten Summiertransformators mit Schütz, der mit einem sättigungsfähigen Transformator verbunden ist, Verwendung finden.

Das Sperrschütz H ist so geeicht, daß es nicht arbeitet, wenn der Strom im Überwachungsdrahtkreis D, D₁ merklich größer ist als der Sättigungsstrom eines der sättigungsfähigen Transformatoren M. Wenn dann ein Schluß im geschützten Transformator Q auftritt, so spricht das Auslöseschütz T an der Eingangsseite des Transformators an. Es wird nur ein sättigungsfähiger Transformator M erregt, und da das Sperrschütz H unerregt i°° bleibt, so wird der Transformator Q abgetrennt. Bei einem gerade durchfließenden Störstrom aber führen die beiden sättigungsfähigen Transformatoren M ihre Sättigungsströme zum Überwachungsdrahtkreis. Das ¹⁰S Sperrschütz H spricht an und verhütet die Abschaltung des Krafttransformators.

Ersichtlich sind viele der für eine besondere Schaltung bestimmten Einzeleinrichtungen in gleicher Weise auch auf andere Schal- n° tungen anwendbar. Beispielsweise können die Sperrschütze in jeder der Schaltungen mit Arbeitskontakten versehen werden wie bei Fig. 2, durch welche beim Ansprechen des Schützes das Auslöseschütz kurzgeschlossen wird. Weiter kann ein verzögertes Überstromhilfsschütz durch Schmelzsicherungen wie bei Fig. 1 und 2 oder durch Zeitschütze wie bei Fig. 3 bei jeder der beschriebenen Schaltungen nach Belieben vorgesehen werden. Es kann auch (abgesehen von den Anordnungen, die eine Kombination aus sätti-

gungsfähigem Transformator und Schütz gemäß Fig. 7 und 8 verwenden) eine sättigungsfähige Drossel oder ein Autotransformator nach Wunsch statt eines sättigungsfähigen Transformators Verwendung finden.

Die Sperrschütze bei den beschriebenen Schaltungen sind vorzugsweise so einstellbar, daß sie bei verschiedenen, die Überwachungsdrähte durchfließenden Strömen ansprechen

ίο können, damit verschiedene Längen der Überwachungsdrähte zwischen den beiden Enden des geschützten Kreises kompensiert werden können. Es kann aber auch die Reaktanz der Schützspule groß im Vergleich mit dem Widerstand des längsten Überwachungskreisdrahtes gemacht werden, der allenfalls Verwendung finden kann, derart, daß die über die Überwachungsdrähte zirkulierenden Ströme im wesentlichen für alle Längen des Überwachungskreises die gleichen sind und die Schütze keiner regelbaren Einstellung bedürfen.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrische Schutzanordnung für Wechselstromkreise mit Überwachungsdrähten und Auslöserelais an jedem Ende des geschützten Abschnittes, die nach Maßgabe der darin bestehenden Strom-Verhältnisse arbeiten, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung an jedem Ende (C, K, M, S, S₁, S₂, V), die dem Überwachungskreis nur einem Strom beschränkter Größe zuführen kann, dessen Richtung der Richtung des Stroms im geschützten Kreis am selben Ende entspricht, sowie durch ein oder mehrere im Überwachungskreis liegende Sperrelais, welche die Auslöserelais (F-F₂, N, F₄ -i- F₆, T, V) an der Abtrennung des geschützten Abschnittes bei einem Fehler außerhalb dieses Abschnittes hindern, wenn der im Überwachungskreis fließende Strom einen Wert überschreitet, der größer ist als der beschränkte Stromwert, der von einem Ende allein aufgedrückt werden kann.
2. 2. Elektrische Schutzanordnung nach Anspruch 1 für einen Vielphasenkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwandler in den verschiedenen Phasen eines geschützten Kreises mit einer Summiervorrichtung (L) (z.B. Transformator oder Autotransformator) verbunden sind, und daß die Summiervorrichtung in Kaskade mit der sättigungsfähigen Vorrichtung (M) verbunden ist.
3. 3. Elektrische Schutzanordnung für Mehrphasenkreise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet," daß Überstrom- und Erdschlußauslöserelais (F, F₁, F₂), die je einen Auslösekreis für den Hauptschalter steuern, zwischen Stromwandler und die Summiervorrichtung (C) geschaltet sind.
4. 4. Elektrische Schutzanordnung für Mehrphasenkreise nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslöserelais (N) mit den Auslösekreis des Hauptschalters steuernden Arbeitskontakten in Reihe in der Kaskadenverbindung zwischen Summiertransformator (L') und sättigungsfähiger Vorrichtung (M) Hegt.
5. 5. Elektrische Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der sättigungsfähigen Vorrichtung (V) einen Teil des magnetischen Kreises des Auslöserelais bildet.
6. 6. Elektrische Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Transformator- oder Autotransformator- und Relaiseinrichtung (T) zwischen den Stromwandlern im geschützten Kreis und der sättigungsfähigen Vorrichtung (M) einen SJ-förmigen Kern und einen kontaktschließenden Anker besitzt, der angezogen wird, wenn ein bestimmter magnetischer Kraftfluß im Kern fließt.
7. 7. Elektrische Schutzanordnung" nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte sättigungsfähige Transformator- und Relaiseinrichtung (V) einen U~förmigen Kern aufweist, der die Primärwicklung trägt, ferner einen kontaktschließenden Anker, der angezogen wird, wenn ein bestimmter Kraftfluß den Anker durchfließt, sowie einen magnetischen Shunt-Kern zwischen den beiden Hauptkernschenkeln, der die Sekundärwicklung zum Anschluß an den Überwachungskreis trägt und dessen Querschnitt klein gegenüber dem des Hauptkerns ist, so daß der Shunt-Kern bei einem bestimmten Wert des Primärstromes gesättigt ist.
8. 8. Elektrische Schutzanordnung nach Anspruch 6 oder 7 für Mehrphasenkreise, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzapfpunkte einer Summierprimärwicklung (T) auf dem U-förmigen Kern mit den Stromwandlern in den Phasen des geschützten Kreises verbunden sind, wobei die Teile der Wicklung auf den beiden Schenkeln so angeordnet sind, daß sie symmetrisch von den Stromwandlern in den verschiedenen Phasen erregt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen