DE646878C - Selektivschutzeinrichtung fuer elektrische Leitungen - Google Patents

Description

Die Verwendung von Signalen netzfremder Frequenz,, insbesondere Hochfrequenzsignalen, zur Beeinflussung der selbsttätig wirkenden Auslösevorrichtungen eines Leitungsschalters ist an sich bekannt und findet sich namentlich bei den sogenannten Streckenschutzschaltungen. In Abhängigkeit von der Energierichtung an den Enden einer zu schützenden Strecke erfolgt dabei die Abschaltung, indem die Relaiseinrichtungen an den Streckenenden sich untereinander durch Signale ihre Einstellung mitteilen. Aus dem Gesichtspunkt heraus, daß es schwierig ist, ein Signal über eine Fehlerstelle hinwegzubringen, hat man Schutzsysteme erdacht, bei denen das Signal, welches zum anderen Streckenende gegeben werden muß, darin besteht, daß ein normalerweise aufrechterhaltenes Zeichen unterbrochen wird. Aus dem anderen Gesichtspunkt, daß man die Sendeeinrichtungen nicht unnötigerweise ständig in Tätigkeit lassen will, weil sie einerseits dadurch einem unnötigen Verschleiß unterworfen werden, anderseits auch ständig Energie verbrauchen und schließlich auch durch eine Störung innerhalb der Sendeeinrichtung unerwarteterweise aussetzen können, wodurch bei dem zuerst genannten Schutzsystem Fehlschaltungen eintreten können, benutzt man vielfach ein Arbeitsstromsystem. Bei einem solchen muß das Signal, das für den Schalter am anderen Streckenende bedeutet, daß er abschalten darf, erst in diesem Augenblick gegeben werden. Wie schon aus der Gegenüberstellung der beiden Schutzsysteme hervorgeht, haben beide Systeme ihre Vorteile und ihre Nachteile.

Um jedoch die Zuverlässigkeit einer mit Signalen netzfremder Frequenz arbeitenden Schutzeinrichtung zu ^steigern, wird erfindungsgemäß die Anordnung so getroffen, daß eine Schalterauslösung nur erfolgen kann, wenn am Empfangsort mehrere Signale von außerhalb eintreffen, welche in ihrer Bedeutung gleich sind, indem sie übereinstimmend eine Schalterauslösung verlangen oder zur lassen. Es ist unter dieser Voraussetzung eine Fehlschaltung nicht dadurch möglich, daß in einem einzelnen Sender eine Störung entsteht, sei es, daß er durch irgendeinen Vorgang fehlerhafterweise veranlaßt wird, ein Signal auszusenden, sei es, daß er durch irgendeine Ursache plötzlich abgeschaltet wird, wenn die Abschaltung eines Ruhe-Stromzeichens in der Schutzeinrichtung als Signal verwendet wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Empfangseinrichtung Nachrichten nicht von ein und demselben Sendeort, sondern von räumlich getrennten Sendeorten erhalten muß. Man kann auf diese Weise die Auslösung des Leitungs-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer in Berlin-Spandau.

schalters an einem Leitungsende davon abhängig machen, daß an zwei verschiedenen Stellen der zu überwachenden Leitung die Schutzeinrichtungen ansprechen. Das erhöht einerseits die Sicherheit gegen fehlerhafte Betätigung, anderseits aber gewinnt man damit namentlich für den Fall, daß ein Leitungsfehler am Anfang der Leitung nur sehr ungewiß durch die Feststellung der ίο Größenänderungen des Stromes und der Spannung zu erfassen ist, die Möglichkeit, den Leitungsschalter von zwei Meß- und Überwachungsstellen aus zu steuern, von denen die eine beispielsweise in der Mitte der Leitung, jedenfalls näher der Fehlerstelle liegt als der Leitungsanfang. Die Zuverlässigkeit der Fehlererfassung gewinnt dadurch vor allem in den Fällen besonders, in denen die Leitung außerordentlich lang ist und der Fehler nahe dem Ende der Leitung entstanden ist. Wenn die Leitung mit Zwischenanschlüssen für Verbraucher oder für Speiseleitungen ausgestattet ist, ist ein Fehler am Ende der Leitung ebenfalls kaum auf andere Weise zuverlässig zu erfassen, als indem man außer am Anfang und Ende auch noch irgendwo innerhalb der Leitungsstrecke, beispielsweise an den Abzweigpunkten oder Einspeisepunkten, Überwachungsstellen vorsieht.

Die Zuverlässigkeit der Schutzeinrichtung kann man auch dadurch steigern, daß man die verschiedenen Signale, die am Empfangsort aufgenommen werden müssen, um eine Schalterauslösung dort herbeizuführen, verschiedenartig wählt, beispielsweise derart, daß wenigstens eins der Signale ein Signal nach dem Arbeitsstromprinzip und wenigstens eins der Signale ein Signal nach dem Ruhe-Stromprinzip ist. Die Störungsanfälligkeit einer solchen Anordnung ist äußerst gering, weil die Gefahren, die für das Arbeitsstromsystem bestehen, keine Bedeutung haben für das Ruhestromsystem und umgekehrt. Ein ♦5 gleichzeitiges Versagen beider Signale kann daher kaum eintreten. Wendet man die Verschiedenheit der Signale, d. h. teils Ruhestromsignale, teils Arbeitsscromsignale bei einer Schutzeinrichtung für eine Strecke an, ,bei der die Signalsender an räumlich getrennten Orten aufgestellt sind, dann empfiehlt es sich, das nach dem Ruhestromprinzip arbeitende Signal, bei welchem also die Ruhestromunterbrechung von entscheidender Bedeutung ist, bei dem Sender am äußersten Ende der Strecke anzuwenden. Bei einem Fehler auf der Strecke stört es dann nicht, daß durch den Fehler auf der Strecke das Ruhestromzeichen unterbrochen wird. Die Sendeeinrichtung dagegen, welche das Arbeitsstromzeichen sendet, wird zweckmäßig in der dem Leitungsanfang am nächsten liegenden Überwachungsstelle angebracht, damit dieses Zeichen durch den Fehler in der Leitung nach Möglichkeit nicht verhindert wird. Im übrigen bedeutet es für die Schutzeinrichtung keine Schwierigkeit, einen Fehler zu erfassen, der in der Nähe des Anfanges der Leitung entsteht, weil dann der Fehler durch die Änderung der Stromstärke und der Spannungshöhe und durch die Energierichtung an den beiden Streckenenden ohne Schwierigkeit zu erfassen ist.

Die Einrichtung zur Steuerung der Sendeeinrichtung an einer Überwachungsstelle arbeitet zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der Spannungserniedrigung, denn diese ist das zuverlässigste Anzeichen für einen Leitungsfehler, zumal die Überwachungsstelle sich im Gegensatz zum Leitungsanfang meistens in größerer Nähe der Fehlerstelle befindet. Man kann die Eignung eines Spannungsabfallrelais noch dadurch steigern, daß man das Relais auch einem Stromeinfluß unterwirft, und zwar zweckmäßig in solcher Weise, daß die Empfindlichkeit des Relais bei induktiver Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auf der Leitung größer ist als bei Ohmscher Belastung oder kapazitiver Phasenverschiebung. Unterhalb eines gewissen Bereiches der Leitungsspannung ist eine Anregung der Sendeeinrichtung jedoch auf jeden Fall zweckmäßig, so daß es sich empfiehlt, die Relaischarakteristik des spannungsabhängigen Relais an der Überwachungsstelle -so zu formen, daß die Phasenabhängigkeit nur bei Spannungen oberhalb einer gewissen Grenzspannung besteht. Das Relais spricht also, wenn die Spannung oberhalb dieses Grenzwertes liegt, nur an bei entsprechender induktiver Phasenverschiebung, sofern gleichzeitig eine gewisse Spannungserniedrigung auftritt, die jedoch nicht dasselbe Ausmaß besitzen muß wie etwa bei der Phasenverschiebung Null oder bei kapazitiver Phasenverschiebung.

Zur Erläuterung dienen die Figuren. In Fig. ι ist eine Leitungsstrecke zwischen zwei Stationen A und B dargestellt, wobei vorausgesetzt ist, daß die Leistung der Station A xio erheblich größer ist als die der Station B. _ti Innerhalb dieser Strecke sind zwei Abzweigungen C und Ό angenommen, in denen entweder Verbraucher oder weitere Erzeugerstationen angeschlossen sind. Durch einen Pfeil ist eine Stelle bezeichnet, bei der ein Leitungsfehler entstanden sein möge. Mit Rücksicht auf die Größenverhältnisse der beiden Stationen A und B ist die Spannungsabsenkung am Anfang der Leitung bei A, iao welche durch den Fehler an der gezeichneten Stelle hervorgerufen wird, so gering, daß die

Schutzeinrichtung bei der Station A dadurch nicht angeregt wird. Um in einem solchen Falle den Schalter der Station A öffnen zu können, werden von den übrigen Stationen B₁ C, D Signale zu einer Empfangseinrichtung der Station A gegeben, welche in dieser Station beispielsweise dieselbe Wirkung hervorrufen wie das Ansprechen des Anregerelais der dort vorhandenen Schutzeinrichtung. Um diese Wirkung zu erzielen, müssen die drei Sender an den Orten B, C und D sich so verhalten, daß -die dadurch zustande kommenden Signale in der Station A die gleiche Bedeutung haben, näm-

• 15 lieh die Bedeutung, daß die Auslösung des Schalters der Station^! notwendig sei. Das Richtungsrelais der Station A hat dann immer noch die Möglichkeit, festzustellen, daß die Energie in der Station A aus der zu schützenden Strecke herausfließt, so daß es infolgedessen nicht zur Abschaltung kommt. Die von den Stationen B und D ausgehenden Signale bestehen beispielsweise in der Unterbrechung eines ständig übertragenen Hochfrequenzsignals, d. h. die Sender der Stationen β und D arbeiten nach dem Ruhestromprinzip. Der Sender der Stationen C kann ebenfalls nach dem Ruhestromprinzip arbeiten. Wie aber eingangs ausgeführt wurde, ist es vorteilhaft, ihn nach dem Arbeitsstromprinzip arbeiten zu lassen. Der Sender der Station C tritt also erst in Tätigkeit, wenn er hierzu Veranlassung erhält, d. h. erst nach Entstehung eines Leitungsfehlers. Da die Überwachungsstelle C der Fehlerstelle erheblich näher liegt als der Leitungsanfang A, ist in der Überwachungsstelle C der Fehler zuverlässig an der Verminderung der Leitungsspannung zu erkennen. Damit nun aber der Sender der Station C nicht auch jedesmal dann in Tätigkeit tritt, wenn die Spannungsverminderung durch einen Fehler in dem Netzteil links der Station A ausgelöst worden ist, ist die spannungsabhängige Relaiseinrichtung der Überwachungsstelle C von der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auf der Leitung A, B abhängig. In gleicher Weise kann auch in der Station D ein sowohl von der Spannungserniedrigung als auch von der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung abhängiges Relais für die Steuerung des Senders vorgesehen sein, damit der Sender der Station D nicht durch einen Fehler rechts von der Station B unnötigerweise in Tätigkeit gesetzt wird.

Die Ansprechcharakteristik des an der Überwachungsstelle zu verwendenden Relais ist beispielsweise in Fig. 2 wiedergegeben.

In dem Schaubild ist auf der Ordinate die Spannung aufgetragen, bei welcher das Relais anspricht. Wenn die Phasenverschiebung induktiv ist, dann steigt die Ansprechspannung, wie die stark ausgezogene Linie des Schaubildes erkennen läßt, an und erreicht etwa ihren größten Wert bei. 90⁰ Phasenverschiebung, d. h. bei rein induktiver Belastung. Der größte Wert braucht nicht gerade bei 90⁰ Phasenverschiebung erreicht zu werden, sondern wird zweckmäßig auf den Phasenwinkel eingestellt, der bei Kurzschluß auf der Leitung sich ergibt. Bei kapazitiver Phasenverschiebung oder bei Ohmscher Belastung muß die Spannungserniedrigung ein erheblich größeres Ausmaß annehmen, wenn das Relais ansprechen soll. Kapazitive Phasenverschiebung ist aber für den Überwachungsort C beispielsweise dann gegeben, wenn die Fehlerstelle nicht, wie angenommen, rechts, sondern wenn sie links von der Station C liegt. Für solche Fehler ist also die Ansprechempfindlichkeit des Relais sehr gering.

Eine einfache Anordnung zur Erzielung der in Fig. 2 erläuterten Relaiseigenschaft zeigt schematisch das Ausführungsbeispiel in Fig. 3. Es ist dort die Station C dargestellt. Beiderseits der Abzweigstelle sind Stromwandler ι und 2 angebracht und so geschaltet, daß die Summe ihrer Sekundärströme eine Relaisspule 3 durchfließen. Der Kraftfluß der Relaisspule 3 setzt sich geometrisch zusammen zum Kraftfluß einer Spannungsspule 4, die von einem Spannungswandler 5 gespeist wird. Die Erregung der Spule 4 entspricht der Spannung der Leitung, die Erregung der Spule 3 entspricht dem Strom auf der Leitung A₁ B. In den Spannungskreis ist außerdem eine Impedanz 6 eingeschaltet, um eine Phasenverschiebung zwischen dem Strom in der Spule 4 und der Spannung auf der Primärseite des Wandlers 5 zu erreichen. Durch Wahl einer passenden Phasenverschiebung erreicht man, daß sich die Felder der Spule 3 oder 4 gerade bei einer "solchen Phasenverschiebung gegenseitig schwächen, bei welcher man die größte Relaisempfindlichkeit erzielen will. Bei einer Relaischarakteristik gemäß Fig. 2 würde eine künstliche Phasenverschiebung von 90⁰ anzuwenden no sein.

Der Kontakt des Relais 3, 4 schaltet, wenn er geschlossen wird, den Sender S ein, der nun ein Signal zu der Empfangseinrichtung der Station A aussendet. Parallel zum Kontakt des Relais 3, 4 liegt aber der Kontakt eines weiteren Relais 7, das ausschließlich von der Spannung der Leitung am Ort C erregt wird. Dieses Relais ist so eingestellt, daß der Sender 6* bei Erniedrigung der Spannung unter die Linie H in Fig. 2 eingeschaltet wird. Die der Linie H in Fig. 2 entsprechende

Höhe der Leitungsspannung ist so niedrig gewählt, daß der Sender nach Möglichkeit bei einem Fehler im linken Nachbarabschnitt neben der Station A nicht ausgelöst wird. 5

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Selektivschutzeinrichtung für elektrische Leitungen, bei welcher die Auslösung eines Leitungsschalters bei einem

   ίο Fehler in der zu schützenden Leitungsstrecke durch eine Empfangseinrichtung für Signale netzfremder Frequenz, insbesondere Hochfrequenzsignale, herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterauslösung infolge der Tätigkeit des Empfangsrelais nur erfolgt, wenn am Empfangsort, an dem die Schalterauslösung stattfinden soll, mehrere in ihrer Bedeutung übereinstimmende, von Überwachungsstellen außerhalb des Empfangsortes ausgesandte Signale empfangen werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale von räumlich getrennten Überwachungsstellen der zu schützenden Leitung ausgehen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Signalen wenigstens eins einem Arbeitsstromsystem und wenigstens eins einem Ruhestromsystem angehört.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet.

   daß bei einer Leitungsanlage, bei \velcher ein Leitungsfehler nicht mit Sicherheit am Streckenanfang durch die Änderung der Stromstärke oder die Erniedrigung der Spannung zu erfassen ist, innerhalb der zu schützenden Strecke eine oder mehrere Überwachungsstellen mit je einer Sendeeinrichtung angeordnet sind, welche durch die Spannungsverminderung an einer solchen Überwachungsstelle in Tätigkeit gesetzt werden.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 1 und folgenden, insbesondere nach Anspruch ι und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Sender Relais benutzt werden, die von der Spannungsverminderung unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung der Leitung beeinflußt werden.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das auch von der Phasenverschiebung abhängige Spannungsrelais zusätzlich auch unter dem Einfluß des Leitungsstromes steht, wobei künstlich die Phasenverschiebung zwischen den vom Leitungsstrom und von der Leitungsspannung ausgeübten Einflüssen im Relais vergrößert wird.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem von der Phasenverschiebung abhängigen Spannungsrelais ein von der Spannung allein abhängiges Relais parallel geschaltet ist, welches aber auf eine Spannungshöhe eingestellt ist, die niedriger ist als die höchste Spannung, bei der das von der Phasenverschiebung abhängige Relais ansprechen kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen