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Anordnung zur Verbesserung der .Anzeige von Erdschlußrelais Zusatz
zum Patent 836 429 Es ifst bekannt, daß bei Erdschlüssen in Hochspannungsanlagen
kurzzeitige vorübergehende Vorgänge auftreten, die als Erdschlußwischer bezeichnet
werden.
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Auch Dauererdschlüsse werden meistens von stoßartigen Entladevorgängen
eingeleitet. Diese Entladevorgänge rühren davon her, daß sich die Kapazität der
Leitungen bzw. Kabel über die Erdschlußstelle entlädt. Erst nachdem dieser Entladevorgamg
abgelaufen ist, stellt sich der Dauererdschlußstrom ein.
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Da die ersten Entladevorgänge im Strom sehr viel kräftiger sind als
der Dauererdschlußstrom, ist es zweckmäßig, für die Anzeige von Erdschlußvorgängen
aller Art den ersten Entladevorgang eines solchen Fehlers zu benutzen. Diese Anzeige
wird jedoch oft dadurch erschwert, daß die Entladung nicht aperiodisch, sondern
infolge der vorhandenen
Induktivitäten in Form- einer- Schwingung
erfolgt. Wattmetrische oder sonstige Erdschlußrelais erhalten hierdurch ein hin-
- und hergehendes Drehmoment, welches eine gesicherte Anzeige- schwierig macht.
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In der Fig. 5 ist der bei Auftreten eines Erdschlußfehlers entstehende
Entladungsstrom To dargestellt. Infolge der Dämpfung verkleinern sich die Schwingungen
sehr schnell. Die Spannung der schadhaften Phase gegen Erde wird im Augenblick des
Erdschlusses zu Null. Dafür erhält das ganze Wechselstromnetz eine Verlagerungsspannung
gegen Erde, die sogenamnte Erdschluß- oder Nullspannung, die man beispielsweise
zwischen einem Sternpunkt und Erde erfassen kann oder in einer in Dreieck geschalteten
Wicklung von drei primär in Stern geschalteten Spannungswandlern, deren gemeinsamer
Sternpunkt geerdet ist.
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Diese Nullpunktspannung ist in F ig. 5 dargestellt und mit E, bezeichnet.
Sie springt vom Wert Null beim Erdschlüß auf den Wert; den kurz vor Eintritt des
Erdschlusses die schadhafte Phasenleitung gegen Erde besaß. Da fast alle Erdschlüsse
so erfolgen, daß die auf dar Leitung vorhandene Spannung die Isolation durchbricht,
so ist fast jeder- Erdschluß mit einem solchen Anstieg der Erdschlußspannung bzw.
Nullspannung verbunden.
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Gemäß der Erfindung wind nun der steile Anstieg der Erdschlußspannung
bzw. Nullspannung benutzt, um die Anzeige von Erds.chlußrelais, auf welche der Erdschlußstrom
undErdschlußspannung einwirken, für Wischervorgänge zu verbessern. Gemäß der Erfindung
werden frequenzalihängige Widerstände vorgesehen, durch welche der steile Anstieg
der Erdschlußspannung ausgenutzt wird; um in der Spannungsspule des Relais einen
erhöhten Stromstoß zu erzeugen. Es wird also der von der Erdschlußspannung hervorgerufene
Strom. so umgeformt, daß er zunächst stärker ansteigt als esohne Anwendung der frequenzabhängigen
Widerstände der Fall wäre.
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Würde man den Entladestrom To -in einem Wattmetrischen Erdschlußrelais
mit der unveränderten Erdschlußspannung Eo zusammenarbeiten lassen, so würde ein
hin- und hergehendes. Drehmoment entstehen, .da der Entladestrom der Kapazität,
also der Erdschlußstrom To, meistens eine sehr, viel höhere Frequenz als die normale
Netzfrequenz von 5o Perioden besitzt. Während des Wischervorgangcs ist nun die Erdschlußspannung
fast konstant, so daß das Drehmoment des Relais ungefähr dieselben Schwankungen
aufweist wie der Strom To. Der überschuß für den Ausschlag in der gewünschten Richtung
ist daher ungenügend. Auch würde ein Teil des Stoßes durch die Rüttelkräfte des
Relais selbst vernichtet.
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Gemäß der Erfindung wird nun dem -Spannungspfad des Erdschlußrelais,
z. B. -eines wattmetrischen Relais, nicht die unveränderte Spannung Eo zugeführt,
sondern es wird diese Spannung umgeformt. Zu - diesem Zweck werden frequenzabhängige
Widerstände verwendet. -Ein Ausführungsbeispicldafür zeigt die.-Fig. i. Hier ist
mit i das Erdschlußrelais bezeichnet, das eine Strom- und eine Spannungswicklung
besitzt. Die Spannungswicklung wird nicht unmittelbar -von, der Erdschlußspannung
erregt, sondern hegt an einer Induktivität 12, die in Reihe mit einem ohmschen Widerstand
i i an die Spannung E, angeschlossen ist. Hierdurch wird erreicht, daß der in der
Spannungsspule fließende Strom bei dem plötzlichen Anstieg der Spannung E., welcher
seiner Wirkung nach einer sehr hohen Frequenz entspricht, fast der gesamte Spannungsabfall
an der Drossel liegt, so .daß der Strom in der Spannungswicklung des Relais sehr
hoch wird. Der Spannungspfad,-des Relais bekommt also einen kräftigen Stromstoß,
der verringert wird, sobald die Änderung der Erdschlußspannung auf das normale Maß
der Netzfrequenz zurückgeht.
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Die-Anärdnurig hach der Erfindung ist geeignet für Erdschlußrelais,
bei denen gemäß Patent 876 429, eine einseitige Verschiebung des Erdschlußstromes
durch Ausnutzen der Einschwin'gvorgänge von Hilfskreisen verwendet wird. In Fig.
i wird zu diesem Zweck die Stromspule des Relais nicht unmittelbar von den parallel
geschalteten Sekundärwicklungen 2 der Stromwandler in den drei Phasenleitungen erregt,
sondern es liegt noch- ein ohmscher Widerstand 3 parallel und gegebenenfalls noch
eine Drosselspule 4 in Reihe mit der Stromwicklung.
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Man kann dlie Schaltungen, durch welche der Stromverlauf- im -Spannungspfad
des Relais .-umgeformt wird, um das Relais vorübergehend besonders wirksam zu machen,
in verschiedener Form ausbilden. 'Gemäß Fig. 2 liegt parallel zum Spannungspfad-des
Relais ein Kondensator 13, der über einen ohmschen Widerstand 14 parallel zur Drosselspule
12 geschaltet ist. Man kann auf diese Weise von dem steilen Spannungsanstieg eine
gewisse Strommenge in dem kleinen Kondensator 13 speichern, welcher sich dann über
die Relaisspule entlädt. Man erreicht dadurch einen Stromverlauf in der Spannungsspule,
wie er in Fig. 5 strichliert angegeben ist. Auf ebne kräftige Spitze isr erfolgt
ein dein Entladevorgang im Strompfad angepaßter Abfall auf den Wertis2. Da die Frequenz
des Erdschlüßstromes 7o nicht festliegt, wird man die Form des Stromes im Spannungspfad
zweckmäßig so wählen, daß es sich der schnellsten in dem betreffenden Netz möglichen
Entladeschwi.ngung des Nullstromes anpaßt, d. h., daß die Zeitdauer des erhöhten
Stromstoßes im Spannungspfad ungefähr gleich ist der Zeitdauer der ersten Halbwelle
des .schnellsten in dem Netz vorkommenden Entladevorganges im Strompfad des Relais.
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In Fig. 6- ist die Einwirkung der erfindungsgemäßen Maßnahme auf das.
Drehmoment dargestellt. Man erhält von der ersten Stromschwingung To das volle Drehmoment,
während infolge der verminderten Spannung die zweite negative Stromhalbwelle .nur
ein geringes, nicht mehr störendes Moment ausübt. Gestrichelt ist in Fig. 6: der
ungefähre -Verlauf des . Drehmoments
ohne die erfindungsgemäße Maßnahme
dargestellt.
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Erwähnt sei, daß in Fig. 5 sich der Verlauf des Stromes hinsichtlich
der Nullinie umkehren kann, je nach der Richtung des Erdschlußstronies. Der Ausschlag
des Relais erfolgt dann nach der anderen Saite, die angestellten Überlegungen gelten
aber hierfür in der gleichen Weise.
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In Fig. 3 ist noch eine ähnlich wirkende Einrichtung für den Spannungspfad
des Erdschlußrelai.s gezeigt. Hier liegt der Spannungspfad parallel zu einem ohmschen
Widerstand 15, der in Reihe mit einem Kondensator 16 an der Spannung E, liegt. Auch
bei einer solchen Einrichtung liegt im ersten Augenblick eine hohe Spannung am Relais,
welche im späteren Verlauf der normalen Netzfrequenz gering wird.
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Es lassen sich sinngemäß noch andere Einrichtungen von Widerständen,
Drosseln und Kondensatoren herstellen, welche alle die grundsätzlich gleiche Wirkung
haben, nämlich infolge des steilen Anstieges der Erdschlußspannung zu Beginn der
Entladung dem Spannungspfad des Relais vorübergehend eine erhöhte Wirksamkeit zu
geben.
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In Fig. 4 ist noch eine Anordnung dargestellt, bei der vor dem Spannungspfad
des Relais eine Röhre, z. B. eine Glimmlampe i9 liegt. Da diese Lampe nur oberhalb
einer bestimmten Spannung stromdurchlässig ist, hört der Strom im Spannungspfad
des Relais nach der ersten Spitze vollständig auf, so daß keine fehlerhaften Drehmomente
mehr entstehen können. Ein z*ischengeschalteter Transformator 18 erzeugt im Relaiskreis
die für den Betrieb der Glimmlampe notwendige Spannungshöhe. Es ist außerdem noch
parallel zum Relais ein Kondensator 13 geschaltet, während die Primärwicklung des
Transformators 18 an die Drosselspule 12 angeschlossen ist, die in Reihe mit dem
ohmschen Widerstand i i von der Erdachlußspannung erregt wird.
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Wie bereits erwähnt, eignet sich die Anordnung nach -der Erfindung
mit besonderem Vorteil zur Anwendung bei Einrichtungen nach Patent 876 429, bei
welchen der auf das Relais einwirkende Erdschlußstrom J, eine einseitige Verschiebung
hinsichtlich der Nullinie erhält, um von der Stromseite her das Arbeiten des Relais
zu verbessern. Wird die ganze Stromwelle J, angehoben, so kann man die verstärkte
Wirkung der Erdschlußspannung so weit verzögern, daß die Zeitdauer des erhöhten
Stromstoßes im Spannungspfad.ungefähr der Dauer der gesamten Entladeschwingung im
Strompfad entspricht.
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Die hier als Beispiel unter Verwendung eines wattmetrischen Erdschlußrelais
beschriebene Anordnung kann auch in entsprechender Form für alle Erdachlußrelais
benutzt werden, bei denen Strom und Spannung zusammenwirken. Beispielsweise ist
es bekannt, den Entladestro-m bzw. Erdschlußstrom Jo auf ein polarisiertes Relais
zur Einwirkung zu bringen, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Mit 2o ist hier das
polarisierte Relais bezeichnet, dessen Stromwicklung 21 von den sekundär parallel
geschalteten Wicklungen 2 der drei Stromwandler erregt wird. 3 ist ein Widerstand
parallel dazu, um eine einseitige Verschiebung des Stromes in der Wicklung 21 zu
bewirken, wie es im Hauptpatent beschrieben ist. Wenn man nun solche polarisierten
Relais nicht mit einem permanenten Magneten versieht, sondern das Magnetfeld von
der Erdschlußwechselspannung über eine Gleichrichteranordnung 21 erregt, so können
die früher beschriebenen Einrichtungen Anwendung finden. In Fig. 7 ist der Gleichrichter
wechselstromseitig an einen ohmschen Widerstand i i angeschlossen, der in Reihe
mit einem Kondensator 16, wie früher beschrieben, von der Erdschlußspannung E, erregt
wird. Das Feld des polarisierten Relais ist somit während der ersten Halbwelle des
Entladestromes im Stromwandlerkreis sehr stark, während es danach schnell abfällt,
so daß das Drehmoment des Relais in ähnlicher Weise günstig beeinflußt wird, wie
früher für das wattmetrische Relais beschrieben.
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Bei langdauernden Entladevorgängen bzw. wenn infolge eines Erdschlußwischers
ein Dauererdschluß auftritt, kann es zweckmäßig sein, die Messung nach einer gewissen
Zeit zu unterbrechen. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise von der Erdschlußspannung
ein Hilfsrelais erregen, welches das Erdschlußrelais nach seinem Ansprechen blockiert,
indem beispielsweise der Ausschlag festgehalten oder der Stromkreis des Relais unterbrochen
oder kurzgeschlossen wird.