DE656353C

DE656353C - Einrichtung zur kurzzeitigen Erhoehung eines Fehlerstromes

Info

Publication number: DE656353C
Application number: DEA64294D
Authority: DE
Inventors: Dr Rolf Wideroee
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1931-12-01
Filing date: 1931-12-01
Publication date: 1938-02-03

Description

Um ein selektives Abschalten von Anlageteilen zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen, jeden auftretenden Fehler in einen Kurzschluß zu verwandeln. Unter dem Einfluß S des Kurzschlusses werden dann die widerstandsabhängigen Distanzrelais zum Ansprechen gebracht und dadurch die Abschaltung des vom Fehler betroffenen Anlageteiles bewirkt. Derartige Einrichtungen haben aber

ίο den Nachteil, daß unnötigerweise eine hohe Beanspruchung infolge des Kurzschlußstromes auftritt. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es daher zweckmäßig, statt eines dauernd fließenden Kurzschlußstromes nur kurzzeitig Stromstöße in die Leitung zu senden.

Auch wurde bereits vorgeschlagen, den beim Auftreten eines Erdschlusses sich einstellenden Fehlerstrom für kurze Zeitdauer so weit zu vergrößern, daß die angeschlossenen Erdschlußrelais zum Ansprechen gebracht werden können. Man verwendet hierzu spannungsabhängige Widerstände oder automatisch sich verändernde Induktivitäten, wie

z. B. unter dem Einfluß des Erdschlußstromes anlaufende elektrische Maschinen, deren Ständer im Erdschlußkreis liegt, so daß im ersten Augenblick nur die Kurzschlußinduktivität der Maschine, später aber deren volle Leerlaufinduktivität wirksam wird.

Es ist auch bekannt, den Fehlerstrom durch Überbrückung eines in der Erdschlußverbindung liegenden Widerstandes mittels eines mechanischen Schalters zu erhöhen. Ein derartiger Schalter hat jedoch den Nachteil, daß er der hierbei gestellten Aufgabe, den Stromkreis beim Auftreten eines Fehlers ohne jede Verzögerung zu schließen und nach kurzzeitiger Kontaktgabe wieder zu öffnen, nur sehr unvollkommen gerecht werden kann, selbst wenn er unter Aufwand erheblicher Kosten mit einer Schnelleinschalt- und einer Schnellausschalteinrichtung versehen ist. In allen Fällen ist nämlich eine erhebliche Masse bei einem mechanischen Schalter zu beschleunigen. Ferner sind die für die einzelnen Schaltbewegungen erforderlichen Vorbereitungshandlungen zu treffen, d. h. beim Einschalten ist gleichzeitig die Ausschaltfeder aufzuziehen und umgekehrt beim Ausschalten der Einschaltvorgang wieder vorzubereiten. Diese Maßnahmen erfordern natürlich Zeit, so daß sowohl die Dauer der Kontaktgabe als auch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Schaltmäßnahmen, wenn man sie öfter hintereinander wiederholen will, unnötig lang ausfallen müssen. Dadurch wird die Dauer des Fehlers erhöht und die Beunruhigung des Netzes unnötig vergrößert. Fernerhin ist der Schalter durch das häufige rasche Ein- und

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

Dr. Rolf Wideröe in Vinderen, Oslo.

Ausschalten einer hohen Beanspruchung ausgesetzt, so daß seine Lebensdauer hierdurch beeinträchtigt wird.

Alle diese Nachteile werden durch die Erfindung dadurch vermieden, daß gittergesteuerte Entladungsgefäße mit Gas- od&r-J Dampffüllung verwendet werden, deren An-"' odenkreis im Stromkreis des die Schutzeinrichtung betätigenden Fehlerstromes liegt ίο und deren Gitter durch eine Umschaltvorrichtung so gesteuert wird, daß zwischen dem Kontaktgeben eine Erhöhung des Fehlerstromes eintritt.

Erst durch die Verwendung gittergesteuerter Entladungsgefäße wird es demnach möglich, die sehr zweckmäßige kurzzeitige Erhöhung des Fehlerstromes durchzuführen, um dadurch mit Sicherheit die Schutzrelais zum Ansprechen zu bringen. Während in anderen Fällen gittergesteuerte Entladungsgefäße zum Schalten praktisch nicht verwendet wurden, man vielmehr mechanische Schalter vorgezogen hat, liegt der Erfindung gerade die Erkenntnis zugrunde, daß zur kurzzeitigen Erhöhung des Fehlerstromes mechanische Schalter überhaupt nicht brauchbar sind und die praktische Durchführung dieser sehr zweckmäßigen Schutzmaßnahmen erst durch die Verwendung gittergesteuerter Entladungsgefäße mit Gas- oder Dampffüllung möglich ist.

Die Einrichtung kann zum selektiven Abschalten irgendeines Fehlers verwendet werden. Wenn z. B. das zur Überwachung der Lagertemperatur einer elektrischen Maschine dienende Organ eine zu hohe Temperatur anzeigt oder irgendwelche anderen Schutzeinrichtungen ansprechen, dann wird das Gitter an eine solche Spannung gelegt, daß der Anodenkreis, der zwischen zwei Netzleiter geschaltet ist, kurzzeitig einen solchen Strom.· führt, daß die Kurzschlußvorrichtungen des Netzes zum Ansprechen gebracht werden und ein selektives Abschalten des fehlerbetroffenen Anlageteiles herbeiführen.

Eine Ausführung der Erfindung für einen Erdschlußschutz ist in Abb. 1 dargestellt. Der Nullpunkt 1 eines Netzes 2 ist über einen Widerstand 3 geerdet. Parallel zu einem Teil des Widerstandes 3 oder seiner ganzen Größe liegt der Anodenkreis eines dampfgefüllten Entladungsgefäßes 4, dessen Gitter 5 über eine Umschaltvorrichtung 6 normalerweise an den Minuspol einer Batterie 7 gelegt ist. Die Umschaltvorrichtung 6 wird von einem Relais 8 gesteuert, das in die Erdverbindung des Nullpunktes 1 eingebaut ist. Der Pluspol der Batterie 7 ist nun über einen hochohmigen Widerstand 9 dauernd an das Gitter 5 gelegt, während der Mittelpunkt ο der Batterie 7 an die Kathode 10 der Röhre 4 geschaltet ist.

Infolge der negativen Gittervorspannung fließt demnach normalerweise kein Strom im Anodenkreis der Röhre 4. Wenn nun ein Erdschluß auftritt, dann kann der Erdschlußstrom, namentlich wenn er in der Nähe des ■i-5?Mlpunktes liegt, so klein sein, daß er zwar ■'■-die sehr empfindliche Umschaltvorrichtung 8 zu betätigen vermag, aber nicht dazu ausreicht, um die im Netz liegenden, zum selektiven Abschalten dienenden Erdschlußrelais 11 zum Ansprechen zu bringen. Die Erhöhung des Erdschlußstromes wird nun dadurch erreicht, daß die Umschaltvorrichtung 8 ihre Kontakte 6 umlegt. Dadurch wird zeitweise die negative Vorspannung von dem Gitter 5 entfernt. Während des Umschaltvorganges wird das Gitter über den Widerstand 9 an die positive Anschlußklemme der Batterie 7 gelegt. Während dieser kurzen Umschaltzeit vermag daher die Röhre 4 Strom zu führen und einen Teil des Widerstandes 3 kurzzuschließen. Diese kurzseitige Erhöhung reicht im allgemeinen aus, um einen zur Betätigung der Erdschlußrelais 11 hinreichenden Strom hervorzurufen. Die Erdschlußrelais 11 sind dabei als distanzabhängige Relais ausgebildet, deren Stromspule vom Asymmetriestrom, deren Spannungsspule von der Spannung zwischen dem erdschluß- go behafteten Leiter und Erde in bekannter Weise beeinflußt wird.

Zur Erzielung einer größeren Sicherheit kann die Einrichtung in der aus Abb. 2 ersichtlichen Weise geändert werden. AnStelle des Widerstandes 3 ist hier eine Erdschlußspule 12 vorgesehen, deren Abstimmung durch Kurzschließen einiger Windungen durch das Entladungsgefäß 4 so weit verstimmt wird, daß im Erdschlußfalle kurzzei- ioo tig ein zur Betätigung der Erdschlußrelais ausreichender Strom fließt. Die Umschaltvorrichtung 8 ist als Schrittschaltwerk ausgebildet, damit während des Erdschlusses mehrere Stromstöße im Netz hervorgerufen werden können. Der Kontakthebel 8 bewegt sich über eine Anzahl von Kontakten 6 und legt dadurch mehrere Male eine positive Spannung an das Gitter 5 der Röhre 4. Dadurch werden mehrere Stromstöße im Netz ausgelöst, so daß eine erhöhte Sicherheit der Einrichtung erzielt wird. Zur Erhöhung der Selektivität kann auch das Erdschlußrelais 11 mit einem Schrittschaltwerk 13 ausgerüstet sein, das synchron mit dem Schrittschaltwerk 8 läuft. In den Augenblicken, in denen das Schrittschaltwerk 8 seine Kontakte unterbricht, legt das Schrittschaltwerk 13 die Spannungsspule des Erdschlußrelais 11 über verschieden hohe Widerstände 15 an die Spannung zwisehen Erde und die fehlerbehaftete Phase. Die Stellung 1 des Schrittschaltwerkes 13 ent-

spricht dabei einer Impedanz, die etwas kleiner ist als die Impedanz des zu überwachenden Streckenabschnittes. Bei. jedem Stoß wird dann das Schrittschaltwerk so wettergeschaltet, daß die Auslösebedingung auf. einen immer größer werdenden Widerstand sich einstellt. In der Stellung ι soll demnach das der Fehlerstelle am nächsten liegende Relais zum Auslösen kommen. Ist dies nicht

ίο geschehen, dann schalten sämtliche Schrittwerke weiter, und in der Stellung 2 ist sowohl das dem Fehler am nächsten benachbarte als auch das übernächste Relais zum Abschalten bereit. Beim Versagen des eigentlieh zur Auslösung bestimmten Relais wird demnach dennoch eine Auslösung mit Sicherheit erfolgen.

Die synchrone Arbeitsweise der Schaltwerke 8 und 13 kann am besten dadurch erreicht werden, daß das Schaltwerk 13 selbst unter dem Einfluß der Stromstöße betätigt wird. Zweckmäßig ist es, den zeitlichen Abstand zwischen zwei Stromstößen des Schrittschaltwerkes so weit zu erhöhen, daß in etwa 5 Sekunden Zwischenzeit der Erdschlußspule Gelegenheit gegeben ist, den Erdschlußstrom zu löschen. Nach dieser Zeit werden dann die Stromstöße in kürzeren Zeitintervallen, vielleicht in Abständen von 1 Sekunde, erfolgen.

Die Impedanzrelais werden vorteilhaft so ausgebildet, daß sie gleichzeitig auch die Richtung des Erdschlußstromes berücksichtigen.

Die kurzzeitige Erhöhung des Erdschlußstromes kann auch in der Weise erfolgen, daß eine kurzzeitige Änderung der Verlagerung des Nullpunktes eintritt. Es ist bereits bekannt, in die Erdverbindung des Nullpunktes von elektrischen Apparaten eine Spannung einzufügen, welche eine Verlagerung des Nullpunktes herbeiführt. Mit Rücksicht auf die Isolation der Anlage wird aber die Verlagerung des Nullpunktes im allgemeinen nicht mehr als 10% betragen. Der Strom, der bei einem Erdschluß im Nullpunkt auftritt, reicht dann im allgemeinen aus, um unter dem Einfluß des Erdschlußstromes liegende hochempfindliche Relais zum Ansprechen zu bringen, nicht aber um die zur selektiven Abschaltung erforderlichen, unter dem Asymmetriestrom stehenden, z. B. in HoImgren-Schaltung angeordneten Relais zu betätigen. Nach der Erfindung soll daher durch gittergesteuerte Dampf entladungsgef äße kurz-. zeitig eine Erhöhung der Verlagerungsspannung bewirkt werden.

In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel für diese Anwendung des Erfindungsgedankens dargestellt. Der Nullpunkt 1 des Netzes 2 ist an den Punkt W₀ einer Induktivität 16 angeschlossen, deren einer Endpunkt mit der Phase R des Netzes verbunden ist, deren anderer Endpunkt M₂ über einen Widerstand 15 und den Anodenkreis einer Entladungsröhre 4 geerdet ist. Ein Punkt W₁ der Drosselspule 16, der so gewählt ist, daß die zwisehen w_a und W₁ erzeugte Spannung, wie aus dem Diagramm der Abb. 4 zu ersehen ist, etwa 10% der Erdschlußspannung beträgt, ist über einen Widerstand 17 mit Erde verbunden. In die Erdleitung ist wieder ein hochempfindliches Relais eingebaut, das das Gitter der Röhre 4 wie bei den Abb. 1 und 2 steuert. Beim Auftreten eines Erdschlußstromes wird dann die Röhre 4 leitend und verbindet somit den Punkt w₂ über den Widerstand 15 mit Erde. Der Punkt W₂ ist dabei so gewählt, daß eine weit höhere Spannungsverlagerung erzeugt wird, als wenn der Punkt M₁ mit Erde verbunden wäre. Zweckmäßig wird die Spannungsverlagerung, die sich dann kurzzeitig einstellt, etwa 50% der Phasenspannung betragen. Eine andere Schaltanordnung, die im Prinzip dieselbe Arbeitsweise besitzt wie die in Abb. 3 dargestellte, ist in Abb. 5 gezeichnet. Die zur Spannungs-Verlagerung dienende Induktivität ist unmittelbar durch eine erhöhte Anzahl von Wicklungen auf dem dritten Schenkel des Nullpunktes I angeordnet. Selbst bei Erdschlüssen, die im Nullpunkt des zu überwachenden Apparates liegen, wird dann kurzzeitig ein Erdschluß strom hervorgerufen, der zum selektiven Abschalten der fehlerbehafteten Anlageteile ausreicht. Bei den in Abb. 3 und 4 dargestellten Anordnungen ist es zweckmäßig, den Widerstand 15 klein im Verhältnis zum Widerstand 17 zu wählen, damit der entstehende Stromstoß eine zur Auslösung der Relais genügende Höhe besitzt.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur kurzzeitigen Erhöhung eines Fehlerstromes, gekennzeichnet durch gittergesteuerte Entladungsgefäße mit Gas- oder Dampffüllung, deren Anodenkreis im Stromkreis des die Schutzeinrichtung betätigenden Fehlerstromes liegt und deren Gitter durch eine Umschaltvorrichtung so gesteuert wird, daß zwischen dem Kontaktgeben eine Erhöhung des Fehlerstromes eintritt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkreis der Entladungsröhre zwischen zwei Netzleiter geschaltet ist, während das Gitter normalerweise an eine solche Spannung gelegt ist, daß kein Anodenstrom fließt, beim Auftreten irgendeines Fehlers, der die Abschaltung eines Anlageteiles erforderlich macht, dagegen kurzzeitig an eine Spannung gelegt wird, die

einen Strom durch die Röhre fließen läßt, der die Kurzschlußvorrichtungen des Netzes zum Ansprechen bringt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 für Erdschlußschutzeinrichtungen,dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkreis der Entladungsröhre parallel zu einem Teil oder dem gesamten Widerstand der Erdverbindung geschaltet ist, während normalerweise das Gitter an eine solche Spannung gelegt ist, daß kein Anodenstrom fließt, beim Auftreten eines Erdschlusses dagegen kurzzeitig an eine Spannung gelegt wird, die einen Strom durch die Röhre fließen läßt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3 für kompensierte Netze, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkreis der Entladungsröhre parallel zu einem Teil oder sämtlichen Windungen der Löschvorrichtung (12) geschaltet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung mehrerer Anodenstromstöße ein Schaltwerk (8) vorgesehen ist, welches in geringen Zeitabständen an das Gitter der Entladungsröhre eine Spannung legt, welche einen Anodenstrom hervorruft, und daß mit dem ersten Schaltwerk (8) synchron laufende Schaltwerke (13) vorgesehen sind, welche die Auslösecharakteristik der im Netz Hegenden Distanzrelais / so verändern, daß die Auslösebedingung auf einen immer größer werdenden Widerstand sich einstellt. *

6. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5 für Erdschlußschutzeinrichtungen mit verlagertem Nullpunkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter der Elektronenröhre von einer Umschaltvorrichtung gesteuert ist, welche unter dem Einfluß des infolge der normalerweise geringen Verlagerung des Nullpunktes zustande kommenden Erdschlußstromes steht, und daß der Anodenkreis so geschaltet ist, daß er beim Ansprechen der Röhre eine so hohe Verlagerung des Nullpunktes herbeiführt, daß sich eine zur Betätigung der Schutzrelais ausreichende Stromstärke einstellt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die normale Verlagerung etwa 10 %> die bei Erdschluß kurzzeitig einsetzende etwa 50% der Phasenspannung beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen