DE645349C - Anordnung zur Steuerung eines Ausloesestromkreises bei Eintritt einer Abweichung von den normalen Betriebsbedingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf auf elektrische Größen ansprechende Schaltungen, die geeignet sind, Stromkreise und Apparate zu steuern nach Maßgabe von Bedingungen, die in anderen Stromkreisen (z. B. in Generatoren oder Freileitungen) auftreten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf elektrische Fehlerüberwachungs- oder Relaisschutzschaltungsanordnungen, die das Ansprechen von Ölschaltern usw. bewirken, wenn anormale Verhältnisse in der Kraftübertragung eintreten.

Von diesen Schutzschaltungen ist eine große Anzahl von Ausführungen bekannt.

Verlangt wird heutzutage meistens von einer solchen Anordnung, daß sie nicht nur bei Auftreten eines Fehlers zuverlässig anspricht, sondern die Wirkungsweise der im Netze verteilten Überwachungsvorrichtungen muß derart sein, daß nur die der Fehlerstelle am nächsten liegenden Überwachungsvorrichtungen ansprechen; dadurch wird die kranke Stelle abgetrennt, während das übrige Netz ohne Störung weiterarbeiten kann. Bei diesen meist mit großen Zeitverzögerungen arbeitenden Anordnungen kann es eintreten, daß im gesunden Netz liegende Synchronmaschinen durch den Abfall der Spannung außer Tritt fallen und von sich aus Störströme in das Netz schicken. Diese Störströme können den Anlaß zu weiteren unbeabsichtigten Schalterauslösungen bilden, was als Nachteil der vorhandenen Ausführungen gelten muß.

Im Falle einer Dreiphasenanlage z. B. werden sich die in einem Netz auftretenden Störungen fast ausnahmslos in einer Unsymmetrie der in der Dreiphasenanlage fließenden Ströme auswirken. Selbst die auf Überlandleitungen gelegentlich eintretenden Dreiphasenkurzschlüsse werden sich in der Regel so ausbilden, daß zunächst ein Zweiphasenkurzschluß, also eine Phasenunsymmetrie, herrscht, der erst, durch, den Lichtbogen veranlaßt, einen Dreiphasenkurzschluß verursacht.

Da im Gegensatz zu diesen Fehlerströmen die durch Pendeln und Außertrittfallen von Synchronmaschinen verursachten Überströme stets symmetrisch sind, erscheint es zweckmäßig, eine Schutzschaltung so auszubilden, daß sie ausschließlich oder bevorzugend auf unsymmetrische Überströme anspricht.

Schaltungen, die diesen Forderungen entsprechen, sind an sich bereits bekannt und lassen sich in zwei Arten einteilen. Einmal wird nämlich durch elektromechanische

Mittel oder Relais die Summe oder Differeuz der Dreiphasenströme gebildet und überwacht. Zweitens werden durch geeignete Anordnungen von Kapazitäten, Widerständen und Drosseln Schaltungen vorgenommen, die: in. einem Teil von der Unsymmetrie der Sträng abhängige elektrische Größen ergeben. Ais Nachteil der ersten Art ist besonders die durch die mechanischen Teile verursachte ίο Verzögerung im Ansprechen zu nennen. Die zweite Art weist einen großen Leistungsbedarf auf und ist daher recht unempfindlich. Auch Störungen durch Resonanzerscheinungen an den Kapazitäten und Drosseln können im letzten Falle auftreten.

Auch die Verwendung von Gleichrichtern zur Steuerung eines Auslösestromkreises in Zweiphasen wechsel Stromnetzen ist an sich bekannt. Jene Anordnung ist aber umständlicher als die erfindungsgemäße Anordnung, - und ihre Verwendung ist auf Zweiphasenwechselstrom beschränkt.

Demgegenüber ergibt die vorliegende Erfindung eine Anordnung, die bei Eintritt einer »5 Abweichung von den normalen Betriebsbedingungen in mehreren voneinander unabhängigen oder miteinander verketteten Wechselstromkreisen anspricht. Sie arbeitet dabei ohne bewegliche Teile. Die Anordnung ist deshalb besonders dort von Vorteil, wo hohe Anspruchgeschwindigkeiten verlangt werden. Niedriger Leistungsbedarf und Unabhängigkeit von der Frequenz sind weitere Vorzüge.

Erfindungsgemäß werden die von den Gleichrichtern abgegebenen Ströme nach Art eines Mehrphasenwechselstromes so in Sternoder Polygonschaltung miteinander verkettet, daß in dem System Punkte entstehen, die normalerweise gleiches Potential besitzen und mit denen ein oder mehrere Relais mittel- oder unmittelbar in Verbindung stehen, die bei einer Störung der normalen Betriebsbedingungen ansprechen. Die Punkte normalerweise gleichen Potentials können zu mehreren unter sich gleichartigen Schaltelementen, wie Relais, Gleichrichtern, Widerständen, führen, die ihrerseits in Stern- oder Polygonschaltung miteinander verbunden sind.

Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sollen an Hand der Figuren erläutert werden. Hierin bedeutet

Fig. ι ein Schaltbild eines Netzausschnittes von einer Kraftübertragung, ausgerüstet mit einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2, 3 und 4 zeigen Abweichungen von der Ausführungsform in Fig. 1.

Fig. 5 ist ein Schaltbild ähnlich Fig. 1 und zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 6 stellt eine weitere Abweichung der Schaltung nach Fig. 5 dar.

Fig. 7 zeigt eine Ausführung der Erfindung mit besonderer Eignung zum Ansprechen auf die prozentuale Größe der Unsymmetrie einer iijfaf !Übertragung.

*j tß* Fig. 8 und 9 stellen weitere Ausführungsformen dar mit dem besonderen Zwecke, die Speisung anderer Schutzschaltungsanordnungen nach Maßgabe der Phasenunsymmetrie zu beeinflussen.

In allen Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. ι enthält die Dreiphasenanlage 1 Ji den Schalter 2, der von der Anordnung ge- , steuert werden soll. Den Hauptteil der Steuerschaltung bilden die drei Gleichrichteranordnungen 3, die durch eine beliebige Gleichrichterart dargestellt werden können. *o Jede Gleichrichteranordnung wird von einem in einer Phase befindlichen Stromwandler 5 des Hochspannungssystemes über einen Transformator 4 gespeist. Gleichstromseitig ist die Schaltung der Gleichrichteranordnung so vorgesehen, daß der Gleichstrom jeweils unter Zwischenschaltung eines Widerstandes, z. B. einer Drossel 6, nacheinander die einzelnen Gleichstromanordnungen durchfließt; sämtliche Gleichstromanordnungen 3 und die dazugehörigen Widerstände 6 sind also in Reihe geschaltet. Solange in der Dreihstromanlage 1 Stromsymmetrie herrscht, wird infolge der symmetrischen Anordnungen sämtlicher Apparate von allen Gleichrichtern der gleiche Gleichstrom in den gemeinsamen Stromkreis geliefert. Da die am Gleichrichter entstehende Gleichspannung zum Durch' treiben des Stromes durch den Widerstaäd benötigt wird, wird in jedem der drei Wider- »00 stände dieselbe Spannung verzehrt, die von jedem der Gleichrichter geliefert wird. Es herrscht also an den Punkten 8 des Gleichrichterkreises gleiches Potential. An diese Punkte angeschlossene Relais 9 können also »05 nicht ansprechen. Tritt jetzt in der Drehstromanlage ι eine Stromunsymmetrie ein, so ist die an den Gleichrichtern liegende Wechselspannung für die einzelnen Gleichrichter verschieden, und infolgedessen wei- *»© chen auch die von den einzelnen Gleichrichtern gelieferten Ströme voneinander ab. Die Punkte 8 besitzen daher nicht mehr gleiches Potential, und es wird infolgedessen wenigstens eines der Relais 9 ansprechen. »15 Wenigstens einer der parallelliegenden Kontakte 10 wird geschlossen, so daß über den oder die geschlossenen Kontakte 10 von der Auslösestromquelle 11 über die Auslösespule 12 ein Auslösen des Schalters 2 erfolgt. 1*0

Zur Fernhaltung von Oberwellen können im Gleichrichterkreis Kondensatoren 7 in der

gezeichneten Anordnung oder parallel zu den Relais 9 angeordnet werden. Die in der Figur dargestellte Sternschaltung der Wicklungen 5 und 4 kann auch durch eine entsprechende Dreieckschaltung ersetzt werden.

Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen Variationen der in Fig. 1 angewendeten Anordnung. In Fig. 2 findet an Stelle der drei einphasigen Relais 9 ein dreiphasiges Relais 13 mit drei Wicklungen 14 und einem gemeinsamen Anker 15 Verwendung, der den Kontakt 16 schließen kann.

Fig. 3 zeigt ein weiter vereinfachtes Auslöserelais 19, indem ein Kern mit drei verschiedenen Wicklungen 18 benutzt wird, die in entsprechender Schaltung" an die Potentialpunkte 8 angeschlossen sind.

Um zu verhindern, daß die einzelnen Wicklungen 18 des Relais magnetisch gegeneinanderarbeiten, ist am Wicklungseingang einer jeden'Teilspule ein zusätzlicher Gleichrichter 17 angebracht, der nur Ströme und damit Magnetisierung in einer Richtung zuläßt.

In Fig. 4 ist die Schaltung des Auslöserelais so vorgesehen, daß ein einfaches Einphasenrelais 20 Verwendung finden kann. Die einzige Wicklung 21 dieses Relais ist unter Vorschaltung von Gleichrichtern 22 mit den Potentialpunkten 8 verbunden. Die Gleichrichter sind so angebracht, daß nur Ströme in einer Richtung durch die Relaisspule fließen können, wobei die Addition zweier von verschiedenen Gleichrichtern 3 gelieferten Ströme möglich ist.

Fig. 5 zeigt eine abgeänderte vollständige Schaltung nach der Erfindung. Die Schaltungsanordnung bis zu den Potentialpunkten 8 ist genau die gleiche wie in Fig. 1, die Schaltung der zusätzlichen Gleichrichteranordnungen 22 entspricht der Fig. 4. Abweichend von Fig. ι ist die Auslösespule 12 nicht für Arbeitsstrom-, sondern für Ruhestromauslösung ausgebildet. Der von den Gleichrichtern 22 abgegebene Gleichstrom liefert in dem Widerstand 23, zu dem ein Kondensator 24 parallel geschaltet sein kann, einen Spannungsabfall, der das positiv vorgespannte Gitterpotential des Glühkathodenvakuumrohres 25 absenken kann. Im Zustand der Stromsymmetrie des Drehstromsystemes 1 fließt im Widerstand 23 kein Strom; das Gitter der Röhre 25 ist positiv vorgespannt und erlaubt den Durchgang des Ruhestromes aus der Stromquelle 11 zum Festhaltendes Auslösemagneten 12. Tritt in ι Stromunsymmetrie ein, so liefert die Anordnung durch den Widerstand 23 einen Gleichstrom, das Gitterpotential fällt ab, und der Durchgang des Ruhestromes durch die Röhre 25 wird unterbrochen. Damit fällt der Anker von 12 ab, und der Schalter 2 löst aus. Diese Schaltung ist durch Ersatz der Relais durch eine Röhre bedeutend weniger träge.

Fig. 6 stellt eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 5 dar, die durch Verwendung von Quecksilberdampfgleichrichtern 26 gekennzeichnet ist. Die Erregung dieser Gleichrichter geschieht von der Wechselstromquelle 28 über den Transformator 27, während die Steuerung der Gitter über einen Stromkreis 31, bestehend aus dem Transformator 30 und Autotransf ormator 32, Widerstand 34 und Sättigungstransformator 33, , gespeist wird. Im Falle der Stromsymmetrie des Drehstromsystemes liefern die Gleichrichter 22 keinen Sättigungsstrom in die Sättigungswicklung des Transformators 33, wobei dann die Wechselstromsteuerung der Gleichrichtergitter 26 in der Weise erfolgt, daß im Stromkreis 29 ein Ruhestrom fließen kann. Bei eintretender Stromunsymmetrie in der Dreiphasenanlage 1 wird die Sättigungswicklung des Transformators 33 erregt, wodurch sich die Steuerspannungen für die Gleichrichter 26 in ihrer Phase verschieben. Dadurch wird der Ruhestrom im Kreis 29 geschwächt und bei großer Unsymmetrie im Drehstromsystem vollkommen gesperrt, was zur Betätigung einer Auslösung verwendet werden kann.

Fig. 7 zeigt eine Schaltung nach der Erfindung, die eine weitere Abwandlung der Fig. ι darstellt. Die verwendeten Apparate sind fast sämtlich die gleichen; den Hauptunterschied stellt die Schaltung der Gleichstromseite der Gleichrichtersysteme 3 dar. Während in Fig. 1 eine Reihenschaltung vorgesehen war, sind jetzt die drei Systeme unter Verwendung von noch weiteren drei Widerständen 35 parallel geschaltet. Die Verbindungsleitung 36 zwischen den beiden Sammelpunkten dieser Parallelschaltung führt somit stets den Summenstrom aus den drei Gleichrichtersystemen 3. Da sämtliche drei Zweige symmetrisch ausgebildet sind, muß wieder bei Stromsymmetrie im Drehstromsystem 1 an den Punkten 8 der Gleichstromkreise das gleiche Potential herrschen. Bei eintretender Stromunsymmetrie in 1 werden die Gleich-Strombeträge der einzelnen Gleichrichtersysteme verschieden. Dadurch, werden das Potential der einzelnen Punkte 8 und damit auch die Spannungsabfälle an den einzelnen Widerständen 35 verschieden, so daß über die zusätzlichen Gleichrichter 22, wie sie aus Fig. 4 bekannt sind, ein Strom fließt. Dieser durch die Unsymmetrie verursachte Gleichstrom fließt durch die Spule 39 des Differentialrelais 38, während die andere Spule dieses Relais von dem Summenstrom sämtlicher Gleichrichtersysteme durchflossen ist. Diese

Anordnung erlaubt, die Größe des Unsymmetriestromes in Beziehung zu setzen zu dem im Drehstromnetz fließenden Belastungsstrom. Dadurch kann die Unsymmetrie in Prozenten des symmetrischen Laststromes ausgedrückt und bei der Betätigung der Auslösung erfaßt werden.

In Fig. 8 ist die Kombination der erfundenen Schaltung mit einer beliebigen bereits ίο vorhandenen Erdschluß- oder Distanzschutzvorrichtung dargestellt. Die Hauptauslösespulen 42 dieser vorhandenen Vorrichtung 40 sind in normaler Weise mit den Stromwandlern 5 verbunden. In diese Stromkreise werden jetzt die Wandler 4 eingefügt, die in der oben dargestellten Weise den Unsymmetrieschutz betätigen. Solange im Drehstromsystem ι Stromsymmetrie herrscht, wird das Ansprechen des vorhandenen Schutzes 40 durch die Spulen 46 des Sättigungstransformators 44 erschwert oder verhindert, weil diese Spulen die Wicklung 42 kurzschließen. Der Transformator 44 ist in diesem Falle λόιι einer stationären Gleichstromwelle über die Wicklungen 45 gesättigt, so daß die Spulen 46 einen verhältnismäßig geringen Wechselstromwiderstand darstellen. Tritt nun Unsymmetrie im Drehstromsystem auf, so liefert die unsymmetrische Schutzschaltung über die zusätzlichen Gleichrichter 22 einen entmagnetisierenden Gleichstrom durch die Wicklungen 43 des Transformators 44 und hebt damit die Wirkung der Wicklungen 45 auf. Dadurch wird der Wechselstromwiderstand der Wicklung 46 stark erhöht, die Spannungen in den Wicklungen 42 der vorhandenen Auslösevorrichtung kann sich auswirken, und das Ansprechen des Schutzes wird damit ermöglicht.

Fig. 9 zeigt ähnlich wie Fig. 8 die Kombination bereits vorhandener Schutzsysteme 40 und ihrer Auslösespulen 42 mit dem Unsymmetrieüberwachungsschutz. Der von den Stromwandlern 5 gelieferte Strom teilt sich hier in die Spulen 42 des vorhandenen Schutzes und in die Spulen 47 des Unsymmetrieschutzes. Diese sind transformatorisch über die Wicklungen 4 angekoppelt und liegen in diesem Falle nicht an Gleichrichteranordnungen wie in Fig. 1, sondern an den über die Spulen 47 gesteuerten Quecksilberdampfgleichrichtern 49. Bei Unsymmetrie in der Drehstromanlage 1 wird wieder ein Gleichstrom erzeugt, der über die Wicklungen 4 seine Rückwirkung auf die Auslöseanordnung hat.

Claims (15)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Steuerung eines AuS-lösestromkreises bei Eintritt einer Abweichung von den normalen Betriebsbedingungen in mehreren voneinander unabhängigen oder miteinander verketteten Wechselstromkreisen mittels Gleichrichtern, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Gleichrichtern abgegebenen Ströme nach Art eines Mehrphasenwechselstromes so in Stern- oder Polygonschaltung miteinander verkettet sind, daß in dem System Punkte entstehen, die normalerweise gleiches Potential besitzen und mit denen ein oder mehrere Relais mittel- oder unmittelbar in Verbindung stehen, die bei einer Störung der normalen Betriebsbedingungen ansprechen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte normalerweise gleichen Potentials zu mehreren unter sich gleichartigen Schaltelementen, wie Relais, Gleichrichtern, Wider- *o ständen führen, die ihrerseits. in Sternoder Polygonschaltung miteinander verbunden sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder

   ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromauslässe jeder Gleichrichter vorrichtung (3) nebst dazugehöriger Drosselspule (6) mit je einem Widerstand (35) in Reihe geschaltet und daß die so gebildeten einzelnen Zweige parallel geschaltet und durch eine gemeinsame Rückleitung (36) in der Art untereinander verbunden sind, daß zwischen Gleichrichtervorrichtung (3 und 6) und Widerständen (35) bei symmetrischen Verhältnissen in den Stromkreisen äquipotentiale Punkte (8) entstehen, und daß weiter ein oder mehrere unmittelbar oder mittelbar an die Punkte (8) angeschlossene Relais auf Abweichung der Punkte (8) von dem normalerweise gleichen Potential und damit auf Abweichung des Stromkreissystems von der Symmetrie ansprechen (Fig. 7).
4. 4. Anordung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Relaiswicklungen (14) einen gemeinsamen Relaisanker (15) beeinflussen, wobei die Wicklungen (14) zweckmäßigerweise mit den Punkten (8) in Sternschaltung verbunden sind (Fig. 2).
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais (19) mit mehreren Wicklungen, die mit einem magnetischen Kreis verkettet sind, vorgesehen ist, wobei die Wicklungen in Polygonschaltung mit den Punkten (8) verbunden sind (Fig. 3).
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Gleichrichtervorrichtungen (22) vorgesehen sind, iao die in Abhängigkeit von der Differenz der Spannungen zwischen den Punkten (8)

   gespeist werden, um einen elektrischen Stromkreis in Abhängigkeit von der Summe der Differenzspannungen ohne Rücksicht auf ihre Polarität zu steuern (Fig. 4).
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Relais einmal durch die Gleichrichter (22) in Abhängigkeit von etwaigen

   xo Unterschieden in den Potentialen der Punkte (8) und außerdem von dem in der gemeinsamen Rückleitung (36) fließenden Strom gespeist werden, der gleich der Summe der von den Gleichrichtern (3) abgegebenen Ströme ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Punkte (8) mit normalerweise gleichem Potential mit einer oder mehreren Entladungsröhren in Verbindung stehen (Fig. 5 und 6).
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre (25) einen Ruhestrom führt, der über einen Ruhestromauslöser (12) fließt und daß die Röhre bei eintretender Unsymmetrie den Ruhestrom unterbricht und damit den Auslöser (12) zum Ansprechen bringt (Fig. 5).
10. 10. Anordnung nach Anspruch r und 8, dadurch gekennzeichnet, daß Phasenverschiebungsmittel (31) zum Steuern der Röhren (26) vorgesehen sind (Fig. 6).
11. 11. Anordnung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 1 und einem der An-Sprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder die Gesamtheit der Gleichrichter (3) nicht von einem einzigen Strom oder einer einzigen Spannung eines Mehrphasensystems, sondern von einer Kombination von Phasengrößen beeinflußt wird und daß das oder die Relais bei Unsymmetrie einer Kombination gegenüber den anderen Kombinationen bzw. bei Unsymmetrie einzelner Phasengrößen ansprechen. .
12. 12. Anordnung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter (3) Entladungsröhren (49) sind, die eine Steuerelektrode besitzen, die von den zu überwachenden Stromkreisen gespeist wird.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres an sich bekanntes Schutzsystem vorgesehen ist und daß dieses und die Unsymmetrieanordnung auf ein gemeinsames als Differentialrelais o. dgl. ausgebildetes Auslöseorgan arbeiten, wobei die Unsymmetrieanordnung das Ansprechen des bekannten Schutzsystems in Abhängigkeit von dem Symmetriezustand fördernd oder hindernd beeinflußt.
14. 14. Anordnung nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß veränderliehe Impedanzen (44) ihren Wert in Abhängigkeit von dem Symmetriezustand ändern und das Ansprechen des bekannten Schutzsystems (40) in Abhängigkeit von dem Symmetriezustand fördern oder hindem (Fig. 8).
15. 15. Anordnung nach Anspruch 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die speisenden Wandler (4) mit ihrer Primärwicklung selbst die veränderlichen Impedanzen darstellen und daß diese Veränderlichkeit durch eine Reihenschaltung von gesteuerten Gleichrichtergefäßen (49) auf der Sekundärseite erreicht wird, die im Unsymmetriefalle die Ausbildung des vollen Sekundärstromes, wie er den dann am meisten erregten Wandlern entsprechen würde, verhindert, im Symmetriefalle dagegen bewirkt (Fig. 9).

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen