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Schutzeinrichtung für Mehrphasenstromkreise.
Es ist bekannt, die Ströme oder Spannungen eines beliebigen Dreiphasensystems in zwei sym- metrische Systeme zu zerlegen, von denen das eine (das mitläufige System) die symmetrisch e Komponente, das andere (das gegenläufige System) die unsymmetrische Komponente des beliebigen Systems darstellt.
Ausserdem tritt im Erdschlussfalle in jeder PI-ase noch eine Einphasenkomponente auf. Diese Komponente ist in allen drei Phasen gleich gross und hat die gleiche Phasenlage. Die Summe dieser letzten Komponenten ist identisch mit dem Summenstrom des Dreiphasensystems bzw. mit der Nullpunktspannung des Systems.
Bezugnehmend auf die Figur werden mit Ja, Jb. Je die Ströme bezeichnet, die in den Phasenleitern A, B und C eines beliebigen unsymmetrischen Dreiphasensystems fliessen. Wie oben erläutert, kann man diese Ströme in folgende drei Komponentengruppen zerlegen :
1. In mitläufige Komponenten, bestehend aus drei gleich grossen Strömen, u. zw. je einem Strom in einem Phasenleiter, die gegeneinander um 120 elektrische Grade verschoben sind und dieselbe Drehrichtung haben wie das betrachtete unsymmetrische System. Dementsprechend enthält der Strom im Phasenleiter A die Stromkomponente J ar, im Phasenleiter B die Stromkomponente k2 J ar und im Phasenleiter C die Stromkomponente k Jssi.
2. In gegenläufige Komponenten, die aus drei gleichen Strömen, u. zw. je einem Strom pro Phasenleiter bestehen, die gegeneinander um 120 elektrische Grade verschoben sind und entgegengesetzte Drehrichtung haben wie das betrachtete unsymmetrische System. Entsprechend fliesst in dem Phasenleiter A eine Stromkomponente J a2, im Phasenleiter Beine Stromkomponente k J a2 und im Phasenleiter C eine Stromkomponente k2 J a2.
3. In Summenstromkomponenten, bestehend aus drei gleichphasigen Strömen zu je einem Strom Jao pro Phase.
Der Operator k bezeichnet die Rotation eines Vektors um 120 , k2 die Rotation um 2400. Die oben erwähnten Stromkomponenten genügen folgenden Gleichungen :
EMI1.1
EMI1.2
<tb>
<tb> Summenstromkomponente <SEP> : <SEP> S' <SEP> (. <SEP> J <SEP> a0) <SEP> = <SEP> (J <SEP> a0, <SEP> J <SEP> a0, <SEP> J <SEP> a0)
<tb> Mitläufige <SEP> Komponente <SEP> : <SEP> S1 <SEP> (J <SEP> a1) <SEP> = <SEP> (J <SEP> a1, <SEP> k2 <SEP> J <SEP> a1, <SEP> k <SEP> J <SEP> a1)
<tb> Gegenläufige <SEP> Komponente <SEP> : <SEP> S2 <SEP> (J <SEP> a2) <SEP> = <SEP> (J <SEP> a2, <SEP> k <SEP> J <SEP> a2, <SEP> k2 <SEP> J <SEP> a2)
<tb>
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EMI2.1
Im Fehlerfall treten die Stromkomponenten entsprechend der Natur und der Lage des Fehlers auf, u. zw. ergibt sich bei den verschiedenen möglichen Fehlern folgendes : Bei Dreiphasenkurzschluss ist kein Erdschlussstrom vorhanden, und da die drei Ströme gleich gross und um 120 gegeneinander verschoben sind, sind die gegenläufige Komponente und die Summen- stromkomponente gleich Null. Die mitläufige Stromkomponente stellt den gesamten resultierenden
Kurzschlussstrom dar.
Bei einfachem Kurzschluss ist die Summenstromkomponente gleich Null, weil keine Erdverbindung besteht, und nur die mitläufigen und gegenläufigen Komponenten bleiben übrig. Diese beiden Kompo- nenten sind gleich gross, ebenso die beiden entsprechenden Spannungskomponenten.
Bei einfachem Erdschluss bilden die mitläufigen, gegenläufigen und Summenstromkomponenten den resultierenden Kurzschlussstrom. Diese drei Komponenten sind gleich gross. Die Summe der Span- nungskomponenten ist gleich Null.
Bei Doppelerdschluss treten alle Komponenten des Stromes auf. Der gesamte Kurzschlussstrom ist die Summe dieser drei Komponenten, die verschiedenen Spannungskomponenten sind in diesem
Fall gleich gross.
Wegen der verschiedenen Werte des Stromes, die bei den möglichen Fehlern auftreten, ist es schwierig, Relaisschutzeinrichtungen zu bauen, die auf vorher bestimmte Fehlerbedingungen ansprechen.
Hat man z. B. Impedanzrelais auf einen einfachen Kurzschluss zwischen zwei Phasen eingestellt, so werden sie in einer andern Weise arbeiten, wenn ein Doppelerdschluss auftritt ; denn es ist, wie aus den vorher- gehenden Betrachtungen zu ersehen ist, die Spannung bei einem Kurzschluss dieselbe wie bei einem Doppel- erdschluss. Der Strom ist jedoch bei Doppelerdschluss höher als bei einfachem Kurzschluss. Diese Ver- grösserung des Stromes erfolgt durch Addition der Summenstromkomponenten. Die mitläufigen und gegenläufigen Komponenten des Stromes sind in beiden Fällen gleich gross.
Die Erfindung bezweckt eine solche Stromeinstellung der Schutzrelais zu ermöglichen, dass der
Grad der Erregung solcher Relais für alle möglicherweise, auftretenden Fehler derselbe ist. Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäss die Summenstromkomponente in den Relaisstromkreisen unterdrückt, vorzugsweise durch einen besonderen Nebenschlussweg, der aus vom Summenstrom erregten Saug- transformatoren besteht. Die für jede einzelne Phasenleitung vorgesehenen Schutzrelais werden zwischen die entsprechenden freien Enden der Sekundärwicklungen von in den zu schützenden Phasenleitungen angeordneten Stromwandler und eine Stempunktleitung dieser Wandler gelegt.
Um den Einfluss der
Summenstromkomponenten auf die Schutzrelais unwirksam zu maehen, wird gemäss der weiteren Erfindung zu jedem der Relais ein Nebenschluss gelegt, der vom Summenstrom der Dreiphasenleitungen beeinflusst wird. Als solchen Nebenschluss verwendet man vorzugsweise die Sekundärwicklungen von Hilfswandlern, deren Primärwicklungen in Reihenschaltung in der Sternpunktleitung der Hauptwandler liegen.
Die Figur zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung für den Schutz eines Dreiphasensystems.
In den drei Phasenleitungen A, B und a liegen Stromwandler, deren Sekundärseiten in Stern geschaltet sind. Von den Sekundärwicklungen 11, 12 und 13 dieser Wandler führen entsprechende
EMI2.2
wandler verbunden ist. Als Schutzrelais kann irgendeine übliche Relaistype verwendet werden. Im besonderen ist die Erfindung auch für Schutzsysteme mit Impedanzrelais anwendbar.
In der Figur sind die Relais schematisch dargestellt, u. zw. sind nur die Stromanschlusse für die Relais gezeichnet. Die Spannungsspulen werden in irgendeiner üblichen Weise entsprechend dem Potential, das auf den Leitern A, B und C besteht, erregt. Bei normalen Bedingungen in dem zu schützenden Stromkreis werden die Stromspulen der Relais durch gleiche Ströme, welche dieselbe Phasenlage haben, erregt. Beim Auftreten eines Fehlers, beispielsweise eines Kurz- oder Erdscl11usses, werden sie ungleichmässig erregt.
Im Zuge der Sternpunktleitung 2C sind drei Stromwandler 21, 22, 23 angeordnet, welche von dem im Leiter 20 fliessenden Summenstrom erregt werden. Das Übersetzungsverhältnis der Wandler 21, 22, 23 wählt man mit 3 : 1, da der Summenstrom sich aus drei gleich grossen in den einzelnen Phasenleitungen fliessenden Komponenten zusammensetzt, die durch diese Stromwandler an den einzelnen Relais vorbeigeleitet werden müssen. Das eine Ende der Sekundärwicklungen dieser Wandler ist durch einen Leiter 24 mit einem Sternpunktleiter 20 verbunden.
Das freie Ende jeder Sekundärwicklung ist mit Leitern 14, 15, 16 in der Weise verbunden, dass der Verbindungspunkt zwischen den entsprechenden Relais 17, 18, 19 und den zugehörigen Sekundärwicklungen 11, 12, 13 liegt.
Beim Auftreten eines Fehlers, mit Ausnahme eines gleichmässigen Dreiphasenkurzsehlusses und eines Einphasenkurzschlusses, treten die mitläufigen, gegenläufigen und Summenstromkomponenten auf, u. zw. fliessen diese in der in der Figur eingezeichneten Richtung. Die Summenstromkomponenten werden veranlasst, durch die Sekundärwicklungen der Hilfswandler 21, 22,23 zum Sternpunktleiter 20 zu fliessen. Daher werden die Relais 17, 18, 19 nur entsprechend den mit-und gegenläufigen Strom- komponenten der entsprechenden Phasen. A, B und C erregt.
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Diese Methode zur Absonderung der Summenstromkomponenten bei einem Relaisschutzsystem gibt die Gewähr, dass ein bestimmter Relaissatz mit Sicherheit anspricht, ohne Rücksicht auf die Art des im System auftretenden Fehlers.
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Relaisstromkreisen unterdrückt wird, vorzugsweise durch einen besonderen Nebenschlussweg, der aus vom Summenstrom erregten Saugtransformatoren besteht.