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Netzschutz Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Schutz
der elektrischen Kraftübertragungsleitungen gegen die Kurzschlüsse zwischen Phasen
und gegen die Berührungen mit Erde und bezweckt, die Zeit, die zwischen dem Auftreten
des Fehlers und dem Augenblick verstreicht, wo die zur Abtrennung des fehlerhaften
Leitungsabschnittes dienenden Schalter betätigt werden, auf ein -Minimum zu vermindern,
und zwar unter Beibehaltung einer großen Betriebssicherheit des Schutzes.
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Diese Verbesserungen sind insgesamt oder teilweise bei allen Schutzsystemen
anwendbar, die eine große Schnelligkeit des Arbeitens erfordern. Zur Erläuterung
werden jedoch diese Verbesserungen im folgenden bei Anwendung auf einen gemäß dem
Schema der Fig. i eingerichteten Schutz durch Trägerströme beschrieben. In Fig.
i stellen 1, 2, 3 drei Abschnitte einer durch zwei Stationen 4 und 5 getrennte Abschnitte
einer Kraftübertragungsleitung dar, von denen der Abschnitt 2 von den Abschnitten
i und 3 durch Öffnung von zwei Schaltern 6 und 7, die in den Stationen 4 und 5 vorgesehen
sind, getrennt werden kann.
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In jeder Station bestehen die zum Schutz des Abschnittes 2 dienenden
Elemente aus den Anregerelais 8 und 9, den die Richtung des Leistungsflusses überwachenden
Richtungsrelais io und i i, den Vorrichtungen 12 und 13 für die Sendung
von
Trägerströmen, aus den Geräten 1,4 und 15 für den Empfang der Trägerströme, wobei
diese Geräte zur Speisung von zwei Verriegelungsrelais 16 und 17 dienen.
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Die selektive Ausschaltung der Fehler wird durch die Verwirklichung
einer zweifachen Bedingung erreicht. Damit die Schalter 6 und 7 geöffnet werden
können, ist es erforderlich, daß i. die Anregerelais 8 und 9 angesprochen haben,
2. die Richtungsrelais in der Stellung stehen, die dem Leistungsfluß von den Schienen
der Stationen 4 und 5 nach der Leitung 2 entspricht.
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In allen anderen Fällen muß der Schutz verriegelt sein.
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Bei normalem Betrieb befinden sich die Anregerelais 8 und 9 in der
Ruhelage, die Richtungsrelais io und ri werden in der Lage gehalten, die dem Leistungsfluß
von der Leitung 2 nach den Schienen der Stationen 4 und 5 entspricht, die Verriegelungsrelais
16 und 17 werden durch die Anregerelais in der Verriegelungsstellung gehalten. Die
Sender 12 und i3 wirken auf die Empfänger 14 und 15 nicht ein.
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Im Falle eines Fehlers auf dem Leitungsabschnitt 2 sprechen die Anregerelais
8 und 9 an und geben die Relais 16 und 17 aus ihrer Verriegelungsstellung
frei. In demselben Augenblick verlassen die Richtungsrelais io und i i die ihnen
auferlegte Stellung und verhindern, daß die Sender 12 und 13 in Betrieb gesetzt
werden und die Empfänger n4 und 1.9 beeinflussen. Die Schalter 6 und 7 lösen aus
und trennen den fehlerhaften Abschnitt 2 von den Abschnitten i und 3.
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Im Falle eines Fehlers auf dem Abschnitt 3 sprechen die Anregerelais
8 und 9 an und unterbrechen die örtliche Speisung der Verriegelungsrelais 16 und
17, das Richtungsrelais io verläßt seine Ruhelage, das Richtungsrelais i i bleibt
hingegen in der Ruhelage und setzt den Sender 13 in Betrieb, der auf die
Empfänger 1,4 und 15 einwirkt. Die Verriegelungsrelais 16 und 17 werden wieder
gespeist und können ihre Verriegelungsstellung nicht verlassen, sie verhindern demnach
die Öffnung der Schalter 6 und 7.
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Im Falle eines Fehlers auf dem Abschnitt i. verläuft der Vorgang umgekehrt,
d. h. daß das Arbeiten des Schutzes der Station 5 dem Arbeiten des Schutzes der
Station 4 in dem vorhergehenden Falle und, umgekehrt entspricht.
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Wenn die Schalter eines gestörten Abschnittes, außer dem Abschnitt
2, geöffnet werden und dadurch der Fehler ausgeschaltet wird, kehren die Schutzelemente
des Abschnittes 2, die in Gang gesetzt wurden, in ihre Ruhelage zurück. Während
dieses Übergangszustandes kann eine unbeabsichtigte Betätigung der Schalter dieses
Abschnittes eintreten.
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Wenn z. B. die Störung auf dem Abschnitt 3 aufgetreten ist, wurde
der bewegliche Kontakt des Richtungsrelais i i kräftig auf seinen Ruhekontakt angedrückt.
Beim Verschwinden der Störung verschwindet auch die Einwirkung auf den beweglichen
Kontakt plötzlich, so daß dieser Kontakt zurückspringen und sich momentan von seinen
Ruhekontakt entfernen kann. Er würde sich danr in einer Lage befinden, die dem Sinne
des Strome von den Schienen der Station 5 nach der Leitung entspricht. Wenn dies
stattfindet, bevor das Anregerelais 9 wieder seine Ruhelage eingenommer hat, befinden
sich die Schutzgeräte dieser Station 5 und der Station 4 unter denselben Bedingungen,
als wenn eine Störung auf dem Abschnitt 2 aufgetreten wäre. Die Schalter 6 und 7
werden daher unbeabsichtigt geöffnet werden.
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Um diesen Mangel zu vermeiden, wird in jedem Schutz ein Hilfsrelais
v8 bzw. i9 vorgesehen, das als Verriegelungsverlängerungsrelais bezeichnet wird
und eine zusätzliche Unterbrechung in den Auslösekreis bei der Verriegelung einführt,
die im Augenblick der Rückkehr der Schutzelemente in die Ruhelage erst nach einer
gewissen Zeit aufgehoben wird, die so bemessen ist, daß keine unbeabsichtigte Auslösung
bewirkt werden kann.
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Der Schutz wird verbessert durch die Verwendung eines Richtungsrelais,
das auf die Gegenkomponente und auf die Nullkomponente der Leistung anspricht. Da
diese Komponenten bei ausgeglichenem Betrieb Null sind, wird das bewegliche System
des Relais durch kein elektrisches Drehmoment beeinflußt und kann durch ein mechanisches
oder anderes Drehmoment in eine bestimmte Stellung gebracht werden.
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Um die Überwachung der Richtung der symmetrischen Störungen zu ermöglichen,
die die auf die Gegenkomponente und auf die Nullkomponente der Leistung ansprechenden
Richtungsrelais nicht beeinflussen, wird durch eine bekannte Vorkehrung die Möglichkeit
geschaffen, diese Richtungsrelais durch eine entsprechende Umkehrung der Elemente
des sie speisenden Siebkreises für die Mitkomponente der Leistung empfindlich zu
machen. Durch diese Umschaltung entsteht die Gefahr, daß die Ansprechzeit des Schutzes
merklich erhöht wird, wenn sie nicht so schnell erfolgt, daß das Verriegelungsverlängerungsrelais
nicht die Zeit hat, erregt zu werden. Gemäß der Erfindung wird eine Verbesserung
vorgesehen, die darin besteht, daß im Falle einer gleichmäßigen Störung die Speisung
des Verriegelungsverlängerungsrelais während der Umschaltung des Siebkreises des
Richtungsrelais unterbrochen wird.
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Die gleichzeitige Anwendung eines Richtungsrelais für die Gegenkomponente
und die Nullkomponente der Leistung, das in ein Relais für die Mitkomponente umgewandelt
werden kann, und einer Einrichtung, die die Tätigkeit des Verriegelungsverlängerungsrelais
während dieser Umwandlung verhindert, bildet den Hauptgegenstand der Erfindung.
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Er wird vervollständigt durch eine Reihe von Verbesserungen der Einzelheiten,
die im folgenden aufgeführt werden: a) Um die Verschiebung des beweglichen Systems
des Richtungsrelais im Falle einer, die Xnregerelais nicht betätigenden Gleichgewichtsstörung
der Ströme zu vermeiden, wird ein iil>er die Ruhekontakte
der Anregerelais
gespeister Elektromagnet vorgesehen, der das bewegliche System des Richtungsrelais
in einer bestimmten Lage ohne Berührung mit einem festen Anschlag festhält.
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Fig. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel die Anordnung eines diese Bedingung
verwirklichenden Elektromagnets.
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Das (nicht gezeichnete) bewegliche System des Richtungsrelais dreht
sich um eine Achse 20, auf der ein einen Flii;gel 22 aus Weicheisen tragender Arm
21 starr befestigt ist. Dieser Flügel kann durch die Drehung des Systems in den
Luftspalt eines C-fiirmigen Elektromagnets 23 gelangen, dessen Pole schräg zugespitzt
verlaufen. Die Gleichgewichtslage des beweglichen Systems, wenn der Elektromagnet
von einem Erregerstrom durchflossen ist, ist die Lage mit kleinstem Luftspalt, die
durch keinen Anschlag bestimmt wird, und auf das bewegliche System im Falle einer
plötzlichen Unterbrechung des Speisestromes des Elektromagnets 23 keine Rückwirkung
ergibt. Diese Anordnung gestattet es, das bewegliche System im Augenblick des Ansprechens
der Anregerelais freizugeben, ohne ihin einen Impuls zu erteilen, durch den ein
Fehler in die LTberNvachung der Leistungsrichtung hineingebracht werden könnte.
Außerdem beschleunigt die Wiederspeisung dieses Elektromagnets ini Augenblick der
Rückkehr der Anregerelais in die Ruhelage, die Rückkehr des beweglichen Svsteins
des Richtungsrelais in seine Anfangsstellung.
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b) Eine wesentliche Bedingung für ein schnelles Arbeiten des Schutzes
bei Anwendung von Trägerströmen ist die, daß der Sender der Trägerströme dauernd
schwingt, da andernfalls die für die Speisung der Verriegelungsrelais erforderliche
Zeit um die Zeit vermehrt würde, die die entsprechenden Sender l)en ('itigen,
um ihren Schwingungszustand zu erreichen. Dieselbe Bemerkung gilt auch hinsichtlich
der Schwingungen, die zur Modtilierung der Trägerwelle bei den ,Anordnungen mit
großer Selektivität dienen.
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Um diesen :Mangel zti vermeiden, ]äst tnan die Sendestationen und
gegebenenfalls die Modulatoren der für den Schutz verwendeten Trägerstromleitungen
dauernd schwingen, jedoch in der Weise, daß die Schwingungen zu den entsprechenden
Empfängern nur übertragen werden können, wenn die Anregerelais angesprochen haben
und die Richtungsrelais des betreffenden Schutzes sich in der passenden Stellung
befinden.
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Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel das Schema einer solchen Anordnung.
Das Trägerstromsystem umfaßt einen Schwingungserzeuger 2.1, der eine durch einen
Schwingungserzeuger 25 modulierte Trägerwelle liefert. Diese beiden Geräte sind
elektrisch durch zwei Verbindungen 26 und 27 verbunden, die einen in (lein Modulator
angeordneten Ausgangstransformator 28 und einen in dem Oszillator angeordneten Eingangstransformator
29 verbinden. Dieser Verbindungskreis kann so bemessen sein, (laß bei Kurzschließung
der VerbindungCn 26 und 27 durch einen Kontakt 30 oder bei Unterbrechung einer dieser
Verbindungen durch Öffnung eines Kontaktes 31 die Trägerwelle nicht mehr moduliert
wird, ohne daß die Schwingungen des Senders 24 noch des Modulators 2,5 unterbrochen
werden. Wenn der Kontakt 3o ein Ruhekontakt der Anregerelais und wenn der Kontakt
31 mit dem Richtungsrelais verbunden ist und geöffnet ist, wenn das letztere Relais
in dem überwachungssinne betätigt wird, kann die Trägerstromanordnung nur im Falle
einer Störung in Gang gesetzt werden, die die umgekehrte Richtung hat wie die Cberwachungsrichtung.
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c) Aus denselben Gründen der Schnelligkeit und der Sicherheit muß
die Ansprechzeit des Empfängers auf ein Minimum vermindert werden, d. h. daß die
Zeit, die zwischen dem Augenblick, wo die von dem Sender erzeugten Schwingungen
am Eingang des Empfängers erscheinen, und dem Augenblick, wo das Verriegelungsrelais
von dem Anodenstrom der Ausgangsröhre des Empfängers durchflossen wird, verstreicht,
so kurz wie möglich sein muß.
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Diese Wirkung wird durch folgende Verbesserung erreicht: Bekanntlich
muß zwecks Erhöhung der Selektivität der Trägerstromverbindung die Trägerwelle mit
einer Frequenz modulic-rt werden, die gering ist im Verhältnis zu der Frequenz der
Trägerwelle selbst. Um eine große Schnelligkeit des Verriegelungsrelais mit einer
möglichst geringen Leistung zu erzielen, ist es andererseits wichtig, ein Relais
mit festem Magnet und beweglicher Spule zu verwenden. Diese Spule muß mit Gleichstrom
oder gleichgerichtetem Strom gespeist werden, was dazu nötigt, den dem Empfänger
durch den Sender gelieferten modulierten Strom gleichzurichten. Wenn eine solche
Detektion durch Anodencharakteristik oder durch Gittercharakteristik einer der Empfängerröhren
erreicht wird, muß in den betrachteten Kreis eine Kapazität eingeführt werden, die
für den modulierten Strom eine geringe Impedanz darstellt. Diese Kapazität wird
eine nicht zu vernachlässigende Zeitkonstante einführen, besonders wenn die Modulationsfrequenz
gering ist.
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Es wird daher als Empfänger ein Wechselstromerstärker verwendet und
in den Anodenkreis der letzten Röhre ein passend bemessener Transforinator geschaltet,
der das Verriegelungsrelais über -inen Gleichrichter speist. Eine solche Schaltung
besitzt außerdem den Vorteil, daß das Verriegelungsrelais von den Speisekreisen
des Empfängers isoliert wird und daß man es gleichzeitig mit einer anderen Quelle
verbinden kann, wodurch die örtliche Verriegelung und die Verriegelung durch Trägerströme
mittels eines Relais möglich gemacht wird, dessen bewegliches System nur eine einzige
Wicklung besitzt, d. h. den größten Wirkungsgrad hat.
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Fig.4 zeigt das Prinzipschema der Hilfsstromkreise eines Schutzes
mit Trägerströmen bei Anwendung der Verbesserungen gemäß der Erfindung.
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Die Anregerelais 32, 33> 34 für die Fehler zwischen Phasen besitzen
je zwei Öffnungskontakte 32',
32"', 33', 33"', 34', 34", die in
der Ruhelage der Relais geschlossen sind. Sie besitzen außerdem je einen Schließkontakt
32", 33", 34", der in der Ruhelage geöffnet ist. Das Anregerelais 35 für Erdschlußfehler
ist mit einem Öffnungskontakt 35' und 'einem Schließkontakt 35" versehen. Die Kontakte
32", 33", 34", 35" sind :parallel geschaltet und steuern die Speisung eines Zwischenrelais
36, das mit zwei Öffnungskontakten 36', 36' und einem Schließkontakt 36"
versehen ist. Der Kontakt 36' liegt parallel zu dem Kontakt 37' des Richtungsrelais
37, wobei dieser Kontakt 37' sich nur im Falle einer Störung in der Überwachungsrichtung
öffnet. Der Kontakt 36"' schließt die Sekundärseite des Ausgangstransformators 38'
des Modulators 38 kurz. Die Gruppe der Kontakte 36', 37' stellt eine Verbindung
zwischen der Sekundärseite des Transformators 38' und der Primärseite des Eingangstransformators
39' des die Trägerwelle liefernden Schwingungserzeugers 39 her. Andererseits liegt
dieselbe Kontaktgruppe 36', 37' 'in Reihe in dem Speisekreis der beweglichen Spule
des Verriegelungsrelais 40.
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Die Kontakte 32', 33', 34', 35' der Anregerelais sind in Reihe in
den Speisekreis d, -s Elektromagnets 37" geschaltet, der das bewegliche System des
Richtungsrelais 37 in der Ruhelage hält. Die Kontakte 32"' 3334...
sind parallel geschaltet, und sie schließen zusammen das Umschaltrelais 37'
des Richtungsrelais 37 und ein Hilfsrelais 41 kurz, das mit einem Öffnungs-Schließ-Kontakt
41' versehen ist.
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In den Steuerkreis des Verriegelungsrelais 4o ist ein Sperrkreis 42
geschaltet, der auf die Frequenz des Modulators 38 abgestimmt und dazu bestimmt
ist, zu verhindern, daß der Schwingungserzeuger 39, wenn die Kontakte 36' und 37'
geöffnet sind, durch einen Kreis moduliert werden kann, der die Transformatoren
38' und 39' über die örtliche Batterie und die Spule des Relais 40 verbindet.
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Das Relais 40 kann andererseits durch den Empfänger 43 der Trägerstromverbindung
gespeist werden. Die letzte Röhre 43' dieses Empfängers enthält in ihrem Anodenkreis
einen Transformator q3", dessen Sekundärwicklung an einen nach Art einer Wheatstoneschen
Brücke geschalteten Gleichrichter 43"' angeschlossen ist, in dessen Diagonale sich
die bewegliche Spule des Relais 40 befindet. Dieses ist mit einem Öffnungskontakt
40' und einem Kontakt 40" versehen, der sich schließt, wenn die Spannung wegbleibt.
Der Kontakt 41' des Hilfsrelais 41 ist dazu bestimmt, während der Umschaltung des
Richtungsrelais 37 den Speisekreis des Verriegelungsverlängerungsrelais 44 zu unterbrechen.
Dieses Relais ist mit einem Kontakt 44 versehen, der sich bei Erregung öffnet und
der in Reihe in den Auslösekreis geschaltet ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist die folgende: Im
Falle einer nicht ausgeglichenen Störung innerhalb des geschütztenAbsehmittees sprechen
eines oder zwei der Anregerelais 32, 33, 34, 35 an, wobei die Öffnung eines der
Kontakte 32', 33', 34' 35' das bewegliche System des Richtungsrelais 32 freigibt,
das seinen Kontakt 37' öffnet. Die Schließung eines der Kontakte 32", 33",
34", 35" betätigt das Zwischenrelais 36. Der Kontakt 36' öffnet sich und der Kontakt
36" schließt sich. Nachdem die Kontakte 36' und 37' geöffnet sind, findet keine
Sendung von Trägerströmen auf der Leitung statt. An beiden Enden werden demnach
die Verriegelungsrelais 40 entregt, und sie schließen ihren Kontakt 40", wodurch
die beiden Schalter 45 betätigt werden.
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Im Falle eines ausgeglichenen Fehlers innerhalb des geschützten Abschnittes
sprechen die drei Relais 32, 33, 34 an, die gleichzeitige Öffnung der Kontakte 32"',
33"', 34... bewirkt das Arbeiten des Umschalterelais 37"' und des Relais
41, das verhindert, @daß das Verriegelungsverlängerungsrelais durch die Schließung
des Kontaktes 36" während der für die Umschaltung erforderlichen Zeit betätigt wird.
Der übrige Teil der Wirkungsweise entspricht dem vorhergehenden Fall.
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Im Falle einer Störung außerhalb des geschützten Abschnittes ist der
Vorgang der folgende: In der Station, für die der Fehler sich in der Überwachungsrichtung
befindet, öffnet das Richtungsrelais 37 seinen Kontakt 37' nach Freigabe seines
Systems durch Öffnung eines der Kontakte 32', 33', 34', 35'. In der anderen Station
hält das Richtungsrelais 37 seinen Kontakt 37' geschlossen. Infolgedessen wirkt
bei Öffnung des Kontaktes 36"' der Modulator 38 auf den Schwingungserzeuger 39,
dessen Sendung auf den Empfänger der ersten Station wirkt und dort das Relais 40
in der Erregungsstellung festhält. Der Kontakt 40' bleibt geschlossen, und das Verriegelungsverlängerungsrelais,
das durch den Kreis der Kontakte 36" und 4ö' erregt wird, öffnet seinen Kontakt
44', der den bereits durch den Kontakt 40" unterbrochenen Auslösekreis unterbricht.
In der zweiten Station wird dieselbe Wirkung erzielt, wobei das Relais 40 erregt
bleibt, weil der Kontakt 37' geschlossen bleibt.
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Diese Kontaktanordnung ermöglicht es demnach, für die beiden Stationen
eines Abschnittes eine Trägerwelle und eine Modulation zu verwenden, die in den
beiden Stationen entweder dieselbe Frequenz oder verschiedene Frequenzen haben.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtungen sind verwendbar
unter Hinzufügung von zusätzlichen Organen für den Schutz der Leitungen, die mit
Schaltern mit getrennten Phasen ausgerüstet @ sind. Die Art der Anordnung dieser
zusätzlichen Organe ist ein weiteres Merkmal der Erfindung. Das Schema der Fig.
5, in dem alle Elemente des Schemas der Fig.4 mit denselben Bezugszeichen wiedergegeben
sind, zeigt als Ausführungsbeispiel eine Art der Anordnung dieser zusätzlichen Organe.
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Das Anregerelais 35 ist mit einem zusätzlichen Öffnungskontakt 35"'
versehen. Der Schalter 45 ist mit drei getrennten Polen dargestellt, deren Öffnung
durch die drei entsprechenden Spulen 45', 45", 45@.. betätigt wird. Außerdem sind
drei
Relais 46, 47, 48 mit Schließkontakten 46', 47', 48' zugefügt,
die so gewählt und geschaltet sind, daß nur ein Fehler auf der von ihnen überwachten
Phase ihr Ansprechen bewirkt. Diese drei Relais steuern durch ihre Kontakte 46',
47', 48' Zwischenrelais 49, 5o, 51, die nach Erregung je einen Kontakt 49',
50',
51' schließen. Schließlich spricht ein Zwischenrelais 52 mit drei
Kontakten 52', 52", 52"', die sich bei Erregung schließen, bei der Schließung eines
der Kontakte 32", 33", 3.' an, sofern der Kontakt 35"' geschlossen bleibt.
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Die Wirkungsweise ist die folgende: Im Falle einer Störung zwischen
den Phasen sprechen eines, zwei oder drei der Relais 32, 33, 34 an, das Relais 35
bleibt in der Ruhelage, wodurch das Relais 52 in Tätigkeit gesetzt wird, das die
Spulen der drei Pole des Schalters 45, die durch das normale Ansprechen des Schutzes
gleichzeitig betätigt werden, parallel schaltet.
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Im Falle einer Störung zwischen einer Phase und Erde arbeitet das
Relais 35 und eines der Relais 46, 47 oder 48; das Relais 52 bleibt urerregt, und
eines der Relais 49, 50, 51 ermöglicht durch sein Ansprechen die Auslösung
des der gestörten Phase entsprechenden Schalterpoles. Diese Anordnung verändert
nicht die Ansprechzeit des Schutzes, da die Durchführung der Auswahl während des
Ansprechens des eigentlichen Schutzes erfolgen kann.