DE608423C - Schutzschaltung fuer ein Dreiphasensystem mit Nulleiter oder mit geerdetem Nullpunkt - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AIH
23. JANUAR 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 608423 KLASSE 21c GRUPPE 68 so

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. November 1932 ab

Mit dem Ziel, an Relaiseinrichtungen zu sparen, sind für Drehstromdreileitersysteme Schutzschaltungen angegeben worden, bei denen nur ein einziges oder nur zwei Auslöserelais erforderlich sind. Durch entsprechende Umschaltvorrichtungen werden diese Relais im Fehlerfalle so geschaltet, daß sie in gewünschter Weise von einer oder mehreren Größen des Fehlerstromkreises erregt werden.

Die Erfindung richtet sich auf eine Anordnung, welche es ermöglicht, bei einem Dreiphasensystem mit Nulleiter oder mit Netzerdung ebenfalls mit nur einem Auslöserelais auszukommen. Bei Dreileitersystemen ohne Nulleiter und ohne Netzerdung gibt es nur vier Kurzschlußfälle, die Überstrom zur Folge haben, nämlich drei zweiphasige Kurzschlüsse und den Dreiphasenkurzschluß. Die Umschalteinrichtungen müssen dort also der Aufgabe gewachsen sein, daß sie das Auslöserelais, je nachdem welcher von den vier möglichen von Überströmen begleiteten Kurzschlußfällen vorliegt, an die entsprechenden Wandlerkreise anschließen. Bei einem Dreileitersystem mit Nulleiter ader mit Netzendung wird diese Aufgabe dadurch erheblich erschwert, daß nunmehr noch drei Einphasenkurzschlüsse hinzukommen, so daß also insgesamt sieben Kurzschlußfälle zu unterscheiden sind. Es muß also die Umsehalteinrichtung so beschaffen sein, daß in jedem dieser sieben möglichen Kurzschlußfälle das Auslöserelais eine arbeitsfähige Schaltung erhält.

Zur Durchführung dieser Aufgabe werden erfindungsigemäß in Verbindung mit dem 3i einen rom Strom abhängigen Auslöserelais, welches zum Schutz des Dreiphasensystems dient, Umschaltvorrichtungen vorgesehen, die in jedem Kurzschlußfall eine solche Schaltung für das Auslöserelais herstellen, daß es immer nur vom Strom einer einzigen passend gewählten Phase durchflossen wird. Es läßt sich auf diese Weise erreichen, daß die Stromstärke im Auslöserelais dem Fehlerstrom, den der Kurzschluß auslöst, stets in gleicher Weise entspricht, weil es vermieden wird, dem Auslöserelais beim zweiphasigen oder dreiphasigen Kurzschluß verketteten Strom zuzuführen, sondern ebenso wie bei einphasigem Kurzschluß nur der Phasen- 5c strom eines einzigen Phasenleiters für die Erregung des Auslöserelais zur Verfügung steht.

Die Durchführung der Aufgabe, dem Auslöserelais in jedem Kurzschlußfall nur einen Phasenstrom zuzuführen, läßt sich beispiels-

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

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

weise mit Hilfe von drei Umschaltrelais verwirklichen, von denen jedes durch einen Phasenstrom erregt wird und welche in Abhängigkeit voneinander, je nachdem welches 5 oder welche Umschaltrelais ansprechen, irgendeinen bestimmten Phasenstrom über das Relais leiten.

Eine Verbesserung gegenüber einer derartigen Schaltung erzielt man gemäß der ίο weiteren Erfindung dadurch, daß der Strompfad des Relais normalerweise bereits in den Sekundärkreis eines Phasenstromwandlers eingeschaltet ist. Es brauchen dann nämlich nur zwei Umschaltrelais vorgesehen zu werden, die in den Sekundärkreisen der beiden anderen Phasenstromwandler liegen und welche, je nachdem ob das eine oder das andere von diesen Umschaltrelais anspricht oder ob beide ansprechen, eine zweckentsprechende Umschaltung der Sekundärkreise der Stromwandler vornehmen. Dabei erhält eine Phase den Vorzug, indem nämlich, jedesmal wenn das Schutzrelais dieser Phase anspricht, nur der Strom dieser Phase über das Relais geleitet wird, auch wenn gleichzeitig das zweite Umschaltrelais in Tätigkeit getreten ist. Wenn dagegen nur das zweite Umschaltrelais anspricht, wird der Strom der zu diesem Umschaltrelais gehörenden Phase über das Schutzrelais geleitet, wobei gleichzeitig der Stronxwandlersekundärkreis, in welchem das Relais normalerweise liegt, aiißerhalb des Relais kurzgeschlossen wird.

Mit der angegebenen Umschaltvorricntung ist es möglich, ein vom Strom abhängiges Auslöserelais, z.B. ein Oberstromrelais, selbsttätig derart umzuschalten, daß es in jedem der sieben möglichen Kurzschlußfälle den Strom eines am Kurzschluß beteiligten Phasenleiters erhält. Man kann auf diese Weise erreichen, daß beispielsweise Überstromzeitrelais mit abhängiger Verzögerungszeit stets die gleiche Laufzeit zeigen, wenn der durch irgendeinen Kurzschlußfall ausgelöste Überstrom die gleiche Stärke besitzt. Bei Überstromrelais, die auf einen bestimmten Ansprechwert eingestellt sind, bedeutet dies, daß die Ansprechbedingungen der Relais, gleichgültig ob es sich-um einen einphasigen oder zweiphasigen oder dreiphasigen Kurzschluß handelt, stets die gleichen bleiben. Dies ist namentlich bei Schutzschaltungen wichtig, bei denen auf einer Leitungsstrecke zwei Schutzsysteme gewissermaßen überlagert sind, von denen das eine bei Übersteigen einer bestimmten Stromstärke und das andere bei einem anderen Fehlermerkmal in Tätigkeit treten soll.

Mit dem stromabhängigen Auslöserelais, welches gemäß der Erfindung so umgeschaltet wird, daß es stets einen Phasenstrom führt, können auch von der Spannung abhängige Auslöserelais verbunden sein, oder es kann das stromabhängige Auslöserelais selbst auch einem Spannungseinfluß unterworfen sein. Die Spannung wird dann, je nachdem welcher der möglichen Kurzschlußfälle vorliegt, ebenfalls entsprechend umgeschaltet werden, ' wobei man ferner noch, wenn es auf die Größe der Spannung ankommt, den Unterschied der von dem Relais gemessenen Widerstände bei unsymmetrischem und bei symmetrischem Kurzschluß dadurch berücksichtigen kann, daß bei unsymmetrischem Kurzschluß die Einwirkung der Spannung auf das Relais um etwa 15 °/o verkleinert wird entsprechend dem Unterschied der von dem Relais gemessenen Widerstände bei unsymmetrischem und symmetrischem Kurzschluß, weil die Fehlerströme nur bei symmetrischem Kurzschluß erheblich abweichende Phasenlage haben. Für die Um-'schaltung des Spannungskreises können dann die beiden Umschaltrelais, die zur Umschaltung der Stromspule des Relais dienen, verwendet werden, wozu dann noch ein vom dritten Phasenstrom erregtes Umschaltrelais tritt, welches in derjenigen Phase liegt, deren Strom normalerweise über das Relais geleitet wird. *

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

In dem Ausführungsbeispiel sind nur die Erregerstromkreise der Relais und die Umschal tvorrichtungen für.diese Erregerstromkreise wiedergegeben. Mit R₁, S₁ und T₁ sind die drei Stromwandler der Phasen R, S und T bezeichnet. Die Stromwandler sind in Stern geschaltet, und von der Sternverbindung geht eine Leitung 1 zu einem Umschaltkontakt 3 und eine Leitung 2 zu den Gegenkontakten zweier miteinander gekuppelter Umschalter 4 und 5. Der Kontakt 3 wird durch ein Überstromrelais V₁ und die Kontakte 4 und 5 durch ein Überstromrelais t_x gesteuert. Diese Umschaltrelais werden entsprechend ihrer Bezeichnung vom Phasenstrom der Phase R bzw. vom Phasenstrom der Phase T erregt. Das Auslöserelais ist mit 6 bezeichnet, seine Stromspule 7 liegt im Zuge einer Leitung 8, 110 , über welche also der Erregerstrom für die Spule 7 fließt. Außer dem Relais 6 ist noch ein Energierichtungsrelais 9 angedeutet, dessen Stromspule 10 mit der Stromspule 7 in Reihe liegt.

Normalerweise sind die Relais T₁ und ^ stromlos. Es fließt dann der Strom der Phase S über den Kontakt 4, die Verbindungsleitung 8, die Stromspulen 7 und 10, den in der Ruhelage stehenden Umschaltkontakt 3 und Leitung 1. In diesem Stromkreis ändert sich nichts, wenn ein Fehler auftritt, der

lediglich in der Phase S einen Überstrom zur Folge hat; denn die Relais Y₁ und I₁ bleiben in Ruhe. Es erhalten dann also die Relais 6 und 9 den Strom des Phasenleiters S. Ein Kurzschluß, der nur im Phasenleiter S Überstrom hervorruft, kann nur ein einphasiger Kurzschluß der Phase S sein.

Bei einem einphasigen Kurzschluß der Phase R spricht allein das Umschaltrelais Y₁ ίο an. Nach dem Stellungswechsel des Umschaltkontaktes 3 ist der Sekundärkreis des Stromwandlers S₁ in sich kurzgeschlossen über den Kontakt 4 und den Kontakt 3 sowie die Leitung i. Nunmehr fließt also der Strom der Phase S nicht mehr über das Relais 6 und 9. Statt dessen fließt der Strom der Phase R vom Stromwandler R₁ über die Relaisspulen 10 und 7, die Hilfsleitung 8 und den in Arbeitsstellung stehenden Kontakt 3 und die Leitung 1. Bei einer einphasigen Belastung der Phase R fließt in den Schutzrelais also nur der Phasenstrom der Phase R.

Bei einem einphasigen Kurzschluß der Phase T spricht nur das Umschaltrelais t_t an.

Dadurch wird der Umschaltkontakt 4 in Arbeitsstellung gebracht, so daß der Stromwandler 5 wiederum in sich kurzgeschlossen ist über den Kontakt 4 und die Leitung 2. Der Stromwandler T₁ schließt sich mit dem Kontakt 5 an die Leitung 8 an, und sein Strom fließt über den Schalter 5, die Leitung 8, die Stromspulen 7 und 10, den in der Ruhelage stehenden Kontakt 3 und die Leitung 1. Das Auslöserelais und das Richtungsrelais werden in diesem Falle also nur vom Phasenstrom des Leiters T erregt.

Bei einem zweiphasigen Kurzschluß zwischen den Phasenleitern R und S spricht nur das Umschaltrelais T₁ an, wodurch, wie weiter oben beschrieben, der Stromwandler S₁ kurzgeschlossen wird, so daß allein der Strom der Phase R über die Relaisspule 10 und 7 fließt. Bei einem zweiphasigen Kurzschluß der Phasenleiter S und T spricht nur das Relais i_t an, so daß, wie vorhin erläutert, nur der Strom der Phase T über die Relais fließt, während der Stromwandler S₁ in sich kurzgeschlossen ist.

Bei einem zweiphasigen Kurzschluß zwisehen den Leitern R und T sprechen beide Umschaltrelais an, dann ist der Wandler^ über den Umschalter 4 und die Hilfsleitung 2 in sich kurzgeschlossen. Der Stromwandler T₁ ist über den in Arbeitsstellung befindliehen Kontakt 5, den ebenfalls in Arbeitsstellung befindlichen Kontakt 3 und die Verbindungsleitung ι in sich kurzgeschlossen. Der Stromwandler R₁ dagegen sendet seinen Strom über die Spulen 10 und 7, die Hilfsleitung 8, den in Arbeitsstellung stehenden Kontakt 3 und die Verbindungsleitung 1. In den Relais fließt dann also nur der Strom des Phasenleiters R. Bei einem dreiphasigen Kurzschluß ergibt sich der gleiche Stromverlauf, weil dann genau wie beim zweiphasigen Kurz-Schluß zwischen den Phasenleitern R und T die Umschaltrelais Y₁ und t_t beide ansprechen.

Es ergibt sich somit, daß der Strom des Phasenleiters 5 nur bei einphasigem Kurzschluß dieses Phasenleiters über die Relais fließt, daß der Strom der Phase T nur bei einphasigem Kurzschluß der Phase T und bei zweiphasigem Kurzschluß zwischen den Phasenleitern T und 5" über das Relais fließt. In den vier übrigen Kurzschlußfällen, d. h. also in allen Kurzschlußfällen, bei denen der Phasenleiter R Überstrom erhält, fließt stets nur der Strom der Phase R über die Relais.

Soweit die Schutzrelais 6 und 9 mit ,Spannungswicklungen versehen sind, kann man auch diese Spannungswicklungen entsprechend dem vorliegenden Fehlerfall umschalten. Die Relais sollen nun jeweils die Spannung des Fehlerkreises erhalten, so daß also bei einphasigen Kurzschlüssen eine Phasenspannung, bei zweisphasigen Kurzschlüssen eine verkettete Spannung, bei dreiphasigen Kurzschlüssen ebenfalls eine verkettete Spannung verwendet wird. Die Umschaltung paßt sich der des Strompfades an, so daß also nicht etwa im Strompfad der Strom der Phase R und im Spannungspfad eine Spannung verwendet wird, die keine Beziehungen zur Phase R hat.

Zur Umschaltung des Spannungskreises sind drei Umschaltrelais vorgesehen. Je ein Umschaltrelais wird von dem Strom eines Phasenleiter? erregt, so daß also die Umschaltrelais Y₂, t₂ und S₂ von den Phasenströmen der Leiter R, T, S erregt werden. Der Übersichtlichkeit der Zeichnung wegen ist in der Darstellung nicht zum Ausdruck gebracht, daß die Relais T₁ und r₂ sowie I₂ und t_x identisch sein können, indem nämlich beispielsweise die Relais Y₁ und I₁ noch weitere Kontakte erhalten für die Umschaltung des Spannungskreises. Das Umschaltrelais S₂ dagegen ist auf der Stromseite nicht erforderlich, wird also allein für die Spannungsseite vorgesehen. Für die Anschlüsse der Spannungs- no spulen sind Anschlußklemmen R₂, S_z und T₂ und O gezeichnet. Diese Klemmen können die Anschlußklemmen der Spannungswandler sein, derartig, daß, wenn der Spannungspfad der Relais zwischen die Klemmen R₂ und S₂ oder S₂ und T₂ oder R₂ und O usw. geschaltet ist, iit den Relais die Spannung zwischen den Phasenleitern R und S, R und T oder die Phasenspannung des Phasenleiters R usw. liegt.

Bei allen Kurzschlüssen, bei denen das Umschaltrelais Y₁ anspricht, bei denen also im

Phasenleiter R ein Überstrom auftritt, wird der Umschaltkontakt 15 aus der gezeichneten Ruhelage in die Arbeitsstellung gezogen Wenn Überstrom im Phasenleiter T auftritt werden die Umschaltkontakte 16 und 17 au; der gezeichneten Ruhelage in die Arbeitsstellung gebracht, desgleichen bei Überstrom im Phasenleiter 6" die Kontakte 18 und 19, welche von dem Umschaltrelais j₂ gesteuert werden. Es ergeben sich dann folgende Verhältnisse für die Erregung der Relais 6 und 9. Bei Einphasenkurzschluß der Phase £ erhalten die Relais 6 und 9 den Strom der Phase R, die Phasenspannung R über den Weg von R₂, Kontakt 15 in Arbeitsstellung, Leitung 20 über die parallel geschalteten Spannungsspulen 11 und 12, Verbindungsleitung 21, Kontakt 17 in Ruhestellung, Verbindungsleitung 22, Kontakt 18 in Ruhestellung, Verbindungsleitung 23, Klemme O.

Bei zweiphasigem Kurzschluß zwischen den Phasenleitern R und 5" fließt im Strompfad der Relais wiederum der Phasenstrom der Phase R. Der Spannungspfad verläuft von R₂ über Kontakt 15 in Arbeitsstellung, Leitung 20, die parallel geschalteten Spannungsspulen 11, 12, die Leitung 21, Kontakt 17 in Ruhelage, Leitung 22, Kontakt 18 in Arbeitsstellung, Leitung 24 zur Klemme S₂-Bei Zweiphasenkurzschluß auf den Leitern R, T gehen die Kontakte 15 und 17 in Arbeitsstellung, so daß die Spannung zwischen den Klemmen R₂ und T₂ am Relais liegt. Bei Dreiphasenkurzschluß gehen alle Kontakte 15, 17, 17 und 19 in Arbeitsstellung. Das Relais liegt dann an der Spannung zwischen den Klemmen R₂ und T₂.

Bei Einphasenkurzschluß des Phasenleiters 6" bleiben die Kontakte 15 und 16 und 17 in Ruhe, die Kontakte 18 und 19 gehen in die Arbeitsstellung. Das Relais erhält die Spannung zwischen S₂ und O auf dem Wege ,S₂, 24, 18, 22, 17, 2i, 11, 12, 20, 15, 25, i6, 23, 0. Beim Einphasenkurzschluß der Phase T gehen nur die Kontakte 16 und 17 in die Arbeitsstellung, so daß also die Spannungsspulen 11 und 12 von T₂ über 17, 21, 11, 12, 20, 15, 25, 16,22, 18, 23, 0 an die Phasenspannung des Leiters T gelegt werden. Beim Zweiphasenkurzschluß zwischen 6* und T werden die Kontakte 18, 19, 16 und 17 in Arbeitsstellung gebracht, während Kontakt 15 in Ruhe bleibt. Die Spannungsspulen erhalten dann ihre Erregung auf dem Wege S₂, 24, 18, 12, 16, 25, 15, 20, 11, 12, 21, 17, T₂. In allen Fehlerfällen erhalten also die Spannungsspulen die Spannung des Fehlerkreises. Man kann selbstverständlich durch Vertauschung der Anschlußklemmen für den So Spannungskreis auch erreichen, daß die Spannungsspule stets die der zusammengebrochenen Phase gegenüberliegende Spannung erhält. Diese Spannung wäre beispielsweise für die Erregung des Richtungsrelais geeignet. Man wird dem Relais dagegen die Spannung· des Fehlerskreises zuführen, wenn die Große dieser Spannung für die Erzielung der Selektivität hinzugezogen wird.

Für diesen letzteren Fall sind in den Spannungskreisen ferner noch zwei Widerstände und 31 vorgesehen, deren Aufgabe es ist, bei unsymmetrischem, also ein- und zweiphasigem Kurzschluß die Höhe der Spannung an den Relais ir und 12 um etwa 15 °/o zu verkleinern.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Schutzschaltung für ein Dreiphasensystem mit Nulleiter oder mit geerdetem Nullpunkt, bei welcher der Strom jedes Phasenleiters für die Schutzeinrichtung benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung aller möglichen Kurzschlußfälle, insbesondere auch der einphasigen Kurzschlüsse, nur ein einziges vom Strom abhängiges Auslöserelais (6) vorgesehen ist, welches durch Umschaltrelais (r_t, A₁) derart geschaltet wird, daß es stets nur einen Phasenstrom eines einzigen Phasenleiters führt. 9°"
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwerk in bestimmte Phasen bevorzugt eingeschaltet wird.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöserelais (6) normalerweise in dem Sekundärkreis des einen (S₁) der drei von Phasenströmen erregten Stromwandler liegt, aber durch Umschaltrelais Cr₁, J₁), welche von je einem Sekundärstrom der Phasenwandler der beiden anderen Phasen (R₁, T₁) erregt werden, bei Ansprechen eines bestimmten von diesen beiden Umschaltrelais stets den Strom der zugehörigen Phase erhält, und nur bei Ansprechen des anderen Umschaltrelais allein vom Strom in diesem Phasenleiter gespeist wird.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwandler des einen Phasenleiters (R) ein Umschaltrelais (T₁) speist, das beim Ansprechen den Strom dieses Wandlers über das Relais leitet und gleichzeitig· für den Sekundärstrom eines der anderen Wandler einen am Relais vorbeiführenden Kurzschlußweg schließt.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig außer der Umschaltung des Strompfades auch eine Umschaltung des Spannungspfades vorgesehen ist, durch welche

   der Spannungskreis des Auslöserelais je nach dem vorliegenden Kurzschlußfall an die Spannung des Fehlerkreises gelegt wird.
6. 6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei unsymmetrischen Kurzschlüssen die dem Auslöserelais zugeführte Spannung des Spannungskreises zweckmäßig von einem Vorschaltwiderstand um etwa 15 °/₀ verkleinert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen