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Einrichtung für den Selektivschutz von Transformatoren gegen Kurzschlüsse
mittels Impedanzzeitrelais Transformatoren können ebenso wie Leitungen gegen Kurzschlüsse
durch Impedanzzeitrelais oder auf dem gleichen Prinzip arbeitende Zeitrelais geschützt
werden. Diese Zeitrelais können so konstruiert und angeschlossen werden, daß sie
bei von den Sammelschienen gegen den Transformator gerichteter Kurzschlußenergie
nach möglichst kurzer fester Zeit t1 Kontakt geben, um somit bei Transformatorkurzschluß
letzteren rasch abzuschalten. Bei gegen die Sammelschienen gerichteter Kurzschlußenergie
lösen die Zeitrelais hingegen mit impedanzabhängiger Zeitverzögerung entsprechend
der Entfernung des Kurzschlusses aus. Falls sie nicht gleichzeitig als Leitungsrelais
dienen müssen, ist dann ihre Grundzeit t2 größer als die Grundzeit der Relais der
gegebenenfalls angeschlossenen Leitungen, um eine Staffelung gegenüber letzteren
Relais zu ermöglichen. Im allgemeinen wird es auch nötig sein, t2 ungleich t, zu
machen, um eine Staffelung der Transforinatorenrelais unter sich zu erreichen. Diese
Arbeitsweise der Relais kann, z. B. wenn das Zeitwählorgan der Relais gleichzeitig
als Richtungsorgan wirkt, wie folgt erreicht werden. Schlägt das Zeitwählorgan in
einer Richtung aus, so wird nach der kurzen Zeit t1 Kontakt gegeben. Schlägt es
in der anderen Richtung aus, so arbeitet das Relais als eigentliches Impedanzrelais
mit Grundzeit t2 und Staffelzeit in bekannter Weise. Falls das Richtungsrelais ein
besonderes Organ ist, so kann man es ebenfalls mit einem Kontakt versehen, der bei
Ausschlag des kelais in der einen Richtung nach der Zeit t1 anspricht. Bei Ausschlag
in der anderen Richtung gibt das Richtungsrelais das Impedanzrelais in der bekannten
Weise frei; letzteries arbeitet normal mit Grundzeit t2 und Staffelzeit. .
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Bei der beschriebenen Anschlußweise und Ausführung der Relais würden
bei einem -Kurzschluß in dem an einer Wicklung des Transformators angeschlossenen
Netz die Relais der übrigen Wicklungen infolge der dabei herrschenden Energierichtung
nach der kurzen Zeit t1 fälschlicherweise auslösen. Daher ist es erforderlich, die
Auslösekreise der Relais der verschiedenen Wicklungen voneinander abhängig zu machen,
so daß der Transformator erst dann abgeschaltet wird, wenn alle angelaufenen Relais
Kontakt gegeben haben. Da bei ltetzkurzschluß die Relais der am gestörten Netz angeschlossenen
Wicklung wegen der Energierichtung nicht zur Kontaktgabe kommen,, bleibt der Transformator
in Betrieb. Dies kann nun erfindungsgemäß
mittels Kontakte, die
von dem Ansprechorgan der Relais betätigt werden, beispielsweise: durch die im folgenden
beschriebenen Schaltungen, erreicht -werden. Dabei ist für alle Figuren ein DreiwicklungstransformatChr.-zugrunde
zu legen, abgesehen von Fig. i und Fig. q., die sich. nur auf einen Dreiwicklungstransformator
beziehen.
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Fig. i zeigt eine Schaltung für einen Zweiwicklungstransformator.
A und B sollen die den entsprechenden Impedanz- und Hilfsrelais zugeordneten Transformatorarted
oder Wicklungen andeuten. i sind die richtungsabhängigen Impedanzrelais, 2 die Schalterauslösespulen.
a ist ein Kontakt des Ansprechorgans, beispielsweise eines' -Über=' strom- oder
Minimalimpedanzelementes, tindb der Auslösekontakt des Ablauforgans -" des Relais,
der für die Wicklung B doppelt ausgeführt ist (b' und b"). Bei einem Kurzschluß
wird somit zunächst der Kontakt d des Ansprechorgans -geöffnet; die Kontaktgabe
erfolgt durch Schließen des Kontaktes b erst später, mindestens nach der Zeit t1
oder t2. Die Relais i betätigen die Auslösespulen 2 beider Ölschalter ientweder
direkt wie in Fig. i ioder über ein Zwischenschütz. Bei Kurzschluß im Transformatorfeld
geben beide Relais nach der Zeit t1 Kontakt (Kontakte b, b')
und schalten
den Transformator ab. Sprechen wegen fehlender Einspeisung die Relais einer der
beiden Wicklungen nicht an, s& wird der zugehörige Kontakt b nicht geschlossen,
dagegen bleibt dann auch der par.-allele Kontakt a geschlossen, so daß die Abschaltung
über diesen Kontakt vom Relais der anderen Wicklung bewirkt werden kann. Findet
der Kurzschluß außerhalb des' Transformators, z. B. im Netz (angeschlossen an Wicklung
B) statt, so wird zwar der zur Wicklung A .gehörige Kontakt b nach
-der Zeit t1 geschlossen, das Impedanzrelais der Wicklung B kommt, jedoch außer
bei einem Sammelschienenkurzschluß. nicht zur Kontaktgabe, so, daß der Transformator
nicht abgeschaltet wird. Bei SammelschienenkurzschlußB wird der Schalter 2 durch
Schließen des Kontaktes b' abgetrennt. Die Kontakte b' und b" können natürlich auch
auf ein Hilfsschütz, betätigt durch den Kontakt b des Im-,pedänzrelais i der Wicklung
B, wirken.
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Sind, wie üblich, die. Relais mehrpolig eingebaut, so werden die Kontakte
b bzw.. V
und b" der verschiedenen Phasen einer Wicklung. unter- sich parallel,
die Kontakt adagegen in Serie geschaltet. Dies gilt auch für die beiden im folgenden
beschriebenen Schaltungen.
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Für. . den Dreiwicklungstransformator gibt Fig. 2 die entsprechende
Schaltung. ° Hier sind für die- drei TransförmatorseitenA, B und C Hilfsschütze
3 und q. mit Kontakten c, d, e, f, g vorgesehen, da die Impedanzrelais sonst
zu viele Kontakte d und b benötigen würden. Die Wirkung der Schaltung ist genau
die gleiche wie bei der Schaltung nach Fig. i für den Zweiwicklungstransformator,
d. h. der Transformator wird nach der Zeit tl abgeschaltet, wenn der Kurzschluß
in seinem Felde, auftritt, dagegen nach der Zeit t.- bei Sammelschienenkurzschluß
auf irgendeiner Transformatorseite, und dies unabhängig =davon; ob der -Transformator
allseitig oder nicht allseitig eingespeist wird. Die Schalter-- auslösespulen 2
werden wie bei der Schaltung nach Fig i erregt. Falls die Impedanzrelais inehrpqlig
eingebaut sind, müssen selbstverständlich die Kontakte a (bzw._ b) eines
Satzes parallel geschaltet werden.
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Eine andere Ausführungsmöglichkeit für den Dreiwicklungstransformator
gibt Fig.3 an. -Hier fällt das dem Kontakt b entsprechende Hilfsschütz q.
der Fig. z weg, doch ist die Wirkungsweise der Schaltung identisch mit derjenigen
der Fig. 2. Z. B. bei -Kurzschluß im Transformatorfeld und allseitiger Einspeisung
wird der Transformator durch die in Reihe geschalteten Kontakte b aller Wicklungen
abgeschaltet. Spricht das Reläis i einer Wicklung wegen Fehlen der Einspeisung nicht
an, so ist der zugehörige Kontakt b durch die geschlossenen Kontakte e oder f überbrückt,
falls mindestens eines der Impedanzrelais i und somit eines der Hilfsschütze 3 der
anderen Wicklungen angesprochen hat und daher die Kontakte c oder d geschlossen
sind.
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Diese Schaltung läßt sich auch für den Zweiwicklungstransformatorverwenden.
Dann fallen die Kontakte d, f am Hilfsschütz 3 der ; Wicklung A und
die Kontakte c, e am Hilfsschütz-3 der Wicklung B weg. Für den Vierwicklungstransformator
sind dagegen zwei Kontakte mehr nötig.
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Fig. q, gibt eine andere Schaltung für einen Zweiwicklungstransformator.
Die. Kontakte des -Impgdanzrelais sind nicht mehr in Reihe geschaltet, sondern sind
voneinander getrennt und betätigen jeder den eigenen Ölschalter 2. Die Relaisauslösekontakte
sind als Umschaltkontakt m, n ausgeführt. Kontakt d befindet sich wiederum auf dem
Ansprechorgan und betätigt das Hilfsschütz 3. Letzteres unterbricht den Auslösekreis
des anderen Impedanzrelais, solange das eigene Impedanzrelais nicht Kontakt gibt.
Bei der Kontaktgabe wird Kontakt n geöffnet, wodurch Hilfsschütz 3. zurückfällt
und die Auslösung der anderen Wicklung wieder freigegeben wird. Bei einem Kurzschluß
im Transformatorfeld sprechen -zunächst die Hilfsschütze 3 "auf den Seiten an,-
wo` Einspeisung ist. Nach der
Zeit t1 fallen sie zurück infolge
Öffnung der Kontakte n, somit wird der Transformator durch die Kontakte m über .die
jetzt geschlossenen Kontakte d abgeschaltet. Bei Kurzschluß außerhalb des Transformators,
z. B. in dem an die Transformatorseite B angeschlossenen Netz, sprechen bei Einspeisung
auf der SeiteA die Impedanzrelais i (A und B) an, das Relais i (A) gibt nach der
Zeit t1 Kontakt (m), .schaltet den Transformator aber nicht ab, da das Hilfsschütz
3 (B) wegen Nichtkontaktgabe vom Impedanzrelais i (B) bis zur Abschaltung des Kurzschlusses
durch die Leitungsrelais nicht zurückfällt. Der Transformator bleibt somit im Betrieb.
Nur bei Sammelschienenkurzschluß kommt das Impedanzrelais der angeschlossenen Wicklung
nach der Zeit t2 zur Kontaktgabe, wobei der Transformator abgeschaltet wird.
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Ist das gleichzeitige Abschalten beider Transformatorenschalter erwünscht,
so müssen entweder die Auslösespulen parallel geschaltet oder von einem gemeinsamen
Hilfsschütz, gleichzeitig gespeist durch die Auslösekreise der Relais beider Wicklungen,
betätigt werden.
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In Fig. q. ist je Transformatorseite A bzw. B nur ein einziges Impiedanzrelais
vorausgesetzt. Bei mehrphasigem Einbau der Relais, wobei nur ein Hilfsschütz 3 pro
Satz nötig ist, müssen die Kontakte a, in und it der Impedanzrelais i eines Satzes,
wie Fig. 5 zeigt, kombiniert werden (dreiphasiger Einbau R, S; T der Relais). Das
Hilfsschütz 3 wird betätigt, wenn eines der Impedanzrelais i anspricht (Kontakt
a) und fällt zurück, sobald eines der Relais Kontakt gegeben hat (Kontakte
m und n), unabhängig vom Arbeiten der Relais i der anderen Phasen. Das zuerst
kontaktgebende Relais ist somit allein bestimmend für die Betätigung des Hilfsschützes
3 und des Auslösekreises (Kontakt m). Diese Kontaktkombination gilt für alle folgenden
Schemas. Der Einfachheit halber wird immer nur von einem Relais pro Wicklung gesprochen.
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Für Mehrwicklungstransformatoren ergibt sich eine ähnliche Schaltung
wie diejenige der Fig. q.; allein die Hilfsschütze 3 haben eine Anzahl Kontakte
d gleich der Wicklungszahl weniger i, um die Auslösekreise der anderen Wicklungen
unterbrechen zu können.
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Bei einem Sarnmelschienenkurzschluß, z. B. auf der Seite C eines Dreiwicklungstransformators,
wird nicht nur die an diesen Sammelschienen angeschlossene Wicklung C, sondern es
werden auch-noch alle anderen (wenn alle Auslösespulen gemeinsam betätigt werden)
oder jedenfalls alle- diejenigen Wicklungen abgeschaltet, deren Relais angesprochen
haben, wenn die Auslöslekreise voneinander getrennt sind- (wie in Fig. q.) . Dies
kann in vielen Fällen unerwünscht sein, damit die Kupplung zwischen den nicht betroffenen
Transformatorseiten weiterbestehen kann. Zu diesem Zweck kann den Hilfsschützen
3 noch ein Zeitrelais beigegeben werden. Eine passende Schaltung zeigt Fig. 6 für
den Fall eines Dreiwlcklungstransformators. 3 sind wiederum die schon in Fig. q.
dargestellten Hilfsschütze. 5 ist ,ein Zeitrelais, das nach einer einstellbaren
Zeit anspricht. 6 ist ein Zwischenschütz. Das Zeitrelais 5 wird erregt durch das
Ansprechen irgendeines Hilfsschützes 3, d. h. sobald mindestens eines der Impedanzrelais
i angesprochen hat. Die Kontaktgabe des Zeitrelais 5 wird so eingestellt, daß sie
erst nach, einer Zeit größer als t1 erfolgt, jedoch noch vor Ablauf der Zeit t2.
Die Zeit t2 muß somit größer als t1 sein, was aus Staffelgründen, wie oben erwähnt,
auch erwünscht ist. Infolge dieser Einstellung des Zeitrelais 5 ist sein Ansprechen
das Kennzeichen eines Kurzschlusses außerhalb des Transformatorfeldes, da bei Kurzschluß
im Transformatarfelid die Hilfsschütze 3 nach der Zeit t1 zurückfallen und somit
das Zeitrelais 5 nicht zum Ansprechen kommt. Sobald die Relais 5 und 6 angesprochen
haben, bleibt dasjenige Hilfsschütz 3, das innerhalb der Zeit t1 nicht zurückfällt,
weiter angezogen und blockiert somit die Schalter der anderen Wicklungen weiter.
Es fällt erst beim Rückfallen des Impedanzrelais i zurück, wenn der Kontakt ra geöffnet
wird, d. h. nach Abschalten oder Verschwinden des Kurzschlusses, worauf auch die
Relais 5 und 6 zurückfallen und der Schutz wieder arbeitsbereit ist.
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Die Wirkungsweise ist somit folgende: Findet der Kurzschluß im Transformatorfeld
statt, so werden die Kontakte n nach der Zeit t1 geöffnet, wodurch -die Hilfsschütze
3 zurückfallen, ohne daß das Zeitrelais 5 zur Kontaktgabe kommt; der Transformator
wird allseitig abgeschaltet, da die Auslösekreise über Kontakte i des Schützes 6
miteinander gekuppelt sind. Findet dagegen der Kurzschluß auf einer der angeschlossenen
Sammelschienen, z. B. auf der Transformatorseite C statt, so wird Kontakt n vom
zugehörigen Impedanzrelais erst nach der Zeit t2 unterbrochen. Das Zeitrelais 5
hat aber in der Zwischenzeit schon Kontakt gegeben und hält dadurch mittels Kontaktes
h und über Kontakt f das Hilfsschütz 3 (C) angezogen. Gleichzeitig wird .die Kupplung
der Auslösekreise durch Kontakte i auf dem Relais aufgehoben, so daß bei der Kontaktgabe
des Relais i (C) (Kontakt m), die nach der Zeit t2 erfolgt, nur der Schalter 2 der
Wicklung C
fällt. Nach der Abschaltung fallen alle Relais i zurück,
so daß keine Auslösung mehr stattfinden kann.
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Will man die Auslösespulen 2 für die Handbetätigung der Schalter voneinander
im normalen Betrieb entkuppelt haben, so können z. B. die Kuppelleitungen noch über
ein Hilfsschütz 7 geführt werden, wie in Fig. 6 punktiert angegeben ist. Die Kupplung
wird erst hergestellt, wenn das Hilfsschütz infolge Ansprechen eines Hilfsschützes
3. ebenfalls anspricht. Die Kontakte i des Schützes 6 können weggelassen bzw. überbrückt
werden, wenn die Betätigungsleitung des Schützes 7 über einen Öffnungskontakt auf
dem Schütz 6 geführt wird, so daß beim Ansprechen der Relais 5 und 6 die Kupplung
der Auslösung wieder aufgehoben wird.
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Verzichtet man bei Kurzschluß im Transformatorfeld auf die Abschaltung
des Transformators auf den Seiten, die keine Einspeisung besitzen, wo somit das
Relais i nicht anspricht, so kann die Kupplung zwischen den Auslösekreisen (Kontakte
i oder Schütz 7 in Fig. 6) überhaupt weggelassen werden.
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Spricht in der Schaltung; nach Fig. 6 das Impedanzrelais einer Wicklung
einige Zeit nach-Kurzschlußbeginn an, was beim Auftreten von Ausgleiclisströmen
denkbar ist, so kann es vorkommen, daß das Hilfsschütz 3 des nachträglich anlaufenden
Relais beim. Ansprechen des Zeitrelais 5 noch angezogen ist, welches von einem schon
bei Kurzschlußbeginn betätigten Hilfsschütz 3 erregt wurde. Jenes Hilfsschütz kann
somit nicht mehr zurückfallen, d@. h. .dadurch, daß - zwei Hilfsschütze 3 dauernd
angezogen bleiben, kann der Transformator z. B. bfei einem Sammelschi:enenkurzschluß
auf keiner Seite abgeschaltet werden. Dies wird mittels der beiden folgenden Schaltungen
vermieden.
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Nach Fig.7 besitzt jede Wicklung. ihr eigenes Zeitrelais 5. Die Schütze
3 bzw. die Relais 5 sind voneinander vollständig unabhähgig, so da.ß, falls sein
Hilfsschütz 3, z. B. das der Wicklung A zugeordnete, bei Sammelschienenkurzschluß
C nachträglich anspricht, .es hei gegen den Transformator gerichteter Kurzschlußenergie'
nach der Zeit t1 zurückfällt, auch wenn in der Zwischenzeit das Zeitrelais 5 der
Wicklung C angesprochen hat. Das Relais i (C) kann somit den Transformator nach
der Zeit t2 von den zugehörigen gestörten Sammelschienen abtrennen. Das Kennzeichen
eines Kurzschlusses außerhalb des Transformatorenfeldes ist das Ansprechen irgendeines
Zeitrelais 5, d. h. letztere werden das Entkoppelungsrelais 8 der Auslösekreise
betätigen. Falls die Hilfsschütze 3 selbst genügend Verzögerung beim Rückfallen
besitzen, können die Zeitrelais 5 weggelassen werden, da dann bei einem Sammelschienenkurzschluß
(C z. B.) die defekte Sammelschiene abgetrennt wird, bevor das Hilfsschütz 3 (C)
die Auslösung der übrigen Transformatorseiten freigegeben hat. Auf die Kopplung
der Auslösekreise mittels Hilfsschütz 8 muß: dann verzichtet werden, außer wenn
das Schütz 8 selbst als Zeitrelais ähnlich wie 5 ausgebildet wird; 8 muß dann beim
Ansprechen der Hilfsschütze 3 mittels eines Schließkontaktes auf letzteren erregt
«.erden.
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Fig.8 zeigt eine Schaltung mit einem gemeinsamen Zeitrelais 5. Das
nachträgliche Ansprechen eines Hilfsschützes 3 wird mit dem Hilfsschütz 9 verhindert.
Die Hilfsschütze 3 werden durch die Kontakten der Relais i über die zunächst geschlossenen
Kontakte des Schützes 9 betätigt. Nach dem Ansprechen von 9 bleibt das Hilfsschütz
3 angezogen, da der Kontakt des Schützes 9 durch den Kontakt e des Schützes 3 überbrückt
wird. Sobald Schütz 9 angesprochen hat, können keine weiteren Hilfsschütze mehr
ansprechen. Die Schaltung nach Fig. 8 unterscheidet sich somit im wesentlichen von
der Schaltung nach Fig. 6 durch das Hinzufügen des Hilfsschützes 9 mit seinen Kontakten
zwischen die Kontakten und a des Relais i. Der Kontakt f von Fig. 6 fällt weg, da
nach dem Rückfallen nach der Zeit t1 des Hilfsschützes 3 einer Wicklung mit zufließender
Energie dieses Hilfsschütz 3 nicht mehr ansprechen kann, da die Kontakte des Schützes
9 offen sind.
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Die Kupplung der Schalterauslösung bei den Schaltungen nach Fig. 7
und 8 kann auch nach den bei der Fig. 6 angegebenen Gesichtspunkten durchgeführt
werden.
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Die Schaltungen nach den Fig. 6 bis 8 sind ohne weiteres anwendbar
für Transformatoren mit biellebiger Wicklungszahl; einzig ändert sich dabei die
Anzahl der Kontakte auf den Hilfsschützen.
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Bei allen beschriebenen Schaltungen wird der Transformator vorteilhafterweise
noch mit Summenstrommaximalrelais in den Zuleitungen zu seinen Klemmen gegen Erdschlüsse
geschützt. Dieses Summenstromrelais wird den Transformator nach Wahl entweder nur
auf der defekten Seite oder, allseitig abschalten, was durch passende Kupplung der
Auslösekreise gegebenenfalls unter Zuziehung von vorhandenen oder von neuen Kupplungs-
oder Entkupplungshilfsschützen zu erreichen ist.