DE599208C

DE599208C - Protective circuit with wattmetric earth-fault time relays excited by the total current and the zero point voltage

Info

Publication number: DE599208C
Application number: DES93647D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hermann Neugebauer
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1929-08-30
Filing date: 1929-08-30
Publication date: 1934-06-03

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 3. JULI 1934ISSUED ON JULY 3, 1934

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21c GRUPPE 68 soCLASS 21c GROUP 68 so

erregten Erdschlußzeitrelaisenergized earth fault time relay

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. August 1929 abPatented in the German Empire on August 30, 1929

Die bekannten Schutzschaltungen, die dazu dienen sollen, bei Auftreten eines Kurzschlusses nur die fehlerhafte Leitungsstrecke abzuschalten, arbeiten gewöhnlich nicht einwandfrei, wenn der Kurzschluß durch einen Doppelerdschluß entstanden ist; denn in diesem Falle können die beiden Erdschlußstellen in verschiedenen Leitungsstrecken ziemlich weit voneinander entfernt liegen, ein Fall, für den die Kurzschlußrelais, insbesondere die bekannten Distanzrelais, gewöhnlich nicht eingerichtet sind. Aufgabe der Erfindung ist es daher, auch einen Doppelerdschluß so abzuschalten, daß nicht mehr Leitungsstrecken als notwendig stromlos werden.The known protective circuits, which are intended to be used in the event of a short circuit Shutting down only the faulty line usually does not work properly if the short circuit was caused by a double earth fault; because in this case you can the two earth faults in different lines are quite far apart lie, a case for which the short-circuit relays, especially the well-known distance relays, are usually not set up. The object of the invention is therefore to also provide a Switch off the double earth fault in such a way that no more line sections than necessary are de-energized will.

Zu diesem Zwecke ist gemäß der Erfindung ein vom Summenstrom aller drei Phasenleitungen und von der Nullpunktsspannung beeinflußtes wattmetrisches Erdschlußrelais vor-For this purpose, according to the invention, there is one of the total current of all three phase lines and wattmetric earth fault relay influenced by the neutral point voltage

ao gesehen, das zum Auslösen der Schalter eingerichtet ist und nicht, wie sonst bei Erdschlußrelais vielfach üblich, nur eine Anzeigevorrichtung in Tätigkeit setzt, und das außerdem nur bei Auftreten eines Doppelerdschlusses in Tätigkeit tritt.ao seen that is set up to trigger the switch and not, as is usually the case with earth fault relays It is common practice to only activate one display device, and that too only comes into operation when a double earth fault occurs.

Läßt man es z. B. nur dann anlaufen, wenn der Strom in irgendeiner Phase über dem normalen Betriebsstrom liegt, so kann es bei einfachem. Erdschluß in nur mittelbar geerdeten oder gelöschten Netzen im allgemeinen nicht ansprechen. Auch bei Kurzschluß führt es nicht zur Abschaltung, da bei Kurzschluß weder ein Summenstrom noch eine Nullpunktsspannung vorhanden ist und es ohne diese nicht wirksam wird. Handelt es sich um besonders ausgedehnte Netze, bei denen der kapazitive Erdschlußstrom, auch bei einfachem Erdschluß schon über der normalen Betriebsstromstärke liegt, so werden die Auslöseeinrichtungen zweckmäßig so eingestellt, daß das Relais erst bei einem Strom anlaufen kann, der über diesem kapazitiven Erdschlußstrom liegt. Es stehen aber auch noch andere Mittel zur Verfügung, um die dem Relais zugedachte Wirkung auf Doppelerdschluß zu beschränken.If you let it z. B. only start if the current is above the in any phase normal operating current, so it can be with simple. Earth fault in only indirectly earthed or deleted networks in general. Also leads in the event of a short circuit it does not switch off, since in the event of a short circuit there is neither a total current nor a zero point voltage exists and without it it will not work. Is it special extensive networks in which the capacitive earth fault current, even with simple Earth fault is already above the normal operating current strength, the release devices expediently set so that the relay can only start when a current is greater than this capacitive earth fault current lies. But there are also other means available to do the relay intended To limit the effect to double earth faults.

Solche über das ganze Netz verteilten Erdschlußzeitrelais erhalten nun gemäß der Erfindung eine derart abhängige Auslösezeit, daß bei Doppelerdschluß nur dasjenige Erdschlußzeitrelais eine Abschaltung herbeiführt, das einer der beiden Fehlerstellen, insbesondere der von der Stromquelle am weitesten entfernten Fehlerstelle, benachbart ist.Such earth fault time relays distributed over the entire network are now obtained according to the invention such a dependent tripping time that in the event of a double earth fault only that earth fault time relay a shutdown brings about one of the two fault locations, in particular the one furthest away from the power source Flaw that is adjacent.

Das Ausführungsbeispiel eines Erdschlußzeitrelais gemäß der Erfindung ist in Abb. 1 schematisch dargestellt. Der bewegliche Teil des Relais besteht aus einer Ferrarisscheibe i, die unter einer Federkraft 2 steht, aber entgegen dieser Federkraft durch den Strommagneten 3 und den Spannungsmagneten 4The embodiment of an earth fault time relay according to the invention is shown in Fig. 1 shown schematically. The moving part of the relay consists of a Ferrari disk i, which is under a spring force 2, but against this spring force by the current magnet 3 and the tension magnet 4

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dipl.-Ing. Hermann Neiigebauer in Berlin-Spandau.Dipl.-Ing. Hermann Neiigebauer in Berlin-Spandau.

in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles gedreht werden kann. Der Strommagnet 3 ist an die beiden Sternpunkte der drei Stromwandler 5, 6, 7 angeschlossen, die in den Phasenleitungen R, S, T liegen. Der Spannungsmagnet 4 wird von der Spannungsdifferenz zwischen dem Nullpunkt des Netzes und der Erde gespeist. Zu diesem Zweck sind die drei Primärwicklungen 8, 9, 10 eines Spannungswandlers auf der einen Seite an die Dreiphasenleitungen gelegt und auf der anderen Seite zu einem Sternpunkt zusammengeschlossen, der durch die Leitung 11 mit der Erde verbunden ist. Die Sekundärwicklungen 12, 13, 14 sind in Reihe geschaltet und speisen den Spannungsmagneten 4. Derartige Erdschlußzeitrelais sind für die Erfassung einfacher Erdschlüsse bekannt.can be rotated in the direction of the arrow. The current magnet 3 is connected to the two star points of the three current transformers 5, 6, 7, which are in the phase lines R, S, T. The voltage magnet 4 is fed by the voltage difference between the zero point of the network and the earth. For this purpose, the three primary windings 8, 9, 10 of a voltage converter are connected to the three-phase lines on one side and connected to a neutral point on the other side, which is connected to earth by line 11. The secondary windings 12, 13, 14 are connected in series and feed the voltage magnet 4. Such earth fault time relays are known for the detection of simple earth faults.

Die Ferrarisscheibe 1 ist bei normalem Zustände des Netzes durch eine Klinke 15 verriegelt, gegen die eine Nase 16 der Ferrarisscheibe stößt. Die Klinke 15 kann aber durch einen Magneten 17 zurückgezogen werden, der durch die Stromquelle 18 erregt wird, sobald einer der Kontakte 19 geschlossen wird. Diese Kontakte werden gemäß der Erfindung nur bei Doppelerdschluß geschlossen, und zwar im Ausführungsbeispiel von den Magneten 20, die an den Sekundärwicklungen 5, 6, 7 des Stromwandlers liegen.The Ferrari disk 1 is in normal conditions of the network locked by a pawl 15 against which a nose 16 of the Ferrari disk abuts. The pawl 15 can through a magnet 17 are withdrawn, which is excited by the power source 18 as soon as one of the contacts 19 is closed. According to the invention, these contacts are only used when Double earth fault closed, namely in the embodiment of the magnets 20, the on the secondary windings 5, 6, 7 of the current transformer.

Sobald die Ferrarisscheibe 1 etwa eine Vierteldrehung in der Pfeilrichtung zurückgelegt hat, stößt ihr Arm 21 gegen einen Kontakt 22, durch den der Erregerstromkreis der Auslösespule 23 geschlossen wird. Der von der Batterie 24 gelieferte Erregerstrom kann auch durch ein Kurzschlußrelais 25 geschlossen werden, das nur angedeutet ist und in irgendeiner bekannten Weise ausgebildet und geschaltet werden kann. ■40 Der von diesem Kurzschlußrelais geschlossene Erregerstromkreis führt aber über einen Kontakt 26, der durch den Arm 21 in der Ruhestellung der Ferrarisscheibe 1 geschlossen gehalten, jedoch unterbrochen wird, sobald die Ferrarisscheibe 1 anläuft. Die Ferrarisscheibe 1 steht unter der Wirkung eines Bremsmagneten 27.As soon as the Ferrari disk 1 is about a quarter turn has traveled in the direction of the arrow, her arm 21 hits a contact 22, by which the excitation circuit of the trip coil 23 is closed. The one from the battery 24 supplied excitation current can also be closed by a short-circuit relay 25, the is only indicated and can be designed and switched in any known manner. ■ 40 The excitation circuit closed by this short-circuit relay, however, has a contact 26, which is held closed by the arm 21 in the rest position of the Ferrari disk 1, however, it is interrupted as soon as the Ferrari disk 1 starts up. The Ferrari disk 1 is under the action of a brake magnet 27.

Das Relais arbeitet folgendermaßen: Wenn ein Doppelerdschluß auftritt, so führt min-So destens eine der Phasenleitungen R, S oder T Überstrom. Infolgedessen wird einer der Kontakte 19 geschlossen, und der dadurch erregte Magnet 17 zieht die Klinke 15 zurück. Die Ferrarisscheibe beginnt ihre Drehung in der Pfeilrichtung, jedoch nur dann, wenn das durch die Triebmagneten 3 und 4 erzeugte Drehmoment die Kraft der Feder 2 überwindet. Bei allen denjenigen Relais, die zwischen den beiden Erdschlußstellen liegen, ist die Summe der von den Phasenleitungen R, S und T geführten Ströme nicht mehr gleich Null, da ein starker Fehlerstrom zwischen den beiden Fehlerstellen durch die Erde fließt. Der im Strommagneten 3 fließende Summenstrom, der diesem Fehlerstrom gleich ist, bildet den einen Triebnuß der Ferrarisscheibe. Außerdem tritt infolge der Erdschlüsse eine Spannung zwischen dem Nullpunkt der Phasenleitungen und Erde auf. Durch diese Nullpunktsspannung wird der Spannungsmagnet 4 erregt, der mit dem Strommagneten 3 zusammen einen Drehmoment erzeugt. Die Spannung der Feder 2 ist so bemessen, daß dieses Drehmoment ausreicht, um die Ferrarisscheibe zu bewegen. Sobald sie ihre Ruhelage verlassen hat, öffnet sich der Kontakt 26, und das Kurzschlußrelais 25 ist damit außer Tätigkeit gesetzt. Nach etwa einer Viertelumdrehung stößt der Arm 21 an den Kontakt 22, so daß der Auslösemagnet 23 von der Batterie 24 Strom erhält und die Schalter 28 öffnet.The relay works as follows: If a double earth fault occurs, at least one of the phase lines R, S or T carries overcurrent. As a result, one of the contacts 19 is closed and the magnet 17 excited thereby pulls the pawl 15 back. The Ferrari disk begins to rotate in the direction of the arrow, but only when the torque generated by the drive magnets 3 and 4 overcomes the force of the spring 2. In all those relays that are between the two earth faults, the sum of the currents carried by the phase lines R, S and T is no longer zero, since a strong fault current flows through the earth between the two faults. The total current flowing in the current magnet 3, which is equal to this fault current, forms one drive nut of the Ferrari disk. In addition, as a result of the earth faults, a voltage occurs between the neutral point of the phase lines and earth. This zero point voltage excites the voltage magnet 4, which together with the current magnet 3 generates a torque. The tension of the spring 2 is such that this torque is sufficient to move the Ferrari disk. As soon as it has left its rest position, the contact 26 opens and the short-circuit relay 25 is thus deactivated. After about a quarter turn, the arm 21 strikes the contact 22, so that the release magnet 23 receives power from the battery 24 and the switch 28 opens.

Zwecks weiterer Erläuterung der Wirkungsweise soll eine längere Dreiphasenleitung betrachtet werden, wie sie in Abb. 2 skizziert ist. Sie ist durch die eingebauten Ölschalter in einzelne Strecken unterteilt, und die Ölschalter können ■ von den Doppelerdschlußrelais a, b, c, d, e, f, g ausgelöst werden. Es sei angenommen, daß die Phasenleitung S zwischen δ und c einen Erdschluß I, die Phasenleitung T zwischen c und f einen Erdschluß II habe. Das Spannungsdreieck nimmt dann z. B. die in Abb. 3 dargestellte Gestalt an. Danach ist die Spannung zwischen den kranken Phasenleitungen S und T auf den Wert ST zusammengebrochen. An der Fehlerstelle I hat die Phase S Erdpotential, an der Fehlerstelle II die Phasenleitung T. Die Nullpunktsspannungen an den Fehlerstellen sind daher die in Abb. 3 eingezeichneten Spannungen Es und Tr- ¹Qo An den drei Relais c, d, e haben die Nullspannungen eine Phasenlage, die zwischen Es und Et liegt und in dem Diagramm mit E_c, Ed und E_e bezeichnet ist. Der durch die Erde fließende Fehlerstrom hat ungefähr dieselbe Phase, wie die zwischen den Phasenleitungen S und T vorhandene Spannungsdifferenz., im Diagramm also die Phase ST. In bekannter Weise ist dafür gesorgt, daß der Phasenwinkel zwischen dem Spannungs- und dem Strom- no fluß in der Ferrarisscheibe um 90 ° gegenüber dem zwischen Spannung und Strom verändert ist, sei es durch große Selbstinduktion der Spannungsspule 4 oder durch irgendeine der bekannten Kunstschaltungen. Um dies im Diagramm nach Abb. 3 zu berücksichtigen, ist die Phase des Fehlerstrom.es oder, was gleichbedeutend damit ist, die Phase des Summenstromes durch die strichpunktierte Linie OU angedeutet, die senkrecht auf ST steht. iao Das Diagramm zeigt, daß das Relais c sich in der einen Richtung drehen würde, die Relais d For the purpose of further explanation of the mode of operation, a longer three-phase line should be considered, as it is sketched in Fig. 2. It is divided into individual sections by the built-in oil switch, and the oil switches can ■ be triggered by the double earth-fault relays a, b, c, d, e, f, g . It is assumed that the phase line S has a ground fault I between δ and c, and the phase line T has a ground fault II between c and f. The voltage triangle then takes z. B. the shape shown in Fig. 3. Then the voltage between the diseased phase lines S and T has collapsed to the value ST. Phase S has earth potential at fault location I, phase line T at fault location II. The zero point voltages at the fault locations are therefore the voltages Es and ^{Tr- 1} Qo shown in Fig. 3. The three relays c, d, e have zero voltages a phase position that lies between Es and Et and is designated in the diagram with E _c , Ed and E _e . The fault current flowing through the earth has approximately the same phase as the voltage difference between the phase lines S and T , i.e. phase ST in the diagram. In a known manner, it is ensured that the phase angle between the voltage and the current no flow in the Ferraris disc is changed by 90 ° compared to that between voltage and current, be it by large self-induction of the voltage coil 4 or by any of the known artificial circuits. In order to take this into account in the diagram according to Fig. 3, the phase of the fault current or, which is synonymous with it, the phase of the total current is indicated by the dash-dotted line OU , which is perpendicular to ST . iao The diagram shows that relay c would rotate in one direction that relay d

und e in der anderen Richtung. Da die Relais nur in einer Richtung laufen können, sei diese Richtung gewählt, daß das Relais c in Ruhe bleibt, während d und e anlaufen. Da die Phasenverschiebung der Nullspannung E_e gegenüber der StromphaseO?7 größer ist als die der Nullspannung Ed, entwickelt das Relais e das größere Drehmoment und somit die größere Geschwindigkeit und schließt infolgedessen seinen Aus-and e in the other direction. Since the relays can only run in one direction, this direction is chosen so that the relay c remains at rest while d and e start up. Since the phase shift of the zero voltage E _e compared to the current phase O? 7 is greater than that of the zero voltage Ed, the relay e develops the greater torque and thus the greater speed and consequently excludes

xo lösekontakt 22 zuerst. Gleichzeitig mit dem Anlauf werden die Kurzschlußrelais außer Tätigkeit gesetzt, so daß diese nicht eine Auslösung der Schalter veranlassen können. Die Doppelerdschlußrelais a, b, f, g treten nicht in Tätigkeit, da an den Stellen, wo sie eingebaut sind, kein Summenstrom fließt, so daß die Magnete 20 nicht erregt werden und die Halteklinken 15 nicht zurückgezogen werden.xo release contact 22 first. At the same time as the start-up, the short-circuit relays are deactivated so that they cannot trigger the switches. The double earth-fault relays a, b, f, g do not come into operation, since no total current flows at the points where they are installed, so that the magnets 20 are not excited and the holding pawls 15 are not withdrawn.

Sobald das Relais e seinen ölschalter ausgelöst hat, verschwindet der zwischen I und II durch die Erde fließende Fehlerstrom, und das Relais d wird infolgedessen von der Feder 2 in die Ruhelage zurückgeführt. Es besteht nur noch ein einfacher Erdschluß I, der beispielsweise durch Löscheinrichtungen gelöscht werden kann. Da das von der Stromquelle K am weitesten entfernte Relais e zur Auslösung der Schalter geführt hat, sind nicht mehr Leitungsstrecken stromlos geworden, als zur Beseitigung des Doppelerdschlusses unbedingt notwendig war. Wenn die Leitung nicht von links, sondern von rechts her mit Energie beliefert wird, so hat der Summenstrom zwischen den Fehlerstellen I und II die umgekehrte Richtung; in diesem Falle bleiben die Relais d und e stehen, und nur das Relais c läuft und schaltet seinen Ölschalter aus. Auch hierbei werden nicht mehr Strecken stromlos, als unbedingt erforderlich ist.As soon as the relay e has triggered its oil switch, the fault current flowing through the earth between I and II disappears, and the relay d is consequently returned to the rest position by the spring 2. There is only a simple earth fault I, which can be extinguished, for example, by extinguishing devices. Since the relay e furthest away from the power source K led to the triggering of the switch, no more line sections have become de-energized than was absolutely necessary to eliminate the double earth fault. If the line is supplied with energy not from the left, but from the right, the total current between the fault locations I and II has the opposite direction; in this case the relays d and e stop and only the relay c runs and switches off its oil switch. Here, too, no more sections are de-energized than is absolutely necessary.

Damit die Relais nur bei Doppelerdschluß anlaufen können, sind die Magnete 20 so bemessen, daß sie ihre Kontakte 19 nur dann schließen, wenn in einer der Phasenleitungen Überstrom fließt. In den seltenen Fällen, wo der kapazitive Erdschlußstrom größer werden kann als der normale Betriebsstrom, müssen die Magnete 20 entsprechend unempfindlicher gemacht werden, so daß sie nur ansprechen, wenn der Strom größer als der kapazitive Erdschlußstrom ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß irgendein Erdschlußzeitrelais bei einfachem Erdschluß anspricht, und daß die außerhalb der Fehlerstellen I und II liegenden Erdschlußzeitrelais a, b, f, g anlaufen können. Es lassen sich aber noch andere Schaltungen anwenden, um das gleiche Ziel zu erreichen. Man kann z. B. die Anregung der Doppelerdschlußrelais auch davon abhängig machen, daß die Spannung zwischen zwei Phasen unter ein bestimmtes Maß gesunken ist. Auch kann man eine Sperrung für die Ferrarisscheibe vorsehen, die erst freigegeben wird, wenn Überstrom in mehr als einer Phase auftritt.So that the relays can only start in the event of a double earth fault, the magnets 20 are dimensioned so that they only close their contacts 19 when overcurrent flows in one of the phase lines. In the rare cases where the capacitive earth fault current can be greater than the normal operating current, the magnets 20 must be made correspondingly less sensitive so that they only respond when the current is greater than the capacitive earth fault current. In this way it is prevented that any earth-fault time relay responds in the event of a simple earth fault, and that the earth-fault time relays a, b, f, g lying outside the fault locations I and II can start up. However, other circuits can be used to achieve the same goal. You can z. B. make the excitation of the double earth fault relay dependent on the fact that the voltage between two phases has dropped below a certain level. A lock can also be provided for the Ferrari disk, which is only released when overcurrent occurs in more than one phase.

Claims

Patent claims:

1. Protection circuit with wattmetric, total current and zero point voltage energized earth-fault time relay, characterized in that this earth-fault time relay are used for selective monitoring of double earth faults by setting the time delay of the various earth fault time relays of a line essentially only change from place to place Phase shift between total current and zero sequence voltage so dependent is that a selective disconnection of one of the two earth fault points is achieved.

2. Protection circuit according to claim 1, characterized in that the earth fault time relay (1) can only work if at least one short-circuit relay (19, 20) has been triggered Has.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the earth fault time relay can only work when the voltage between two phases has dropped below a certain level.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the earth fault time relay _{go is} only released when overcurrent occurs in two phases.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that when the responding A short-circuit relay (25) which is also provided is blocked.

1 sheet of drawings