DE624091C - Schutzeinrichtung fuer mit Erdschlussloeschern versehene Drehstromnetze, die mit von der Erdschlusswirkleistung abhaengigen wattmetrischen Erdschlussrelais ausgeruestet sind - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
H. JANUAR 1936

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JV! 624091 KLASSE 21 c GRUPPE 68so

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. März 1931 ab

Bei Leitungen, deren Erdschlußstrom durch Löscheinrichtungen kompensiert wird, kann man die Erdschlußrelais mit Rücksicht darauf, daß je nach Einstellung des Löschers eine Über-5 oder Unterkompensation vorhanden sein kann, nicht mehr auf den kapazitiven Strom (Blindstrom) ansprechen lassen, wie in nicht kompensierten Netzen. Man muß vielmehr die Relais so einrichten, daß sie auf die Wirkleistung ansprechen, d. h. man muß sie als rein wattmetrische Relais ohne die bei den Blindwattrelais übliche 90 "-Schaltung ausbilden.

Derartige Erdschlußrelais können jedoch in Drehstromnetzen eine falsche. Angabe liefern, da bei Erdschluß eines Leiters der Unterschied der Erdkapazitäten der beiden gesunden Leiter ein Drehmoment hervorruft, das dem durch die Verluste gegebenen Drehmoment entgegengesetzt sein kann. Dadurch ist es möglich, daß

ao die Relais in ihrer Ansprechempfindlichkeit geschwächt werden, oder es können sonst falsche Ausschläge der Relais eintreten.

Um diese Übelstände zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung nach dem Auftreten eines

as Dauererdschlusses die Erdschlußwirkleistung durch zusätzliche Verlustwiderstände, die an geeigneten Stellen der Leitung angeordnet sind, mindestens so weit vergrößert, daß die schädlichen Einflüsse der ungleichen Erdkapazitäten auf die Erdschlußrelais aufgehoben werden. Vorteilhaft schaltet man die Verlustwiderstände erst eine gewisse Zeit nach dem Auftreten eines nicht verschwindenden Erdschlusses ein. Die Einschaltung kann von Hand erfolgen, sie kann aber auch selbsttätig mit Hilfe von bei Erdschluß ansprechenden, beispielsweise von der Sternpunktspannung erregten Zeitrelais vorgenommen werden. Man kann auch, an Stelle die Leitfähigkeit des Netzes gegen Erde sprungweise zu ändern, im Falle eines Erdschlusses einen zwischen Sternpunkt und Erde liegenden Widerstand stetig verkleinern. Man kann auch ohne Relais auskommen, wenn man zwischen Sternpunkt und Erde Widerstände mit negativen Temperaturkoeffizienten einschaltet, so daß beim Auftreten eines Erdschlusses die Leitfähigkeit des Netzes gegen Erde in dem angegebenen Maße vergrößert wird. Zweckmäßigerweise gibt man diesen Widerständen eine solche Zeitkonstante, daß sie ihre Größe erst bei einem länger dauernden Erdschluß merklich ändern. In Fig. ι ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Stichleitung dargestellt. 3 ist ein Transformator, von dem die Leitung 1 ausgeht. Zwischen Sternpunkt des Transformators 3 und Erde ist die Erdschlußdrosselspule 4 einge-

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr-Ing. Dr.-Ing. e. h. Reinhold Rüdenberg in Berlin-Grunewald

und Dipl.-Ing. Walther Koch in Berlin-Steglitz.

schaltet. 2 sind die wattmetrischen Erdschlußrelais, die an verschiedenen Punkten der Leitung, beispielsweise in den Unterstationen, aufgestellt sind und vom Summenstrom und der Sternpunktspannung (Spannungswandler 10 bzw. 11) erregt werden. Diese Relais sind so ausgebildet, daß sie auf die Wirkleistung ansprechen. Tritt an der in der Figur gezeichneten Stelle ein Erdschluß auf, so sind die Drehmomente der im Abschnitt a liegenden Relais abhängig von der Größe der Wirkkomponente des Summenstromes an den einzelnen Relaisstellen, die. durch die Größe der Ableitungswiderstände und des Verlustwiderstandes der Löscheinrichtung gegeben ist und in Richtung auf den Transformator3 zu abnimmt. Das Drehmoment ist ferner abhängig von dem Unterschied der Erdkapazitäten der beiden gesunden Phasen. Wie bereits erwähnt, kann dieser Unterschied der Erdkapazitäten ein Drehmoment hervorrufen, durch welches der Ausschlag des Relais verringert wird. Um den Einfluß dieses Zusatzdrehmomentes unwirksam zu machen, wird gemäß der Erfindung im Falle eines Erdschlusses der Schalter 6 geschlossen, wodurch zwischen Sternpunkt des Transformators 3 und Erde der Widerstand 5 eingeschaltet wird. Dieser wird erfindungsgemäß so bemessen, daß, ganz gleichgültig, wo der Erd-Schluß auf der Leitung auftritt, der störende Einfluß der ungleichen Kapazitäten mindestens aufgehoben wird.

In dem Abschnitt b rufen bei Erdschluß Drehmomente im richtigen Sinne die Ableitungsverluste der Leitung hervor (in diesem Leitungsabschnitt fällt der Einfluß des Verlustwiderstandes der Erdschlußlöscheinrichtung fort), während der Einfluß ungleicher Kapazitäten im richtigen oder falschen Sinne wirken kann und sehr leicht in die Größenordnung des von den Ableitungswiderständen hervorgerufenen Drehmomentes kommen kann. Durch die Einschaltung des Widerstandes 5 am Ende des Abschnittes a werden die Drehmomente der Relais des Abschnittes b nicht beeinflußt. Es wird daher erfindungsgemäß auch am Ende des Abschnittes b der Leitung ein Widerstand 8 zugeschaltet, der im Ausführungsbeispiel zwischen einem künstlich geschaffenen Sternpunkt 7 und Erde in Reihe mit ' einem Schalter 9 angeordnet ist.

Verzweigt sich die Leitung, so wird an jedem Endpunkt der einzelnen Zweige ein Widerstand eingeschaltet.

Dieselben Verhältnisse wie für den Abschnittb bei einer Stichleitung treten auch bei doppelt gespeisten Leitungen auf, bei denen nur an einem Ende, eine Löschvorrichtung vorgesehen ist. Auch bei doppelt gespeisten Leitungen werden daher an beiden Enden zusätzliche Verlustwiderstände eingeschaltet, um stets einen richtigen Ausschlag der wattmetrischen Erdschlußrelais zu gewährleisten.

In den Fällen, in denen die Löscheinrichtung selbst einen ausreichenden Verlustwiderstand besitzt, kann -die Zuschaltung eines Widerstandes an dem einen Endpunkt der Leitung, wo die Löschvorrichtung aufgestellt ist, entbehrt werden. Es wird dann nur am anderen Leitungsende im Falle eines Erdschlusses ein Zusatzwiderstand eingeschaltet.

Auch bei vermaschten Netzen können, wenn der Fehler nahe an dem Ort der Erdschlußspule auftritt und nur am Ort der Löscheinrichtung ein Widerstand zugeschaltet wird, die jenseits der Fehlerstelle liegenden Relais falsch ausschlagen, wenn der zwischen Relais und Generator Hegende Teil der Leitung, der keinen Erdschluß besitzt, verhältnismäßig lang ist. Es werden daher auch erfindungsgemäß bei vermaschten Netzen nicht nur an der Stelle, an der die Erdschlußlöscheinrichtung aufgestellt ist, sondern auch an anderen Stellen der Leitung Widerstände vorgesehen und die Anschlußstellen dieser Widerstände so gewählt, daß, ganz gleichgültig, wo der Fehler auftritt, alle Relais im richtigen Sinne ausschlagen.

Die in Fig. 1 dargestellten Erdschlußrelais dienen zur Anzeige, an welcher Stelle der Erdschluß aufgetreten ist. An Stelle von Relais, die Anzeigevorrichtungen betätigen, kann man auch wattmetrische Instrumente verwenden.

Durch die Vergrößerung der Verluste gemäß der Erfindung kann man aber auch mit-Sicherheit die selbsttätige Abschaltung eines kranken Leitungsteiles vornehmen. ■ Zu diesem Zweck kann man in einfachen Fällen, beispielsweise bei einseitig gespeisten Leitungen, Radialnetzen öder einfachen Maschengebilden, wattmetrische Erdschlußrelais (Richtungsrelais) in Verbindung mit gestaffelten Zeitrelais verwenden.

Eine solche Anordnung ist für eine einfach gespeiste Leitung in Fig. 2 schematisch dargestellt. Von dem Transformator 3, dessen Sternpunkt in an sich bekannter Weise 'über die Erdschlußdrosselspule 4 geerdet ist, geht die Leitung 1 aus. Ebenso wie in Fig. 1 ist an den Sternpunkt des Transformators außerdem noch der Widerstand 5 angeschlossen, der über den Schalter 6 mit Erde verbunden werden kann. Die Leitung 1 ist durch einzelne Schalter in Abschnitte unterteilt. Die Stellung jedes Schalters wird von einem wattmetrischen Erdschlußrelais 2 und einem Zeitrelais 13 überwacht. Die Stromspule des Erdschlußrelais wird vom Summenstrom der Leitung erregt, die Spannungsspule von der Spannung des Sternpunktes gegen Erde (Spannungswandler 10). Die Erdschlußrelais sind so ausgebildet, daß sie auf die Wirkleistung ansprechen. Die Zeitrelais 13 werden von der Sternpunktspannung angeregt. Die unabhängige Zeitstaffelung

der Zeitrelais ist in an sich bekannter Weise so vorgenommen, daß die Ablaufzeit der Relais vom Transformator gegen das Ende der Leitung zu abnimmt. Die Auslösespule 14 jedes Schalters'ist über den Kontakt des zugehörigen Zeitrelais und des wattmetrischen Richtungsrelais derart mit einer Batterie 15 verbunden, daß dieser Stromkreis nur dann geschlossen wird, wenn ein Fehler rechts vom Erdschlußrelais auftritt. Durch die Zeitstaffelung und durch die Verwendung der Richtungsrelais wird erreicht, daß immer nur der Schalter auslöst, der dem Fehler benachbart ist und zwischen Fehlerort und Transformator 3 liegt.
Bei Ringnetzen kann man mit gegenläufiger unabhängiger Zeitstaffelung arbeiten. Für jeden der Schalter werden dann ein Richtungsrelais und zwei Zeitrelais vorgesehen. Die Ablaufszeiten der Zeitrelais der einzelnen Schalter werden dann so gewählt, daß von der energieerzeugenden Station nach einer Richtung hin die Ablaufszeiten der einen Zeitrelais zunehmen, während die der anderen abnehmen. Der Stromkreis der Auslösespule jedes Schalters wird dabei über die Kontakte der zugehörigen Zeitrelais und des Richtungsrelais so geführt, daß stets die dem Fehlerort benachbarten Streckenschalter ausgelöst werden.

Bei komplizierteren Netzgebilden kann die selektive Abschaltung der kranken Leitungsstrecke in der Weise vorgenommen werden, daß man am Ende jeder Strecke ein wattmetrisches Richtungsrelais und ein Zeitrelais verwendet, das von der Sternpunktspannung erregt wird und dessen abhängige Ablaufszeit von der Größe der Sternpunktspannung abhängig ist. Die Größe der zusätzlichen Widerstände wird dabei so gewählt, daß der auftretende Zusatzstrom einen Spannungsabfall hervorruft, der hinreicht, um die spannungsabhängigen Zeitrelais mit ausreichender Stafferzeit ablaufen zu lassen. Man kann die Zeitrelais auch abhängig vom Wattsummenstrom und der Sternpunktspannung gegen Erde ablaufen lassen und dadurch ebenfalls eine Zeitstaffelung abhängig von der Fehlerlage erhalten. (Die in der Nähe des Fehlers befindlichen Zeitrelais besitzen die kleinste Ablaufszeit, da dort Strom und Spannung am größten ist.) Zu diesem Zweck kann man beispielsweise zwei Spulensysteme vorsehen, von denen das eine Spulensystem an der einen Seite eines zweiseitigen Hebels befestigt ist und von der Sternpunktspannung erregt wird, während das andere Spulensystem auf das erste Spulensystem einwirkt und vom Summenstrom erregt wird. An der anderen Seite des Hebels greift eine Feder an, wobei die Bewegung des Ankers durch ein Hemmwerk verzögert wird. Die von der Sternpunktspannung und dem Summenstrom abhängigen Zeitrelais kann man auch als normale wattmetrische Relais ausbilden. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise ein Ferraris-Relais verwenden, das nach! Art eines Wirkleistungszählers gebaut ist.

Solche Relais besitzen eine Ablaufszeit, die von der Fehlerlage abhängig ist. Gleichzeitig sind sie auch richtungsempfindlich, so daß man ohne besondere Richtungsrelais durch diese Zeitrelais allein ein selektives Abschalten erreichen kann.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel unter Verwendung von wattmetrischen Zeitrelais dargestellt. Von dem Transformator 3 geht die Leitung 1 aus. Der Sternpunkt des Transformators ist in an sich bekannter Weise über die Drosselspule 4 geerdet. Außerdem ist noch ein Widerstand 5 vorgesehen, der über den Schalter 6 mit Erde verbunden werden kann. In einer Unterstation 20 ist die zu- und abgehende Leitung durch einen Schalter 21 bzw. 22 angeschlossen. Die Stellung der Schalter wird durch das wattmetrische Zeitrelais 23 überwacht, das vom Summenstrom und der Sternpunktspannung erregt wird und nach der einen oder anderen Seite Kontakt gibt, wobei die Zeitdauer vom Eintreten eines Erdschlusses bis zur Kontaktgabe von der Größe der Wirkleistung abhängig ist und um so kleiner ist, je größer diese Wirkleistung ist. Die Auslösespulen 24 und 25 sind derart über die Kontakte des wattmetrischen Relais 23 mit der Batterie 26 verbunden, daß der Stromkreis der Spule 24 nur geschlossen werden kann, wenn der Fehler links von dem Stromwandleranschluß und der Stromkreis der Spule 25 nur geschlossen werden kann, wenn der Fehler rechts davon liegt. In den übrigen nicht gezeichneten Unterstationen ist die Anordnung die gleiche. Da die Ablaufszeit der Zeitrelais um so kleiner ist, je näher sie an der Fehlerstelle liegen, sowird infolgedessen immer nur der Leitungsteil abgeschaltet, auf dem der Erdschluß aufgetreten ist. .

Zur selektiven Abschaltung kann man auch an jedem Ende jeder Strecke je ein watt- L05 metrisches Relais vorsehen, deren Kontakte derart mit den Auslösespulen der Schalter verbunden sind, daß nur bei entgegengesetztem Ausschlagsinn der Erdschlußrelais die betreffende Leitungsstrecke abgeschaltet wird. .

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Schutzeinrichtung für mit Erdschlußlöschern versehene Drehstromnetze, die mit von der Erdschlußwirkleistung abhängigen wattmetrischen Relais ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auftreten eines Dauererdschlusses die Erdschlußwirkleistung durch zusätzliche Verlustwiderstände, die zwischen mehreren längs der Leitung verteilten Sternpunkten des Netzes und Erde angeordnet sind, min-

   destens so~ weit vergrößert wird, daß die schädlichen Einflüsse der ungleichen Erdkapazitäten der beiden gesunden Phasen auf die Erdschlußrelais aufgehoben werden.
2. 2. Schutzeinrichtung nach Anspruch ι

   bei einer in mehrere Abschnitte unterteilten Leitung, die mit wattmetrischen Erdschlußrelais ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Widerstände ίο am Anfang und Ende der Gesamtleitung angeordnet sind.
3. 3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 für eine verzweigte Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Endpunkt der einzelnen Zweige Verlustwiderstände vorgesehen sind.
4. 4. Schutzeinrichtung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstände mit negativen Temperaturkoeffizienten zwischen Sternpunkten des Netzes und Erde angeordnet sind.
5. 5. Schutzeinrichtung nach Anspruch χ oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nur an dem einen Ende ■ der Leitung, an dem keine Löscheinrichtung mit einem ausreichenden Verlustwiderstand vorhanden ist, ein zusätzlicher Verlustwiderstand vorgesehen ist.
6. 6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abschalten des mit Erdschluß behafteten Leitungsteiles wattmetrische Erdschlußreläis in Verbindung mit Zeitrelais mit unabhängiger Zeitstaffelung vorgesehen sind.
7. 7. Schutzeinrichtung nach Anspruch r, . dadurch gekennzeichnet, daß zum selektiven Abschalten des mit Erdschluß behafteten Leitungsteiles am Ende jeder Leitungsstrecke ein wattmetrisches Erdschlußrelais und ein von der Erdschlußspannung abhängiges Zeitrelais vorgesehen ist und die Zusatzwiderstände so bemessen sind, daß der durch den Zusatzstrom auftretende Spannungsabfall groß genug ist, um die Zeitrelais mit ausreichender spannuhgsabhängiger Zeitstaffelung ablaufen zu lassen.
8. 8. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum selektiven Abschalten der mit Erdschluß behafteten Leitungsstrecke an jedem Streckenende ein vom Summenstrom und der Sternpunktspannung erregtes wattmetrisches Zeitrelais vorgesehen ist, dessen Ablaufzeit von der Größe der Wirkleistung abhängig ist.
9. 9. Schutzschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur selektiven Abschaltung an den Enden der Strecken wattmetrische Relais vorgesehen sind, deren Kontakte derart mit den Auslösespulen der Schalter verbunden sind, daß nur bei entgegengesetztem Ausschlagsinn der Erdschlußrelais, d. h. bei einem Fehler auf der zugehörigen Leitung, die betreffende Leitungsstrecke· abgeschaltet wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen