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Beim
Betreiben von vermaschten Netzen, Ringnetzen und zweiseitig gespeisten
Netzen in den unterschiedlichsten Spannungsebenen kommt für den Schutz
dieser Elektroenergieübertragungseinrichtungen überwiegend
der gerichtete Überstromschutz
in Schutzstationen oder Umspannwerken zum Einsatz. Vor allem liegen
in städtischen
vermascht betriebenen Elektroenergieversorgungsnetzen zwischen den
Schutzstationen eine Anzahl von Trafostationen, die nicht mit einem
Schutzsystem ausgerüstet sind.
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Der
Nachteil der sich z. Z. auf dem Markt befindenden Schutzeinrichtungen
ausnahmslos von allen Schutzgeräteherstellern
besteht darin, dass für die
erforderliche Elektroenergierichtungsbestimmung in den Schutzrelais
nicht nur der entsprechende Messstrom für die Herstellung der Funktionsfähigkeit
ausreichend ist, sondern es muss auch eine geeignete, separate Messspannung
herangebracht werden. Im Schutzgerät wird diese durch Auswertegliedern
zur Funktionalitätsherstellung
einer Leistungsrichtungsauswertung verwendet.
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Für das Heranbringen
der Messspannung sind teure Spannungswandler oder Spannungsteiler erforderlich.
Auch die Verdrahtung somit die Installation mit der zugehörigen Absicherung
von der Messspannungserzeugung bis zu den Örtlichkeiten der Relais ist
aufwändig.
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Um
bei einem Ereignis technische Hilfe für das Auffinden der Fehlerstelle
zu erleichtern, werden Kurzschlussanzeiger in den Trafostationen
installiert. Der Nachteil aller zur Zeit auf dem Markt angebotenen
Kurzschlussanzeigern besteht darin, dass diese zwar den Kurzschluss
anzeigen können,
aber deren Richtung nicht zu bestimmen in der Lage sind. Die fehlende
Richtungsanzeige macht sich zwar in Strahlennetzen selten nachteilig
bemerkbar, jedoch ist das an Knotenpunkten bei Drei- und Mehrbeinanordnungen
und in vermascht betriebenen Netzen anders. Wegen gegenläufiger Kurzschlusskonstellationen
in solchen und ähnlichen
Netzarchitekturen macht sich das Fehlen richtungsabhängiger Kurzschlussanzeiger
als Marktlücke
bemerkbar.
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Als
Vergleich für
eine Richtungsbestimmung ohne Messspannungseinspeisung ist eine Schutzausführung anzusehen,
wo ein Netzsystem in Gleichstromausführung geschützt wird.
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Es
ist bekannt, dass die Energierichtung im Gleichstromnetz mit der
Stromrichtung identisch ist d. h. dort, wo die Stromrichtung hinzeigt,
ist auch die Energierichtung vorhanden.
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Die
aus der Gleichstromtechnik bekannte Verfahrensweise wird bei der
hier beschriebenen Wechselstromausführung in Anlehnung gebracht,
indem die Darstellung der Elektroenergieübertragung mittels Elektronen
und Positronen angewendet wird.
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Bei
der Wechselstromausführung
ist ausschlaggebend, welcher Pol elektronenführend, und welcher Pol positronenführend ist.
Darauffolgend wird mittels der Auswertelogik die Stromrichtung und somit
gleichzeitig die Energierichtung festgestellt.
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Der
vorliegende Lösungsvorschlag
ist so angelegt, dass es im Wechsel- oder Drehstromnetz zukünftig möglich sein
wird, ein zuverlässiges
und einfaches Schutzsystem nach dem Schema Stromrichtung=Energierichtung
zu erstellen.
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Die
hierbei gefundene Lösung
ist gleichzeitig dafür
geeignet, in Kurzschlussanzeigern ebenfalls die Richtungsanzeige
zu realisieren.
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Die
Leistungsrichtungsrelais sind beim gegenwärtigen Stand der Technik für die Funktionsherstellung
eines Richtungsentscheides mit elektrodynamischen Relais, Drehspulrelais
in Brückenschaltung
und auch Ringmodulatorschaltungen bestückt.
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Bei
den digitalen Relais werden Richtungsbestimmungen mit den genannten
Grundelementen vorgenommen. Die Bauteile jedoch haben keine analogen
Auswertesysteme mehr, sondern die Funktionen werden mirkroelektronisch
durch eine Analog-Digitalwandlung realisiert.
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Die
Funktionsweise ist wie bei den mechanischen Relais die, dass für die Richtungsbestimmung des
Fehlerortes ein Leiterstrom und die zu diesem Leiterstrom gegenüberliegende
Leiter-Leiter-Spannung herangezogen wird, und ein jeweils optimaler charakteristischer
Winkel zur Anwendung gebracht wird.
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Ein
wesentlicher Nachteil aller zur Zeit produzierten Richtungsglieder
besteht darin, dass eine zuverlässige
Richtungsbestimmung beim Nahkurzschluss nicht möglich ist. Physikalisch hängt das
damit zusammen, weil bei Nahkurzschlüssen die Spannungswerte kurzschlussbedingt
annähernd
Null werden. Beim Auftreten solcher Ereignisse sagt man, dass das
Relais im Bereich der toten Zone nicht arbeiten konnte.
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Wegen
dieser Tatsache war es bisher nur möglich, Richtungsbestimmungen
eines Fehlers innerhalb eines Sammelschienenbereiches oder in Übertragungseinrichtungen
mit sehr kurzen Übertragungwegen
vorzunehmen, wenn Sondermaßnahmen
wie, die Verwendung kurzschlussfremder Spannungen und der Einsatz
von Spannungsspeichern, getroffen wurden. Diese Spannungsproblematik
ist bei Kurzschlussanzeigern nicht vorhanden, da es nicht bekannt
ist, dass bei diesen Geräten
bisher eine Richtungsabhängigkeit
realisiert wurde. Der heutige Wissensstand sagt aus, dass auch diese
beiden angeführten
Methoden nicht zuverlässig
arbeiten.
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Das
in dieser Schrift dargestellte Schutzgerät mit dem Zusatz der Richtungsabhängigkeit
ohne äußere Messspannung
läßt sich
ebenfalls überall dort
einsetzen, wo der bekannte richtungsabhängige Überstromschutz ausgelegt ist,
so auch als Überstromzeitschutz
zur Anwendung kommt. Zu nennen ist da z. B. die gegenläufige Staffelung
bei Ringleitungen oder auch zweiseitig gespeisten Netzen.
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Vorteilhaft
ist der gerichtete Überstromschutz
ohne Benutzung einer äußeren Messspannungseinspeisung
in Verbindung mit der Schutzart Richtungsvergleichsabfrageschutz
RVa-Schutz nach Pat-Schrift
DE 101 51 319 A1 „Verfahren und Schaltungsanordnung
für einen
Richtungsvergleichsabfrageschutz (RVa-Schutz)" veröffentlicht
in der Fachzeitschrift Elektrie Berlin 57 (2003) 05-08 S. 152-165 anzuwenden.
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Dadurch,
dass die vorgeschlagene Schutzart nicht mehr auf zureichende Spannungswerte
von fremden oder eigenen Spannungsquellen am Kurzschlussort angewiesen
ist, können
aus dieser Sicht vorteilhafte Schutzsysteme erstellt werden, die
mit der gegenwärtigen
Technik vor allem wegen der großen
Variantenvielfalt nur mit hohem Aufwand realisiert werden können.
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Stellvertretend
ist hier z. B. die Anwendung des Stromdifferenzialschutzes, Hochimpedanzschutz
usw. zu nennen.
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Ein
solches einfaches Schutzsystem soll am Beispiel mit der Auslegung
eines Sammelschienenschutzes mit Hilfe von RVa-Prinzips verdeutlicht
werden.
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Bei
der Erläuterung
des folgenden Beispieles wird daher die Kenntnis der Funktionsweise
des RVa-Schutzes vorausgesetzt, d.h. die Schutzrelais sind untereinander
mit Richtungsvergleichsadern zwecks der Realisierung der binären Sekundärinformationsübertragung
auszurüsten.
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Bezüglich der
Anzahl der Richtungsvergleichsadern wurde zwischenzeitlich mit der
Patentschrift
Az 10 2006
012 819.2 „Verfahren
und Vorrichtung einer Zweidraht-Duplex- Informationsübertragung für einen
Richtungsvergleichsabfrageschutz", sie
wird voraussichtlich am 27.09.2007 veröffentlicht, eine neue Qualität erreicht.
Nunmehr ist es möglich geworden,
die Richtungsvergleichsadern als einzelne Doppelader durchzuschalten
und nicht mehr wie bisher mit zwei Doppeladern zu belegen. Der Nutzer wird
merken, dass die Handhabung mit einer Doppelader bei der Nutzung
dieser Schutzart sehr anwenderfreundlich ist.
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Die
Schutzaufgabe wird nach Bild 1 so gelöst, dass bei einem Sammeschienenfehler
eines beliebigen Blockes A–E
nur der fehlerbehaftete abgeschaltet wird, egal welcher der möglichen
Schaltzustände
vor dem Ereigniszeitpunkt bestand.
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Liegt
der Fehler außerhalb
des Sammelschienenbereiches, also in einem oder mehreren Abgängen, dann
ist der Sammelschienenschutz zwecks Verhinderung einer Fehlauslösung mit
den bekannten Möglichkeiten
zu blockieren. Ein Sammelschienenschutz ist bei der RVa-Schutztechnik ebenfalls enthalten.
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Zu
beachten ist, dass die Schalter 1-8 Bild 1 der drei Speisetrafos
auf eine Dreibeinanordnung arbeiten, so dass an diesen Stellen auch
der RVa-Schutz nach den bekannten Regeln eines Dreibeinschutzobjektes
auszuführen
ist.
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Ein
Dreibeinschutz nach dem Rva-Prinzip arbeitet auch dann zuverlässig, wenn
ein Schalter in dieser 3-Wege-Kombination vor Kurzschlusseintritt offen
ist. In diesem Falle kommt die Arbeitsweise des üblichen RVa-Schutzes zur Wirkung.
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Es
können
auch Mehrbeinanordnungen nach dem Rva-Prinzip geschützt werden.
Die Funktionsweise kann bei der angegebenen Literatur nachgelesen
werden.
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Um
die Schutzaufgabe der Anordnung des Bildes 1 zu lösen, muss
jeder der acht Schalter von einem Schutzgerät bedient werden, welches mit
der vorgeschlagenen Lösung
des Verzichtes auf die Verwendung einer äußeren Messspannung ausgerüstet ist.
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Tritt
ein Fehler im Block B auf, dann öffnen die
Schalter 4 und 5. Ein Fehler im Block E bedeutet das Öffnen des
Dreibeins durch die Schalter 3, 7 und 8. Nach diesem angenommenen
Fehlerbild wird jeder beliebig auftretende Kurzschluss in einem
Sammelschienenabschnitt abgeschaltet. Speist das Sammelschienensystem
ein vermaschtes Netz, dann werden die mit Pfeilen gekennzeichneten
Abgänge rückwärts gespeist,
so dass ein durch ein Ereignis herausgetrennter Sammelschienenbereich
kein Spannungsausfall an den Verbrauchern verursacht. Es liegt je
nach Länge
der Schutzeinstellzeit eine Spannungseinsenkung vor, die klein gehalten
werden kann, wenn die Schutzeinstellung mit der des Prinzips innewohnenden
Schnellauslösung
realisiert wird.
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Mit
der Richtungsbestimmung ohne Messspannungseinspeisung ergibt sich
für die RVa-Schutztechnik ein
interessanter Aspekt. Für
den in diesem Schutzsystem innewohnenden Sammelschienenschutz läßt sich
nunmehr die Sammelschiene durch Ausschalten der stationseigenen
Leistungsschalter schützen,
indem die Schutzrelais die Rückwärtsrichtung
eines Kurzschlusses ebenfalls mit abfragen, ob der Kurzschluss in
das rückwärtige außenliegende
Kabelnetz geführt
wird, oder im Sammelschienenbereich verbleibt. Eine solche Abfrage
wird auch nur deshalb möglich,
weil der Spannungszusammenbruch am Kurzschlussort Sammelschiene mit
der angegebenen Lösung
eine saubere Richtungsbestimmung zulässt, die beim bisher angewendeten
RVa-Schutz nicht möglich
gewesen wäre.
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Ersichtlich
ist auch, dass sich mit wenig Aufwand ein vermaschtes Netz nach
dem RVa-Prinzip schützen lässt, was
z. B. bei der Niederspannungsversorgung von Produktionshallen mit
Elektroenergie einen hohen Stellenwert besitzt.
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Die
Richtungsbestimmung d. h. Leistungsrichtungsbestimmung mit Hilfe
der Stromrichtung in einem Wechsel- oder Drehstromsystem ist dadurch gegeben,
dass sich die Potenziale an den Stromwandlerklemmen durch die Wirkungen
der in das jeweilige Schutzgerät
fließenden
Elektronen und Positronen bilden. Es besteht die Festlegung, dass
eine Strom- bzw. Energierichtung in Vorwärtsrichtung vorliegt, wenn
der Energietransport von der Sammelschiene zur Leitung nach Bild
2 vonstatten geht.
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Die
Anschlussbezeichnung der Stromwandler ist durch eine IEC-Publikation
festgelegt, so dass beim angenommenen Fall Vorwärtsrichtung vorliegt, wenn
der Primärstrom
eine Energierichtung von P1 nach P2 nach Bild 2 realisiert.
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Stromrichtung
und Energierichtung unterscheiden sich elektrophysikalisch. Um diesen
Unterschied herauszuarbeiten ist die Patentschrift
DE 102 48 126 A1 „Wandlung
und Transport der Energieform Elektrizität" veröffentlicht
in Elektrie, Berlin 57 (2003) 05-08 S 131-140 zu beachten.
Es ist davon auszugehen, dass sich die Elektronen und Positronen
bei Wechsel bzw. Drehstrom immer nur von der Quelle bis zum Verbraucher
bewegen. Bei diesem geben sie ihre Energie ab, und strömen danach
als negative Energie wieder zur Quelle zurück.
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Nach
reichlich 100 Jahren Elektroenergieversorgung ist es wohl angebracht,
tiefer als bisher an dieser Materie zu diskutieren. Es wurde z.
B. spontan folgende Frage aufgeworfen?
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Wenn
wir vom Pluspol reden, ist dann an diesem Platz Elektronenüberschuss
oder Elektronenmangel zu verzeichnen.
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Der
Leser mag sich mit der Meinung auseinandersetzen, dass der Pluspol
durch eine Ansammlung von Positronen gekennzeichnet ist, und sich
der Minuspol durch die Ansammlung von Elektronen auszeichnet, vorausgesetzt,
die Pole sind mit ihren vorgesehenen Potenzialen behaftet.
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Strömen ist
die Tätigkeit
vom Strom, so dass mit der jetzigen Erkenntnis davon ausgehen ist,
dass der Strom ein Verhalten im Sinne der Elektronen- und Positronenbewegung
zeigt, wo die Leptonenbewegung nicht von einem Pol zum anderen stattfindet, sondern
immer nur zwischen Potenzialdifferenzen eine Hin- und Herbewegung
ausgeführt
wird.
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Weil
es sich um einen gerichteten Überstromschutz
handelt, der hier in neuer Art und Weise zur Funktionalität hervorgebracht
wird, geht es in Wirklichkeit um eine Feststellung der Energierichtung im
Kurzschlussfall mittels der Informationen, die die drei Stromwandler
in den drei Phasen eines Drehstromnetzes zur Verfügung stellen
können.
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Auf
welche Art und Weise aus den Daten der Stromwandler die Kurzschlussrichtung
ermittelbar wird, soll hier vorgestellt werden.
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Es
ist bekannt, dass die Anschlüsse
der Stromwandler und das Anklemmen dieser an das jeweilige Schutzgerät zum Zwecke
der für
den Kurzschlussfall zutreffenden Richtungsbestimmung entscheidend
ist. Somit ist weiterhin bekannt, dass die elektrophysikalischen
Vorgänge
im Stromwandler richtungsabhängig
vonstatten gehen. Nur ist es so, dass bisher für das Herausstellen des Richtungsentscheides
aus dem Stromwandler eine Hilfsspannung notwendig war, die mit der
neuen Lösung
entfallen kann.
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Um
den Lösungspunkt
darlegen zu können, an
welcher Stelle es möglich
ist diesen Richtungsentscheid aus dem Stromwandler zu bekommen,
sind vorher einige elektrophysikalische Vorgänge zu erläutern.
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Zuvor
noch eine bekannte Tatsache, wie die Richtungsänderung der Energieflussrichtung
im Stromwandler auf dem Oszillografen sichtbar ist.
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Es
soll ein Kurzschluss in einem vermaschten Netz angenommen werden,
dessen Strom von einem im Netz befindlichen Schutzgerät A in Vorwärtsrichtung
nach Bild 3 zunächst über zwei
Perioden aufgezeichnet wird.
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Durch
Schaltvorgänge
an anderen Stellen des Netzes ändert
sich die Kurzschlussrichtung von vorwärts in rückwärts an den Wandlern der betrachteten
Stelle, was am Schutzgerät
A auszuwerten ist. Dabei wird der Übergangszustand mit der gestrichelten
Sinuslinie zwischen Periode 2 und 3 als Hilfsperiode für das Erkennen
des Graphes mit weiterlaufender Zeit gezeichnet. Ab Periode 3 kann
das Schutzgerät
seine Aufzeichnung mit der nun realisierten Rückwärtsrichtung fortsetzen, und
bis Periode 4 sichtbar machen. Bei der Untersuchung des Zeitverhaltens
innerhalb der vier Perioden läßt sich
feststellen, dass an der positiven Halbwelle nach der Periode 3
ein Phasensprung von 180° zu
erkennen ist. Die sich ehemals als positiv geäußerte Halbwelle vor der Periode
3 wird als positive Halbwelle nach der Periode 3 weitergeführt. Der
physikalische Ausgleichsvorgang im realen Netz zwischen Periode
2 und 3 ist in diesem Bild nicht enthalten. Dieser kann sich auch
in ein Zeitverhalten äußern, welches
größer einer
Periode ist.
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Das
so viel zu den bekannten Tatsachen aber mit dem Hinweis, dass bisher
der bekannte Phasensprung nicht dazu dienen konnte, ein Schutzgerät dahingehend
zu befähigen,
die jeweilige Richtungserkennung vorzunehmen.
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Die
Energierichtungserkennung nur aus den Daten der Stromwandler hervorzubringen,
und sie mit technisch-mikroelektronischen Mitteln im Schutzgerät zur Auswertung
zu bringen, basiert darauf, dass es elektrophysikalisch möglich ist,
bei der Richtungsumkehr an P1 bzw. P2 zu messen, wie sich an diesen
Klemmen Positronen sammeln, oder Elektronen und welches Verhalten
sie um den Nullpunkt herum zeigen. Gemäß dieser Aussage wird der Stromwandler
wie ein beliebiger Transformator mit direkt angeschlossenem Verbraucher
behandelt. Diese Vereinfachung kann als Kommentar so zugelassen werden,
wenn am Ende der praktische funktionstüchtige Systemnachweis erbracht
wird.
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Es
muss geklärt
werden, welche Schaltung zwischen Stromwandler und Schutzgerät realisiert werden
muss, um ein Richtungsergebnis erzielen zu können. Die angesprochene Schaltung
nach Bild 2 wurde im praktischen Versuchsaufbau realisiert.
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Verwendet
wurden Stromwandler der Firma EAW der Bauform ML 5 VA, Prüfspannung
3 kV, Kl. 0,2, I primär 15 A, I sekundär 5
A.
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Die
primärseitige
Belastung erfolgte mit 7,5 A mittels eines ohmschen Verbrauchers,
der an L1 und L2 angeschlossen, und mit P1 und P2 mit 400 V betrieben
wurde.
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Das
400 V-Netz wird mit einem Transformator 20/0,4 kV der Schaltgruppe
DY 5 gespeist. Die Erläuterung
auf der Basis von Positronen und Elektronen ist notwendig, weil
die Charakteristik des Positrons im Zusammenspiel mit den Elektronen
die Richtungserkennung ohne äußere Hilfsspannung
prozessbedingt ermöglicht.
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Aus
der Taufe wurde das Positron als Reaktionspartner zum Elektron für die künstliche
Elektrizität
im Jahre 2002 mit der Patentschrift
DE 102 48 126 A1 2004.04.29 „Wandlung
und Transport der Energieform Elektrizität” geholt. In dieser Schrift
ist hervorgehoben, dass im Elektroenergieverbraucher Reaktionen
stattfinden, die von Elektronen nicht allein hervorgerufen werden
können,
sondern nur in Gemeinsamkeit mit dem zweiten Partner des Paares, nämlich dem
Positron Wärme
oder elektromagnetische Kräfte
initiiert werden. Übrigens
ist diese Schrift veröffentlicht
in:
Elektrie, Berlin 57 (2003) 05-08 S. 131-140.
Natürlich
bestand bis heut eine Wahrscheinlichkeit, dass das beschriebene
Leptonenpaar nur eine Phantasieproduktion des Autors sein kann, und
deshalb keiner Beachtung bedarf. Diese Haltung läßt in keiner Weise die positiven
Seiten der Informationsgesellschaft erkennen.
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Vielleicht
liegt es daran, dass erst jemand da sein muss, den man als glaubwürdig einschätzt, einen
solchen physikalischen Effekt aussprechen zu dürfen. Auf eine solche Person
muss ja nun nicht mehr gewartet werden. Wer in der Lage ist, eine
Aufzeichnung der 50-Hz-Schwingung
zu realisieren, kann die Brückenschaltung
nach Bild 2 aufbauen, und selbst die Betriebsweise der Leptonen
auf dem Bildschirm oder Computer zur Anzeige bringen.
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Es
muss auch herausgestellt werden, dass das Positron nur nachweisbar
ist, wenn seine positive Ladung gegenüber dem Erdpotenzial gemessen wird.
Genauso lässt
sich selbstverständlich
auch die negative Ladung des mit Elektronen angereicherten Leitermaterials
am Minuspol ermitteln.
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Wenn
wir in einem Wechselstromkreis eine Diode schalten, dann zeigt diese
an jedem Ort des Stromkreises die gleiche Wirkung.
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Fließen die Überlegungen
der Beteiligung von Positronen am Prozess mit ein ist es so, dass von
der Quelle bis zum Verbraucher auf der Elektronenseite die Wirkung
im Leiter 2 als vorwärts
gerichtet gestaltet ist.
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Leiter
2 ist nun in der Momentaufnahme positronenbehaftet. Eine dort geschaltete
Diode hat bisher immer die Energieflussrichtung vom Minus- zum Pluspol
gezeigt. In Wirklichkeit geht die Energieflussrichtung von der Quelle
zum Verbraucher, und weil durch die Diode im Leiter 2 Positronen
fließen,
ist wegen der positiven Ladung die Energieflussrichtung entgegengesetzt,
natürlich
in der Betrachtung nur von der Quelle bis zum Verbraucher.
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Mit
Hilfe des Verhaltens der Leptonen im elektrischen Leiter erhält jedoch
die Feststellung der Richtungsumkehr eine fundierte elektrophysikalische Aussage.
Die Richtungserkennung wird möglich, wenn
der für
die Auswertung des Richtungsentscheides vorgesehene Stromwandlerkern
im Bereich der Sättigung
betrieben wird. In diesem Falle geht es nicht um die Sättigung
die sich einstellt, wenn die Überstromzahl
in zu hohe Bereiche gelangt, sondern darum, dass das Betreiben mit
erhöhter
Spannung bis zum zweistelligen Nennwert der Bürde vorzunehmen ist. Der Leistungsbedarf
für die
Auswertung eines Richtungsentscheides auf der Basis mikroelektronischer
Bauelemente ist gering.
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Die
Erkennung der Richtungsumkehr findet im Gebiet des Nulldurchganges
der Spannung statt, wenn eine Separierung der Spannungsmessung oder
Spannungsaufzeichnung mit Hilfe des Potenzials der Elektronen oder
Positronen vorgenommen wird. Hergestellt wird die Separierung mit
Hilfe der schon genannten und bekannten Gleichrichter-Brückenschaltung
nach Bild 2.
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Die
Eingangswechselspannung für
die Brücke
wird an der Sekundärklemme
S2 und dem Erdpotenzial über
den Spannungsteiler R2 abgenommen. Zwischen S1 und S2 ist der Verbraucherwiderstand
R geschaltet, sowie parallel dazu ein Spannungsteiler bestehend
aus R1 und R2. Jeweils die Anschlüsse 2 von R1 und R2 sind auf
Erdpotenzial angeschlossen, ebenfalls die Klemme 12, welche eine
Anode und Kathode der linken Brückenhälfte speist.
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Am
Ausgang der Brücke
entstehen die Potenziale Plus und Minus, die die pulsförmige Registrierung
der momentanen Elt-Energie in Form von Positronen und Elektronen
ermöglichen.
Im Diagramm 1 ist der Potenzialverlauf der Positronen zu sehen, wenn
an den Primärklemmen
des Stromwandlers ein Energiefluss von P1 nach P2 angenommen wird.
Bei einem Energiefluss P2 nach P1 erfährt die Aufzeichnung des Diagramms
eine Änderung,
welche im Diagramm 2 sichtbar ist.
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Die
Diagramme 1 und 2 sind Aufzeichnungen des Kanals UL2 eines speicherfähigen Oszillografen
vom Typ Topas 1000. Alle anderen Kanalaufzeichnungen wurden erstellt,
ausgewertet und katalogisiert, haben jedoch keine so hohe Aussagekraft, dass
sie in dieser Schrift veröffentlicht
werden müssten.
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Wie
bereits ausgeführt,
ermöglicht
der Sättigungsbetrieb
des Wandlers die Richtungserkennung. Im Diagramm 1, welches die
Charakteristik einer Vorwärtsrichtung
zugesprochen bekommen hat, werden die Positronen von den Dioden
in negativer Richtung durchgelassen, was heißt, dass sich der Durchlass nur
alle 20 ms gestaltet. Die Positronen in positiver Richtung, die
ebenfalls alle 20 ms, aber um 10 ms gegenüber der positiven Richtung
zeitversetzt auftreten, werden gesperrt. In diesem Prozess bildet
sich nach Diagramm 1 eine Kurvenform, die zeitlich folgenden Verlauf
nimmt. Im Punkt t=0 ms und UL=0 V startet die Kurve, um zunächst flach
und darauffolgend stärker
in den negativen Bereich zu steigen.
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Nach
ca. 3 ms wechselt die Kurve in den steilen Bereich, und erreicht
nach 4 ms bereits –1
V. Die Positronenbewegung entsprechend Schritt 6 [Lit., Elektrie
59. Jahrgang, 2005 Heft 1-12, S. 123-128, Tafeln über den
Kreisprozess der Elektroenergie bei Erzeugung, Transport und Umsetzung
im Verbraucher. Schriftsatz dazu auf den Seiten 129-141]
endet bei ca. 8 ms und –7
V. Dann findet Schritt 8 des Kreisprozesses statt, welcher bei –1 V und
10 ms im steilen Kurvenbereich zu Ende geht.
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Nun
verläuft
die Kurve wieder flach steigend, um bei 18 ms am Wendepunkt angekommen
zu sein. Der bereits geschilderte Kurvenverlauf wiederholt sich
ab diesem Punkt, bis die Aufzeichnung nach 150 ms endet. Das Diagramm
2 zeigt den Kurvenverlauf der Spannung, wenn der Wandler in Rückwärtsrichtung
durchflossen wird.
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Im
Punkt 0 ms und –7V
ist hier der Beginn der Aufzeichnung. Nach ca. 1,5 ms ist der Schritt
8 des Kreisprozesses beendet und die Spannung pendelt um 0 V bis
zum Zeitpunkt 10 ms.
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Auch
hier wird wie im Diagramm 1 der Spannungsverlauf in positiver Richtung
gesperrt. Die Kurve selbst erreicht jedoch zu diesem Zeitpunkt nicht
ihren Wendepunkt wie im Diagramm 1, sondern springt mit steilem
Anstieg auf –0,8
V. Darauffolgend erfährt sie
einen stetigen Anstieg im Zeitbereich von 10–17 ms von –0,8 bis –0,2 V. Nun beginnt Schritt
6 des Kreisprozesses, welcher im Scheitelwert 20 ms und –7 V endet.
Wie schon ausgeführt,
werden wegen der Diodensperrung die Schritte 2 und 4 des Elt-Kreisprozesses
auf dem Diagramm 1 und 2 nicht sichtbar.
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Die
Auswertung des Kurvenverlaufes für
den Richtungsentscheid wird in einem Bereich vorgenommen, in dem
die Spannung niedrige Werte hat. Benutzt wird dabei der Wendepunkt,
der beim Diagramm 1 nur deshalb mit 18 ms beziffert wurde, weil der
Beginn der Kurve einen Anfangsversatz von 2 ms aufweist. Bei 50
Hz tritt der Wendepunkt dann weiterhin alle 20 ms auf.
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Zur
Auswertung wird im Wendepunkt ein Deckungsvergleich beider angrenzenden
Kurvenseiten vorgenommen. Ergibt sich die Deckungsgleichheit nach
Diagramm 1, dann erfolgt die Bewertung als Vorwärtsrichtung. Nach Diagramm
2 wird der Deckungsvergleich ebenfalls durchgeführt. Dort wo sich im Diagramm
1 der Wendepunkt befindet, ist im Diagramm 2 ein Spannungssprung
von –0,8
V zu verzeichnen. Somit kann festgestellt werden, dass keine Deckungsgleichheit
vorliegt, somit die Rückwärtsrichtung
erkannt wird.
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Mit
dem erfolgten Deckungsvergleich wird die Richtungsinformation als
Richtungsentscheid dem Mikroprozessor des Schutzgerätes zur
weiteren logischen Verknüpfung
zur Verfügung
gestellt. Nach Bild 2 wird der Wandler in Rückwärtsrichtung dann betrieben,
wenn der Energiefluss von P2 nach P1 vonstatten geht. Bildlich gesehen
sind dann beide Pfeile um 180° zu
drehen. Der Begriff Vorwärtsrichtung
wandelt sich in Rückwärtsrichtung
und die Energierichtung vorwärts
wird eine Energierichtung rückwärts. Im
Ergebnis dazu zeigt das Diagramm 2 den Spannungsverlauf einer Rückwärtsrichtung
mit den bereits beschriebenen Tatsachen.
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Die
Diagramme 1 und 2 zeigen den Spannungsverlauf der Positronen. Ebenso
lässt sich
das gleiche Ergebnis erzielen, wenn der Spannungsverlauf der Elektronen
als Grundlage herangezogen wird. Dazu ist die Potenzialmessung nach
Bild 2 vom Plus abzutrennen, und an den Minus anzulegen.
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Der
Tatbestand der unterschiedlichen Darstellungsweise zwischen Diagramm
1 und 2 ist die Grundlage dafür,
dass ein Schutzrelais eine Eignung erhält, den gerichteten Überstromschutz
durch die geschilderte sekundärseitige
Auswertung zur Anwendung zu bringen.
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Die
unterschiedlichen Hersteller von Schutzgeräten haben somit die Möglichkeit
durch Lizenserwerb oder anderen Übereinkünften mit
dem Patentinhaber die Lösung
in ihren Geräten
zu verwirklichen.
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Kurzschlussanzeiger
entnehmen in der Regel die zur Erfassung des Kurzschlusses notwendige Information
nicht aus klassischen Stromwandlern, sondern besitzen eigene Messwertgeber
nach dem Prinzip einer Stromschlaufe für die Kurzschlusserfassung.
Die Betrachtung zur Auswertung der Richtungsbestimmung über die
zugewiesenen Anschlüsse
ist jedoch die gleiche wie bei den klassischen Stromwandlern oder
auch Rogowski-Spulen, die in das Gebiet von nicht konventionellen
Stromwandlern fallen. Das Problem der Sättigung muss wie bei den konventionellen
Stromwandlern betrachtet werden.
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Im
Gegensatz zu den konventionellen Schutzverbindungen des Stromdifferezialschutzes werden
beim RVa-Schutz in Verbindung mit der Vereinfachung des gerichteten Überstromschutzes
hinsichtlich der Nichtbenötigung
einer Spannungseinspeisung über
Informationsverbindung nur digitale Signale über klassische Nachrichtenleitungen
oder Lichtwellen übertragen,
was einen wesentlichen Faktor für
hohe Übertragungszuverlässigkeit
und Übertragungsgeschwindigkeit
darstellt. Analoge Sekundärschutzdaten über lange
Informationsverbindungen zu übertragen
bedeutet hohen analogen Informationsinhalt pro Zeiteinheit auf die
Leitung aufzuschalten, was oftmals zusätzlich mit hohem Leiterquerschnitt
verbunden ist.
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Eigentlich
hat jeder Netzschützer
darauf gewartet, dass für
die Kurzschluss- oder Überstromrichtungsbestimmung
nur der Stromwandleranschluss ausreichend ist, weil das A und O
des Netzschutzes darin besteht, den Stromwandler in der richtigen Klemmenreihenfolge
anzuschließen.
Natürlich
lässt sich
auch die 180° Phasendrehung
durch Umklemmen der Spannung erreichen. So manches Problem ist entstanden,
weil beim simplen Wandleranschluss von der Richtung her die Außenverdrahtung
falsch realisiert wurde. Trotzdem der Stromwandler die Richtung
erkennt, haben wir uns abgefunden, dass mit Beginn der Drehstromversorgung
noch vor dem Jahre 1900 auch die Spannung für die Richtungsbestimmung benötigt wird.
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Werden
wir uns auf der Grundlage dieser Schrift für eine andere Aussage entscheiden?
Wir gehen davon aus, dass auch ein Stromwandler einen durch ihn
stattfindenden Energiefluss auf der Sekundärseite nicht nur einen Strom,
sondern auch naturgemäß eine Spannung
erzeugt. Beide Energiearten sind durch die Beziehung des ohmschen
Gesetzes miteinander verknüpft.