DE954893C - Schutzeinrichtung zur Erfassung innerer und aeusserer Fehler an Sammelschienenkuppelschaltern - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 27. DEZEMBER 1956

Gi43i6VIIIb/2ic

Landsdowne, Pa. (V. St. A.)

sind als Erfinder genannt worden

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schutzeinrichtung zur Erfassung innerer und äußerer Fehler an Sammelschienenkuppelschaltern und.insbesondere eine Stromwandleranordnung und -ausbildung für eine solche Schutzeinrichtung.

Bei elektrischen Schaltanordnungen mit mehreren über Leistungsschalter an Sammelschienenabzweige angeschlossenen Kreisen und miteinander durch Sammelschienenkuppelschalter verbundenen Abschnitten muß der Sammelschienenkuppelschalter zwischen Fehlern unterscheiden, die einerseits innerhalb und andererseits außerhalb des Sammelschienenkuppelschalters selber auftreten, welche der Sammelschienenkuppelschalter beim Abschalten beseitigen soll. Wenn ein Fehler innerhalb des Sammelschienenkuppelschalters auftritt, so wird es sich im allgemeinen um einen Fehler handeln, den der Sammelschienenkuppelschalter selber nicht beseitigen kann, und man muß sich dann auf andere an die beiden Sammelschienenabzweige angeschlos-

sene Schalter verlassen, die den Fehler beim öffnen beseitigen und verhindern, daß Strom in die Fehlerstelle geleitet wird. Es ist notwendig, daß der Sammelschienenkuppelschalter und die Leistungsschalter bei einem inneren Fehler geöffnet werden. Ein in bezug auf den Sammelschienenkuppelschalter äußerer Fehler kann zu einem Isolationsüberschlag gegen Erde außerhalb des Schaltergehäuses führen; in diesem Falle wird der ίο Fehler durch Öffnen des Sammelschienenkuppelschalters und der an die Fehlerseite angeschlossenen Leistungsschalter beseitigt..

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung zur Erfassung innerer und äußerer Fehler an Sammelschienenkuppelschalternmittels Stromwandlern. Erfindungsgemäß sind die beiden Stromwandler mit den zugehörigen Erdungskreisen auf dem Schaltergehäuse an Punkten, die von den Anschlüssen des Schalters entfernt sind, derart angeao ordnet, daß ihre Wicklungen vom normalen Leitungsstrom induziert und von den Fehlerströmen bei äußerem Fehler an dem einen Anschluß, bei äußerem Fehler an dem anderen Anschuß und bei innerem Fehler verschieden beeinflußt werden. 25. Die Zeichnung gibt teilweise schematisch und teilweise im Schnitt ein Ausführungsbeispiel für den Gegenstand der Erfindung.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung bzw. Schaltung kann entweder für eine oder auch für mehrere Phasen ausgelegt werden, doch sind zur Vereinfachung die Teile der Vorrichtung dargestellt, wie es bei Einleitersystemen üblich ist.

Ein elektrisches Leiterpaar, das als Sammelschienen ι und 2 dargestellt ist, wird elektrisch durch einen Sammelschienenkuppelschalter 3 verbunden. Stromkreise 4, 5, 6 und 7 sind an die Sammelschienen 1 bzw. 2 angeschlossen. Diese Stromkreise können Speiseleitungen für einen Sammelschienenabzweig oder Verteilerkreise sein, die die elektrische Energie -von einer Sammelschiene dem Verbraucher zuführen.

Die Stromkreise 4, 5, 6 und 7 sind über Leistungsschalter 8, 8_Ö, 8_& und 8_C an die zugeordneten Sammelschienenabzweige 1 bzw. 2 angeschlossen. Diese Leistungsschalter können jede beliebige bekannte Bauart aufweisen. Der Leistungsschalter 8, welcher sich auf einer Seite des Sammelschienenkuppelschalters 3 befindet, umfaßt zwei feste Kontakte 9, die durch einen beweglichen Kontakt 10 überbrückt werden können, auf welche eine öffnende Vorspannung einwirkt und die in der Schließstellung durch die Vorrichtung 11 verriegelt wird. Die Verriegelung 12 wird durch eine Vorspannung in die Verriegelungsstellung gedrückt und wird mittels einer elektromagnetischen Vorrichtung oder eines Solenoids 13 in die Auslösestellung gebracht, wobei die Vorrichtung oder das Solenoid von einer Auslösestromquelle gespeist werden kann,· die vorzugsweise eine Gleichstromquelle ist, wie sie bei 14 angedeutet ist. Die Leistungsschalter 8₆ und 8_C auf der anderen Seite des Sammelschienenkuppelschalters haben gemäß dem Ausführungsbeispiel Auslösevorrichtungen, die durch eine besondere Auslösestromquelle 14' gespeist werden, doch könnten sie auch aus einer einzigen Stromquelle gespeist werden.

Der Sammelschienenkuppelschalter 3 ist ein Hochspannungsimpulsschalter, dessen Anschlüsse 15 bzw. 16 an die Sammelschienen 1 und 2 angeschlossen sind. Der Anschluß 16 ist mit einem festen Kontakt 17 verbunden, während ein beweglicher Kontakt 18 elektrisch mittels eines leitenden Teiles 19 und der üblichen stromübertragenden Federglieder 20 an den anderen Anschluß 15 angeschlossen ist. Die trennbaren Kontakte 17 und 18, welche gemäß der Zeichnung in der Schließstellung durch die Verriegelungsvorrichtung 21 verriegelt sind, sind in die Öffnungsstellung vorgespannt und können sich bei der Freigabe der Klinke 22 trennen, welche in der Verriegelungsstellung vorgespannt ist. Um die Kontak e 17 und 18' ist durch einen Zylinder 23 aus Isolierstoff eine Schaltkammer gebildet, die vom Sockel 24 getragen wird.

Der Zylinder 23 ist innerhalb einer wasserdichten isolierenden Säule oder einer Hülse angeordnet, die vom Sockel 24 getragen wird und zylindrische Porzellanhülsen 25, 25' aufweist. Zwischen diesen Porzellanhülsen befindet sich ein Durchführungsstromwandler CT, der zwei Ström wandler mit Wicklungen 26 und 27 aufweist, welche jeweils über einen üblichen Ringkern C gewickelt sind, der den Zylinder 23 umschließt. Die Wicklung 26 ist teilweise durch ein metallisches Gehäuse 28 eingeschlossen, während die Wicklung 27 innerhalb eines ähnlichen metallischen Gehäuses 29 liegt. Diese Gehäuse 28 und 29 sind untereinander elektrisch über eine Metallplatte oder Metallringscheibe 30 zwischen den beiden Stromwandlern verbunden, die ihrerseits zwischen gegenüberliegenden Flanschen am Umfang 32 der Gehäuse 28, 29 liegt. Die Platte 30 ist bei 31 geerdet. Die inneren Wände 33 und 34 der Gehäuse 28 und 29 sind bei 35 und 36 von der geerdeten Platte 30 isoliert, so daß die einzige elektrische Verbindung zwischen den Gehäusen und der Platte am äußeren Rand 32 der Gehäuse vorhanden ist. Die Wicklungen 26 und 27 sind von den Gehäusen 28, 29 und von der geerdeten Platte 30 isoliert. Ein leitender Zylinder 39 erstreckt sich axial entlang der Stromwandleranordnung, und zwar radial innerhalb derselben, wobei er sich über den größeren Teil der axialen Länge der Spulenanordnung erstreckt. Der Zylinder 39 ist elektrisch an den anstoßenden Teil der Platte 30 angeschlossen und von den Gehäusen 28 und 29 isoliert, wenn man von der äußeren Verbindung über die Platte 30 absieht. Dichtungen 40 und 41 an gegenüberliegenden Seiten der Anordnung sichern einen wasserdichten Aufbau der Hülse. Der Primärkreis der Wandlersekundärwicklungen 26 und 27 umfaßt den Leiter 18 (beweglicher iao Kontakt), so daß ein Stromfluß hierdurch in beiden Sekundärwicklungen 26 und 27 einen Strom induziert. Ein Stromfluß durch den leitenden Zylinder induziert in ähnlicher Weise einen Stromfluß in den Wicklungen 26 und 27, doch fließt der Strom nur bei inneren Fehlern durch den Zylinder 39, wie

dies bei U oder V angedeutet ist, wobei der Zylinder 39 einen Teil des Primärkreises für die Stromwandleranordnung bildet. Bei einem Stromfluß über die Fehlerstelle V zur Erde wird in der Wicklung 27 ein Strom induziert, während bei einem Stromfluß an der Fehlerstelle U zur Erde ein Strom in der Wicklung 26 induziert wird. Ströme, die bei äußeren Fehlern über die Gehäuse 28 und 29 fließen, wie dies bei T oder Y dargestellt ist, haben praktisch keinen magnetischen Einfluß auf die Sekundärwicklungen; sie fließen über eine Uberschlagstrecke zur Erde ab, und zwar im wesentlichen ohne induktive Kopplung mit den Sekundärwicklungen.
Die normalerweise offenen Differentialrelais 50 und 51 steuern die Auslösung der Leistungsschalter innerhalb des Systems selektiv oder gemeinsam. Das Differentialrelais 50 umfaßt die Kontakte 52, deren Schließen einen Auslösestromkreis für die Unterbrecher 8, 8_a und 3 herstellt, der bei A angedeutet ist. Durch Schließen der Kontakte 52 werden beide Auslösemittel 13 und I3_a der Leistungsschalter 8 bzw. 8_a und die Steuermittel 45 des Kuppelschalters 3 an die Stromquelle 14 angeschlossen. Das Differentialrelais 51 umfaßt die Kontakte 53, die beim Schließen mittels eines Auslösekreises, der allgemein bei B angedeutet ist, die Steuermittel 130, I3_C und 46 an die Stromquelle 14' legen, worauf die Schalter 8₆, 8_C und 3 ansprechen.

Die Speisung des Relais 50 wird durch einen Stromkreis bewirkt, welcher die Wandlersekundärwicklungen 26, 54 und 55 umfaßt, die durch einen Stromfluß in ihren normalen Primärleitern induziert werden, nämlich den Leitern 18, 4 und 5, wobei normalerweise kein Strom in der Relaiswicklung 50 fließt. Die Relaiswicklung 50 wird durch die Differenz zwischen dem Effektivstrom in den Primärleitern 18 und 39 der Wicklung 26 und der Summe der Stromflüsse in den Primärleitern 4 und 5 der Wicklungen 54 bzw. 55 gespeist. Die Speisung des Differentialrelais 51 wird von einem Stromkreis bewirkt, welcher die Stromwandlersekundärwicklungen 27, 56 und 57 enthält. Die Wicklung des Relais 51 ist in diesen Kreis in derselben Weise eingeschaltet, wie dies in bezug auf das Relais 50 beschrieben wurde, und der Stromkreis arbeitet in der oben beschriebenen Weise.

Die Stromwandler der Anordnung CT sind überläppend angeordnet, wobei sich die Wicklung 26, welche einen Teil des Systems schützt, in den zweiten Teil des Systems, der die Wicklung 27 enthält, hinein erstreckt oder diesen Teil überlappt. Die Stromwandlerwicklung 26 ist zwischen dem An-Schluß 16 und der Stromwandlerwicklung 27 angeordnet. Die Wicklung 27 befindet sich zwischen dem Anschluß 15 und der Wicklung 26.

Die Steuerkreise A und B bewirken zweckmäßig ein Stromloswerden der Auslösesolenoide, nachdem sie ein Öffnen der ihnen zugeordneten Leistungsschalter bewirkt haben. Kontakte 48, 4&_a, 48^ und 4&_c in den Auslösekreisen der Leistungsschalter 8, 8_a, 8₆ bzw. 8_C öffnen sich beim öffnen eines zugehörigen Leistungsschalters unter Stromloswerden der zugehörigen Auslösevorrichtung. Kontakte 49_a und 49₆ öffnen sich entsprechend der Betätigung des Kuppelschalters 3, wobei sie die Auslösespulen 45 bzw. 46 in gleicher Weise stromlos machen.

Fehler im inneren Kreis des Sammelschienenkuppelschalters 3 können Fehler sein, die der Schalter selber nicht beseitigen kann, so daß man sich bei der Beseitigung des Fehlers auf die zugeordneten Leistungsschalter verlassen muß, damit eine Stromzuführung von einer der beiden Sammelschienen zur Fehlerstelle verhindert wird. Es ist daher notwendig, zusätzlich zum Sammelschienenkuppelschalter die Leistungsschalter in den Sammelschienenabzweigen auf beiden Seiten des Sammelschienenkuppelschalters zu öffnen. Falls ein in bezug auf den Sammelschienenkuppelschalter äußerer Fehler auftritt, wie z. B. ein Isolationsüberschlag gegen Erde auf der Außenseite des Schaltergehäuses, brauchen neben dem Sammelschienenkuppelschalter nur die Leistungsschalter auf der Fehlerseite des Sammelschienenkuppelschalters geöffnet zu werden, um die Fehler zu beseitigen. Die Kreise auf der nicht von Fehlern betroffenen Seite des Kuppelschalters sollten zweckmäßig in Verbindung mit ihren Sammelschienenabzweigen bleiben.

Das Ansprechen aller Leistungsschalter bei innerem Fehler und das selektive Ansprechen eines einzigen der Leistungsschalter bei einem äußeren Fehler erfordert, daß die Stromwandler, welche dem Kuppelschalter zugeordnet sind, zwischen inneren und äußeren Fehlern unterscheiden können.

Ein Fehler an der Stelle Y erfordert ausschließlich die Öffnuig des Sammelschienenkuppelschalters 3 und der Leistungsschalter 8 und 8_a. Wenn im Sammelschienenkuppelschalter 3 im Augenblick des Beginns eines Fehlers an der Stelle Y ein Strom vom Anschluß 16 zum Anschluß 15 fließt, so besteht eine Differenz zwischen dem Stromfluß durch den Leiter 18 einerseits und der Stromsumme in den Leitern 4 und 5 andererseits, da wenigstens ein Teil des durch den Leiter 18 fließenden Stromes in den Fehler abzweigt. Der Unterschied wird durch die Wicklungen 26, 54 und 55 angezeigt und bewirkt über die Betätigung des Relais 50 die Speisung der Auslösespulen 13, I3_a und und die Öffnung der Schalter 3, 8 und 8_a. Das Relais 51 wird nicht betätigt, und die Leistungsschalter S₆ und 8_C bleiben geschlossen, da der Strom durch den Leiter 18 gleich der Summe der Ströme durch die Leiterteile 6 und 7 ist; denn der Fehlers'trom bei Y fließt bei 31 zur Erde, und der Überschlagsweg über das Gehäuse ist im wesentlichen ohne eine induktive Kopplung mit der Sekundärwicklung 27, so daß ein Fehlerstrom bei Y keinen Einfluß auf die Speisung der Sekundärwicklung 27 hat.

Bei einem Fehler an der Stelle T wird das Relais 51 betätigt, doch bleibt das Relais 50 stromlos, so daß nur die Trennschalter 8₆ und 8_C auf der Fehlerseite ansprechen. Das Relais 51 arbeitet, da

der Primärstrom durch den Leiter i8 nicht länger gleich der Summe der Ströme in den Leitern 6 und 7 ist; denn die Summe der Sekundärströme durch die Wicklungen 27, 56 und 57 ist nicht mehr Null. Ein Fehlerstrom an der Stelle T fließt über das äußere Gehäuse 28, ohne die Wicklung 26 zu beeinflussen.

Ein wesentliches Merkmal bekannter Differentialschutzanordnungen ist, daß die Zone des elekirischen Kreises zwischen den Sekundärwicklungen der Stromwandler sich ebensoweit erstreckt wie der innere Kreis des Schalters. Aus Kosten- und Raumgründen ist es jedoch bei einigen Arten von Trennschaltern nicht praktisch, Stromwandlerwicklungen an Stellen anzuordnen, die die gewünschte gleichmäßige Erstreckung zulassen. Stromumformer mit metallischen Tragteilen, die in üblicher Weise geerdet sind, können nicht zwischen Fehlern unterscheiden, die außerhalb des Schalters

ao liegen, und solchen Fehlern, die innerhalb des Stromkreises de? Schalters, aber außerhalb der zwischen den beiden Stromwandlerwicklungen befindlichen Zone auftreten.

Der Primärkreis der Stromwandlersekundärwicklungen 26 und 27 kann entweder den Leiter 18 (beweglicher Kontakt) oder den leitenden Abschirmzylinder 39 umfassen, und jeder Effektivstrom durch einen der beiden leitenden Teile 18 oder 39 induziert dann einen Stromfluß durch die-

jenige Sekundärwicklung, durch die Strom fließt. Ein Fehler an der Stelle V im inneren Kreis, jedoch außerhalb der Zone des Stromkreises zwischen den Stromumformerwicklungen 26 und 27 wird über die leitenden Abschirmglieder 29 und 30 (Gehäuse und Ringscheibe) zur Erde abgeleitet, da dies der Weg der geringsten Überschlagspannung ist, so daß der Strom zwischen den Wicklungen 26 und 27 hindurchfließt. Wenn in dem Augenblick eines Fehler? an der Stelle V ein Strom vom Anschluß 15 zum Anschluß 16 fließt, so wird der Stromfluß in dem Primärleiter der Wicklung 27 nicht gleich der Summe der Ströme in den Primärleitern der Wicklungen 56 und 57 sein, da wenigstens ein Teil dieses Stromes vor dem Erreichen der Wicklungen 56 und 57 zur Erde abgeleitet wird. Entsprechend werden die Schalter 3, 8₆ und 8_C beim Speisen des Relais 51 ansprechen. Bei einem Fehler an der Stelle V ist der Strom auf der Primärseite der Wicklung 26 ungleich der Summe der Ströme auf der Primärseite der Stromwandler 54 und 55, da ein Teil des Stromes von den Kreisen 4 und 5 über die Ringscheibe 30 zur Erde abgeleitet wird; das Relais 50 wird gespeist, so daß die Schalter 8 und 8_a ausgelöst werden. Ein innerer Fehler an der Stelle V öffnet daher den Kuppelschalter und die Leistungsschalter auf beiden Seiten des Ausschalters 3, wie dies gefordert wurde. Fehler an den Stellen U oder X öffnen entsprechend ebenfalls die Leistungsschalter auf beiden Seiten des Schalters 3 und den Kuppelschalter.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schutzeinrichtung zur Erfassung innerer und äußerer Fehler an Sammelschienenkuppelschaltern mittels Stromwandlern, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromwandler mit den zugehörigen Erdungskreisen auf dem Schaltergehäuse an Punkten, die von den Anschlüssen des Schalters entfernt sind, derart angeordnet sind, daß ihre Wicklungen vom normalen Leitungsstrom induziert und von den Fehlerströmen bei äußerem Fehler an dem einen Anschluß (1), bei äußerem Fehler an dem anderen Anschluß (2) und bei innerem Fehler verschieden beeinflußt werden.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auf dem Kuppelschalter aufgebauten Stromwandler jeweils so mit den Stromwandlern der zugehörigen Sammelschienenabzweige zusammengeschaltet sind, daß ohne Fehler die Summe aller Ströme Null ergibt, beim Auftreten eines Fehlers dagegen ein solcher Strom durch ein angeschlossenes Relais fließt, daß je nach Art des Fehlers entweder die Leistungsschalter der Sammelschiene (1), der Sammelschiene (2) oder der Sammelschienen (1 und 2) ausgelöst werden.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromwandler als kurze Zylinder den inneren Kreis des Kuppelschalters radial umschließen und dabei die äußere Isolation des Kuppelschalters unterbrechen.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wandlern und dem inneren Schalterkreis—von beiden isoliert — ein leitender, über eine Ringscheibe geerdeter Zylinder vorgesehen ist.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geerdete Ringscheibe gegen die beiden Wandler isoliert und senkrecht zum leitenden Zylinder angeordnet ist.

6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Wandler geerdete Gehäuse besitzen, die mit der geerdeten Ringscheibe nur am äußeren Umfang verbunden sind und die gegen die Wandlerwicklungen und gegen den leitenden Zylinder zwischen den Wandlern und dem inneren Schalterkreis isoliert sind.

7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kuppelschalter mit einem festen Kontakt und einem stabförmigen beweglichen Kontakt ausgestattet ist und daß sich diese Kontakte in einer Kammer aus Isolierstoff befinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 546/356 6.56 (609 723 12.56)