DE593862C

DE593862C - Selective protection for electrical line systems

Info

Publication number: DE593862C
Application number: DES88038D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1927-10-20
Filing date: 1928-10-20
Publication date: 1934-03-05

Description

Die Erfindung betrifft einen Selektivschutz für elektrische Leitungsanlagen, durch den man leicht eine genügende Selektivität für das Abschalten einzelner schadhaft gewordener Leitungsstrecken erreichen kann. Die Leitungsstrecke wird dabei an ihrem Anfang und Ende von dem übrigen Netz abgetrennt. Die Anordnung nach der Erfindung hat auch noch den Vorteil, daß sie auf mehrere Arten von Fehlern anspricht, die in der Leitungsanlage oder auch in den Stationen auftreten können. Für die gleichzeitige Auslösung der beiden am Anfang und am Ende des kranken Leitungsteiles liegenden Schalter sind in anThe invention relates to a selective protection for electrical line systems, through the you can easily have a sufficient selectivity for switching off individual defective ones Line routes can reach. The line section is at its beginning and End separated from the rest of the network. The arrangement according to the invention also has the advantage that it responds to several types of errors that occur in the line system or can also occur in the wards. For the simultaneous release of the two Switches at the beginning and at the end of the diseased part of the line are on

15' sich bekannter Weise Schwingungskreise vorgesehen. Erfindungsgemäß werden die beiden Schwingungskreise' durch die bei einer Störung in der Leitung auftretende Änderung des Betriebsstromes zu Eigenschwingungen angeregt, und diese Eigenschwingungen führen gemeinsam und nach dem Differentialschutzprinzip eine Auslösung der Schalter herbei. Bekannt ist bereits eine Einrichtung zum Schutz elektrischer Anlagen mit am Anfang und" am Ende der Leitungsstrecke angeordneten Schwingungskreisen, in denen dauernd Schwingungen erzeugt werden, die im gesunden Zustand der Leitungsstrecke gegeneinander kompensiert sind. Tritt ein Fehler in der Leitungsstrecke auf, so entsteht eine Störung in. dem Ausgleich der Schwingungen und beeinflußt die das Abschalten der Schalter bewirkenden Relais. Gegenüber der Einrichtung nach der Erfindung hat die bekannte Anordnung den Nachteil, daß zur Überwachung der Leitungsstrecke zusätzliche Schwingungserzeuger erforderlich sind, die ununterbrochen in Betrieb sein müssen. Eine derartige zusätzliche Vorrichtung fällt bei der Einrichtung nach der Erfindung fort, da in den Schwingungskreis die Schwingungen lediglich durch die plötzliche Änderung des Betriebsstromes beim Auftreten einer Störung angeregt werden. Es ist auch bereits bekannt, zum Schütze von elektrischen Leitungsanlagen einen Schwingungskreis zu Eigenschwingungen anzuregen, der dann die Auslösung eines Schalters herbeiführt. Gegenüber dieser bekannten Anordnung weist die Erfindung den Unterschied auf, daß zwei am Anfang und am Ende der Leitung angebrachte Schwingungskreise zu Eigenschwingungen angeregt werden und diese Eigenschwingungen eine Auslösung des Schalters nach dem Differentialschutzprinzip herbeiführen. Für solche hochfrequente Eigenschwingungen hat man bisher das Differentialschutzprinzip noch nicht verwendet.15 'is provided in a known manner oscillation circuits. According to the invention, the two Oscillation circuits' due to the change that occurs in the event of a fault in the line of the operating current excited to natural oscillations, and these natural oscillations lead together and according to the differential protection principle, trigger the switches. A device for protecting electrical systems is already known at the beginning and "oscillating circuits arranged at the end of the line section in which continuously Vibrations are generated, which in the healthy state of the line route against each other are compensated. If a fault occurs in the line, a fault occurs in. The compensation of the vibrations and influences the switching off of the switch Relay. Compared to the device according to the invention, the known arrangement has the disadvantage that for monitoring the line route additional vibration generators are required, which are uninterrupted must be in operation. Such an additional device falls with the facility according to the invention, since the oscillations in the oscillation circuit are only caused by the sudden change in the operating current be stimulated when a disturbance occurs. It is also already known to protect electrical wiring systems to stimulate an oscillating circuit to natural oscillations, which then triggers a switch. Opposite to This known arrangement, the invention has the difference that two attached at the beginning and at the end of the line Oscillation circles are excited to natural oscillations and these natural oscillations cause the switch to trip according to the differential protection principle. For Such high-frequency natural vibrations have so far still been based on the differential protection principle not used.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Abb. 1 und 2 der Zeichnung näher erläu-The invention is explained in more detail below with reference to Figs. 1 and 2 of the drawing

598862598862

tert, wobei Abb. ι ein vereinfachtes Schema der Anordnung der Abb. 2 darstellt. An den Enden der Leitungsstrecke eines Bahnnetzes sind die beiden Unterstationen 52 und 53, welche die Leitungsanlage speisen, vorgesehen. Zwischen jeder dieser Unterstationen 52 und 53 sind vier Fahrdrahtleitungen 1,2, 3. und 4 von gleicher oder annähernd gleicher Impedanz vorgesehen. Jede dieser Leitungen ist durch schnell arbeitende Schalter 5, 6, 7, S, 9, 10, 11 und 12 geschütze, von denen je einer an jedem Ende jeder Fahrdrahtleitung vorgesehen ist. Die Anfänge und Enden der Fahrleitungen sind über Kondensatoren 19 und 20 geerdet. Ein Kopplungstransformator 54 und eine Induktanz 23 sind an dem einen Ende der Fahrdrahtspeiseleitung 4 eingebaut, während an dem anderen Ende derselben ,Leitung eine Induktanz 24 und ein Kupplungstransformator 55 angeordnet sind. Es bildet sich also für jede Fahrleitung, wie an Abb. 1 zu erkennen, ein geschlossener Stromkreis 66. Dieser primäre Relaisstromkreis erstreckt sich von der Betriebserdungsstelle 21 über eine Kapazität 19, den Schalter 8, eine primäre Wicklung 61 eines Kopplungstransformators 54, eine Induktanz 23, die Fahrdrahtspeiseleitung 4, eine Induktanz 24, eine Primärwicklung 63 eines Kopplungstransformators 55, einen Schalter 12 und eine Kapazität 20 zur Betriebserdungsstelle, 22. In ähnlicher Weise sind die Fahrdrahtspeiseleitungen 1, 2, 3 mit besonderen Stromtransformatoren und Induktanzen von gleicher Beschaffenheit-■35 und von ähnlichem Einbau versehen.tert, where Fig. ι a simplified scheme the arrangement of Fig. 2 represents. At the ends of the line of a railway network the two substations 52 and 53, which feed the line system, are provided. There are four contact wire lines 1, 2, 3 between each of these substations 52 and 53. and 4 provided with the same or approximately the same impedance. Each of these lines is protected by fast-working switches 5, 6, 7, S, 9, 10, 11 and 12, one of which each is provided at each end of each contact wire line. The beginnings and ends of the Contact lines are grounded via capacitors 19 and 20. A coupling transformer 54 and an inductance 23 are installed at one end of the contact wire feed line 4, while at the other end of the same, line an inductance 24 and a coupling transformer 55 are arranged. It is thus formed for each contact line, as shown in Fig. 1 to recognize a closed circuit 66. This primary relay circuit extends from the operational earthing point 21 via a capacitor 19, the switch 8, a primary Winding 61 of a coupling transformer 54, an inductance 23, the contact wire feed line 4, an inductance 24, a primary winding 63 of a coupling transformer 55, a switch 12 and a capacitance 20 to the operational earthing point, 22. In a similar way Way are the contact wire feed lines 1, 2, 3 with special current transformers and inductances of the same quality and of similar installation.

Mit der Speiseleitung 4 ist ein sekundärer Relaisstromkreis 67 gekoppelt, der sich über eine Erdung 17, eine Kapazität 15, eine Induktanz 13, die Sekundärwicklung 62 des Kopplungstransformators 54, eine Relaisspule 56, die den Schalter S steuert, eine Hilfsleitung 68, eine Relaisspule 57, die den Schalter 12 steuert, die sekundäre Wicklung 64 des Kopplungstransformators 55, eine Induktanz 14, eine Kapazität 16, eine Erdung 18 und zurück bis zur Erdung 17 erstreckt.A secondary relay circuit 67 is coupled to the feed line 4, which is connected via a ground 17, a capacitance 15, an inductance 13, the secondary winding 62 of the coupling transformer 54, a relay coil 56 which controls the switch S, an auxiliary line 68, a relay coil 57 which controls the switch 12, extends the secondary winding 64 of the coupling transformer 55, an inductance 14, a capacitance 16, a ground 18 and back to the ground 17.

In ähnlicher Weise ist mit jeder der parallelen Fahrdrahtspeiseleitungen 1, 2, 3 ein ähnlicher sekundärer Relaisstromkreis gekoppelt. Similarly, with each of the parallel contact wire feed lines 1, 2, 3 is a similar secondary relay circuit coupled.

In gesundem Zustand der Leitungen sind die Schalter 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 und 12 geschlossen. Wenn bei 26 ein Fehler, z. B. ein Erdschluß, auftritt (an der Leitung 4), so fließen in den Leitungen 1, 2, 3, 4 Ströme nach der Fehlerstelle 26 hin in den durch Pfeile angedeuteten Richtungen. Da der Erdschlußstrom in der Leitung 4 plötzlich auftritt und verhältnismäßig stark ist, werden in dem Primärstronikreis 66, von dem die Leitung 4 einen Teil bildet, gedämpfte Schwingungen angeregt, und zwar mit einer Frequenz, die durch die eingestellten relativen Werte der Kapazität 19 und 20 und der Induktivitäten 23 und 24 bestimmt ist. Mittels der Kopplungstransformatoren 54 und 55 werden diese Schwingungen auf den sekundären Stromkreis 67 übertragen, der so abgestimmt ist mit Hilfe der Kapazitäten 15 und 16 und der Induktanzen 13 und 14, daß er mitschwingt. Die Schwingungen des sekundären Relaisstromkreises 67 betätigen die Relais 56 und 57 und bewirken, daß die Schalter 8 und 12 gleichzeitig in Tätigkeit treten und die fehlerhafte Leitung 4 von den übrigen Leitungen abtrennen.The lines are in good health switches 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 and 12 are closed. If at 26 there is an error, e.g. B. a ground fault occurs (on line 4) so in lines 1, 2, 3, 4, currents flow through to the fault location 26 Arrows indicated directions. Since the earth leakage current in the line 4 occurs suddenly and is relatively strong, are in the primary tronic rice 66, of which the Line 4 forms a part, stimulated damped vibrations, with a Frequency determined by the set relative values of the capacitance 19 and 20 and the Inductors 23 and 24 is determined. By means of the coupling transformers 54 and 55 these vibrations are transmitted to the secondary circuit 67, which is so tuned is with the help of the capacitors 15 and 16 and the inductances 13 and 14 that he resonates. The oscillations of the secondary relay circuit 67 actuate the Relays 56 and 57 and cause switches 8 and 12 to operate simultaneously step and disconnect the faulty line 4 from the other lines.

Die Transformatoren 54 und 55 sind an den Enden der Leitung 4 derart angeordnet, daß die in ihren Sekundärwicklungen 62 und 64 induzierten Spannungen sich in der Hufsleitung 67 addieren, so daß die Summe der Spannungen auf die Schalter 8 und 12 einwirkt. Die Fehlerströme, die durch die Leitungen i, 2 und 3 zur Fehlerstelle 26 der Leitung 4 fließen, sind nicht imstande, die an den Enden der Leitung liegenden Schalter S, 6, 7, 9, 10, 11 zu beeinflussen, da die durch diese Leitungen nur in der einen Richtung fließenden Ströme in den Sekundärwicklungen der betreffenden Kopplungstransformatoren (nicht gezeichnet) einander entgegengesetzte Spannungen induzieren, die sich in den zugeordneten Hilfsleitungen gegenseitig aufheben.The transformers 54 and 55 are arranged at the ends of the line 4 in such a way that that the voltages induced in their secondary windings 62 and 64 are in the hoof conductor Add 67 so that the sum of the voltages acts on switches 8 and 12. The fault currents that flow through the lines i, 2 and 3 to the fault location 26 of the Line 4 are not able to flow, the switches located at the ends of the line S, 6, 7, 9, 10, 11 affect as the through these lines only currents flowing in one direction in the secondary windings of the coupling transformers in question (not shown) opposite one another Induce voltages that cancel each other out in the associated auxiliary lines.

Die vorgeschlagene Relaiseinrichtung unterscheidet zwischen Fehlerströmen und Belastungsströmen in einer zufriedenstellenden Weise, selbst wenn der Höchstbelastungsstrom den Fehlerstrom übersteigt, wie es häufig in Eisenbahnnetzen der Fall ist, in denen die kurzen Spitzenbelastungen einen hohen Wert erreichen. Da der Belastungsstrom im Vergleich zu dem Fehlerstrom zeitlich anders verläuft, werden in dem Relaisstromkreis überhaupt keine Schwingungen angeregt. Das trifft zum mindesten bei Belastungen zu, die durch Lokomotiven mit einphasigem Kommutatormotor erzeugt werden. Wenn Phasenumformer oder Motorgeneratoren benutzt werden, so entstehen beim Anlassen des Phasenumformers oder des einphasigen Motors zwar verhältnismäßig starke Anlaßströme, es können jedoch auch hier Schwingungen durch eine zweckmäßige Anordnung von Schutzspulen an dem Lokomotivtransformator sowie durch Verriegelungseinrichtungen verhindert werden. The proposed relay device distinguishes between fault currents and load currents in a satisfactory manner even if the maximum load current exceeds the fault current, like that is often the case in railway networks, where the short peak loads a achieve high value. Because the load current is temporal compared to the fault current otherwise, no oscillations at all are excited in the relay circuit. At least this applies to loads generated by locomotives with a single-phase commutator motor. If phase converters or motor generators are used, so arise when starting the phase converter or the single-phase Although the motor has relatively strong starting currents, vibrations can also occur here thanks to a suitable arrangement can be prevented by protective coils on the locomotive transformer and by interlocking devices.

Außer dem Relaisstromkreis, der auf gedämpfte Schwingungen anspricht, kann man auch noch ein schnell ansprechendes Über-Stromrelais 71 (Abb. 3) der üblichen Bauart benutzen, welches ebenfalls den Schalter be-In addition to the relay circuit, which responds to damped oscillations, you can also a fast-responding overcurrent relay 71 (Fig. 3) of the usual type use which also operates the switch

tätigt, wenn sich Überstrom in der Leitung einstellt. Diese Überstromrelais, z. B. das Relais 71, werden so eingestellt, daß sie bei Stromwerten arbeiten, die denjenigen entsprechen, welche in den Schaltern 9, 10, 11 und 12 auftreten, wenn ein Fehler 26 in der Nähe des Schalters 8 auftritt. Wenn z. B. eine durch einen in der Nähe des Schalters 8 auftretenden Fehler hervorgerufene Schwingung nicht ausreicht, die Schalter 8.und 12 auszulösen, so wird dann der Schalter 8 durch das Überstromrelais 71 ausgelöst. Die Auslösung des Schalters 8 bewirkt, daß eine zweite gedämpfte Schwingung in der Fahrdrahtleitung 4 entsteht und die Auslösung des Schalters 12 herbeiführt, wenn nicht das dem Überstromrelais 71 entsprechende Relais der Station 53 vorher auslöst. Die Verwendung des schnell arbeitenden Überstromrelais 71 gestattet zusätzlich, mit großer Sicherheit die fehlerhafte Leitung abzuschalten. Wenn es benutzt wird, ist es jedoch erforderlich, die Kondensatoren 19 und 20 unmittelbar an die Speiseleitung 4 anzuschließen, wie aus Abb. 3 zu erkennen ist. Das Überstromrelais kann ferner so eingestellt werden, daß es auslöst, wenn auch in weiterer Entfernung von den Schaltern 8, 12 ein Fehler auftritt, vorausgesetzt, daß das Relais 56 zu arbeiten versagt. In diesem Falle kann, wie vorher, ein Kondensator 19 für sämtliche parallele Leitungen, in einem gegebenen Abschnitt in der Station 52 und ein gleichwertiger Kondensator 20 in der Station 53 angeordnet werden. Der sekundäre Relaisstromkreis 63 wird also dann nicht benutzt, wenn ein Versagen eines oder beider Relais 56 und 57 eintreten sollte. Abb. 4 zeigt eine Abänderung der Einrichtung, bei welcher der sekundäre Relaisstromkreis 67 und die dafür erforderliche Hilfsleitung 68 fortfallen.takes place when there is an overcurrent in the line. This overcurrent relay, e.g. B. that Relays 71, are set to operate at current values that correspond to those which occur in switches 9, 10, 11 and 12 when an error 26 occurs in the Near the switch 8 occurs. If z. B. one by one near the switch 8 error caused vibration is not sufficient, switch 8th and 12th trigger, the switch 8 is then triggered by the overcurrent relay 71. The trigger of switch 8 causes a second damped oscillation in the contact wire line 4 arises and triggers the switch 12, if not that the overcurrent relay 71 corresponding relay of the station 53 triggers beforehand. The usage of the fast-working overcurrent relay 71 allows in addition, with large Safety to switch off the faulty line. However, when it is used it is necessary to connect the capacitors 19 and 20 directly to the feed line 4, as can be seen from Fig. 3. The overcurrent relay can also be set to trip, albeit at a further distance from the switches 8, 12 an error occurs, provided that the Relay 56 fails to work. In this case, as before, a capacitor 19 for all parallel lines, in a given section in station 52 and an equivalent capacitor 20 can be placed in station 53. The secondary Relay circuit 63 is therefore not used if one or both relays 56 and 57 should fail. Fig. 4 shows a modification of the device in which the secondary relay circuit 67 and the auxiliary line 68 required for this are omitted.

Bei dieser Einrichtung ist ein Relais 81 vorgesehen. Das Relais 81 besteht aus zwei gleichen Wicklungen 72 und 73, die einander gegenüberliegend angeordnet und so in Reihe geschaltet sind, daß sich ihre Einwirkungen auf ein bewegliches Kernglied 74 aufheben. Das Kernglied steuert den Schalter 8, wenn Belastungsstrom durch die Wicklung hindurchgeht. Ein entsprechendes Relais ist in das andere Ende der Speiseleitung 4 eingebaut. In gleicher Weise sind sämtliche anderen Speiseleitungen in der Anlage mit Re-A relay 81 is provided in this device. The relay 81 consists of two same windings 72 and 73, which are arranged opposite one another and so in series are connected so that their effects on a movable core member 74 cancel each other out. The core member controls the switch 8 when load current passes through the winding. A corresponding relay is built into the other end of the feed line 4. All others are in the same way Feed lines in the system with re-

lais "ausgestattet. :lais "equipped.:

Der Schwingungsstromkreis wird durch die Induktivitäten 23 und 24 und die Kapazitäten. 19 und 20 gebildet und enthält in seinem Stromlireis vom Relais 81 nur die eine Wicklung 73. Die Schwingungen, die durch einen Fehler entstehen, beispielsweise durch den bei 26 angedeuteten Erdschluß, und in den Wicklungen der Relais 81 an beiden Enden der Leitungen auftreten, ziehen die Kernglieder 74 an und lösen so die Schalter 8 und 12 aus. ·The oscillating circuit is created by the inductances 23 and 24 and the capacitances. 19 and 20 and contains only one winding in its Stromlireis from relay 81 73. The vibrations caused by an error, such as the at 26 indicated earth fault, and in the windings of the relay 81 at both ends of the lines occur, the core members 74 are attracted, thus releasing the switches 8 and 12 the end. ·

Bei der Anwendung auf eine dreiphasige Kraftanlage ist die Arbeitsweise der Schutzeinrichtung die gleiche wie bei der einphasigen Eisenbahnanlage. In diesem Falle muß ein dem Kondensator 19 gleichwertiger Kondensator für jede Phase benutzt werden. Es ist jedoch für mehrere parallele Leitungen ein und derselben Phase ein Kondensator ausreichend. Der sekundäre Relaisstromkreis bleibt derselbe, wobei für jede Phase ein solcher Stromkreis vorzusehen ist. Die Steuerkontakte der Relais 56 und 57 sind gemäß Abb. 5 parallel geschaltet, so daß beim Ansprechen irgendeines Relais der dreiphasige Schalter ausgelöst und die Dreiphasenleitung abgetrennt wird. Im Falle eines Erdschlusses in der Dreiphasenleitung sprechen die Relais in der gleichen Weise an, wie sie bei den Einphasenanlagen beschrieben ist. Im Falle eines Kurzschlusses zwischen den Phasen der Dreiphasenanlage bleibt die Abstimmung unveränderlich, da das Verhältnis der Anzahl von Induktionsspulen 23 zu den Kondensatoren 19 dasselbe geblieben ist.When applied to a three-phase power plant, the mode of operation of the protective device is the same as the single-phase railway system. In this case, a capacitor equivalent to the capacitor 19 must be used can be used for each phase. However, it is one for multiple parallel lines and the same phase one capacitor is sufficient. The secondary relay circuit remains the same, with one for each phase such a circuit is to be provided. The control contacts of the relays 56 and 57 are according to Fig. 5 connected in parallel, so that when any relay responds, the three-phase Switch tripped and the three-phase line is disconnected. In the event of an earth fault In the three-phase line, the relays respond in the same way as described for the single-phase systems. in the In the event of a short circuit between the phases of the three-phase system, the vote remains invariable because the ratio of the number of induction coils 23 to the capacitors 19 has remained the same.

Die Einrichtung kann für drei Phasen Verwendung finden, gleichgültig ob diese in Stern- oder Dreieckschaltung liegen und ohne Rücksicht auf die Erdung der Neutralen der dreiphasigen Sternschaltung.The device can be used for three phases, regardless of whether they are in Star or delta connection and regardless of the grounding of the neutrals of the three-phase star connection.

Claims

Patent claims:

1. Selective protection for electrical line systems where for simultaneous Triggering of the two oscillating circuit switches located at the beginning and at the end of the diseased part of the line are provided, characterized in that both oscillation circuits (19, 23, 13, 15 or 20, 24, 14, 16) caused by a fault in the line Changes in the operating current are excited to natural oscillations and these natural oscillations together and gradually cause the switches to trip based on the differential protection principle.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the individual Line sections grounded at their beginnings and ends via capacitors (19, 20) and inductances (23, 24) may be switched on in the beginnings and ends of the line section.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized by the individual line sections assigned auxiliary equipment, appropriately grounded at the beginning and at the end

lines (68), which as a result of the switching on of capacitances (15, 16) and inductances (13, 14) form oscillation circles, these oscillation circles from the Oscillation circuits in the line itself are excited via coupling transformers (54, 55) and the protective relays Actuate (56, 57) of the line system.

4. xA arrangement according to claim 1 and 3, characterized in that the coupling transformers (54, 55) at the beginning and are arranged at the end of the line section and their secondary windings (62, 64) in that of the line section associated auxiliary line (68) connected in series are.

5. Arrangement according to claim 1 and 4, characterized in that the auxiliary circuits (68) are tuned to the same frequency as the oscillating circuits of the line section themselves.

6. Arrangement according to claim 1 and 3, characterized by relay (74) traversed by the current of the line system at the beginning and at the end of the line, the windings (72, 73) of which are grounded approximately in the middle via capacitors.

7. Arrangement according to claim 1 and 4, characterized in that in three-phase lines auxiliary lines (68) are provided for each phase and those of the individual oscillation circuits of the three phase controlled relays (56, 57) to each other Operate control contacts connected in parallel to trigger the main switch (8, 12).

8. Arrangement according to claim 1, characterized in that on the line system In addition to the protective relays (56, 57) activated by the oscillating circuits, they are also controlled by the overcurrent in the line, It is advisable to have protective relays (71) that respond quickly.

For this purpose ι sheet of drawings