DE577353C - Energierichtungsrelais, das bei AEnderung der normalen Energierichtung anspricht - Google Patents

Description

Bei Schutzeinrichtungen, die bei Änderung der normalen Energierichtung ansprechen, tritt häufig der Fall ein, daß ein Ansprechen erfolgt, ohne daß ein Fehler in dem zu überwachenden Leitungsteil aufgetreten, ist. Dies rührt daher, daß durch Energierückgewinnung oder durch unstationäre Vorgänge und Ausgleichsströme in dem Netz eine Umkehr der Energierichtung auftritt, die ein Auslösen der Schutzeinrichtung zur Folge hat. In derartigen Fällen ist aber das Auslösen deswegen unerwünscht, weil die Ursache der Umkehr der Energierichtung nach kurzer Zeit wieder verschwindet und eine Störung des Netzbetriebes nicht gerechtfertigt ist.

Damit das Ansprechen der Relais nur beim tatsächlichen Vorhandensein eines Fehlers eintritt, hat man bereits Einrichtungen getroffen, welche nur bei einem Überstrom, einer

ao Spannungsunsymmetrie oder einem Spannungsabfall die Relais freigeben. Dadurch wird das Relais vollkommen in seiner Auslösung gesperrt.
Damit nun die Auslösebedingungen gleichzeitig abhängen von der Lage des Fehlers, wird nach der Erfindungdas Energierichtungsrelais, das bei Änderung der normalen Energierichtung anspricht, voneinem weiteren, im sperrenden Sinne wirkenden System abhängig gemacht, dessen Kraftwirkung der Fläche des aus den verketteten oder Phasenspannungen des Netzes gebildeten Dreiecks proportional ist. Die Schutzeinrichtung erhält dann gleichzeitig eine Selektivität hinsichtlich der Lage des Fehlerortes. Das Energierichtungsrelais wird gleichsam mit einem impedanzabhängigen Anregeglied versehen, da das hemmende Moment durch das Zusammenwirken der von der Fläche der Spannungen abhängigen Systeme mit dem stromabhängigen System des Relais einen von dem Quotienten beider Größen, d. h. von der Impedanz des zu überwachenden Anlageteiles, abhängigen Wert besitzt.

In Abb. ι ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es ist der Einbau eines Relais an der Verbindungsstelle eines Niederspannungsnetzes mit der Sekundärwicklung eines Hochspannungstransformators gezeigt. Mit 4 ist ein Stromerzeuger bezeichnet, der über eine Hochspannungsleitung 5 die Primärwicklung eines Transformators 6 speist. An die Niederspannungswicklung dieses Transformators sind drei Leitungen 7, 8, 9 angeschlossen, die über einen dreipoligen Schalter 10 mit dem Niederspannungsnetz 11 yerfoun-

den sind. Der Schalter io ist in geschlossenem Zustande verklinkt. Die Klinke kann durch Betätigung einer Spule 12 gelöst werden; das Einschalten des Schalters wird durch Erregen einer Einschaltspule 13 bewirkt. Mit dem Schalter sind Hilfskontakte 14, 15, 16 und 17 verbunden, deren Wirkungsweise später erläutert sei.

Um den Schalter 10 auszulösen, wenn die Energie vom Niederspannungsnetz 11 in die Leiter 7, 8, 9 fließt, ist ein Energierichtungsrelais 18 vorgesehen. Es besteht aus einer Welle 19, auf die mehrere in die einzelnen Phasen eingebaute Richtungsrelais arbeiten. In dem gezeichneten Beispiel bestehen diese aus Ferrarisscheiben20,21 und 22, auf die jeweils ein Strom und ein Spannungsglied23,24 arbeiten. Die Stromwicklungen 23 werden von den Strömen der einzelnen Leiter 7, 8 und 9 über Stromwandler 25, 26 und 27 erregt. Die Spannungswicklungen 24 liegen zwischen dem entsprechenden Leiter und Erde. In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, in den Stromkreis der Spannungswicklungen 24Mittel zur Phasenverschiebung, wie Widerstände 28, einzubauen, damit das auf die Scheiben 20, 21 und 22 ausgeübte Drehmoment nicht der durch die entsprechenden Leiter fließenden Energie streng proportional ist. Wenn der Schalter 10 geschlossen ist und die Energie von den Leitern 7, 8 und 9 in das Niederspannungsnetz 11 gerichtet ist, dann wirkt das von den Energierichtungsgliedern auf die Welle 19 ausgeübte Drehmoment in Richtung des Pfeiles 29, und umgekehrt wirkt bei einer Richtung der Energie von dem Niederspannungsnetz 11 zu den Leitern 7, 8 und 9 das auf das System ausgeübte Drehmoment in Richtung des Pfeiles 30.

Damit das Relais 18 den Schalter 10 auch einlegen kann, wenn die Spannung in den Leitern 7, 8 und 9 höher ist als die Spannung im Netz 11, sind die Stromwicklungen 23 mit den entsprechenden Polen des Schalters 10 auf der Netzseite 11, wie aus der Zeichnung zu ersehen, verbunden. In die Verbindungsleitung sind entsprechende Strombegrenzungseinrichtungen, wie Widerstände 31, gelegt, um den Strom in den Wicklungen 23 zu begrenzen. Das bei geöffnetem Sehalter 10 auf die Relaiswelle 19 von den Energierichtungsgliedern ausgeübte Drehmoment ist je nachdem, ob die Spannung in den Leitern 7, 8, 9 höher oder niedriger ist als im Netz 11, der Richtung der Pfeile 29 oder 30 entsprechend. Zur Betätigung des Relais ist die Welle 19 mit einem Kontaktglied 32 versehen, welches das öffnen und Schließen von Kontakten T und C, die in den Stromkreis der Ausschaltspule 12 und der Einschaltspule 13 eingebaut sind, bewirkt. In den Stromkreis der Spu-. len 12 und 13 sind außerdem die von der Schalterstange betätigten Kontakte 14 und 15 . eingebaut, welche zum Ausschalten der Spulen dienen und damit die verhältnismäßig empfindlichen Relaiskontakte von dieser Aufgabe entlasten. Um das Wiedereinschalten des Schalters, 10, auch wenn die Leiter 7, 8, 9 unter Spannung stehen und das Niederspannungsnetz 11 und damit die Spannungsspulen 24 nicht erregt sind, zu ermöglichen, ist eine Feder 33 vorgesehen, welche ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles 29 auf die Welle 19 ausübt. Wenn nun die Leiter 5 nicht unter Spannung stehen, dagegen das Netzwerk 11, dann sind die Spannungsspulen 24 erregt und üben über Kurzschlußwicklungen oder Wirbelstromplatten 34 ein Drehmoment in der durch Pfeil 30 bezeichneten Richtung aus, so daß das Kontaktglied 32 in der Mittelstellung zwischen den Kontakten T und C gehalten wind.

Unabhängig von "den Strom- und Spannungswicklungen 23 und 24 der Energierichtungsglieder ist nun nach der Erfindung eine besondereEinrichtung vorgesehen, welche von den verketteten Spannungen der Leiter 7, 8 und 9 und ihrer gegenseitigen Phasenverschiebung abhängig ist und die bei Änderung der normalen Energierichtung ein Drehmoment go auf die Welle 19 in sperrendem Sinne ausübt. Wie in Abb. 1 gezeigt, besteht diese Einrichtung aus einem Magnetsystem 35, das auf eine der Ferrarisscheiben, wie z. B. 20, wirkt und aus zwei zusammenarbeitenden Wicklungen 36 und 37 besteht. Das Drehmoment des Magnetsystems 35 ist von den Strömen in den Wicklungen 36 und 37 und ihrer gegenseitigen Phasenverschiebung abhängig. Die Wicklung 36 liegt zwischen den Phasen 8 und 9, die Wicklung 37 zwischen den Phasen7 und 8. Durch entsprechende Widerstände 38 kann dann eine derartige Phasenverschiebung zwischen den Strömen der Wicklungen 36 und 37 erreicht werden, daß das von dem Magnetsystem 35 ausgeübte Drehmoment der Fläche des aus den Vektoren 8, 9 und 7, 8 gebildeten Dreiecks (Fig. 3) oder dem Produkt aus den Spannungen zwischen den Leitern 7, 8 und 8,9 und dem Sinus des aus beiden Spannungsvektoren gebildeten Winkels proportional ist. Da es Aufgabe des Magnetsystems 35 ist, eine unnötige Betätigung des Relais bei Änderung der normalen Energierichtung, welche aber nicht durch einen - Fehler in der Leitung 5 n₅ bzw. 7, 8, 9 verursacht ist, zu verhüten, ist die Richtung des von dem Magnetsystem 35 ausgeübten Drehmomentes so, daß es entsprechend dem Pfeil 29 dem durch die Energierichtüngsglieder hervorgerufenen Drehmoment entgegenwirkt, wenn die Energie von dem Netzteil 11 in die Leiter 7, 8, 9 fließt.

Da demnach das Magnetsystem 35 das Bestreben hat, die Kontakte C zu schließen, ist es erforderlich, diesem Bestreben entgegenzuwirken, wenn der Netzschalter 10 geöffnet ist, damit nicht durch das System 35 die Wiedereinschaltbewegung, die lediglich durch die Wicklung der Energierichtungsglieder 23 und 24 gesteuert werden soll, beeinflußt wird. Zu diesem Zwecke sind die Stromkreise derWick-

„10 hingen 36 und 37 über entsprechende Hilfskontakte 16 und 17, die bei geöffnetem Schalter unterbrochen sind, geführt.

Die Wirkung der Anordnung ist folgende: Wenn das Relais die in Abb. 1 dargestellte Lage einnimmt und eine Änderung der Energierichtung eintritt, d. h. wenn die Energie von dem Netzteil 11 in die Leiter 7, 8, 9 zurückfließt, dann hat das Relais 18 das Bestreben, seine Kontakte T zu schließen. Wenn

ao nun diese Energierichtung verursacht ist durch einen auf Energierückgewinnung geschalteten Apparat oder durch Überspannungswellen oder Ausgleichsströme, dann wifd die Größe der Spannungen in den Leitern 7, 8, 9 anwachsen, aber die Phasenlage der einzelnen Spannungsvektoren bleibt dieselbe. Infolgedessen übt das Magnetsystem 35 ein Drehmoment aus, das dem durch die Energierichtungsglieder ausgeübten Drehmoment entgegengesetzt ist, so daß die Kontakte T nicht geschlossen werden. Wenn dagegen ein Fehler in den Leitungen 5 auftritt, dann wird die Spannung an irgendeinem Leiter 7, 8, 9 abfallen, und das von dem System 35 ausgeübte Drehmoment wird vermindert. Wenn beispielsweise ein Erdschluß in einem der Leiter S auftritt, dann wird irgendeine der Spannungen γ-Ν, 8-N, g-N "der Abb. 3 abfallen und damit die Fläche des Dreiecks' 7, 8, 9 verringert. Wenn nun der Umfang des Fehlers so groß ist,- daß irgendeine der Spannungen, wie z.B. γ-Ν, zu Null wird, während die anderen Spannungen vom Fehler unberührt bleiben, dann wird die Fläche des Dreiecks auf 8-N-g zusammenschrumpfen, d. h. auf ein Drittel der normalen Fläche. Entsprechend wird das Drehmoment des Magnetsystems 35 auf ein Drittel seines ursprünglichen Wertes vermindert.

Bei einem Kurzschluß, der eine oder mehrere der Spannungen 7-8, 8-9, 9-7 vermindert, wird die Fläche des Dreiecks 7-8-9 entsprechend verringert. Wird unter dem Einfluß eines Kurzschlusses die Spannung 9-7 auf g'-y' zusammensinken, dann wird die Dreieckfläche, der das Drehmoment des Magnetsystems 35 entspricht, auf 8"9'-7' vermindert, d. h. wenn ein Kurzschluß so .bedeutend ist, daß er irgendeine der verketteten Spannungen zu Null macht, dann wird die Fläche des aus den Spannungsvektoren gebildeten Dreiecks Null, und das Magnetsystem-3.5 übt überhaupt · kein Drehmoment aus. Die Wirkung des Magnetsystems 35 ist am einfachsten bei einem dreiphasigen Kurzschluß zu übersehen. In diesem Falle vermindern sich also die Spannungen gleichmäßig. Das von dem Spannungssystem ausgeübte Drehmoment ist nun proportional der Fläche des Spannungsdreiecks, also bei Gleichheit aller Spannungen C₁U², wobei unter U die verkettete Spannung verstanden wird. Dieses Drehmoment hält nun dem von den Energierichtungsgliedern erzeugten Drehmoment 3c₂/?7 cos φ das Gleichgewicht. Für das Ansprechen des Relais muß also die Bedingung erfüllt sein: 3c_sJU cos φ

= C₁ D"² oder -^- = 7^— · Dies besagt, daß

das Ansprechen des Relais nur erfolgt, wenn die Impedanz der Kurzschluß schleife einen bestimmten Wert unterschreitet und gleichzeitig die Energie in· einer bestimmten Richtung fließt.

Das Relais. 18 arbeitet also in allen Fällen, wo eine Auslösung erforderlich ist, richtig, während in allen übrigen Fällen die Auslösung verhindert wind. Das· Drehmoment des der Auslösung entgegenwirkenden Magnetsystems 35 ist dabei derartig unabhängig von den Energierichtungsgliedern, daß es beliebig eingestellt werden kann, ohne deren Einstellung zu beeinflussen.

Bei dein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Abb. 2 dargestellt ist, ist jede der. Wicklungen des Magnetsystems. 35 in zwei Teile geteilt, 39, 40 und 41., 42. Diese Teile sind so geschaltet, daß sie beim Auftreten einer Erdschlußspannung in dem Leitersystem 7, 8, 9 erregt werden. Infolgedessen ist der resultierende Fluß der Wicklung 39 und 40 proportional der aus den Spannungen γ-Ν und 8-N gebildeten Summe 7-8 und "der resultierende Fluß der Wicklungen 41" und 42 proportional der aus den Spannungen 9-iV und 8-N gebildeten Summe 8-9. Das von dem Magnetsystem 35 ausgeübte Drehmoment ist demnach proportional dem aus den Spannungsvektoren 7, 8, 9 in Abb. 3 dargestellten Dreieck 7-8-9.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 4 ist das von dem Magnetsystem 35 ausgeübte Drehmoment dem in Abb. 6 dargestellten, aus den Spannungen der Phasen 7, 8, 9 gegen Erde gebildeten Dreieck proportional. Um diese Spannungen so zu erhalten, daß ein einziges Magnetsystem 35 für alle vorkommenden Kurzschluß- und Erdschlußfälle ausreicht, ist ein Spannungswandler 43 vorgesehen, dessen Primärwicklung 44 an die Leiter 7, 8, 9 angeschlossen und mit geerdetem Sternpunkt versehen ist, während dessen Sekundärwicklungen 45'ZU einem Dreieck zu-

sammengeschlossen sind, Der Stromkreis jeder der Wicklungen des Magnetsystems 35, wie z. B. der Wicklung 37, kann entsprechende Widerstände 38 zur Phasenverschiebung enthalten, um das Drehmoment des Magnetsystems 35 proportional dem Produkt aus den Spannungen g-N und 8-2V und dem Sinus des von beiden Vektoren eingeschlossenen Winkels zu machen. Um das Drehmoment des Magnetsystems 35 einzustellen, ist die Sekundärwicklung 45 des Transformators 43 mit Anzapfungen 46 zum Anschluß der Wicklungen 36 und 37 versehen.
Die Arbeitsweise des Relais 18 ist ähnlich wie die an Hand der Abb. 2 beschriebene. Wenn ein Erdschluß in den Leitern· 5 auftritt, dann sinkt eine der Spannungen 7-N₁ 8-2V und g-N zusammen, und die Fläche des Dreiecks P-R-S der Abb. 6 wird entsprechend

ao vermindert. Dasselbe tritt ein bei einem Kurzschluß in den Leitern S oder 7, 8, 9. Wenn z. B. die Spannung 7-9 auf 7'-o/, wie in Abb. 5 gezeigt, vermindert wird, dann wird das aus den Phasenspannungen gebildete Dreieck auf 8~9'"7' zusammenschrumpfen. Entsprechend wird das Dreieck P-R-S der Abb. 6 die Gestalt P-R-S' annehmen, da die Spannungen y-N und g-N zu j'-N und g'-N geworden sind. Wenn bei einem Kurzschluß eine der Spannungen zwischen den Leitern 9, 8, 7 Null wird, wie z. B. die Spannung zwischen 7 und 9, dann nimmt jede der Spannungen y-N und g-N eine Lage N-M an in Richtung mit der Spannung 8-N. In diesem Falle wird die Fläche des Dreiecks der Spannungen 7, 8, 9 zu Null, und die entsprechende Fläche des Dreiecks P-R-S der Abb. 6 schrumpft zu einer Linie zusammen, d. h. das Drehmoment des Magnetsystems 35 wird ebenfalls zu. Null.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Energierichtungsrelais, das bei Änderung der normalen. Energierichtung anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Energierichtung abhängige Glied von einem weiteren, im sperrenden Sinne wirkenden System abhängig ist, dessen Kraftwirkung der Fläche des aus den verketteten oder den Phasenspannungen des Netzes gebildeten Dreiecks proportional ist.

2. Energierichtungsrelais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Sperreinrichtung (35) ausgeübte Kraftwirkung dem Produkt aus zwei verketteten oder Phasenspannungen und dem Sinus des von beiden eingeschlossenen Winkels proportional ist.

3. Energierichtungsrelais nach An-Spruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspulen (23) des Energierichtungsrelais (18) bei geöffnetem Schalter (10) von der Differenz der Spannungen zu beiden Seiten des Schalters (10) erregt sind.

4. Energierichtungsrelais nach Anspruch ι bis 3, gekennzeichnet durch eine Feder (32), welche in demselben Sinne wie die Sperreinrichtung (35) auf die Welle (19) des Relaissystems (18) einwirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen