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Differentialschutzschaltung für elektrische Apparate und Leitungen
Bei Differentialschutzeinrichtungen findet meist die Auslösung der Schalter des
geschützten Anlageteiles bei Ansprechen des Differentialschutzrelais nicht sofort,
sondern erst nach einer gewissen Verzögerungszeit statt. Der Grund hierfür liegt
darin, daß das unverzögerte Diferentialschutzrelais auch bei Schaltvorgängen kurzzeitig
ansprechen. kann, so daß also dann die Gefahr besteht, daß bei solchen Schaltvorgängen
fälschlicherweise der geschützte Anlageteil abgeschaltet wird.
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Erfindungsgemäß wird nun die übliche Verzögerungszeit der Differentialschutzeinrichtung
nicht unter allen Umständen aufrechterhalten, sondern nur in solchen Fällen, in
denen ein kurzzeitiges Ansprechen des Differentialschutzrelais durch einen Schaltvorgang
herbeigeführt werden kann.
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Die übliche Verzögerungszeit des Differentialschutzes wird aber erfindungsgemäß,
herabgesetzt, wenn gleichzeitig mit dem Differenzstrom noch ein anderes Fehlersymptom
auftritt. Die Gefahr, daß ein Schaltvorgang das Differentialschutzrelais zum Ansprechen
bringt, hängt nun in erster Linie von der Höhe der Spannung ab; denn Schaltvorgänge
bei kleinen Spannungen ergeben keinen Stromstoß und sind. für den Differentialschutz
deshalb nicht gefährlich. Dies gilt besonders, wenn durch den Differentialschutz
Maschinen mit .eisenhaltigen Magnetkreisen.geschützt werden, namentlich Transformatoren,
weil die Vorbedingungen für das vorübergehende Ansprechen ,des Differentialschutzrelais
um so günstiger werden, je höher die magnetische Sättigung des wirksamen Eisens
ist. Infolgedessen kommt als zweites Fehlerrelais, dem die Entscheidung, ob der
Differentialschutz mit kurzer oder langer Verzögerungszeit abschalten soll, überlassen
wird, in erster Linie ein, Spannungsrelais in Frage. In welcher Weise ein Spannungsrelais
auf die Verzögerungszeit des Differentialschutzes Einfluß ausüben kann, wird durch
Ausführungsbeispiele erläutert.
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In Fig. i ist ein Differentialschutz für: einen Transformator i gezeichnet.
Die Stromwandler a und 3 in den beiden äußeren Stromkreisen des zu schützenden Transformators
i sind in der bekannten Hintereinanderschaltung angeordnet, und ein Differentialrelais
4 ist derart geschaltet, daß .es nur bei ungleicher Erregung der Wandler a und 3
Strom führt. Sobald das Differentialrelais 4 anspricht, schließt es einen Kontakt
5, wodurch die Spule 6 eines Zeitrelais 7 an eine Lokalstromquelle 8 angeschlossen
wird. Das Zeitrelais 7 beginnt zu laufen und schließt nach der engestellten Verzögerungszeit
ein Kontaktpaar 18.
Dadurch erhalten gleichzeitig zwei Auslösespulen 9 und
i o Strom aus einer Lokalstromquelle
i i, so daß die beiden Schalter
12 und 13 gleichzeitig ausgelöst werden. Die Zeitverzögerung des Zeitrelais 7 ist
mit Rücksicht darauf gewählt, daß unter Umständen Schaltvorgänge eine kurzzeitige
Schließung des Kontaktes 5 bewirken, was aber nicht zur Auslösung der Schalter i?-
und 13 führen darf.
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Es ist ferner an die eine Seite oder auch an beiden Seiten des zu.
schützenden Transiformators i ein Spannungsabfallrelais 14 angeschlossen, welches
normalerweise eine Unter-»
brechimg 15 im Erregerstromkreis eines unverzögerten
Relais 16 offen hält. Sobald dex Kontakt 15 geschlossen wird, wird bei ;geschlossenem
Kontakt 5 die Spule 16 erregt. Die Spule 16 bewirkt ohne Verzögerung die
Schließung eines Kontaktpaares 17, welches zum Kontaktpaar 18 .parallel liegt. Die
Schlie.3ung der Kontakte 17 hat also die sofortige Erregung der Auslösespulen 9
und i o der Leitungsschalter F2 und 13 zur Folge.
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Allerdings ist das Spannungsabfallrelais 14 für sich allein nicht
in der Lage, die Aus-Lösung der Leitungsschalter 12 und 13 herbeizuführen. Zu dem
Zweck ist nämlich der Erregerstromkreis der Spule 16 über den bereits genannten
Kontakt 5 des Differentialrelais ¢ geführt. Nur wenn gleichzeitig die Relais 4 und
14 ansprechen, erfolgt unverzüglich die Öffnung der Schalter 12 und 13: Fig. 2 zeigt
den Differentialschutz einer Leitung. Die Leitungsstücke sind mit 20 und 3o bezeichnet;
die Leitungsschalter wie in Fig. i mit 12 und 13; die Auslösespulen mit g und i
o, die Stromwandler mit 2 und 3.
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Das Differentialrelais 40 ist als Relais mit Zeitverzögerung ausgebildet.
Sobald ein Differenzstrom auftritt, zieht das Relais seinen Anker langsam an, Bevor
von dem Anker des Relais das Kontaktpaar 5 geschlossen wird, wird ein Kontaktpaar
51 geöffnet. Das Kontaktpaar 51 liegt irr Ruhestromkreis eines ünverzögerten Relais
52 mit dem Kontakt 53. Relais 52 schließt über seinen Kontakt 53 sofort einen Stromkreis,
sobald es seine Erregung verliert. Der vom Relais 52 geschlossene Stromkreis stellt
eine Umgehung des Kontaktpaares 5 im Erregerstromkreis beider Auslösespulen g und
i o dar.
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Wenn beim Ansprechen des Relais 4o auch ein Spannungsabfallrelais
14 seinen Kontakt 15 schließt, erfolgt die Auslösung der Leitungsschalter 12 und
13 über die Kontakte 53 und 15, bevor noch das Differentialzeitrelais 4o die Kontakte
5 miteinander verbunden hat: Eine ähnliche Schaltung wie in Fig. 2 ist in Fig. 3
wiedergegeben. Das Differentialstromrelais D schließt aber urverzögert einen Kontakt,
über den dann ein. Zeitrelais Z erregt wird. Nach Ablauf seiner Verzögerungszeit
schließt dieses den Auslösestromkreis. Wenn die Spannung aber niedrig ist, bewirkt
das Differentialrelais D, über den dann geschlossenen Kontakt eines Spannungsabfallrelais
V und ein Hilfsrelais H die sofortige Einschaltung der Auslösespulen 9 und i o.
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Der Erfolg einer .äußersten Verkürzung der Verzögerungszeit des Differentialschutzes
kann auch mit einer Anordnung erreicht werden, die beispielsweise in Fig. ¢ dargestellt
ist. Der Differenzstrom setzt ein Zeitrelais mit einem Antriebssystem 6o und einer
spannungsabhängigen Dämpfung 61, 62 in Gang. Die Auslöseverzögerung ist dabei um
so größer, je höher die Spannung ist. Die Dämpfungskraft ist so bemessen, daß bei
voller Spannung die aus Sicherheitsgründen, wie in der Einleitung erläutert ist,
erforderliche Verzögerung eintritt. Die Kraft des Antriebssystems kann auch konstant
sein und z. B. von einem Hilfsrelais gesteuert werden.
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In den Ausführungsbeispielen ist; da es auf die Art der Differentialschutzschaltung
nicht ankommt, nur ein einfaches Beispiel hierfür gewählt worden. Die Anordnung
kann naturgemäß auch bei solchen Differentialschutzschaltungen angewendet werden,
welche nicht bei Auftreten eines bestimmten Mindestdifferenzstromes ansprechen,
sondern dann, wenn dieser Differenzstrom einen im Verhälnis zum Durchgangsstrom
angegebenen Mindestwert überschreitet. Auch bei solchen dem Differentialschutz ähnlichen
Anordnungen, bei denen lediglich die Phasenverschiebung zwischen den Strömen auf
der Primärseite und der Sekundärseite überwacht wird und eine Abschaltung beispielsweise
dann erfolgt, wenn diese Phasenverschiebung go° übersteigt, ist die Erfindung anwendbar.
An .Stelle des Differenzstromrelais 4 tritt dann beispielsweise ein wattmetrisches
Relais, dessen eine Wicklung an den einen und dessen andere Wicklung an den anderen
Stromwandler argeschlossen ist und das dann Kontakt macht, wenn die Phasenverschiebung
zwischen den beiden Erregerströmen des Wattmeters eine bestimmte Größe überschreitet.
Auch hierbei i kann die Zeitverzögerung herabgesetzt werden, wenn mit Hilfe eines
zweiten Fehlerrelais festgestellt ist, daß das Ansprechen des Differentialrelais
(Wattrelais) nicht durch einen Schaltvorgang, sondern durch einen tatsächlichen
Fehler hervorgerufen ist.
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Um das Ansprechen von Differentialschutzeinrichtungen bei Einschaltvorgängen
zu verhindern, -ist es bekannt, mit Hilfe eines Spannungsrelais das Differentialstromrelais
durch einen Nebenschluß so lange überbrückt zu halten, als die zu- schützende Einrichtung,
z.
B. ein Transformator, spannungslos ist. Dadurch wird die Relaisempfindlichkeit herabgesetzt.
Nach dem erfolgten Unterspannungsetzen des Transformators wird durch das Spannungsrelais
nach einer ;gewissen Zeitverzögerung der Widerstand abgeschaltet und damit die volle
Empfindlichkeit der Relaiseinrichtung wiederhergestellt. Mit der Änderung der Empfindlichkeit
wird auch die Verzögerungszeit der Relaiseinrichtung geändert, und zwar wird bei
Verringerung der Empfindlichkeit die Verzögerungszeit erhöht. Wenn daher :ein schwerer
Kurzschluß im Transformator auftritt, so daß die Spannung des Transformators zusammenbricht,
so wird bei der bekannten Anordnung durch das Spannungsrelais ein Neb:enschluß zum
Differentialrelais eingeschaltet. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Differentialrelais
vermindert und seine Verzögerungszeit erhöht, obwohl gerade in einem solchen Fall
das allergrößte Interesse an einer möglichst schnellen Abschaltung des Transformators
besteht. Bei der Anordnung nach der Erfindung ist dieser Nachteil vermieden, indem
in einem solchen Fall die Verzögerungszeit herabgesetzt wird. .