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Anregeeinrichtung für Selektivschutzrelais in Netzen mit unmittelbar
geerdetem Sternpunkt Bei einem einphasigen Erdschluß in einem Netz mit unmittelbar
geerdetem Sternpunkt tritt nicht nur in der geerdeten Phase ein Kurzschlußstrom
auf, sondern auch in den beiden anderen Phasen ist dies je nach den Verhältnissen
mehr oder weniger der Fall. Da es bei den Anregerelais für die Selektivsahutzeinrichtungen
im allgemeinen nicht nur darauf ankommt, die Tatsache eines Fehlars festzustellen,
sondern auch zu ermitteln, in welcher Phase der Fehler aufgetreten; ist, ist die
Erreichung eines ordnungsgemäßen Arbeitens,der Anregung für starr geerdete Netze
schwierig.
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Es sind nun bereits Umschalteinrichtungen für Schutz- oder Regelapparate
bekannt, welche von einer Verzerrung des Stromvektordiagrammes von Mehrphasennetzen
beeinflußt werden. Bei ihnen wird die Spule des Reglers oder eines Betätigungsrelais
bei Symmetrie der Netzbelastung von einer beliebigen Phase, z. B. R, gespeist, bei
einer Verzerrung des Stromvektorbildas jedoch an diejenige Phase angeschlossen,
welche den größten Strom führt. Zu diesem Zweck sind für eins Dreiphasennetz drei
einseitig gesperrte Waagebalkenkipprelais verwendet und deren Erregerwicklungen
über eine Mehrzahl von Kontakten dieser Relais so an die drei Phasenstromwandler
angeschlossen, daß bei einem Erdschluß eine der Phasen überhaupt kein Kipprelais
anspricht und die genannte Spule mit der erwähnten. Phase R in Verbindung bleibt,
während bei einem Erdsichluß der anderen Phase S eines
der Kipprelais
und bei einem Erdschluß der dritten Phase T die beiden anderen Kipprelais ansprechen.
Es wird also der Anschluß des Reglers oder des Betätigungsrelais an die den größten
Strom führende Phase durch die jeweils. ansprechenden Kipprelais bewirkt, deren
Kontakte zu diesem Zweck untereinander im, ganz bestimmter Weise geschaltet sind.
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Erheblich einfacher und betriebssicherer wird je-
doch die Anregeeinrichtung
durch die Erfindung. Diese geht von der Überlegung aus, daß in unmittelbar geerdeten
Netzen bei einem einphasigen Erdschluß in den beiden gesunden Phasen Kurzschlußströme
gleicher Größe und gleicher Richtung auftreten, und löst die Aufgabe durch eine
solche Ausbildung der Anregeeinrichtung, daß durch Feststellung der beiden gesunden
Phasen die kranke Phase ermittelt wird. Eine sehr einfache und betriebssichere Anregeeinriehtung
wird gemäß der Erfindung dadurch erhalten, daß drei von j e einem verketteten Strom
erregte Überstromrelais in solcher Schaltung vorgesehen werden, daß durch das Nichtansprechen
eines dieser Relais, bei einem einphasigen Erdschluß die Auswahl der kranken Phase
bewirkt wird.
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Auf diese Weise können einfache normale, in ihrem Ansprechwert leicht
einstellbare Überstromrelais, wie sie in der Selektivschutztechnik allgemein als
Anregerelais üblich sind;, verwendet werden, und es sind keine Waagebalkenkipprelais
erforderlich, die in der bei der bekannten Schaltung benötigten Form eine Sonderkonstruktion
darstellen. Weiterhin ergeben sich durch die Erfindung auch hinsichtlich der Wirkungsweise
gegenüber der bekannten Anordnung wesentliche Vorteile. Bei den Waageb,alkenlaippreliais
sind die von den beiden Spulen auf den Waagebalken ausgeübten Kräfte im Gleichgewicht,
und eine Störung dieses Gleichgewichtes, etwa durch unsymmetrische Belastung im
Betrieb oder bei einem Fehler in einem der Wandlerkreise, führt zum Ansprechen des
Waagebalkenrelais, obwohl weder ein Erdschluß noch ein sonstiger Kurzschluß in der
Anläge aufgetreten. ist. Die überstromrelais der neuen Anregeeinrichtung können
jedoch nur ansprechen, wenn Kurzschlußströme für der Anlage auftreten, und übernehmen
im Erdschlußfalle die Aufgabe, die gestörte Phase auszuwählen.
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In Füg. i ist die grundsätzliche Stromverteilung bei einem einphasige.n
Erdsdhluß in solchen Netzen dargestellt. Der Leitungsabschnitt ioo mit den Phasen
R, S und T ist an @seinen beiden Enden von Transformatoren ioi bzw. io2 begrenizt.
Die an den Abschnitt ioo angeschlossenen Wicklungen sind in Stern geschaltet, und
ihr Sternpunkt ist geerdet. Außerdem besitzen die Transformatoren in an 'sich bekannter
Weise noch eine Dreieckwicklung, während'die :an den, Generator bzw. an den Verbraucher
angeschlossenen Wicklungen in Stern geschaltet sind. In Eig. i ist ein Kurzschluß
in der Phase T angenommen. Die Stromverteilung, die sich hierbei einstellt, ist
durch Pfeile angedeutet. Es ist dabei angenommen, daß der Transformator ioi einspeist,
während der Transformator io2 nur Verbraucher aufweist oder d@aß die Einspeisung
des Transformators io2 geringer als die des Transformators ioi ist. Die Kurzschlußströme
linden gesunden Phasen besitzen die gleiche Richtung und Größe. Sie können rechts
vom Kurzschlußpunkt, also auf der Seite des Transformators io2, im Grenzfall dieselbe
Größe besitzen wie der Strom in der kurzschlußbehafteten Phase. Auf der Seite des
Transformators ioi sind die Ströme in den gesunden Phasen entgegengesetzt gerichtet
wieder Strom in der kranken Phase und können im Grenzfall halb so groß werden wie
der Strom in der Phase T.
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Wie die Zeichnung zeigt, ist es ein besonderes Kennzeichen des einphasigen
Erdschlusses in solchen Netzen, daß die durch einen Erdschluß in den gesunden Phasen
hervorgerufenen Ströme gleich groß sind und, gleiche Phasenlage besitzen. Man kann
daher aus dieser Feststellung erfindungsgemäß auf die kranke Phase schließen. Zu
diesem Zweck kann man, wie in Fig. 2 dargestellt, drei. Übers:tromrelais, die von
j e einem verketteten Strom erregt sind, vorsehen, die in der Fig. 2 mit i, 2 und
3 bezeichnet sind. Tritt in ider Phase T ein Erdschluß auf, so spricht das Relais
i, welches die Differenz der beiden Ströme in -den gesunden Phasen führt, nicht
an, während die beiden anderen ansprechen. Benutzt man erfindungsgemäß dieses Nichtansprechen
als Kriterium für .die Auswahl der gestörten Phase, so erhält man zum mindesten
an dem linken Ende der gestörten Strecke eine eindeutige Anzeige. Das ist auch das
Ende, auf dem die Einspeisung oder zum mindesten die stärkste Einspeisung liegt.
Auf der anderen Seite, d. h.. auf der Seite des Transformators io2, bekommt man
auch eine eindeutige Auswahl, wenn von dieser Seite eingespeist wird. Wenn nicht,
sind die Ströme dort gleich groß, und es ist aus den Stromverhältnissen allein an
dieser Stelle eine Auswahl der gestörten Phase nicht möglich. Hierauf wird noch
später eingegangen.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist ferner angenommen, daß für die
Kurzschlüsse zwischen. den Phasen zwei Relais q. und 5 vorgesehen sind, die von
dein Strom R bzw. T erregt werden. Außerdem ist noch ein übeirstromrelais 7 vorgesehen,
das vom Summenstrom beeinflußt wird. Die Relais i, 2, 3 besitzen je einen Ruhekontakt
ii bzw. 21 bzw. 31
in den zur Auswahleinrichtung io führenden Steuerleitungen.
Die Relais q: und 5 besitzen je einen Arbeitskontakt 41 bzw. 5 1 in den zur
Auswahlein, richtung io führenden Steuerleitungen. Bei einem Erdschluß, bei welchem
das Relais 7 anspricht, worden die Relais q. und 5 verriegelt und die Relais i bis
3 freigegeben. Dies geschieht im Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Arbeitskontakt
7 i den Pluspol von den Relais q. und 5 wegnimmt und auf die Relais i bis 3 schaltet.
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Bei einem Erdschluß in der Phase T sprechen am linken Leitungsen:,de
die Relais 2 und 3 an, während das Relais i in Ruhe bleibt. Der von dem Relais 7
zur Abfrage zugeschaltete Pluspol wird von dem Ruhekontakt i i des Relais i an die
Auswahleinrichtung weitergeleitet und wird als Anregung für einen
Erdschluß
in der Phase T bewertet. Für die beiden anderen möglichen Kurzschlüsse liegen die
Verhältnisse sinngemäß.
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Am rechten Leitungsende tritt eine ähnliche Auswahl auf mit Ausnahme
des Falles, daß nur sehr wenig oder überhaupt nicht eingespeist wird., weil dann
die drei Kurzschlußströme annähernd oder genau gleich groß werden. In diesem Falle
bleiben die drei Relais 1, 2 und 3 in ihrer Ruhestellung und können eine sichere
Auswahl der gestörten Phase nicht vornehmen. Die Auswahleinrichtung io erhält drei
Kommandos von, ;den drei Relais, statt nur eines Kommandos, und es -ist von der
Art des Schutzes abhängig, wie man z.weckmäßigerweise diese drei Kommandos verwertet.
Man kann z. B. so verfahren, daß, sobald von mehr als einem der drei Relais, i bis
3 ein Kommando kommt, die Kommandogabe überhaupt bedeutungslos bleibt. Liegt an
dem betreffenden Leitungsende überhaupt keine Ein Speisung vor, dann braucht die
Abschaltung auch nur am anderen Leitungsende durchgeführt zu werden. Erfolgt aber
doch eine gewisse Einspeisung an -dem betrachteten Leitungsende, so werden nach
Abschalten des anderen Leitungsendes auch an dem betrachteten Leitungsende die Anregeverhältnisse
eindeutig für die beschriebene Anordnung. Man kann auch, wenn mehr als eines der
Relais i bis 3 Kommando gibt, von diesem Kommando eine Abschaltung mit verlängerter
Reservezeit abhängig machen, um auch dem Umstand Rechnung zu tragen, daß am anderen
Leitungsende und überhaupt für die Energiezuführung vom anderen Leitungsende .aus
fehlerhaften Umständen die Auslösung unterbleibt. Bei Anwendung von Impedanzrelais
kann auch das Ansprechen von mehr als einem der drei Relais i bis 3 als eine Anregung
in einer bestimmten Phase gewertet werden. Man erhält dann ohne weiteres eine verlängerte
Abschaltzeit, soweit nicht zufällig die richtige Phase durch die Auswahlschaltung
erfaßt wurde.
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Es kann auch der Fall eintreten, daß beim Ansprechen des Relais 7
die Anregerelais i bis 3 alle ansprechen, was bedeuten würde, daß eine Anregung
überhaupt nicht erfolgt. Dieser Fall kann eintreten bei einem zweipoligen Kurzschluß,
der gleichzeitig Berührung mit Erde hat. Es kann, sich hierbei, wenn es sich um
Ströme handelt, die wesentlich über dem Laststrom liegen, ein Erdschlußstrom einstellen,
der das Relais 7 zum Ansprechen bringt, und andererseits werden die beiden Phasen,
die an dem zweipoligen Kurzschl.uß beteiligt sind, erhebliche Ströme führen, so
daß alle Relais i bis 3 ansprechen. Dieser Fall kann ohne weiteres als zweipoliger
Kurzschluß von den Relais .1 und 5 behandelt werden. Im Ausführungsbeispiel ist
hierzu jedes überstrom:relais t, 2 bzw. 3 mit einem Arbeitsikontakt 12, 22 und 32
versehen, @die in Reihe geschaltet sind und, wenn alle drei geschlossen sind, den
Pluspol wieder den Relais und 5 zuführen.
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Die Verhältnisse, die es bedingen, daß auch in den gesunden Phasen
ein so großer Strom bei Erdschlüssen auftreten kann, daß dort die Relais 4 und 5
zum Ansprechen kommen, werden im allgemeinen nur in solchen Netzen auftreten, in
denen die Höhe der Kurzschlußströme verhältnismäßig hoch ist, in denen man also
eine Quotientenanregung nicht benötigt.
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In Netzen, in denen eine Quotientenanregung zu verwenden ist, werden
im allgemeinen die Ströme in den gesunden Phasen im Verhältnis zum größten Laststrom
nicht so groß sein. Man wird also, sobald eine Quotientenanregung verwendet wird,
im allgemeinen mit diesen auch bei einem einphasigen Erdischluß die gestörte Phase
heransfinden. Beaufschlagt man die Spannungsspulen der Quotientenanregerelais mit
den Spannungen der einzelnen Phasen gegen Erde, so sinkt diese Spannung für die
gesunden Phasen nur wenig ab, während für die kranke Phase die Spannung stärker
zusammenbricht. Das Relais in der kranken Phase wird daher schon bei einem verhältnismäßig
kleinen Strom ansprechen, wohingegen der Strom in den gesunden Phasen sehr erheblich
sein müßte, um auch dort ein Ansprechen zu erreichen. In besonderen Fällen wird
es aber trotzdem vorkommen., daß auch bei einer Quotientenanregung mit einem Ansprechen
der Quotientenanregerelais in den gesunden Phasen gerechnet werden, muß. Für diese
Fälle kann man die .oben beschriebene Anordnung anwenden, und der Grundgedanke besteht
darin, daß die Quotientenan.regung den Schutz so lange steuert, bis auch die überstromrelais
mit dem verketteten Strom zum Ansprechen kommen.. Die Einrichtung arbeitet so, daß
die Quotientenanregung verriegelt wird, wenn zwei der Überstromrelais mit verkettetem
Strom ansprechen, während in allen anderen Fällen, wenn also von diesen Relais keines,
eines oder alle drei ansprechen, die Quatien,tenanregung die Steuerung des Schutzes
übernimmt.
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Ein Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 3. Mit 1, 2 und 3 sind wieder
die Überstromrelai@s mit dem verketteten Strom und ihren. Ruhekontakten i 1, 21
und 31 bezeichnet. 7 ist das vom Nullstrom erregte Relaais reit seinem Ums,dhaltkonita;kt
71. Außerdem sind. noch drei Ouotientenanregerelais vorgesehen, die .mit ¢, @5 und
6 bezeichnet sind. Die Stromspulen werden von den Phasenströmen .erregt, während
die Spannungsspulen von der verketteten Spannung UR und US bzw. US und UT bzw. UT
und UR erregt werden. Im Erdschlußfall wird beim Ansprechen des Relais 7 ein Hilfsrelais
12 erregt, welches die Spannungsspulen der Ouotientenanregelrelais so umschaltet,
daß sie jeweils von der Spannung der zugehörigen Phase gegen Erde erregt werden.
Die Verriegelung zwischen Überstromrelais und Quotientenanregerelais erfolgt nach
dem obengenannten Prinzip in der Weise, daß die Ouotientenanregerelais bei einem
Eridschluß verriegelt und die von den verketteten, Strömen erregten Relais i bis
3 freigegeben werden, daß diese Verriegelung bzw. Freigabe aber rückgängig gemacht
wird, wenn von den überstromrelads keines, eines oder alle drei ansprechen. Im Ausführungsbeispiel
dient hierzu das Hilfsrelais. 12, das einen Arbeitskontakt 13 besitzt und ferner
je einen Ruhekontakt 14, 15 und 16
in den von den Kontakten 11,
21 und 31 ausgehenden Leitungen. Dieses IElfsrelais 12 wird - über einen Spannungsteiler
8 erregt, wenn das Relaig 7 anspricht.- Es ist mit dem anderen Ende ebenfalls an
einen Spannungsteiler angeschlossen, der aus dem Widerstand 9 und den Widerständen
18, i9 und 2o besteht, die durch den Umschaltkontakt i i bzw. :21 bzw. 31 an Spannung
gelegt werden können, wenn er in der Azbeitsistellung steht. Der Kontakt 13
des Relais 12 schaltet, wenn das Relais 7 angesprochen hat und das- Relais 12 anspricht,
den Pluspol wieder auf die Q.uoti.entenanregung.
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Die Wirkungsweise .ist folgende: Bei einem Erdschluß spricht das Relais
7 an und nimmt den Pluspol von den Quotientenanregemelans weg und schaltet;ihn zur
Abfeage auf die überstromrelais, Außerdem werden die Spannungsspulen der QuotientenanTegerelais
umgeschaltet. Spricht keines der Relais i, 2 und 3 an, so wird das Relais 12 erregt,
öffnet seine Kontakte 14 bis 16 und schaltet den Pluspol wieder auf die Quotientenanregung,
welche jetzt die Auswahl der kranken Phase vornimmt. Spricht nur eines der Relais.
i, 2 oder 3 an, so wIrd ebenfalls das Relais 12 erregt, da durch Einschalten eines
der Widerstände zwar das Potential des oberen Endes der Spule des! Relais. 1:2 gehoben
wird, aber nicht so weit, daß nicht vom Pluspol des Spannungsteilers 8 zum Minuspol
ein ,Strom fließen könnte, der das Relais 12 zum Ansprechen bringt. Sprechen aber
zwei überstromrelais an, so erhält das obere Endre der Spule 12, da nunmehr zwei
Widerstände 18 und i9 bzw. i9 und 2o bzw. 18 und 2o eingeschaltet sind, das gleiche
Potential wie der Abgriff am Spannungsteiler 8, ;so daß das Relais i2 in Ruhe bleibt,
die Kontakte i4, 15 und 16 geschlossen hält und nunmehr idas nichtangesprochene
der drei Relais i, 2 oder 3 die Auswahl der kranken Phase bewirkt. Sprechen alle
drei Relais i, 2 und 3 an, so wird! das. obere Ende der Spule durch Einschalten
aller drei Widerstände 18, i9 und 2o auf ein Potential gehoben-, das über den des
Abgriffes am Spannungsteiler 8 Liegt. Der Strom im Relais 12 fließt jetzt umgekehrt,
und das Relais kommt wieder zum Ansprechen. Das bedeutet, daß die Mais i, 2 und
3 durch Öffnen der Kontakte 14, 15 und 16 verriegeltwerden und die Verriegelung
der Quotientenanregung wieder aufgehoben wird, da den Quotientenanregerelais der
Pluspol wieder zugeführt wird.
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Bei einem Netz mit starr geerdetem Nullpunkt sind bisweilen nur einzelne
Transformatornullpunkte an Erde gelegt, und es kommt häufig vor, daß z. B. bei einer
Strecke, wie in Fug. 4 dargestellt, auf der einen .Seite ;der Transformator ioi
nicht geerdet ist und narr der Transformator 102 auf der anderen ,Seite der Strecke
geerdet ist. Liegt diese Erdung auf der Seite der schwachen Einispeisung oder sogar
an einer Stelle, an ,der eine Einspeisung nicht stattfindet, dann, wird an diesem
Leitungsende sich der Zustand der drei phasengleichen Ströme gleicher Richtung einstellen,
so daß eine Phasen äuswahl durch die Überstromrelais mit den verketteten Strömen
nicht @möglich ist. Es werden also an diesem Leitungsende alle drei Relais i, 2
und 3 in Ruhe bleiben, so daß- das Relais 12 zum Ansprechen kommt und das Kommando
wieder an die Quotientenanregung zurückgibt. Diese wird in den meisten Fällen dann
auch in ider Lage sein, die richtige Phase auszuwählen.
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Auf der Seite, am welcher die Erdung des Transformators nicht vorliegt,
kommt auch kein Summenstrom zustande: Um auch dort die Anregung gleich bei Auftreten;
eines Fehlers, zu verwirklichen, kann man statt des Summenstromrelais 7 ein Spannungsrelais.,
das von, der Verlagerungsspannung abhängig ist, verwenden. In Fig. 2 a ist dieses.
SpannungsverlagerungsreIas dargestellt und mit 711 bezeichnet. Es tritt an die Stelle
.des Summenstromrelais 7, und sein Kontakt 71a ist genau so in die Gesamtschaltung
eingefügt wie der Kontakt 71 des Relais- 7.