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Anordnung zur Verhütung von Fehlauslösungen von Relaiseinrichtungen
mit kurzen Verzögerungszeiten Bekanntlich strebt man bei der Abschaltung kranker
Leitungsteile .dahin, diese Abschaltung möglichst schnell durchzuführen, weil man
dadurch einerseits die durch den Kurzschlußstrom verursachten Schäden kleinharten
und anderseits unter Umständen auch erreichen kann, daß die parallel arbeitenden
Generatoren der Anlage nicht außer Tritt fallen. Immer gelingt es jedoch nicht,
die Abschaltzeit auf -das äußerste kurze Zeitmaß zu bringen, vor allem auch deshalb
nicht, weil in jedem Netz auch solche Leitungen vorkommen, bei denen eine Schnellschutzeinrichtung
nicht vorhanden ist, so daß also ein Fehler, der in einem derartigen Netzteil entsteht,
häufig erst nach verhältnismäßig langer Zeit abgeschaltet wird. Wenn in der Zwischenzeit
die Generatören des Netzes außer Tritt gefallen sind, so besteht die Gefahr, daß
die übAgen schnell wirkenden Selektivschutzeinrichtungen ebenfalls ansprechen, da
bekanntlich die Pendelerscheinungen den Kurzschlußerscheinungen ähnlich sind.
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Die Gefahr der Fehlauslösung ist um so größer, je schneller die Selektivschutzeinrichtungen
an. sich zu arbeiten vermögen. Dies liegt daran, daß die Pendelerscheinungen für
Relais, welche von der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung abhängig sind,
einen längs der Leitung wandernden Kurzschluß vortäuschen; in dem sie einen periodisch
schwankenden Betrag der Stromstärke, der Spannungshöhe und der Impedanz ergeben,
so daß also allerdings nur vorübergehend für die Relaiseinrichtungen jedes Ortes
die Bedingungen zur Abschaltung der Leitung erfüllt sind. Die auf lange Laufzeiten
eingestellten Schutzeinrichtungen sprechen infolgedessen bei Pendelungen im allgemeinen
nicht an, während die Schnellschutzsysteme gefährdet sind.
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Die Erfindung # beseitigt die Gefahr der Fehlauslösungen .infolge
von Pendelerscheinungen dadurch, daß die kurzen Verzögerungszeiten unterbunden werden,
wenn aus der Ausschlagsrichtung des Richtungsrelais nach der Anregung oder aus der
seit der Anregung ergebnislos vergangenen Laufzeit der Schutzeinrichtung hervorgeht,
daß ein Fehler nicht in demjenigen Anlageteil entstanden ist, auf den .sich der
kurzzeitige Schutz erstreckt. Von vornherein läßt sich nun für die Hälfte derjenigen
Relaisorte, an denen das Anregerelais angesprochen hat, sofort erkennen, daß
der
Fehler keinesfalls in der zugehörigen Leitungsstrecke liegt. Es sind dies diejenigen
Relaisorte, an welchen das Energierichtungsrelais zunächst aus der Strecke herauszeigt.
Aus diesem Grunde wird der Auswärtskontakt des Richtungsrelais erfindungsgemäß dazu
benutzt, an allen Relaisorten, an denen das Anregerelais angesprochen und das Richtungsrelais
den Auswärtskontakt geschlossen hat, die kurzen Zeitstufen der Schutzeinrichtungen
unwirksam zu machen.
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Für die Relais der übrigen Relaisorte, an denen ebenfalls das Anregerelais
angesprochen hat, an denen aber das Energierichtungsrelais zunächst in die Strecke
hineinzeigt, gibt es ein anderes Mittel, mit dessen Hilfe man erkennen kann, ob
es angezeigt ist, die kurzen Relaiszeiten zu blockieren oder nicht. Wenn nämlich
auch bei einem Fehler außerhalb der Kupplungsleitungen an verschiedenen Relaisorten
gesunder Kupplungsleitungsstrecken das Anregerelais infolge des dabei auftretenden
Fehlerstromes anspricht, so kommen dennoch die zeitverzögerten Relaiseinrichtungen
der gesunden Strecken nicht vollständig zum Ablauf, bevor nicht das zum kranken
Abzweig gehörende Relais angesprochen hat. Es ist aber dann auch an den Relaisorten
der gesunden Strecken erkennbar, wenn der Fehler abgeschaltet wird, beispielsweise
weil dadurch die Symmetrie und Höhe der Spannungen wiederhergestellt wird oder weil
der Fehlerstrom verschwindet. In dem Augenblick der Abschaltung des fehlerhaften
Abzweiges wird erfindungsgemäß hei allen Relaiseinrichtungen der Kuppelleitung die
kurzzeitige Auslösung gesperrt. Die Relais vermögen dann nur mit erheblich größerer
Verzögerungszeit abzuschalten. Man kann aber statt dessen an jedem Relaisort auch
die Zeit, die vom Ansprechen des Anregerelais an verstreicht, überwachen und, wenn
diese Zeit ein bestimmtes Maß überschreitet, bevor die zugehörige Schutzeinrichtung
einen Auslösebefehl gibt, die kurze Auslösezeit der Schutzeinrichtung unwirksam
machen. Wenn dann auch nach Beseitigung des Kurzschlusses infolge der einsetzenden
Energiependelung zwischen den außer Tritt gefallenen Generatoren vorrübergehend
ein Fehler in der zur Reaiseinrichtunggehörenden gesunden Strecke vorgetäuscht wird,
so ist dennoch die Gefahr von Fehlauslösungen beseitigt. Nach einer Wartezeit von
etwa 15, 2o oder mehr Sekunden, nach welcher mit Sicherheit entweder :die Maschinen
wieder in Gleichlauf gekommen sind oder die Verbindungsleitung zwischen den Generatoren
an irgendeiner anderen Stelle durch eine dazu vorgesehene Vorrichtung aufgetrennt
ist, werden die Relaiseinrichtungen wieder in den ursprünglichen Zustand zurückversetzt,
so daß sie -der Anlage bei Kurzschlul3 wiederum den wünschenswerten kurzzeitigen
Schutz bieten.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die Figuren.
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In Fig. i ist eine Kuppelleitung zwischen zwei Generatoren I und 1I
mit Verbraucherabzweigen in den Stationen A , ß, C und D wiedergegeben.
Wie üblich, sind beiderseits jeder Station Relais angeordnet, die in der Figur mit
a l, a, ., b1, b=, cl, c_, dl und ci'_ bezeichnet sind. Bei einem Fehler in der
Strecke X darf keins der genannten Relais a, bis d. seinen Ölschalter auslösen.
Vielmehr soll der Fehler durch das Relais x abgeschaltet werden, welches beispielsweise
ein Relais mit abhängiger Verzögerungszeit sein mag. Die Laufzeit des Relais x kann
je nach der Lage der Fehlerstelle und nach der Schwere der auftretenden Fehlerscheinungen
erheblich größer sein als die kurzen Laufzeiten der Relais a1 bis d.. Wenn der Kurzschluß
an der Stelle X so heftig ist, daß die Anregerelais <in sämtlichen Relaisorten
A bis D ansprechen, ist die Energieverteilung, welche durch den Kurzschluß ausgelöst
wird, derartig, daß in den Relais ral bis dl überall die Energie von links nach
rechts fließt, während das Richtungsrelais bei d. Energie von rechts nach links
anzeigt. Aus der Energierichtung ergibt sich für die Relais csl, bi, cl, dl und
ohne weiteres, daß der Fehler keinesfalls in einer der Strecken liegt, deren Schutz
diesen Relais übertragen ist. Es schließt nämlich bei diesen Relaiseinrichtungen
das zugehörige Richtungsrelais den Auswärtskontakt. Erfindungsgemäß wird die Schließung
des Auswärtskontaktes als Anzeichen für die Fehlerfreiheit der Leitungsstrecke dazu
ausgenutzt, um diese Relaiseinrichtungen derart zu beeinflussen, daß sie nur noch
mit einer bestimmten Verzögerungszeit zu arbeiten vermögen. welche nach praktischer
Erfahrung so hoch gewählt ist, daß ein Fehlansprechen dieser Relais infolge von
Pendelungen nicht mehr befürchtet zu werden braucht. Für die Relaiseinrichtungen
a2, b@ und c., dagegen ist der Ausschlag des Energierichtungsrelais so, wie er auch
bei einem Fehler in der zttäehörigen Strecke sein würde. Aus diesem Grunde können
diese Relaisanordnungen nicht lediglich auf Grund der Angaben der Energierichtungsrelais
in langfristige Schutzeinrichtungen umgewandelt werden. Anderseits aber kommen die
Relais an diesen Relaisorten trotz des Ansprechens der Anregerelai$ nicht vollständig
zum Ablauf, weil die Fehlerstelle von diesen Relaisorten sehr weit entfernt liegt.
Es sind an den Relaisorten beispielsweise Widerstandszeitrelais oder an ihrer Stelle
auf bestimmte Fehlerentfernungen
eingestellte Widerstandskipprelais
mit fest eingestellten Zeitrelais vorgesehen, wobei an jedem Relaisort entsprechend
der Zahl der eingestellten Entfernungsstufen auch mehrere Zeitstufen vorgesehen
sind. Die Kipprelais für geringere Fehlerentfernungen, welche eine nur kurzzeitige
Ausschaltverzögerung steuern, sprechen zunächst wegen der großen Fehlerentfernung
noch nicht an. Bei beiden Arten von Relaisanordnungen dagegen, nämlich bei den Relaiseinrichtungen
mit stetig abhängiger Laufzeit als auch bei den Einrichtungen mit stufenweiser abhängiger
Laufzeit, kann eine Fehlauslösung entstehen, wenn nach der Abschaltung des Fehlers
X infolge der ungleichen Frequenz der Generatoren I und II die Energie auf der Leitung
hin und her pendelt und Strom und Spannung solche Werte annehmen, daß dadurch ein
Fehler in der Kuppelleitung zwischen den Generatoren I und II vorgetäuscht wird.
Wie schon weiter oben ausgeführt, wandert der durch die Pendelung vorgetäuschte
Kurzschluß auf der Leitung zwischen :den Generatoren I und II hin und her und befindet
sich infolgedessen nur vorübergehend im Schutzbereich der einzelnen Relais. Für
einen ausreichenden Schutz gegen Fehlerauslösung genügt es daher, wenn erfindungsgemäß
die kurzen Verzögerungszeiten der - Zeitselektivschutzeinrichtungen an den Orten
a2, b2 und c. um ein gewisses Zeitmaß vergrößert werden, welches zweckmäßig .der
Zeit zwischen der Entstehung des Fehlers bei X und seiner Abschaltung durch das
Relais. x angepaßt ist. Dies läßt sich beispielsweise in der Weise durchführen,
daß an jedem Relaisort ein Zeitrelais vorgesehen ist, welches vom Anregerelais in
Umlauf gesetzt wird und die Laufzeit des zugehörigen Schutzsystems fortlaufend vergrößert,
solange das Anregerelais oder ein anderes Relais noch nicht die Abschaltung der
Fehlerstelle irgendwie erkennen lassen. Es kann zu diesem Zweck die Höhe oder die
Symmetrie der Netvspannungen oder die Stromstärke überwacht werden. In dem Augenblick
der Beseitigung des Kurzschlusses verschwindet die bestehende Netzunsymmetrie (Stromunsymmetrie,
Spannungsunsymmetrie) ; denn die Pendelerscheinung verläuft :unbedingt symmetrisch,
während der Kurzschluß meist ein unsymmetrischer Fehler ist.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Wirkungsweise eines derartigen Zeitrelais
wird, weiter unten an Hand von Fig.2 beschrieben. Es ist dort die Kuppelleitung
zwischen den Generatoren I und II mitsamt :den VerzWeigungsstationen A bis
D nochmals wiedergegeben, und über dieser Leitung sind die Zeitkurven eines
spannungsabhängigen Zeitschutzes aufgetragen. Oberhalb der Kuppelleitung I, Il sind
die Verzögerungszeiten der Relais an den linken Streckenenden aufgetragen, unterhalb
der Kuppelleitung sind die Relaislaufzeiten der an :den rechten Streckenenden liegenden
Relais aufgetragen. Wie vorhin erläutert, werden bei dem angenommenen Fehlerfall
bei X durch die Auswärtskontakte der Richtungsrelais die Relaiseinrichtungen al,
bl, cl, d1 und d2 sofort auf die lange Zeit abgeschaltet. Dies zeigt sich in Fig.2
in den Zeitkurven unterhalb der Linie I, II dadurch, daß die gesamten Schutzeinrichtungen
die ausgezogenen Zeitkurven verlassen und auf die gestrichelt gezeichnete Zeitkurve
übergehen.
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Bei den anderen Relais dagegen tritt nicht eine ganz bestimmte Vergrößerung
der kleinsten Relaislaufzeit ein, sondern, wie vorhin erläutert, hängt das Maß der
Vergrößerung der kleinsten Relaislaufzeit von dem Zeitmaß ab, welches zwischen :der
Entstehung und der Abschaltung des Fehlers X vergangen ist. Infolgedessen sind bei
denjenigen Relaiseinrichtungen, deren Richtungsrelais :den Einwärtskontakt .geschlossen
haben, mehrere gestrichelte Zeitlinien angedeutet, um zum Ausdruck zu bringen, daß
die Relaischarakteristik von der stark ausgezogenen Linie .durch alle Zeitstufen
hindurch bis zu der obersten gestrichelten Zeitcharakteristik: ansteigen kann, je
nachdem wie lange'das Relais x gelaufen ist. Je länger :der Fehler X bestanden hat,
bevor es gelungen war, ihn .abzuschalten, um so größer wird die kleinsteVerzögerungszeit
der Relais an den Relaisorten a2, b2, c2. In Fig. 2 ist außerdem auch noch je eine
Zeitstufencharakteristik für die unmittelbar an die Generatoren angrenzenden Strecken
eingezeichnet. Auch auf diese Zeitstufencharakteristik dehnt sich die Wirkung der
Zeitrelais aus.
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Ein Zeitrelais, welches die Veränderung der Relaiszeitcharakteristi.ken
gemäß den oberen Kurven der Schutzrelais der Kuppelleitung bewirken kann, ist als
ein Beispiel in Fig. 3 wiedergegeben. In dieser Figur ist eine Starkstromleitung
i mit einem Schalter 2 dargestellt, der durch eine Auslösespule 3 geöffnet werden
kann. Ein Stromwandler q. dient einerseits zur Erregung eines Anregerelais 5 und
außerdem zur Erregung einer Stromspule C eines Impedanzkipprelais, dessen Spannungsspule
7 von einem Spannungswandler 8 erlegt wird. Außerdem ist noch ein Energierichtungsrelais
9 vorhanden, welches als Zeigergerät dargestellt ist mit einem Zeigerarm i o, Welcher
zwei Kontaktstücke i i und 12 trägt. Über dem Zeiger schwebt ein Fallbügel 13, der
durch .einen Gleichstromhilfsmagneten 1q. heruntergezogen werden kann. Dadurch wird
dann der Zeigerkontakt
ii auf seine Unterlage gedrückt, wo er je
nach seiner Stellung einen Kontakt 15 oder einen Kontakt 16 schließt. Solange der
Fallbügel durch den ?Magneten 14 heruntergezogen wird, wird der Zeigerarm io unbeweglich
festgehalten. Das Zeitrelais, welches die Verzögerungszeit der Schutzeinrichtung
nach Maßgabe der Dauer seiner Erregung vergrößert, ist mit 18 bezeichnet. Es ist
ein Gleichstromrelais mit einer Erregerwicklung ig, einem Laufkontakt 2o und einem
Schleppkontakt 21. Der Laufkontakt 2o ist durch irgendein beliebiges Mittel 22 derart
gebremst, daß er seine Bewegungen nur mit bestimmter Geschwindigkeit auszuführen
vermal-. Das Symbol 23 bezeichnet ein weiteres Zeitwerk, dessen Aufgabe es ist,
die Verbindungsleitung, in welcher dieses Zeitrelais gezeichnet ist, nach Ablauf
einer bestimmten Zeit etwa 2o Sek. oder mehr zu unterbrechen.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Im Augenblick des Entstehens
.eines Fehlers spricht dasAnregerelais5 an und schließt seinen Kontakt 25. Dadurch
erhält zunächst die Spule ig des Zeitrelais 18 Strom aus der Ortsbatterie. Sofort
beginnt der Kontakt 2o in Pfeilrichtung zu laufen, wobei er :den Schleppkontakt
21 vor sich herschiebt. Der Kontakt 2o kehrt sofort in die' Ausgangsstellung zurück,
wenn der Kontakt 25 geöffnet wird.
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Durch die Schließung (lies Kontaktes 25 ist gleichzeitig der Pluspol
der Ortsbatterie auch mit dem Kontaktteil 2o verbunden worden, und solange dieser
den Kontaktteil 21 berührt, sind auch die normalerweise offenen Kontakte 26 des
Impedanzkipprelais mit .dem Pluspol verbunden.
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Über den Kontakt 25 wird ferner noch die Verbindung des Pluspoles
:der Ortsbatterie mit einemKontaktpaar27 hergestellt, welches durch den Kontakt
12 des Richtungsrelais 9 geschlossen wird, wenn die Energie aus der Strecke i in
die rechts angrenzende Nachbarstrecke fließt.
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Ruft der Fehler bei der Stelle Y (Fig. i) einen Strom solcher Richtung
hervor, daß der Überstrom aus der Leitung i über den Schalter 2 in die Nachbarstrecke
eintritt, dann schließt das Relais io mit Hilfe des Kontaktteiles 12 den Auswärtskontakt
27. Wenn der entstehende Strom groß genug ist, um das Anregerelais 5 zum Ansprechen
zu bringen, entsteht dadurch ein Strom vom Pluspol der Ortsbatterie über die Kontakte
25, 27, das Zeitrelais 23 und die Spule 14 des Fallbügels 13 zur Minusquelle der
Ortsbatterie. Der Fallbügel 13 schlägt sofort herunter und hält den Kontaktarm io
in dieser Ausschlagsrichtung fest. Dadurch ist die Schutzeinrichtung so lange blockiert,
solange das Zeitrelais 2` die Verbindung zwischen dem Kontakt 27 zum Relais 14 nicht
unterbricht. Eine Auslösung des Schalters 2 ist während dieser Zeit nicht möglich,
weil der Kontakt i i des Energierichtungsrelais sich nicht auf den Kontakt 15 einstellen
kann, so daß also die Auslösespule 3 keinen Strom erhalten kann, wenn auch das Impedanzkipprelais
6, 7 den Kontakt 26 schließt.
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Wenn der Fehler zwar in solcher Richtung vom Relaisort entstanden
ist, daß das Energierichtungsrelais io sich auf den Kontakt 15 eingestellt hat,
während anderseits aber das Impedanzkipprelais 6, 7 den Kontakt 26 nicht schließt,
hat das Ansprechen des Anregerelais 5 nur die Wirkung, daß der Laufkontakt 20 sich
in Bewegung setzt und den Schleppkontakt 21 vor sich herschiebt. Sobald die Fehlerstelle
durch ein anderes Relais abgeschaltet wird, kehrt .der Kontakt 2o zur Anfangsstellung
zurück, während der Schleppkontakt 21 beispielsweise in der gestrichelt angedeuteten
Stellung li:egenblei.bt. Sind nun infolge des Kurzschlusses die Generatoren 1 und
II außer Tritt geraten, so wird kurz nach der Beseitigung des Fehlers das Relais
5 von neuem ansprechen, und wenn die vorgetäuschte Kurzschlußstelle bis in den Leitungsabschnitt
i hineinwandert, wird das Impedanzkipprelais 6, 7 den Kontakt 26 schließen. Diese
Kontaktschließung erhält aber nur dann eine Wirkung, wenn das Impedanzkipprelais
den Kontakt 26 so lange geschlossen hält, als der Laufkontakt 2o braucht, bis er
den in der gezeichneten Lage stehenden Schleppkontakt _# i erreicht.
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Bei der Pendelung wandert die scheinbare Kurzschlußstelle durch manche
Leitungsabschnitte vollkommen hindurch. Wenn dadurch auch dasjen.igeRichtungsrelais,
welches sich ursprünglich auf den Einwärtskontakt eingestellt hatte, umschlägt und
dann den Auswärtskontakt 27 erreicht, wird die Schutzeinrichtung wiederum, wie vorhin
beschrieben, sofort für eine konstante Zeit, welche durch das Zeitrelais 23 bestimmt
ist, blockiert.
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Zu dem Zeitrelais i8 gehört noch eine Einrichtung, die in der Figur
nicht dargestellt ist, deren Aufgabe es ist, den Schleppkontakt 21 nach Ablauf einer
bestimmten Wartezeit ebenfalls wieder in die Ausgangsstellung zurückzuführen. Für
.die Zeiteinstellung dieser Anordnung ist dieselbe Überlegung maßgebend wie für
-die Zeiteinstellung des Zeitrelais 23, so daß man zweckmäßigerweise das Zeitrelais,-"3
gleichzeitig für die Aberregung des Magneten 14 und für die Zurückführung des Schleppkontaktes
21 benutzt. Beispielsweise kann der Kontakt 2i mechanisch zurückgestellt werden
etwa durch eine einmal umlaufende
Scheibe, oder man kann auch bei
dem Kontakt 21 .eine Rückzugsfeder anbringen und eine magnetische Bremse und den
Rücklauf des Schleppkontaktes 21 durch Abschaltung der Bremse erst nach einer bestimmten
Zeitverzögerung freigeben. Bei Anwendung einer elektromotorischen Bremse kann beispielsweise
das Zeitrelais 23 den Erregerkreis des Bremsmagneten vorübergehend unterbrechen.
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Die Aufgabe, -die Schutzeinrichtung pendelsicher zu machen, wird durch
Sperrung der kurzen Relaislaufzeiten gelöst. Die lange Relaislaufzeit und insbesondere
die Reservezeit wird nicht beseitigt, damit die Leitung während der Zeit der Sperrung
der kurzen Relaislaufzeiten nicht völlig ungeschützt ist.