-
Schutzschaltung für ein elektrisches Kraftnetz Die Erfindung betrifft
eine Schutzschaltung für ein elektrisches Kraftnetz mit einer Mehrzahl von Leiterabschnitten
mit an den Enden parallel geschalteten Leitern, welchen normalerweise gegeneinander
abgeglichene Sonderfrequenzhilfsströme an beiden Enden der Leiterabschnitte zugeführt
werden und welche Sperrkreise enthalten, die den Kraftstrom durchlassen, dagegen
für die Sonderfrequenzhilfsströme sperrend wirken.
-
Gemäß der Erfindung werden die Sonderf requenzhilfsströme
jenseits der an den Enden jedes Leiterabschnittes angeordneten Sperrkreise
zugeführt, d. h. also außerhalb der eigentlichen zu schützenden Leitungsstrecke,
und die Sperrkreise sind so abgestimmt, daß sie nur beim Auftreten eines Fehlers
in dem zugehörigen Leiterabschnitt einen Sonderfrequenzhilfsstrom von solcher Größe
durchlassen, daß er ein für diese Sonderfrequenz empfindliches Überstromrelais zu
erregen vermag. Die Erfindung bietet insbesondere die Möglichkeit, eine Schutzschaltung
für die parallel geschalteten Leiter eines Kraftnetzes zu schaffen, die einen hohen
Grad der Selektivität zwischen gesunden und kranken Parallelleitern aufweist, ohne
daß für jeden parallel geschalteten Leiter der Sonderfrequenzbilfsstrom besonders
zugeführt werden muß.
-
Die Erfindung ist durch die Zeichnungen beispielsweise dargestellt,
und zwar für Einphasenkraf tnetze; dabei ist Fig. i ein Schaltungsschema, das die
Grundprinzipien der Anordnung wiedergibt; Fig. 2. stellt die bevorzugte Form der
Erfindung in Anwendung auf ein Einphasenbahnschinenkraftnetz mit parallelen Fahrdrähten
dar; Fig. 3 und 4 sind Schemata anderer Anordnungen; Fig. 5 zeigt
beispielsweise die Anwendung auf ein Dreiphasenkraftnetz.
-
Aus dem Kraftnetz i i (Fig. i bis 4), das einen 25-Periodenstrom führen
möge, wird an Unterstationen 12 Energie über Speisekreise 16 dem Leiter 21 bzw.
den parallel geschalteten Leitern 21, .2-2 zugeführt, die beispielsweise die Fahrdrähte
bzw. Stromschienen einer elektrischen Bahnanlage darstellen. Nahe den Enden der
Leiterabschnitte sind in üb-
licher Weise Olschalter:23 mit Zubehör vorgesehen.
I An jeder Unterstation ist ein Hilfsstromerzeuger 41 vorgesehen, der eine Sonderfrequenz
von
z. B. 5oo Perioden erzeugt, Bei der Schaltung nach Fig. 2 wird der Generator 41
durch einen vom Netz ii gespeisten Synchrollmotor 42 angetrieben. Für jede Unte-r#-k
station ist nur ein Generator 41 erforder *, je1111ke# Die Generatoren 41
an beiden Enden der allelleiter 21, :22 arbeiten ständig im syii-i' chron!-smus.
je eine Klemme ist mit der Rückleitung (Erde) verbunden, die andere über einen Kondensator45
und den Speiseleiter 16 mit der geerdeten Klemme des Krafttransformators 14. In
diesem Falle braucht die Hilfsquelle nicht gegen die Hochspannung, der Leitungen:2i,
22 isoliert zu sein.
-
Der Kondensator 45 erhält eine solche Kapazität, daß seine Reaktanz
gleich der des Transformators ist. Durch die Kondensatoranordnung wird erreicht,
daß eine hohe Impedanz des Transformators den Zufluß des Sonderfrequenzstromes nicht
stört; außerdem bildet der in Reihe mit dem Transformator 14 geschaltete Kondensator
einen Serienresonanzkreis, der eine reine Sinuswellenform für den Sonderfrequenzstrom
zu sichern gestattet.
-
Zwischen dem Transformator 14 und Erde bei 15 ist ein Sperrkreis -i
angeordnet, der eine vergleichsweise hohe Impedanz (etwa 5oo Ohni) für den Son-derfrequenzstrom
aufweist. Der Sonderfrequenzstrom wird infolgedessen in erster Linie in die Parallelleiter
21, 22, gelangen. Dem :25-Periodenkraftstrom gestattet die Drossel 72 des
Sperrkreises freien Durchgang. Die Reaktanz des Kondensators 73 soll für
den Sonderfrequenzstrorn gleich der der Drossel 72 sein.
-
In der Nähe jedes Endes der Leiter 2 1, 22 liegt ein Sperrkreis
61 (Fig. 2) aus Drossel 62
und Kondensator 63, der auf die Sonderfrequenz
abgestimmt ist und dessen Impedanz etwa 30 bis 40 Ohm bei 500 Perioden
besitzt. Die Größe der Impedanz soll annähernd der der zugeordneten Leitung ?-i
oder. 2:2 bei 5oo Perioden entsprechen. Die Impedanz für den Kraftstrom ist außerordentlich
gering.
-
In Reihe mit dem Kondensator 63 liegt ein Stromwandler 64,
der einem Auslösehilfsrelais 31 Strom der Sonderfrequenz zuführen soll. Der
Kraftstrom wird nur zum sehr kleinen Teil den Wandler 64 durchfließen, weil der
Kondensator 63 für diesen eine hohe Impedanz aufweist.
-
Die Klemmen des Schalters 23 sind über einen Kondensator 81
verbunden, der den Sonderfrequenzstrom durchläßt, dagegen den Kraftstrom sperrt.
Somit kann' auch die Weiterleitung des Sonderfrequenzstromes noch erfolgen, wenn
die Schalter233 an den Abschnittsenden geüffnet sind.
-
Bei normalen Betriebsverhältnissen sind die Schalter23 geschlossen,
und sämtliche Leitungen 21, 22 erhalten Kraftstrom von 25 Perioden von den
Transformatoren 14 aus-, Verbraucher 51 beziehen Strom aus den Leitungen, der über
Erde zurückgeleitet -wird. ":,Strom der Sonderfrequenz fließt dagegen normalen Umständen
im Kraftnetz ,;'3#i#cht. Tritt an einer Leitung, beispielsweise z4#'b- ei 52 in
der Leitung 21, ein Kurzschluß ein, so entsteht für die Generatoren41 an den Enden
der Leitung ein Stromkreis über Kondensator 45, Transformator 14, Leitung 16, Schalter
23, Sperrli:reis 61, Kurzschluß 52
und Erde an den Generator 41. Ein
Teil dieses Stromes wirkt durch den Wandler 64 auf das Relais 31, das seinen AnIzer3#2
anzieht, Kontakte 35 schließt und die Auslösespule 87 des zugehörigen
Schalters 23 zur Wirkung bringt. Dadurch werden die Olschalter:23 an den beiden
Leitungsenden ausgelöst.
-
Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist noch eine Schließspule
86 über Rukekontakte 85
der - Hilfsauslöserelais 31 eingeschaltet,
die dazu dienen kann, den Schalter 23 nach Beseitigung einer Störung sofort
wieder zu schließen.
-
Der Kurzschluß bei 5:2 an der Leitung 21 veranlaßt, daß auch
eine gewisse Menge des Sonderfrequenzstromesdurch -diegesundeLeitung:2:2 in einer
Richtung fließt, die von'der Lage der Störstelle abhängt. Dieser Strom wird aber
infolge der Impedanz der Sperrkreise 61 nur einen geringen Wert erreichen, denn
er müßte ja zur Erreichung der Störstelle von der Leitung 22 aus über drei Sperrkreise
61 fließen, während er nur durch einen zu fließen hat, um diese durch die Leitung
21 zu erreichen. Somit wird eine Schalteraus. lösung nur in der kranken Leitung:2i
erfolgen.
-
Auch über einen Verbraucher 51 wird eine gewisse Menge des Sonderfrequenzstromes
fließen. Normalerweise wird a-ber dieser Strom nicht ausreichen, das Auslösehilfsrelais
31 in Gang zu setzen. Wenn eine Vielzahl von Verbrauchern (z. B. drei) in einem
Abschnitt vorhanden ist, so könnte durch die Parallelschaltung dieser Verbraucher
allerdings das Fließen eines stärkeren Sonderf requenzstromes, verursacht werden.
-
Damitdas Relais 31 zwischen Störströmen und solchen Nutzlastströmen
unterscheiden kann, kann es gemäß Fig. 3 als Differentialrelais ausgebildet
sein. Es besitzt hier neben der Arbeitsspule 31 eine zweite Spule 33. Der
Anker dieser Spule, auf den eine Verzögerungseinrichtung 37 wirkt, ist durch
eine Feder 34 mit dem Anker 32 der Spule 3 1 verbunden. Wenn die Nutzlast
an dem Abschnitt allmählich zunimmt, wird die Spule 36 Zeit haben, die Feder
34 vorzuspannen, so daß die Schließung des Kontaktes 35 dann bei einem Stromfluß
in der Einrichtung noch nicht eintritt,
der bei einer raschen Veränderung
schon ausreicht, die Auslösung herbeizuführen. Somit wird zwischen Belastungs- und
Störungsverhältnissen unterschieden. Es können auch Einrichtungen Anwendung finden,
die außer Phase befindliche Ströme zwischen den* Generatoren 41 kompensieren.
-
Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist der, Generator 41 über einen
Transformator 43 mit der bei 15 geerdeten Klemme des Krafttransformators
14 gekoppelt, dessen Kern vorzugsweise mit einem Luftspalt ausgestattet ist. Ein
Kondensator 44, der auf die Reaktanz des Transformators 43 abgestimmt ist, dient
dazu, den Strom von Kraftfrequenz vorn Generator 41 fernzuhalten. Er ist auf die
Reaktanz des Transformators43 abgestimmt, um die gewüns#lite Wellenform. zu erzielen.
-
Ein parallel zum Transformator 14 liegender Kondensator46 kann, wenn
dieser zu hohe Reaktanz aufweist, dem Sonderfrequenzstrom den Durchgang ermöglichen,
doch wird die Anordnung gemäß Fig.:2 bevorzugt. An Stelle des Sperrkreises 61 in
Fig. :2 tritt hier der Sperrkreis 25 aus Kapazität 6,3 und Induktanz
62. Der Wandler 24 ist hier in Reihe mit dem Sperrkreis angeordnet. Ein Kondensator
38 im Sekundärkreis dieses Wandlers verhütet, daß der 25-Periodenstroin zur
Relaisvorrichtung 34 36 gelangt. Der Stromwandler 24 muß verhältnismäßig
groß sein gegenüber dem Wandler 64, so daß die Anordnung der Fig.:2 auch hier bevorzugt
wird. Bei der Anordnung nach Fig. 4, die bei einer hohen Reaktanz des Transformators
14 den Vorzug verdient und beispielsweise aus einer Gruppe von verschiedenen Transformato#ren
besteht, von denen einer oder mehrere zuzuschalten oder abzuschalten sind (dies
würde jeweils eine Einstellung des Kondensators 45 erforderlich machen), braucht
der Strom von Sonderfrequ#enz den Haupttransformator 14 nicht zu durchfließen. Die
Anordnung ist im übrigen der nach Fig. 2. ähnlich.
-
In Fig. 5 sind durch die Linien A, B,
C und A', B', C die parallelen Leitungen
eines Dreiphasennetzes dargestellt. Die Generatoren 41 inüssen hier Dreiphasenstroni
der Sonderfrequenz (z. B. 500 Perioden) erzeugen und weisen je einen
geerdeten Nullpunkt auf. Die beiden Parallelkreise verlaufen zwischen zwei Stationen
P und Q. Tritt ein Erdschluß an einem der Leiter auf, so werden wieder die
Hilfsauslöserelais 31 in Tätigkeit gesetzt.
-
In den Leitungen A, B', C sind die Sperrkreise
nur durch gestrichelte Rechtecke angedeutet.