DE592379C - Widerstandsabhaengige Schutzeinrichtung - Google Patents

Description

Das Hauptpatent ist auf eine Anordnung gerichtet, bei der dem "Widerstandsschuterelais die Differenz eines Leiterstromes und des Summenstromes, das ist bei Doppelerdschluß der zwischen den beiden Erdschlußstellen in der Erde fließende Strom, zugeführt wird. Dadurch wird erreicht, daß das Relais bei Kurzschluß und Doppelerdschluß annähernd den gleichen Widerstand zwischen Relaisort und Fehlerort mißt.

Gemäß dem Zusatzpatent wird die Wirksamkeit des Summenstromes im Relais dem Größenverhältnis zwischen der kilometrischen Induktivität einer Phase und der kilometrisehen gegenseitigen Induktivität zweier Schleifen angepaßt, die aus je einem Phasenleiter und Erde gebildet sind. Die gegenseitige Induktivität ist kleiner als die halbe Eigeninduktivität der Leitungsschleife. Infolgedessen wirkt erfindungsgemäß der Summenstrom nicht in dem gleichen Maße wie der Leitungsstrom auf das Relais ein. Um dies zu erreichen, kann man die Windungszahl der vom Summenstrom durchfiossenen Relaiswicklung von der Windungszahl der von dem Leitungsstrom ,durchfiossenen Wicklung entsprechend verschieden wählen. Mit Hilfe von Umschaltvorrichtungen kann man den Strom, je nachdem ob es sich um einen Kurzschlußfall oder um einen Doppelerdschlußfall handelt, im'Relais über Spulen mit entsprechender Windungszahl leiten.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Figuren, von denen Fig. 1 die Stromverhältnisse bei Doppelerdschluß zeigt, während in Fig. 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben ist.

In Fig. ι sind drei Phasenleiter R, S, T dargestellt. Es ist ferner ein Relaisort A angedeutet, der sich zwischen zwei Erdschlußstellen bei- B und C befindet. Bei B hat der Phasenleiter 5 Erdschluß, bei C der Phasenleiter T.

Es ist angenommen, daß die gezeichnete Leitungsstrecke zu einem vermaschten Netz gehört, also von beiden Seiten mit Energie gespeist werden kann. In dem Phasenleiter S fließt dann der Fehlerstrom von beiden Seiten bis zum Ort B. Der Strom von links her ist mit J₁ bezeichnet, der Strom von rechts mit J₂. Im Phasenleiter T fließen die Ströme von der Erdschlußstelle C aus nach beiden Seiten zurück, wobei wiederum links von der Erdschlußstelle der Strom J₁ und rechts von der Erdschlußstelle der Strom J₂ auftritt. In den Erdschlußstellen und in der Erde fließt die Summe der Ströme J₁ und J₂.

Bei einem Fehler zwischen den Phasenleitern S und T, d. h. bei einem Kurzschluß oder Doppelerdschluß auf diesen beiden Lei-

tern, sollen nur die Relais der Phase 5 in Tätigkeit treten, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß beim Verschwindender verketteten Spannung Esr nur die Widerstandsrelais der Phase S angeregt werden. Ist der Kurzschluß durch einen Doppelerdschluß hervorgerufen, dann wird, wie beispielsweise auch im Hauptpatent ausgeführt, die Spannungsspule des Relais von der Spannung zwischen dem Phasenleiter S und Erde erregt. In den Stromspulen fließt einerseits der Strom des Phasenleiters 5 und andererseits der Summenstrom, d. h. der in der Erde fließende Strom — J_e = J₁ -j- J₂. Die induktive Spannung zwischen Phasenleiter 5 und Erde hat am Relaisort A angenähert die Größe Eso = J₂-I- Xep-\~ J_x-I- Xg. Darin bedeutet / die Entfernung zwischen Relaisort A und Erdschlußstellei?, X_ep die kilometrische Reaktanz einer Schleife, die aus einem Phasenleiter und Erde gebildet ist; X_g ist die kilometrische gegenseitige Reaktanz zweier Stromschleifen, die aus je einem Phasenleiter und Erde bestehen. Bezeichnet man die kilometrische Reaktanz einer aus zwei Phasenleitern bei Kurzschluß zwischen diesen gebildeten Schleife mit 2 X_n, dann ist angenähert die Reaktanz einer Schleife, die aus einer Leitung und Erde besteht, X_ep = X_p -j- X₈,

d. h. für die am Relaisort gemessene Spannung zwischen Phasenleiter S und Erde ergibt sich der Ausdruck

Eso — l'X_B'J'2-\-l'Xg' (J₁ -f-J₂)-

Wird einem Reaktanzrelais im Relaisort A diese Spannung und die geometrische Differenz des Stromes J₂ und des Summenstromes zugeführt, so mißt dieses Relais eine kilometrische Reaktanz

y J^

J₁

Die vom Relais gemessene Reaktanz zwischen Relaisort A und Fehlerstelle B ist diese kilometrische Reaktanz Z multipliziert mit der Entfernung zwischen Relaisort A und ErdschlußstelleB.

Wenn X_p und X_g gleich wären, würde die Messung der Reaktanz der Leitung zwischen Relaisort A und Fehlerstelle B, gleichgültig, ob es sich um einen Kurzschluß oder um einen Doppelerdschlußfall handelt, stets dasselbe ergeben, nämlich gleich X_p. In Wirklichkeit aber ist die' gegenseitige Induktivität kleiner als die Hälfte der Induktivität einer aus zwei Phasenleitern gebildeten Schleife. Die tatsächlichen Verhältnisse liegen etwa so, daß die kilometrische Induktivität einer aus zwei Phasenleitern bestehenden Schleife etwa =0,8 Ohm/km, d.h. also Xp = 0,4 Ohm/km ist. Die gegenseitige Induktivität liegt etwa bei 0,2 Ohm/km. Daraus ergibt sich, daß die Größe der vom Reaktanzrelais gemessenen Reaktanz bei Doppelerdschluß nicht nur verschieden von der bei Kurzschluß gemessenen Reaktanz ist, sondern außerdem auch von der Stärke der Ströme J₁ und J₂ abhängig ist. Während nämlich das Relais im Kurzschlußfalle X₁, richtig zu 0,4 Ohm/km mißt, wird im Doppelerdschlußfalle bei der gleichen Fehlerentfernung eine Reaktanz von etwa 0,25 Ohm/km gemessen, wobei sich jedoch Abweichungen von +200/0 je nach dem Verhältnis der Stärke der auftretenden Ströme ergeben.

Dadurch, daß nun erfindungsgemäß die Wirksamkeit des in der Erde fließenden Stromes im Verhältnis X_g: X_p verkleinert wird, mißt das Reaktanzrelais am Relaisort A auch im Doppelerdschlußfalle eine kilometrische Reaktanz

'■ ■ h+(X

(X?-.Xf)-(Jx+ JJ ~*^F'

Bei Anwendung der Erfindung bleibt es also ohne Einfluß auf das Relais, ob der Kurzschluß durch eine metallische Berührung bzw. Lichtbogen zwischen zwei Phasenleitern oder durch einen Doppelerdschluß entstanden ist. Unabhängig von der Stärke der Ströme wird stets der Widerstand eines Leiters zwischen Relaisort und Fehlerstelle auf dem betreffenden Phasenleiter gemessen.

Fig. 2 sei durch Beschreibung der bei der gezeichneten Anordnung bei den verschiedenen Fehlerfällen eintretenden Vorgänge erläutert.

Es ist wieder ein dreiphasiges Leitungssystem /?, S, T dargestellt, an welches Stromwandler und Spannungswandler angeschlossen sind. Außerdem ist eine Gleichstromquelle zur Betätigung von Hilfsrelais vorgesehen. Umschattrelais i, 2, 3, 4, 11, 12 und 13 liegen im Strompfad des Relais, und Kontakte von Umschaltrelais A, B, C liegen im Spannungspfad des Relais. Außerdem sind Anregungsrelais

a, b, c vorgesehen, die bei Verschwinden je einer verketteten Spannung ihren Kontakt schließen.

Als erster Fehlerfall sei ein dreipoliger Kurzschluß zwischen den Phasenleitem R, S und T betrachtet. Bei dreipoligem Kurzschluß brechen sämtliche verkettete Spannungen zusammen, so daß die drei Anregungsrelais a,

b, c ihre Kontakte schließen. Das Spannungsabfallrelais α schaltet das Hilfsrelais A ein; durch die Spannungsabfallrelais b, c werden die Hilfsrelais B und C eingeschaltet. Die Hilfsrelais A₁ B und C steuern je drei Kontakte, welche bei dreipoligem Kurzschluß alle aus der gezeichneten Ruhelage in die Arbeitslage übergehen. Durch das Hilfsrelais^. wird

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dabei Spannung an das Hilfsrelais ι und parallel dazu an das Hilfsrelais ii gelegt. Die Relais ι und ii legen ihre Kontakte aus der gezeichneten Ruhelage in die Arbeitslage um. Infolgedessen fließt der Strom des Phasenleiters R über den in der Ruhestellung stehenden Kontakt des Relais 13, den in der Arbeitsstellung stehenden Kontakt des Relais 1 und von unten nach oben durch OiZTeHeW₁ undW₂ derStromspule des Reaktanzrelais. Der Strom des Phasenleiters 5 fließt über den in der Arbeitsstellung stehenden Kontakt des Relais 11 durch den Wicklungsteil W₃ der Stromspule des Relais, aber von oben nach unten. Der Strom des Phasenleiters T fließt über den in der Ruhestellung stehenden Kontakt des Relais 12, den in der Ruhestellung stehenden Kontakt des Relais 3 und über den Wicklungsteil W₂ der Stromspule des Relais von

ao unten nach oben. Die Stromkreise der drei Wandler sind über eine Rückleitung zum Sternpunkt der Stromwandler geschlossen; die Stromsumme ist aber Null. Die Ströme der Phasen/? und T haben gleiche Richtung — von unten nach oben —; der Strom des Phasenleiters 5 hat entgegengesetzte Richtung. Die Gesamtamperewindungszahl im Relais, d. h. das Stromfeld des Relais, ist demnach

da Jt = — Js — Jr ist, und andererseits die Stromspule so aufgebaut ist, daß W₂ -j- W₃ = W_X ist, ergibt »sich als Gesamtamperewindungszahl der Betrag W₁ (Jr — Js) ■ Die Spannungsspule E des Reaktanzrelais liegt über die in Arbeitsstellung liegenden Kontakte der Hilf srelais A, B und C an der verketteten Spannung zwischen den Phasenleitern/? und S. Das Relais mißt somit das Verhältnis aus der Spannung Ers zu dem ProduktW₁ · (Jr-Js), d.h. dem Widerstand eines Phasenleiters zwischen Relaisort und Fehlerort.

Bei zweipoligem Kurzschluß zwischen den Phasenleiterb. R und S spricht das Anregungsrelais α und demzufolge das Hilf srelais A an. Wie in dem früher beschriebenen Falle werden vom Hilfsrelais A die Hilfsrelais 1 und 11 eingeschaltet. Es ergibt sich somit die gleiche Schaltung für den Strompfad des Relais wie im vorangehenden Falle, wobei jedoch der Phasenleiter T diesmal stromlos ist. Das Relais erhält auch die gleiche Spannung wie im vorangehenden Falle, so daß es also wiederum den Widerstand eines Phasenleiters zwischen Relaisort und Fehlerstelle mißt.

Bei einem zweipoligen Kurzschluß zwischen den Phasenleitern S und T sprechen das Anregungsrelais b, das Hilfsrelais B und die Hilfsrelais 2 und 12 an. An der Spannungsspule des Reaktanzrelais liegt die verkettete Spannung Esr- Die sich ergebende resultierende Ämperewindung beträgt W₁* (Js — Jt)-Das Verhältnis aus Spannung tmd Strom stellt wiederum den Widerstand eines Phasenleiters zwischen Relaisort und Fehlerstelle dar. In entsprechender Weise treten bei einem zweipoligen Kurzschluß zwischen den Phasenlei .tern R und T die Relais c, C, 3 und 13 in Tätigkeit. Dadurch wird an die Spannungsspule des Relais die Spannung der Kurzschlußschleif e Etb angeschlossen. Im Stromsystem des Relais wird die Gesamtamperewindung W₁ · (/7- — Jr) wirksam.

Bei Erdschluß auf den Phasenleitern R und 5 bricht die verkettete Spannung zwischen diesen Phasenleitern zusammen, und es kommen bei den zwischen beiden Erdschlußstellen liegenden Relais wie im Kurzschlußfalle die Relais α und A zum Ansprechen. Das Relais A schaltet wiederum das Hilfsrelais ι ein. Das Hilfsrelais 11 dagegen wird im Gegensatz zum Kurzschlußfall nicht eingeschaltet, weil der auftretende Summenstrom das Erdschlußrelais 4 zum Ansprechen bringt, das die Verbindung des Relais 11 und der dazu parallel geschalteten Relais 12 und 13 mit der Ortsbatterie unterbricht. Der Strom des Phasenleiters R fließt dann über den in der Ruhelage stehenden Kontakt des Hilfsrelais 13, den in Arbeitsstellung befindlichen Kontakt des Hilfsrelais 1 und von unten nach oben durch die Wicklungsteile W₁ und W₂ der Stromspule und zurück über das Erdschlußrelais 4 zum Stempunkt der Stromwandler. Der Strom des Phasenleiters 5 fließt über den in Ruhelage stehenden Kontakt des Hilfsrelais 11, den in der Ruhelage stehenden Kontakt des Hilfsrelais 2 und ebenfalls von unten nach oben über den Wicklungsteil W₂ der Stromspule. Über den gleichen Wicklungsteil fließt ferner auch der Strom des Phasenleiters T₁ und zwar ebenfalls von unten nach oben.

Die resultierenden Amperewindungen des Stromsystems des Relais sind demnach

Jr · (W₁ -j- W₂) + (J_s -f Jt) · W₂. Da die Summe

Jr-\-Js-\-Jt = — Je (Summenstrom)

ist, so ergibt sich für die Gesamtamperewindungen der Ausdruck

Jn-W₁-JfW₂ oder W₁

■Je I

W W₁

Das Verhältnis W₂ zu W₁ ist gleich dem Verhältnis X_g zu X_p gewählt, d. h. die Wirksamkeit des Summenstromes ist, wie eingangs auseinandergesetzt wurde, entsprechend dem Verhältnis der Gegeninduktivität zur Eigeninduktivität verkleinert.

Durch die Hilfsrelais A, B und C wird im Doppelerdschlußfalle die Spannung eines der betreffenden Leiter gegen Erde an die Spannungsspule des Relais gelegt. Es wird also vom Relais das Verhältnis aus der Spannung zwischen Phasenleiter und Erde zur Differenz des Phasenleiterstromes und des reduzierten Summenstromes gemessen.

Bei dreipoligen und zweipoligen Kurz-Schlüssen liegt an der Spannungsspule des Relais die verkettete Spannung, das ist der Spannungsabfall, welchen die Ströme in den zwei vom Kurzschluß betroffenen Phasenleitern auf der Strecke Relaisort—Fehlerort hervorrufen. Im Stromsystem des Relais wirkt die Differenz dieser beiden Ströme. Das Verhältnis aus Spannung und Strom im Relais ist dann der Widerstand eines Phasenleiters zwischen Relaisort und Fehlerstelle.

Bei Doppelerdschluß liegt an der Spannungsspule 'des Relais die Spannung eines der betroffenen Leiter gegen Erde. Im Strompfade wirkt die Differenz des zugehörigen Leiterstromes und des reduzierten Summenstromes. Das Verhältnis aus Spannung und Strom ist dann ebenfalls wieder der Widerstand eines Phasenleiters zwischen Relaisort und Erdschlußstelle dieses Phasenleiters.
An Stelle der dargestellten Umschaltung der Stromspulenwindungen kann auch ein Anschluß des Relais an einen oder mehrere Zwischenwandler vorgesehen sein, welche durch entsprechende Hilfsrelais primärseitig derart umgeschaltet werden, daß in der Stromspule des Relais der richtige Strom fließt.

Die im vorstehenden erläuterte Umschaltung ist auch dann anzuwenden, wenn es sich um den Schutz bei Einphasenerdschluß eines Netzes mit geerdetem Sternpunkt handelt, weil dieser in solchen Netzen einem Kurzschluß der einen Phase gleichkommt. Es ist selbstverständlich, daß dabei die Anregung im Gegensatz zu der vorbeschriebenen Anordnung nicht nur von solchen Folgewirkungen eines Fehlers abhängig sein darf, welche nur bei Doppelerdschluß auftreten, sondern auch von solchen Fehlererscheinungen, die beim Einphasenerdschluß auftreten. Damit aber das Relais im Kurzschlußfalle und bei Einphasenerdschluß den Widerstand einer Leitung von Relaisort bis zur Fehlerstelle richtig mißt, muß bei Netzen mit geerdetem -Sternpunkt auch bei Einphasenerdschluß berücksichtigt werden, daß die Eigeninduktivität des Leiters vom Relaisort bis zur Erdschlußstelle verschieden ist von der Eigeninduktivität der Erdrückleitung gleicher Länge.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Widerstandsabhängige Schutzeinrichtung nach Patent 533 480, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirksamkeit des Summenstromes im Relais entsprechend dem Größenverhältnis zwischen der gegenseitigen Induktivität (X_g) zweier Schleifen, gebildet aus je einem Phasenleiter und Erde, und der halben Eigeninduktivität (Xp) einer Schleife, gebildet aus zwei Phasenleitern, kleiner ist als die Wirksamkeit des Leiterstromes.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspule (W₁, W₂, W₃) des Relais Anzapfungen besitzt, von denen eine die Stromspule in zwei gleiche TeUe(W₁UUd[W₂-I-W₃]) zerteilt, während eine zweite Anzapfung die eine Spulenhälfte (W₂ -f- W₃) entsprechend dem Größenverhältnis zwischen der Eigeninduktivität eines Phasenleiters (X_n) und der gegenseitigen Induktivität (X_g) zweier aus je einem Phasenleiter und Erde gebildeter Schleifen unterteilt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen