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Einrichtung zum Erfassen von Erdschlüssen Um in Kabel- und Freileitungsnetzen
nicht nur längere Zeit andauernde Erdschlüsse, sondern auch kurzzeitige Erdschlußwischer
erfassen. zu können, sind sehr schnell arbeitende Relais erforderlich. Es sind Erdschlußrelais
mit wattmetrischen Meßwer'ken bekannt, .deren Strompfad vom Nullstrom der Wandler
und deren Spannungspfad von der Verlagerungsspannunggespeistwerden. Eine andere
bekannte Ausführung besteht darin, die Halbwellen des Nullstromes und der Nullspannung
durch Gleichstromrelais zu erfassen und dann miteinander zu vergleichen, wodurch
ebenfalls eine Richtungsangabe des Erdschlußstromes erfolgt, wie bei den wattmetrischen
Relais.
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Es treten nun aber bei den verschiedenen Erdschlußarten, insbesondere
bei Erdschlußwisch@ern, häufig schnelle mittelfrequente Schwingungsvorgänge auf,
bei denen positive und negative Halbwellen, insbesondere im Strompfad, mit äußerst
kurzer Zeit aufeinanderfolgen. Bei den bekannten Erdschlußrichtungsrelais besteht
:daher die Gefahr, daß sie ihre Kontakte kurzzeitig nacheinander sowohl für die
Vorwärts- als auch für die Rückwärtsrichtung bzw. für die positive und die darauffolgende
negative Halbwelle des Schwingungsvorganges schließen. Hierdurch würde die Richtungsangabe
ihre Eindeutigkeit verlieren und das Erdschlußrelais wertlos werden.
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Durch die Erfindung wird :diese (Gefahr auf einfache Weise beseitigt.
Sie benutzt ein schnell, d. h. auf die einzelnen Halbwellen der mittelfrequenten
Schwingungsvorgänge ansprechendes Richtungsrelais in Verbindung mit einem sich im
Verhältnis zur Dauer der Schwingungsvorgänge nur langsam aufladenden Kondensator,
der seine Ladung beim ersten Ansprechen des Richtungsrelais an einen von
zwei
Steuerstromkreisen für weitere Schaltmittel abgibt. Wenn dann der Kontakt des Richtungsrelais
bei der folgenden Halbwelle nach entgegengesetzter Richtung umschlägt, steht nicht
mehr genüge:ndKondensatorladung zurVerfügung, umauch indem nun angeschlossenen Steuerstromkreis
eine Wirkung auszulösen. Vielmehr kann erst dann wieder eine Wirkung in einem der
Steuerstromkreise ausgelöst werden, wenn der Kondensator sich allmählich. auf die
erforderliche Spannung aufgeladen bat. Damit ist die Gewähr gegeben, daß jeweils
nur die: für die Richtung des Erdschlusses maßgebende erste Halbwelle des Schwingungsvorganges
eine Wirkung auslöst und somit die Angabe des Erdschlußrelais völlig eindeutig wird.
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Vorteilhaft enthalten die Steuerstromkreise Speicherkondensatoren,
deren Kapazität größer, insbesondere um ein .Mehrfaches größer ist, als die Kapazität
des anfangs aufgeladenen Kondensators, so daß dieser seine Ladung rasch abgeben
kann .und diese Ladung dann an den Speicherkondensatoren mit niedriger Spannung
zur Verfügung steht. Die Speicherkondensatoren können sich über die Steuerwicklunggen
von Hilfsrelais entladen, welche den Erdschluß anzeigen und gegebenenfalls sonstige
an sich bekannte Wirkungen auslösen können. Als Richtungsrelais zur Übergabe der
Kondensatorladung auf den einen oder anderen Steuerstromkreis kann an sich jedes
empfindliche Relais, z. B. wattmetrische Relais, oder auch eine Relaisanordnung
verwendet werden, sofern diese Relais so schnell arbeiten, :daß sie auf die einzelnen
Halbwellen -der bei Erdschlüssen auftretenden Schwingungsvorgänge sicher ansprechen.
Besonders vörteilhaft ist es, ein polarisiertes Relais zu verwenden, das sich durch
besondere Empfindlichkeit auszeichnet. Dabei können die positiven und die negativen
Halbwellen des Schwingungsvorganges über eine besondere Gleichrichteranordnung getrennt
den beiden Wicklungen dieses polarisierten Relais zugeführt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele, von denen Fig. i mit
einem polarisierten Relais und Fig. 2 mit einem wattmetrischen Relais arbeitet.
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In Fig. i sind R, S, T,die UreiPhasen einer Hochspannungsleitung,
:denen drei Stromwandler i, 2, 3 zugeordnet sind. In die Nullpunktverbindung dieser
drei Stromwandler ist ein Zwischenwandler q. eingeschaltet, auf den unten noch näher
eingegangen wird. An die Selkundärseite des Stromwandlers sind über die Gleichrichteranordnung
5 die beiden V#T'iclslumgen.des polarisiertenRelais6 angeschlossen. Die Schaltung
ist so getroffen, daß die einzelnen positiven und negativen Halbwellen der bei Erdschlüssen
vielfach auftretenden mittelfrequenten Schwingungsvorgänge voneinander getrennt
den beiden Wicklungen des polarisierten Relais 6 zugeführt werden. Durch eingezeichnete
Pfeile ist der Verlauf einer Halbwelle ahgedeutet. Die folgende Halbwelle entgegengesetzter
Polarität ist in analoger Weise über die andere Wicklung des Relais 6 verlaufend
zu denken, 7 ist die Kontaktzunge des polarisierten Relais 6, der die beiden Gegenkontakte
8 und g zugeordnet sind, und die: mit dem einen Belag .des Kondensators io in Verbindung
steht. Dieser Kondensator io ist über den hochohmigen Widerstand.i,i an die Stromquelle
lii2 angeschlossen, so daß er sich im Verhältnis zur Dauer der bei Erdschlüssen
auftretenden Schwingungsvorgänge nur langsam aufladen kann.
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Sobald das Relais 6 nach der einen oder anderen Richtung anspricht
und seine Kontaktzunge 7 einen der Gegenlkontakte 8 oder 9 berührt, entlädt sich
der Kondensator ito in .den betreffenden Steuerstromkreis at3 oder 14 und gibt seine
Ladung an einen der Speicherkondensatoren 15 oder 1,6 ab. Die Kapazität dieser
Kondensatoren 15, u(6. ist größer, vorzugsweise um ein Mehrfaches größer, als die
Kapazität des Kondensators .io, so daß die nun an ihnen liegende Spannung nur einen
Bruchteil der ursprünglichen Ladespannung des Kondensators io beträgt. Schließt
also beispielsweise zuerst der Kontakt 7-8 und :bei der nächsten Halbwelle der Kontakt
7-9, so ist bei der zweiten KontaktberÜhrung am Kondensator @io nur noch eine kleine
Lademenge vorhanden. Die hierbei auf den Kondensator ,i6 noch übergehende Energie.
reicht nicht aus, um das zu ihm parallel liegende Hilfsrelais 17 zu betätigen. Dagegenentlädt
sichder zuerst aufgeladene Speicherkondensator 15 über das an ihn angeschlossene.
Hilfsrelais i8 und bringt es zum Ansprechen.
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Auf diese Weise wird das Erdschlußwischerrelais völlig unempfindlichgegenKontaktprellungen
und schnell aufeinanderfolgende Kontaktwechsel des polarisierten Richtungsrelais
#6, so daß eine ein -deutige Angabe der Polarität der ersten auftretenden Halbwelle
und somit der Richtung des Erdschlusses erfolgt.
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Die Anpassung der in der Nullpunktverbindung der drei Wandler i, 2,
3 bei Erdschlüssen fließenden Ströme an das empfindliche polarisierte Relais 6 kann
durch den Zwischenwandler 4 erfolgen. Außerdem ist es vorteilhaft,demRichtungsrelais
6, Strombegrenzungsmittel vorzuschalten, um es vor überlastungen zu schützen. Hierzu
kann der Parallelwiderstand @i9 und die Trockengleichrichter-Graetzschaltung 2(o
mit kurzgeschlossenem Brückenzweig .dienen. Durch diese Mittel wird ein übermäßiges
Anwachsen der an die Gle.ichrichteranordnung 5 gelangenden Überspannungen, beispielsweise
bei Doppelerdschlüssen imr Netz, verhindert. Der Zwischenwandler 4 wird vorzugsweise
mit einem Luftspalt versehen, um bei den stoßartigen Vorgängen stets gleichbleibende
magnetische Ausgangszustände zu erhalten, also unabhängig von Erscheinungen der
Remanenz zu werden.
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Das Erdschlußrelais .soll erst ansprechen, wenn der Entladestrom des
Fehlervorganges größer ist als der kapazitive Dauerstrom des Netzes im Erdschlußfalle
auf der betreffenden Leitung. Es ist erwünscht, zur eindeutigen Festlegung der Fehlerstelle
nur in denjenigen Leitungen des Netzes eine Anzeige zu erhalten, welche von dem
stoßartigen
starken Entladevorgang betroffen werden. In abseits
liegenden Leitungen, welche an dem eigentl,ichen Fehlervorgang nicht unmittelbar
beteiligt sind, soll dagegen durch den Dauererdschlußstrom keine Anzeige ausgelöst
werden.
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Da aber schnell arbeitende Relais meistens auch eine große Ansprechemp-findlichkeit
aufweisen, muß daher bis zu einem bestimmten Stromwert das Ansp:echen mit Sicherheit
verhindert werden. Zu diesem Zweck wird gemäß der weiteren Erfindung an die Steuerwicklungen
des Richtungsrelais ein; vorzugsweise einstellbare Gegenspannung gelegt im Sinne
der Erzielung eines .steilen Anstieges der Relaiskräfte über einem bestimmten einstellbaren
:nsprechwert. Im Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck in den gemeinsamen Teil
des Stromkrises der beiden Steuerwicklungen des Relais 6 ein Widerstand 21 eingeschaltet,
der über einen Pegelwiderstand a2 so an eine Gleichstromquelle 23 angeschlossen
ist, daß durch den Spannungsabfall an dem Widerstand 21 an der Stelle 24 gegenüber
dem aus der Gleichrichteranordnung 5 kommenden Gleichstrom ein Gegenpotential entsteht.
Der untere Ansprech,vert des Relais 6 kann somit den jeweils gegebenen Verhältnissen
,entsprechend am Regelwiderstand 22 eingestellt werden. Anstatt des Erdschlußrelais
gemäß Fig. z durch den in, der Nullpunktverbindung, der Stromwandler fließenden
Strom zu steuern, kann er in analoger Weise auch durch die bei Erdschluß auftretende
Verlagerungsspannung betätigt werden.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist eine Anordnung mit einem wattmetrischen
Relais verwendet, dessen eigentliches ,Meßwerlz in an sich bekannter Weise durch
ein in einer Gleichrichter-. brücke liegendes Gleichstrom-Drehspttlrelais 25 gebildet
ist. Der Strom zwischen den Nullpunkten der hier nicht näher dargestellten Stromwandler
i, 2, 3 in Fig. i fließt über ,die Regeldrossel 26, zu der ein Widerstand 27 parallel
liegen kann. Der Spannungsabfall an der Drossel 26 wird über einen Kondensator 28
den Primärwicklungen V, 32 z;veier Zwischenwandler 29, 3:o zugeführt. Die zweiten
Wicklungen 33, 34 dieser Zwischenwandler "verden von einem Strom gespeist, der von
der bei Erdschluß auftretenden Verlagerungsspannung abhängig ist. Zu diesem Zweck
sind die drei Phasen R, S', 7' über die drei Kondensatoren 37, 38, 39 und den Widerstand
4.o gegen Erde o geschaltet, so daß beim Auftreten eines Erdschlusses an dem Widerstand
40 ein der Verlagerungsspannung entsprechender Spannungsabfall auftritt. Dieser
wird den Wicklungen 33 und 34. der beiden Zwischenwandler 29 und 3o derart zugeführt,
daß in bekannter Wdeis,e der eine Zwischenwandl,er':di-e geometrische Summe und
der andere die geometrische Differenz zwischen Spannung und Strom bildet. An die
Sekundärwicklungen 35 und 36 sind die Gleichrichteranordnung en 411 und 42 in Graetzschaltung
angeschlossen, deren Gleichstromseiten zu einer Brücke geschaltet sind. In dieser
Brücke fließt je nach der gegenseitigen Lage von Strom zu Spannung der Gleichstrom
in der einen oder anderen Richtung. Dementsprechend betätigt auch das in die Brücke
eingeschaltete Gleicbstrom-Drehspulrelais 25 seinen Kontakt 4.3 nach der einen oder
anderen Seite.
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Analog der Ausführungsform nach Fig. a liegt die Kontaktzunge 4.3
des Relais 25 an dem einen Eelag .des sich über den Widerstand 4.-. nur langsam
aufladenden Kondensators 45, der beim Umlegen :der Kontaktzunge 43 .nach der einen
oder anderen Seite seine Ladung an die größeren Kond-ensatoren46 oder .47 abgibt,
wodurch das parallel zu ihnen geschaltete Hilfsrelais 4.8 bzw. 49 zum Ansprechen
kommt.
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Zum Anheben des unteren Ansprechwertes des Relais 25 ist diesem im
Brückenkreis eine Gleichrichteranordnung 5o in Graetzschaltung derart vorgeschaltet,
daß .der Strom durch das Relais jeweils den Parallelwiderstand 5 i in gleicher Richtung
durchfließt. Durch einen von außen zugeführten Gleichstrom entsteht an dem Widerstand
51 eine Gegenspannung, deren Höhe durch einen oder mehrere Vorwiderstän:de
52 eingestellt werden kann. Auf diese Weise können unerwünschte Angaben durch unterhalb
des Störpegels auftretende Strom- und Spannungsänderungen ausgeschaltet werden.
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Die Angaben der beiden Hilfsrelais 17 und i8 in Fig. i und ebenso
die der Hilfsrelais 48, 49 in Fig. 2 können zur Steuerung von Signal- u. dgl. Einrichtungen
dienen. Da es jedoch vorkommen kann, daß sich Erdschlußwischer in kurzer Zeit wiederholen,
wird vorteilhaft beim ersten Ansprechen :des Erdschlußrelais die Betätigungsspannung
der ganzen Anordnung so lange verhindert, bis die Ablesung oder eine sonstige Kenntnisnahme
des aufgetretenen Erdschlusses durch eine willkürliche oder selbsttätige Schaltmaßnahme
betätigt wird. Hierzu können verschiedene in der Schalttechnilc bekannte Mittel
angewendet werden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 sind die Hilfsrelais 48, :lg
mit je einer Haltewicklung und einem Selbsthaltekontakt ausgerüstet, so daß sie
sich, einmal angesprochen, so lange in der angezog:en:en Stellung halten, bis der
Stromkreis für di,e Haltewicklung bei 53, beispielsweise durch einen Druckknopfschalter
od. dgl., unterbrochen wird. Hierdurch wird ein völlig prellfrei-es Arbeiten d:erHilf
srelais -.8, 49 erreicht. über die zweiten. Kontakte dieser Relais können Signallampen
5.a., 55 eingeschaltet werden, von denen beispielsweise die Lampe 54 anzeigt, daß
der Erdschluß in Richtung Leitung liegt, während die Lampe 55 auf einen in Richtung
Sammelschienen liegenden Erdschluß hinweisen kann.
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Bei Dauererdschlüssen kann die Schaltung so getroffen sein, daß trotz
einer eventuellen Quittierung des Erdschlusses von Hand das Wiederansprechen des
Erdschlußrelais bis zum Verschwinden des Erdschlusses verhindert wird, um stets
eindeutige Erdschlußangaben zu erhalten. Die hierzu notwendigen Hilfsmittel können
an die freien dritten Kontakte der Relais 48, 4.9 angeschlossen werden. Sie entsprechen
in ihrer Anordnung der
normalen Schalttechnik, so daß sie nicht'besonders
dargestellt zu werden brauchen.