DE881823C - Schutzeinrichtung fuer Sammelschienen in beliebig gespeisten Netzwerken mit einer beliebigen Anzahl von insbesondere mehreren Abzweigen - Google Patents

Schutzeinrichtung fuer Sammelschienen in beliebig gespeisten Netzwerken mit einer beliebigen Anzahl von insbesondere mehreren Abzweigen

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DE881823C
DE881823C DEE1606D DEE0001606D DE881823C DE 881823 C DE881823 C DE 881823C DE E1606 D DEE1606 D DE E1606D DE E0001606 D DEE0001606 D DE E0001606D DE 881823 C DE881823 C DE 881823C
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DE
Germany
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relay
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torque
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DEE1606D
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English (en)
Inventor
Erich Patzsch
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AEG AG
Original Assignee
AEG AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/22Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Schutzeinrichtung für Sammelschienen in beliebig gespeisten Netzwerken mit einer beliebigen Anzahl von insbesondere mehreren Abzweigen Für den Schutz elektrischer Generatoren, Motoren, Umformer, Phasenschieber, Gleichrichter, Umspanner, Leitungen oder sonstigen Anlageteilen vor den Folgen ungewöhnlicher Betriebsverhältnisse, wie Überlastung, Kurzschluß, Spannungsrückgang usw., werden je nach Wert, Betriebswichtigkeit und Störungsmöglichkeiten stets kleinere oder größere Aufwendungen gemacht. Der einzige Anlag-,teil, der vielfach jedoch keinen eigenen Schutz, insbesondere für den Fall des Kurzschlusses, erhält, sind die Sammelschienen., bei denen man sich darauf verläßt, daß die ohnedies an den Enden befindlichen Schutzeinrichtungen einerseits für die Maschinen, Umspanner u. dgl., andererseits für die Leitungen, auch bei einem Kurzsc'hluß in dem Sammelschienensystem selbst ansprechen und so durch Abschalten der Energiezufuhr ihrerseits auch einen mittelbaren. Schutz für die Sammelschiene bewirken.
  • Als vollwertig kann diese durch Einbeziehung der Sammelschienen in die speisenden und gespeisten Betriebseinrichtungen erreichte Schutzmaßnahme indessen keinesfalls, gelten, besonders wenn wegen der nach der Energiequelle hin fortschreitenden Zeitstaffelung in der Auslösung der verschiedenen Schutzeinrichtungen die Auslösezeit verhältnismäßig groß wird. Schäden sind daher vielfach nicht zu vermeiden, insbesondere dann nicht, wenn der Fehler in einer Sammelschienenanlage nahe einem Generator oder Umspanner auftritt, weil letzterer infolge der. erwähnten: Zeitstaffelung der Auslösung erst verhältnismäßig spät ausgeschaltet wird. Auch besteht hierbei eine nicht ' unerhebliche Gefahr für das Bedienungspersonal, wie weiterhin damit zu rechnen ist, d2,ß der Parallelbetrieb mit anderen Werker verlorengeht und seine Wiederaufnahme wegen der durch die Auslösung -der Abzweige herbeigeführten Spannungs.lösigkeit der Leitungen erschwert wird. Als Folge hiervon sind also auch schwere Betriebsstörungen an anderen Stellen des Netzes oder Netzverbandes zu erwarten bzw. nicht selten.
  • Der Grund für die häufige Nichtanwendung eines besonderen Sammelschienenschutzes, bei dem die ankommenden und, abgehenden Leitungen bzw. die über diese angeschlossenen Maschinen, Umspanner u. dgl. an. sich unter Spannung bleiben können und nur die das. fehlerhafte Sammelschienensystem eingrenzenden Schalter auslösen, liegt vor allem in den Schwierigkeiten, den Einfluß des Aufbaues und der Betriebsweise der Sammelschienenanlage mit einfachen und übersichtlichen Mitteln bei dem üblichen Differential- oder Richtungsvergleichsschutz berücksichtigen zu können.
  • Um festzustellen, ob ein Fehler im Sammelschienensystem vorhanden ist, müssen nämlich bei n. Abzweigen theoretisch n - i Relais vorhanden sein. Da alle Leitungen, die im Verlauf des Betriebes zu- oder abgeschaltet werden können bzw. sollen, bei der Auslegung des Schutzes selbstverständlich einbezogen werden müssen, so ist es erforderlich, jeden Abzweig mit einem vielpoligen Relais, beispielsweise von der Art eines sogenannten Produkt- oder Prozentrelais, auszurüsten, in dem der Strom in einer anderen, dem gleichen. Sammelschierlenabschnitt angehörenden Leitung oder mit dem Summenstrom des gesamten Sammelschienenabschnitts verglichen wird.
  • Die sich bei- einer solchen Schutzeinrichtung ergebenden Nachteile bestehen nicht nur in einer Anhäufung von Relais schlechthin, sondern auch insbesondere darin, daß den einzelnen. Relais über verschiedene aufeinander abgestimmte Stromwandler ganz bestimmte und einander zugeordnete Sekundärströme zugeführt werden müssen, wobei deren gegenseitige Zuordnung je nach dem Schaltzustand der Sammelschienenanlage wechselt. Das ist nur unter Umschaltungen möglich,. die bei Änderung des Schaltzustandes der Sammelschienenanlage notwendig werden und, um Fehl- und Nichtauslösungen im Störungsfall zu vermeiden und die Wandler nicht zu gefährden, unterbrechungslos und fehlerfrei vorgenommen werden müssen. Die Anwendung eines derartigen Schutzes verbietet sich deshalb sofort bei ausgedehnten Sammelschienenan:lagen mit einer größeren Zahl von Zu- und- Abgängen bzw. Wandlern.
  • Demgegenüber betrifft die Erfindung eine Schutzeinrichtung für Sammelschienen in beliebig gespeisten Netzwerken mit einer beliebigen Anzahl von insbesondere mehreren Abzweigen mit nur einem einzig-en Relais, das bei beliebigen. Speiseverhältnissen des Sammelschienensystems stets richtig arbeitet und insbesondere die erwähnten Schwierigkeiten bei der Umschaltung der Wandlersekundärs,tröme vermeidet.
  • Die Lösung, die dem Grundgedanken der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe gerecht wird, besteht darin, daß ein einziges Relais für jeden zu schützenden Sammelschienenabschnitt vorhanden ist, das von den Strömen, der Abzweige derart erregt ist, da0 bei einem Fehler außerhalb des von dem Relais überwachten Sammelschienenabschnittes ein anderes Drehmoment vorhanden ist als bei einem Fehler innerhalb. Beispielsweise wird hierbei die von den insbesondere die Richtung des Fehlers bestimmenden Strömen der Abzweige bewirkte Erregung eines - Relais über richtungsabhängige Widerstände vorgenommen, so daß bestimmte Wicklungsteile nur von Halbwellen bestimmter Richtung erregt sind. Durch die auf diese Weise bewirkte selektive Erregung ades Relais lassen sich vom Fehler abhängige Drehmomentbeziehungen gewinnen, entweder derart, daß bei einem Fehler im Schutzbereich kein Drehmoment vorhanden ist, während bei einem Fehler außerhalb des Schutzbereiches das Drehmoment von Null verschieden ist oder umgekehrt, aber auch derart, daß den vorerwähnten beiden Fehlermöglichkeiten entgegengesetzt wirkende Drehmomente zugeordnet sind.
  • In, der Zeichnungen, die auch -noch weitere Merkmale .der Erfindung enthalten, sind einige Ausführungsbeispiele für die vorliegende Schutzeinrichtung dargestellt. Die Abb. i und 2 zeigen zunächst die Wirkungsweise eines Sammelschienenschutzes für den Fall einerseits -eines Fehlers innerhalb des zu. schützenden Sammelschienenabschnittes, andererseits außerhalb desselben. Der Einfachheit und Übersichtlichkeit der Darstellung halber ist für die einphasig dargestellte Sammelschienenanlüge der Stromverlauf für zwei entgegengesetzte Halbwellen eingezeichnet.
  • Es seien drei Abzweige 1, 2, 3 angenommen, in denen die für die Erregung -des Relais q. vorgesehenen Stromwandler 5, 6, 7 eingeschaltet sind. Sie sind neben reicht gezeichneten Meßgeräten, die an sie angeschlossen sind, insbesondere mit Widerständen 8, 9, io überbrückt, die im wesentlichen die Aufgabe haben, gewisse Spannungen für das Relais abzugreifen und die außerdem dazu .dienen, verschiedene Übersetzungsverhältnisse der einzelnen Stromwandler auszugleichen, so@ daß bei gleich großen Primärströmen in den Abzweigen 1, 2, 3 an ihnen auch jeweils ein bleicher Spannungsabfall vorhanden ist. Man kann auf diese Weise verschiedene Stromwandler mit insbesondere auch voneinander abweichendem Übersetzungsverhältnis verwenden. Die erwähnten drei Stromwandler 5, 6, 7 sind unter sich unter Zwischenschaltung von stromrichtungsabhängigen Widerständen i 1, 12, 13 einerseits und-14, 15, 16 andererseits parallel geschaltet, ebenso sind die Mittelpunkte der Widerstände 8, 9, io, die zweckmäßig geerdet sind; untereinander verbunden.
  • Da die Erdung der Wandler, die in der elektrischen Mitte der Überbrückungswiderstände vorgenommen wird, mitunter eine Behinderung der praktischen Ausführung der Schaltung bedeuten mag, so kann auch unter Umständen ein kleiner Übertrager vorgesehen werden, der einerseits eine unmittelbare Erdung der Wandlersekundärseiten züläßt, andererseits den Stromkreis des Relais d, das ati die unter sich parallel geschalteten Stromwandler und an die Mittelpunkte der Überbrückungswiderstände bzw. der kleinen Übertrager angeschlossen ist, elektrisch von den Wand'.lersekundärstromkreisen trennt und weiterhin einen Ausgleich. verschiedener Übersetzungsverhältnisse .der Stromwandler in besonderen Fällen noch leichter gestattet. Das Relais q. arbeitet beispielsweise auf dynamometrischer Grundlage und besitzt einerseits eine feststehende Spule 17 und eine mit dieser in Reihe geschaltete bewegliche Spule 18 andererseits.
  • Wie sich aus den beiden Abb. z und 2 ergibt, sind entsprechend dem Energiefluß zur Fehlerstelle die Halbwellen der Ströme sämtlicher Abzweige im Fall eines Fehlers innerhalb eines Sammelschienenabschnittes gleichgerichtet, für den. Falleines Fehlers außerhalb des Sammelschienenabschnittes jedoch untereinander von verschiedener Richtung und zwar derart, daß bei drei oder mehr Abzweigen der Strom in. dem zur Fehlerstelle führenden Abzweig die umgekehrte Richtung wie die Ströme in den nicht unmittelbar zur Fehlerstelle führenden Abzweigen aufweist.
  • Bei einem Fehler innerhalb des Sammelschienensystems sind daher die Richtungen des von den einzelnen unter sich. parallel geschalteten Wandlern gelieferten Erregerstromes für das Relais, übereinstimmende Anschaltung der Wandler vorausgesetzt, unter sich gleich, so daß wegen der Sperrwirkung der stromrichtungsabhängigen Widerstände 1r, 12, 13 einerseits und 14, 15, 16 andererseits, die aus vormagnetisierten Drosselspulen, Gleichrichtern, insbesondere Trockengleichrichtern u. dgl.. bestehen, gleichzeitig entweder nur die untere, beispielsweise bewegliche, oder die obere, dann beispielsweise feststehende Spule des Relais,. vom Summenstrom durchflossen wird.
  • Hierdurch kann jedoch kein Drehmoment -erzeugt werden. Infolgedessen wird unter den Voraussetzungen für das Kriterium des Fehlers, da.ß nämlich das Drehmoment bei einem Fehler innerhalb der Sammelschienenanlage verschwindet, die Auslösung wirksam werden.
  • Liegt hingegen der Fehler außerhalb des Sammelschienenabschnittes, so ergibt sich, weil gleichzeitig beide Spulen des Relais . erregt werden, infolge der gegenseitigen Wechselwirkung der beiden Spulenfelder aufeinander ein bestimmtes Drehmoment, das beispielsweise stets im Uhrzeigersinn wirkt und die Auslösung der Sammelschienen sperrt. Damit ist auch der zweiten Fehlermöglichkeit ein eindeutiges Kriterium zugeordnet.
  • Man kann aber auch. die Richtungsabhängigkeit der Schutzeinrichtung entsprechend einem Fehler innerhalb und außerhalb des Sammelschienenabschnittes durch zwei entgegengesetzt wirkende Drehmomente erreichen und muß sich keineswegs damit begnügen, daß bei einem Fehler innerhalb des zu schützenden Sammelschienenabschnittes das Drehmoment zu Null wird. In einfacher Weise läßt sich das durch Überlagerung des Hilfsdrehmoments erreichen, das erfindungsgemäß mittels einer Zusatzwicklung zu den beiden Spulen des Relais .l erzeugt worden ist, die mit diesen elektrisch oder magnetisch gekoppelt ist.
  • Während die Abb. 3 eine Anordnung mit besonderen Zusatzspulen zeigt, die unter sich und/oder mit den Hauptspulen des Relais ein Drehmoment erzeugen, sind in Abb, ¢ einfach die feststehende und bewegliche Spule jeweils angezapft.
  • Die Schaltung ist im einzelnen gegenüber den Anordnungen in Abb. i und 2 erfindungsgemäß derart abgeändert, daß stets beide Zusatzwicklungen erregt werden und nun stets ihrerseits ein Drehmoment erzeugen, das bei einem Fehler innerhalb des Sammelschienenschutzbereiches beispielsweise entgegen dem Uh:rzeigersinn wirkt, und bei einem Fehler außerhalb des Sammelschienenschutzbereiches durch das in diesem Falle vorhandene Drehmoment der Hauptwicklungen beispielsweise derart überkompensiert ist, daß das wirksame Drehmoment in diesem Fal!1 im Uhrzeigersinn gerichtet ist. Die erwähnte Überkompensation wird beispielsweise durch eine gegenüber der Wind:ungszahl der Zusatzwicklungen abweichende Windungs.zahl der Hauptwicklungen erreicht. Man kann auch, statt die beiden Drehmomente gegeneinander wirken zu lassen, durch die Bemessung der Windungszahlen. in einfacher Weise die beiden Drehmomente sich unterstützen lassen.
  • Um dem Relais q. die Ströme der Abzweige von dem zu schützenden Sammelschienenabschnitt stets richtig zuzuführen, wird die Erregung des Relais zweckmäßig selbsttätig in Abhängigkeit von der Stellung der Trennschalter gesteuert. Dies erfolgt vorteilhafterweise durch jedem Trennschalter zugeordnete Hilfsrelais. Im Gegensatz zu bekannten ähnlichen Ausführungen solcher Steuereinrichtungen, bei denen eine Unterbrechungsgefahr der Sekundärstromkreise der Wandler besteht, werden hier jedoch, erfindungsgemäß nur im Nebenschluß fließende Ströme geschaltet.
  • Führt man das Relais mit einer Abfallzeit von o,2 bis 0,3 Sekunden aus, so lassen sich auch ferner noch sogar Sammelschienenkurzschlüsse, .die erst durch das Ziehen von Trennschaltern unter Last eingeleitet werden, sicher durch den Schutz erfassen. Durch die Abfallverzögerung werden nämlich die Sekundärströme der abgeschalteten Leitung noch während der abfallverzögerten Zeit dem den Sammelschienenabschnitt überwachenden Relais zugeführt. Damit wird eine Überwachung der Schaltungsausführung möglich, wobei in dem Fall:, daß durch das Ziehen von Trennschalter unter Last ein. Sammelsch.ienenkurzschluß entstanden ist, die Abschaltung des fehlerhaften Sammelsch.ienenabschnitts erfolgt.
  • Die Schutzeinrichtung gemäß .der Erfindung stellt eine Nachbildung der Sammelschienenanlage derart dar, daß der zu schützenden Sammelschienenanlage die Hilfsleitungen, -mit denn die Wandler bzw. Überbrückungswiderstände unter sich verbunden .sind, entsprechen und jeder Trennschalter durch ein Hilfsrelais und jeder zu schützende Sammelsch.ienenabschnitt selbst durch ein Relais. abgebildet wird.
  • Dieser Gedanke, eine Sammelschienenanlage in dieser Weise abzubilden, führt weiter dazu, daß völlige Freiheit in der Ausübung der Schalthandlungen besteht. Werden -nämlich einzelne Sammelschienenabschnitte beispielsweise über Kuppelschalter parallel betrieben, so werden auch, die entsprechenden Relais parallel geschaltet. Trotzdem werden infolge der hohen Empfindlichkeit von dynamometrischen Relais jedoch Fehler, die in einem. der beiden unter sich parallel geschalteten Sammelschienenabschnitte auftreten, doch stets nur von den Relais für den mit dem Fehler selbst behafteten Abschnitt abgeschaltet, weil für den anderen Abschnitt dieser Fehler ein außerhalb liegender Fehler ist.
  • Je nach den Anforderungen, die im Doppelerdschlußfall an das Zusammenarbeiten des Schutzes mit dem Leitungsschutz gestellt werden, ist entweder für jeden Leiter ein Richtungsrelais: oder nur für zwei Leiter ein Relais vorgesehen. Bei Frefeitungsrelais mit cyclischer Leiterbevorzugung müßten drei Relais Verwendung finden, während bei acyclischer Leiterbevorzugung nur den Leitern Rund T je ein Relais notwendig ist.
  • Eine besondere Abart des Schutzes bei Zweiwicklungsumspannern, die sogar den Einschaltstromstoß zu berücksichtigen gestattet, entsteht, wenn das Relais q. in. zwei Relaissysteme aufgeteilt wird, derart, daß jedes System gemäß dem Grundgedanken der Erfindung nur von Stromhalbwellen bestimmter Richtung durchflossen wird.
  • Damit die Auslösung erfolgt, müssen beide Systeme angesprochen haben. Da der Einschaltstromstoß aber bekanntlich starkeinseitig über der Nullinie verläuft, während der Ström auf der anderen Seite der Nullinie den Dauerleerlaufstro.m nur wenig übersteigt; so kann durch passende Wahl der Relaisempfindlichkeit die Wirkung des Einschaltstromes ausgeschaltet und ein zusätzliches Zeitrelais, das durch Hintereinanderschaltung von zwei durch die beiden Relaissysteme gesteuerten Schalter ersetzt ist, bei der Schutzeinrichtung gemäß dem in Abb. 5 schematisch dargestellten Differentialrelais vermieden werden.

Claims (1)

  1. -- PATENTANSPRÜCHE: i. Schutzeinrichtung für Sammelschienen in beliebig gespeisten Netzwerken mit einer beliebigen Anzahl von insbesondere mehreren Abzweigen, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden zu schützenden Sammelschienenabschnitt nur ein einziges Relais vorhanden ist, das von den. Strömen der Abzweigungen derart erregt ist, daß bei einem Fehler außerhalb des von. ihm überwachten Sammelschienenabschnitts ein anderes Drehmoment vorhanden ist als bei einem Fehler innerhalb. z. Schutzeinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die von den.Strömen der Abzweige, durch die, insbesondere durch deren Richtung; der Fehler bestimmt ist, bewirkte Erregung dem Relais über richtungsabhängige Widerstände zugeführt ist, wobei bestimmte Wicklungsteile nur von Halbwellen bestimmter Richtung erregt sind. 3. Schutzeinrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Fehler im Schutzbereich kein Drehmoment vorhanden ist, während bei einem Fehler außerhalb des Schutzbereiches das Drehmoment von Null verschieden ist. q.. Schutzeinrichtung nach Anspruch i oder z, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Fehlermöglichkeiten entgegengesetzt wirkende Drehmomente zugeordnet sind. 5. Schutzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Erregerkreis, des Relais vormagnetisierte Drosselspulen, Gleichrichter, insbesondere Trockengleichrichter, vorgesehen sind. 6. Schutzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche; dadurch, gekennzeichnet, daß ein. dynamometrisch arbeitendes Relais verwendet ist, dessen feststehende und bewegliche Spule hintereinandergeschaltet sind, wobei gegebenenfalls noch Anzapfun:gen unmittelbar hieran oder auch getrennte Zusatzwicklungen vorgesehen sein können. 7. Schutzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Anzapfungen oder Zusatzwicklungen des durch die Erregung der feststehenden und beweglichen Spule bewirkten Drehmoments ein im auslösenden oder sperrenden Sinn wirksames Zusatzdrehmoment überlagert ist. B. Schutzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß,die für die Erregung des Relais vorgesehenen Wandler, deren Primärströme die den Fehler bestimmenden Ströme der Abzweigungen sind, mit Widerständen solcher Größte überbrückt sind, daß: bei gleich großem Primärstrom in den Abzweigungen auch an allen Widerständen ein gleich grdßerSpannungsabfall, insbesondere im Auslösebereich, vorhanden ist. g. Schutzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, daß. die Erregung des Relais über Zwischenwandler bewirkt ist. fo. Schutzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gek ennzeichnet, daß die einzelnen Abzweige über die zugehörigen Trennschalter parallel: auf das Relais geschaltet sind. i i. Sehutzeinriehtun.g nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung der Stromkreise durch in Abhängigkeit von der Stellung des Trennschalters gesteuerte Hilfsrelais vorgenommen ist. i2. Schutzefnrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 die Hilfsrelais mit Abfallverzögerung ausgeführt werden. 13. Unter Verwendung der Schutzeinrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche aufgebaute Schutzanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß das zu schützende Objekt, beispielsweise ein. Sammelschienenabschnitt, durch ein Relais erregende Hilfsleitungen und jeder Trennschalter durch die Zusammenschaltung der Hilfsleitungen steuernde Hilfsrelais ausgebildet ist. 1q.. Schutzeinrichtung für Umspanner, insbesondere unter Berücksichtigung des Einschaltstromstoßes, gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais in zwei Systeme aufgeteilt ist, von denen jedem nur Stromha.lbwellen bestimmter Richtung zugeführt sind. 15. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1q., dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit der beiden Relaissysteme so eingestellt ist, daß das die kleinere Stromhalbwelle des Einschaltstromstoßes überwachende System auf den Einschaltstromstoß nicht anspricht. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 686 970; französische Patentschrift Nr. 718 128; M. Schleicher, »Die moderne Selektivschutztechnik«, 1936, S.295, Abb. 72.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR718128A (fr) * 1930-06-07 1932-01-19 Brown Dispositif pour la protection sélective de transformateurs au moyen de relais d'impédance
DE686970C (de) * 1931-10-04 1940-01-19 Aeg Sicherheitseinrichtung fuer elektrische Kraftanlagen

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