DE963801C

DE963801C - Distanzrelaisanordnung fuer die Abschaltung von Doppelerdschluessen in Hochspannungsanlagen

Info

Publication number: DE963801C
Application number: DEL23322A
Authority: DE
Inventors: Heinz Gutmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1955-11-03
Filing date: 1955-11-03
Publication date: 1957-05-16

Description

AUSGEGEBEN AM 16. MAI 1957

L 23322VIIIb I'2JC

BIBLIOTHEK DES DEUTSCHEN PATENTAMTES

in Hochspannungsanlagen

Patenterteilung bekanntgemadit am 2. Mai 1957

Distanzrelais für Hochspannungsnetze sind üblicherweise so ausgeführt, daß bei Doppelerdschlüssen immer nur eine Leitung aus dem Netz herausgetrennt wird, während die zweite Leitung mit dem anderen Erdschlußpunkt in Betrieb bleibt (sogenannte Phasenbevorzugung). Man will auf diese Weise erreichen, daß der Netzbetrieb nur in geringstmöglichem Umfange beeinträchtigt wird. Falls der verbleibende "Erdschluß nicht durch Petersen-Spulen gelöscht werden kann, wie dies z.B. bei sattem Erdschluß der-Fall ist, schaltet man die zweite Leitung zu einem betrieblich günstigen Zeitpunkt von Hand ab, nachdem vorher gegebenenfalls andere Leitungen zur Entlastung eingeschaltet worden sind. Hierzu ist es jedoch zunächst erst notwendig, festzustellen, welche der in Betrieb gebliebenen Leitungen mit Erdschluß behaftet ist. Dies ist nicht immer einfach und zwingt häufig zur probeweisen Abschaltung einzelner Strecken, bis die tatsächlich fehlerhafte Leitung gefunden ist. In den letzten Jahren ist noch eine weitere Schwierigkeit hinzugekommen, weil die Netze inzwischen wesentlich umfangreicher geworden und vielfach auch Netze verschiedener Elektrizitätsversorgungsunternehmen galvanisch miteinander gekuppelt sind. Da-

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durch ist die Wahrscheinlichkeit wesentlich größer geworden, daß sich aus dem verbliebenen Einfacherdschluß ein neuer Doppelerdschluß entwickelt, der eine weitere Relaisauslösung zur Folge hat. Solche Folgefehler können sogar mehrfach nacheinander auftreten, so daß schließlich ein regulärer Netzzusammenbruch entstehen kann.

Man ist deshalb neuerdings bestrebt, von der bisherigen Phasenbevorzugung im Doppelerdschlußfall ίο abzugehen und möglichst beide mit Erdschluß behafteten Leitungsstrecken abzuschalten. Die heute in den weitaus meisten Fällen eingebauten Distanzrelais arbeiten in der sogenannten Einrelaisschaltung, einer einsystemigen Sparschaltung, die nur ein einziges Impedanz- und Richtungssystem enthält. Manchmal sind hierbei außerdem auch noch Impedanz- und Richtungsglied zu einem einzigen Relais vereinigt. Die Erfindung betrifft eine besonders zweckmäßige Distanzrelaisanordnung für die Abschaltung von Doppelerdschlüssen in Hochspannungsanlagen. Sie besteht darin, daß außer dem Impedanz- und Richtungsglied für die bevorzugte Abschaltung einer fehlerhaften Leitung ein zweites Impedanz- und Richtungsglied vorgesehen ist, das im Doppelerdschlußfall erforderlichenfalls über eine Auswahlschaltung die nicht bevorzugte zweite fehlerhafte Leitung ermittelt und wenn nötig abschaltet und/oder den Fehler durch Signale anzeigt. Dabei wird, also die Phasenbevorzugung der bisherigen Distanzrelais auch dann beibehalten, wenn allseitige Doppelerdschlußabschaltung gewünscht wird. Damit ist zunächst einmal die Abschaltung der einen erdschlußbehafteten Leitung gesichert. Das zweite Impedanz- und Richtungsglied wird im Doppelerdschlußfall abgefragt und orientiert sich dann auf den jeweils nicht bevorzugten fehlerstromführenden Leiter. Hierzu ist im allgemeinen eine Auswahlschaltung erforderlich, die von derjenigen des »Grundschutzes« ganz oder auch nur teilweise getrennt sein kann.

In Einphasennetzen, wie z. B. den mit i6²/₃ Hz betriebenen iio-kV-Leitungen der Bahnstromversorgung, sind nur zwei Leiter vorhanden, deren einer bereits in der bisher üblichen Art mit Distanzrelais ausgerüstet ist. In diesem Falle erübrigt sich natürlich eine besondere Auswahlschaltung, weil hier die zusätzlichen Meßglieder fest auf den zweiten Leiter orientiert werden können.

Gemäß der weiteren Erfindung wird nun ein von der Zusatzeinrichtung erteilter Auslösebefehl nicht sofort an den Leistungsschalter weitergegeben, sondern zunächst für eine gewisse Zeit gespeichert, also beispielsweise auf ein Zeitrelais gegeben. Dies hat einen doppelten Zweck. Man muß nämlich erstens damit rechnen, daß der Auslösebefehl des Grundschutzes eventuell erst mit Staffelzeit erfolgt, was z. B. bei einseitiger Lage des Erdfehlers auf dem bevorzugten Leiter der Fall ist. Wenn dann ein etwa in Schnellzeit abgegebener Auslösebefehl des Zusatzschutzes in der zweiten fehlerhaften Leitungsstrecke zuvor ausgeführt wird, kann hierdurch'bereits die Doppelerdschlußsehleife von innen heraus aufgetrennt sein. Es fließt dann von diesem Moment ab kein Kurzschlußstrom mehr, so daß den Grundrelais die Basis für den weiteren Ablauf entzogen ist und nunmehr gerade der bisher bevorzugte Fehler nicht abgeschaltet würde. Man wird deshalb die Ausführung des Auslösekommandos für die bisher nicht bevorzugte Fehlerstelle, wie oben angegeben, zumindest so lange verzögern, daß erst einmal eine Abschaltung der bevorzugten Fehlerquelle auch bei einseitiger Fehlerlage möglich ist.

Man kann die Auslösung des Zusatzschutzes aber auch noch etwas länger verzögern und zunächst einmal noch kurze Zeit abwarten, ob der verbleibende einpolige Erdschluß auf dem nicht bevorzugten Leiter durch die Erdschlußspule gelöscht wird. Ist dies der ^7S Fall, so wird man auf die Durchführung des infolge der erfolgreichen Löschung überflüssig gewordenen Ausschaltbefehles verzichten und damit den Eingriff in den Netzbetrieb auf den geringstmöglichen Umfang reduzieren. Erlischt der Erdschluß jedoch nicht, so wird man nach Ablauf der am Zeitrelais eingestellten Verzögerung die Auslösung vornehmen und damit das Entstehen weiterer Folgefehler verhindern.

Man muß nun aber weiterhin bedenken, daß durch die Abschaltung des bevorzugten Erdschlußpunktes dem Zusatzschutz für den anderen Erdpunkt der Kurzschlußstrom und damit die Basis für dessen weiteren Ablauf entzogen wird. Da dies in der Mehrzahl der Fälle bekanntlich mit Schnellzeit geschieht, soll die go Messung des Zusatzschutzes gemäß der weiteren Erfindung ebenfalls innerhalb der Schnellzeit abgeschlossen sein und durch Selbsthaltung festgehalten werden. Das erstere ist für Fehler im mittleren Teil der Leitungsstrecke von selbst der Fall. Liegt der nicht bevorzugte Erdpunkt aber einseitig auf der Leitung, so müßte bei den üblichen Distanzschutzeinrichtungen erst der Ablauf der ersten Staffelzeit abgewartet werden, worauf dann der Meßbereich des Distanzgliedes erweitert wird. Dies ist aber aus den angeführten Gründen nicht zweckmäßig. Deshalb soll bei der Zusatzeinrichtung die Reichweite der ersten Stufe auf 100% oder noch etwas darüber eingestellt werden, um auch bei einseitiger Lage des Fehlers eine Impedanzmessung in Schnellzeit zu ermöglichen. Man kann aber für die Zusatzeinrichtung auch zwei Distanzmeßglieder vorsehen, der°n eines beispielsweise auf 90% und deren anderes aui 120% der Leitungslänge eingestellt wird. Beide Meßsysteme wirken dann auf getrennte Hilfsrelais mit Selbsthaltung. Das Zeitrelais wird dann mit zwei Kontakten ausgerüstet und die Schaltung so ausgeführt, daß das auf 120 °/₀ eingestellte Meßglied mit einer etwas höheren Zeit auslöst als das auf 90% eingestellte.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der neuen Selektivschutzanordnung an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert.

Fig. ι zeigt zunächst eine der gebräuchlichsten Schaltungen für normale Distanzrelais mit Phasenbevorzugung im Doppelerdschlußfall, wobei nur die Teile eingezeichnet sind, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind.

In Fig. ι a sind die Strom- und Spannungswandleranschlüsse dargestellt. Darin bedeutet 1 eine Sammelschiene, von der unter anderem eine Drehstromleitung 2 über einen Leistungsschalter 3 abgehen möge.

Das Distanzrelais für diese Leitung ist spannungsseitig an den Sekundärklemmen u, v, w und mp der Spannungswandler 4 angeschlossen. Der Strompfad wird von den Stromwandlern 5 gespeist. Er führt über Anregeglieder Jr, J_t und J_M zu einem in Stern geschalteten vierpoligen Shunt, an dessen Eingangsklemmen r, s, t und m die der jeweiligen Fehlerart entsprechenden stromproportionalen Meßgrößen für da: Impedanz- und Richtungsglied des Distanzrelaii von vorgeschalteten Auswahlkontakten abgegriffen werden.

Die Auswahlschaltung selbst ist in Fig. ib dargestellt. Sie zeigt eine Anordnung von Umschaltkontakten, die 'von den Anregegliedern betätigt werden, was meist über nachgeschaltete Hilfsrelais geschieht. Es sind zwei Kontaktgruppen eingezeichnet, deren eine an die Sekundärklemmen u, v, w und mp der Spannungswandler führt, während die andere Gruppe die Auswahl der Strommeßgröße besorgt und an die Eingänge r, s, t, m des vierpoligen Shunts angeschlossen ist. Die Ausgänge der Strom- und Spannungsauswahlschaltung führen zu den Meßkreisen des Impedanz- und Energierichtungsgliedes, die auf diese Weise bei jeder zu erfassenden Fehlerart mit den hierfür notwendigen Meßgrößen des Drehstromsystems beaufschlagt werden. Wie ersichtlich, wird die Messung im Doppelerdschlußfall RS — also beim Ansprechen der Anregung Jr und Jm — auf den Leiter R orientiert, der damit der »bevorzugte« Leiter ist. Das Distanzrelais bringt also bei Doppelerdschluß RS diejenige Leitung zur Abschaltung, die den Erdschlußpunkt des Leiters R enthält, während die Leitung mit dem Erdschlußpunkt in 5 nicht abgeschaltet wird. In analoger Weise wird von der dargestellten Auswahlschaltung in den Doppelerdschlüssen ST und TR der Leiter T bevorzugt, während jeweils die verbleibenden Erdschlüsse in S bzw. R nicht erfaßt werden.

Fig. 2 zeigt nun die erfindungsgemäße Ausführungsart für ein zusätzliches Relais, das auch die Abschaltung der vom Distanzrelais nach Fig. 1 nicht miterfaßten Leitungen ermöglicht.

In Fig. 2 a ist zunächst die Auswahlschaltung dargestellt. Wie ersichtlich, ist der Ausgang des Strom- und Spannungspfades des Meß- und Richtungsgliedes an die Punkte m und mp (s. Fig. 1 a) angeschlossen, so daß grundsätzlich die Meßwerte gegen Erde erfaßt werden. Weiterhin ist im Leiter S ein Anregeglied Js vorgesehen, das über nachgeschaltete Kontakte die Eingänge des Meßkreises jeweils auf den richtigen Phasenleiter orientiert. Spricht im Doppelerdschluß das Anregerelais Js an, so kann es sich nur um einen Fehler zwischen den Leitern R und S oder S und T handeln. Da das Hauptrelais in diesen beiden Fällen den Leiter S unberücksichtigt läßt, muß dieser von dem erfindungsgemäßen Zusatz¹-relais erfaßt werden. Dieses wird durch Ansprechen von Js auf den Leiter S geschaltet und mißt daher die Entfernung des Erdschlußpunktes in S vom Relaiseinbauort. Spricht dagegen im Doppelerdschluß /5 nicht an, so handelt es sich um einen Fehler zwischen den Leitern R und T, bei welchen vom Hauptrelais der Leiter T bevorzugt wird. Das Zusatzrelais nach Fig. 2 mißt dementsprechend in diesem Falle die Schleife R gegen Erde aus.

Fig. 2 b zeigt im Prinzip eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des zugehörigen Betätigungsstromkreises. Der Kontakt i_m, der in Abhängigkeit vom Summenstfom durch das Anregeglied/^ betätigt wird, fragt im Doppelerdschlußfall die Kontakten des Richtungsgliedes und d des Distanzrelais ab. Liegt ein Fehler im Schutzbereich vor, so schließt sich d, und η bleibt geschlossen. Es wird also das Hilfsrelais H erregt, das sich über seinen Kontakt h selbst hält, solange der Doppelerdschluß besteht, solange also i_m geschlossen bleibt. Der Kontakt h³ bringt das Zeitrelais T zum Anlaufen, um den Auslösebefehl des Hilfsrelais H zunächst zu speichern, und zwar mindestens so lange, bis die Hauptrelais die Leitung mit dem bevorzugten Erdfehler abgeschaltet haben. Es kann jedoch die Zeitverzögerung noch etwas länger eingestellt werden, um zunächst einmal abzuwarten, ob der verbleibende Einfacherdschluß durch die Petersen-Spule gelöscht wird und sich damit eine weitere Leitungsabschaltung erübrigt.

Da durch die Abschaltung des bevorzugten Erdfehlers der in der Erde fließende Kurzschlußstrom unterbrochen wird, fällt in diesem Moment natürlich das Anregerelais Jm zurück und öffnet seinen Kontakt i_m. Damit würde aber unerwünschterweise auch der gespeicherte Auslösebefehl wieder gelöscht. Um dies zu verhindern, ist gemäß der weiteren Erfindung ein nicht dargestelltes Spannungsrelais U em vorgesehen, das von der Sternpunkt-Erdspannung erregt wird und seinen dargestellten Kontakt u_em noch so lange geschlossen hält, wie der zurückgebliebene Einfacherdschluß bestehenbleibt. Damit wird über den Kontakt A² ein weiterer Selbsthaltekreis für den gespeicherten Auslösebefehl wirksam, der erst beim Erlöschen des Erdschlusses unterbrochen wird, wodurch das Zusatzrelais wieder in die Grundstellung zurückfällt. Erlischt der Erdschluß nicht von selbst, so wird schließlich nach Ablauf des Zeitrelais T die Abschaltung durch den Kontakt t vorgenommen. Der Kontakt h² soll verhindern, daß bereits bei Auftreten eines Einfacherdschlusses ein Auslösebefehl gespeichert wird.

Beim Schutz von Einphasenleitungen mit nur zwei Leitern kann statt der Sternpunkt-Erdspannung auch die Spannung zwischen dem nicht bevorzugten Phasenleiter und Erde überwacht werden. Die Selbsthaltung über h² würde in diesem Fall so lange aufrechterhalten werden, bis die normale Spannung dieses Leiters gegen Erde wiederkehrt.

Fig. 3 zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführungsmöglichkeit, und zwar mit zwei nicht dargestellten Distanzmeßgliedern D₁ und D₂, wobei D₁ auf eine selektive Reichweite von etwa go % und D₂ auf etwa 120% eingestellt werden kann. Die Auswahlschaltung .hierzu kann wiederum der Fig. 2a entsprechen. Die Schaltung des Betätigungsstromkreises in Fig. 3 entspricht im Prinzip derjenigen nach Fig. 2b. Die beiden Meßglieder, von denen nur die Kontakte S₁ und d₂ dargestellt sind, arbeiten aber auf getrennte Hilfsrelais H₁ und H₂. Zu dem Hilfs-

relais H₁ gehören die Kontakte h\, h\ und h\. Analog besitzt das Hilfsrelais H₂ die Kontakte h\, h\ und h\. Da d₂ immer auch dann schließt, wenn ^₁ anspricht, genügt es, das zweite Zeitrelais T von einem Kontakt des Hilfsrelais H₂ zu starten. Die erste Zeitstufe (Kontakt t¹) wird nur dann wirksam, wenn ein Fehler in'der ersten Zone (maximal etwa 90%) liegt und damit H₁ zum Ansprechen kommt. Bei weiter entfernten Fehlern, auf die nur D₂ anspricht, wird nur die zweite Zeitstufe (Kontakt i²) wirksam.

Die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist selbstverständlich in mannigfacher anderer Weise möglich. So können z. B. auch die erfindungsgemäßen Zusatzteile gleich von vornherein ganz oder wenigstens teilweise konstruktiv mit dem Grund-Distanzschutz vereinigt werden. Weiterhin sind aber auch unter Umständen erhebliche Vereinfachungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel könnte man sich in manchen Fällen lediglich mit einer selektiven Kennzeichnung der zweiten erdschlußbehafteten Leitung begnügen, ohne deren Auslösung unmittelbar vom Schutz vornehmen zu lassen. Man könnte dann auf das Zeitrelais T und auf das Sternpunkt-Erdspannungsrelais Uem verzichten und ein Schauzeichen auf den Hilfsrelais H bzw. H₁ und H₂ vorsehen oder von diesen auch ein einfaches automatisches Signal auslösen lassen. Die Selbsthaltekontakte der Hilfsrelais wären dann ebenfalls entbehrlich.

Sowohl beim abschaltenden als auch beim nur signalisierenden Zusatzschutz kann man natürlich bei Verwendung eines einzigen Distanzmeßgliedes dieses auch auf die streng selektive Entfernung von etwa 90% statt 100% oder darüber einstellen. In diesem Falle ist die zweite erdschlußbehaftete Leitung zumindest an einem Ende selektiv gekennzeichnet. Im Bedarfsfall kann auch eine Übertragung an das andere Ende über einen Hilfskanal, z. B. HF-Kanal, erfolgen. Dieses Signal kann nach Beheben zur Abschaltung der Leitung oder auch nur zur Kennzeichnung des Erdschlusses ausgenutzt werden.

Wenn man sich mit einer nicht streng selektiven

Signalisierung begnügen will, kann gegebenenfalls auch das Energierichtungsrelais fortfallen. Auch dann bleiben für das Auffinden der erdschlußbehafteten Leitung umfangreiche Probeabschaltungen erspart.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Distanzrelaisanordnung für die Abschaltung von Doppelerdschlüssen in Hochspannungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Impedanz- und Richtungsglied für die bevorzugte Abschaltung einer fehlerhaften Leitung ein zweites Impedanz- und Richtungsglied vorgesehen ist, das im Doppelerdschlußfal¹. erforderlichenfalls über eine Auswahlschaltung die nicht bevorzugte zweite fehlerhafte Leitung ermittelt und, wenn nötig, abschaltet und/oder den Fehler durch Signale anzeigt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösebefehl des zusätzlichen Impedanz- und Richtungsgliedes vor seiner Weiter- | gäbe an den Leistungsschalter mit Hilfe eines Zeitrelais gespeichert wird, damit die bevorzugte Leitung auch bei ungünstiger Fehlerlage mit Sicherheit als erste abgeschaltet wird.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Weitergabe des Auslösebefehls zusätzlich verzögert wird, damit unter Umständen in der Zwischenzeit eine selbsttätige Löschung des noch bestehenden Erdschlusses eintreten kann.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gespeicherte Auslösebefehl nur dann zur Abschaltung führt, wenn der Erdschluß bis zum Ablauf der Verzögerungszeit nicht erloschen ist, daß im anderen Falle dagegen der Auslösebefehl zurückgenommen wird.
5. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Impedanz- und Richtungsglied auf mindestens 100 °/₀ der zu überwachenden Leitungslänge eingestellt ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schutzeinrichtung zwei Distanzmeßglieder aufweist, von denen das eine auf eine selektive Entfernung von beispielsweise 90% und das andere auf eine Entfernung von über 100% der zu überwachenden Leitungslänge eingestellt ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht selektiv eingestellte Distanzglied mit einer größeren Auslöseverzögerung arbeitet als das selektiv eingestellte Distanzglied, so daß eine weiterhin erhöhte Auslösezeit nur in den Fehlerfällen auftritt, bei denen das selektiv eingestellte Distanzglied nicht mehr anspricht.
8. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für das zusätzliche Impedanz- und Richtungsglied eine Anregung in der Phase vorgesehen ist, in der das Hauptimpedanzrelais keine'Anregung enthält, wobei in Abhängigkeit von dieser Anregung die Phasenauswahl für das zusätzliche Impedanz- und Richtungsglied getroffen wird.
9. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, =· daß ein gespeicherter Auslösebefehl auch nach Aufhören des Erdkurzschlußstromes durch den Kontakt (u_em) eines von der Spannung Sternpunkt—Erde erregten Relais weiterhin so lange aufrechterhalten wird, bis der verbliebene Erdschluß erloschen oder ebenfalls abgeschaltet ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Kontakt des Spannungsrelais (u_em) ein besonderer Selbsthaltekontakt des Hilfsrelais hegt.
11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einphasenleitungen mit nur zwei Leitern die Spannung zwischen dem nicht bevorzugten Phasenleiter und Erde überwacht wird.
12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung des Aufwandes

die zweite erdschlußbehaftete Leitung lediglich durch ein Schauzeichen markiert, aber nicht abgeschaltet wird.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Vereinfachung auf ein zusätzliches Richtungsglied verzichtet ist und damit nur eine angenähert selektive Kennzeichnung der zweiten erdschlußbehafteten Leitung erfolgt.
14. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Impedanz- und RicMungsglied auf eine streng selektive Entfernung von etwa 90% eingestellt ist, damit die zweite erdschlußbehaftete Leitung zumindest an einem Ende selektiv gekennzeichnet ist und erforderlichenfalls abgeschaltet wird.
15. Anordnung nach Anspruch 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein etwa nur einseitig gegebener Auslösebefehl oder eine nur einseitig gegebene Markierung über einen Hilfskanal be- ao liebiger Art zum anderen Leitungsende übertragen und dort ausgewertet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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