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Schaltung von Leitungsschutzrelais für Drehstrom.
Um in elektrischen Leitungen Fehler, die durch Kurzschluss entstanden sind, möglichst schnell feststellen zu können oder auch selbsttätig die fehlerhaften Leitungsstreeken abzuschalten, verwendet man Relais, die sowohl von der Spannung wie von der in den Leitungen fliessenden Stromstärke beeinflusst werden. In ihrer vollkommensten Form messen derartige Relais den Quotienten aus Spannung und
Stromstärke, mit andern Worten also den Widerstand der Leitung. Die Relais werden auf den Blind- oder Scheinwiderstand eingestellt.
Ist der Widerstand des Fehlerstromkreises bekannt, so lässt sich daraus ein Schluss auf die Entfernung des Fehlerortes selbst ziehen ; denn der Widerstand des Kurzschlusses selbst kann vernachlässigt werden, insbesondere dann, wenn das Relais auf den Blindwiderstand anspricht und die im ersten Augenblick nach dem Eintreten des Fehlers gemessenen Werte zugrunde gelegt werden.
Wenn es sich um Anzeigegeräte handelt, gleichgültig, ob selbsttätige Abschaltung der fehlerhaften Strecke damit verbunden ist oder nicht, so kann die Skala statt in Ohm unmittelbar in Längeneinheiten geeicht werden, so dass sie die Entfernung des Fehlers unmittelbar angibt. Bei Drehstromleitungen tritt hier insofern eine Schwierigkeit auf, als sowohl zweiphasige Kurzschlüsse wie auch dreiphasige Kurzschlüsse auftreten können. Der Stromverlauf und der Einfluss auf die Spannung ist in beiden Fällen derartig verschieden, dass eine richtige Eichung der Skala für zweiphasigen Kurzschluss durchaus nicht richtige
Angaben auch für dreiphasigen Kurzschluss gewährleistet.
Gemäss der Erfindung wird diese Schwierig- keit durch eine derartige Schaltung der Leitungsschutzrelais überwunden, dass die Spannungselemente der Relais von den verketteten Spannungen und die Stromelemente der Relais von den verketteten Strömen der drei Phasenleitungen erregt werden. An Hand des im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels soll gezeigt werden, dass die Relais dann sowohl bei zweiphasigem wie bei dreiphasigem Kurzschluss richtig arbeiten.
Bekannten Einrichtungen gegenüber, bei denen die Stromspulen der einzelnen Abschalterelais von dem Strome je einer Phase durchflossen werden, hat die Vorrichtung gemäss der Erfindung den Vorteil, dass bei zweiphasigem Kurzschluss nur der Fehlerstrom, aber nicht der Betriebsstrom, auf die Abschalt- relais einwirkt, wie weiter unten gezeigt werden wird.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für die Schaltung gemäss der Erfindung dargestellt. Die drei
Leitungen R, S, T werden von der Stromquelle 1 gespeist. Die sekundären Wicklungen dreier Strom- wandler 2,3, 4 sind in Dreieck geschaltet und mit den Stromspulen 12, 13, 14 der drei Fehlerortsrelais verbunden. Durch jede Stromspule fliesst ein Strom, der dem verketteten Strom zweier Phasen entspricht. An den Spannungsspulen 32, 33 und 34 der Relais liegt die verkettete Spannung zweier Phasen, u. zw. derart, dass jede Spannungsspule an der verketteten Spannung derselben beiden Phasen liegt, von deren verkettetem Strom die Stromspule durehflossen wird. Die verketteten Spannungen können in bekannter Weise durch direkten Anschluss an die Phasen oder über Spannungswandler erhalten werden.
In Fig. 2 sind die Fehlerstrom bei einem zweiphasigen Kurzschluss in das Sehaltungssehema eini gezeichnet. Der Kurzschluss 6 ist zwischen den beiden Phasen R und S angenommen. Diese beiden Phasen werden dann von ein und demselben Fehlerstrom, aber in entgegengesetzter Richtung durchflossen, wie durch die Pfeile dargestellt. Auch die in den Stromwandlern induzierten Ströme sind durch ent- sprechend Pfeile veranschaulicht. Verfolgt man den sekundären Stromkreis des Wandlers, so ergibt
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sich, dass die Relaisspule 12 vom doppelten Fehlerstrom, die Relaisspulen 13 und 14 vom einfachen Fehlerstrom durchflossen werden. Die Relais 13 und 14 spielen für die Fehlerortsbestimmung keine Rolle, da die Spannung in ihren Spannungsspulen 33 und 34, wenn überhaupt, nur wenig zurückgeht.
Die zur
Stromspule 12 zugehörige Spannungsspule 32 dagegen misst die zwischen den kurzgeschlossenen Phasen R und < S'zusammengebrochene verkettete Spannung. Wird nun durch diese beiden Spulen der Quotient der Spannung und der Stromstärke auf irgendeine Weise erkennbar gemacht, so ist dieser Quotient die
Spannung zwischen R und S geteilt durch den doppelten im Fehlerstromkreise fliessenden Strom. Der angezeigte Wert ist also die Hälfte des Widerstandes des gesamten Fehlerstromkreises oder mit andern Worten, der Widerstand einer Phase von der Überwachungsstelle bis zum Fehlerort.
An den beiden von dem Fehler betroffenen Phasen R und S ist infolge des Kurzschlusses die
Spannung nahezu verschwunden. Infolgedessen fliesst durch die betriebsmässige Belastung der beiden Phasen kein nennenswerter Strom. Dagegen bleibt die Spannung der gesunden Phase erhalten und der durch sie fliessende Betriebsstrom kehrt durch die kranken Phasen R und S je zur Hälfte zur Stromquelle zurück. Da aber durch die Stromspule des ansprechenden Leitungsschutzrelais nur die Differenz der in den kranken Phasen herrschenden Ströme hindurchfliesst, verschwindet der Betriebsstrom in diesem Relais vollständig.
Der Betriebsstrom kann also nicht die Fehlerentfernung falschen, wie dies bei bekannten Einrichtungen der Fall ist, bei denen die Stromspulen der Relais nur von den einfachen Phasenströmen durchflossen werden.
Soll die Schutzeinrichtung auch bei dreiphasigem Kurzschluss richtige Werte liefern, so muss auch hiebei der erkennbar gemachte Quotient der Widerstand einer Phasenleitung sein. In Fig. 3 ist dieser Fall eines dreiphasigen Kurzschlusses dargestellt. In allen drei Phasen R, S, T fliessen infolge des dreiphasigen Kurzschlusses 7 gleich grosse, um 120 in der Phase gegeneinander versetzte Ströme. Die entsprechenden Ströme fliessen in den Sekundärwicklungen 2,3, 4 der Stromwandler, und in den Stromspulen 12, 13, 14 der drei Relais fliessen die verketteten Ströme. Da aber die Spannungsspule jedes Relais an der verketteten Spannung der Phasen liegt, deren verketteter Strom die Stromquelle des Relais durchfliesst, so ist der gemessene Quotient gleich der verketteten Spannung dividiert durch den verketteten Strom.
Das ist aber in diesen Fällen der Widerstand einer Phasenleitung von der Überwachungsstelle bis zum Fehlerort.
Bei der Relaisanordnung gemäss Fig. 1 und 3 liegen die Spannungswicklungen der Relais, die auch bei stark gesunkener Spannung noch einigermassen genau arbeiten sollen, dauernd an der vollen Betriebsspannung. Um sie vor unzulässiger Erwärmung zu schützen, sucht man dies zu vermeiden. Es ist nun bekannt, den Stromkreis für die Spannungsspulen aus diesem Grunde erst dann zu schliessen, wenn Überstrom auftritt. Bei der neuen Relaisanordnung gemäss der Erfindung wurde dadurch aber die Gefahr entstehen, dass die Spannungsspulen auch an gesunde Spannungen angelegt werden, was ja gerade vermieden werden soll ; denn im Falle eines Kurzschlusses werden alle verketteten Ströme über den normalen Wert erhöht, so dass bei Verwendung von Überstromrelais sämtliche Spannungsspulen eingeschaltet werden würden.
Aus diesem Grunde werden gemäss der weiteren Erfindung die Spannungsspulen durch Hilfsrelais eingeschaltet, die ebenso wie die Leitungssehutzrelais auf das Verhältnis der verketteten Spannungen und der verketteten Ströme ansprechen. Diese Hilfsrelais können jedoch wesentlich einfacher gebaut werden, da von ihnen bei stark gesunkenen Spannungswerten kein genaues Arbeiten mehr verlangt wird, sie vielmehr nur ansprechen sollen, sobald ein bestimmter Wert des genannten Verhältnisses überschritten wird.
Als Ausführungsbeispiel ist eine Schaltung gemäss der Erfindung in Fig. 4 dargestellt. Die drei Phasen des Drehstromnetzes sind mit R, S'und T bezeichnet. Um einen Kurzschluss zwischen den Phasen R und S anzuzeigen oder abzuschalten, ist das Leitungsschutzrelais 41 mit der Stromspule 411 und der Spannungsspule 412 angeordnet. Bei einem Kurzschluss zwischen den Phasen S und T tritt das Leitungsschutzrelais 42 mit der Stromspule 421 und der Spannungsspule 422 in Tätigkeit, bei einem Kurzschluss zwischen den Phasen T und R das Leitungsschutzrelais 43 mit der Stromspule 431 und der Spannungsspule 432. Drei Stromwandler 44, 45, 46 sind in Dreieck geschaltet, und die verketteten Ströme
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schutzrelais an einen gemeinsamen Sternpunkt geführt.
Die Spannungsspule 412 des Leitungsschutz- relais 41 soll an den Phasen R und S liegen, da das Relais bei einem Kurzschluss zwischen diesen beiden Phasen in Tätigkeit zu treten hat. Die Verbindung mit der Phase R ist jedoch durch einen Schalter 413 unterbrochen, der erst durch das Hilfsrelais geschlossen wird, sobald das Verhältnis zwischen der verketteten Spannung B- < ? zu dem verketteten Strom unter ein bestimmtes Mass gesunken ist. Das Hilfsrelais hat zu diesem Zweck die Stromwicklung 414 und die Spannungswicklung 415. Die letztere ist so gewickelt, dass sie dauernd an der verketteten Spannung liegen bleiben kann. Ihre Unempfindlichkeit bei besonders stark gesunkener Spannung kann in Kauf genommen werden.
Ist der Schalter 413 durch das Hilfsrelais geschlossen worden, so tritt das Leitungsschutzrelais 41 in Tätigkeit. Es kann in der Weise arbeiten, dass es die Ölschalter nur dann öffnet, wenn der Fehler innerhalb der zu überwachenden Strecke liegt oder es kann auch die Verzögerungszeit bestimmen, mit der die Schalter geöffnet werden sollen.
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Auch das andere Ende der Spannungsspule 412 ist mit seiner Phase S nicht unmittelbar verbunden, sondern über einen Schalter 426. Dieser wird durch einen Elektromagneten 40 umgelegt, sobald die Nullspannung Eo des Netzes über einen bestimmten Betrag gestiegen ist, d. h. mit andern Worten dann, wenn ein Erdschluss vorliegt. Hat nur eine einzige Phase Erdschluss, so sprechen die Hilfsrelais nicht an, und die Umlegung des Schalters 426 hat keine Bedeutung. Haben aber zwei Phasen, z. B. R und S, Erdschluss, so entsteht dieselbe Wirkung wie bei einem Kurzschluss. Das richtige Arbeiten der Relais kann in diesem Falle aber in Frage gestellt werden, wenn die beiden Erdschlüsse auf verschiedenen Seiten des Relais liegen.
Um trotzdem das Auslösen der richtigen Ölschalter zu gewährleisten, wird bei doppeltem Erdschluss die Spannungsspule 412 an die Spannung der Phase R gegen Erde angelegt. Sobald nämlich der Magnet 40 durch die auftretende Nullspannung erregt wird, wird der Schalter 426 gegen einen Kontakt 441 angelegt, der an Erde liegt.
Die Leitungssehutzrelais 42 und 43 arbeiten in derselben Weise wie das Leitungsschutzrelais 41.
Ihre Spannungsspulen werden durch die Schalter 423 und 433 an Spannung gelegt, sobald die Hilfsrelais ansprechen, deren Stromspulen 424 und 4. 34 von den verketteten Strömen und deren Spannungsspulen 425 und 435 von den verketteten Spannungen erregt werden. Die andern Klemmen der Spannungsspulen 422 und 432 werden bei Erdschluss durch die Umschalter 436 und 416 von den Phasen des Netzes abgetrennt und an Erde gelegt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltung von Leitungsschutzrelais für Drehstrom, die in Abhängigkeit sowohl von der Spannung wie von der Stromstärke des Kurzschlusskreises arbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungs- elemente (32, 33, 34) der Relais von den verketteten Spannungen und die Stromelemente (12, 13, 14) der Relais von den verketteten Strömen der drei Phasenleitungen erregt werden (Fig. 1-3).