DE600098C - Einrichtung zur Bestimmung des fehlerhaften Leitungsabschnittes in elektrischen Dreiphasenanlagen - Google Patents

Description

Es sind Relais bekannt, deren Auslösezeit von einer Widerstandsgröße der Leitung zwischen Fehlerort und Einbauort abhängig ist. So hat man bereits ein derartiges Relais ausgeführt, welches von dem Quadrat des Stromes einer einzigen Phase und von der Leistung dieser Phase abhängig ist. Der Quotient beider entspricht dem Widerstand der Leitung. Will man ein derartiges Relais für ein dreiphasiges Netz verwenden, dann muß man eins für jede Phase vorsehen. Die Gesamteinrichtung wird hierdurch relativ kostspielig. Man hat daher bereits Einrichtungen vorgeschlagen, bei denen nur zwei oder nur ein Relais erforderlich sind. Bei

x5 diesen werden aber mehrere Umschaltrelais benötigt, die eine umständliche Arbeitsweise zur Folge haben und damit die. Betriebssicherheit verringern. Namentlich Umschaltungen im Stromkreis sollen wegen der relativ hohen zu schaltenden Ströme und wegen der umständlichen Kontaktanordnungen, die eine Unterbrechung im Stromwandlerkreis vermeiden müssen, nach Möglichkeit vermieden werden.

Die Erfindung erreicht dies in einer Schutzeinrichtung für elektrische Dreiphasenanlagen, bei der nur ein einziges Distanzzeitrelais mit Einstellglied verwendet wird, erfindungsgemäß dadurch, daß das die Widerstandsgröße messende Einstellglied des Relais in dem einen Drehsinne von der Summe der Quadrate aller Phasenströme, in dem anderen Drehsinne von der Summe zweier Produkte beeinflußt wird, die nach Art einer Aronschaltung jeweils aus dem Strom einer Leitung und der Spannung zwischen dieser Leitung und der dritten Leitung in Wattsystemen gebildet sind. Eines dieser Drehmomente muß dabei mit dem Drehwinkel veränderlich sein, weil nur dadurch ein ganz bestimmter Gleichgewichtszustand der beiden Drehmomente bei einem bestimmten Winkel herrscht.

In Abb. χ ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Auf der Drehachse 1 eines Relais sind zwei Ferrarisscheiben 2 und 3 angeordnet. Auf die eine Ferrarisscheibe 2 wirken zwei Wattsysteme 4 und 5, deren Stromspulen 6 und 7 an zwei in den Phasen R und T liegende Stromwandler 8 und 9 angeschlossen sind. In Serie zu den Stromspulen 6 und 7 liegen die Stromspulen 10 und 11 vom Anregerelais sowie die Stromspulen 12 und 13 der auf die Scheibe 3 wirkenden Systeme. Eine dritte Stromspule 14 liegt zwischen dem Sternpunkt der Stromspulen 12 und 13 und der Verbindungslinie der Stromwandler 8 und 9.

Die Spannungsspulen 15 und 16 der Wattmetersysteme 4 und 5 sind an die Sekundärwicklungen eines Spannungswandlers 17 ange-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Rolf Wideröe in Vinderen, Oslo,

schlossen, und zwar liegt das eine Ende der Spule 15 an dem Anschluß r, der Spule 16 an dem Anschluß t. Die beiden anderen Enden der Spulen 15 und 16 liegen über zwei Umschalteeinrichtungen 18 und 19, normalerweise an dem Anschluß s des Spannungswandlers 17. Die Umschaltvorrichtungen 18 und 19 haben die Aufgabe, bei einem Erdschluß das an s liegende Ende der Wicklungen 15 und 16 an Erde zu legen und bei einem Doppelerdschluß die eine dieser Wicklungen 15,16, und zwar in allen Stationen die zur selben Phase gehörigen, unwirksam zu machen oder ihre Auslösezeit zu erhöhen. In dem Ausführungsbeispiel wird zu diesem Zweck die Spannungsspule 16 bei einem Doppelerdschluß zwischen r und t durch die vom Spannungsabfall zwischen den Phasen R und T abhängige Spule 20 umgeschaltet und an die Spannung r t gelegt. Die Umschaltung der Kontakte 18 kann aber nur dann vorgenommen werden, wenn die vom Asymmetriestrom abhängige Spule 21 ihren Anker bewegt hat und damit die Verriegelung 22 des Ankers der Spule 20 aufgehoben hat. Damit bei Erdschluß dieselben Auslösezeiten sich einstellen wie bei einem Kurzschluß an derselben Fehlerstelle, ist in die Erdverbindung ein Widerstand 23 eingebaut, dessen Größe mit der Impedanz einer Spannungsspule ungefähr übereinstimmt.

Die Wattsysteme 4 und 5 wird man zweckmäßig so ausbilden, daß sie nicht von der Wirk-, sondern von der Blindleistung beeinflußt werden. In diesem Falle spielen die Ohmschen Widerstände des Kreises, d. h. Zuleitungen und Kontaktübergänge, keine Rolle, so daß sich ein sehr genaues Arbeiten erzielen läßt. Erreicht wird die Arbeitsweise als Blindwattmeter durch Vorschalten von Kapazitäten 24 und 25 sowie Widerständen 26 und 27. Es ist natürlich, nicht erforderlich, daß die Phasenverschiebung genau 90° beträgt, d.h. daß genau die Reaktanz ermittelt wird. Es kann auch irgendeine andere Phasenverschiebung gewählt werden. Damit die Wattsysteme nur bei einem Fehler in dem Leitungsabschnitt, in dem ein Fehlerstrom fließt, wirksam sind, sind sie normalerweise außer Tätigkeit gesetzt und werden erst durch das Ansprechen der Anregeglieder 10 und 11 arbeitsbereit gemacht. Zu diesem Zweck kann entweder der Kurzschluß der Stromspulen oder die Unterbrechung der Spannungsspulenleitung aufgehoben werden. Es können aber auch, wie im vorliegenden Beispiel, zu den Spannungswicklungen 15 und 16 parallel liegende Kurzschlußkontakte 28 und 29 durch das Ansprechen der Relais 10 und 11 geöffnet werden. Durch das dann erfolgte Ansprechen des Relais 1 nimmt dessen Drehsystem eine Lage ein, die einer bestimmten Widerstandsgröße entspricht. Durch diese Lage wird dann wiederum die Auslösezeit eines mit dem Relais 1 gekuppelten Zeitwerkes bestimmt. Das nicht dargestellte Zeitwerk kann z. B. in der Weise mit dem Relais 1 zusammenarbeiten, daß es den Gegenkontakt zu dem Kontakt 30 auf diesen zubewegt und so bei Fehlern, die in geringerem Abstand auftreten, eine kürzere Auslösezeit herbeiführt.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel eignet sich besonders für kompensierte Netze und ist daher ohne besonderen Erdschlußschutz ausgebildet. Eine Ausführung, bei der auch eine Erdschlußschutzeinrichtung vorgesehen ist, ist in Abb. 2 dargestellt. Die Schaltung entspricht im wesentlichen der in Abb. 1 dargestellten. Zur Gewinnung des Asymmetriestromes ist aber ein dritter Stromwandler 31. in der Leitung S vorgesehen. In der Verbindungsleitung der Sternpunkte der drei Stromwandler 8, 9 und 31 und der drei Stromspulen 12, 13 und 14 ist die Stromwicklung 32 eines Erdschlußrelais eingebaut, dessen Spannungswicklung 33 von der Erdschlußspannung η ο erregt wird. Gegenüber der Abb. 1 ist auch eine Änderung in der zur Erzielung richtiger Auslösezeiten bei Doppelerdschluß dienenden Schaltung vorgesehen. Der Widerstand 23 in der Erdschlußverbindung ist in Fortfall gekommen; dafür wirken auf das Relais 1 in demselben Drehsinne wie die Stromquadratsysteme von dem Asymmetriestrom beeinflußte Wicklungen 34, 35, 36. Diese Wicklungen sind dabei als Zusatzwicklungen der Spulen 12, 13 und 14 ausgebildet. Ihre Windungszahl ist so gewählt, daß ihr Gesamtdrehmoment gleich ist dem von einem Phasenstrom gleicher Größe ausgeübten Drehmoment. Die Rechnung ergibt, daß dies zutrifft, wenn die Windungszahl der Zusatzwicklung in jeder Phase ungefähr 22 Prozent der Windungszahl der vom Phasenstrom durchflossenen Wicklungen 12, 13 und 14 beträgt.

Auch die Anregeglieder weisen gegenüber der Ausführung der Abb. 1 eine Änderung auf. Die von den Strömen der beiden Phasen R und T beeinflußten Relais besitzen außer den Stromwicklungen 10 und 11 noch je zwei Spannungswicklungen 37, 38, 39, 40. Die Wicklungen 37 und 39 liegen dabei zwischen der Phase, deren Strom in dem jeweils anderen Relais wirksam ist, und der dritten mit keinem Relais ausgerüsteten Phase, also zwischen t s und r s, die Wicklungen 38 und 40 dagegen zwischen der Phase, deren Strom in dem Anregeglied wirksam ist, und dem Nullpunkt des Systems, der in vorliegendem Falle durch eine Impedanz 41 gebildet ist. Der eine Anschlußpunkt der Wicklung liegt also an r, der der Wicklung 40 an t. Durch eine derartige an sich bekannte Ausbildung der Anregerelais wird ein von der Impedanz der Leitung abhängiges Ansprechen erreicht, so daß ein sehr genaues Arbeiten auch

dieser Teile der Schutzeinrichtung gewährleistet ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die sich besonders für starr geerdete Netze eignet und sowohl bei ein- als auch mehrphasigen Kurzschlüssen anspricht, ist in Abb. 3 dargestellt. Das Relais 1 ist wieder wie bei den Ausführungsbeispielen ι und 2 ausgebildet. Der Asymmetriestrom ist jedoch über die Stromspulen 42 und 43 eines weiteren Blindwiderstandsrelais 44 geführt, das bei Erdschluß seine Kontakte 45 betätigt. Die Stromspule 42 gehört einem Blindwattsystem an, während die Stromspule 43 ein Stromquadratsystem darstellt. Die Spannungsspule 46 des Relais 44 ist von der Spannung zwischen der jeweils erdgeschlossenen Phase und dem Nullpunkt erregt und zu diesem Zweck zu einem aus Widerständen 47, 48 und 4g gebildeten künstlichen Sternpunkt geführt. In die Verbindungsleitung ist zur Erzeugung einer Phasenverschiebung ein Kondensator 50 eingebaut. Die Widerstände 47,48 und 49 sind über die normalerweise geöffneten Kontakte 28, 29 und 51 der Anregerelais an die drei Phasen R, S und T angeschlossen. Die Anregerelais besitzen außer ihren Stromspulen 10, 11 und 52 ähnlich wie in Abb. 2 je zwei Spannungsspulen 37· 38' 39.40 und 53, 54, von denen die Wicklungen 37, 39 und 53 jeweils zwischen den Phasen liegen, deren Ströme in dem Relais nicht wirksam sind, während die Wicklungen 38, 40 und 54 zwischen die Phase, deren Strom in dem Relais wirksam ist, und Erde geschaltet ist. Die Kontakte 28, 29 und 51 betätigen gleichzeitig die Spannungsspulen 15 und 16, indem sie deren Stromkreis erst beim Auftreten eines Fehlers herstellen.

Besondere Umschalteinrichtungen für Erd- und Doppelerdschluß sind hier überflüssig, da das Relais 44 in diesen Fällen die richtige Abschaltung mit den gewünschten Zeiten herbeiführt. Damit aber das Relais 1 nicht selbst eine Auslösung herbeiführt, ist es zweckmäßig, dieses durch ein vom Asymmetriestrom beeinflußtes Relais unwirksam zu machen.

Die Relais 1 und 44 müssen so ausgebildet werden, daß das Drehmoment mit dem Drehwinkel veränderlich, z. B. proportional, ist, damit der Ausschlag proportional dem Quotient aus der Blindleistung und dem Stromquadrat ist. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Ferrarisscheiben in bekannter Weise mit Einschnitten versehen werden oder einen veränderlichen Querschnitt aufweisen. 55

Claims (15)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Bestimmung des fehlerhaften Leitungsabschnittes in elektrischen Dreiphasenanlagen mit Hilfe eines einzigen Distanzzeitrelais mit Einstellglied, dessen Auslösezeit von einer Widerstandsgröße der Leitung zwischen Fehlerort und Einbauort abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß das die Widerstandsgröße messende Einstellglied (1) des Relais in dem einen Drehsinne von der Summe der Quadrate aller Phasenströme, in dem anderen Drehsinne von der Summe zweier Produkte beeinflußt ist, die nach Art einer Aronschaltung jeweils aus dem Strom 'einer Leitung und der Spannung zwischen dieser Leitung und der dritten Leitung in Wattsystemen (4, 5) gebildet sind, und daß eines der Drehmomente mit dem Drehwinkel veränderlich ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wattsysteme (4, 5) nur bei einem Fehler in dem Leitungsabschnitt, in dem ein Fehlerstrom fließt, wirksam sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, mit drei Anregerelais, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Anregerelais drei auf ein gemeinsames System wirkende Wicklungen besitzt, eine Strom- (10) und zwei Spannungswicklungen (37, 38), von denen die eine (37) jeweils zwischen den beiden Phasen (T, S) liegt, deren Ströme in dem Anregerelais nicht wirksam sind, während die andere (38) zwischen die Phase (R), deren Strom in dem Anregerelais wirksam ist, und Erde (O) geschaltet ist (Abb. 3).
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, mit drei Anregerelais, dadurch gekennzeichnet, daß* jedes Relais drei auf ein gemeinsames System wirkende Wicklungen besitzt, eine Strom- (10) und zwei Spannungswicklungen (37, 38), von denen die eine (37) jeweils zwischen den beiden Phasen (T, S) liegt, deren Ströme in den Relais nicht wirksam sind, während die andere (38) zwischen die Phase, deren Strom in dem Relais wirksam ist, und einem künstlichen Nullpunkt (41) angeschlossen ist (Abb. 2).
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Verbindungsleitung der Spannungsspulen (15,16), welche normalerweise an derjenigen Phase (s) liegt, deren Strom in den Wattsystemen (4, 5) nicht wirksam ist, über einen Umschalter (19) geführt ist, welcher bei einem Erdschluß die Verbindungsleitung an Erde oder einen Nullpunkt legt (Abb. 1).
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Erdverbindung ein Widerstand (23) liegt, dessen Größe mit der Impedanz einer Spannungsspule (15, 16) ungefähr übereinstimmt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehsystem in demselben Drehsinne wie von den Stromquadratsystemen (12, 13,14) von einem dem

   Asymmetriestrom proportionalen Drehmoment beeinflußt ist (Abb. 2).
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Asymmetriestrom ausgeübte Gesamtdrehmoment gleich groß dem von einem Phasenstrom gleicher Größe ausgeübten Drehmoment ist (Abb. 2).
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Phasenstrom durchflossenen Spulen (12, 13, 14) vom Asymmetriestrom durchflossene Zusatzwindungen (34, 35, 36) besitzen (Abb. 2).
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl der Zusatzwicklung (34, 35, 36) in jeder Phase ungefähr 22 Prozent der Windungszahl der vom Phasenstrom durchflossenen Wicklung (12, 13, 14) beträgt.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Doppelerdschluß zwischen den beiden Phasen (J?, T), deren Ströme in den Wattsystemen (4, 5) wirksam sind, das eine der beiden Wattsysteme, und zwar in allen Stationen das derselben Phase, unwirksam gemacht wird.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung,

    3ύ welche bei einem Doppelerdschluß zwischen den beiden Phasen (R, T), deren Ströme in den Wattsystemen wirksam sind, die Spannungsspule (16) des einen Wattsystems (5), und zwar des in allen Stationen zu derselben Phase gehörigen, zwischen die vom Doppelerdschluß. betroffenen Phasen (R, T) legt (Abb. 1).
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4 für starr geerdete Netze, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Blindwiderstandsrelais (44), das nur vom Asymmetriestrom und der Erdschlußspannung beeinflußt ist und das ebenfalls (bei Erdschluß) auf die Auslösevorrichtung einwirkt (Abb. 3).
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 1 und 13 für starr geerdete Netze, gekennzeichnet durch ein zusätzliches reaktanzabhängiges Relais (44), das ein Stromquadrat- (43) und ein Wattsystem (42) besitzt, dessen Stromspule vom Asymmetriestrom beeinflußt ist, während die mit ihrem einen Ende an den Nullpunkt (o) angeschlossene Spannungsspule (46) mit ihrem anderen Ende über eine in jeder Phasenleitung liegende Impedanz (47, 48, 49) jeweils an die vom Fehler betroffene Phase gelegt ist (Abb. 3).
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Anwurf des Hauptrelais (1) vorgesehenen Anregeglieder auch zum Umschalten der Spannungsspule (46) des Erdschlußrelais (44) dienen (Abb. 3).

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen