DE614650C

DE614650C - Fault protection device in electrical systems

Info

Publication number: DE614650C
Application number: DE1930614650D
Authority: DE
Inventors: Dr Raoul Willheim
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1930-06-15
Filing date: 1930-06-15
Publication date: 1935-06-13

Description

Fehlerschutzeinrichtung in elektrischen Anlagen Man unterscheidet beim selektiven Fehlerschutz heute zwei .in der Regel auf getrennte Elemente aufgeteilte Funktionen: Die Anregung und die Auswahl. Dementsprechend sind Selektivrelais meist mit einem Anregeglied, das bei bestimmten Verhältnissen im Netz die Überwachungseinrichtungen in Gang setzt, und einem, Auswahlglied, das durch seinen Ausschlag oder durch seinen Ablauf den abzuschaltenden Netzteil auswählt, ausgerüstet. Als derartige Relais sind spannungsabhängige Zeitrelais, fest gestaffelte Zeitrelais, Rückleistungsrelais, Distanzrelais u. dgl. bekannt.Fault protection devices in electrical systems One differentiates With selective error protection nowadays two, usually divided into separate elements Functions: The suggestion and the choice. Accordingly, selective relays are mostly with a stimulus element that, under certain conditions in the network, the monitoring devices sets in motion, and a, selection member, which by his rash or by his Sequence selects the power supply unit to be switched off, equipped. As such a relay are voltage-dependent timing relays, staggered timing relays, reverse power relays, Distance relay and the like known.

Beim Distanzrelais wirken beispielsweise beide Systeme in der Weise zusammen, daß: die Freigabe durch ein strömabhängiges Anregeglied und die Auswahl in Abhängigkeit von der Energierichtung, und, von der' Entfernung der Fehlerstelle erfolgt. Die Zeitentfernungsabhängigkeit kann auf dem Wege über eine Zeitimpedanzabhängigkeit des Relais gewonnen werden. Um nun aber bei der Erfassung der zwischen Relais und Fehlerstelle liegenden Impedanz den Lichtbogen auszuscheiden, hat man das Relais reaktanzabhängig ausgebildet, beispielsweise in der Weise, daß nur die Blindkomponente sin 97 der Impedanz zur Wirkung kommt.In the case of the distance relay, for example, both systems work together in such a way that: the release is made by a flow-dependent excitation element and the selection takes place as a function of the direction of energy, and, on the 'distance of the fault location. The time-distance dependency can be obtained by way of a time-impedance dependency of the relay. In order to eliminate the arc when detecting the impedance between the relay and the fault location, the relay has been designed to be reactance-dependent, for example in such a way that only the reactive component sin 97 of the impedance comes into play.

Man hat bei solchen Relais auch die An-Wendung einer gleichfalls impedanzabhängigen Anregung versucht. Diese besitzt gegenüber einer rein stromabhängigen Anregung scheinbar den Vorteil größerer Unabhängigkeit von den Betriebsverhältnissen; dafür bringt sie aber den Nachteil mit sich; daß Lichtbogenkurzschlüsse eine höhe Impedanz vortäuschen können, die durchaus in der Größenordnung der Betriebsimpedanz liegen kann, so daß die Sicherheit des richtigen Ansprechens unter der ungenügenden Abgrenzung der Bedingungen des gestörten und des normalen Betriebes leidet. Bei einem Anregeglied, das so ausgebildet ist, daß an Stelle der Unterschreitung einer gewissen Impedanz das Absinken einer Impedanzkomponente das Kriterium für das Ansprechen ist, sind diese Schwierigkeiten ebenfalls nichtbeseitigt; denn beim störungsfreien Betrieb mit dem Leistungsfaktor eins ist die Blindkomponente des Scheinwiderstandes gleich Null; die Anregeelemente kommen infolgedessen fälschlich zum Ansprechen.. Die Abhängigkeit der Anregeglieder von der Impedanz ist auch deswegen nicht zweckmäßig, weil von einer unteren Grenze der Impedanz, welche den normalen Betrieb vom gestörten scheidet, nicht gut gesprochen werden- kann. Man wird bei gleicher Spannung und größerem Maschineneinsatz unbedenklich größeren Strom, also kleineren Scheinwiderstand der Belastung zulassen, ebenso unter Umständen, beispielsweise bei Ausfall eines Stranges einer Doppelleitung, den Betrieb mit einer Belastung eines bestimmten Leitungsstranges vom Doppelten des Nennstromes aufrechterhalten. Da der normale Betrieb also nicht durch Kontrolle der Impedanz beurteilt werden kann, ist vorgeschlagen worden, als Kennzeichen des Überganges in den gestörten Betrieb und -damit als Ansprechwert für das Anregeglied das Absinken der Betriebsspannung in der Umgebung der Fehlerstelle zu wählen. Aber auch hier ist insbesondere bei hochohmigen Lichtbogenkurzschlüssen, die sich nicht anders als eine Überlastung auswirken, eine Grenze gegen die normalerweise unter- verschiedenen Belastungsverhältnissen zulässigen Spannungsschwankungen kaum zu ziehen. Mit kombinierten stromspannungsabhängigen Ansprechcharakteristiken des Anregegliedes lassen sich diese Schwierigkeiten zum Teil umgehen, jedoch nicht prinzipiell beseitigen.One has at such a relay also tried to use an impedance-dependent excitation. Compared to a purely current-dependent excitation, this apparently has the advantage of greater independence from the operating conditions; on the other hand, it has the disadvantage; that arcing short-circuits can simulate a high impedance, which can be in the order of magnitude of the operating impedance, so that the reliability of the correct response suffers from the inadequate delimitation of the conditions of disturbed and normal operation. In the case of an excitation element which is designed in such a way that, instead of falling below a certain impedance, the decrease in an impedance component is the criterion for the response, these difficulties are also not eliminated; because in trouble-free operation with a power factor of one, the reactive component of the impedance is zero; as a result, the excitation elements respond incorrectly. The dependency of the excitation elements on the impedance is also not appropriate because a lower limit of the impedance, which separates normal operation from the disturbed one, cannot be spoken of well. With the same voltage and greater use of the machine, a harmlessly larger current, i.e. a lower impedance of the load, will be allowed, and under certain circumstances, for example, if one strand of a double line fails, operation will be maintained with a load on a certain line strand of twice the nominal current. Since normal operation cannot be assessed by checking the impedance, it has been proposed to select the drop in operating voltage in the vicinity of the fault location as the characteristic of the transition to disturbed operation and thus as the response value for the exciter. But here, too, especially in the case of high-resistance arc short circuits, which have no other effect than an overload, a limit can hardly be drawn against the voltage fluctuations normally permissible under different load conditions. With combined current-voltage-dependent response characteristics of the excitation element, these difficulties can be avoided in part, but not eliminated in principle.

Man hat daher bereits versucht, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß man bei Anordnungen mit derartigen Anregegliedern das Auswahlglied in der Weise ausgebildet hat, daß es von der Gegenkomponente einer Netzgröße beeinflußt wird. Man ist dabei von der Erkenntnis ausgegangen, daß alle Arten von Fehlern, solche mit und ohne Erdberührung, mit und ohne Lichtbogen, mit der einzigen Ausnahme des metallischen dreipoligen Kurzschlusses, sich vom ungestörten Zustand dadurch unterscheiden, daß eine unausgeglichene Belastung entsteht. Da man nun annahm, daß der Unsymmetriegrad der Netzgrößen, wodurch' sich eine unsymmetrische Belastung ausdrückt, mit Annäherung an die Fehlerstelle wächst, hat man das Auswahlglied so ausgebildet, daß es an der Stelle stärkster Unsvmmetrie die kürzeste Ablaufzeit besitzt, um so eine selektiv richtige Auslösung herbeizuführen. Dieses Verfahren krankt aber daran, daß bei dreiphasigen Lichtbogenkurzschlüssen der Grad der Unausgeglichenheit verhältnismäßig geringe Werte annehmen kann, so daß lange Auslösezeiten zustande kommen. Bei dreiphasigem metallischem Kurzschluß erfolgt sogar überhaupt keine Auslösung.Attempts have therefore already been made to avoid these disadvantages by that in arrangements with such excitation members, the selection member in the way has developed that it is influenced by the negative component of a network size. It was based on the knowledge that all kinds of errors, such with and without earth contact, with and without arcing, with the only exception of the metallic three-pole short circuit, differ from the undisturbed state in that that an unbalanced load arises. Since it was now assumed that the degree of asymmetry of the network sizes, which expresses an unsymmetrical load, with approximation grows to the point of failure, the selection member has been designed so that it is at the The strongest asymmetry has the shortest expiry time, so one is selective to bring about proper release. This method suffers from the fact that with three-phase Arc shorts the degree of imbalance is relatively low Can assume values so that long tripping times occur. With three-phase metallic short-circuit, there is even no tripping at all.

Diese Nachteile der bekannten Anordnungen werden erfindungsgemäß dadurch vermieden' daß das Auswahlglied von irgendeiner Betriebsgröße des Netzes, und zwar von ihrem vollen Wert oder ihrer Mitkomponente beeinflußt wird, während das Anregeglied unter dem Einfluß der Gegenkomponente derselben oder irgendeiner anderen Betriebsgröße steht. Distanzrelais werden zweckmäßig so ausgebildet, daß das Auswahlglied -von. der Impedanz, das Anregeglied von, der Gegenkomponente der Impedanz oder der Spannung oder dem Strom oder der Leistung abhängig ist. Das Anregeglied wird dann bei allen Fehlern zuverlässig arbeiten. Selbst ein Lichtbogenkurzschluß, dessen Impedanz so hoch ist, daß eine Unterscheidung von den Strom- und Spannungsverhältnissen des normalen Betriebes nicht möglich ist, wirkt sich nämlich eindeutig als unausgeglichene Last aus. Auch bei dreiphasigem Lichtbogenkurzschluß, wie er durch - das Übergreifen eines zwischen zwei Phasen brennenden Lichtbogens zustande kommen kann, ist die Ausbildung einer unausgeglichenen Belastung unvermeidlich. Diese Kombination sichert eine selektive Auswahl der betroffenen Teilstrecke einerseits und eine eindeutige Erfassung des Auftretens gestörter Verhältnisse andererseits.According to the invention, these disadvantages of the known arrangements are thereby eliminated avoided 'that the selector of any operational size of the network, namely is influenced by its full value or its co-component as the stimulating limb under the influence of the opposite component of the same or any other operational variable stands. Distance relays are expediently designed so that the selection element -of. the impedance, the excitation element of, the negative component of the impedance or the voltage or depends on the current or power. The stimulus is then with everyone Errors work reliably. Even an arc short circuit with an impedance like this is high that a distinction between the current and voltage ratios of the normal operation is not possible, clearly acts as an unbalanced one Load off. Even with a three-phase arc short-circuit, as caused by - reaching over an arc burning between two phases can occur is that The development of an unbalanced load is inevitable. This combination secures a selective selection of the affected section on the one hand and a clear one Detection of the occurrence of disturbed conditions on the other hand.

Da die für die Beeinflussung des Anregegliedes verwendete Größe dem System und nicht jeder einzelnen Phase eigentümlich ist, kommt man mit einem einzigen Anregeglied für eine Relaisgruppe aus. Bei Heranziehung der Spannung zur Gewinnung der Anregegröße kommt man sogar mit einem einzigen Ariregeelement je Station oder je Sammelschienenabschnitt aus. Unter Umständen empfiehlt sich auch die Verwendung dieser Anregegröße als Zusatz zu solchen Anregegliedern, die nach dem Minimalimpedanzprinzip oder-mit _stromspannungsabhängiger Charakteristik arbeiten. Es werden dann auch die allerdings ganz seltenen Fälle des dreiphasigen metallischen Kurzschlusses noch miterfaßt. Um diese Vervollständigung der Wirkungsweise zu erzielen, genügt häufig auch die Kombination mit rein strom- oder spannungsabhängigen Anregegliedern oder die Hinzunahme eines zweiten, von der Mitkomponente abhängigen Anregegli.edes. Letzteres kann dann beispielsweise von einer Überschreitung des Normalwertes der Strommitkomp.onente oder einer Unterschreitung des Normalwertes der Spannungsmitkomponente ,abhängig gemacht -sein.Since the size used for influencing the excitation member System and not peculiar to every single phase, you come up with a single one Pickup element for a relay group. When using voltage for extraction the stimulus variable can even be achieved with a single Arire element per station or per busbar section. It may also be advisable to use it this excitation variable as an addition to such excitation elements that work according to the minimum impedance principle or-work with current-voltage-dependent characteristics. It will then too the very rare cases of the three-phase metallic short circuit included. In order to achieve this completion of the mode of action, it is often sufficient also the combination with purely current- or voltage-dependent excitation elements or the addition of a second stimulus depending on the positive component. The latter can then, for example, assume that the normal value of the electricity component is exceeded or an undershooting of the normal value of the voltage component be made.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Fault protection device in electrical systems. with selection (sequence) and excitation element, characterized in that the selection element is influenced by the full value or the positive component of any operating variable in the network, the excitation element, on the other hand, is under the influence of the opposing component of the same or any other operating variable in the network. z. Device according to Claim i for relays whose selection element is influenced by the impedance, characterized in that the excitation element sees the impedance, the currents, the voltages or the power under the influence of the negative component. 3. Device according to claim i and 2, characterized in that only a single excitation element is provided for all selection elements of a multi-phase system. q .. Device according to claim i to 3, characterized in that the ratio of the opposing component to the positive component of an operating variable of the network acts on the excitation element. 5. Device according to claim i to q. for relays with a current- or voltage- or current- and voltage-dependent excitation element, characterized in that an additional excitation is provided by the opposing component of an operating variable of the network.