DE623438C - - Google Patents

Description

Der Einführung von Niederspannungsmaschennetzen stehen in erster Linie die hohen Anlagekosten der Maschennetzstationen im Wege.

Gegenstand der Erfindung sind Arten von Stationen für Niederspannungsmaschennetze, die unter Ausnutzung der besonderen physikalischen Eigenschaften solcher Netze, insbesondere der Verteilung und Größe der Kurzschrußströme, bei geringen Anlagekosten einen betrieblich ausreichenden bis betrieblich hervorragenden Maschennetzbetrieb ermöglichen. Erfindungsgemäß geschieht dies durch Anordnung eines von Relais geeigneter Art betätigten Kurzschließers in der Station zwischen Transformator und Niederspannungssicherungen in Verbindung mit Hoch- und Niederspannungssicherungen bzw. Hochspannungsleistungsschaltern und Niederspannungssicherungen. Gemäß der Erfindung sollen dabei die Sicherungen auf der Niederspannungsseite von hoher Nennstromstärke sein und nur durch den bei Betätigung des Kurzschließers vom Maschennetz zufließenden Kurzschlußstrom zum Abschalten gebracht werden. Bei Verwendung von Hochspannungssicherungen sollen die gewollten Auslösungen stets durch den nahezu vollen Kurzschlußstrom der Transformatoren bewirkt werden. Erfindungsgemäß werden daher auch die Hochspannungssicherungen mit hohem Nennstrom gewählt im Gegensatz zu der bisher üblichen Verwendung von Hochspannungssicherungen mit einem der normalen Transformatorenleistung möglichst angepaßten Nennstrom. Die Nennstromstärke braucht nur mit Rücksicht auf tragbare Auslösezeiten bei dem mehrfachen Transformatorennennstrom gewählt zu werden. Dies ist für den Betrieb von Maschennetzen deshalb von großer Bedeutung, weil bei knapp bemessenen Sicherungen leicht durch ihr Ansprechen auch bei Kurzschlüssen im Niederspannungsnetz ein untragbarer Betrieb entsteht. In Netzstationen nach der Erfindung können Hochspannungssicherungen großer Nennstromstärke gewählt werden, weil überlastete und mit schleichenden Fehlern behaftete Transformatoren durch geeignete Schutzrelais mittels des Kurzschließers von den Sicherungen allseitig abgeschaltet werden können, wobei die Hochspannungssicherungen mit nahezu dem vollen Transformatorenkurzschlußstrom belastet werden.

Die im Fehlerfall der Transformatoren auftretende Beanspruchung mit nahezu dem vollen Kurzschlußstrom ist ein Nachteil dieser Anordnung. Außerdem bleibt stets eine gewisse Unsicherheit mindestens bei einem Teil der Niederspannungsfehler bestehen.

Erfindungsgemäß kann letzterer Nachteil weitgehend eingeschränkt werden durch Anwendung von Maschennetzrelais (z. B. Rückleistungsrelais) an sich bekannter Art, die

bei Fehlern im Hochspannungsnetz unabhängig von der Größe des Fehlerstroms den Kurzschließer betätigen und das kranke Kabel nur durch Ansprechen der Niederspannungssicherungen vom Maschennetz trennen. Es sind Maschennetzstationen bekannt, die auf der Hochspannungsseite der Transformatoren Leistungsschalter besitzen und bei denen im Bedarsfalle (Fehler im Transformator oder Hochspannungskabel) die Stationen durch Sicherungen auf der Niederspannungsseite vom Maschennetz abgetrennt werden sollen.

Diese Anordnung hat erhebliche betriebliehe Mangel. Die Sicherungen müssen so bemessen sein, daß sie mit Sicherheit bei einem Hochspannungsfehler durchgehen. Da der in einem solchen Fall zu erwartende Strom wegen der Spannungsabsenkung im Niederspannungsnetz nur einen Bruchteil des vollen Transformatorenkurzschlußstromes betragen kann, müssen Sicherungen einer verhältnismäßig geringen Nennstromstärke gewählt werden. Hierdurch wird bei Kurzschlüssen im Niederspannungsnetz durch ihr Ansprechen leicht eine größere Anzahl von Transformatoren vom Netz getrennt. Die betrieblichen Nachteile dieser Erscheinung liegen auf der Hand. Ebenfalls ungünstig wirkt sich im Betrieb die Unmöglichkeit aus, empfindliche Relais für den Fehler- und überlastungsschutz der Netztransformatoren anwenden zu können. Denn während durch solche Relais die Hochspannungsschalter abgeschaltet werden, würden z. B. schleichende Fehler von der Niederspannungsseite her dauernd weiter gespeist, bis die Transformatorensicherungen nach Erreichurig eines Fehlerstromes von der Größe des mehrfachen Transformatorennennstrom.es zum Ansprechen kommen wurden. Dies bedeutet eine unzulässige Gefährdung der Sicherheit.

Man ist, um einen einwandfreien Maschennetzbetrieb durchführen zu können, in der Praxis dazu übergegangen, verwickelt aufgebaute und teure Leistungsschalter auch auf der Niederspannungsseite der Transformatoren einzubauen, manchmal unter Verzicht auf die betrieblich angenehmen Hochspanntingsleistungsschalter in der Station.

Die Anordnung nach der Erfindung vermeidet diese Nachteile durch Verwendung von Leistungsschaltern auf der Hochspannungsseite (wobei sämtliche Stationen eines Kabels einen einzigen Leistungsschalter im Kraftwerk besitzen können), Sicherungen hoher Nennstromstärke auf der Niederspannungsseite und von einem mittels geeigneter Relais gesteuerten Kurzschließer. Dabei wird die bei diesem Verfahren mögliche starke Beanspruchung der Netztransfprmatoreii erfindungsgemäß durch Anordnung von Impedanzen, zweckmäßig vom Impedanzwinkel der Transformatoren, im Kreise des Kurzschließers gemildert bzw. durch Betätigung des Kurzschließers erst nach hochspannungsseitiger Abschaltung des Transformators gänzlich vermieden. Eine weitere Verbesserung an Maschennetzstationen wird erfindungsgemäß durch eine Kombination von Relais dargestellt, die es gestattet, jedem Transformator hochspannungsseitig einen Leistungsschalter zu geben, der nur eine Abschaltleistung zu besitzen braucht, die der vollen Kurzschlußleistung des Transformators entspricht. Dies wird dadurch erreicht, daß jeder Transformator Relais hoher Empfindlichkeit geigen schleichende Fehler (Differentialschutz, Buchholzschutz) erhält, die eine zusätzliche Verzögerung besitzen, wodurch die Abschaltung schwerer Kurzschlüsse auf einen übergeordneten, z. B. im Kraftwerk befindlichen Leistungsschalter genügender Abschaltleistung übertragen wird.

Der Bau von Stationen gemäß der Erfindunig ist nur möglich auf Grund der besonderen Verteilung der Kurzschlußströme im Maschennetz. Es zeigt sich, daß bei einem Niederspannungskurzschluß in der Station der vom Maschennetz auf die Fehlerstelle zufließende Strom im allgemeinen erheblich größer ist als der Teil des Kurzschlußstromes, der .über die Impedanz des Transformators hinweg zur Kurzschlußstelle fließt.

In den Abbildungen sind Beispiele des Erfindungsgedankens dargestellt.

In Abb. r bedeutet 1 den. Netztransformator, der über die Hochspannungssicherungen 13 vom Kraftwerk gespeist wird. Die Relais 4 (Transförmatorenfehlerrelais) und 5 (Maschennetzrelais) wirken auf die Auslösespule 6 des Kurzschließers 7. Zwischen Kurzschließer und Niederspannungsmaschennetz sind die Sicherungen hoher Nennstromstärke 8 angeordnet.

Die Wirkungsweise ist folgende: Bei Transformatorenfehlern betätigt Relais 4 den Kurzschließer 7, und die Sicherungen S sprechen dann an. Die Hochspannungssicherungen 13 werden vom Transformatorenkurz- no schlußstrom durchflossen und brennen ebenfalls kurzzeitig durch. Bei Hochspannungskabelfehlern wird Kurzschließer 7 durch Maschennetzrelais 5 betätigt; denn unter Umständen hat der durch die Impedanz des Maschennetzes und des Transformators herabgesetzte Strom nicht ausgereicht, um die Sicherungen 13 zum Ansprechen zu bringen. Die Station wird dann mittels des großen vom Maschennetz über die Sicherungen 8 zufließenden Stromes durch die Sicherungen 8 abgeschaltet.

In Abb. 2 bedeutet ι den Netztransformator, 2 einen hochspannungsseitig angeordneten Leistungsschalter mit Auslösespule 3, der von den Relais 4 und 5 betätigt wird. Die Relais arbeiten außerdem auf die Auslösespule 6 des Kurzschließers 7. Zwischen diesem Kurzschließer und dem von vielen weiteren Stationen gespeisten Maschennetz sind die Sicherungen 8 angeordnet.

Die Wirkungsweise ist folgende: Bei einem Transformatoren- oder Hochspannungskabelfehler spricht Relais 4 oder 5 an und trennt die Station hochspannungsseitig ab. Gleichzeitig wird der Kurzschließer 7 betätigt. Vom Maschennetz her fließt dann der Kurzschlußstrom über die Sicherungen 8 und trennt durch deren Abschmelzen ψ kurzer Zeit die Station vom Maschennetz. Die Sicherungen 8 sollen erfmdungsgemäß eine hohe Nennstromstärke 'erhalten. Hierdurch wird eine Selektivität der Abschaltung von Hoch- und Niederspannungsfehlern erreicht, da bei im Niederspannungsnetz auftretenden Fehlern z. B. an der Stelle α die Sicherungen 8 im ungünstigsten Fall vom vollen Kurzschlußstrom des Transformators durchflossen werden und dann eine Abschmelzzeit haben, die oberhalb der Ausbrennzeit des vertnaschten Netzes oder bei Anwendung,von Sicherungen oberhalb der Abschmelzzeit von Netzkabelsicherungen liegt.

In dem Beispiel der Abb. 3 ist, entsprechend Anspruch 4, eine Anordnung getroffen, die jede Beanspruchung des Netztransformators bei Betätigung des Kurzschließers vermeidet.

Bei den Bezeichnungen der Abb. 2 zeigt Abb. 3 noch den Hilfsbehälter 9, der sich bei geöffnetem Leistungsschalter 2 schließt.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Alle in der Station für den Transformator und das Maschennetz angeordneten Relais arbeiten nur über den Auslöser 3 auf den Schalter 2. Der Kurzschließer 7 kann dann erst nach Abtrennung des Transformators ι vom Hochspannungsnetz durch Betätigung des Auslösers 6 über den Hilf skontakt 9 betätigt werden und den Kurzschluß in der Station veranlassen, wodurch die Sicherungen 8 abschalten.

Anstatt den Kurzschließer über den Schalter 2 zu betätigen, kann die notwendige Verzögerung gegenüber der Abschaltung von Schalter 2 natürlich auch auf andere Weise erzielt werden, beispielsweise durch Anordnung einer Zeitverzögerung am Auslöser 6.

Abb. 4 stellt eine Anordnung der Station gemäß Anspruch 5 dar. 1 ist wiederum der auf das Maschennetz speisende Netztransformator, der einen Leistungsschalter geringer Abschaltleistung 2 besitzt, auf den das Transformatorenschutzrelais 4 über das Zeitwerk 11 arbeitet. Im Kraftwerk ist der für die ! größtmögliche Kurzschlußbeanspruchung ausgelegte Leistungsschalter 10 angeordnet, der im Fehlerfall durch ein Relais 12 zur Abschaltung veranlaßt wird. Die Sicherungen 8 und der Kurzschließer 7 sind der Einfachheit halber nicht mitgezeichnet.

Die Wirkungsweise ist folgende: Relais 4 ist ein solches, das auf Transformatorenfehler ansprechen soll und schleichende Fehler bereits im Entstehungszustande erfaßt. Erfindungsgemäß erhalten diese Relais eine zusätzliche Zeitverzögerung, so daß ihre Auslösezeit um rund 1 Sek. größer ist als die Auslösezeit des Schalters 10 im Kraftwerk. Bei einem größeren Fehler, z. B. einem Klemmenkurzschluß unter Deckel, verhindert die Verzögerung von z. B. 6 Sek. durch das Zeitwerk 11 ein Auslösen des Schalters 2, da der Fehler schon vorher durch Arbeit des Relais 12 nach 5 Sek. durch den Leistungsschalter 10 abgeschaltet wurde. Bei Abschaltung schleichender Fehler jedoch, auf die das Relais 12 nicht ansprechen kann, ist die notwendige Verzögerung belanglos, da diese Fehler längere Zeit brauchen, um nennenswerte Fehlerströme und größere Zerstörungen im Transformator zu ergeben. Der Leistungsschalter 2 wird in solchen Fällen also nicht überbeansprucht. Die Anordnung kann sinngemäß in allen Fällen angewendet werden, wo ähnliche Verhältnisse vorliegen.

Um die gewollten Kurzschlüsse in den Maschennetzstationen schnell und gleichzeitig für alle drei Phasen auszuführen, kann der Kurzschließer in verschiedener Weise ausgebildet sein. Er kann beispielsweise aus einer Kupferschiene bestehen, die um eine Achse derart drehbar angeordnet wird, daß alle drei Kontakte des Drehstromsystems gleichzeitig berührt werden. Er kann auch als Schiene ausgebildet sein, die auf die in einer horizontalen Ebene angeordneten Niederspannungsleitungen zwischen Transformator und Ma- schennetz fällt, wobei die Niederspannungsleitungen entsprechende Gegenkontakte besitzen. Der Kurzschließer kann aber auch aus einem dreipoligen Fallschalter bestehen. Zweckmäßigerweise wird man dem Kurzschließer außer seinem Auslöser noch eine mechanische Verriegelung geben, um bei Arbeiten an den Apparaten die automatische Abschaltung unwirksam machen zu können. Die Leitungen der zweckmäßig von der Maschennetzseite der Sicherungen abgenommenen Betätigungsspannungen und Relaisströme wird man mit einem Hilfsschalter versehen, um die Relais und Auslöser bei Revisionen in einfacher Weise spannungslos machen zu können. Schließlich kann man die mechanische Verriegelung des Kurzschließers und den erwähn-

ten Hilfsschalter-mechanisch oder elektrisch miteinander koppeln^soHaß das eine Element , nur betätigt werden kann, wenn das andere vorher bewegt wurde. Selbstverständlich kann man auch in Maschennetzstationen nach der Erfindung alle sonst in Maschennetzen üblichen Einrichtungen vorsehen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:
   10
2. i. Schutzschaltung für Kurz- und Erdschlüsse in der Speiseleitung oder dem 'Speisetransformator, von Maschennetzen, gekennzeichnet durch hoch- und niederspannungsseitig des Transformators angeordnete Sicherungen (13, 8) hoher Nennstromstärke und durch einen vermittels geeigneter Relais (4, 5) betätigten Kurzschließer (7) ..zwischen den Nieder-Spannungssicherungen (8) und dem Transformator (1), wobei die Niederspannungssicherungen (8) nur durch den vom Maschennetz zufließenden Kurzschlußstrom nach Schließung des Kurzschließers (7) zum Abschalten gebracht werden (Abb. 1). 2. Schutzschaltung für Kurz- und Erdschlüsse in der Speiseleitung oder dem Speisetrans'forniator von Maschennetzen mit nur auf der Hochsparinungsseite angeordnetem Leistungsschalter und Verwendung von Niederspannungssicherungen, gekennzeichnet. durch ■Niederspannungssicherungen (8) hoher Nennstromstärken, die mittels eines durch geeignete Relais (4, 5) betätigten Kurzschließers (7) nur durch den vom Maschennetz zufließenden Kurzschlußstrom zum Abschalten gebracht werden (Abb. 2).
3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch. 2, gekennzeichnet durch Anordnung von Wider- 4°. ständen im Kreise des Kurzschließers, die zweckmäßig den Impedanzwinkel des Transformators (1) besitzen.
4. 4. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der Kurzschlußbeanspruchung des Transformators der Kurzschließer (7) erst betätigt wird, wenn der Transformator (ij) hochspannungsseitig bereits abgeschaltet ist (Abb. 3). ..
5. 5. Schutzschaltung nach Anspruchs, da-' durch gekennzeichnet, daß jeder Transformator (1) einen Leistungsschalter (2), dessen Abschaltleistung geringer ist als die Kurzschlußleistung des übergeordneten Kraftwerkleistungsschalters (10), und besondere Relais (4) hoher Empfindlichkeit gegen schleichende Transformatorenfehler besitzt, die eine zusätzliche Verzögerung erhalten, um die Abschaltung schwerer Kurzschlüsse und nur diese auf den über-

   :. geordneten bezüglich der Kurzschlußleistung ausreichendbemessenen Schalter (10) zu übertragen (Abb. 4).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen