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Differentialschutz mit Prozentsatzrelais Um elektrische Anlageteile,
z. B. Sammelschienen, Transformatoren usw., gegen innere Fehler zu schützen, verwendet
man häufig den sogenannten Differentialschutz. Zu diesem Zweck sind Prozentsatzrelais
entwickelt worden. Solche Relais erhalten beispielsweise zum Schutz eines Transformators
eine Betätigungsspule, die von der Differenz zwischen dem zu- und abgeführten Strom
des Transformators erregt wird. Im normalen Betrieb ist die Differenz dieser Ströme
unter der Voraussetzung Null, daß keine Fehler durch die Wandler, welche das Relais
speisen, entstehen. Entsteht ein Fehler im Transformator, so wird die Betätigungsspule
durch den dann auftretenden Differenzstrom erregt. Um eine falscheAuslösung .durchUngenauigkeiten
der Wandler zu vermeiden, ist es üblich, eine Rückzugsspule anzuwenden, die in Abhängigkeit
von dem ein- und austretenden Strom des Transformators erregt wird. Diese Rückzugsspule
wirkt dem Ansprechen des Relais in einem vom Durchgangsstrom des Transformators
abhängigen Maße entgegen. Wenn beispielsweise für einen gegebenen normalen Durchgangsstrom
des Transformators die Betätigungsspule von einem Strom von i Ampere erregt wird,
so ist der Differenzstrom, der durch die Betätigungsspule fließt, io Ampere, wenn
der normale Durchgangsstrom um das iofache gesteigert wird. Infolge der Wirkung
der Rückzugsspule steigt die Rückzugskraft aber ebenfalls um das iofache, so daß
das Relais nicht anspricht, mit anderen Worten bleibt das Verhältnis des Ansprechstromes
des Relais zum Durchgangsstrom im wesentlichen bei entsprechender Bemessung der
Rückzugswicklung konstant.
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Prozentsatzdifferentialrelais der geschilderten Art werden oft mit
drei Rückzugswicklungen und einer Betätigungswicklung ausgeführt, um einen vollen
Schutz von Anlageteil.en, die höchstens drei Abzweige besitzen,
zu
erhalten. Zum Schutz von Anlageteilen mit mehr Abzweigen ist es theoretisch möglich,
die Zahl der Rückzugswicklungen, die im Relais verwendet werden, zu vergrö-#tern,
aber praktisch ist eine Vergrößerung der Zahl der Rückzugswicklungen unerwünscht,
weil das Relais umständlicher im Aufbau wird.
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Gemäß der Erfindung «-erden zum Schutz von Anlagen, bei der die Zahl
der Abzweige größer als die Zahl der Rückzugsspulen des Differentialrelais ist,
mehrere Prozentsatzrelais vorgesehen, :deren Betätigungsspulen in Reihe geschaltet
sind und von der geometrischen Summe der Ströme in den Abzweigen durchflossen werden,
während jede der Rückzugsspulen von einem Strom eines Abzweiges durchflossen wird.
Die Abschaltung des Anlageteiles :erfolgt nur dann, wenn sämtliche Relais angesprochen
haben, was man beispielsweise dadurch erreichen kann, daß man die Auslösekontakte
in Reihe schaltet.
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Fig. i der Zeichnung zeigt ein bekanntes Prozentsatzdifferentialrelais,
Fig. z die Schaltung dieses .Relais zum Schutz einer Saminelschiene mit drei Abzweigen.
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Das Relais nach Fig. i ist ein Ferrarisrelais. Die `Felle i trägt
zwei Scheiben 2 und 3. Auf die Scheibe 2 wirken zwei Elektromagnete 6 und 7, auf
die Scheibe 3 zwei Elektromagnete q. und 5. Der Elektromagnet 6 soll der das Ansprechen
des Relais herbeiführende Elektromagnet sein. Er besitzt eine Betätigungswicklung
8, die um den Hauptpol 9 gewickelt ist. Der Elektromagnet besitzt außerdem noch
Hilfspole io und i i und Zusatzwicklungen 12 und 13 auf diesen, welche von der Wicklung
1d. auf den Hauptpol 9 erregt werden, die induktiv von der Wicklung 8 beeinflußt
wird. Die Welle trägt einen beweglichen Kontaktarm 15, der bei Bewegung im Uhrzeigersinn
das Kontaktpaar 16 miteinander in Berührung bringt. Die Wicklungen auf den Elektromagneten
6 erzeugen einen Fluß, durch welchen die Scheibe :2 ein Drellinoment im Uhrzeigersinn
erhält. Die übrigen Elektromagnete .I, 5 und 7 besitzen in :der Zeichnung nicht
dargestellte Wicklungen, die den Wicklungen auf dein Elektromagnet 6 entsprechen.
Die Wicklungen der Elektromagnete d., 5 und 7 sind jedoch so angeordnet, daß sie
auf die Scheibe 3 bzw. 2 ein solches Drehmoment ausüben, daß sich der Kontaktarm
7 von dem feststehenden Kontakt entfernt. Die letzteren Wicklungen sind also die
Rückzugswicklungen. Wenn der zu schützende Anlageteil höchstens drei Abzweige besitzt,
kann das Relais zum Schutz dieses Anlageteiles gegen innere Fehler verwendet werden.
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In Fig. ;2 ist die Schaltung dargestellt. Die Anlage besteht aus einer
Sammelschiene 17 mit drei Abzweigen 18, i9 und 20. Die drei Phasen sind mit
a, b und c bezeichnet. Der Einfachheit halber ist nur die Schutzeinr ichtung
für die Phase a dargestellt. In jeder Abzweigleitung liegt ein Stromwandler 24,
25 bzw.26. Die einen Klemmen der Stromwandler sind miteinander verbunden, während
die andere Klemme jedes Stromwandlers an eine Rückzugswicklung -27 bzw. 29 angeschlossen
ist, welche den Wicklungen der Elektromagnete :I, 5 und 7 der Fig. i entsprechen.
Wie man sieht, ist die Reihenschaltung jeder Sekundärwicklung eines Stromwandlers
mit der zugehörigen Rückzugswicklung parallel zu den entsprechenden anderen Reihenschaltungen
geschaltet. An diese Parallelschaltung ist die Betätigungswicklung angeschlossen.
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Da die zu- und abfließenden Ströme - normalerweise gleich groß sein
müssen, würde im Normalbetrieb kein Strom durch die Betätigungswicklung 8 fließen.
Dies würde auch der Fall sein, wenn ein äußerer Fehler auftritt. Es ist jedoch bekannt,
daß die Ströme in den Sekundärseiten der Stromwandler 24, 25 und 26 im allgemeinen
nicht ganz im Gleichgewicht sind wegen ihrer Ungenauigkeiten. Der infolge dieser
Ungenauigkeiten im normalen Betrieb durch die Erregerwicklung 8 fließende Strom
ist jedoch nicht in der Lage, das Relais zu betätigen, da durch entsprechende Bemessung
der Rückzugswicklungell 27, 28 bzw. 29 diese eine fehlerhafte Betätigung des Relais
verhindern. Dies gilt auch für äußere Fehler. Tritt jedoch ein Fehler in der Sammelschiene
auf, so ist die geometrische Summe der Ströme in den Abzweigen 18, i9 und 2o nicht
mehr gleich Null; diese geometrische Summe fließt durch die Betätigungswicklung
8, wodurch das Relais anspricht und den Kontakt 16 schließt, der beispielsweise
im Auslösestromkreis der Schalter 21, 22 und 23 liegt.
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Es ist ersichtlich, daß .die richtige Wirkungsweise des Relais unabhängig
davon ist, um was es sich für Abzweige handelt, d.11. ob sie der Sammelschiene Strom
zuführen oder von ihr wegführen.
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Wenn nun mit einem derartigen in Fig. i dargestellten Relais eine
Anlage mit mehr als drei Abzweigen zu schützen ist, werden erfindungsgemäß zwei
oder mehrere solcher Relais vorgesehen, deren Betätigungswicklung in Reihe geschaltet
sind und von der geometrischen Summe der Ströme der zli schützenden Abzweige erregt
werden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 3 für eine Sammelschiene mit
sechs Abzweigen 3i bis 36 und dazugehörigen Schaltern 37 bis 42 dargestellt. Es
sind zwei Relais der Art
nach Fig. r vorgesehen, die mit 43 und
44 bezeichnet sind. Auch hier ist wieder zur--Einfachheit nur die Schutzeinrichtung
für eine Phase gezeichnet.
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In den Abzweigleitungen liegen Stromwandler 45 bis So. Jede Sekundärwicklung
ist mit einer der nicht näher bezeichneten Rückzugswicklungen des Relaissatzes 43,
44 in Reihe geschaltet. Die anderen Klemmen der Rückzugswicklungen sind durch die
Leitung 5 r miteinander verbunden. Eine Leitung 52 verbindet die oberen Klemmen
der Sekundärseiten der Stromwandler. Man erhält so sechs parallele Zweige, die aus
jeweils einer Sekundärwicklung und der zugehörigen Rückzugswicklung bestehen. Die'
Betätigungswicklungen 53 und 54 des Relaissatzes sind in Reihe geschaltet und liegen
parallel zu der vorgenannten Parallelschaltung der Sekundärwicklungen mit den Betätigungsspulen.
Die Kontakte 55 und 56 des Relaissatzes liegen in Reihe in der Leitung 57, welche
die Spule des Schützes 58 und einer Batterie 59 enthält.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Normalerweise fließt
durch die Betätigungsspulen lediglich ein Strom, der durch Ungenauigkeiten der Stromwandler
hervorgerufen wird. Tritt jedoch in der Sammelschiene 3o ein Fehler auf; so ist
die geometrische Summe der Ströme in den Abzweigungen nicht mehr gleich Null, und
ein erheblicher Strom durchfließt die Betätigungsspulen 53 und 54, so daß die Kontakte
55 und 56 geschlossen werden. Infolgedessen wird das Schütz 58 erregt, das die Stromquelle
6o mit den Spulen 61 verbindet, die beispielsweise die Auslösespulen der Schalter
37 bis 42 sind oder irgendwelche Betätigungspulen zur Betätigung eines Signals darstellen.
Die einzelnen Abzweige können Ver= braucherleitungen oder Leitungen zu einer Erzeugerstation
oder zu anderen Sammelschienen sein. Obwohl angenommen wurde, daß alle Abzweige
an die Sammelschiene angeschlossen sind, sieht man, daß der Schutz auch wirksam
bleibt, wenn einige der Abzweige von den Sammelschienen abgeschaltet sind. Es wird
immer eine oder mehrere der Rückzugsspulen eines oder beider Relais einen Strom
im Normalbetrieb oder bei außenliegendem Fehler führen.
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Wenn Anlageteste mit sieben oder mehr Abzweigen zu schützen sind,
kann man ein oder mehrere Relais zu den Differentialrelais in Fig.3 hinzufügen,
wobei wieder die Betätigungsspulen aller Relais in Reihe geschaltet werden, während
die Rückzugspulen von dem Strom der zugehörigen Leitung erregt werden. Es ist jedoch
auch möglich, auch bei mehr als sechs Abzweigen mit nur zwei Relais auszukommen.
Zum Beispiel kann man dann, wenn eine Sammelschiene mit sieben Abzweigen vorhanden
ist, wobei zwei Abzweige niemals Strom zur Sammelschiene hinführen können, die Sekundärwicklungen
der Stromwandler in diesen beiden Abzweigen parallel schalten und ,durch .diese
Parallelschaltung eine der Rückzugswicklungen des Relais erregen. Bei mehr als.
sieben Abzweigen kann man entsprechend verfahren.
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Die Parallelschaltung der Transformatoren° ist in Fi:g. 4 dargestellt.
Diese zeigt nur einen Ausschnitt aus derAnlage der Fig. 3. In Fig.4 besitzt die
Sammelschiene noch einen siebenten Abzwreig62 mit,eine-mStromwandler6:3. Wenn die
Abzweige 36 und 62 niemals Strom zur Sammelschiene hinführen können, können, wie
dargestellt, die Sekundärwicklungen der Wandler So und 63 parallel geschaltet werden,
und es wird trotzdem eine richtige Relaiswirkung erzielt. Bei mehr als sieben Abzweigen
kann man entsprechend verfahren.
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Die Tatsache, daß man im allgemeinen nur solche Stromwandler parallel
schälten kann, in denen niemals Strom zur Sammelschiene fließt, ergibt sich aus
der Betrachtung der Fig.4. Nimmt man nämlich beispielsweise an, daß nur die Abzweige
36 und 62 an die Sammelschiene 32 angeschlossen seien und der Abzweig 62 Strom zur
Sammelschiene hinführen kann, dann würde bei einem äußeren Fehler auf dem Abzweig
36 ein- starker Kreisstrom durch die Sekundärwiklungen der Stromwandler So und 63
fließen. Wenn die Transformatoren nur einen geringen Übersetzungsfehler besitzen,
würde ein Differenzstrom genügender Stärke durch die Betätigungsspule des Relais
fließen, um dieses fälschlicherweise zum Ansprechen zu bringen.