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Die
Erfindung betrifft eine Prüfanordnung
eines Schutzrelais mit einem, an Stromwandler angeschlossenen Eingang,
welche Anordnung eine Stromquelle, die einen Prüfstrom eines bestimmten Wertes
liefert, sowie Verbindungsmittel umfaßt, die dazu dienen, den Ausgang
der Prüfanordnung
parallel auf den Eingang des Relais zu schalten.
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Eine
solche Anordnung dient insbesondere zum Prüfen eines Mittelspannungs-Schutzrelais.
Wie 1 und 2 zeigen, umfaßt eine herkömmliche
Mittelspannungs-Schaltzelle ein Leistungsschalterabteil 2 sowie
ein Niederspannungsabteil 3. Der Eingang 4 eines
im Niederspannungsabteil 3 angeordneten Schutzrelais 5 ist über Verbindungsleiter 6 mit
im Leistungsschalterabteil 2 angeordneten Stromwandlern 7 verbunden.
Die Stromwandler 7 sind normalerweise als magnetische Stromwandler,
beispielsweise in Form von Ringkernwandlern gemäß Norm ausgebildet, um in den
Sekundärwicklungen
Nennströme von
1A oder 5A zu liefern. Bei herkömmlichen,
mit magnetischen Stromwandlern bestückten Schaltzellen ist zwischen
den Stromwandlern 7 und dem Schutzrelais ein an der Vorderseite
des Niederspannungsabteils 3 angeordneter für den Anwender
zugänglicher
Klemmenkasten 8 installiert. Die Verbindungsleiter 6 sind
in Leiter 6a, welche die Stromwandler 7 mit dem
Kasten 8 verbinden, und in Leiter 6b, die den
Kasten 8 mit dem Eingang 4 des Relais 5 verbinden,
unterteilt. Im Normalbetrieb der Schaltzelle 1 gewährleistet
der Kasten 8 die Verbindung der Leiter 6a und 6b und
damit die Verbindung der Stromwandler 7 mit dem Schutzrelais 5.
Zum Prüfen des
Schutzrelais wird eine Stromquelle 9 mit externen Eingängen des
Klemmenkastens 8 verbunden (siehe 1). Diese Verbindung bewirkt das Kurzschließen der
Sekundärwicklungen
der Stromwandler 7, die Unterbrechung der Verbindung (6a–6b)
zwischen Stromwandlern und Relais sowie die Verbindung des Ausgangs
der Stromquelle 9 mit dem Eingang 4 des Relais 5 über die
Leiter 6b. Auf diese Weise kann der Eingang 4 des
Schutzrelais 5 mit einem Prüfstrom eines bestimmten Wertes
beaufschlagt und die Funktionstüchtigkeit
des Schutzrelais 5 überprüft werden.
Der von der Stromquelle gelieferte Prüfstrom beträgt üblicherweise etwa 50 A bei
einem Nennstrom von 5 A in der Sekundärwicklung der Stromwandler,
so daß die
Funktionsprüfung
des Schutzrelais mit einem etwa 10mal höheren Strom als dem Nennstrom
des zu schützenden
Netzes erfolgen kann.
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Mittelspannungs-Schutzrelais
bekannter Art können
auch nichtmagnetischen Stromwandlern zugeordnet sein. Die aus der
Stromquelle 9 und dem Klemmenkasten 8 bestehende
herkömmliche
Prüfanordnung
ist jedoch für
diese Art von Stromwandlern nicht geeignet. Die nichtmagnetischen
Stromwandler liefern nämlich
Spannungssignale von im allgemeinen etwa 40 mV als den zu messenden
Strom abbildende Größe. Es ist
daher nicht möglich,
für die
auf den Eingang 4 des Relais gegebenen Signale die Ausgangssignale
der Stromquelle 9 zu verwenden.
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Außerdem ist
die von einem nichtmagnetischen Stromwandler gelieferte Leistung
sehr klein, so daß der
verfügbare
Strom nur etwa ein Mikroampere beträgt. Darüber hinaus hat die Unterbrechung der
Verbindung zwischen Stromwandler und Schutzrelais durch einen herkömmlichen
Klemmenkasten nicht vernachlässigbare
Streuwiderstände
zur Folge, welche die Genauigkeit der Prüfanordnung unzulässig beeinträchtigen.
Der Anschluß einer
angepaßten Prüfspannungsquelle
an den herkömmlichen
Klemmenkasten stellt daher keine zufriedenstellende Lösung dar.
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In
der Patentschrift EP0337235 wird eine Prüfanordnung eines Schutzrelais
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 beschrieben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine an nichtmagnetische Stromwandler
angepaßte Prüfanordnung
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den
Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
Prüfsignale
werden dabei parallel zu den von den Stromwandlern gelieferten Meßsignalen
injiziert, so daß ein
mit nichtmagnetischen Stromwandlern verbundenes Schutzrelais mit
Hilfe einer herkömmlichen
Stromquelle geprüft
werden kann, so wie sie normalerweise zur Prüfung von Relais mit magnetischen
Stromwandlern verwendet wird.
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Die
Verbindungsmittel zur Verbindung des Ausgangs der Schnittstelle
mit dem Eingang des Schutzrelais können einen, am Relais angeordneten und
mit dem genannten Eingang des Relais verbundenen spezifischen Prüfeingang
aufweisen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist das Schutzrelais als Standard-Schutzrelais
ohne spezifischen Prüfeingang
ausgebildet. Ein solches Relais dient zum direkten Anschluß an nichtmagnetische
Stromwandler, die Signale liefern, deren Pegel mit der Verarbeitungsschaltung
des Relais kompatibel ist. In der französischen Patentschrift 2.688.099 wird
ein Anschlußblock
beschrieben, mit dem es möglich
ist, ein solches Standardrelais auch an magnetische Stromwandler
anzuschließen.
Dieser in den Pfad der Leiter 6b, zwischen den Klemmenkasten 8 und
den Eingang 4 des Relais 5 eingesetzte Anschlußblock wandelt
die Ausgangssignale von magnetischen Stromwandlern bzw. der an den
Klemmenkasten angeschlossenen Stromquelle 9 in mit der Verarbeitungsschaltung
des Relais kompatible Spannungssignale um.
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Bei
Anschluß des
Standardrelais an nichtmagnetische Stromwandler umfassen die Verbindungsmittel
zur Verbindung der Schnittstelle mit dem Eingang des Relais vorzugsweise
T-förmige
Verbinder mit einem ersten Eingang, der mit an die Stromwandler
angeschlossenen ersten Verbindungsleitern verbunden ist, einem Ausgang,
der mit an den Eingang des Schutzrelais angeschlossenen zweiten Verbindungsleitern
verbunden ist, sowie einen zweiten Eingang, der dazu dient, während der
Prüfphase des
Schutzrelais mit der Schnittstelle verbunden zu werden.
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Nach
einer vorzugsweisen Ausgestaltung sind die T-förmigen Verbinder alternativ
an der Einbaustelle eines Klemmenkastens einer Schaltzelle mit einem
Schutzrelais montiert, wobei der zweite Eingang der Verbinder für einen
Anwender an der Vorderseite der Schaltzelle zugänglich ist.
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Mehrere
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer
Vorteile und Merkmale näher
erläutert.
Dabei zeigen
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1 und 2 eine herkömmliche Mittelspannungs-Schaltzelle,
mit geschlossen bzw. geöffnet dargestelltem
Niederspannungsabteil;
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3 eine erste Ausgestaltung
einer erfindungsgemäßen Prüfanordnung;
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4 ein Ersatzschaltbild des
Systems aus 3;
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5 in detaillierterer Darstellung
eine besondere Ausgestaltung der Schnittstelle aus 3;
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6 eine zweite Ausgestaltung
der Erfindung;
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7 eine besondere Ausgestaltung
eines T-förmigen
Verbinders der Anordnung aus 6.
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Gemäß 3 ist der Eingang 4 des
Schutzrelais 5 über
die Verbindungsleiter 6 mit nichtmagnetischen Stromwandlern 7 verbunden,
die den in jedem Leiter eines elektrischen Dreiphasennetzes fließenden Strom
messen. Das Relais 5 umfaßt außerdem einen spezifischen Prüfeingang 10,
der genau wie der Eingang 4 des Relais 5 direkt
mit dem Eingang einer Verarbeitungsschaltung 12 verbunden
ist. Die Prüfanordnung
umfaßt
eine Stromquelle 9 der herkömmlicherweise für die Prüfung eines
Relais mit magnetischen Stromwandlern verwendeten Bauart. Zwischen
die Stromquelle 9 und den Prüfeingang 10 ist über Koaxialverbindungen
eine Schnittstelle 11 geschaltet. Dadurch werden die Ausgangssignale der
Schnittstelle 11 direkt auf den Eingang der Verarbeitungsschaltung 12 gegeben,
die diese Signale auf die gleiche Weise verarbeitet wie die ihr
parallel zugeführten
Signale der Stromwandler 7.
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Die
Schnittstelle 11 ist als Schnittstelle mit niedriger Ausgangsimpedanz
ausgelegt, so daß die Verarbeitungsschaltung 12 des
Relais 5 während
eines Prüfvorgangs
die von der Prüfanordnung
gelieferten Spannungssignale und nicht die von den Stromwandlern 7 gelieferten
Spannungssignale berücksichtigt.
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In
dem in 4 gezeigten Ersatzschaltbild beträgt die Eingangsimpedanz
Z1 der Verarbeitungsschaltung 12 des Relais etwa 10 Kiloohm.
Die Impedanz Z2 der, in Reihe mit einer Spannungsquelle G1 an die
Klemmen der Impedanz Z1 geschalteten nichtmagnetischen Stromwandler
beträgt
normalerweise etwa einige hundert Ohm, beispielsweise 300 Ohm. Die
Schnittstelle 11 kann als Reihenschaltung aus einer Spannungsquelle
G2 und einer, parallel zur Impedanz Z1 liegenden Impedanz Z3 dargestellt
werden. Die beiden Spannungsquellen G1 und G2 liefern jeweils eine
an den Eingangspegel der Verarbeitungsschaltung angepaßte Spannung
von einigen Zehntel Millivolt, typischerweise von 40 mV. Damit die
Prüfsignale
nicht durch die Stromwandlersignale gestört werden, ist die Schnittstelle 11 so
ausgelegt, daß ihre Impedanz
Z3 sehr viel kleiner ist als die Impedanz der Stromwandler. In der
Praxis liegt Z3 im Bereich von einigen Ohm, beispielsweise 3 Ohm.
Dadurch ist der während
der Prüfphase
auf die Verarbeitungsschaltung wirkende Phasen- und Betragsfehler
der Prüfsignale
vernachlässigbar.
Außerdem
verarbeitet die Verarbeitungsschaltung unmittelbar nach Beendigung
der Injizierung der Prüfsignale
die von den Stromwandlern gelieferten Meßsignale.
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Nach
der in 5 gezeigten besonderen Ausgestaltung
umfaßt
die Schnittstelle 11 pro Phase einen zum Anschluß an die
Stromquelle 9 bestimmten Eingang 13. Der Eingang 13 ist
mit der Primärwicklung
eines Wandlers 14 verbunden. Ein Widerstand R ist an die
Klemmen einer Sekundärwicklung des
Wandlers 14 angeschlossen. Die von der Prüfstromquelle 9 gelieferten
Stromsignale werden so in Spannungssignale umgewandelt. Die auf
diese Weise erhaltenen Spannungssignale werden über eine Verzweigungsschaltung 16,
die in Reihe mit einem Verstärker
mit veränderbarem
Verstärkungsfaktor
sowie einem Verstärker 18 mit
niedriger Ausgangsimpedanz geschaltet ist, zwischen Masse und einen Ausgang 15 der
Schnittstelle 11 angelegt. Diese einzelnen, vom Typ her
bekannten Schaltungen können auf
jede beliebige Weise ausgeführt
werden und sind hier nicht näher
beschrieben.
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Nach
der in 3 gezeigten Ausgestaltung umfaßt das Schutzrelais 5 einen
spezifischen Prüfeingang 10.
Ein solcher Eingang ist an normalen Leistungsschaltern nicht vorgesehen.
Die Ausgestaltung nach 6 und 7 umfaßt Verbindungsmittel 19, die
es erlauben, den Ausgang der Schnittstelle 11 parallel
zu den Leitern 6 zu schalten, ohne diese Leiter zu unterbrechen.
Die Leiter 6a und 6b jeder Phase werden jeweils
mit einem ersten Eingang 20 bzw. einem Ausgang 21 eines
zugeordneten T-förmigen Verbinders 22 verbunden.
Ein zweiter Eingang 23 des Verbinders 22 dient
dazu, mit einem Ausgang der Schnittstelle 11 verbunden
zu werden.
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Nach
einer vorzugsweisen Ausgestaltung sind die T-förmigen Verbinder 22 alternativ
an der Einbaustelle des Klemmenkastens 8 in der Schaltzelle 1 montiert,
derart daß ihre
zweiten Eingänge 23 für den Anwender
von der Vorderseite der Schaltzelle her zugänglich sind.
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Auf
diese Weise kann ein Standard-Schutzrelais 5 verwendet
und bei seiner Montage in der Schaltzelle 1 anwenderspezifisch
angepaßt
werden. Das Relais wird dann entweder über einen herkömmlichen
Klemmenkasten 8 mit magnetischen Stromwandlern verbunden
oder über,
alternativ am Einbauplatz des Klemmenkastens 8 montierte
T-förmige Verbinder 22 mit
nichtmagnetischen Stromwandlern verbunden. Im ersten Fall wird eine
herkömmliche Stromquelle 9 zur
Prüfung
des Relais an den Eingang des Klemmenkastens angeschlossen. Im zweiten
Fall wird die Stromquelle 9 über die Schnittstelle 11 an
die zweiten Eingänge 23 der
T-förmigen
Verbinders 22 angeschlossen. Um jegliche Fehler während des
Prüfvorgangs
zu vermeiden, ist ein Ausgangsverbinder der Stromquelle komplementär zu einem
Eingangsverbinder des herkömmlichen
Klemmenkastens und der Schnittstelle ausgebildet, wobei jedoch die
räumliche
Anordnung der Eingänge
der T-förmigen
Verbinder so gestaltet ist, daß ein
direkter Anschluß des
Ausgangsverbinders der Stromquelle 9 nicht möglich ist.
Diese räumliche
Anordnung ist allerdings so gestaltet, daß sie zu einem Ausgangsverbinder
der Schnittstelle 11 komplementär ist.
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Die 3 und 6 zeigen den Anschluß des Ausgangs der Schnittstelle 11 einmal
direkt an das Relais 5 und einmal an die Leiter 6.
Es ist auch möglich,
einen solchen Anschluß direkt
an der Sekundärwicklung
der nichtmagnetischen Stromwandler 7 vorzusehen.
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Herkömmliche
Klemmenkästen
verfügen manchmal über eine
zusätzliche
Buchse, die den Anschluß eines
in Reihe zu den Stromwandlern geschalteten Meßschreibers zur Aufzeichnung
des Eingangsstroms des Relais erlaubt. Bei der oben beschriebenen
Anordnung kann der zweite Eingang (23) der T-förmigen Verbinder
(22) genutzt werden, um einen Meßschreiber zur Aufzeichnung
der Ausgangsspannung der Stromwandler anzuschließen. Ein solcher Meßschreiber
muß eine
im Vergleich zur Impedanz Z2 der Stromwandler hohe Impedanz aufweisen,
um das Meßergebnis
nicht zu verfälschen.
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Die
erfindungsgemäße Prüfanordnung
wurde mit Bezug auf ihre vorzugsweise Anwendung in einem Mittelspannungs-Schutzrelais
beschrieben, ist jedoch nicht auf diesen Spannungsbereich beschränkt.