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Anordnung zur synchronen Auslösung von Schaltern Tritt in einem weitläufigen
Energieverteilungsnetz, das von mehreren Einspeisestellen mit Energie versorgt wird,
ein Kurzschluß auf, so soll die Kurzschlußfortschaltung, d. h. eine kurzzeitige
Abschaltung der Energiezufuhr, das Erlöschen des Lichtbogens bewirken und die sofortige
Wiederaufnahme der- Energieversorgung gestatten. Zu diesem Zweck ist es erforderlich,
daß die Abschaltung an ällen Einspeisestellen des Versorgungsgebietes gleichzeitig
für etwa 6 bis io Halbwellen des Netzwechselstroms erfolgt.
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Abb. i zeigt eine schematische Darstellung eines Versorgungsgebietes
mittlerer Spannung, das paus einer äußeren Ringleitung hoher Spannung gespeist wird.
Die Speisung erfolgt über vier Schalter A bis D. Bei einem Kurzschluß in
dem Netz mittlerer Spannung besteht die Forderung, daß sämtliche Schalter
A bis D vollkommen synchron auslösen. Hierzu sind aber die an jedem
Schalter vorhandenen überstromrelais selbst nicht besonders geeignet, denn es kann
nicht erwartet werden, daß der Überstrom an ,allen Schalbern so groß ist, daß das
betreffende TSberstromrelais überhaupt ,anspricht, und es kann ferner nicht mit
Sicherheit angenommen werden, daß sämtliche überstromrelais vollkommen gleichzeitig
ihre Auslösekontakte schließen, da die Ansprechverzögerungeine nicht vernachlässigbare
Stromabhängigkeit besitzt. Es kann somit vorkommen, daß je nach der Lage der Kurzschlußstelle
der eine oder andere Schalter überhaupt nicht auslöst, der es kann der Fall eintreten,
daß die Schalter nacheinander auslösen, so daß eine einwandfreie Abschaltung bzw.
Unterbrechung der Energieversorgung nicht erreicht und eine sichere Löschung des
Lichtbogens nicht gewährleistet werden kann.
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Es wird daher vorgeschlagen, die Auslösung der für die Kurzschlußfortschaltung
bestimmten Schalter durch einen für alle Schalter gleichzeitigen Auslöseimpuls zu
bewirken. Da Steuerleitungen zwischen den @einzelnen Schaltern nicht vorausgesetzt
werden können und aus wirtschaftlichen. Gründen auch nicht eigens für den Zweck
der Kurzschlußfortgcbaltung verlegt werden können, bleibt für die Übertragung des
Auslöse-
Impulses nur die bestehende Hochspannungsleitung. Die Auslöseimpulse
können demnach über Hochfrequenzeinrichtungen übertragen werden, etwa gemäß dem
Prinzip des Hoch.'; frequenzselektivschutzes nach dem Doppet stromprinzip. Die hierfür
erforderlichen Auf-Wendungen werden aber für Mittelspannungsnetze zu groß.
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Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß jeder Speiseschalter
ein überstromrelais erhält, das als Schnellrelais ausgeführt ist. Als Auslösekriterium
wird die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit der durch den Kurzschluß 'unmittelbar
oder mittelbar eingeleiteten Erdpunktverlägerung benutzt. Jedem Relais ist ein Schnellschalter
zugeordnet, der einen Widerstand vorübergehend einzusch4lten vermag und dadurch
einen Leiter des Drehstromnetzes erdet. Versuche haben gezeigt, daß durch die Erdung
eines Leiters über einen Widerstand in kompensierten Netzen die Sternpunkterdspannung
nach einer Exponentialfunktion ansteigt. Richtet man diese exponentiell ansteigende
Wechselspannung gleich und legt sie über einen Kondensator und gegebenenfalls einen
Einweggleichrichter an ein hochempfindliches Relais, so erhält dieses einen Stromstoß
mit steilem Anstieg und exponentiellem Abfall. Die Anspr echverzögerung des Relais
kann demnach sehr klein gehalten werden.
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Da. diese Sternpunkterdspannung im ganzen Netz auftritt, soweit es
galvanisch zusammenhängt, steht sie am Aufstellungsort jedes Schalters zur Verfügung
und kann zu dessen Auslösung benutzt werden. Sprechen somit bei einem Kurzschluß
infolge der Stromverteilung im Netz nur die Überstr omrelais eines einzigen Schalters
an, so leiten diese einen Erdschluß über einen Widerstand, z. B. in der Phase R,
ein. Die dadurch bedingte Sternpunkterdspannung bringt sämtliche Schalter synchron
zur Auslösung. Sprechen die Überstromrelais zweier oder mehrerer Schalter an (allgemein
tz Schalter), so leiten diese jeweils einen Erdschluß über einen Widerstand, z.
B. in der Phase R, ein. Dadurch sinkt zwar der resultierende Erdschlußwider stand
auf den Betrag des Widerstandes ab, der beim Ansprechen
der überstromrelais nur eines Schalters wirksam wird. Dadurch wird aber lediglich
die Sternpunkterdspannung größer und erreicht im Grenzfall die volle Leitersternpunktspannung
(satter Erdschluß). Infolge des nur kurzzeitigen Stromdurchganges sind aber die
Auslöserelais außerordentlich hoch überlastbar.
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Ist mit dem Kurzschluß ein Erdschluß verbunden, so tritt bereits durch
diesen fehlerbedingten Erdschluß eine Sternpurikterdspannung auf, welche die Auslösung
aller Schalter bewirkt. Wenn überdies auch noch durch Überstromrelais ein Erdschluß
über einen Widerstand herbeigeführt wird, so haben die ''A;uslöserelais bereits
auf den fehlerbedingten l#:,rdschluß synchron angesprochen. Besteht der Überstrom
und/oder der Erdschluß nach der ersten Auslösung noch weiter, so wird eine zweite
Auslösung gesperrt und der Kurzschluß von den normalen Leistungsschaltern abgetrennt.
Ein Dauererdschluß beeintlußt die Auslöserelais übrigens auch nicht, weil sie infolge
des vorgeschalteten Kondensators und der Polaritätsabhängigkeit nur bei einer positiven
zeitlichen Änderung der Sternpunkterdspannung ansprechen.
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Aus der bisherigen Darstellung geht hervor, daß die zur Kurzschlußfortschaltung
bestimmten Schalter auch bei jedem Erdschluß ohne Kurzschluß ansprechen, da als
Kriterium für die Auslösung die Änderung der Sternpunkterdspannung verwendet wird.
Wenn vorausgesetzt werden kann, daß bei Kurzschlüssen an beliebigen Stellen des
Netzes die überstromrelais aller Schalter; wenn auch mit verschiedener Verzögerung,
ansprechen, so kann die Schaltung so getroffen werden, daß die Sternpunkterdspannung
nur dann eine Auslösung herbeiführen kann, wenn sowohl die Überstromrelais als auch
die Sternpunkterdspannungsrelais angesprochen haben. Voraussetzung hierbei ist,
daß aber die überstromrelais vor den Erdspannungsrelais ansprechen. Dies ist ohne
weiteres der Fall, wenn der Erdschluß künstlich über Widerstände eingeleitet wird.
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Tritt jedoch der Kurzschluß in Verbindung mit einem Erdschluß bzw.
als unmittelbare Folge eines Erdschlusses auf, so kann die Sternpunkterdspannung
vor dem Überstrom vorhanden sein. Dann würde die Auslösung unterbunden werden, weil
die überstromrelais zur Zeit des Ansprechens der Erdspannung srelais noch nicht
,angesprochen haben. Läßt man das Erdspannungsrelais auf ein Zeitwerk wirken, das
nach einer einstellbaren Zeit von 5 bis i o Perioden des Netzwechselstroms den Auslöseimpuls
gibt, sofern die überstromrelais bis dahin angesprochen haben, so ist damit eine
Unterscheidung zwischen reinen Erdschlüssen und Kurzschlüssen mit Erdberührung bzw.
Doppelerdschlüssen gegeben. Das Zeitiverk wird nicht in Betrieb gesetzt, wenn die
Überstromrelais vor dem Erdspannungsrelais angesprochen haben. Der Auslöseimpuls
geht dann unmittelbar vom Erdspannungsrelais aus.
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Die Abb-.2 zeigt eine prinzipielle Darstellung der Schaltung unter
der Voraussetzung, daß die überstromrelais vor dem Erdspannungsrelais ansprechen.
Die Anlage enthält eine Hochspannungsleitung, von der zwei
Abzweige
zu den Umspannwerken A; und B führen, die auf der Unterspannungsseite durch eine
Leitung verbunden sind. In den Abzweigen liegen Schalter i bzw. i', die zu Umspannern
2 bzw. 2' führen. Auf der Unterspannungsseite sind Erdschlußspulen 3 bzw..3' vorhanden.
In jeder Phase sind ferner überstromrelais q. bis 6 bzw. q.' bis 6' vorhanden, .von
denen bei Überstrom mindestens eines ansprechen muß. Jedem dieser Relais sind Kontakte
7 bzw. 7' zugeordnet, von denen bei Überstrom ebenfalls mindestens einer geschlossen
wird, wodurch über Auslöserelais 8 bzw. 8' die Schalter 9 oder 9' betätigt werden.
Mittels dieser Schalter, die nach einer sehr kurzen Zeit selbsttätig wieder ausschalten,
werden die Widerstände i o bzw. i o' mit einem Leiter des Drehstromsystems verbunden.
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Der zuerst ansprechende Schalter, z. B. 9, ruft die Entstehung einer
Sternpunkterdspannung im ganzen Netz hervor, d. h.also eine Erdpunktverlagerung,
die ,an den Fünfschenkelwandlern i i bzw. i i' Sauftritt. Diese Spannung wird über
Gleichrichter 12 bzw. 12' geleitet und ergibt eine exponentiell ansteigende Gleichspannung.
Diese Gleichspannung wird an Kondensatoren 13 bzw. 13' gelegt und
erzeugt einen Strom durch die Relais 1q. bzwv. 1q.'. Der durch diese beiden Relais
fließende Anfangsstrom entspricht der Anstiegs,geschwindigkeit der Erdspannung und
klingt nach Erreichen seines Höchstwerts exponentiell ab.
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Da der steile Anstieg des Anfangsstroms in allen Relais 14, 14' und
in weiteren, etwa vorhandenen gleichartigen Reläis in den einzelnen Stationen im
gleichen Maße und völlig synchron erfolgt, so sprechen sämtliche Erdsp,annungsrelais
,gleichzeitig an und lösen über die Spulen 15 bzw. 15' die Speiseschalter
16
bzw. 16' usf. synchron aus. Die Schalter 16, 16' usw. unterbrechen, wie
dies in der Fernsteuerung durch Spannungsabsenkungsimpulse üblich ist, für wenige
Perioden die Energiezufuhr völlig synchron. Werden die Schalter 16 und 16' aus einpoligen
Schaltern zusammengestellt, so erhalten die Relais 7 bzw. 7' doppelte Arbeitskontakte,
von denen einer, wie dargestellt, auf die Spule 8 arbeitet, während der zweite über
den zugeordneten Kontakt des Erdspannungsrelais 14, das dann drei Arbeitskontakte
besitzt, geschleift wird.
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Muß dagegen gerechnet werden, daß der Erdschluß vor dem Kurzschluß
eintritt, so ist diese Schaltung durch die nach Abb. 3 zu ergänzen. Verschiedene
Teile dieser Schaltung stimmen mit der nach Abb. 2 überein und sind gleich bezeichnet.
Schaltungselemente, die sich wiederholen, sind nicht besonders dargestellt. Mit
q. ist, wie auch schon in Abb. 2, das zu einer Phase gehörige überstromrelais bezeichnet.
Ebenso ist die Gleichrichterscbaltung 12, der Kondensator und das Relais 1q. vorhanden.
Die Wirkung dieser Teile ist die gleiche wie nach Abb,2. Infolge des Erdschlusses
schließt das Relais 1q. seine Kontakte iq.a und i4.v für wenige Perioden. Da der
Überstrom noch fehlt, ist das Relais in diesem Augenblick noch abgefallen. Dabei
entsteht ein Stromkreis, der von der Batterie 2o über den Relaiskontakt
17, den Relaiskontakt 14 a und das Relais i 9 verläuft.
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Dieses spricht mit einer einheitlich einstellbaren konstanten Verzögerung
von 5 bis 15 Perioden an. Vorher haben aber schon die Kontakte 14a und 14 b,
die nur für wenige Perioden schließen, wieder geöffnet. Hat vor dem Ablauf des Relais
19 der Kontakt 18 das Relais q. nicht geschlossen, so kann keine Auslösung
des Schalters 16 erfolgen. Erst wenn das Relais q. infolge eines nachfolgenden Kurzschlusses
während des Ablaufs des Relais i 9 anspricht, so schließt auch der Kontakt 18, wodurch
ein Stromkreis für die Auslösespule 15 des Schalters 16 entsteht, der von der Batterie
22 über diese Spule, den Kontakt 18
und den Kontakt 2 i verläuft. Tritt der
überstrom vor der Erdspannung auf, s.o. ist der Kontäkt 18 geschlossen. Es wird
nun der Kontakt 14b geschlossen, wodurch auch der Auslösestromkreis für die
Spule 15 über die Batterie 22 und die Kontakte 18 und i4. U unverzögert
zustande kommt.
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Bei Benutzung von Röhren kommt eine Abänderung der Schaltung, wie
sie in Abb. q. dargestellt ist, in Frage. In der Abbildung ist das Relais q. angedeutet,
das dem gleichbezeichneten Relais der früheren Abbildungen entspricht. Der Kondensator
12 entspricht dem Kondensator 13 der früheren Abbildungen, und zwar ,auch hinsichtlich
seiner AnschlußkPemmen. Der durch den Kondensator i2 in der bereits' erläuterten
Weise fließende Strom entsprechend der Anstiegsgeschwindigkeit der Sternpunkterdspannung
ruft im Widerstand 13 einen so großen Spaunungsabfall hervor, daß die negative Gittervorspannung
22 über den Koppelkondensator 23 überwunden wird und das Rohr 24 zum Ansprechen
kommt, sobald der Kontakt 16 des Überstr:omrelais geschlossen ist, d. h. sobald
die Batteriespannung an dem Rohr 24 liegt. Der Strom fließt von der Batterie über
den Kontakt 16, das Rohr 24 und die Auslösespule 25.
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Gleichzeitig mit dem Rohr 24 zündet auch das Rohr 26 bzw. das letztere
,allein, wenn der Kontakt 16 offen ist. Der Widerstand 27 und die Induktivität
28 bedingen ein allmähliches Ansteigen des Stroms im Rohr 26, so daß nach einer
bestimmten Zeit der Spannungsabfall am Widerstand 27 die negative Gittervorspannung
22 überwiegt und das Rohr 24 zündet, sofern sich inzwischen der Kontakt
16
geschlossen hat. Die Schalterauslösung erfolgt demnach nach einer Zeit, die der
Zeitkonstanten der Elemente 27, 28 entspricht, sofern inzwischen ein Überstrom eingetreten
ist. d. h. sofern der Erdschluß einen Kurzschluß eingeleitet hat. Die Schaltung
wird 7weckmäßig mit Entladungsgefäßen mit Steuergittern ausgeführt. Der Kontakt
29 öffnet vorübergehend, sobald der Schalter 3o .anspricht, und steht daher zweckmäßig
mit diesem in geeigneter Verbindung. Dadurch werden die Rohre ?4. und
26 gesperrt, so daß die Anordnung wieder betriebsbereit ist.
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Die beschriebenen Anordnungen können nicht bloß zur Kurzschlußfortschaltung,
sondern auch in anderen Fällen verwendet werden, wenn ein synchrones Auslösen sämtlicher
Speiseschalter des Netzes gewünscht wird, wie dies z. B. bei der Aussendung von
Fernsteuerkommandos durch Unterbrechung der Netzleiter der Fall ist.