DE644404C - Selektive Schnellschutzanordnung, insbesondere fuer parallele Leitungen - Google Patents

Description

REICHS NTAMT

Bei den bekannten Schutzschaltungen erfolgt die Auslösung der Leitungsschalter durch Relais, welche mechanisch zu bewegende Teile, Relaisanker, besitzen. Mit solchen Relais ist es nicht möglich, eine Abschaltung innerhalb einer Zeit von maximal fünf Perioden des technischen Wechselstromes abzuschalten. In manchen Fällen ist es aber außerordentlich wichtig, innerhalb einer solchen oder noch kleineren Größenordnung der Zeit abzuschalten. Diese Forderung liegt hauptsächlich dann vor, wenn größere Zentralen über eine Doppelleitung miteinander gekuppelt sind, wo die mit den bis jetzt bekannten Relais erreichbaren Auslösezeiten zu groß sind, um ein Pendeln und Außertrittfallen der Kraftwerke mit Sicherheit zu verhüten.

Erfindungsgemäß werden für den Selektivschutz, insbesondere für den Schutz paralleler Leitungen, Ionenrelais als Auswahlrelais in solcher Schaltungsweise verwendet, daß von ihrem Ansprechen oder Nichtansprechen die Auswahl der abzuschaltenden Leitung abhängt. Ionenrelais stellen trägheitslose Relais dar. Sie besitzen gegenüber den für die Schutztechnik bereits vorgeschlagenen Elektronenröhren den Vorteil, daß sie keinerlei Wartung bedürfen und außerdem geeignet sind, stoßweise erhebliche Leistungen abzugeben. Gemäß der weiteren Erfindung werden Ionenröhren mit mehr als zwei Elektroden benutzt, wodurch sich erreichen läßt, daß die Glimmrelais den Charakter eines Richtungsrelais annehmen. Statt dessen können auch zwei Glimmrelais in Reihe geschaltet werden.

Ein grundsätzliches Schema zur Anwendung der Erfindung zum Schutz paralleler Leitungen ist in Fig. 1 wiedergegeben. In dieser Figur sind zwei Zentralen I und II durch Generato-. ren, Transformatoren, Ölschalter und Sammelschienen 1 und 2 angedeutet. Die beiden Kraftwerke I und II sind miteinander durch eine Doppelleitung 3 und 4 gekuppelt. Die Leitungen 3 und 4 sind im Kraftwerk I durch die Schalter 5 und 6 und im Kraftwerk II durch die Schalter 8 und 7 abschaltbar. An den Leitungen 3 und 4 liegen Stromwandler 9 und 10. An die Sekundärseite dieser Stromwandler sind zwei Zwischenwandler 11 und 12 angeschlossen. Der Zwischenwandler 11 überträgt auf seine Sekundärseite und den stark ausgezogenen Stromkreis eine Spannung, welche der Summe der Ströme in den Leitern 3 und 4 entspricht. Der Zwischenwandler 12 überträgt auf den mit dünnen Linien gezeichneten Sekundärkreis eine Spannung, welche hinsichtlich ihrer

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden: Dr.-Ing. Or.-Ing. e. h. Reinhold Rüdenberg in Berlin-Grunewald,

Dr.-Ing. Erich Friedländer in Berlin-Siemensstadt und Dipl.-Ing. Oskar Schmutz in Berlin-Haselhorst.

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Größe und Richtung dem Unterschied zwischen den Strömen in den Leitern 3 und 4 entspricht. Das Glimmrelais findet sich innerhalb der gestrichelt gezeichneten Umrahmung 13. Es steht aus zwei Glimmröhren 14 und 15, w zwisehen Anode und Kathode die vom Sum strom hergebrachte Spannung führen eine Zündelektrode 17 bzw. 16 besitzen, wobei die Spannung zwischen der Zündelektrode und den beiden Hauptelektroden jeder Glimmlampe von der Größe und Richtung des Differenzstromes abhängt. Die Zündung einer Glimmröhre erfolgt dann, wenn die an der Zündelektrode liegende Spannung die für den Stromdurehgang notwendige Richtung hat, sofern die Höhe der Spannung zwischen Anode, Kathode und Zündelektrode für die Zündung ausreicht. Da nun je nachdem, ob der Strom in der Leitung 3 oder in der Leitung 4 überwiegt, die Richtung des Differenzstromes bezogen auf den Summenstrom verschieden ist, ist die Anordnung so getroffen, daß bei der einen Richtung des Differenzstromes die Röhre 14, bei der anderen Richtung des Differenzstromes die Glimmröhre 15 gezündet wird. Wie in Fig. 1 scheniatisch angedeutet ist, bewirkt der nach der Zündung eine Glimmröhre durchfließende Strom die Erregung eines kleinen Hilfstransformators 18 bzw. 19, an dessen Sekundärseite die Auslösespuleu 20 bzw. 21 der Schalter 6 und 5 liegen.

In Fig. ι sind dabei gegebenenfalls zwischen Wandler 19 und Auslösespule 21 bzw. Wandler 18 und Auslösespule 20 einzufügende weitere Vorrichtungen, um die Auslösestromkreise durch die Ionenrelais zu steuern, weggelassen. In Fig. 2 ist eine vollständige Schutzschaltung für beide Enden einer Doppelleitung wiedergegeben. Die dort gezeichnete Anordniing entspricht im wesentlichen der Anordnung gemäß Fig. 1. Die Auslösestromkreise der Leitungsschalter und die Hilfsmittel zum Steuern der Auslösespulen besitzen aber andere Ausführungsformen. In Fig. 2 ist angenommen, daß ein Kurzschluß auf der Leitung 4 entstanden sei. Dies hat zur Folge, daß die Glimmröhre 14 gezündet wird. Die Kathoden der Glimmröhren 14 und 15 sind unter Zwischenschaltung je eines Widerstandes 22 bzw. 23 untereinander und mit dem negativen Pol einer Hilfsstromquelle verbunden. Die Auslösespule 20 ist einerseits mit dem positiven Pol der Hilfsbatterie verbunden. Die Verbindung mit dem negativen Pol der Hilfsbatterie ist durch eine Glimmröhre 24 unterbrochen, solange diese Röhre nicht gezündet ist. In entsprechender Weise ist die Ausschaltspule 21 unmittelbar mit dem positiven Pol der Hilfsbatterie verbunden, während ihre Verbindung mit dem negativen Pol der Batterie durch eine Glimmröhre 2ζ unterbrochen ist, solange die

Röhre 25 nicht gezündet ist. Die Zündung der Röhre 24 erfolgt unmittelbar im Anschluß an die Zündung der Röhre 14. Desgleichen bewirkt eine Zündung der Glimmröhre 15, daß 65 , uch die Röhre 25 gezündet wird. Wenn der hler, wie angenommen, auf der Leitungsrecke 4 liegt, wird die Glimmröhre 14 gezündet. Der über die Glimmröhre fließende Strom ruft in dem Widerstand 22 einen 70 · Spannungsabfall hervor, der zur Zündung der Röhre 24 ausreicht. Die Folge davon ist, daß fast im gleichen Augenblick die Auslösespule 20 Strom erhält, und bei dem Fehler auf der Leitung 3 zündet die Glimmröhre 15 und durch den Spannungsabfall im Widerstand 23 zugleich auch die Röhre 25, welche eine Auslösung des Schalters 5 herbeiführt. ' " %

Die Anordnung bei der Zentrale II entspricht der bei der Zentrale I.

Die Röhren 14 und 15 können bei anderer Schaltung auch Glimmröhren ohne Hilfszündung sein. Eine entsprechende Anordnung ist in Fig. 3 wiedergegeben. In dieser ist wieder eine Zentrale I mit einer Zentrale II über eine Doppelleitung 3, 4 gekuppelt. Die Kuppelleitungen 3 und 4 können bei der Zentrale I durch die Schalter 5 und 6 und auf der Zentrale II durch die Schalter 8 und 7 abgeschaltet werden. Zur Betätigung der Schalter 5 und 6 dienen Auslösespulen 21 und 20. Zur Betätigung der Schalter 7 und 8 dienen die Auslösespulen 26 bzw. 27. Die Auslösung erfolgt mit Hilfe einer Gleichstromquelle. In den Auslösekreisen liegen Glimmröhren 24, 25, 28, 29. Je nach der Richtung des Differenzstromes werden die Glimmröhren 24 und 28 bzw. 25 und 29 gezündet, so daß jeweilig die kranke Leitung 4 oder 3 beiderseits abgeschaltet wird. Bei der Schaltung gemäß Fig. 3 hält eine vom Summenstrom hervorgerufene Spannung eine Glimmröhre 30 in Betrieb. Eine von der Differenz hervorgerufene Spannung setzt eine Glimmröhre 31 in Betrieb. Die Glimmröhren sorgen dafür, daß die an ihnen liegenden Spannungen konstant bleiben. \.#-ί

Da die Summe der Ströme bei einem Fehler auf einer der Leitungen 3 und 4 stets die gleiche Richtung hat, läßt sich die Richtung der an der Glimmröhre 30 liegenden Span- . ■

nung durch den gezeichneten Pfeil andeuten. Die Glimmröhre 31 dagegen, welche vom Differenzstrom erregt wird, ruft je nach der Richtung des Differenzstromes eine Span- 115 -..j&l nung in der einen oder anderen Richtung her- \

vor. Auch die Glimmröhre 31 hat die Wirkung, die Spannung an ihren Klemmen konstant zu halten. Die Folge davon ist, daß auch die Spannung in einer zweiten Sekundärwick- iao ^. lung 32 des vom Differenzstrom erregten tw

Stromwandler 12 eine konstante Größe

haben muß. Je nach der Richtung der Spannung an der Röhre 31 addiert sich oder subtrahiert sich die Spannung der Wicklung 32 zur Spannung an der Glimmröhre 30. Bei einem Fehler auf der Leitung 4 haben die Spannungen in den Glimmröhren 30, 31 gleiche Richtung. Ihre Summe bewirkt Zündung der Glimmröhre 24, die gleichzeitig auf die Glimmröhre 25 wirkende Differenz beider Spannungen reicht zur Zündung der Röhre 25 nicht aus. Bei einem Fehler auf der Leitung 3 dagegen bleibt die Richtung des Spannungsabfalls in der Glimmröhre 30 die gleiche. Die Spannung an der Röhre 31 dagegen kehrt sich um, so daß jetzt auf die Röhre 24 die Differenz der Spannungen an den Röhren 30 und 31 einwirkt, während die Summe der Spannungen bei der Röhre 25 wirksam wird. Die Röhre 25 kann infolgedessen zünden, die Röhre 24 dagegen nicht. Nach dem Zünden der Röhre 25 wird vermittels der Ausschaltspule 21 der Schalter 5 geöffnet.

In Fig. 4 ist eine Schaltung mit Glimmrelais wiedergegeben, bei welcher zur Erregung der Auslösespulen 20, 21, 26 und 27 keine Hilfsstromquelle erforderlich ist. Die Energie zur Betätigung der Auslösespule wird dem Stromwandler entnommen. Eine von der Stromsumme hervorgerufene Spannung beeinflußt gemäß Fig. 4 die Zündspannung zweier Glimmröhren 33 und 34. Die Röhre 33 ist mit einer Hauptelektrode mit der Ausschaltspule 20 verbunden, die Röhre 34 ist mit einer Hauptelektrode mit der Ausschaltspule 21 verbunden. Die freien Enden der Ausschaltspulen 20 und 21 sind an einem Punkte 35 vereinigt. Zwischen Punkt 35 und die noch freien Hauptelektroden der Glimmröhren 33 und 34 wird vom Differenzstrom • eine Spannung hervorgerufen, deren Größe mit Hilfe eines Glimmrohres 36 konstant gehalten wird. Je nach der Richtung dieser Spannung kann die Glimmröhre 33 oder die Glimmröhre 34 gezündet werden. Die Zündung der Glimmröhre 33 hat zur Folge, daß über die Auslösespule 20 ein Strom fließt. Der Strom verläuft vom Punkt 35 über die Ausschaltspule 20, die gezündete Röhre 33 und von dort über die Glimmrohre 36 zum Punkt 35 zurück. Die in diesem Kreis herrschende Betriebsspannung wird von dem Zwischenwandler 11 geliefert, der vom Differenzstrom erregt wird. Die Größe dieser Spannung wird, wie schon gesagt, durch die Glimmröhre 36 konstant gehalten. Bei einem Fehler auf der Leitung 3 kommt nicht die Glimmlampe 33, sondern die Glimmlampe 34 zum Ansprechen. Es fließt dann ein Strom von dem Punkt 35 über die Auslösespule 21 und die Glimmlampe 34 und von dort über die Glimmlampe 36 zurück zu Punkt 35. Die Spannung zum Erregen der Auslösespule 21 wird auch in diesem Falle vom Zwischenwandler 11 geliefert.

Fig. 5 zeigt die wesentlichen Teile einer Glimmröhre: die Anode α, die Zündelektrode s und die Kathode k. Zwischen den Hauptelektroden α und k kann nur dann Strom fließen, wenn die dazwischenliegende Spannung Uh (Fig. 6) einen bestimmten positiven Wert besitzt. Zum Zünden muß die Spannung Uz (Fig. 6), welche zwischen den Elektroden s und k liegt, einen zum Zünden ausreichenden Betrag und außerdem gleichzeitig mit der Spannung Uh einen ausreichenden Betrag in positiver Richtung haben. In Fig. 6 sind die Spannungen Uh und Uz sinusförmig und besitzen eine Phasenverschiebung von i8o°. Bei einer derartigen Phasenver-Schiebung zwischen Uh und Us kann die Röhre nicht zünden. Da die zum Zünden der Röhre erforderliche Spannung zwischen der Zündelektrode ζ und der Kathode k ohne Schwierigkeit kleiner gemacht werden kann als die verfügbare Spannung Uh, so genügt eine kleine Abweichung von der in Fig. 6 angenommenen Phasenverschiebung von i8o°, um eine Zündung zu Wege zu bringen. In Fig. 7 ist eine kleine Abweichung in der Phasenverschiebung gegenüber Fig. 6 dargestellt. Fig. 7a zeigt, daß bei dieser geringen Phasenverschiebung die Röhre fast dauernd brennt. Für die Verwendung der Röhre als Richtungsrelais ist es dagegen erwünscht, wenn die Brenndauer nicht nahezu den ganzen Phasenbereich von 360⁰, sondern nur einen Phasenbereich von i8o° umfaßt. Gemäß den in Fig. 8 angegebenen Kurven der Spannung Uh und Us läßt sich dies erreichen, wenn die Kurve der Zündspannung eine ausgeprägte Spitze besitzt, während die zwischen Anode und Kathode liegende Spannung Sinusform behalten kann. Es ist bekannt, daß man Spannungsspitzen mit Hilfe eines über- »05 erregten Transformators erzeugen kann. Die Spannung zwischen Anode und Kathode kann, wie Fig. 9 erkennen läßt, auch eine abgeflachte Form besitzen. Eine solche abgeflachte Form läßt sich z. B. durch Verwendung einer j spannungsbegrenzenden Glimmlampe erzielen. Wenn man dabei einem gesättigten Wandler eine Glimmröhre parallel schaltet, kann man Spannungskurven erhalten, wie sie in Fig. 10 durch die breite Kurve wiedergegeben wird und die etwa bei einer Schaltung gemäß Fig. 3 nützlich ist, bei welcher es keine von der Betriebsspannung unterscheidbare Zündspannung gibt, d. h. bei welcher Glimmröhren mit nur zwei Elektroden zur Anwendung kommen.

In Fig. 11 ist eine für den Differential-

Claims (9)

1. schutz geeignete Schaltung der Glimmröhren wiedergegeben, welche sich an die in Fig. 3 und 4 gegebenen Schaltungen anlehnt. Eine Leitungsstrecke zwischen den Enden A und B wird durch eine Differentialanordnung überwacht. Der Strom in der Nähe des Schalters 120 beim Leitungsende A wird durch einen Stromwandler 121 erfaßt, der Leitungsstrom am Streckenende B durch einen Stromwandler 122. Ein Stromkreis, der gebildet ist aus zwei Hilfsleitungen 123 tind 124 und ferner zwei Glimmrelais 125, 126 enthält sowie zwei Auslösespulen 127 und 128 und zwei Spannungsquellen 129, 130, wird durch die beiden Glimmrelais 125 und 126 gesteuert. Die Stromwandler 121 und 122 steuern zu dem Zweck die Spannung im Zündkreis der beiden Glimmrelais 125 und 126. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß, sofern eine einheitliche Stromrichtung an beiden Streckenenden herrscht, die Ströme also gleichphasig sind, kein Strom über die Hilfsleitungen 123, 124 fließen kann. Die Spannungen an den Zündelektroden der beiden Glimmrelais sind dann um i8o° gegeneinander versetzt. Kehrt sich aber der Strom nur an einem Leitungsende um, so daß die Ströme an den Leitungsenden also um i8o° in der Phase gegeneinander verschoben sind, dann können beide 3„ Glimmrelais gleichzeitig gezündet werden. Aus den Batterien 129 und 130 kommt dann ein ztir Erregung der Auslösespule 127 und 128 dienender Strom zustande. In der schematischen Darstellung der Fig. 11 sind die Hilfsmittel fortgelassen, welche angewendet werden können, um die Auslösung der Leitungsschalter erst dann herbeizuführen, wenn die Phasenverschiebung zwischen dem Strom am Anfang und am Ende der Leitung nahezu i8o° beträgt.

   Ρ.Λ TEX TA X S PRÜ CIIE :

   i. Selektive Schnellschutzanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß Ionenrelais in Selektivschutzschaltungen als Auswahlrelais in solcher Schaltungsweise verwendet sind, daß von ihrem Ansprechen oder Xichtansprechen die Auswahl der abzuschaltenden Leitung abhängt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch von dem Ionenauswahlrelais gesteuerte weitere Ionenhilfsrelais, inbesondere zur unmittelbaren Speisung der Auslösespule des Schalters.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionenrelais ein oder mehrere Zündelektroden oder Steuergitter besitzt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß .das Ionenauswahl relais aus mehreren in Reihe geschalteten Ionenröhren besteht (Fig. 3, 4, 11).
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenrelaisschaltung von zwei Betriebsgrößen derart abhängig ist, daß das Ansprechen nur innerhalb eines bestimmten Bereiches der gegenseitigen Phasenlage dieser Betriebsgrößen erfolgt.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch eine vom Fehlerstrom gesteuerte Ionenrelaisschaltung zum Schutz paralleler Leitungen.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenspannung eines Ionenrelais von der Summe zweier Betriebsgrößen, die Zündspannung oder Steuerspannung dagegen von der Differenz dieser Betriebsgrößen oder umgekehrt hervorgebracht werden (Fig. ι und 2).
8. 8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei in Reihe liegenden Ionenrelais das eine von der Stromsumme und das andere von der Stromdifferenz gezündet wird und daß ihre Spannungen je nach der Richtung der Stromdifferenz die Zündung eines Hilfsionenrelais im Auslösekreis des einen oder g₀ des anderen Schalters bewirkt.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ionenröhrenanordnung (24, 25) von der Differenz der Anodenströme zweier Ionenröhren (30, 31) bzw. der von diesen Anodenströmen hervorgerufenen Spannungen beeinflußt wird (Fig. 3).

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   HE!iux. gi:dr(:ckt in der hf:ichsdruckekei