DE568888C - Vorrichtung zum Schutze von Hochspannungsnetzen mit geerdetem Nullpunkt gegen Erdschluesse - Google Patents

Description

Es ist bekannt, die Unterstationen elektrischer Hochspannungsnetze mit Relais auszurüsten, die im Falle eines Erdschlusses nur den fehlerhaften Teil des Netzes abschalten, so daß die vom Erdschluß nicht betroffenen Stationen in Tätigkeit bleiben können. Unter der Voraussetzung, daß der Nulleiter des Netzes in der Erzeugerstation geerdet ist, eignen sich für diesen Zweck insbesondere diejenigen Relais, die sowohl vom Strom wie von der Spannung der Leitung des Netzes beeinflußt werden.

Um nun die hohen Kosten der Spannungswandler für die Hochspannung zu vermeiden, hat man bereits vorgeschlagen, die Spannungswicklung der Relais an die Niederspannungswicklung der in den Unterstationen aufgestellten Lasttransformatoren anzuschließen. Hier besteht jedoch die Schwierigkeit, daß für den Fall eines Erdschlusses der Nulleiter in der ungeerdeten Unterstation ein verändertes Potential annimmt. Wenn daher die Relais direkt an die Sekundärwicklung der Lasttransformatoren angeschlossen werden, so werden sie falsch erregt und verlieren ihre Selektivität. Gemäß der Erfindung wird deshalb die Spannungswicklung nicht nur von der zugehörigen sekundären Phase des Lasttransformators erregt, sondern es wird ihr auch eine von zwei anderen sekundären Phasen abhängige zusätzliche Spannung zugeführt, die der Nullpunktsverschiebung entspricht, so daß die obenerwähnte Schwierigkeit überwunden wird.

In den beiliegenden Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt. Abb. 1 zeigt das Schaltungsschema einer Ausführungsform der Erfindung, Abb. 2 und 3 sind Vektordiagramme, welche die Spannungen in einem Teil des Netzes gemäß Abb. 1 im ordnungsgemäßen Zustande und in fehlerhaftem Zustande darstellen. Abb. 4 ist ein Vektordiagramm, das die zugrunde liegende Erfindungsidee darstellt. Abb. 5 ist das Schaltschema einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Abb. 1 stellt ein elektrisches Verteilungsnetz dar mit einem Drehstromerzeuger 1, der über den Transformator 2 mit den drei Phasen A₁ B, C des Netzes 3 verbunden ist. Das Netz 3 hat beträchtliche Länge; an verschiedenen Punkten sind Unterstationen angeordnet mit Transformatoren 4, welche die Abnehmernetze mit verhältnismäßig geringer Spannung speisen.

Die Unterstationen sind mit Schaltern 5 ausgerüstet, um die einzelnen Abschnitte des Netzes im Falle eines Fehlers abzutrennen. Sie werden gesteuert von einer genügenden Anzahl von Distanzrelais 6. Ein ähnlicher Satz von Distanzrelais ist in jeder Unterstation vorhanden, die auch ebenso angeschlossen sind, wie in der Abbildung gezeigt.

Jedes Relais 6 hat einen Strommagneten 7,

eine von ihm angetriebene Ferrarisscheibe 8 und einen beweglichen Kontakt 9, der mit der Ferrarisscheibe über eine Spiralfeder 10 in Verbindung steht. Ein Solenoid 11 hält den beweglichen Kontakt 9 so lange fest, bis das Drehmoment der Ferrarisscheibe das Übergewicht gewinnt. Durch den Kontakt 9 wird die Auslösespule 12 der Schalter 5 an eine Stromquelle gelegt, so daß die Strecke abgeschaltet wird.

Der Strommagnet 7 eines jeden Relais 6 ist an die Leitung 3 so angeschlossen, daß er entsprechend dem in einer der drei Phasen A, B oder C fließenden Strom erregt wird. Ein Stromwandler (in der Zeichnung nicht dargestellt) kann zur Erregung des Strommagneten jedes Relais verwendet werden. Wenn auch das Netz 3 unter Hochspannung steht, so macht es doch keine Schwierigkeiten, die Stromwandler ausreichend zu isolieren. Die Spannungswicklung 11 an dem Relais 6 muß jedoch entsprechend der Größe der Netzspannung erregt werden, und die Kosten von Spannungswandlern für Kraftübertragungsnetze der gebräuchlichen Art sind sehr hoch. Aus diesem Grunde sind die Spannungswicklungen 11 über einen Spannungswandler 16 für verhältnismäßig geringe Spannung an die Niederspannungsseite des Leistungstransformators 4 angeschlossen. Da jedoch der Leistungstransformator nicht geerdet ist, verändert der Nullleiter der Sekundärwicklung sein Potential, wenn ein Erdschluß in der Leitung 3 entsteht. Wenn die Vektoren AB, BC und CA in Abb. 2 die verketteten Spannungen des Netzes 3 im ordnungsgemäßen Zustande darstellen, so fällt, wenn der Leiter B von einem Erdschluß etwa bei 17 betroffen wird, das Potential des Leiters B mit dem des Nullpunktes 0 zusammen, und die Lage des Nullpunktes im Sekundärkreise des Transformators 4 verschiebt sich nach O₁, wie in Abb. 3 dargestellt.

Wenn der Erdschluß einen größeren Widerstand enthält oder wenn der Nullpunkt des Netzes über einen Widerstand an Erde gelegt ist, wie es bisweilen üblich ist, so wird die Lage des Nullpunktes O₁ von der Zeichnung abweichen, wird aber immerhin von der normalen erheblich verschieden sein. Wenn daher dasjenige Relais 6, von dem die fehlerhafte Phase überwacht wird, unmittelbar an die Sekundärwicklung des Transformators 4 angelegt wäre, so würde es nicht entsprechend dem Potential der geerdeten Phase B erregt werden. In der Zentrale sind Relais 19 und in der benachbarten Unterstation Relais 18 angeordnet; die Relais 18 sind in derselben Weise geschaltet wie die Relais 6. Die Relais 6, 18 und 19 haben praktisch dieselbe Verzögerung und arbeiten im Falle eines Fehlers entsprechend der Entfernung des Fehlers. Wenn z. B. der Fehler , zwischen den beiden dargestellten Stationen liegt, wie bei 17 dargestellt, so ist die an der betroffenen Phase auftretende Spannung in der der Zentrale nächstgelegenen Unterstation ge- 6g ringer als die in der Zentrale selbst infolge des Spannungsverlustes der Leitung. Der verzögernde Einfluß der Spannungswicklung 11 ist daher geringer als derjenige der Spannungswicklung des Relais 19. In der betroffenen Phase arbeitet daher das Relais 6 zuerst, und der Schalter 5 wird geöffnet. Damit ist der vom Fehler betroffene Teil des Netzes abgeschaltet, ohne daß der Transformator 4 in der der Zentrale nächstgelegenen Unterstation ausfällt.

Um jedoch diese selektive Wirkung der Relais zu erzielen, ist es notwendig, die Erregung der Spannungswicklungen zu korrigieren, wenn die Relais in der dargestellten Weise an einen Teil des Netzes angeschlossen sind, der keinen festen Nullpunkt hat. Zu diesem Zweck sind eine Reihe regelbarer Impedanzen 20, 21 und 22 vorgesehen, die in Reihe ^ mit den Spannungswicklungen 11 der Relais 6 liegen, Jede der Impedanzen 20, 21 und 22 . enthält einen regelbaren Ohmschen Widerstand 23 und einen regelbaren induktiven Widerstand 24, die jedoch mit einer Sekundärwicklung 25 eines Transformators verbunden sind, dessen Primärwicklung 26 an eine der Sekundärwicklungen des Spannungswandlers 16 angeschlossen ist. In die Stromkreise sind noch Vorschaltwiderstände 27 gelegt, um die durch diese Transformatoren fließenden Ströme ihrer Größe und Phase nach zu regeln. Die Teile der Impedanzen 20, 21 und 22, die im Stromkreise liegen, sind derart, daß die den Wicklungen 11 insgesamt zugeführte Spannung den an den Netzleitern A₁B₁C herrschenden Spannungen entspricht.

Die Primärwicklungen 26 der Transformatoren, welche die Impedanzen erregen, liegen an den beiden anderen Phasen des Netzes. So spricht beispielsweise das oberste Relais 6 auf Fehler in der Leitung A an, da die Spannungswicklung des Relais über die Impedanz 21, die sekundärseitig an den mittleren Transformator angeschlossen ist, zur Phase A führt. Die Primärwicklung 26 des mittleren Transformators ist an die Phasen B und C angeschlossen, die von einem Fehler in. der Phase A nicht betroffen werden. Folglich wird das Potential, das dem Transformator für das in Wirkung tretende Relais 6 zugeführt wird, durch den Erdschluß im Hauptnetz nicht betroffen. Mehrphasige Erdschlüsse haben dieselbe Wirkung wie Kurzschlüsse und werden durch den üblichen Kurzschlußschutz überwacht, der hier nicht mit dargestellt ist.

In Abb. 4 bleibt der Spannungsvektor E_JC an den Sekundärklemmen des Transformators 16 unverändert, wenn die Phase B des Netzes in

der dargestellten Weise Verbindung mit Erde bekommt. Ein Strom I_ac, der hinter dem Spannungsvektor E_rc zurückbleibt, durchfließt die Primärwicklung 26 der Spannungsregelvorrichtung. Die Widerstände 23 und 24 sind so eingestellt, daß die Vektorsumme der Spannungsverluste IX und IR das gewünschte Potential E liefert, das für die richtige Erregung der Spannungswicklungen 11 der Relais notwendig ist. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der induktive Widerstand 24 an die Transformatorwicklung 25 umgekehrt angeschlossen, um die gewünschte Phasenlage des Vektors E zu erhalten.

Die Größe und Phasenlage des Vektors E kann nach Wunsch eingeregelt werden durch Einstellung der Widerstände 23 und 24. Wenn der gewünschte Vektor E vorhanden ist, so entspricht die Erregung des Relais 6 derjenigen, die durch unmittelbaren Anschluß des Relais an das Netz erzielt werden würde, ganz unabhängig vom Widerstände oder dem Orte des Erdschlusses. Auf diese Weise wird eine selektive Wirkung der Erdschlußrelais erzielt, ohne daß ein Spannungswandler für die hohen Spannungen des Netzes erforderlich ist.

In Abb. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, deren Spannungsregelvorrichtung etwas anders geartet ist. Die Spannungswicklungen 11 der Relais 6 sind ebenso wie beim vorigen Beispiel über Spannungswandler 30 an die Niederspannungsseite des Leistungstransformators 4 angeschlossen. Da für die Wicklungen des Transformators 4 die Sterndreieckschaltung gewählt ist, so muß auch die Schaltung des Transformators 30 dem entsprechen.

Eine Reihe von Transformatoren 31 ist an die Wicklungen des Transformators 30 angeschlossen, und deren Sekundärwicklungen 32 liegen in Reihe mit den Sekundärwicklungen 33 dreier Transformatoren 34 und mit den Spannungswicklungen 11 der Relais 6. Jeder Transformator 34 hat auch eine Primärwicklung 35, die zusammen mit einem in Reihe geschalteten Widerstand 36 parallel zur Primärwicklung des Transformators 31 liegt. Die Transformatoren 31 und die Primärwicklungen 35 des Transformators 34, die je eines der Relais 6 erregen, sind mit den vom Fehler unbetroffenen Phasen des Netzes verbunden.

Der Kern des Transformators 34 enthält einen Luftspalt 37, so daß der Strom in der Sekundärwicklung 33 des Transformators um etwa 90^: gegen den Strom in der Primärwicklung 35 versetzt ist. Der Strom in der Primärwicklung 35 hat infolge des vorgeschalteten Ohmschen Widerstandes 36 praktisch die gleiche Phase wie die Spannung. Die Windungszahl der Sekundärwicklungen 32 und 33 ist so gewählt, daß die Vektorsumme der an diesen Wicklungen liegenden Spannungen solche Größe und Richtung hat, daß die Erregung der Spannungswicklungen 11 den Phasenspannungen des Netzes 3 entspricht, wie groß auch der Spannungsabfall in dem Leistungstransformator 4 sein möge.

Die Größe der erforderlichen zusätzlichen Spannung kann leicht berechnet werden und beträgt für ein fest geerdetes Netz 19,4 % der Leitungsspannung; diese zusätzliche Spannung ist in Abb. 3 durch die Strecke 0-O₁ dargestellt. Die Transformatoren 31 und 34 können vermittelst eines Voltmeters eingeregelt werden; ist die Einregelung einmal richtig durchgeführt, so bedarf die Vorrichtung keiner weiteren Regelung und liefert richtige Ergebnisse für Erdschlüsse beliebiger Lage und Größe. Die Spannungswicklung 11 jedes Relais wird zusätzlich erregt von denjenigen Phasen, die durch den einphasigen Erdschluß, auf den das betreffende Relais ansprechen soll, nicht betroffen sind. Zum Beispiel spricht das oberste Relais 6 auf Erdschlüsse im Leiter A an, und seine Spannungswicklung 11 ist deshalb über die Transformatoren 31 und 34 mit der Phase A verbunden, wobei aber die Transformatoren 31 und 34, welche die zusätzliche Spannung für das Relais liefern, an die Phasen B und C angeschlossen sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Schutz von Hoch-Spannungsnetzen mit geerdetem Nullpunkt, insbesondere von Dreiphasennetzen, gegen Erdschlüsse, wobei die Spannungswicklungen der Auslöserelais von der Spannung zwischen je einem Außenleiter und Erde der Niederspannungsseite eines Leistungstransformators gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Nullpunktsverschiebungen auf der Primär- und Sekundärseite des Leistungstransformators dadurch ausgeglichen wird, daß der Spannungswicklung der Auslöserelais eine von der Spannung zwischen zwei anderen Außenleitern der Niederspannungsseite des Leistungstransformators abhängige zusätzliche Spannung zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuleitungen zu den Spannungsspulen (11) der Auslöserelais

(6) Wirk- und Blindwiderstände (23, 24) liegen, die vom Sekundärstrom von Spannungswandlern durchflossen werden, deren Primärwicklungen (26) vom Leistungstransformator (4) aus gespeist werden (Abb. 1).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuleitungen zu den Spannungsspulen (11) der Auslöserelais

(6) die Sekundärwicklungen (33) von Transformatoren (34) liegen, deren Kerne einen Luftspalt besitzen (Abb. 5).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Spannungsspule (11) jedes Auslöserelais (6) die Sekundärwicklungen (32, 33) mehrerer Transformatoren (31, 34) liegen, welche Sekundärspannungen mit verschiedener Phasenlage ergeben.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen