DE884844C - Verfahren und Einrichtung zur Erfassung von ploetzlichen Zustands-aenderungen, insbesondere Kurzschluessen, in elektrischen Stromkreisen - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur Erfassung von plötzlichen Zustandsänderungen, insbesondere Kurzschlüssen, in elektrischen Stromkreisen Bei plötzlichen Zustandsänderungen in elektrischen Stromkreisen, z. B. bei Kurzschlüssen, zeigt die Stromkurve in der Regel einen Knick, dem ein, Sprung des ersten Differenti.alquotientendes@Stromes nach der Zeit entspricht. Mit Hilfe dieses Sprunges kann man solche Zustandsänderungen schon zu einer Zeit erfassen, zu der sich der Stromwert selbst noch nicht wesentlich geändert hat. Dieses Mittel versagt aber in manchen Fällen. In Fig. x der Zeichnung bedeutet die voll ausgezogene Kurve i den Betriebsstrom einer WechselstromIeitung, der bei einem im Zeitpunkt K eintretenden Kurzschluß in den Kurzschlußstrom ik übergeht. Die Kurve des Kurzschlußstromes .schließt sich in .der Regel nicht mit stetiger Tangente, sondern mit einem Sprung des Tangentenwinkels an die des Betriebsstromes an. Der erste Differentialquotient,des Stromes nach der Zeit ist durch .die einfach strichpunktierte Kurve dildt wiedergegeben und zeigt ,zur Zeit K einen Sprung z-2 von positiven zu negativen Werten, entsprechend .der plötzlichen Neigungsänderung der Stromkurve. Dieser Sprung ist nun je nach den Kennwerten des Stromkreises und je nach der Lage -des Kurzschlußzeitpunktes innerhalb der Stromhalbwelle verschieden hoch. Es ist beispielsweise unter den der Fig. z zugrunde liegenden Annahmen zahlenmäßig nicht sehr groß und kann in bestimmten Fällen .sogar ganz verschwinden. Tritt nämlich der Kurzschluß im Nulldurchgang der an der Kurz.schluß stelle herrschenden Betriebsspannung ein,. so :geht die Kurve des Betriebsstromes -i in d-ie Kurve des Kurzschlußstromes ik ohne Knick über. Dieser Fall ist in Fig. 2 ;dargestellt. Die Stromkurve hat jetzt im Zeitpunkt K keinen Knick; Die einfach strichpunktierte Kurve für dildt hat wohl ihrerseits einen Knick, aber keinen Sprung, so daß die in Fig. r getrennten Punkte z und 2 in Fig. 2 zusammenfallen. Das tritt, wie bereits erwähnt, stets dann ein, wenn der Kurzschlußzeitpunkt K mit .dem Nulldurchgang der nicht eingezeichneten Kurve der Spannung am kurzgeschlossenen Verbraucher zusammenfällt, also gegen den Stromnulldurchgang O um einen Phasenwinkel e verschoben ist, der der Phasenverschiebung des Betriebsstromes i entspricht.
• Man könnte nun statt des ersten den zweiten Differentialquotienten des Stromes nach der Zeit im Störungsfall zur Anzeige oder Auslösumg, benutzen. Unter den für Fig. i und 2 gemachten Annahmen hat die in -ihnen dargestellte doppelt strichpunktierte Kurve des zweiten Differentialquotienten d2i/dt2 einen Sprung 3-q. von ausreichender Höhe: Es gibt aber auch Fälle, in denen der zweite Di.fferentialquotient sich nicht sprunghaft ändert; wenn der Kurzschlußzeitpunkt um den Winkel des KurzschlußstroMkreises hinter dem Nulldurchgang der Verbraucherspannung, in der Regel also nahe dem Stromnulldürchgang, liegt, geht -die Stromkurve wohl mit einem Knick in eine solche mit höherer Amplitude über, ihre für den zweiten; Differentialquotienten kennzeichnende Krümmung ändert sich aber an der Knickstelle nicht. Daher hat in solchen Fällen wohl die erste Differentialkurve, nicht aber die zweite Differentialkurve einen Sprung.
• Die Erfindung beseitigt,die daraus entspringende Unsicherheit der Störungserfassung dadurch, daß zur Anzeige der Zustandsänderung oder Auslösung von Sicherungsmaßnahmen oder für beide Zwecke verschiedene Differentialquotienten einer durch die Zustandsänderung becinflußten Betriebsgröße, insbesondere des Stromes nach der Zeit, zugleich benutzt werden. Vorzugsweise dienen zur Anzeige oderAuslösung,der erste und-,der zweiteDifferentialquotient des Stromes nach der Zeit. Wie dargelegt, versagt der eine nur im oder nahe dem Spannungsnulldurchgang,der andere nur im oder nahe dem Stromnulldurchgan@g als Anzeige- oder Auslösekenuzeichen, und es besteht in allen praktisch vorkommenden Fällen eine Phasenverschiebung @zwischen Strom und Spannung, bei der die beiden Nulldurchgänge hinreichend weit auseinander fallen; es überschreitet mindestens einer -der beiden Differentialquotienten im Störungsfall den zulässigen Grenzwert, so daß ;die Anzeige oder Auslösung gesichert ist. Die gewonnenen Meßgrößen sind zweckmäßig in Parallelschaltung zu verwerten, in der jeweils die eine für die andere einspringen kann, während die Summenschaltung der Gefahr unterliegt, daß sich die Meßgrößen in ihr teilweise oder vollständig aufheben.
• Ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung nach der Erfindung ist in Fig.3 im Schaltbild wiedergegeben. In dem zu überwachenden Stromkreis s liegen.- zwei zweckmäßig eisenlose Stromtransformatoren oder -wandler t1, t2. Bei geeigneter Bemessung ist deren Feld dem Strom, dagegen deren Sekundärspannung dem ersten Differentialquotienten des Stromes nach der Zeit proportional. Der Sekundärkreis - des Wandlers t1 enthält einen Ohmschen Widerstand w und ein Relais r1, der Stromkreis des Wandlers t2 einen Kondensator c und ein Relais r2. Die Relais schließen ihre Kontakte, wenn der Sekundärstrom ihres Wandlers einen eingestellten Grenzwert überschreitet. Der Strom im Widerstand w ist in jedem Augenblick der Sekundärspannung des Wandlers t., proportional, der Ladestrom des Kondensators c dagegen in jeden Augenblick der Änderungsgeschwindigkeit der Sekundärspannung des Wandlers t2. Das Relais r1 wird .daher durch einen Strom gesteuert, dessen Augenblickswerte dem ersten Differentialquotienten" des Stromes im Stromkreis s verhältnisgleich sind, das Relais r2 durch einen Strom, dessen Augenblickswerte dem zweiten Differentialquotienten des Stromes im Stromkreiss folgen. Die Relaiskontakte sind in bezug auf den Auslösestromkreis a parallel geschaltet. Im Auslösefall ist dieser Stromkreis meistens durch einen der Relaiskontakte geschlossen, so,daß die Auslösung auch ,dann gesichert ist, wenn in einem ' Wandlerstromkreis die Ansprechstromstärke des Relais nicht erreicht wird. Die Belastung ,der Wandler muß so gering sein, daß d'ieVerhältnisgleichheit zwischen der Änderungsgeschwindigkeit des Primärstromes und der Sekundärspannung sowie zwischen dieser bzw. ihrer Änderungsgeschwindigkeit und dem Sekundärstrom nicht gestört wird. Hierzu können auch geeignete, an sich bekannte Kompensationsmaßnahmen getroffen werden, die die unerwünschten Rückwirkungen der sektmdären Wandlerbelastung aufheben. An Stelle der Wandler können auch einfache Drosselspulen treten, an deren Enden die Relaisstromkreise angeschlossen sind. Hierbei werden gewisse Fehlerquellen vermieden, doch entsteht dafür der Nachteil, daß .die Relaisstromkreise bei Hochspannung führendem Hauptkreis. s für -dessen Spannung isoliert sein müssen. Es können auch zur Erfassung verschiedener Differentialquotienten dienende Wandler oder Drosselspulen zu einem Gerät bzw. zu einem Wandler oder einer Drosselspule vereinigt werden, wenn durch geeignete Maßnahmen eine gegenseitige Rückwirkung der Relaisstromkreise verhindert wird. In allen Fällen müssen die Relais auf Augenblickswertedes sie steuernden Stromes ansprechen.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren und Einrichtung zur Erfassung von plötzlichen Zustandsänderungen, nnsbeson-.dere von Kurzschlüssen 2n elektrischen Stromkreisen, dadurch gekennzeichnet; @daß verschiedene Differentialquotienten einer durch- die Zustandsänderung beeinflußten Betriebsgröße, insbesondere des Stromes nach,derZeit, zugleich benutzt werden.
2. 2. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige oder Auslösung zugleich der erste und der zweite Differentialquotient des Stromes nach der Zeit benutzt werden.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Überschreitung zulässiger Werte des ersten Differentialquotienten des Stromes nach der Zeit ansprechende und eine ebenso auf den zweiten Differentialquotienten ansprechende Einrichtung parallel auf einen Anzeige- oder Auslösestromkreis einwirken. q..
4. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf Augenblickswerte des Sekundärstromes eines mit Ohmschem Widerstand (w) belasteten Stromwandlers (t1) und eine auf Augenblickswerte des Sekundärstromes eines durch eine Kapazität (c) belasteten Stromwandlers (t.) ansprechende Einrichtung (r1, r.) zur Auslösung zusammenwirken.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet; daß die Primär- und' Sekundärwicklung der Wandler zu einer einfachen Drosselspule vereinigt sind, an deren Enden die Relaisstromkreise angeschlossen sind.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler oder Drosselspulen für die Erfassung verschiedener Differentialquotienten zu einem Gerät bzw. einem Wandler oder einer Drosselspule vereinigt sind.