DE608049C - Selektive Schutzschaltung fuer Dreiphasenanlagen mit einem oder zwei wattmetrischen Richtungsrelais - Google Patents

Description

Zum Schutz von elektrischen Wechselstromnetzen und Wechselstrommaschinen verwendet man wattmetrische Relais, die derart ausgebildet sind, daß beim Auftreten eines Fehlers in einem beliebigen Punkte des Netzes oder in den Maschinen die selbsttätigen Schalter nur dann ausgeworfen werden, wenn die gestörte Stelle von einem Störstrom bestimmter Richtung gespeist wird.

Aber die Bedingungen, unter denen eine Störung auftreten kann, sind verschieden. Ein Fehler kann einmal durch die Berührung einer Phase mit der Erde auftreten, sodann durch Kurzschluß zwischen zwei oder drei Phasen, wobei es aber noch von Bedeutung ist, ob alsdann die gestörten Phasen zu gleicher Zeit an Erde liegen. Innerhalb dieser verschiedenen Möglichkeiten gibt es noch weitere Varianten. Außerdem fällt das Bild der bei einem einfachen Erdschluß auftretenden Ströme und Spannungen verschieden aus, je nachdem, in welcher Weise dfe Phase an Erde liegt. Die Erdung kann nämlich eine unmittelbare sein oder aber über Widerstände oder Reaktanzen wechselnder Größe erfolgen. Außerdem hängen die entstehenden Verhältnisse davon ab, ob der neutrale Punkt isoliert und ob die Kapazität des Netzes durch Drosselspulen kompensiert ist.

Aus diesen Erwägungen ergibt es sich, daß es stets sehr schwierig und manchmal überhaupt unmöglich ist, mit einem Relais in allen vorkommenden Fällen zutreffende Angaben über die Richtung der Störenergie zu erhalten. Es gibt jedoch Relais, die in den einzelnen angegebenen Sonderfällen zuverlässig arbeiten.

Bei einem einfachen Erdschluß arbeiten die sogenannten unsymmetrischen Leistungsrelais am zuverlässigsten, das sind solche Relais, deren Arbeiten von der unsymmetrischen oder der Nullkomponente der Spannungen und Ströme abhängt. Bei einem zweiphasigen Kurzschluß arbeiten die Leistungsrelais am besten, die auf die Gegenkomponente der Ströme und Spannungen ansprechen.

Bei einem dreiphasigen Kurzschluß hingegen arbeiten die sogenannten Leistungsrelais am zuverlässigsten, deren Ansprechen von der Mitkomponente der Ströme und Spannungen bestimmt wird. Hierzu gehören auch die Relais, die auf die Summe der Mit-,

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Gegen- und Nullkomponenten oder auf die Summe der Mit- und Gegenkomponenten ansprechen.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein wattmetrisches Relais vorgesehen, welches in ,der einen Lage eines Umschalters nur von der Null- und von der Gegenkomponente erregt wird, wenn ein einphasiger Erdschluß oder ein zweiphasiger Kurzschluß mit oder

ίο ohne gleichzeitigen Erdschluß auftritt, und welches dagegen in der anderen Lage des Umschalters von der Mitkomponente oder der Summe der Komponenten erregt wird, wenn eine dreiphasige Störung eintritt.

Man hat schon verschiedentlich Siebe oder Filter angewandt, die jeweils nur eine dieser Komponenten auf ein entsprechend ausgebildetes Relais einwirken lassen (vgl. z. B. die vorveröffentlichte französische Patentschrift 653885).

In der Zeichnung stellt 1 ein wattmetrisches Richtungsrelais mit drei Elementen 2, 3, 4 dar, die alle auf das gleiche bewegliche System einwirken und je eine Spannungs- und Stromwicklung haben. Die Stromwicklung des Elementes 2 besteht aus zwei Spulen, die in Abhängigkeit von den Strömen zweier Phasen A, B der zu schützenden Leitung 5 in entgegengesetztem Sinne durchflossen werden.

Zu diesem Zweck ist jeder Phased, B, C der Leitung 5 je ein Stromwandler 6, 7, 8 zugeordnet, und die Spulen sind derart bemessen, daß in ihnen den Phasenströmen i_A und i_B entsprechende Ströme fließen. Der resultierende Fluß im Element 2 hängt alsdann vom jeweilen Wert i_A — i_B ab.

Die Stromwicklung des Elementes 3 besteht ebenfalls aus zwei Spulen, die jedoch verschiedene Windungszahlen haben und im ent-

^o gegengesetzten Sinne von dem Strom der dritten Phase C und von einem dem Nullstrom proportionalen Strom i₀ der drei Transformatoren 6, 7, 8 durchflossen wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß in diesen Spulen ein Gesamtfluß erzeugt wird, der dem Wert

i_c °- proportional ist.

Mit Bezug aufeinander sind die Spulen der Elemente 2 und 3 derart bemessen, daß die in g₀ ihnen erzeugten Flüsse in dem gegenseitigen

Verhältnis von

ζ—- stehen.

Wenn das der Fall ist und wenn die Ströme in der Leitung 5 im Gleichgewicht sind, so sind die Flüsse in den Strormvicklungen einander ebenfalls gleich.

Die einzige Stromspule des . Elementes 4 ist von der geometrischen Summe i₀ der Ströme i_A, i_B, i_c durchflossen. Die Primärwicklungen dreier Spannungstransformatoren 9, 10, 11 sind mit . den Phasen A, B, C einerseits und mit der Erde andererseits verbunden. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren sind an einen Netzfilter I'2 angeschlossen, der aus zwei T-artig geschalteten Transformatoren 13 und 14 aufgebaut ist. Die einen Enden dieser Transformatorenspulen 13, 13 und 14 sind miteinander verbunden, während die anderen Enden an je eine Phase der Sekundärwicklungen der Spannungstransformatoren 9, 10, 11 angeschlossen sind. Ferner sind in dem Filter zwei Kondensatoren 15, 16 und zwei Widerstände 17, 18 von gleicher Impedanz eingebaut. '

Die Spannungsspule des Elementes 4 des wattmetrischen Relais liegt zwischen dem Nullpunkt der Spannungstransformatoren und einem künstlichen Nullpunkt, der durch die in Stern geschalteten gleich großen Impedanzen 21, 22,- 23 gebildet ist.

Die Spannungsspulen'der Elemente 2 und 3 des wattmetrischen Relais sind mit dem Filter 12 über das eine Kontaktpaar des zweipoligen Umschalters 19 verbunden, der von einem Magneten 20 gesteuert wird.

.Das zweite Kontaktpaar des Umschalters 19 ist unmittelbar mit den Transformatoren 13 und 14 des Filters 12 verbunden. Die Schaltung der Strom- und Spannungsspulen der go Elemente 2 und 3 hat zur Folge, daß auf das bewegliche System des wattmetrischen Relais ein der Gegenkomponente im Stromkreis 5 proportionales Drehmoment ausgeübt wird. Das Element 4 erzeugt ein Drehmoment, das von der Nullkomponente dieses Stromkreises abhängt. Wenn diese Drehmomente einander addieren, so "wird das gesamte im wattmetrischen Relais auftretende Drehmoment der Summe der Gegen- und Nullkomponente proportional sein.

Mit einem derartigen Relais erhält man eine genaue Angabe der Richtung der Störenergie in den Fällen eines einfachen Erdschlusses und eines zweifachen Kurzschlusses, 10g unabhängig davon, ob hierbei eine Erdung eintritt oder nicht.

Bei einer dreiphasigen Störung ist es zweifelhaft, ob die Null- oder Gegenkomponente 'einen genügend großen Wert erreichen, um das wattmetrische Relais zum Ansprechen zu bringen.. Um jedoch auch diesen. Fall einwandfrei zu erfassen, sieht man drei weitere Relais vor, die dann ansprechen, wenn in der zugeordneten Phase ein Fehler auftritt. Im Ausführungsbeispiel sind zu diesem Zweck drei einphasige Maximalstromrelais 24, 25, vorgeselien. Ebensogut kann man auch an deren Stelle drei Minimalspannungsrelais oder Minimalimpedanzrelais vorsehen. Die Kontakte dieser drei Relais sind in Reihe geschaltet und steuern den Stromkreis der

Spule 20 des Umschalters 19. Bei einer dreiphasigen Störung schaltet alsdann der Umschalter 19 die Spannungsspulen der Elemente 2 und 3 unmittelbar an die Transformatoren 13 und 14 an und nicht mehr wie gewöhnlich über die Impedanzen 17 und 18. Hieraus ergibt sich, daß das Relais 1 in seinem Arbeiten auch von der Gesamtenergie im Stromkreis 5 abhängt. Die Anordnung kann auch derart getroffen sein, daß beim gleichzeitigen Ansprechen der Relais 24, 25, 26 den Spannungsspulen eine beträchtlich höhere Spannung aufgedrückt wird, als die, welche nötig wäre, um für gewöhnlich ein Ansprechen des Relais sicherzustellen.

Der Kontakt 27 des wattmetrischen Relais steuert die Ausschaltspule 28 des dem Stromkreis 5 zugeordneten Schalters entweder unmittelbar oder über ein anderes zeitverzögertes oder sofort ansprechendes Hilfsrelais.

Zum Speisen des Umschalters 19 und des Ausschalters sowie der etwa vorgesehenen Hilfsrelais ist eine Hilfsstromquelle 29 vorgesehen. In den Bereich der Erfindung würde auch eine etwas weniger einfache Ausführungsform fallen, bei der zwei Relais vorgesehen sind, von denen das eine auf die NuIlkpmponente und das andere je nach der Lage des Umschalters entweder auf die Gegenkomponente (Erdschluß oder Kurzschluß zwisehen zwei Phasen) oder auf ^iie Mitkomponente oder auf die Summe aller Komponenten der Leitung (Dreiphasenkurzschluß) anspricht.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Selektive Schutzschaltung für Dreiphasenanlagen mit einem oder zwei wattmetrischen Richtungsrelais, gekennzeichnet durch einen Umschalter (19) oder eine entsprechend wirkende Umschalteinrichtung, die in ihrer einen Lage das Ansprechen des (2, 3, 4) oder eines (2, 3 bzw. 4) der beiden Relais in Abhängigkeit von der Null- und Gegenkomponente oder aber in Abhängigkeit von der Gegen- oder Nullkomponente allein bewirkt, wenn ein Erdschluß oder ein Kurzschluß zwischen zwei Phasen mit oder ohne Erdschluß eintritt, und die dann selbsttätig umgeschaltet wird, wenn eine Störung zwischen den drei Phasen eintritt und alsdann das Ansprechen des Relais (2, 3, 4) oder des einen Relais (2, 3) in Abhängigkeit von der Mitkomponente der Leistung oder aber in Abhängigkeit von der Summe aller Komponenten der Leistung bewirkt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen