DE975510C - Selektivschutzanordnung fuer zusammenhaengende Netze - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Selektivschutzanordnung für zusammenhängende Netze. Der bekannte Selektivschutz beruht auf einer Entfernungsmessung der Kurzschlußstelle von den Einbaustellen der Schalter, wobei nur diejenigen Schalter auslösen, die die Kurzschlußstelle einrahmen. Es muß daher die Auslösezeit mit wachsender Entfernung zunehmen.

Eine wesentlich schnellere Messung und damit ein schnelleres Ansprechen des Selektivschutzes ist Aufgabe der Erfindung, die gelöst wird durch die Verwendung einer oder mehrerer Einrichtungen zum Regeln und Unterbrechen von Wechselströmen mit Widerständen, die durch lichtbogenarme oder lichtbogenfreie Schaltmittel in der Nähe des Stromnulldurchganges bzw. bei einem im Verhältnis zum Scheitelwert des zu beeinflussenden Stromes kleinen Augenblickswert in dem zu schützenden Stromkreis derart wirksam gemacht werden, daß noch vor Erreichen des nächsten Stromscheitelwertes ein zu dessen wesentlicher Verringerung ausreichender Widerstandsbetrag vorhanden ist. Solche Regeleinrichtungen sind bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden.

Die schnellere Messung wird dadurch bewirkt, daß durch diese Regeleinrichtungen das Netz zunächst kurzschlußstromfrei gemacht wird, indem die Widerstände zur Strombegrenzung unmittelbar,

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d.h. ο, ι bis 0,2 Millisekunden, nach Einsetzen des Kurzschluß stromes eingeschaltet werden. Dadurch werden die Netzdaten künstlich verändert, und diese dienen als Grundlage für die relative Erfassung der Kurzschlußstelle. Zur Messung braucht dabei z. B. nur die künstlich veränderte räumliche Spannungsverteilung ausgenutzt zu werden.

An den einzelnen Abzweigstellen oder Stationen ist mindestens eine solche Einrichtung zum Regeln und Unterbrechen des Stromes angeordnet, deren Arbeiten selbsttätig in Abhängigkeit von Fehlern (Störungen) ausgelöst wird. Zweckmäßig werden Regeleinrichtungen in solcher Ausbildung angewendet, daß sie nach Wegfall des Steuerimpulses, d. h. also nach Wegfall des Fehlers, selbsttätig in ihre Ausgangsstellung zurücklaufen. Hierbei kann mit besonderem Vorteil am Ende der eigentlichen Kontaktbahn des Widerstandes ein Dauerkontakt vorgesehen werden, der mit dem Anfang des Wider-Standes über einen Widerstand mit verhältnismäßig großer Wärmekapazität verbunden ist, so daß er die durch den Widerstand begrenzte Stromstärke längere Zeit hindurch aufzunehmen vermag. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, hinter diesem Dauerkontakt noch eine besondere Stellung vorzusehen, in der der Stromkreis unterbrochen ist.

Die Auswahl der einzelnen Schalteinrichtungen, wie diese für eine selektive Abschaltung bzw. einen Selektivschutz erforderlich sind, kann hierbei in verschiedener Weise erfolgen. So kann beispielsweise die Anordnung derartig ausgebildet werden, daß sämtliche Regeleinrichtungen, über die der Strom zur Fehlerstelle fließt, durch den Fehler in Wirksamkeit gesetzt werden, worauf sie bis in die Endstellung laufen und sodann wieder in die Ausgangsstellung zurücklaufen. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung ergibt sich hierbei, wenn die der""" Fehlerstelle am nächsten liegende Regeleinrichtung in der Endstellung festgehalten wird. Wenn diese Endstellung als Ausschaltstellung ausgebildet ist, so ist hierdurch die Fehlerstelle abgeschaltet, und der Betrieb kann im übrigen Netz unbedenklich fortgesetzt werden. Wenn die Endstellung als Dauerstellung ausgebildet ist, so ist hierdurch der über die Fehlerstelle fließende Strom auf einen geringen Wert begrenzt, so daß das übrige Netz wieder in Betrieb genommen werden kann.

Hierbei kommt ein besonderer Vorteil der Verwendung der bereits vorgeschlagenen Regel- und Unterbrechungseinrichtung für einen Selektivschutz zur Geltung, indem nämlich in allen den Fällen, in denen die Störung nur in Form eines Luftlichtbogens besteht (was für einen hohen Prozentsatz aller Störungen zutrifft), dieser Lichtbogen bereits durch die Herabregelung des Stromes auf einen geringen Wert nicht mehr existenzfähig wird und daher erlischt, so daß bei einer folgenden Zurückregelung der Betrieb ohne jeden Abschaltvorgang des gestörten Teiles wieder fortgesetzt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausbildung ergibt sich auch, wenn alle Regeleinrichtungen bis zu einer Widerstandsdauerstellung bewegt werden und nur die der Fehlerstelle zunächst liegende Regeleinrichtung über die Dauerstellung hinaus bis in die Ausschalt- 6g stellung weiterbewegt wird.

Das Arbeiten der Regeleinrichtung kann mit Vorteil von den durch den Fehler bedingten Änderungen der elektrischen Größen im Netz unmittelbar eingeleitet werden, also beispielsweise durch den Überstrom oder durch den Spannungszusammenbruch oder das Verhältnis von Spannung zu Strom (Impedanz, Reaktanz) oder auch durch die. Änderung des Spannungsgradienten. Ebenso kann auch die selektive Auswahl der der Fehlerstelle am nächsten liegenden Regeleinrichtung — bei Mehrfachspeisung wie in vermaschten Netzen usw. gilt dies für alle der Fehlerstelle zunächst liegenden Einrichtungen, über die eine Speisung des Fehlerpunktes erfolgen kann — in Abhängigkeit von einer dieser Größen durchgeführt werden, und zwar unter Verwendung von beliebigen Mitteln der Fernsteuertechnik.

Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn in den einzelnen Regeleinrichtungen spannungsabhängige Einrichtungen angeordnet sind, die unter dem Einfluß der Spannung arbeiten, die an dem der Speisestelle abgewendeten Ende der Regeleinrichtung besteht. Diese Spannung hat immer an der der Fehlerstelle zunächst liegenden Einrichtung den geringsten Wert, so daß in reziproker Abhängigkeit von dieser Spannung die Freigabe eines zusätzlichen Arbeitsbereiches bzw. die Verriegelung in der einmal erreichten Einstellung bewirkt werden kann.

Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, das Verhältnis zwischen Spannung und Strom an dieser Stelle, also die Impedanz, zur Steuerung des Arbeitsbereiches heranzuziehen. Dies kann z. B. mit Hilfe eines Spannungsrelais, etwa in Form eines Kipprelais, erzielt werden. Die Stromspule eines solchen Relais wird zweckmäßig parallel zu einem Teil des Widerstandes geschaltet. Mit besonderem Vorteil kann die Schaltung so ausgebildet werden, daß die Stromspule erst dann vom Strom durchflossen wird, wenn der Regelwiderstand in Tätigkeit getreten ist.

Sofern es darauf ankommt, sowohl Kurzschlüsse wie Doppelerd- und Erdschlüsse zu erfassen, kann ein besonderes Relais oder eine besondere Spule pro Pol an der verketteten Spannung und ein anderes Relais (eine andere Spule) an der Spannung gegen Erde liegen.

Mit besonderem Vorteil können in Hochspannungsanlagen, für die die Regeleinrichtung besonders geeignet ist, die spannungs- bzw. stromabhängigen Elemente für die Steuerung auf der Hochspannungsseite angeordnet werden. Auf diese Weise wird es ermöglicht, diese Steuerelemente als organische Teile der Regeleinrichtung auf deren Potential auszuführen. Hierbei kann der Strom beispielsweise unmittelbar über die Steuereinrichtung geführt sein, oder ein an einem Shunt abgezweigter Strom kann zur Beeinflussung der Steuerelemente herangezogen werden. Die Spannung kann einem solchen Relais unmittelbar zugeführt werden.

Auch ist es möglich, mit Hilfe eines Stromwandlers, der selbst auf der Hochspannungsseite auf Hochspannungspotential angeordnet ist, die Steuereinrichtung zu speisen.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. ι das Schema einer Regeleinrichtung für die Verwendung zu einer selektiven Einschaltung gegeben. Hierbei ist mit ι ein Widerstandskörper bezeichnet, der an seinem einen Ende mit einem metallenen Endkontakt 2 versehen ist, der der Dauerstellung geringsten Widerstandes zugeordnet ist. Beim Regelvorgang kann der eingeschaltete Teil des Widerstandskörpers ι mit Hilfe eines wiegenartigen Wälzkörpers 3 verändert werden, der an der Kontaktbahn des Widerstandskörpers 1 abgewälzt wird. Mit 4 ist ein weiterer Kontakt am anderen Ende des Widerstandskörpers bezeichnet, der von dem Widerstandskörper selbst isoliert und mit dem Hauptendkontakt 2 über einen Widerstand 5 von ao sehr großer Wärmekapazität verbunden ist. In der gezeichneten Stellung liegt die Wiege auf dem Kontakt 4 auf. Bei der Weiterbewegung über diese Stellung hinaus kommt die Wiege auf einen Isolierkörper 9, wodurch der Strom abgeschaltet wird. In dieser durch gestrichelten Linienzug angedeuteten Stellung wird die Wiege durch eine Klinke 6 festgehalten, die einerseits unter der Wirkung einer Feder 7, andererseits unter der Wirkung eines Solenoids 8 steht, das von der Spannung an dem der Speisestelle abgewendeten Ende des Widerstandes erregt ist. Die übrige Betätigungseinrichtung der Wiege sowie die Stromzuführung über die Wiege selbst sind hier nicht weiter angedeutet.

Der Spannungsverlauf in einer Stichleitung, beispielsweise als Teilelement eines Netzes, ist in Fig. 2 dargestellt. Mit 11 ist die Spannungsquelle bezeichnet, mit 12 die Stichleitung, mit 13, 14 und 15 abgehende Sammelschienen. Zu beiden Seiten dieser Sammelschienen sind Regeleinrichtungen nach der Erfindung vorgesehen, von denen nur der Widerstand 1 gezeichnet ist.

In dem Falle, daß in dem Punkt A ein Kurzschluß auftritt, ergibt sich in den einzelnen Widerständen ein Spannungsabfall, der annähernd der oberhalb gezeichneten Schaulinie 16 entspricht. Hieraus ist zu ersehen, daß an der dem Fehler A zunächst benachbarten Regeleinrichtung die Spannung praktisch Null ist, so daß die Gegenkraft des Solenoids 8 (vgl. Fig. 1) wegfällt, also die Klinke 6 durch die Feder 7 in Eingriffstellung gezogen wird und so die Wiege 3 in Endstellung festhält.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die einzelnen Regeleinrichtungen besonders derart abzustimmen, daß sie bei einer Störung gewissermaßen in Gleichlauf arbeiten.

Mit besonderem Vorteil kann eine solche Schalteinrichtung mit einer Verzögerungseinrichtung ausgebildet werden, die die Schalteinrichtung (Wiege), nachdem diese mit extrem großer Geschwindigkeit über den Widerstand 1 abgewälzt ist, in der als Dauerstellung ausgebildeten Zwischenstellung auf dem Gegenkontakt 4 eine gewisse Zeit festhält, , bevor sie in die Ausschaltstellung gebracht werden kann. Die Verzögerung kann beispielsweise derart abgestimmt sein, daß vor einer Weiterbewegung zunächst noch ein bis drei Stromnulldurchgänge ablaufen.

Die einzelnen Widerstände 1 können mit besonderem Vorteil, um eine hohe Selektivität sicherzustellen, einerseits mit Rücksicht auf die an der entsprechenden Stelle zu erwartenden Kurzschlußströme dimensioniert werden, andererseits aber auch noch so abgestimmt werden, daß ihr Ohmwert in ein geeignetes Verhältnis zum Leitungswiderstand des jeweils hinter der Regeleinrichtung liegenden Netzteiles kommt. Eine weitere Steigerung der Selektivität kann auch dadurch erreicht werden, daß der Stromspule des verwendeten Impedanzrelais noch von der Spannung abhängige Amperewindungen überlagert werden.

Für mit einem derartigen Schutz ausgeführte Netze kann es von Vorteil sein, diese ohne die üblichen Löschdrosselspulen u.dgl. mit fest geerdetem Nullpunkt auszuführen. Es werden dann Erd-, Doppelerd- und Kurzschlüsse in etwa 5 Millisekunden selektiv abgeschaltet oder zum Erlöschen gebracht. Die Ströme selbst können gewisse Werte, die in der Größenordnung des zwei- bis dreifachen Nennstromes liegen werden, nicht mehr überschreiten, so daß alle Kurzschlußgefährdungen der Anlagen, Maschinen und Transformatoren ausscheiden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß im allgemeinen ein Außertrittfallen der Kraftwerke vermieden wird.

Dies ist auch dann der Fall, wenn ein etwaiger Luftlichtbogen zum Erlöschen gebracht wird, ohne daß eine Abschaltung des gestörten Netzteiles eintritt.

Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, i°° die Stromspule eines derartigen Impedanzrelais erst nach Ablauf einer kurzen Zeit einzuschalten, die genügend groß ist, daß der Kurzschlußstrom während dieser Zeit im wesentlichen Ohmschen Charakter angenommen hat.

Um auch bei Sammelschienenkurzschlüssen eine selektive Abschaltung zu ermöglichen, kann es zweckmäßig sein, die Impedanzkipprelais so zu bauen, daß diejenigen Relais, an denen eine geringe Spannung liegt, bei mehrmals nacheinander erfolgtem Einschalten bzw. Zurückregeln des Widerstandes schneller den Arbeitsbereich der zugehörigen Regeleinrichtung für eine Unterbrechung freigeben als diejenigen, an denen eine höhere Spannung liegt. Wenn dann bei einem Sammelschienenkurz-Schluß mehrere Male nacheinander wieder eingeschaltet wird, kann mit Hilfe derartiger Regel- und Unterbrechungseinrichtungen gleichfalls eine selektive Abschaltung des fehlerhaften Teiles erreicht werden. Unter Umständen, insbesondere in vermaschten Netzen, kann man auch eine Steuerung in Abhängigkeit von der Wärmewirkung verwenden, da im allgemeinen ein Widerstand, der der Fehlerstelle näher benachbart ist, einen größeren Strom führt, also an diesem eine höhere Wärmewirkung frei wird.

In manchen Fällen kann es weiter Vorteil bringen, die Verriegelung der bevorzugten Regelung zeitabhängig wieder freizugeben derart, daß nach einiger Zeit eine zugehörige Regeleinrichtung langsam in die Anfangsstellung zurückläuft.

Ein besonderer Vorteil einer derartigen Ausbil dung der Steuerung der einzelnen Regeleinrichtungen besteht insbesondere auch darin, daß an den einzelnen Regeleinrichtungen irgendwelche Kraftquellen, wie eigens zu spannende Kraftspeicher usw., erspart werden können und das Arbeiten der Einrichtungen unmittelbar vom Strom selbst bewirkt wird, wobei auch unter Ausnutzung von der vom Strom ausgeübten Kraft entgegenwirkenden Kraftspeichern eine selbsttätige Rückregelung in die Ausgangsstellung möglich ist.

Eine andere Möglichkeit der zusätzlichen Beeinflussung in Abhängigkeit von der Fehlerstelle besteht nach der Erfindung darin, daß lediglich die der Fehlerstelle benachbarte Regeleinrichtung in Wirkung gesetzt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Regeleinrichtungen unter der Wirkung eines vorgespannten Kraftspeichers bestehen, wobei in Abhängigkeit von der Spannung eine Festhaltevorrichtung oder Verriegelung freigegeben wird, wodurch eine Betätigung der Regeleinrichtung durch den Kraftspeicher ermöglicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Regeleinrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Mit 1 ist der Widerstandskörper bezeichnet, der mit Endkontakten 2 und 4 versehen ist und mit einem Wälzkörper 3 zusammenarbeitet. Der Wälzkörper ist unmittelbar mit einem Anker 17 eines Festhaltemagneten 18 verbunden, dessen Spule 19 von der Spannung an dem der Speisestelle abgewendeten Ende der Regeleinrichtung erregt ist. Der. Anker 17 steht weiter unter Einfluß eines Kraftspeichers 20. Das Magnetsystem ist noch mit einer nicht gezeichneten Kurzschlußspule versehen, die einen Teilfluß umschließt, so daß zwischen den beiden Teilflüssen eine derartige Phasenverschiebung entsteht, daß ein unbeabsichtigtes Abfallen des Ankers im Spannungsnulldurchgang nicht erfolgen kann. Die Haltekraft des Magnetsystems ist so bemessen, daß bei einem Bruchteil der Normalspannung, beispielsweise einem Zehntel des normalen Spannungswertes, der Anker freigegeben wird und dadurch das Arbeiten der Regeleinrichtung ausgelöst wird.

Es ist auch möglich, eine derartige Festhalteeinrichtung nicht bloß spannungsabhängig zu steuern, sondern auch beispielsweise in Abhängigkeit von der Impedanz. In solchem Falle wird mit Vorteil ein nach Art eines Quotientenrelais ausgebildetes Magnetsystem als Haltekraft angewendet.

Eine derartige Ausbildung bietet den besonderen Vorteil, daß bei einem Störungsvorgang ein Regel- und ein Schaltvorgang nur an den unbedingt erforderlichen Stellen (an einer, bei Mehrfachspeisung an einzelnen) einsetzt, so daß nach Behebung des Fehlers bzw. Abschaltung des gestörten Netzteiles der Betrieb im übrigen Netz in der einfachsten Weise wieder fortläuft.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Selektivschutzanordnung für zusammenhängende Netze, gekennzeichnet durch die Verwendung einer oder mehrerer Einrichtungen zum Regeln und Unterbrechen von Wechselströmen mit Widerständen, die durch lichtbogenarme oder lichtbogenfreie Schaltmittel in der Nähe des Stromnulldurchganges bzw. bei einem im Verhältnis zum Scheitelwert des zu

- beeinflussenden Stromes kleinen Augenblickswert in dem zu schützenden Stromkreis derart wirksam gemacht werden, daß noch vor dem Erreichen des nächsten Stromscheitelwertes ein zu dessen wesentlicher Verringerung ausreichender Widerstandsbetrag vorhanden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einzelnen Abzweigstellen oder Stationen jeweils wenigstens eine derartige Einrichtung zum Regeln und Unter- · brechen des Stromes angeordnet ist, deren Arbeiten selbsttätig in Abhängigkeit von Fehlern (Störungen) ausgelöst wird.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltmittel eine \^rorrichtung verwendet ist, die aus einem Widerstandskörper (1) mit einem metallenen Endkontakt (2), einem von dem Widerstandskörper (1) elektrisch isolierten und mit dem Endkontakt (2) über einen Widerstand (5) aus einem Material hoher Wärmekapazität verbundenen Kontakt (4), einem Isolierkörper (9) und einem wiegenartigen, auf der Kontaktbann des Widerstandes (1), den Endkontakten (2 und 4) und dem Isolierkörper (9) abwälzbaren metallischen Körper (3) besteht, und daß die Bewegung des Abwälzkörpers (3) durch eine Steuervorrichtung (S bzw. 18) in Abhängigkeit von der Spannung des Netzes ausgelöst wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung derart ausgebildet. ist, daß der Abwälzkörper (3) nach Wegfall des Fehlers selbsttätig in seine Ausgangsstellung zurückbewegt wird.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuer- no vorrichtung (8) eine Verriegelung des Abwälzkörpers (3) in der Dauer- oder in der Ausschaltstellung bewirkt wird.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuervorrichtung (8, 18) der Arbeitsbereich der Regelvorrichtung begrenzt wird.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtungen der einzelnen Schalt- und Regeleinrichtungen jeweils in Abhängigkeit von der Spannung an der der Speisestelle abgewandten Seite der zugehörigen Schalt- und Regeleinrichtung beeinflußt werden.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwälzkörper

(3) der Regelvorrichtung durch einen vorgespannten Kraftspeicher betätigt wird, entgegen dessen Wirkung er bis zur Auslösung durch die von der Spannung erregte Steuervorrichtung (8 bzw. 18) festgehalten wird, die ihn beim Zusammenbruch der Spannung freigibt.

9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösevorrichtung außerdem derart in Abhängigkeit von dem Leitungsstrom beeinflußt wird, daß die Freigabe des Wälzkörpers (3) bei dem Durchlaufen eines bestimmten Spannungsstromverhältnisses erfolgt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (8 bzw. 18) nach Art eines vom Verhältnis Spannung zu Strom abhängigen Quotientenrelais, insbesondere eines Kipprelais, ausgebildet ist.

11. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10 für Hochspannungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtungen auf der Hochspannungsseite angeordnet und vorteilhaft mit den Regelvorrichtungen baulich vereinigt sind.

12. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die steuernde Spannung an Teilen von hochohmigen Widerständen, die zwischen den einzelnen Phasen bzw. zwischen einer Phase und Erde geschaltet sind, abgegriffen wird.

13. Anordnung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspule jeweils erst eingeschaltet wird, sobald die Regelvorrichtung aus ihrer Stellung geringsten Widerstandes herausbewegt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 212303, 236344,

288195, 619689, 621518, 623439, 629420,

648888; USA.-Patentschriften Nr. 1 287 232, 2 089 285.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 764 828.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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