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Schaltung zur Speisung eines durch ein Schutzrelais (Maschennetzrelais)
gesteuerten Relais (Auslösers) aus dem geschützten Netz Für die Erregung der von
einem Schutzrelais einer Anlage gesteuerten Relaiseinrichtung ist vielfach eine
besondere Stromquelle vorgesehen, um sicher zu sein, d-aß die für die Relaiserregung
erforderliche Energie jederzeit, also auch im Störungsfall, zur Verfügung steht.
Zur Ersparnis solcher besonderer Stromquellen hat man bereits die- Erregung der
Hilfsrelais durch die Netzspannung oder durch den Sekundärstrom von Stromwandlern,
die in den Netzleitungen angeordnet sind, verwendet.
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Bisher hat man die von den Maschennetz relais oder einem anderen Relais
zu steuernde Auslösespule so geschaltet, daß sie beim Ansprechen des Maschennetzrelais
durch die Netzspannung betätigt wird. Da aber die Netzspannung in einem Fehlerfall
unter Umständen stark vermindert ist, war man gezwungen, die Auslösespule derart
zu bemessen, daß sie beispielsweise noch bei einer Restspannung von io °/o der normalen
Spannung ausreichend erregt wird.
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Die Forderung, daß die Auslösespule bei nur l/io der vollen Spannung
ausreichend erregt wird, in anderen Fällen aber die volle Netzspannung längere Zeit
ohne Schaden vertragen muß, ist schon außerordentlich schwer zu erfüllen, weil die
Leistungsaufnahme des Auslösers sich quadratisch mit der Spannung ändert und demzufolge
dann im Verhältnis i ; ioo schwankt. Der Wunsch, den Ansprechwert des Auslösers
noch weiter zu senken, um möglichst bei allen Fehlern in der Nähe des Relais noch
eine sichere Auslösung zu bewirken, ist daher sehr schwer zu verwirklichen. Auch
eine Schaltung, mit deren Hilfe die Erregung der Auslösespule nicht von einer bestimmten,
sondern von einer wählbaren Netzspannung oder von beispielsweise zwei verschiedenen
Netzspannungen abhängt, bietet nur bei ein- oder zweiphasigen Fehlern eine größere
Sicherheit. Bei einem dreiphasigen Fehler in der Nähe der Relais brechen sämtliche
Netzspannungen zusammen, so daß bei sehr kleiner Restspannung der Auslöser doch
nicht arbeiten kann.
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Man hat daher schon vorgeschlagen, Auslöser und Relais von der Oberspannungsseite
eines am Relaisort vorhandenen Transformators zu speisen, weil bei einem Fehler
auf der Niederspannungsseite die Verminderung der Spannung auf der speisenden Hochspannungsseite
weniger stark hervortritt. Eine Verwirklichung dieses Verschlags würde dazu zwingen,
Hochspannungswandler allzuwenden,
welche sehr kostspielig sind.
Außerdem würde diese Maßnahme nicht einmal unter allen Umständen eine ausreichende
Sicherheit geben.
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Gemäß der Erfindung wird die Erregung des Relais sowohl durch die
Netzspannungals auch durch den Strom in der Netzleitung vorgesehen, und zwar abhängig
davon, ob das Relais als Leistungsumkehrrelais bei gesunder Netzspannung oder als
@Energierichtungsrelais bei zusammengebrochener Spannung (Fehlerfall) arbeiten soll.
Wenn der Strom auf der Leitung eine gewisse Grenze übersteigt, ist die Spannungserregung
des Relais nicht mehr erforderlich, kann also abgeschaltet sein. Aber selbst wenn
sie eingeschaltet ist, kommt es auf die Höhe der Netzspannung nicht mehr an, denn
die Auslösung des Schalters ist durch die Erregung des Auslöserelais durch den Leitungsstrom
sichergestellt. Die Stärke des auf der Leitung fließenden -Stromes ist meist um
so größer, je kleiner die Netzspannung ist, so daß die Erregung des Auslöserelais
durch den Strom der Leitung gerade dann am Platz ist, wenn die Leitungsspannung
stark vermindert ist.
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Man kann gemäß der weiteren Erfindung eine Verkettung des Spannungserregungskreises
und des Stromerregungskreises auch vermeiden, indem man durch ein Relais die Spannungserregung
unterbricht, sobald die Stromerregung eingeschaltet wird. Zu diesem Zweck kann ein
Überstromrelais vorgesehen sein, welches bei seinem Ansprechen eine Verbindung im
Spannungserregungskreis unterbricht.
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Dadurch, daß neben der Spannungserregung auch eine Stromerregung vorgesehen
wird, ist man in der Lage, die Bemessung des zu erregenden Relais oder der Auslösespule
für eine Spannung beispielsweise oberhalb 30 oder 40 oder 5o °lo der Netzspannung
zu wählen. Es schwankt also die Höhe der Spannung am Relais nur im Verhältnis I
: 3 oder I . 2.
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Das Überstromrelais, welches die Unterbrechung des Spannungserregerkreises
vornimmt, ist zweclnnäßigerweise ein Überstrom-Umschaltrelais, welches zugleich
mit der Unterbrechung des Spannungskreises auch die Einschaltung des Stromerregungskreises
bewirkt. Für die Erregung des Relais oder Auslösers durch den Leitungsstrom werden
Stromwandler vorgesehen, welche infolge ihrer Anordnung auf der Niederspannungsseite
des Transformators auch nur für geringe Spannung isoliert zu sein brauchen. In solchen
Anlagen, in denen eine zweipolige Ausführung der Stromwandler genügt, d. h. bei
denen es genügt, wenn in zwei Phasenleitern des Drehstromnetzes: ein Stromwandler
vorgesehen wird, kann man diese in Kreuzschaltung verwenden und den vom Schutzrelais
zu schließenden Stromkreis des Hilfsrelais oder des Auslösers an die Klemmer der
Kreuzschaltung anschließen. Für die Spannungserregung ist ein mit der Relaisspule
in Reihe zu schaltender Widerstand vorgesehen. Solche Anlagen jedoch, bei denen
eine dreipolige Ausführung notwendig ist, erhalten zweckmäßig eine solche Schaltung,
daß zur Erregung des Relais oder Auslösers entweder nur der Strom der Kreuzschaltung
zweier Wandler oder der Strom eines Wandlers in dem dritten Phasenleiter herangezogen
wird. Dadurch wird erreicht, daß die dreipolige Schaltung mit zwei Zwischenwandlern
und einem Auslöser bzw. Auslöserelais auskommt. Außerdem wird ein Versagen der Schaltung
bei bestimmten zweipoligen Fehlern auf der Niederspannungsseite A, und auf der Hochspannungsseite
J verhindert.
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Zur Erläuterung der Erfindung dienen Fig. i bis 3.
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In Fig. i sind der Kreis für die Spannungserregung und der Kreis für
die Wandlerstromerregung nicht getrennt. Fig. 2 zeigt eine Trennung dieser beiden
Erregerkreise bei einer Schaltung mit nur zwei Strom-Wandlern. Fig.3 zeigt eine
dreipolige Ausführung der Wandlerstromerregung mit gegenseitiger Abhängigkeit der
Stromwandlersekundärkreise und Trennung der Kreise für die Spannungserregung und
für die Wandlerströmerregung.
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In Fig. i enthält der Erregerkreis für ,die Auslösespule i sowohl
die Phasenspannung S wie auch .die Sekundärströme zweier in -den Phasenleitern angeordneter
Stromwandler und g.
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Das dreiphasige Maschennetzrelais, welches bei Rückstrom ansprechen
soll, ist nur durch einen Kontakt 5 angedeutet, da es nicht auf die Bauart dieses
Relais ankommt. Das linke Ende .der Auslösespule i ist über einen Vorwiderstand
6 mit dein Phasenleiter S verbunden, das rechte Ende dieser Spule wird, wenn der
Kontakt 5 sich schließt, über eine Leitung 7 mit dem Sternpunkt der Wicklungen des
nicht dargestellten Netztransformators verbunden. Es liegt dann an der Spule i ein
Teil der Phasenspannung S. Die Größe dieses Teiles kann durch das Widerstandsverhältnis
zwischen dem Vörwiderstand 6 und der Auslösespuie i eingestellt werden: Gleichzeitig
aber ist auch eine Erregung der Spule i durch .die gesättigten Stromwandler 8, 9
und io möglich, wenn das Maschennetzrelais seinen Kontakt 5 schließt.
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Normalerweise :ist die Stärke der Sekundärströme der Wandler 8, g,
iö klein im Vergleich
zur Höhe einer Phasenspannung, so daß die
Spule i durch die Phasenspannung S erregt wird. Bei schweren Fehlern, wenn die Netzspannung
stark zusammenbricht, übernehmen die Sekundärströme der Stromwandler die Erregung
der Auslösespule i.
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Das in Fig. i .gezeigte Schaltungsbeispiel zur Ausführung der Erfindung
ist so beschaffen, @daß die Auslösespule im Sekundärkreis -der drei Stromwandler
liegt und daß dennoch die Gefahr vermieden ist, daß in einzelnen möglichen Fehlerfällen
die Erregung der Auslösespule i durch den Wandlerstrom unmöglich wird.
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Die Kreuzschaltung der Stromwandler 8 und g ergibt auf jeden Fall
einen Sekundärstrom, der sich über die Auslösespule i schließen kann bei einem Fehler
zwischen den Phasenleitern R und T und S und T: Im ersteren Falle
fließt über die Spule i, wenn der Kontakt 5 geschlossen ist, die Stromsumme der
beiden Wandler 8 und g. Im zweiten Fall würde, da der Stromwandler io zunächst fortzudenken
ist, der Wandler g einen Sekundärstrom über die Spule i schicken. Auch bei einem
einphasigen Fehler, d. h. bei einem Erdschluß auf der Phase R oder der Phase T,
erhält die Auslösespule i einen ausreichenden Wandlerstrom.
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Der Stromwandler S ist jedoch nicht zu entbehren, wenn man mit einem
einpoligen Fehler rechnen muß, d. h. wenn ,der Sternpunkt des Maschennetzes geerdet
ist, was praktisch immer der Fall sein wird. Man ist also gezwungen, auch in den
dritten Phasenleiter S einen Stromwandler einzubauen (Stromwandler io) und die Schaltung
so zu treffen, daß die Erregung der Auslösespule i auch durch den Sekundärstrom
des Wandlers io möglich ist. An sich wäre hier der Ausweg denkbar, eine zweite Auslösespule
vorzusehen für die Erregung durch den Sekundärstrom des Wandlers io. Dies soll gemäß
der Erfindung aber vermieden werden. Daher zeigen die Fig. i und 3 solche Schaltungen,
b ei denen .an die Sekundärkreise der .drei Wandler oder in diesen Kreisen
liegende Zwischenwandler nur eine Auslösespule angeschlossen ist. Es wird jedoch
eine gegenseitige Verriegelung der Stromwandlersekundärkreise oder der Zwischenwandlersekundärkreise
vorgenommen, um .den Fall auszuschließen, daß zwei Ströme entgegengesetzter Richtung
über die Auslösespule fließen, d. h. daß die Auslösespule unerregt bleibt.
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Denkt man sich in Fig. i :den Kontakt des Hilfsrelais i i ständig
geschlossen, so bleibt die Erregung,der Auslösespule i von dem Vorhandensein des
Wandlers io unberührt. Bei einem Fehler, welcher den Strom im Phasenleiter S nicht
beeinflußt, .d. h. bei einphasigen Fehlern auf der Leitung R oder
T oder bei einem zweiphasigen Fehler zwischen R und T ist die Erregung der
Auslösespule durch die Wandlerströme ohne weiteres sichergestellt. Auch bei einem
zweiphasigen Fehler zwischen S und T erhält die Auslösespule i eine hinreichende
Erregung; denn wenn beispielsweise im Stromwandler g der Strom von links nach rechts
und im Stromwandler io infolgedessen von rechts nach links fließt, summieren sich
die beiden Ströme der Wandler g und io in der Auslösespule i. Bei einem Kurzschluß
zwischen den Phasenleitern R und S ,dagegen wird die Auslösespule i stromlos. Wenn
beispielsweise in einem Wandler 8 der Ström von links nach rechts und im Wandler
io von rechts nach links fließt, kreist der Sekundärstrom nur zwischen den beiden
Wandlern über den beschlossenen Kontakt des Relais i i. Die Spule i dagegen bleibt
stromlos. Man könnte daher in diesem Fall entweder den Sekundärkreis des Wandlers
.8 oder den des Wandlers io öffnen, so daß also der andere dieser beiden Wandler
sich über die Auslösespule i schließt. Hierbei wäre es möglich, sowohl bei einer
genügenden Erregung des Wandlers 8 den Sekundärkreis des Wandlers io zu unterbrechen
oder auch umgekehrt bei genügender Erregung des Wandlers io,den Wandler 8 abzuschalten,
wie .die Zeichnung zeigt. Es sei in diesem Zusammenhang daran erinnert, daß die
Wandler gesättigte Wandler sind, die eine Unterbrechung des Sekundärkreises ertragen,
ohne daß man die Auslösespule an gesättigte Zwischenwandler anschließt, so daß die
Sekundärkreise der Zwischenwandler eine Öffnung ertragen.
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Unter der Voraussetzung, daß das Maschennetzrelais über einen Transformator
gespeist wird, der hochspannungsseitig eine Dreieckschaltung und niederspannungsseitig
eine Sternschaltung besitzt, ist auch der Fall in Betracht zu ziehen, daß bei einem
hochvoltseitigen Fehler das Maschennetzrelais seinen Kontakt 5 schließt. Ein Fehler
auf der Dreieckseite des Transformators ruft auf der in Stern geschalteten Niederspannungsseite
eine derartige Stromverteilung hervor, daß in zwei Phasenleitern der Niederspannungsseite
gleichphasige und gleich starke Ströme auftreten und daß im dritten Phasenleiter
ein entgegengesetzter Strom doppelter Stärke auftritt. Es ist also bei :dem Ausführungsbeispiel
in Fig. i unter dieser Voraussetzung möglich, daß in -den Leitern R und 7@ gleichphasige
und gleich starke Ströme auftreten, so daß in dem Phasenleiter S der doppelte Strom
in entgegengesetzter Richtung fließt. Wenn hierbei die gegenseitige Verriegelung
der Stromwandlersekundärkreise in solcher Weise zur
Anwendung kommt,
daß der Stromwandler io abgeschaltet wird, weil der Stromwandler 8 eine genügende
Erregung besitzt, dann bleibt für die Erregung der Spule i nur die Kreuzschaltung
8; 9 in Betrieb, welche jedoch, da die Primärströme in ihnen gleiche Richtung und
Stärke besitzen, keinen äußeren Strom zur Erregung der Spule i abgibt. Daher ist
es mit Rücksicht auf die mögliche Transformatorschaltung, Dreieckstern, richtiger,
wie in Fig. i dargestellt ist, nicht den Stromwandler io, sondern die Kreuzschaltung
8, 9 abzuschalten. Wenn der Stromwandler io eine genügende Erregung besitzt, unterbricht
er den Kontakt des Relais i i und schaltet dadurch die Kreuzschaltung 8, 9 ab. Die
Erregung der Spule i erfolgt dann nur durch den Stromwandler fo. Solange jedoch
der Stromwandler io keinen Fehlerstrom führt, ist die Kreuzschaltung 8, 9 in der
Lage; in sämtlichen Fehlerfällen; in denen das Maschennetzrelais ansprechen soll,
die Erregung der Auslösespule i zu übernehmen. Es wird in diesem Zusammenhang daran
erinnert, daß das Maschennetzrelais nur bei Fehlern, die eine Energieübertragung
aus dem Maschennetz in Richtung auf den speisenden Transformator zu hervorrufen,
ansprechen soll, dagegen nicht bei Fehlern im Maschennetz. Daher stört auch nicht
der Doppelerdschlußfall im Maschennetz, bei welchem er ebenfalls gleich: starke
und gleichgerichtete Ströme in .den Wandlern 8 und 9 hervorrufen kann; denn es ist
nicht die Aufgabe des Maschennetzrelais, in einem derartigen Fehlerfall den Schalter
auszulösen.
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In Fig.2 ist ein Netz vorausgesetzt; bei welchem die zweiphasige Stromüberwachung
ausreicht. Daher sind Wandler 8 und 9 nur in den Phasenleitern R und T angeordnet.
Die Auslösespule ist wiederum mit i, der Vorwiderstand für die Spannungserregung
der Auslösespule ist wiederum mit 6 bezeichnet. An Stelle des einen Kontaktes 5
des Maschennetzrelais in Fig. i sind mehrere parallel geschaltete Kontakte 15 bezeichnet,
da sowohl einphasige oder mehrphasige Rück-1-eistungsrelais als auch sonstige Schutzrelais
die Auslösung des Schalters bewirken können.
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Im Sekundärkreis der Wandler 8 und 9 liegt ein LTberstromumschaltrelais
12. Sein Umschaltkontakt bereitet in der Ruhestellung die Erregung der Aüslösespule
durch die Spannung vor, indem dann der Erregerkreis der Auslösespule i mit der Nullklemme
des Svstems verbunden ist. Wenn einer der Kontal:te 15 geschlossen wird, erfolgt
über den in der Ruhestellung liegenden Kontakt des Umschaltrelais 12 die Erregung
der Auslösepule i durch die Phasenspannung S. Wenn iber das Umschaltrelais 12 infolge
ausreichender Stärke seines Erregerstromes anspricht, wird der Spannungserregungskreh
unterbrochen, an seiner Stelle wird ein Erregerkreis geschlossen, der über einen
Zwischenwandler 13 von :der Stromwandlerschaltung 8, 9 gespeist wird. Der Zwischenwandler
13 wird zweckmäßig so bemessen, daß sein Sekundärstrom über eine von vornherein
festliegende Stromstärke nicht hinausgeht, selbst @venn der Primärstrom ,des Zwischenwandlers
höhere Werte annimmt. Bei -diesem Ausführungsbeispiel ist der Spannungserregerkreis
von.dem Wandlerstromerregerkreis durch den Kontakt des Umschaltrelais 12 getrennt,
so daß Strom und Spannung nicht gleichzeitig, sondern entweder nur die Spannung
oder nur der Wandlerstrom die Spule i erregt. Sobald aber die Stromstärke auf der
Leitung zur Erregung ödes Relais z ausreicht, wird von der Spannungserregung umgeschaltet
auf die Wandlerstromerregung.
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Fig.3 zeigt eine ,dreipolige Ausführung, d. h. eine Ausführung -mit
je einem Stromwandler in jeder -Phase. Die Spannungserregung und die Wandlerstromerregung
sind voneinander .getrennt. Die Auslösespule ist wiederum mit i, die Kontakteinrichtung
des Maschennetzrelais. oder sonstiger Schutzeinrichtungen ist mit 15 bezeichnet.
In Kreuz geschaltete Stromwandler sind mit 8 und 9, ein in der dritten Phase angeordneter
Stromwandler ist mit io bezeichnet. Zum Stromkreis der Spannungserregung gehört
ferner ein Vorwiderstand 6.
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Der Stromkreis für die Spannungserregung verläuft vom Phasenleiter
S über den Vorwiderstand 6, den Ruhekontakt eines Überstromumschaltrelais 2o, die
Auslösespule i, einen der parallel geschalteten Kontakte 15 der Schutzeinrichtung,
den Ruhekontakt eines weiteren Ü:berstromumschaltrelais 21 zur Anschlußklemme Null.
Die Auslösespule i wird in diesem Stromkreis .durch die Phasenspannung S erregt,
sobald einer der Kontakte 15 sich schließt.
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Wenn aber auf einer der drei Phasenleitungen ein Strom genügender
Größe entsteht, wird eine oder werden beide Überstromumschaltrelais 2o und: 21 ansprechen.
Schon wenn eins von diesen Umschaltrelais anspricht, wird die Möglichkeit der Erregung
der Spule i durch die Phasenspannung S aufgehoben; denn dieser Erregerkreis verläuft
in Reihe über die Ruhekontakte beider Umschaltrelais. Dasjenige Umschaltrelais,
welches anspricht, bereitet an seinem Kontakt eine Erregung der Auslösespule i durch
einen Wandlerstrom vor, indem -durch den Umschaltkontakt des Relais 2o ein Zwischenwandler
22 und durch -den Umschaltkontakt des Relais 21 ein Zwischenwandler 23 in den
Erregerkreis
der Spule i eingeschaltet wird. Wenn beide Umschaltrelais 2o und 21 ansprechen,
fließt nur der Sekundärstrom des Zwischenwandlers 22 über die Auslösespule i, sobald
einer der Kontakte 15 geschlossen wird. Dadurch wird verhindert, daß infolge gleichzeitiger
Einschaltung der Zwischenwandler 22 und 23 ein Strom fließt, der nicht über die
Auslösespule geht. Es ist im Sekundärkreis des 'Wandlers io ein Hilfsrelais 24.
vorgesehen, das den Sekundärkreis des Zwischenwandlers 23 öffnet, wenn das Relais
2o zum Ansprechen kommt. Infolgedessen wird die Auslösespule i entweder von ,der
Spannung des Netzes oder vom Strom der Wandlerschaltung 8, g oder vom Strom des
Wandlers io erregt. Es kommt jedoch nicht vor, daß mehrere dieser Erregerstromquellen
gleichzeitig eingeschaltet sind und sich infolgedessen gegenseitig stören.
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Die dargestellten Schaltungen stellen Beispiele für die Anwendung
der Erfindung dar. Es ist möglich, ohne die Erfindung zu verlassen, Änderungen an
diesen Schaltungen vorzunehmen. Auch ist die in Fig. 3 wiedergegebene Schaltung
der gegenseitigen Abhängigkeit zweier Stromwandlersekundärkreise, durch welche erreicht
ist, daß niemals beide Stromwandlersekundärkreise gleichzeitig zur Erregung derselben
Spule eingeschaltet sind, nicht nur dann anwendbar, -,venn es sich um eine Spule
handelt, die sowohl von der Spannung als auch vom Wandlerstrom zweier Wandlerschaltungen
erregt «-erden kann, sondern überall dort von Vorteil, wo zwei verschiedene Wandlerschaltungen
ein und dieselbe Spule erregen sollen, wenn aber verhindert werden soll, daß beide
Wandlerschaltungen gleichzeitig eingeschaltet sind. Z. B. kann die in Fig. 3 dargestellte
Stromwandlerschaltung auch angewendet werden zur Erregung eines Stromkreises mit
nur einem Hilfsrelais, das durch den Wandlerstrom erregt wird und,die Auslösespule
an die Wandlerschaltung anschließt.