DE854965C - Differentialschutzschaltung - Google Patents

Description

• Differentialschutzschaltung Zur Erfassung von Kurzschlüssen auf Strecken, Anlageteilen und Geräten verwendet man in der Hochspannungstechnik Sehutzrelaiis. Weitgehend eingeführt haben sich Überstromrelais mit fester (UMZ-Relais) und von der Höhe des Stromes abhängiger Zeiteinstellung (AMZ-Relais) in strahlenförmig betriebenen Netzen.
• Bei größeren Ansprüchen, z. B. in Ringnetzen, finden vielfach gerichtete Überstromrelais mit gegenläufiger Zeiteinstellung Verwendung, während vollends in vermaschten Hochspannungsnetzen sich das Distanzrelais, eine Kombination eines gerichteten Relais mit einem von der Fehlerentfernung abhängigen Meßglied für den Zeitablauf, seinen Platz gesichert hat.
• Eine Sonderrolle unter denn Schutzrelais nehmen die sogenannten Vergleichsschutzeinrichtungen ein. Unter einem Längsvergleichssch.utz versteht man eine Relaiskombination, bei der - entweder die Stromrichtung oder die Leistungsrichtung am Anfang und Ende des Schützlings über Hilfsadern miteinande- verglichen wird.
• Derartige Anordnungen sind unter dem Namen Differentialschutz, Stromrichtungsvergleichsschutz bzw. Richtungsvergleichssdhutz bekannt.
• Der vorliegende Erfindungsgedanke beschäftigt sich ausschließlich mit dem Differentialschutz. Während man ursprünglich Differentialschutzeinrichtungen schlechthin dreiphasig ausgeführt hat, erkannte man, daß eine zweiphasige Anordnung in Netzen mit freiem oder über Erdschlußspulen geerdetem Sternpunkt genügende Sicherheit bietet, wobei man die Möglichkeit eines Fehlers am Sternpunkt selbst bewußt außer acht läßt. Hierdurch ergab sich schon eine wesentliche Ersparnis an Aufwendungen für Wandler. Die Beschaffungskosten für Relais werden bei zweiphasiger Anordnung des Differentialschutzes nur in geringem Ausmaße beeinflußt.
• Es ist auch keine Differentialschutzschaltung bekannt, bei der auf die zusätzliche Bereitstellung einer getrennten Hilfsstromquelle verzichtet werden konnte.
• Da zur Erzielung einer einwandfreien Differenzbildung in .de:- Wandlerschaltung entweder eine genaue Abgleichung der Wandler notwendig ist, um Fehlauslösungen des bzw. der Differentialrelais zu verhindern, oder die Relais selbst gegen Fehlansprechen bei Fehlern außerhalb des Schutzbereiches gesichert werden müssen, sind somit im allgemeinen weitere Aufwendungen erforderlich.
• Bei dieser Auslegung des Differentialschutzes ging man von der Forderung aus, einerseits die Einrichtung gegen Fe'hlansprec'hen vollkommen zu sichern, andererseits bei Fehlern innerhalb des Schutzbereiches größte Empfindlichkeit zu erzielen. Solche Ansprüche sind oft übertrieben und entbehren im allgemeinen ihrer Realität.
• In den meisten Fällen wird es möglich sein, sich über die minimale Höhe des zu erwartenden Kurzschlußstromes A-ufschluß zu verschaffen. Man wird dann den Schutz auf verhältnismäßig hohen Ansprechstrom einstellen können, und zwar so hoch, daß etwaige Falschströme bei Fehlern außerhalb des Schutzbereiches wirkungslos sind, ohne daß das gewünschte Arbeiten des Schutzes bei Fehlern innerhalb des Schutzbereiches gefährdet ist.
• Erfindungsgemäß ist für die beschriebenen Verhältnisse im Auslösestromkreis des Differentialschutzes ein Überstromrelais, gegebenenfalls mit einer Zeitverzögerung, vorgesehen, dessen Stromeinstellung höher ist als der größtmögliche Fehlerstrom.
• Eine weitere Vereinfachung ist möglich, wenn man auf getrennte Aufstellung einer Stromquelle für die Gleichstromauslösung der Schalter verzichtet und den Strom der Differentialschutzschaltun!g, der bereits zur Anregung des, wie erwähnt, als Überstromzeitrelais durchgebildeten Differentialrelai,s dient, ebenso zur Betätigung der Auslösespulen des bzw. der Schalter innerhalb des Schutzbereiches heranzieht. Im ungestörten Betrieb sind die Auslösespulen durch den Ruhekontakt des Schutzrelais überbrückt. Erst im Störungsfalle öffnet sich dieser Kontakt und gibt die Auslösespule für den Durchfluß des auslösenden Fehlerstromes frei.
• Da bekanntlich Relais einer dauernden Wartung bedürfen, ist eine weitere Vereinfachung dadurch gegeben, daß an Stelle des Schutzrelais eine sogenannte Clevelandschaltung vermittels einer den jeweils zu erwartenden Kurzschlußströmen angepaßten normalen Sicherung tritt. Um Fehlauslösungen bei Fehlern außerhalb des Schutzbereiches durch etwaige Falsch,strörne zu vermeiden, wird man auch für die Sicherung der Clevelandschaltung genau so wie für den beschriebenen Überstrom-

  schütz einen gerade noch zulässigen Ansprechstrom

  wählen.

  In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele

  gemäß der Erfindung,dargestellt.

  Im ersten Beispiel I sei die Strecke i zwischen

  zwei Schaltanlagen mit Differentialschutz an bei-

  den Enden ausgerüstet. Das übliche Differential-

  relais wird durch die Sicherung 2 der Cleveland-

  schaltung ersetzt. Im ungestörten Betriebe und bei

  Fehlern außerhalb des Schutzbereiches fließt der

  sekundäre Belastungsstrom bzw. Kurzsc!hlußstrom

  in den beiden Summerwandlern 3 (Zwischen-

  wandlern) am Anfang und Ende der Strecke

  in der gleichen Richtung, wie die in der Zeich-

  nung eingetragenen Pfeile andeuten, so @daß die

  S:ic!heruiigen 2 und damit auch -die Auslöser 5

  stromlos !bleiben. Bei Fehlern innerhalb des

  Schutzbereiches kehrt sich die eine Stromrichtung

  am Anfang oder Ende der Strecke um, dann

  addieren sich die Ströme der Summenwandler 3

  und finden über die Sicherungen 2 ihren Rück-

  schluß. (Vgl. Zusatzbild unterhalb der Strecke i

  im Beispiel I.) Die Summenwandler 3 werden von

  den Netzstromwandlern 4 gespeist. Beim Durch-

  gehen der Sicherungen 2 erhalten die Auslöse-

  spulen 5 Strom, wodurch die Schalter 6 auslösen.

  Dabei ist es bedeutungslos, ob die beiden Sicherun-

  gen 2 am Anfang und Ende einer Strecke gleich-

  zeitig oder nacheinander auslösen. Die zwischen

  den beiden Schaltern 6 verlegten Hilfsadern kön-

  iren gegebenenfalls beschädigt und sogar unter-

  brochen werden. In diesen Fällen wird durch An@

  ordnung je einer Durchschlagsicherung i i zwischen

  Sicherung 2 und Summenwandler 3 dafür gesorgt,

  daß der sekundäre Stromkreis, Summenwandler-

  sicherung bzw. Auslöser, geschlossen bleibt, die

  Wirkung der Sicherungen 2 also sichergestellt ist.

  Im zweiten Beispiel II ist der Differential-

  schutz für einen von einer Schaltanlage gespeisten

  Ilochspannungsverbraucher 7 dargestellt. Trotz des

  Dreiwegebereichs wurde lediglich der Durchgangs-

  weg der Speiseleitung, von der aus der Ver-

  braucher 7 versorgt wird, differential geschützt, da

  im Falle eines Fehlers bei diesem eine schnelle

  Auslösung erwünscht ist. Wegen der im allge-

  meinen nur kurzen Länge der zu schützenden

  Strecke (Verlegung innerhalb einer Schaltanlage)

  kommt man mit nur einer einzigen Sicherung 2

  aus. Da zwei Leistungsschalter 6 zur Auslösung

  kommen müssen, sind deren Auslösespulen 5 in

  Serie geschaltet. Im übrigen ist die Schaltung

  grundsätzlich genau so aufgebaut wie im ersten

  Beispiel. Der Summenwandler 3 für den Strecken-

  differentialschutz des ersten Beispiels erhält zwei

  sekundäre Wicklungen, von denen die eine für den

  Differentialschutz der Fernversorgungsstrecke, die

  andere für denDifferentialschutz der kurzen Strecke

  innerhalb der Schaltanlage @dient, an welcher der

  Verbraucher angeschlossen ist.

  Das dritte Beispiel III ist der Differential-

  schutz für einen Netzumspanner 8 der gleichen

  Anlage des zweiten Beispiels. Dieser Schutz ist als

  Dreiwegedifferentialschutz durchgebildet. Ober-

  spannungsseitig sind Stromwandler 4 auf beiden

  Seiten des Durchgangsweges der Speiseleitung

  und auch auf der Unterspannungsseite des Um-

  spanners angeordnet. Zur besseren Unterscheidung

  sind die Stromwandler auf der linken Seite der

  Zuspeisung zum Transformator 8 mit 4', die auf der

  rechten Seite mit 4" und die auf der Unter-

  spannungsseite mit 4... bezeichnet. Die Strom-

  wandler 4', 4' der 'kurzen Strecke auf der Anlage

  werden mit zwei Sekundärwicklungen ausgerüstet,

  damit sie auch zum Schutz der benachbarten Ab-

  schnitte verwendet werden können. Der Summen-

  wandler 3 ist in bekannter Weise als Differential-

  schutzhilfswandIer für Dreiwicklungsumspanner

  durchgebildet. Die Auslösewicklung findet ihren

  Rückschluß über die Sicherung z. Beim Durch-

  schmelzen derselben bei inneren Fehlern werden

  die Auslösungen 5 der zwei Hochvolt- und des

  einen Uiiter@-oltschalters betätigt. Dadurch gelan-

  gen die zugeordneten Schalter 6 zur Auslösung.

  Selbstverständlich ist es auch möglich, noch

  getrennte Auslösespulen io, die von einer beson-

  deren Spannungsquelle 9, gegebenenfalls der Unter-

  Voltseite, gespeist werden, für sämtliche drei

  Schalter 6 des Umspanners vorzusehen und auf

  diese Buchholzschutz 12 und Thermoschutz 13

  wirken zu lassen.

  Statt des Schalters 6 auf der Unterspannungs-

  seite des Umspanners 8 kann man eine gesteuerte

  Sicherung anordnen, die beim Durchgehen der

  Sicherung 2 vermittels einer Hilfsquelle als Ersatz

  für den Auslöser 5 zur Auslösung gebracht wird.

  Wird die Sicherung 2 des betrachteten Um-

  spannerschutzes als verzögerte Sicherung durch-

  gebildet, so ist eine Staffelung gegenüber den

  Sicherungen der Unterspannungsseite möglich. 1n

  diesem l@ alle kann man die Wandler auf der Unter-

  spannungsseite, die im allgem.:inen zur Herstellung

  der Differenzbildung des Stromes im korrekten

  Differentialschutzkreis dienen, entbehren. Bei

  einem Fehler auf einem Abzweig der Unter-

  spannungsseite wird zwar bei Fehlen der unter-

  silannungsseitig@en Stromwandler in der Auslöse-

  wicklung des Summenwandlers 3 und damit auch

  durch die Sicherung 2 ein Strom fließen. Doch wird

  zuvor die Sicherung des Allzweiges durchgehen,

  also eine uiigewünsclite Auslösung des Umspanners

  verhindert.

  Da bekanntlich Sicherungen nur bis zu bestimm-

  ten Nennströmen ausgelegt werden können, be-

  steht die Möglichkeit, die Übersetzung der zwi-

  schen Sicherung 2 und oberspannungsseitigem

  Stromwandler ,4 liegenden Summenwandler 3 so zu

  @vählen, daß der für die Sicherung 2 zulässige

  Strom niemals überschritten wird.

  Mit der vorgeschlagenen Schutzeinrichtung läßt

  sich ein kochqualifizierter Schutz, insbesondere für

  diel lochspannvqgsspeiseleitungen und Netzstationen

  mit und ohne direkte Hochspannungsabnehmer,

  für vermaschte Niederspannungsnetze wirtschaft-

  lich herstellen, so daß die Vorteile des Maschen-

  netzes, nämlich gute Spannungshaltung, geringste

  Verluste, ununterl»-ochene Versorgung der Ab-

  nehmer auch bei Kurzschlüssen; im Netz, voll zur Geltung kommen. Die Nachteile aber, nämlich bei Hochspannungskabelfehlern: Ausfall eines ganzen Hochspannungsstranges mit mehreren Netzstationen, Stromunterbrechung für die anigeschlossenen Hochspannungsabnehmer, Überlastung der verbleibenden Netzstationen, Rückspeisung aus dem Niederspannungsnetz, deswegen komplizierte und teuere Rückleistungsschalter, schwierige Abstimmung der nieder- und hochspannungsseitigen Schutzeinrichtungen untereinander, werden dagegen vermieden. Die Hochspannungsverteilung wird damit freizügig und kann ebenso vermascht werden wie das Niederspannungsnetz.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Differentialschutz einer Strecke, eines Anlageteiles oder Hochspannungsgerätes in Hochspannungsnetzen mit freiem Sternpunkt oder in erdschlußkompensierten Hochspannungsnetzen, dadurch gekennzeichnet, daß, im Auslösekreis des Differentialschutzes ein gegebenenfalls zeitverzögertes Überstromrelais vorgesehen ist, dessen Stromeinstellung höher ist, als der größtmögliche Fehlerstrom.
2. 2. Differentialschutz nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Aurigabe der Überstromrelais in der Differentialschaltung von einer Sicherung in der an sich bekannten Clevelandschaltung übernommen wird.
3. 3. Differentialschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansprechstrom der Sicherung der Clevelandschaltung höher gewählt wird als der höchstmögliche Fehlerstrom bei Fehlern außerhalb des Schutzbereiches, ohne daß die Ansprechsicherheit bei Fehlern innerhalb des Schutzbereiches gefährdet wird.
4. 4. Differentialschutz nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Auslösekreise von der Sekundärseite der oberspannungsseitigen Stromwandler erfolgt.
5. 5. Differentialschutz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Überstromrelais im Differentialschutzkreis einen Ruhekontakt besitzt, der im störungsfreien Betrieb den Auslöser des oder der zugehörigen Schalter überbrückt und durch Öffnen bei Auftreten einer Störung ein Ansprechen der Auslöser zuläßt.
6. 6. Differentialschutz nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Auslösern parallel geschaltete Sicherung der Clevelandschaltung nach ihrem Durchbrennen bei Auftreten einer Störung ein Ansprechen der Auslöser zuläßt.
7. 7. Differentdalschutz nach An,s,pruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerstrom in der Differentialschutzschaltung nach Durchbrennen der Sicherung der Clevelandschaltung an Stelle von Auslösern zur Betätigung von gesteuerten Sicherungen dient. B.
8. Differentialschutz nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung der Clevelandschaltung als verzögerte Sicherung durchgebildet ist.
9. 9. Differentialschutz nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedriger Übersetzung der oberspannungsseitigen Stromwandler die Summenwandler des Differentialschutzes eine solche Übersetzung erhalten, daß der durch die Sicherung der Clevelandschaltung fließende Strom von dieser noch beherrscht wird.