DE590418C - Energierichtungsrelais in Dreiphasennetzen mit zwei gekuppelten Messwerken - Google Patents

Description

Bei Störungen (Erdschlüssen oder Kurzschlüssen) in Drehstromnetzen ist man bekanntlich bestrebt, nur denjenigen Teil des' Netzes, der durch die Störung unmittelbar getroffen ist, abzuschalten, die übrigen Netzteile hingegen möglichst ungestört weiterarbeiten zulassen. Um dies zu erreichen, kann man sogenannte Energierichtungsrelais verwenden, die am Anfang und am Ende der einzelnen Leitungsabschnitte eingeschaltet sind, und eine Leitungsstrecke aus dem Netze herausnehmen, wenn an dieser der Energiefluß am Anfang und am Ende entgegengesetzte Richtung besitzt, was nur bei einer Störung auf der Leitungsstrecke möglich ist. Das Richtungsrelais selbst besitzt zwei aufeinander einwirkende, von dem Strom und der Spannung des Netzes erregte Spulen. Diese ein Meßwerk bildenden Spulen können in einem Relais je Phase vorhanden sein, wobei dann das Relais aus drei von den drei Phasenströmen der Leitung und den drei Phasen-Spannungen oder den verketteten Spannungen der Leitung erregten, miteinander mechanisch gekuppelten Meßwerken besteht. Diese Anordnung erfordert für die Speisung des Relais drei Strom- und drei Spannungswandler. Zur Vereinfachung kann man nur zwei Meßwerke vorsehen, deren Stromspulen je von dem Strom einer Leitung erregt werden und deren Spannungsspulen mit dem einen Pol an die die zugehörige Stromspule speisende Leitung, mit dem zweiten Pol an die dritte, keine Strom-Spule speisende· Leitung über Spannungswandler angeschlossen sind (Aronschalrung).

Ein Nachteil dieser vereinfachten Anordnung besteht darin, daß die beiden miteinander gekuppelten Meßwerke des Richtungsrelais bei Phasenwinkeln von über 60 ° zwisehen Strom und Spannung im Drehstromnetz in entgegengesetztem Richtungssinn eine Kraftwirkung ausüben. Dadurch treten unter Umständen bei Doppelerdschlüssen, bei welchen das eine der beiden Systeme durch die Erdumleitung wirkungslos gemacht wird, Anzeigefehler bzw. Schaltfehler auf. Ein weiterer Nachteil der Aronschaltung besteht darin, daß bei einem zweipoligen Erdschluß der Leitung unter Umständen gerade das Meßwerk, das infolge der Phasenverhältnisse für die gewünschte Kraftwirkung in Frage kommt, nur eine sehr geringe, nicht aus- · reichende Kraftwirkung auszuüben vermag, da die dem Meßwerk zugeführte verkettete Phasenspannung durch den Kurzschluß auch unter Berücksichtigung der Reaktanzspannung an der Leitung zwischen der Kurzschlußstelle und dem Standort des Relais auf einen zu geringen Betrag vermindert ist.

*)_ Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

. Dipl.-Ing. Rudolf Völzing in Berlin-Siemensstadt und Or.-Ing. Erich Friedländer in Berlin-Ruhleben.

Die Erfindung betrifft eine Schaltung eines Energierichtungsrelais mit zwei gekuppelten Meßwerken, deren Stromspulen je von dem Strom einer Leitungsphase erregt werden die die geschilderten Nachteile vermeidet. Erfindungsgemäß sind den Spannungsspulen von den Phasenspannungen des Drehstromnetzes oder von Kombinationen der verketteten Spannungen des Drehstromnetzes gelieferte Spannungen zugeführt, die gegenüber dem von der Wirkstromkomponente des Drehstromnetzes herrührenden Strome in den zugehörigen Stromspulen um 120⁰ in der Phase voreilen. Dadurch wird ein entgegengesetzter Richtungssinn der Kraftwirkung an den beiden Meß werken bei einem Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung im Drehstromnetz von über 6o° verhindert. Außerdem ist bei einem zweipoligen Kurz-Schluß zum mindesten noch an dem einen Meßwerk eine durch den Kurzschluß nicht wesentlich verminderte Spannung wirksam. Die Zeichnung zeigt drei Ausführungsbeispiele der Erfindung. In Abb. 1 sind 1, 2 und 3 die drei Phasen einer Drehstromleitung. In die Phasen 1 und 3 sind die Stromtransformatoren 4 und S eingeschaltet. Die verketteten Spannungen zwischen der Leitung 1 und 2 und der Leitung 2 und 3 speisen die Spanirungstransformätoren 6 und 7. Das Richtungsrelais besitzt zwei miteinander gekuppelte Meßwerke mit den Stromspulen 8 • und 9 und den Spannungsspulen 10 und 11. Die Stromspulen sind unmittelbar an die Sekundärwicklungen der Stromtransformatoren angeschlossen. Den Spannungsspulen sind über die Spannungswandler Kombinationen der beiden verketteten Spannungen des Drehstromnetzes zugeführt. Der Spannungsspule 10 ist über die Leitungen 12, 13 und 14 die gegensinnig eingeschaltete Sekundärwicklung des Spannungswandlers 6 und die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 7 zugeführt, welche eine resultierende Spannung ergeben, die gegenüber dem von dem Wirkstrom in der Leitung 1 herrührenden Strom an der Stromspule 8 eine Phasenverschiebung von I2O° besitzt. Dies geht aus dem Vektordiagramm der Abb. 4 hervor. In diesem bedeutet /₈ den Strom in der Stromspule 8, /₉ den Strom in der Stromspule 9. E₆ ist die dem Spannungswandler 6 zugeführte verkettete Spannung (auf den Sekundärstromkreis des Spannungswandlers reduziert), E₇ die dem Spannungswandler 7 zugeführte verkettete Spannung. Die Spannungsspule 10 wird nun von der vektoriellen Summe von E₆ und JS₇ gespeist, wobei jedoch E₀ in der Phase um i8o° gedreht wurde. E₆" bedeutet im Diagramm diese um i8o° gedrehte Spannung. Man sieht, daß die Resultierende aus E₆" und E₁, nämlich E₁₀, die die Spannungsspule io speist, gegenüber dem Strom in der Stromspule 8 eine Phasenverschiebung von 120⁰ besitzt. Dieselbe Phasenverschiebung ist für den Strom und die Spannung in den Wicklungen 9 und 11 des zweiten Meßwerkes dadurch erreicht, daß an den Spannungswandler 6 noch ein die Spannung an seiner Sekundärwicklung verdoppelnder Hilfsspannungswandler 15 angeschlossen ist. Die Spannungsspule 11 ist nun an die gleichsinnig in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen des Spannungswandlers 7 und des Hilfsspannungswandlers 15 angeschlossen. In dem Diagramm der Abb. 4 ist die Spannungsverdoppelung von E₆ dadurch zum Ausdruck gebracht, daß an E₆ noch der gleichsinnig gerichtete Vektor E_c' angeschlossen ist. Die Resultierende aus E₇, E₆ und E₆ = E₁₁ speist die Spannungsspule 11. Sie besitzt gegenüber dem Strom in der Stromspule 9 ebenfalls eine Phasenverschiebung von 120⁰. Da die einzelnen Spannungsspulen, wie ersichtlich, in Hintereinanderschaltung von zwei verketteten Spannungen der Drehstromleitung gespeist werden, so hat die beschriebene Anordnung gegenüber der bekannten Aronschaltung den Vorteil, daß bei einem zweipoligen Kurzschluß der Leitung an beiden Spannungs- go spulen noch eine durch den Kurzschluß nicht wesentlich verminderte Spannung wirksam ist, so daß beide Meßwerke des Relais eine große Kraftwirkung entwickeln.

Bei der Anordnung nach Abb. 1 wird den Spannungsspulen des Relais der |/ 3-fache Betrag der Sekundärspannung eines Spannungswandlers zugeführt. Man muß also, um auf dem gleichen Relais bleiben zu können, noch Widerstände in die Stromkreise der Spannungsspulen einschalten. Dieser Nachteil ist bei der Anordnung nach Abb. 2 vermieden. Hier sind an die Sekundärwicklungen der Spannungswandler 6 und 7 noch zwei Hilfsspannungswandler 16 und 17 angeschlossen, die sekundär die Spannung auf die Hälfte herabsetzen. Die Spannungsspule 10 wird nunmehr von den gegensinnig in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen der Wandler ιό und 17 gespeist, die Spannungsspule 11 von den Spannungen der gleichsinnig in Reihe geschalteten Sekundärwicklung des Wandlers 17 und der Primärwicklung des Wandlers 16. Abb. 5 zeigt das Diagramm für die Ströme und Spannungen bei der Schaltung nach Abb. 2. Die den Spannungen an den Wandlern 6 und 7 und die den Strömen in den Spulen S und 9 entsprechenden Vektoren E₆ und E₇ sowie /₈ und J₉ besitzen dieselbe Lage wie im Diagramm der Abb. 4. Der Vektor E₇ bringt zum Ausdruck, daß die vom Wandler 7 herrührende Spannung am

Wandler ιγ auf die Hälfte herabgesetzt wurde, der Vektor E₆', daß die vom Wandler 6 herrührende Spannung am Wandler 16 ebenfalls auf die Hälfte herabgesetzt und außerdem um i8o° in der Phase gedreht wurde. Die Resultierende von E₉' und E₇' = E₁₀' besitzt wieder gegenüber dem Strom in der 'Spule 8 eine Phasenverschiebung von 120°. Dasselbe gilt auch für die der Spannungsspuleii zugeführte Spannung, die sich in dem Diagramm der Abb. 5 aus E₆ und E₇' = E₁₁' zusammensetzt. Man sieht also, daß die Anordnung nach Abb. 2 bezüglich der Phasenverschiebungen und der Kombinationen der verketteten Netzspannungen an den Meßwerken mit der Abb. 1 übereinstimmt. Gegenüber der Abb. 1 treten jedoch jeweils nur die halben Spannungswerte an den Spannungsspulen des Relais auf, so daß sich Zusatzwiderstände erübrigen.

Zur Herstellung der I2o°igen Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung am Meßwerk gemäß der Erfindung kann man auch drei Spannungswandler vorsehen, deren Primärwicklungen in Sternschaltung an das Netz angeschlossen sind, wobei die Spannungsspulen des Richtungsrelais je an eine für die Herstellung der Phasenverschiebung geeignete Sekundärwicklung der Spannungswandler angeschlossen sind. Bei dieser Anordnung ist oft die Erdung des Sternpunktes der Primärwicklungen der Spannungswandler erwünscht, um in die Erdleitung Erdschlußrelais oder ähnliche Einrichtungen einzuschalten. Würde man nun in solchen Anlagen die Spannungen der Sekundärphasen der Wandler gegen Erde den Spannungsspulen des Richtungsrelais zuführen, die ja bei vorkommenden Erdschlüssen mit den Phasenspan-4.0 nungen des symmetrischen Systems nicht mehr identisch sind, so würde sich infolge der durch den Erdschluß herbeigeführten Verlagerung des Nullpunktpotentials an den Spannungswandlern eine unzulässige Beeinflussung der Phasenlagen der den Spannungsspulen des Relais zugeführten Spannungen ergeben, wodurch der Vorteil der I2o°igen Phasenverschiebung, nämlich die gleichsinnige Kraftwirkung der beiden Relais, unter XJmständen wieder verlorengehen würde. Um' diesen Nachteil zu vermeiden, sind gemäß der Anordnung nach Abb. 3 in die Stromkreise der Spannungsspulen noch Zusatzspannungen eingeführt, die den Einfluß der Verlagerung des Nullpunktspotentials bei Erdschluß auf die Phasenlage der Spannungen am Richtungsrelais wieder rückgängig machen. Bei der Anordnung nach Abb. 3 sind drei primär in Stern geschaltete und geerdete Spannungswandler 18, 19 imd 20 vergesehen, wobei die Sekundärwicklung des Wandlers 18 die Spannungspule 10 und die Sekundärwicklung des Wandlers 20 die Spannungsspule 11 speist. Die beiden Stromkreise besitzen dabei zum Teil eine gemeinsame Leitung 21. An den Spannungswandlern sind nun noch drei Tertiärwicklungen 22 vorgesehen, die gleichsinnig in Reihe geschaltet sind und die Primärwicklung eines Hilfswandlers 23 speisen, dessen Sekundärwicklung in die Leitung 21 und damit in die Stromkreise der Spannungsspulen 10. und 11 eingeschaltet ist. Im normalen Betrieb führen die infolge der Phasenlagen in Dreieck geschalteten Wicklungen 22 dem Wandler 23 keine -Spannung zu, bei einer Verlagerung des Nullpunktes bei einem Erdschluß ergibt sich jedoch an den Wicklungen 22 eine resultierende Spannung, die dann auch in die Stromkreise der Spannungsspulen 10 und 11 eingeführt ist. Dadurch wird für die Stromkreise der SpannungsBpulen der Sternpunkt des symmetrischen Systems durch Hinzufügung der Verlagerungsspannung gegen Erde künstlich wieder hergestellt. Es ist dazu erforderlich, daß am Wandler 23 die Sekundärspannung gegenüber der Primärspannung auf .den dritten Teil herabgesetzt ist, falls die Sekundär- und die Tertiärwicklungen an den Spannungswandlern 18, 19 und 20 ein Über-Setzungsverhältnis 1 : 1 besitzen. Statt dessen kann man den Wandler 23 auch mit einer Übersetzung 1 : 1 ausführen, wenn man die Tertiärwicklungen 22 mit dem dritten Teil der Windungen ausrüstet, die die Sekundärwicklungen besitzen. In diesem Fall kann man den Wandler 23 überhaupt weglassen und die drei Tertiärwicklungen unmittelbar in die Verbindungsleitung 21 einschalten.

Fehlt die bei dieser Anordnung erforderliehe Tertiärwicklung auf den Spannungswandlern, so ist es auch möglich, die zuzuschaltende Verlagerungsspannung anderen Teilen der Anlage evtl. über Zwischenwandler mit geeignetem Übersetzungsverhältnis zu entnehmen. So ist z. B. die Spannung an Regeldrosseln von Löschtransformatoren, Petersenspulen sowie die Spannung zwischen Sternpunkt nicht geerdeter Transformatoren und Erde hierzu geeignet.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Energierichtungsrelais in Dreiphasennetzen mit zwei gekuppelten Meß werken, deren beide Stromspulen je von dem Strom einer Phase des Dreiphasennetzes erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Spannungsspulen von den Phasenspannungen des Dreiphasennetzes oder von Kombinationen der verketteten Spannungen des Dreiphasennetzes gelie-

   ferte Spannungen zugeführt sind, die gegenüber der Wirkstromkomponente des Stromes in der zugehörigen Stromspule um 120° in der Phase voreilen.
   2, Anordnung nach Anspruch i, wobei für die Speisung der beiden Spannungsspulen zwei Spannungswandler vorgesehen sind, die primär mit dem einen Pol an die die zugeordnete Stromspule speisende Leitung, mit dem zweiten Pol an die keine Stromspule speisende Leitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Spannungsspule des Richtungsrelais in Hintereinanderschaltung von der Sekundärspannung des einen Spannungswandlers und der über einen Zwischenspannungswandler auf den doppelten Betrag erhöhten Spannung des zweiten Spannungswandlers gespeist wird, während die zweite Spannungsspule von den gegensinnig in Reihe geschalteten Sekundärspannungen der beiden Spannungswandler gespeist wird.

   3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei für "die Speisung der beiden Spannungsspulen zwei Spannungswandler vorgesehen sind, die primär mit dem einen Pol. an die die zugeordnete Stromspule speisende Leitung, mit dem zweiten Pol an die keine Stromspule speisende Leitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sekundärwicklungen der beiden Spannungswandler je ein die Spannung sekundär auf die Hälfte herabsetzender Hilf sspannungswandler angeschlossen ist und die eine Spar.nungsspule des Richtungsrelais von den gegensinnig in Reihe geschalteten Sekundärspannungen der Hilfsspannungswandler, die zweite Spannungsspule von· den in Reihe geschalteten Spannungen der Sekundärwicklung des einen Hilfsspannungswandlers und der Primärwicklung des zweiten Hilfsspannungswandlers gespeist werden.

   4. Anordnung nach Anspruch 1, wobei drei mit den Primärwicklungen in Sternschaltung an das Drehstromnetz angeschlossene und über den Sternpunkt geerdete Spannungswandler vorgesehen sind und die beiden Spannungsspulen des Riehtungsrelais an die die I2o°ige Phasenverschiebung herbeiführenden Sekundärwicklungen von zwei Spannungswandlern angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stromkreise der Spannungsspulen noch Spannungen eingeführt sind, die die Verlagerung des primären Sternpunktes der Spannungswandler bei einem Erdschluß der Drehstromleitung in ihrem Einflüsse auf die Phasenlagen der den Spannungsspulen des Richtungsrelais zugeführten Spannungen wieder rückgängig machen.

   5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den drei Spannungswandlern in Reihe geschaltete Tertiärwicklungen angeordnet sind, deren bei der Sternpunkts Verlagerung auftretende resultierende Spannung zweckmäßig über einen Hilfsspannungswandler in die Stromkreise der Spannungsspulen des Richtungsrelais eingeführt ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen