DE611958C - Distanzabhaengige Schutzeinrichtung fuer dreiphasige Netze - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM H. APRIL 1935

R'EICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 68 so

A 68024 VIIIbJsι c Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 21. März

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*) Distanzabhängige Schutzeinrichtung für dreiphasige Netze

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Dezember 1932 ab

Zum Schütze für dreiphasige Netze hat man bereits empfohlen, ein einziges Relais anzuordnen, dessen Strom- und Spannungswicklungen jeweils so geschaltet werden, daß sie immer vom Fehlerstrom bzw. von der vom Fehler betroffenen Spannung erregt werden. Derartige Einrichtungen sind für Netze mit starr geerdetem Sternpunkt nicht geeignet, da sie Kurzschlüsse zwischen Phase und Erde nicht richtig erfassen.

Um auch für starr geerdete Netze mit einem einzigen Distanzrelais auszukommen, schlägt die Erfindung vor, Schaltvorrichtungen anzuordnen, welche die beim Kurzschluß zwischen den Phasen vom Phasenstrom erregten Stromwicklungen beim Auftreten eines Erdschlusses in den Asymmetriestromkreis schalten und gleichzeitig die Spannungsspule an die Erdschlußspannung legen.

In Abb. r ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. An die Netzleitung RST sind drei Stromwandler 1, 2, 3 eingebaut, die in Asymmetrieschaltung über die Stromspulen H des Anwurfelementes und F des Zeitablaufgliedes eines Distanzrelais sowie die Stromspule D eines Erdschlußrelais verbunden sind. Unmittelbar in Serie mit den Strom wandlern 1 und 3 sind Anregerelais A und C derart eingebaut, daß sie vom Phasenstrom beeinflußt werden. Die Distanzrelaiswicklungen F und H sind mit ihren Endpunkten weiterhin über einen Umschalter ^₁ an zwei in Achterschaltung liegende Stromwandler 4 und 5 gelegt. Der Umschalter d_± wird vom Erdschlußrelais D derart betätigt, daß er die Stromwandler 4, 5 bei Erdschluß kurzschließt. Parallel zum Distanzrelais ist eine Impedanz S gelegt, welche beim gleichzeitigen Ansprechen der Relais A und C eingeschaltet wird. Der Betätigungskontakt ist dementsprechend mit den kleinen Buchstaben α -\- c bezeichnet.

Die Spannungsspule E des Distanzrelais ist über verschiedene Kontakte a, c, d₂, d_a an einen Spannungswandler 6 geschaltet. Die Kontakte werden dabei von denjenigen Relais betätigt, die mit denselben Buchstaben, aber in großer Schrift, bezeichnet sind. Die Kontakte des Spannungskreises sind dabei so angeordnet, daß die Spannungsspule bei einem Kurzschluß zwischen den Phasen an die vom Fehler betroffenen Phasen gelegt wird, bei einem Phasenerdschluß zwischen die fehlerbehaftete Phase und Erde.

Bei einem zweiphasigen Kurzschluß zwisehen den Phasen RS wird den Wicklungen F und H über den Wandler 4 der Kurzschlußstrom der Phase R zugeführt. Das Überstromrelais A spricht an und schaltet durch Betätigung seines Kontaktes α die Spannungsspule U an die Spannung r-s. Bei einem Kurzschluß zwischen den Phasen ST erhalten

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

Walter Diesendorf in Wien.

die Stromspulen des Distanzrelais über den Wandler 5 den Strom der Phase T zugeführt und durch Betätigung" des Kontaktes c die Spannung t-s. Bei zweiphasigem Kurzschluß RT liefern die Wandler 4 und 5 den doppelten Kurzschlußstrom. Damit aber dieser nicht auch in dem Relais wirksam wird, wird der Kontakt a + c betätigt und damit ein Nebenschluß zu dem Relais gelegt, welcher den Kurzschlußstrom auf die Hälfte vermindert. Die Betätigung des Kontaktes a + c kann dabei durch elektrische oder mechanische Abhängigkeit der beiden Relais A und C leicht erreicht werden. Die Spannungsspule B wird bei einem Kurzschluß zwischen R und T infolge der Betätigung der Kontakte α und c an die Spannung r-t gelegt. Bei dreiphasigem Kurzschluß werden die drei Kontakte a, c und a-\-c. betätigt, so daß die Stromspule den halben verketteten Strpm und die Spannungsspule die Spannung zwischen R und T zugeführt erhält. Das Relais mißt somit bei allen Phasenkurzschlüssen die doppelte Phasenimpedanz zwischen Reläiseinbauort und Kurzschlußstelle.

Bei einem Kurzschluß zwischen Phase und Erde spricht in allen Fällen das Relais D an und betätigt die Kontakte (Z₁ und <i₂ sowie d₃. Dadurch werden die Stromspulen F und H des Distanzrelais von den Wandlern 4 und 5 abgeschaltet, so* daß sie lediglich vom Asymmetriestrom erregt werden. Die Spannungsspule B wird gleichzeitig über d₂ an den Nullpunkt O des Spannungswandlers gelegt und über die Kontakte a, c und d_a an die jeweils vom Fehler betroffene Phase.

Hierbei ist angenommen, daß bei Kurzschlüssen der Strom auf dem Wege vom Einbäuort des Selektivrelais bis zur Kurzschlußstelle dieselbe Impedanz im Phasenleiter vorfindet wie auf dem Rückwege durch Erde bzw. durch einen Nulleiter. Dies trifft auch im' "allgemeinen zu. Nur wenn Kurzschlußreaktanzen in das Netz eingebaut sind, durchläuft der Strom bei zweiphasigem Kurzschluß auf seinem Hin- und Rückweg durch die Phasenleitungen zweimal die Leitungsimpedanz und zweimal die Spulenimpedanz, bei einphasigem Kurzschluß dagegen auf dem Hinweg nur einmal die Leitungsimpedanz und die Spulenimpedanz und auf dem Rückweg die Erdleitung, welche gleich der Leitungsimpedanz gesetzt werden kann. Die Impedanz der Reaktanzspule ist also in diesem Falle nur einmal wirksam. Infolgedessen mißt das Selektivrelais bei Erdschluß eine zu geringe Fehlerentfernung gegenüber bei Kurzschluß. Um dies zu vermeiden, wird bei einem Erdschluß der in den Stromwicklungen des Distanzrelais wirksame Strom gegenüber dem tatsächlichen Wert des Asymmetriestromes im selben Verhältnis verkleinert, in dem die Impedanz der Stromschleife Z-\- Z_E bei Erdkurzschluß zur Impedanz der Stromschleife 2 Z bei zweiphasigem Kurzschluß steht. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die Wandler i, 2 und 3, welche den Asymmetriestrom liefern, ein, entsprechend größeres Übersetzungsverhältnis erhalten als die Wandler 4 und 5, welche die Phasenkurzschlußströme abnehmen. Bei Verwendung von Stromwandlern gleicher Übersetzung kann dasselbe Ziel durch Einschalten eines Zwischenstromwandlers mit entsprechendem Übersetzungsverhältnis in den Asymmetriestromkreis erreicht werden. Der Unterschied der Impedanzen bei zweipoligem Kurzschluß 2 Z und Erdkurzschluß Z-{-Ze kann aber auch durch Erhöhung der zugeführten Erdspannungen berücksichtigt werden. Einem Zwischenspannurigswandler ist eine Übersetzung 2 Z : Z + Zg zu geben.

Man kann auch das Distanzrelais mit zwei Stromwicklungen ausrüsten, derart, daß die eine im Asymmetriestromkreis liegt, die andere an den· Stromwandlern 4 und S in der gezeichneten Schaltung. Die Anordnung der Kontakte ,bleibt, aber dieselbe. Es ist auch weiterhin 'möglich, bei der Ausbildung der Wicklungen ;die verschiedene Impedanz bei einem Kurzschluß zwischen den Phasen und einem Kurzschluß zwischen einer Phase und Erde zu berücksichtigen.

■ Um nun die Anordnung zu verbilligen, ist es/möglich, mit drei Hochspannungsstromwandlern auszukommen, wie in Abb. 2 gezeigt ist. Die Wandler 4.und 5 "werden in diesem Falle in den Sekundärkreis der-Wandler 1 und 3 gelegt -.unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses,; Im übrigen bleibt die Schaltung dieselbe. · Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 2 sind statt der Überstromanriegenelais A und C Unterspannungsanregerelais A', C vorgesehen. Ferner besitzt das Anwurfelement des Distanzrelais außer der Stromwicklung H eine Spannungswicklung· G, wodurch ein spannungsabhängiger Überstromanwurf erzielt wird, wie er in Netzen mit schwankendem Kurzschlußstrom erwünscht ist. Bei Ansprechen des Anwurfrelais schließt- sich der Kontakt h, und dadurch wird die Spannungsspule B erregt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 3 sind nur drei Stromwandler 1, 2, 3 erforderlieh. Diese sind m Stern geschaltet und über Anregeglieder A, B, C zu einem weiteren Sternpunkt 'vereinigt, der über die Stromwicklungen des Distanzrelais F und; if sowie über die Stromspule D des Erdschluß relais mit dem ersten Sternpunkt der Wandler verbunden ist. In die Verbindungsleitung des

Anregerelais B mit dem Distanzrelais ist nun ein Umschalter ^₁ eingebaut, der von dem Erdsehlußrelais D betätigt wird. Die Kontakte di' und J₁" sind äff die Anschlußpunkte des Distanzrelais gelegt. In der Verbindungsleitung-des Anregerelais C befindet sich ein Umschalter f, dessen Kontakt t' an einer Klemme des Anregerelais B liegt und dessen Kontakt t" mit dem Distanzrelais verbunden

ίο ist. Der Umschalter t wird dann betätigt, wenn ein Kurzschluß zwischen den Leitungen S und T auftritt. Um dies -zu erreichen, ist ein_: Zwischenrelais T_t; vorgesehen, in dessen Erregerkreis ein von: dem Relais A betätigter Ruhekontakt α sowie ein von dem Relais C betätigter Arbeitskontakt c liegt. Das Relais T₁ wird erregt, wenn zwar das Relais C anspricht, also ein Überstrom in der PhaseT vorhanden ist, wenn aber nicht gleichzeitig auch der Überstrom in der Phase R auftritt. Es ist natürlich möglich, an Stelle der gezeichneten elektrischen eine mechanische Verriegelung vorzunehmen. ·

Die Spannungswieklung B' des Distanzrelais

ist über Umschaltkontakte -d₂, a, b, c und α -+- c riiit den Klemmen des Spannungswandlers 6 verbunden. Die Kontakte werden durch die mit gleich großen Buchstaben bezeichneten Relais aus den gezeichneten Ruhestellungen umgelegt. Die Kontaktanordnung im Spannungskreis unterscheidet sich von der Abb. ι im wesentlichen dadurch, daß der Kontakt a + c vorgesehen ist, der an einem Punkt O' eines Hiifswandlers 7 geführt ist.

Dieser dient dazu, dem Relais bei einem dreipoligen Kurzschluß die Spannung r-o' zuzuführen, welche dieselbe Phasenlage hat wie die Spannung r-o, aber mit Hilfe des Zwischenwandlers 7 auf den doppelten Wert vergrößert ist. Dadurch wird erreicht, daß das Selektivrelai-s ebenso wie bei zweipoligem Kurzschluß auch bei dreipoligem Kurzschluß 'die doppelte Phasenimpedanz (Fehlerentfernung) eines Leiters mißt.

Im einzelnen ergibt sich folgende Arbeitsweise der Anordnung: Bei einem zweipoligen Kurzschluß zwischen den Phasen R' und 5¹ sowie zwischen den Phasen R und T, ferner bei einem dreipoligen Kürzschluß wird keiner der im Stromkreis liegenden Umschalter d_x und t betätigt. Das Distanzrelais erhält somit in all diesen Kurzschlußfällen den Strom der Phase R, und die Spannungsspule E wird dabei jeweils zwischen die vom Fehler betroffenen Phasen gelegt, und zwar bei einem Kurzschluß zwischen R und S durch Betätigung der Kontakte α und b zwischen r und s, bei einem Kurzschluß zwischen R und T durch Betätigung des Kontaktes α zwischen r und t. Die Betätigung der Kontakte c und α -f- c ist dabei wirkungslos. Bei dreipoligem Kurzschluß wird dagegen infolge der zusätzlichen Betätigung des Kontaktes & die Spannungsspule B zwischen - r und den Punkt O' gelegt, so daß das Relais, wie bereits auseinandergesetzt, die doppelte Phasenspannung erhält.... Bei einem Kurzschluß zwischen den Phasen S und T wird dagegen das Relais T erregt und somit der Kontakt t und i"-umgeschaltet.: Infolgedessen wird außer dem Strom- wandler ι auch der Stromwandler 3 an das Distanzrelais gelegt. Da aber Phase R einen Kurzschlußstrom nicht führt, ist in dem Distanzrelais lediglich der Strom der PhaseT wirksam. - Die Spannungswicklung E wird in 'diesem Kurzschlußfall durch .Betätigung der Kontakte & und c an die "Spannung zwischen s und t gelegt.

Bei jedem Kurzschluß zwischen einer Phase und Erde werden die Kontakte U₁ und d.,' umgelegt. Gleichgültig, ob der Kontakt* betätigt wird, sind in diesem Falle die Wicklungen F und H zwischen die beiden Sternpunkte der Wandler 1, 2 und 3 gelegt. Sie werden also vom Asymmetriestrom erregt. Durch die Betätigung- des Kontaktes d₂. und der. Kontakte α, & und c, je nach der vom Erdkurzschluß betroffenen Phase, wird gleichzeitig die Spannungsspule E jeweils an diejenige Phasenspannung gelegt, die den Erdschlußstrom führt. Das Relais mißt auch bei einem Erdkurzschluß ebenso- wie bei einem Phasenkurzschluß die doppelte Phasenimpedanz. Die Spannungsspule E wird bei dem gezeichneten Beispiel dadurch an Spannung gelegt, daß . das Anwurfrelais, zu dem die Stromspule H und die Spannungsspule G gehört, anspricht und den Kontakt C betätigt. Nach Erregung der SpuleE wird das Distanzrelais in Gang gesetzt.

Der Kontakt t kann auch normalerweise an - t" gelegt sein. Er muß auf f nur dann umgeschaltet werden, wenn A anspricht. Da- " durch wird eine besondere Verriegelung erspart, ebenso ein besonderes Hilfsrelais T₁; der Kontakt t kann in dem Relais A selbst untergebracht werden.

Beider Schaltanordnung in Abb. 4 sind zur "^ Gewinnung der Fehlerströme drei auf einem gemeinsamen Eisenkern liegende Wicklungen no F₁, F₂, F_s angeordnet, F₁ und F₂ sind fest zwischen die drei Wandler gelegt, und zwar F₁ zwischen die Wandler 1 und 2, F₂ zwischen 2 und 3. Der gemeinsame Verbindungspunkt zwischen F₁ und F₂, der an die Phased 1x5 gelegt ist,· ist über einen Kontakt O₁, der von dem Relais B derselben Phase »S¹ betätigt wird, normalerweise tnit dem Sternpunkt der Wandler verbunden, bei Betätigung des Kontaktes A₁ unter Zwischenschaltung der Wicklung F_s. iao EinNebenschiußwiderstandvS' ist zwischen die nicht miteinander verbundenen- Endpunkte

der Wicklungen F₁ und F₂ über einen Kontakt a + c gelegt, der bei gleichzeitigem Ansprechen der Relais A und C geschlossen wird. Die Spannungswicklung E ist über die Kontakte a, b, c und d an den Spannungswandler 6 so gelegt, daß jeweils die vom Fehler betroffene Phasen- oder verkettete Spannung in dem Relais wirksam wird.

Bei einem Kurzschluß zwischen den Phaseni? und ,S" erscheint der Fehlerstrom nur in der WicklungP₁. Die Relais^ und B schalten um. Da aber ein Asymmetriestrom nicht vorhanden ist, bleibt die Betätigung des Kontaktes C₁ ohne Wirkung. Im Spannungskreis wird nun durch Betätigung des Kontaktes α die Spannungsspule E zwischen r und ί gelegt. Die Umschaltung des Kontaktes 5₂ ist ohne Wirkung. Ein Kurzschluß zwischen den Phasen S und T ruft einen Strom in der ao Wicklung F₂ hervor. Auch hier bleibt die Umschaltung der Kontakte S₁ und b_s ohne Bedeutung. Im Spannungskreis wird der Kontakt c umgelegt und dadurch die Spannungsspule E zwischen s und' t geschaltet. Bei einem Kurzschluß zwischen T und R tritt Strom in F₁ und F₂ auf. Dadurch, daß aber durch Betätigung des Kontaktes a + c der Nebenschluß 5 eingeschaltet wird, wird der Strom auf die Hälfte vermindert, d.h. auf denselben Wert wie bei den Kurzschlußfällen zwischen 5 und T und 6" und R. Im Spannungskreis legen die Kontakte α und c die Spannungsspule £ zwischen r und t.

Bei einem dreiphasigen Kurzschluß sind die Bedingungen dieselben wie bei einem Kurzschluß zwischen R und T. Die Betätigung der Kontakte b_t und b₂ bleibt bedeutungslos.

Bei einem Erdschluß zwischen den Phasen R und O tritt der Fehlerstrom in der Wicklung Fi, bei einem Erdschluß zwischen T und O in der WicklungF₂ auf; bei einem Erdschluß zwischen S und O wird der Kontakt b± betätigt und dadurch die Wicklung F₃ eingeschaltet, die allein den Fehlerstrom führt. Im Spannungskreis erfolgen, wie leicht an Hand der Abbildung zu ersehen ist, diejenigen Umschaltungen, welche die Spannungsspule E jeweils zwischen die vom Fehler betroffene Phase und Erde legen.

Die Anordnung hat den übrigen Ausführungsbeispielen gegenüber den Vorteil, daß der Umschaltkontakt im Stromkreis b_± nur in einem einzigen Kurzschlußfalle in Tätigkeit tritt, so daß die Einrichtung die doppelte Sicherheit bietet.

Die Wicklungen F₁, F₂, F₈ können unmittelbar dem Distanzrelais angehören oder auch einem Zwischenwandler, an dessen Sekundärwicklung das Distanzrelais angeschlossen wird.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Distanzabhängige Schutzeinrichtung für dreiphasige Netze mit starr geerdetem Sternpunkt, gekennzeichnet durch Schaltvorrichtungen, welche die Stromspulen (F, H) eines einzigen Distanzrelais an zwei in Achterschaltung angeordnete Stromwandler (4, 5) und an drei in Summenschaltung angeordnete Stromwandler (1, 2, 3) derart schalten, daß die Amperewindungen bei Kurzschlüssen zwischen den Phasen von den Phasenströmen, bei Erdschlüssen dagegen von dem Asymmetriestrom hervorgerufen werden, und welche gleichzeitig die Spannungsspulen (E) derart steuern, daß ihnen bei Kurzschlüssen zwischen den Phasen die verkettete Spannung der betroffenen Phasen, bei Erdschlüssen dagegen die Erdschlußspannung der betroffenen Phase zugeführt wird.
2. 2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwicklungen des Distanzrelais, die normalerweise an in Achterschaltung liegende Stromwandler (4, 5) zweier Phasen eines Dreiphasennetzes geschaltet sind, durch das Ansprechen eines in der Sternpunktleitung dreier in Summenschaltung liegender Stromwandler angeordneten Erdschlußrelais (D) in Serie mit diesem Erdschlußrelais (D) gelegt werden (Abb. I und 2).
3. 3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Lieferung des Differenzstromes dienenden Wandler (4, 5) im Sekundärkreis der Asymmetriewandler (1, 2, 3) angeordnet sind (Abb. 2).
4. 4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwicklungen des Distanzrelais aus drei auf einem gemeinsamen Eisenkern angeordneten Wicklungen (F₁, F₂, F₃) bestehen, von denen zwei (F₁, F₂) zwischen die freien Anschlußpunkte dreier in Stern geschalteter Wandler gelegt sind, deren gemeinsamer Verbindungspunkt normaler- no weise mit dem Sternpunkt der Wandler verbunden ist, beim Auftreten eines Überstromes in derjenigen Leitung (S), deren Stromwandler (2) zu dem gemeinsamen Verbindungspunkt geführt ist, jedoch an die dritte, mit dem Sternpunkt der Wandler verbundene Wicklung (F₃) des gemeinsamen Eisenkreises gelegt wird (Abb. 4). ·
5. 5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Stromwicklungen des Distanz-

   relais ein Widerstand (S) gelegt ist, der bei einem Kurzschluß zwischen den mit Stromwandlern (4,5) inDifferenzschaltung ausgerüsteten Phasen (R, T) eingeschaltet wird, derart, daß in den Stromwicklungen nur der halbe DifFerenzstrom fließt (Abb. i, 2, 4).
6. 6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwicklungen (F, H) des Distanzrelais mit ihrem einen Ende an den freien Anschlußpunkt des Stromwandlers (1) einer Phase (R) von drei in Stern geschalteten Stromwandlern, mit dem anderen Ende an den Sternpunkt der Stromwandler sowie an den einen Kontakt (O₁') eines Umschalters (^₁) gelegt sind, der normalerweise dieses Ende an den Verbindungspunkt der freien Stromwandleranschlüsse der anderen Phasen (S, T) legt, beim Auftreten eines Erdschlusses jedoch diese Verbindung aufhebt und die freien Anschlüsse aller drei Stromwandler an seinem anderen Kontakt ((I₁") zusammenschließt (Abb. 3).
7. 7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 6 für Netze mit Kurzschlußreaktan

   zen, dadurch gekennzeichnet, daß der bei einem Erdschluß in den Stromwicklungen des Distanzrelais wirksame Strom gegen- 30 über dem tatsächlichen Wert des Asymmetriestromes im Verhältnis der Impedanz der Kurzschlußschleife bei Erdschluß zur Impedanz der Kurzschlußschleife bei zweipoligem Kurzschluß ver- 35 kleinert ist.
8. 8. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 6 für Netze mit Kurzschlußreaktanzen, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einem Erdschluß in der Spannungswicklung, des Distanzrelais wirkende Erdspannung im Verhältnis der Impedanz der Kurzschlußschleife bei zweipoligem Kurzschluß zur Impedanz der Kurzschlußschleife bei Erdschluß vergrößert ist.
9. 9. Schutzeinrichtung nach .Anspruch 1 bis 8 mit spannungsabhängigem Uberstromanwurf, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzrelais (F, E) selbst ein Unterimpedanzanregeglied (H, G) besitzt, weldhem dieselben Spannungen und Ströme zugeführt werden wie dem Zeitablaufglied, und daß die Anregeelemente (A, C) unterspannungsabhängig sind (Abb. 2).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen