DE1908182A1 - Netz-Stoerschutzrelais - Google Patents

Description

Dr. rer. nah Horst Schüler 6Frankfurt/Maini,deni7.Febr. 1969

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GENERAL ELECTRIC COMPANY

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Schenectady, N.Y. / USA

Iu

Netz-Störschutzrelais

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Energieverteilungssystem, das ein: Wechselstromsekundärnetz besitzt und insbesondere auf ein Schutzrelais zur Steuerung eines Netzunterbrechers oder Netzschutzes, das einen primären Abzweig mit dem Sekundärnetz verbindet.

Ein Wechselstromsekundärnetz enthält ein Netzwerk untereinander verbundener Kabel, die mit einer Spannung versorgt werden, welche aufreicht, eine Vielzahl ansässiger Industrie- und Handelsabnehmer zu bedienen. Um in einem stark belasteten und dicht bewohnten Gebiet eine gleichbleibende Versorgung zu sichern, wird das Netz aus Primären- oder Hochspannungsabzweigen von vielen Stellen aus beliefert. Wenn eine Versorgungsanlage oder ein primärer Abzweig ausfällt, so xird der Abnehmer, der vorher Über diesen Abzweig versorgt wurde, durch einen anderen übrigbleibenden Abzweig beliefert. Jeder primäre Abzweig ist mit dem Netz über wenigstens einen Netztransformator, Netzschutzanlagen und einer Reihe von Sicherungen verbunden. 909837/1063

Ein Schutzrelais, das mit dem Netzschutzgerät und den Sicherungen verbunden ist, dient dazu, die elektrische Verbindung zwischen dem Netz und dem primären Abzweig nur für gewisse, genau definierte Betriebszustände aufrechtzuerhalten. So wird z.B. der Netzschutz durch das Netzschutzrelais geöffnet^ wenn in dem primären Abzweig irgendwelche Fehler bestehen, die einen Energiefluß aus dem Netz zum Abzweig verursachen würden, der im folgenden als umgekehrter Energiefluß bezeichnet wird, jedocti nicht wenn Fehler in dem Netz selbst bestellen» Die Sicherung©!! sind ihrerseits mit einer Langzeitverzögeriong ausgerüstet, um diesen im Sekundärnetz vorkommenden Fehlem begegnen zu können. Weiterhin ist es zweckmäßig, daß das Schutzrelais den Netzschutz dann öffnet, wenn der primäiie übzweig von seiner Versorgungsquelle getrennt ist und wenn aas dem Sekusidärnstz Erregerstrosn in den Netz transformator fliegt. Man hält es daher für zweckmäßig, diese SekundärweehselstreEniaetae s© &u betreibe!», daß irgendein Netztransformator, der des Netz keim© Leistung zuführt, abgeschaltet wird. Es ist auch notwendig, daS das Schutzrelais dem Netzschutz nicht gestattet zu schließen^ wenn solche Bedingungen bestehen, bei deneis Leistung Netz dem primären Abzweig zugeführt wird.

Diese Ergebnisse werden im allgemeinen in befriedigender von den elektromechanischen Relais bekannter Art erzielt. elektromechanischen Relais haben sich in der Praxis als sehr empfindlich gegenüber einigen ernsten Störungen erwiesen. So sind sie z.B. sehr empfindlich gegenüber des Zuständen der Ife« gebung; ihre Leistung wird durch Temperaturwechsel ungünstig b» einflußt, insbesondere, sofern nicht teure Kompensationamitt@l vorgesehen werden. Weiterhin ist wegen der mechanischen Natur dieser Relais ein konstantes Verhalten ®iff®ffderlich₈ um zuverlässige Betriebsbedingungen bei Anwendungen in ein©!» f/eehsel-Stromsekundärnetz herzustellen. Durefo starke Belastung oder durch einen Leistungsentzug der ttbertragtss&gsits'ansformatoren,, die notwendig sind, um die Relais mit dmm Netz au verbinden, beeinflussen die Relais die Genauigkeit jedes übertragenen

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Signals, das von den Transformatoren erhalten wird. Wenn demzufolge diese Relais mit den notwendigen Mitteln zur Kompensation ausgerüstet werden und wenn sie so konstruiert sind, daß eine gleichbleibende und schnelle Wartung ermöglicht wird, erreichen sie eine unförmige Größe und werden sehr teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektromechanischen Relais bekannter Art, die mit den Netzschutzeinrichtungen verbunden sind, durch ein statisches oder äquivalentes Festkörperelement zu ersetzen, wodurch eine größere Zuverlässigkeit, Genauigkeit und geringere Wartungskosten entstehen, wobei das Schutzrelais, das für die Sekundärnetze bestimmt ist, relativ unempfindlich bezüglich der Zustände der Umgebung ist, ohne daß teure Kompensationsmittel notwendig sind.

Mit der vorliegenden Erfindung wird daher ein Schutzrelais vorgeschlagen, das eine Leistungssteuerungseinrichtung besitzt, das auf den Energiefluß aus dem Netss zur Abzweigung hin anspricht, um einen Auslösekern des Netzschutzes au erregen und das ferner ein Schließelement besitzt, das einen Schließkern des Netzschutzes nur dann erregt, wenn gewisse Bedingungen sowohl auf der⁵Netz- als auch auf der Transformatorseite des Netzschutzes übereinstimmen, wobei Energie aus dem Transformator zum Netz zugeführt werden kann. In den folgenden Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 ein schematische Diagramm einer Einfachleitung mit einem typischen Wechselstromsekundärnetzsystem;

Figur 2 ein Blockschaltbild des Schutzrelais gemäß der Erfin-Fi r dung mit dem damit verbundenen Netzschutz und den 2 a Übertragungstransformatoren;

Figur 3 einen schematischen Schaltplan einer bevorzugten Ausführungeform der Leistungssteuerungseinrichtung gemäß der Erfindung;

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Figur 4,

Figur 5 und

Figur 6 geben Spannungswellenformen der Leistungssteuerungseinrichtung für drei mögliche Systembedingungen wieder;

Figur 7 und

Figur 8 verallgemeinerte Ansprechkurven für die Leistungssteuerungseinheit gemäß der Erfindung;

Figur 9 eine graphische Darstellung der Amplitude in Bezug auf den Nennstrom eines Signals, das von der spannungsabgreifenden Schaltung gemäß der Erfindung erhalten wird;

Figur IO eine graphische Darstellung des,,Phasenwinkels des Ausgangssignals der spannungsabgreifenden Schaltung;

Figur 11 eine verallgemeinerte Ansprechkurve für die Leistungs~ Steuerungseinheit bei geringen Phasenströmen;

Figur 12 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausftihrungsforni der Schließeinheit gemäß der Erfindung;

Figur 13 und

Figur 14 Zeitkarten und Vektordiagramme für die Spannungen der Schließeinheit
und

Figur 15 eine verallgemeinerte Ansprechkurve für die Schließeinheit.

Figur 1 zeigt ein Wechselstromsekundärnetzsystem. Obgleich die vorliegende Erfindung nur anhand eines Drdphasenverteilungssystems beschrieben wird, ist doch ohne weiteres ersichtlich, daß die Epfindung auch auf Mehrphasensysteme anwendbar ist, bei denen umgekehrte Leistungsfltisse vorkommen können. Mit 1 ist eine primäre Spannungssammelschiene einer Verteilungsunterstation bezeichnet und mit 2 und 3 zwei primäre Abzweigungen, die mit der Sammel-

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schiene 1 über zwei Kraftwerknetzunterbrecher 4 verbunden sind. Das Wechselstromsekundärnetz ist allgemein mit 5 bezeichnet und enthält eine Vielzahl untereinander verbundener Kabel 6, die mit den Primärabzweigungen 3 und 4 an vielen Punkten verbunden ist. Die Verbindung zu den primären Abzweigungen wird durch einen Netztransformator 7 über einen Netzschutz 8 und einen Satz von Sicherungen 9 hergestellt. Mit den Sekundärnetzkabeln 6 sind eine Vielzahl von Lastabzweigungskreisen IO verbunden.

Mit jedem Netzschutz 8 ist ein Netzschutzrelais verbunden, um diesen Schutz in Übereinstimmung mit den bestehenden Gepflogenheiten der elektrischen Versorgungsunternehmen zu steuern. Wie vorher schon erwähnt, besteht die gewünschte Funktionsweise solcher Relais darin, daß:

I.«

a) das Relais den Netzschutz 8 öffnet, falls irgendwelche umgekehrten Leistungsflüsse zu seinem primären Abzweig vorkommen, um nur diesen Abzweig von dem Wechselstromsekundärnetz 5 zu trennen;

b) das Relais den Netzschutz 8 nicht öffnet, wenn im Sekundärnetz 5 Fdhler vorkommen, um eine fortlaufende Versorgung sicherzustellen. Diese zweiten Fehler werden entweder dadurch beseitigt, daß sie selbst ausbrennen und zwar durch den Sicherungssatz 9, der in Verbindung mit jedem Netzschutz 8 verwendet wird oder durch andere trennende Einrichtungen im Lastabzweigkreis 10;

c) das Relais empfindlich genug ist, um den Netzschutz 8 durch den Erregerstrom des Netztransformators 7 zu öffnen, wenn einer der Kraftwerksschalter 4 geöffnet ist;

■d) das Relais den Netzschutz 8 nur dann wieder schließt, wenn vom Netztransformator 7 die Leistung zum Wechselstromsekundärnetz 5 fließt.

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Um diese Funktionsweise zu erreichen^ wird gemäß der Erfindung ein statisches Schutzrelais vorgeschlagen, das in Figur 2 dargestellt ist und das eims Leisttmgssteuerunkseinhe-it Il eine Schließeinheit 12 umfaiät. Die Leistungssteuereinheit 11 ist direkt mit einer Vielzahl von Hoshspannunfarstsraffisformatore 13 verbunden, die netzseitig mit öse !©tssefeuts 8 verbunden sind und mit einer entsprechendes Vielzahl won Stromtransformatoren 14, die auf der Trasssformaterseite des Ketsschutze

15 eine Spannungsabgreif ende Schaltung/Vorhanden sind«, Eine 16, die die Aufgabe hat, die Empfindlichkeit zu redusieren, in der Einheit 11 angeordnet sein, um ^©rsehiedene ¥erzögerua~ gen in dem geöffneten Hetzsshutz S bei einem umgekehrten Sner= giefluß zu bewirken. Mit dem Ausgang der LeistKHgssteueriinßS-einheit 11 ist ein Auslösekern 17 raicl^einige "A"=>Kemtakte 17 des Netzschutzes verbunden, Ein "A^ICaatakt ist sia EEiIf skontakt, der geschlossen- ist, wenn die Netzseaatshauptkonfcakte g sen sind und der öffnet, wenn die Baaptkoatakte Mimen, Schließeinheit 12 erhält ¥©a den Potejatialtramsfonaatoresii, sich an beiden Seiten des Netzschutses bef indem,, die Eingangs= signale. Mit dem Ausgang d©r Schli®Reinheit ist ©In Schließ=. kern 19 und ein "B"-Kontakf 20 des Netzscliutaes 8 verbündest„

Ein "B"-Kontakt ist ein Hilfskontakt, der geöffnet ist, wenn die Netzschutzhauptkontakte geschlossen sind und der schließt;, wenn die Hauptkontakte öffnen.

Die Leistungssteuerungseinheit 11 spricht auf eine» Energiefluß an, der im folgenden als umgekehrter Energiefluß bezeichnet wird und der durch den Netzschutz 8 aus dem Mets 5. zum Traai» ' formator 7 fließt. Aus diesem Grunde raüssem di®. Ströme und Spannungen gemessen werde im, die in dem. System vorhanden sind_p das aus den Netzkabeln 6 und Leitungen 21 zwischen dsm Transformator 7 und Netzschutz 8 bestallt _s ma der L©istungssteuereinheit 11 solche Beträge zuzuführen_F die fur den umgekehrten Leistungsfluß kennzeichnend sind, kvm dian 3ekcmdärw£ndtmg@&s eines ,1eden Stromtransformafors 14₉ dersr« Primärwiadungen "mit den Leitungen 21 der Phasen A, B und C schaltungsmäßig verbunden sind, wird darm eine Stromanzeige erhalten. Obgleich die

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Sekundärwindungen des Transformators 7 gemäß Figur 2 als geerdete Sternschaltung wiedergegeben ist, ist es selbstverständlich, daß auch irgendeine andere allgemein übliche Schaltung verwendet werden kann. Demzufolge hängt die Schaltung des Stromtransformators 14 von der Schaltung der Sekundärwindungen des Transformators 7 ab.

Die Sekundärwindungen des Stromtransformators 14 sind mit der Spannungsabgriffsschaltung 15 verbunden, die drei ähnliche Elemente 22 enthält, jedes für eine Sekundärwindung. Jedes Element 22 besitzt einen Widerstand 23, dessen eine Seite mit einem gemeinsamen Punkt zwischen der Sekundärwindung des Stromtransformators und einem geerdeten Varistor 24 verbunden ist. Die andere Seite des Widerstandes 23 ist ebenfalls mit der Erde über eine Parallelschaltung verbunden, die einen Widerstand 25 und zwei umgekehrt parallel liegende Dioden 26 und 27 besitzt.

Jeder Stromtransformator 14 erzeugt ein kleines Stromsignal in den Se. ndärwindußgen, das dem Primärstrom proportional ist. Die spannungsabgreifende Schaltung wandelt das Stromsignal aus jeder Sekundärwindung des Stromtransformators in einfacher Weise in ein Spannungssignal um, das im folgenden mit RI bezeichnet wird. Dieses Spannungs-RI ist dem Stromsignal aus den Sekundärwindungen proportional, ausgenommen bei sehr niedrigen oder sehr hohen Stromwerten, wie im folgenden gezeigt wird. Die Aufgabe des Varistors 24 besteht besonders darin, die zu dem System gelangende überspannung auf einen für die Leistungssteuerungseinheit 11 sicheren Wert zu begrenzen. Die übrigen Elemente 22, die ebenfalls Widerstände 23 und 25 und Dioden 26 und 27 besitzen, arbeiten derart, daß die Phase verschoben wird und die Höhe des RI-Signales von einer niedrigen Größe ausgehend ansteigt, so daß die Empfindlichkeit der Leistungssteuerungseinheit 11 gesteigert wird. Der Widerstandswert des Widerstandes 25 ist bezüglich des Widerstandes 23 groß. Bei geringen Sekundärströmen ist die Spannung an den Dioden 26 und 27 derart, daß sie nicht leiten und die Sekundärwindung des Stromtransformators ist durch beide Widerstände 23 und 25 belastet und

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zwar durch einen hohen Widerstand von beispielsweise annähernd 500 Ohm. Bei relativ hohen Sekundärströmen steigt die Spannung an den Dioden 26 und 27 an, so daß beide Dioden leitend werden. Da der größere Widerstand 25 dadurch kurzgeschlossen wird, wird die Sekundärwindung des Stromtransformators mit einem geringen Widerstand von ungefähr 50 Ohm belastet.

Das Bezeichnende dieses Verfahrens besteht darin, daß bei geringen Strömen das Spannungs-RI verhältnismäßig größer als bei hohen Strömen ist. Wenn die Belastung der Sekundärwindungen des Stromtransformators bei geringen Strömen verändert wird, wird auch der dazugehörige Phasenwinkel des Stromsignals verschoben. Die Vorteile, die sich durch das verhältnismäßige' Ansteigen der Größe des Rl-Signals und der Verschiebung seiner Phasen ergibt, werden im folgenden ersichtlich, wenn der Betrieb der Leistungssteuerungseinheit näher untersucht wird.

Üie Signale RI aus den Elementen 22, die nun im folgenden mit

RI . RI. und RI bezeichnet werden, werden den entsprechenden a' b c '

Modulatoren 28 in der Leistungssteuerungseinheit 11 zugeführt.

Jeder Modulator 28 erzeugt eine bipolare Ausgangsspannung, deren durchschnittlicher Wert hinsichtlich Richtung und Größe proportional zur wahren Leistung in der damit verbundenen Phase ist. Um dieses Ergebnis zu erreichen, wird jedem Modulator 28 die zuvor erwähnte RI-Spannung und zwei weitere Spannungen zugeführt, die von den Sekundärwindungen eines zugeordneten Potentialtransformators 13 mit Mittelanzapfung stammen, dessen Primärwindungen zwischen einer Leiterphase der gleichen Phase und der Null-Leitung des Netzes 5 liegen. Im weiteren sind die Sekundärwindungen eines jeden Potentialtransformators 13 mit geerdeten Mittelanzapfungen versehen, so daß ein ausgewogenes Spannungspaar, das im folgen mit + und - V bezeichnet ist, jedem Modulator zugeführt werden kann. Dem Wesen nach arbeitet jeder Modulator 28 als ein Schalter, der die Eingangsspannung RI am Ausgang erscheinen läßt, wenn die entsprechende modulierende Spannung + V positiv ist. Es wird analytisch dargestellt,

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daß das Ausgangssignal für eine bestimmte Phase den Betrag KI cos. θ wiedergibt, wobei K eine Konstante, I der Phasenstrom und θ der Winkel zwischen dem Strom I und der Spannung V bedeuten.

Da der wirkliche Einphasenenergiestrom durch den Netzschutz 8 proportional Vw „I cos. θ ist, wobei Vw „ die Spannung zwischen Phase und Null-Leiter bedeutet, so ist ersichtlich, daß, wenn Vw _N annähernd konstant ist, der Betrag KI cos. θ annähernd gleich dem wirklichen Energiefluß ist und daß der Fehler unbedeutend ist.

Das Ausgangssignal eines ,jeden Modulators wird einer Summierungsschaltung 29 zugeführt, wobei das Ausgangssignal die algebraische Summe der Modulatorausgangssignale darstellt, wodurch der Drelphasenenergiefluß erhalten wird. Das Ausgangssignal der Summierungsschaltung 29 wird über ein Tiefpaßfilter 30 einem Detektor 31 zugeführt. Jeder Potentialtransformator 13, Stromtransformator 14 und die zugeordneten Schaltungselemente der Leistungssteuerungseinheit 11 ist polarisiert worden, so daß ein positives Signal am Modulatorausgang 28 nur dann vorhanden sein wird, wenn ein umgekehrter Energiefluß in den entsprechenden Phasen vorhanden ist. Demzufolge fühlt der Detektor 31 eine kleine positive Spannung ab, um die Ausgangsstufe 32 der LeI-stungssteuerungseinheit 11 mit einem Signal beaufschlagen zu können. Das Tiefpaßfilter 30 dient dazu, irgendwelche Wechselstromkomponenten des Dreiphasenausgangssignals, das aus der Summierungsschaltung 29 kommt, zu eliminieren, die das Ansprechen des Detektors 31 möglicherweise verfälschen. Wenn z.B. der Durchschnittswert des Ausgangssignals aus der Summierungsschaltung 29 negativ ist, so könnte ein positiv gerichtetes Teil eines Modulatorausgangssignals den Detektor 31 betätigen.

Wenn die Ausgangsstufe 32 durch den Detektor 31 angeregt wird, übt sie eine vorbestimmte Steuerfunktion, wie beispielsweise die Erregung eines Auslösekernes 17 des Netzschutzes 8, aus. Wie in Figur 2 dargestellt ist, verbindet ein Schalter 33 den De-

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tektor 31 zur Ausgangsstufe 32 entweder direkt oder über die Einheit 16. Wenn die direkte Schaltung vorliegt, erregt die Ausgangsstufe 32 den Auslösekern 17 bei einem umgekehrten Energiefluß unmittelbar. Wenn über die Einheit 16 geschaltet wird, erregt die Ausgangsstufe 32 den Auslösekern 17 nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung oder auch ohne Zeitverzögerung, falls der umgekehrte Energiefluß aufgrund eines Fehlers auf der primären Versorgungsleitung bewirkt wird, öle Einheit besitzt eine Zeitverzögerungsschaltung 34₉ ein Oder-Tor 35 und ein Und-Tor 35 a. Mit dem Oder-Tor 35 ist auch der Ausgang eines Überstromdetektors 36 verbunden, dsr die Signale RI , RI. und RI durch ein Oder-Tor 37 erhält. Ber Ausgang des Oder-Tores 35 liefert ein Hilfseingangssignal für das "Ümd-Tor 35 a₉ dessen anderes Eingangssignal direkt aus dem Polarisationsdetektor 31 entnommen wird. Wenn der Schalter 33 den Detektor 31 mitder Einheit 16 verbindet, erregt die Ausgangsstufe 32 den Aus= lösekern 17 nur nach einer vorbestimmten Zeit_s "die durch die Schaltung 34 festgelegt ist₉ sofern der umgekehrte Fehierstrom in den Phasen, der durch die Ei-Signale dargestellt wird_s eine genügende Größe besitzt, um den Öbsrstroradetektor 36 zu erregen, wodurch eine unmittelbare Auslösung hervorgerufen wird. Di® Kontakte 18,:die geschlossen sind, wenn der Netzscfrutz 8 geschlossen ist, werden durch die Auslösung des E&tzmchutzes B geöffnet, um den Auslösekern 17 zu entregen»

Die Verzögerungseinheit 16 insgesamt stellt keinem Teil der Erfindung dar und der Detektor 31 kann die Ausgangsstufe 32_Ρ wie dargestellt, allein steuern.

Schließlich wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine Steuer= energiequelle 40 durch die übertragangstransfoffiaatoren 13 und 14 versorgt, da ihre Eingänge die El- und -e- sad - V-SignaXe je» der Phase umfassen. Die Leistungssiaueffoagseianeit Il kann von einer getrennten externen SteoeffeaergiQqKSlls betrieben werden.

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Eine bevorzugte Ausführungsform der Leistungssteuerungseinheit 11 wird in Figur 3 dargestellt. Die Blöcke gemäß Figur 2 sind in Figur 3 mit den entsprechenden Bezifferungen versehen. Jeder Modulator 28 enthält vier Dioden D₁, D₂, D„ und D₄, die sich in einer Brückenschaltung befinden. Das Signal RI wird dem Fußpunkt der Brücke, der D₁ und D„ einschließt, zugeführt und von dem Fußpunkt von D„ und D₄ wird ein Ausgangssignal abgegriffen, das im folgenden mit V bezeichnet wird. Die Spannungen + und - V liegen an den Fußpunkten an, die D₁ und D₄ und D„ und D₃ über die entsprechenden Widerstände 41 und 42 einschließen.

Da die Modulatoren ähnlich sind, wird hier nur der Modulator für die Phase A betrachtet, bei dem die Dioden in Vorwärtsrichtung geschaltet sind, falls + V positiv ist. Daraus folgt, daß ein

Eingangssignal RI über einen der beiden Wege fließen kann:

über D₁ und D₄ oder Über D₃ und D₃. Dies hat zur Folge, daß der Modulator 28 kurzgeschlossen ist und das Eingangssignal RI am

Ausgang als V erscheint. Wenn + V negativ wird, sind alle ya a

Dioden umgekehrt geschaltet und kein Eingangssignal RI_n kann am Ausgang erscheinen, so daß V dem Wert null gleichkommt.

Solange der Effektivwert der Netzspannung relativ konstant ist, ist der Ausgangswert V _ proportional zum mittleren Energiefluß

ya

in der Phase A. Dies kann durch Integration eines Ausdruckes für <

die Spannung RI_n über einen Zeitraum, während dessen + V_n positiv ist, gezeigt werden. Wenn + V von^t «■ O bischt -»als positiv angenommen werden kann, dann ist

l£ ML cos. θ

T *

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Praktisch ist V ^β KI cos. G, wobei K konstant ist, denn alle Dioden D- bis D₄ bleiben nur in der Vorwärtsrichtung geschaltet, wenn die Größe des Signalstromes, die sich aus der Spannung RI_n

ergibt, kleiner ist als ein Strom, der sich aus den Spannungen + und - V_ ergibt. Wenn der Signalstrom diesen Strom erreicht,

El

werden entweder die Dioden D- und D₃ oder die Dioden D₂ und D₄ umgekehrt vorgespannt, so daß das Ausgangesignal, das durch das Eingangssignal RI_ erzeugt wird, begrenzt wird. Zweckmäßigerweise wird V über eine gewisse Höhe von RI_ft gehalten. Bei niedrigen Signalströmen ist V _ geringer als RI , da durch die

ya n

internen Impedanzen, die sich aus der RI_ Schaltung, den Impe-

ει 4. - - -

danzen der Leistungssteuerungseinheit 11, wie durch V d'argestellt und den Widerstand 41 und 42 ergeben, ein Spannungsteiler gebildet wird. Daher beträgt V _r_ bei niedrigen Signalströmen einen gewissen Prozentsatz des Einganges RI . Obgleich der Wert der Konstanten K etwas variiert, und zwar wegen dieses Festhaltens, wird die Phasenbeziehung zwischen RI_& und V nicht gestört. Da ferner der Detektor 31 mit einer sehr kleinen positiven Spannung betätigt werden kann, die in der Größenordnung von 50 mV liegt, ist eine leichte Variation der hohen Spannung V unbeachtlich.

Der Ausgang V eines jeden Modulators 28 ist über einenfliderstand 43 mit einer Seite eines Kondensators 44 verbunden. Die andere Seite des Kondensators 44 ist geerdet. Die Widerstände und die Kapazität 44 bilden die Summierungsschaltung 29. Ein Ausgangssignal, abgegriffen vom Kondensator 44, wird im folgenden mit V bezeichnet und gibt den durchschnittlichea Dreiphasenenergiefluß durch den Netzschutz 8 wieder.

In den Figuren 4 bis 6 sind Wellenformen von + V, RI, V und V_z für drei mögliche Bedingungen wiedergegeben. Figur 4 gibt den Zeitpunkt wieder, wo der normale Laststrom durch den Netzschutz 8 in das Netz 5 fließt und wobei die Ströme in den Phasen A, B und C symmetrisch sind. Ferner führt jede Phasenspannung, die mit + V wiedergegeben ist, jeweils einen Phasenstrom, mit RI bezeichnet ist* unter einem Winkel von annähernd 30*

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Demzufolge ist θ «= - 30°. Es muß darauf hingewiesen werden, daß wegen der Verbindung zum Stromtransformator 14 RI um 180 zum Phasenstrom phasenverschoben ist. Aus Figur 4 (a) ist ersichtlich, daß + V sinusförmig um die Null-Linie schwankt. Die Kurve

C*

unmittelbar unter der 4 V_e Kurve gibt V„„ oder den Ausgang von Modulator 28 wieder, was gleich dem Werte RI_e ist. Wie schon vorher besprochen wurde, variiert V nur für solche Kurventeile

von RI um die Null-Linie, wo + V_e positiv ist. Wie aus Figur a a

4 (a) zu entnehmen ist, ist der Durchschnittswert von V negativ, da der größere Teil unterhalb der Nullspannung liegt. Entsprechendes kann für die Phasen B und C, die in Figur 4 (b) und 4 (c) dargestellt sind, gesagt werden. Aus Figur 4 (d) ist V_z oder der Ausgang der Summierungsschaltung 29 zu entnehmen, der einen negativen Durchschnittswert besitzt, was dem Energiefluß vom Transformator 7zum Netz 5 entspricht. In diesem Falle kann der Detektor 31 nicht die Ausgangsstufe 32 betätigen, um den Auslösekern 17 zu erregen.

Ein ähnliches Ergebnis folgt aus Figur 5, wo jeder Phasenstrom in einem symmetrischen System seiner Phasenspannung um 90° nacheilt. In den Figuren 5 (a), 5 (b) und 5 (c) sind nur die Modulatorausgängssignale V wiedergegeben; in Figur 5 (d) ist

» <y

der Ausgang V der Summierungsschaltung 29 zu entnehmen und es * ζ

ist ersichtlich, daß der Durchschnittswert von V„ und V„_, V,_rVw

ζ y» yu

und V null ist, was mit dem entgegenwirkenden Energiefluß durch den Netzschutz 8 übereinstimmt. Figur 5 (d) gibt auch einen Zustand wieder, wo das Tiefpaßfilter 30 eine falsche Betätigung des polarisierten Detektors 31 auf die positiven Spitzen von V verhindern kann.

Es wird nun angenommen, daß zwischen der PhaseAund der Phase C auf dem primären Netztransformator 7 ein Fehler vorhanden ist. Es bilden sich dann die Spannungen aus, die in Figur 6 wiederge-

^V^ndy _o

geben sind. Die Spannungen?+ V_ sind um 180 phasenverschoben und es wird angenommen, daß der Fehlerimpedanzwinkel 60 beträgt, wobei der Strom in Phase B zu + V_b um 120° voreilt. Aus Figur 6 (a) und 6 (c) ist ersichtlich, daß V„_ einen positiven Durch-

ya

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schnittswert besitzt, wobei V„_ einen negativst Durchschnitts= wert hat, der über eine gesamte Spannungsschwingung .Y kungsvoll verschwinden läßt. Aus diesem Grunde tot der schnittswert von V _b Steuerfunktionen. Wi© in Figur 6 zeigt ist, hat V. einen positiven BwsOhsehsiittßwert. In ähnli cher Weise'hat V„ in Figur 6 (d) einen positiven Durchschnitts wert, wodurch Detektor 31 betätigt

Das Tiefpaßfilter 30 kann die ?.,.: Figur 3 dargestellten Schalt-' elemente enthalten; es ist jedoefc '^lbst^©rstäadli©!n, daß auch andere Konstruktionen möglich sind. Di© Dämpfung des Filters bei einer Dietzfrequenz von beispielsweise 60 Her-ta muß -smsrai= chend sein, um zu erreichen, daß nur der Durctssctolttswert V_ des Ausganges der Summierungsschaltung am Detektor 33 anliegt,,

In ähnlicher Weise kann der Detektor 31 irgendeine bekannte struktion sein, die in der Lage ist, eine kleine Spannung abzugreifen, die am Ausgang des Tiefpaßfilters 30 anliegt. In Figur 3 ist auch der Detektor 31 wiedergegeben, der drei Transistoren 45, 46, 47 enthält, die normal vorgespannt sind, so daß die Transistoren 45 und 47 geschlossen und der Transistor 46 offen ist. In diesem. Falle wird der Kollektor des Transistors 47 durch den Widerstand 48, der mit einer positiven Spannungsverfc sorgung + E- verbunden 1st, auf einer positiven Spannung gehalten.

Wenn am Ausgang des Tiefpaßfilters 30 ein positives Signal mit einem bestimmten Betrag erscheint, das durch Veränderung eines Potentiometers 49 bestimmt wird, öffnet der Transistor 45 und der Transistor 46 schließt. Es fließt sodann ein Strom aus der positiven Spannungsversorgung+ E über einen Widerstand 50 zu einem Anschluß eines Widerstandes 51, der mit der Basis des Transistors 47 und einem Kondensator 52 verbunden ist, der seinerseits mit dem geerdeten Emitter des Transistors 47 verknüpft ist. Der Kondensator 52 wirkt als Zeitverzögerung bei der Aufschaltung des Transistors 47 durch den Strom über den Widerstand 53, der als paralleler Widerstand für diesen Strom bis zur Aufladung wirkt. D.aher wird eine momentane Leistungsumkehr den Detektor 31 nicht erregen. Wenn der Transistor 47 beaufschlagt

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wird, sinkt die Kollektorspannung bis auf annähernd null Volt.

Der Ausgang des Detektors 31 wird vom Kollektor des Transistors 47 abgegriffen und zu einem Schalter 30 zur Ausgangsstufe 32 geführt, die dazu dient» mit einem bestimmten Netzschutzauslösekern oder mit anderen damit verbundenen Schaltungselementen verwendet zu werden. Gemäß Figur 3 enthält die Ausgangsstufe 32 einen Transistor 53, der normalerweise vollkommen offen gehalten wird und zwar mit Hilfe der positiven Ausgangsspannung des Detektors 31. In diesem Falle bewirken die Widerstände 54 und 55 eine Spannungsteilung zwischen den Spannungen + E₁ und - E₁. Der Widerstandswert wird so. ausgewählt, daß die Spannung am Tor eines gesteuerten Siliciumgleichrichters 56 niedriger ist, als die Spannung an der Kathode des gesteuerten Siliciumgleichrichters 56, wobei die Spannung an der (Torelektrode des gesteuerten Siliciumgleichrichters 53 umgekehrt, während der gesteuerte Siliciumgleichrichter 53 in einem nicht-leitenden Zustand gehalten wird. Während die Ausgangsspannung des Detektors 31 nach null geht, schließt der Transistor 53, wodurch der Kondensator 57 die Möglichkeit erhält sich aufzuladen und sich dann über die Steuerelektrode des gesteuerten Siliciumgleichrichters 56 zu entladen und den Gleichrichter 56 zu öffnen. Damit wird die Spannungsversorgung + E₂ in Serie zu den Auslösekerrien 17 : und Kontakten 18 geschaltet. Wie vorher erwähnt, wird die Ausgangsstufe 32 über einen Hilfseingang erregt, wenn der Schalter 33 mit der Einheit 16 verbunden ist.

In den Figuren 7 und 8 ist eine verallgemeinerte Ansprechkurve für einen Einphasenabschnitt der Leistungssteuerungseinheit 11 aufgezeigt. Figur 7 stellt die Kurve für Phasenströme bis zu 100 % des Laststromes von 1.600 Amp. dar. Figur 8 zeigt die verallgemeinerte Kurve, die bis zu 600 % des Laststromes ausgedehnt ist. In den Figuren 7 und 8 ist die Netzphase zur Nullspannung, die vorher als V , V, oder V bezeichnet wurde, bequemerweise als Vektor dargestellt, der vom Zentrum der Kurve entlang der Nullgradachse oder auf der rechten Seite davon führt. Deshalb muß der Vektor, der den Netzphasenstrom darstellt, auf der rechten Seite der Fläche liegen, die durch die 90° und 270° Achsen

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begrenzt wird und zwar für die Leistung, die aus den primären Abzweigen 3 durch den Netztransformator 7 und Netzschutz 8 zum Netz 5 fließt. In ähnlicher Weise stellt .jeder Vektor, der in den linken Teil weist, einen umgekehrten Energiefluß dar. Die in den Figuren 7 und 8 wiedergegebenen Kurven zeigen wie die LeI-stüngssteuerungseinheIt 11 zwischen dem normalen und dem umgekehrten Energiefluß unterscheidet. Die Leistungssteuerungseinheit 11 erzeugt ein Auslösesignal über die Ausgangsstufe 32, wenn der Phasenstrom links der verallgemeinerten Ansprechkurve endet.

In Figur 7 nähert sich die Ansprechkurve sehr dicht der 90°. 270° Achse. " <

Für größere Phasenströme zeigt gemäß Figur 8 die Kurve die Wirkung der Sättigung in dem damit verbundenen Stromtransformator 14, wobei die Kurve merklich v<
bei einem 300%-igen Nennstrom.

14, wobei die Kurve merklich Von der 90° - 270° Achse abweicht,

Die Bedingungen, die In den Figuren 4 und 5 zugrunde gelegt wurden, um die Verhaltreweise des Modulators 28 zu beschreiben, werden in Figur 7 für die Phase B wiedergegeben. Der Phasenstromvektor I. endet bei einer Nacheilung von sowohl 30° als auch 90° innerhalb des rechten Teiles der verallgemeinerten Ansprechkurve mit der Wirkung, daß der Auslösekern 17 nicht betätigt wird.

In entsprechender Weise sind die in den Figuren 6 zugrunde gelegten Bedingungen in der Figur 8 für die Phase B wiedergegeben. Der Phasenstromvektor I_fe, der mit 120° voreilt, endet in dem linken Teil der verallgemeinerten Ansprechkurve, .das sich aus dem Betrieb des Auslösekernes 17 ergibt. Aus der Figur 8 ist auch eine Bedingung zu entnehmen, bei der auf dem Netz ein Fehler vorkommt und der Phasenstromvektor I_u mit 35° nacheilt. Wenn der Vektor in dem rechten Teil endet, wird keine Betätigung des Auslösekernes bewirkt.

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Wie schon vorher erwähnt wurde, läßt jedes Element 22 des Spannungsabgriffsnetzes 15 die Größe des Signales RI bei geringen Sekundärströmen des Stroratransformators, bezogen auf hohe Ströme, proportional ansteigen und verschiebt die Phase des RI relativ zum Phasenstrom. Die Figuren 9 und IO zeigen graphische Darstellungen der Größe und des Phasenwinkels von RI, aufgetragen über den Nennlaststrom in Prozenten. Bei 0,1 % des Nennstromes kann entnommen werden, daß RI eine Größe von annähernd 190 mV besitzt, gegenüber 20 mV bei Verwendung einer linearen Schaltung und einem Phasenwinkel von angenähert 42° relativ zum Phasenstrom.

Der Vorteil, der sich aus der Verwendung eines nicht linearen Elementes 22 ergibt, kann der Figur 11 entnommen werden, die die verallgemeinerte Ansprechkurve für sehr kleine Einphasenströme im Bereich von O bis 5 Amp. im Falle eines vorliegenden Nennstromes von 1600 Amp. wiedergibt, der angenähert 0 bis 0,3 % des Einphasenlastnennstromes beträgt. Der minimale Phasenstrom, der benötigt wird, um die Leistungssteuerungseinheit 11 zu betätigen, wird durch das Potentiometer 49 im Detektor 31 eingestellt; die verallgemeinerte Ansprechkurve in Figur 11 zeigt, daß der Ausltfsekern 17 nicht erregt wird, sofern der Phasenstrom nicht das Minimum erreicht hat.

Wenn der Kraftwerksnetzschalter 4 geöffnet ist, fließt ein Magnetisierungsstrom in den Sekundärwindungen des Netztransformators 7, da das Netz 5 versucht, den Primärabzweig 3 zu versorgen. Im allgemeinen wird dieser Magnetisierungsstrom ganz niedrig sein und die Netzphasenspannung in Phase bringen. Es wird angenommen, daß das Potentiometer 49 so eingestellt wurde, um den Auslösekern 17 zu erregen, und zwar bei 0,1 % des Nennlaststromes oder 1,6 Ampere. Diese Annahmen liegen der verallgemeinerten Ansprechkurve in Figur 11 zugrunde. Bei einem vorgegebenen Magnetisierungsstrom von 0,1 %, der mit 108° der Netzphasenspannung voreilt, so wird aus Figur 11 ersichtlich, daß keine Auslösung bewirkt wird, da der Vektor I , der den Magnetisierungsstrom darstellt, auf der rechten Seite der verallgemeinerten Auslöse-

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kurve endet. Dessen ungeachtet, läßt das Element 22 durete Schiebung der Phase des RI und durch Ansteigen der Vektor I_m der Leistungssteuerungseinlieit 11 Äs ein Vektor I erscheinen, wodurch eine Auslösung bewirkt wird»

Um die Beschreibung der Leistungsstemerumgseinlieit Il au ständigen, wird auf das AusfUhrungsbciispiel dar Leistumgsversos·· gung 40 verwiesen, die in Figur % geneigt ist_o Ss wird sin® Gleichspannung + E„ von einer eiiaf'jilssB Diode SS₉ die mit d@m RI-Eingang eines jeden Modulators 28 vorfoundo» ist unü v®a ©ii Brücke 59, bestehend aus vier Dioden, erhalt®^ di© mit dea 4- und - V-Eingängen eines jeden Modulators 28 w© A um de a ist geringe positive Gleichspannung + E₁ wird von + E₀₅ über eiraesa

JL da

konventionellen Widerstand und Zenerdioden-Schaltelemeiat© 59° abgegriffen und eine niedrige negative Gleichspannung - E₁ wird von den Brücken 59 abgenommen. Es darf bemerkt werden, daß + E₁, - E₁ und + E_n von den Potentialtransformatoren 13 und Stromtransformatoren 14 versorgt werden und daß kein getrennter Versorgungstransformator erforderlich ist.

Die Schließeinheit 12 stellt sicher, daß der Netzschutz 8 nicht unter Spannungsbedingungen schließen kann, unter denen eine Leistung aus dem Netz 5 in den Transformator 7 fließt. Solche Bedingungen bestehen beispielsweise, wenn der Netzschutz 8 offen ist und die Sekundärspannung des Transformators größer ist, als die Netzspannung, aber in der Phase nacheilt. Wenn dem Netzschutz 8 unter diesen Bedingungen erlaubt wird zu schließen, würde ein Kreisstrom zusätzlich zum Laststrom im Netz fließen. Der Kreisstrom würde mit 90° dem Laststrom nacheilen und würde eine solche Größe besitzen, daß der resultierende Strom möglicherweise auf der linken Seite der Auslösecharakteristik der Leistüngssteuerungseinheit 11 endet. Aus diesem Grunde würde der Netzschutz 8 unmittelbar öffnen, dann wieder schließen, dann öffnen und so zu einem Zustand führen, der als "pumpen" des Netzschutzes 8 bezeichnet wird.

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Um ein solches Pumpen zu eliminieren, gestattet das Schließrelais dem Netzschutz nur wieder zu schließen wenn:

a) die Transformatorspannung größer als die Netzspaanung ist und zwar um einen gewissen vorbestimmten Betrag, und

b) ein Spannungsdifferenzvektor zwischen der Transformatorspannung und der Netzspannung in einem gewissen Quadranten der Netzspannungscharakteristik endet, wie durch die Zeichnung dargestellt ist, die den Netzspannungsvektor und den Transformatorspannungsvektor einschließt oder in einem vorbestimmten Bereich bezüglich der Netzspannung einen Phasenwinkel besitzt, und '

I·.

c) die Leitungen 21 und 6 auf jeder Seite des Netzschutzes 8 in

einer geeigneten Phasenfolge angeordnet sind.

Es wird nun auf Figur 2 Bezug genommen, aus der zu entnehmen ist, daß die Schließeinheit 12 Eingänge besitzt, die aus einer Vielzahl von Spannungstransformatoren 60, 61 und 62 gebildet werden, die mit dem System verbunden sind und aus Zuführungen, die direkt mit den Systemleitungen verbunden sind. Besonders ein Eingang wird von einer Verzweigungseinrichtung, wie ein Potentialtransformator gewonnen, dessen Primärleitungen mit dem A Phasenleiter in Verbindung stehen und zwar auf jeder Seite des Netzschutzes 8. In dieser Weise erscheint eine Spannung an der. geerdeten Sekundärleitung des Transformators 60, die die Spannungsdifferenz zwischen dem A Phasenleiter darstellt und

die im folgenden mit V. bezeichnet ist. Zwei andere Eingänge

^tna

ergeben sich aus den direkten Verbindungen zu den B Phasenleitern auf jeder Seite des Netzschutzes 8, die im folgenden mit V . und V.. benannt sind. Ein anderer Eingang zur Schließeinheit 12 wird durch eine Verzweigungsvorrichtung, wie ein
Potentialtransformator 61, dessen Primärleitungen mit der Netzleitung der Phase A und dem Null-Leiter verbunden sind, gebildet, wobei die sich ergebende Sekundärspannung die Spannung

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zwischen Phase A der Netzleitung zur Null-Leitung verschoben um 180°, darstellt, die im folgenden mit - V_na bezeichnet ist. Und schließlich wird ein Eingang C durch die Phasentransformatorleitung mit Hilfe eines Spartransformators 62, dessen Spannung mit V. bezeichnet ist, gewonnen.

Im allgemeinen sorgen diese Eingänge für soviel Spannungen, mit Ausnahme von V. , die mit einer Leistungsversorgung 63 der Schließeinheit 12 verbunden ist, die der Schließeinheit 12 gestatten, ein Schließen des Netzschutzes 8 nur dann zu bewirken, ^ wenn die Bedingungen a bis c erfüllt sind.

V. wird dem Detektor 64 zugeführt, der kein Ausgangssignal

abgibt, wenn Y. positiv und größer als eine gewisse untere tn_a l..

Größe ist. Der Ausgang des Pegeldetektors 64 ist mit einem ersten Eingang eines logischen Schaltkreises, wie beispielsweise ein Oder-Nicht-Schaltkreis (NOR-Kreis) 65 gekoppelt. V_nb und V_tb werden einer Summierungsschaltung 66 zugeführt, deren Ausgang mit dem zweiten Eingang des Oder-Nicht-Kreises 65 verbunden ist. Die dritten und vierten Eingänge der Oder-Nicht-Schaltung 65 werden durch .- V über zwei Phasenverschiebungsschaltkreise 67 und 68 beaufschlagt.

" Ein Ausgangssignal V« wird von der Oder-Nicht-Schaltung 65 nur

dann erhalten, wenn kein Signal bei irgendeinem der vierEingänge eingeht. Wie im folgenden näher beschrieben wird, wird von dem Zeitglied 69 nur dann ein Ausgangssignal VV, erhalten, wenn V_n

O dl

für eine gewisse Zeitperiode oder für einen gewissen Teil der Netzspannungsfrequenz bestehen bleibt. Da V₃ mit dem Eingang einer Ausgangsstufe 70 verknüpft ist, die ihrerseits den Schließkern 19 erregt und zwar über Kontakte 20 bei Vorhandensein von V₃, so kann gezeigt werden, daß, um den Netzschutz 8 zu schließen, kein Signal an irgendeinem Eingang des Oder-Nicht-Kreises 69 für mindestens den Prozentsatz der Netzspannungsfrequenz vorhanden sein kann, der durch das Zeitglied 69 bewirkt wird. Zum Zweck der Erläuterung ist dieser Teil bei 85° ausgewählt. Demzufolge gelten die Bedingungen a bis c.

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Die Bedingung a) wird erfüllt, wenn V. oder die Differenz-

tn_a

Spannung zwischen V._ und V _ größer ist als eine gewisse

TEt Il el

Größe, die durch den Detektor 64 festgelegt wird. Die Bedingung b) wird erfüllt, wenn,aus dem Detektor 64 kein Ausgangssignal bei 85 oder mehr erhalten wird, bei einem Abschnitt der Netzspannungsfrequenz, die durch - V _β über die Phasenverschiebungs-

na

schaltungen 67 und 68 begrenzt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird ein Ausgangssignal durch eine der beiden Phasenverschiebungsschaltungen 67, 68 für alle Netzspannun^sfrequenzen, ausgenommen ein Abschnitt wie beispielsweise 95 , erzeugt. Es muß bemerkt werden, daß dieser Abschnitt zeitlich größer ist als die 85° Periode, die durch das Zeitglied 69 hervorgerufen wird. In ähnlicher Weise wird Bedingung c) erfüllt, wenn von der Summierungsschaltung 66 während dieses Abschnittes kein Ausgangssignal erhalten wird. Eine besondere Ausführungsform der Schließeinheit 12 ist in Figur 12 dargestellt. Am oberen Ende der Figur ist die Summierungsschaltung 66 wiedergegeben, die einen Widerstand 71 enthält, der mit V_tb und einen Widerstand 72, der mit V , verbunden ist. Die anderen

' nb

Anschlüsse der Widerstände 71,72 sind gemeinsam mit dem einen Anschluß des Widerstandes 73 und einem Kondensator 74 verbunden. Sowohl der Kondensator 74 als auch die Diode 75, die mit dem zweiten Anschluß des Widerstandes 73 verbunden sind, sind geerdet. Der zweite Anschluß des Widerstandes 73 ist auch über eine Diode 76 mit dem Eingang des Oder-Nicht-Kreises 65 verbunden. Die Werte der Komponente der Summierungsschaltung 66 sind so ausgewählt, daß das sich ergebende Eingangssignal für den Oder-Nicht-Kreis 65 durch den Ausdruck ^K(^vtb^+Vnb^ Z_=»45°, wiedergegeben wird, wobei K eine Konstante ist und / - 45° einen Winkel von 45° Phasennachellung bedeutet.

An deser Stelle kann erwähnt werden, daß der Oder-Nicht-Kreis 65 Halbleitergleichrichterschaltelemente enthält, wie beispielsweise einen Transistor 77, dessen Emitter geerdet ist, dessen Basis mit dem Oder-Nicht-Kreiseingang und dessen Kollektor mit dem Ausgang desselben verbunden ist. Normalerweise ist der Transistor 77 durch positive Signale über einen oder

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mehrere Eingänge des Oder-Nicht-Kreises durchgeschaltet„ Unter diesen Bedingungen liegen am Kollektor des Transistors 77 null Volt an. Wenn der Basis des Transistors 77 kein positives Signal zugeführt wird, befindet sich der Transistor in einem nicht-leitenden Zustand und seine Kollektorspannung steigt bis zu V„ an, was angenähert ** r E₁ ist.

Das V. Signal Tvird über einem Widerstand 82 der Basis eines

^tna
normalerweise inaktiven Transistor 79 in de« Peg©!fühler 64 zugeführt. Der Emitter des Transistors 79 ist negativ durch eine Diode 83 vorgespannt, die mit dem Widerstand 83 s zwischen Erde und dem negativen Anschluß der GIeichstr©m¥tarsorgung -E^ liegt. Der Transistor 79 ist normalerweise durch einen Widerstand 84 gesperrt, der zwischen der Basis und dem negativen Pol der Versorgung - E₁ liegt. Der Wert des Widerstandes 84 und des Widerstandes 82 wird so gewählt, daß V. positiv sein

^tna muß und eine gewisse untere Größe übertrifft, um den Transistor 79 durchschalten zu können. Bis dies geschieht, gibt der Detektor 64 ein positives Eingangssignal an den Oder-Nicht-Kreis mit Hilfe eines Spannungsteilers, der einen Widerstand 78 einschließt, welcher zwischen + E und dem Kollektor des Tran-

1
sistors 79, einer Diode 80, die mit der Basis des Transistors 77 in Verbindung steht und einem Widerstand 81, der mit - E₁ verbunden ist, liegt. Wenn der Detektor 64 durch V₊_ beauf-

^tna schlagt wird, geht die Kollektor-Spannung des Transistors 79 zur Erde und das positive Signal wird von der Diode 80 abgeleitet.

Die Phasenverschiebungsschaltung 67 enthält einen Kondensator 85, der mit der Eingangsleitung - V _ und einem gemeinsamen Punkt

na

mit zwei Widerständen 86 und 87 verbunden ist. Der Widerstand 86 ist in der Basis des Transistors 77 über eine Diode 88 und eine Ausgangsleitung verbunden. Der Widerstand 87 1st über eine Diode 89 geerdet und der Wert seines Widerstandes ist so ausgewählt, daß der Strom in der Schaltung 67 im wesentlichen

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gleich beiden Polaritäten der Eingangsspannung ist, wodurch eine Symmetrie erzielt wird. Die Parameter werden so ausgewählt, daß die an der Diode 88 anliegende Spannung - V_nft ist, verschoben um 5° Phasenvoreilung, was im folgenden, wie nebenstehend geschrieben wird; - V_fta / 5°. Wie aus der späteren Diskussion der Wirkungen der verschiedenen Eingänge zum Oder-Nicht-Kreis 65 zu entnehmen ist, bestimmt - V_na (5 den max. Phasenwinkel, den V.„ bezüglich V _ einnehmen kann.

tn_a na

Die Phasenverschiebungsschaltung 68 besitzt einen Kondensator 90, der zwischen - V und einem mit den Widerständen 91, 92, 93 und 94 und dem Kondensator 95 gemeinsamen Anschluß liegt. Die Widerstände 91 - 94 sind über eine Anschlußblockanordnung 96 mit der Erde verbunden. Der Kondensator 95 liegt an einem Punkt, der den Widerständen 97 und 98 gemeinsam ist. Der Widerstand 97 ist über eine Diode 99 und den Transistor 77 geerdet und aus Symmetriegründeη ist der Widerstand 98 über eine zweite Diode 100 geerdet. Während des Betriebes kann irgendeiner der Widerstände 9t bis 94 durch Einsetzen eines Verbindungsstückes in den entsprechenden Verbindungsblock 96 ausgwählt werden. Hierbei kann die Spannung, die der Diode 99 zugeführt wird - ν__ sein, mit einer Phasenvoreilung von 100 , 90 , 80 oder 70 , was im folgenden mit - V_nft |_90° bezeichnet wird, und was den_: minimalen Phasenwinkel festlegt, den V_tn in Bezug auf V_nft einnehmen kann.

Der Kollektor des Transistors 77 ist mit dem Zeitglied 69 verbunden, das einen variablen Widerstand oder einen Rheostaten 101 besitzt, der mit dem Eingang eines Transistorpaares 102, 103 verbunden ist, die in einer Darlington-Schaltung angeordnet sind. Ein Widerstand 104 liegt zwischen der Basis des Transistors 102 und dem negativen Pol der Gleichstromversorgung -E.. Zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors 102 befindet sich ein Kondensator 105. Ferner ist der Emitter des Transistors 103 Über in Serie geschaltete Dioden 106, 107 geerdet, die den Emitter des Transistors 103 geringfügig unter-

=0 9837/1083

halb des Erdpotentials halten. Ein Widerstand 108, der zwischen dem Emitter und dem negativen Pol der Gleichstromversorgung -E₁ liegt, dient zur Ableitung für den Emitter bei wechselnden Halbwellen.

Während des Betriebes wird die Zeitperiode des Zeitgliedes durch den Wert des Kondensators 105 des Rheostaten 101 und des Widerstandes 104 bestimmt. Der Rheostat 101 enthält Mittel, um die Netzspannungsfrequenz einzustellen, während der Transistor 77 in einem nicht-leitenden Zustand sein muß, um die Schaltung 69 in die Lage zu versetzen, ein Schließen des Netzschutzes8 zu bewirken. Es muß darauf hingewiesen werden, daß der Transistor 77 nur dann in einem nicht-leitenden Zustand ist, während keine der entsprechenden Eingänge zur Oder-Nicht-Schaltung 65 positiv ist, während dessen ein positives Ausgängssignal V„ erzeugt und dem Zeitglied zugeführt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel muß V„ für 85° bei einer Spannungsfrequenz von 60 Hertz weiterbestehen, bevor die Transistoren 102 und 103 den Sättigungsstrom erreichen und ihre Kollektorspannungen bis zum angenäherten E_rdpotential reduziert sind.

I.

Die Ausgangsstufe 70 ist in Figur 12 wiedergegeben, die mit der Ausgangsstufe 32 der Leistungssteuerungseinheit 11 indentisch ist; erforderlich ist, daß die Stufe 70 den Schließungskern Ii erregt, wenn die Kollektorspannung des Transistors 103 nach null geht.

Die Leistungsversorgung 63 ist im Aufbau der Le is tungs ve rsorgung 40 der Leistungssteuerungseinheit Il ähnlich, erhält jedoch einen Eingang nur vom Transformator 62 mit V. .

te

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Die Wechselwirkungen der Eingänge der "Oder-nicht"-Schaltung wird am besten durch die Zeitkarten der Figuren 13 und 14 und durch die verallgemeinerte Ansprechkurve gemäss Figur 15 erläutert. Die Spannungen in den Figuren 13 und I¹I sind, obwohl sinusförmig, als Rechteckwellen dargestellt, da jede Spannung in bezug auf die Spannung, die erforderlich ist, jeden Transistor

ir

in der Schliesseinheit 12 zu betätigen, gross genug ist. Im oberen Teil der Figur 13 ist V · als Bezugsgrösse angegeben, die bei null Grad positiv und bei I.80 negativ wird. Ihre negative Halbwelle wurde verkürzt. Unmittelbar darunter befindet sich -V oder V umgekehrt. Unmittelbar unter -V befindet sich -V_na |_5_^o und -V_n& (90°. Wie vorher erwähnt wurde, bestimmen -V /5° und -V /90° den kritischen Abschnitt der Schwingung während der di^Schliesseinheit 12 tätig werden kann, wenn vom Detektor 64 oder der Summierungsschaltung 66 kein Ausgangsspannungssignal kommt. Aus Figur 13a kann entnommen werden, dass der kritische Abschnitt bei 95° liegt, der von -5° bis 90° reicht. Durch Auswahl eines anderen der Widerstände 91 bis Sk kann ,das nacheilende Ende des Abschnittes voreilen oder verzögert werden, so dass die Abschnittsweite wie gewünscht von 85° bis 115° variieren kann. In jedem Fall entspricht der Abschnitt einem Winkel,der das Supplement der Phasenverschiebung zwischen den Ausgängen und der Phasenverschiebungsschaltung 67 und 68 darstellt.

Solange, wie V. dem Werte nach grosser und in der Phase in bezug auf V , V. voreilt, wird V mit einem Winkel ß., der in Figur 13b mit 30° bestimmt ist, voreilen und es ist aus der Zeitkarte ersichtlich, dass V. vor, während und nach dem

ο a

kritischen 95 -Abschnitt positiv ist. Es ist verständlich. dass, da V. eine positive Polarität und eine Grosse besitzt, die einen ge^awissen Grenzwert überschreitet, *w*4- der Detektor 64 während dieses bestimmten Zeitabschnittes sich in einem aktiven Zustand befindet. Nimmt man an, dass aus der Summenschaltung 66 kein Ausgangssignal austritt, so erhält daher

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der Oder-nicht-Kreie 65 für den gesamten 95°-Abschnitt kein Eingangssignal und sein Ausgangssignal V₂ ist, wie gezeigt_s damit koinzident. Da für das Zeitglied 69 erforderlich ist, dass V₂ für 95° ununterbrochen besteht, bevor das Schliessen erlaubt ist, so erreichen die Transistoren 102 und 103 den Sättigungsstrom in der Nähe des Endes des kritischen Abschnittes, um die Ausgangsstufe 70 zu betätigen, damit der Schliessungskern 19 erregt werden kann.

In dem zweiten Falle sei angenommen, dass der erste Pol des Netzschutzes fälschlicherweise mit der Phase B der Sekundärleitung des Netztransformators anstelle der Phase A verbunden ist. Die Differenzspannung, die dann dem Relais zugeführt wird., sei V., - V , das gegenüber V um den iLAp ^nacneil^» der grosser als 90° ist. Diese Situation ist in dem Diagramm gemäss Fig»13b und in den Zeitkarten gemäss Figur 13a wiedergegeben₃ wobei ß₂

als ein Winkel von 150° angegeben ist. V. ist für den

ο a

kritischen 95 -Abschnitt negativ, so dass deshalb kein Vp Signal dem Zeitglied zugeführt werden kann.

Ein dritter Fall ist dargestellt, bei dem der Phasenwinkel

zwischen V._ und V__ einer Voreilung von 100° entspricht, die υη na

mit ß, bezeichnet ist. Dies ist der max. Winkel, um den V._ gegenüber V_M_ voreilen kann, wobei noch ein Schliessen

erreicht wird. Aus dem Zeitdiagramm kann entnommen werden, dass V._ für 85° des 95°-Abschnittes positiv ist.

a ο

V₂ bleibt bei genau 85 oder bei dem Minimum bestehen, das erforderlich ist, um ein Ausgangssignal aus dem Zeitglied 69 zu erzeugen.

Der Betrieb der Schliesseinheit wird auch durch die Summierungsschaltung 66 beeinflusst, die V.. und V. hinzufügt und ihre Summe um einen Phasenwinkel von 45° Nacheilung verschiebt. Aus der Figur 14 kann die Wirkung der Summierungschaltung 66 ermittelt werden. Figur 14 (a), 14 (b) und I4(c) zeigen Vektordiagramme für drei mögliche Kombinationen von Leitungsver-

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bindungen zum Netzschutz 8. In Figur 14 a ist die Phasenfolge A, B und C auf beiden Seiten des Schutzgerätes. V_r stellt die Summe von V _b und V.. dar; es ist augenscheinlich, dass

V gegenüber V^₀ um 120 nacheilt, wenn die Phasenfolge auf

/ ο

beiden Seiten des Schutzgerätes richtig ist. V"_na Mf5 stellt den Ausgang der Summierungsschaltung 66 dar. Dabei eilt

V (-45° gegenüber V„_o um 165° nach. Die Zeitkarte gemäss r ·—— na

Figur 1*1 (d) zeigt V und.den vorher beschriebenen kritischen Abschnitt oder das Fenster von 95°. Der Betrag V /-45° ist zu keiner Zeit dieses Abschnittes positiv. Nimmt man an, dass aus dem Detektor 64 kein Ausgangssignal kommt, so ist die Spannung V₂ am Kollektor des Transistors 77 für 95,° positiv, wodurch eine Erregung des Schliessungskernes 19 erreicht wird.

Wie in den Figuren 14 (b) und 14 (c) gezeigt wird, eilt der Vektor V f 45 gegenüber V um 135 vor, wenn die Phasen in irgendeiner Kombination auf jeder Seite des Netzschutzes 8 umgekehrt werden. Dieser Zustand ist auch in Figur 14 (b) aufgezeigt, aus der deutlich zu entnehmen ist, dass V L·45^O nur bei 45 des 95 -Abschnittes negativ ist. Daher wird durch das Zeitglied 69 kein Ausgangssignal erzeugt. In Figur 15 ist eine verallgemeinerte Ansprechkurve, für die Schliesseinheit 12 wiedergegeben. V_Ma ist als Bezugsvektor angegeben, der auf der · Null-Grad-Achse liegt. Der Pegel-Detektor 64 bewirkt einen Ausgleich der Ansprechkurve von der Spitze von V . Wie ge-

L na von 45 Voreilung für das ^a Ausgangssignal des Detektors 64 sein, um wechseln zu können. Die vertikale Begrenzung bei 95° wird bestimmt durch -V [__5_ oder durch die Ausgangsphase der Verschiebung3schaltung 67. Die horifczontale Begrenzung bei 0 , -5°, -15° und -25° werden durch -V /_100°, 90°, 80° und

_ Πα

70 festgelegt oder durch den Ausgang der Phasenverschiebungsschaltung 68. Unabhängig von V_fc. und V . muss V. in die Fläche fallen, die mit "wieder schliessen" für ^a den Schliessungskern 19 des Netzschutzes 8 bezeichnet ist, um erregt werden zu können,

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.)Störspannungsnetzschutζ, der für die elektrische Leistung in einem Wechselstromrichtungssystem empfindlich ist und in dem Mittel vorgesehen sind, um aus dem System ein erstes Wechselstromsignal abzuleiten, das zu dem darin verlaufenden Stromfluss proportional ist, dadurch gekennzeichnet , dass Mittel zur Modulation des ersten Wechselstromsignals entsprechend der Polarität eines zweiten Wechselstromsignals, das mit der damit im Zusammenhang stehenden Systemspannung proportional ist, vorhanden sind, wobei die Mittel zur Modulation dabei ein bipolares Ausgangssignal erzeugen, dessen Durchschnittswert in Grosse undi>Richtung dem wirklichen Leistungsfluss im System proportional ist und wobei Mittel, die auf das Ausgangssignal der Modulationseinrichtung ansprechen_s vorhanden sind, um eine festgelegte Steuerfunktion &u erzeugen^ wenn der Durchschnittswert des Ausgangssignals eine Polarität '■ besitzt, die anzeigt, dass die Leistung in eine vorbestimmte Richtung fliesst.

   2. Netzschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , . dass in einem Dreiphasenenergie-übertragungssystem,Mittel vorhanden sind, um für jede Phase des Systems ein erstes Wechselstromsignal abzugreifen, wobei für jede Phase des Systems Modulationseinrichtungen vorhanden sind₃ und dass Summierungseinrichtungen mit allen drei Modulationseinrichtungen verbunden sind, um ihre entsprechenden signale algebraisch addieren zu können, die die Summe jenigen Einrichtungen zuführen, die die Steuerfukiktion lassen, welche deshalb auf die Richtung der Net^energie in- dem Dreiphasenwechselstromsystem anspricht.

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   5. Netzschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass jede Einrichtung zum Abgriff eines Wechselstromsignals ein Element besitzt, das mit der Sekundärwicklung eines Stromtrareformators verbunden ist, dessen primäre Wicklung mit der entsprechenden Phase des Systems gekoppelt ist, wobei das erste Wechselstromsignal der Spannung entspricht, die an dem genannten Element anliegt und dass dieses Element zu einem ersten Widerstand in Serie mit einer Parallelschaltung liegt, die einen zweiten Widerstand und ein Paar umgekehrt parallel geschalteter Dioden besitzt, wobei der zweite Widerstand einen grösseren Widerstandswert aufweist, als der erste Widerstand und die Dioden bei einem relativ 'hohen Strom

   in den Sekundärwindungen des Transformators leiten und bei geringen Strömen nicht-leitend sind, während die relative Grosse und Phase der Spannung, die aus dem Element bei geringen Strömen _: erhalten wird, unterschiedlich zuderjenigen bei hohen Strömen ist.

   4. Netz3chutz nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass jede Modulationseinrichtung eine Brückenschaltung enthält, die mit dem entsprechenden i ersten Wechselstromsignal an einem Fussende beaufschlagt wird, während das entsprechende zweite Wechselstromsignal den zwei anderen Pussenden zugeführt wird, und der Ausgang durch den übrigen Fusspunkt gebildet wird und dass die Brückenschaltung vier Dioden enthält, die das erste Wechselstromsignal dem Ausgang nur dann zuführen, wenn das zweite Wechselstromsignal eine vorbestimmte Polarität besitzt. '

   5'. Netzschutz nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , dass jedes zweite Wechselstromsignal . von dem System durch einen geerdeten Mittelabgriff der Sekundär- *windungen des Potentialtransformators abgegriffen werden, dessen Primärwindung zwischen dem Null-Leiter des Systems und dem Leiter der entsprechenden Phase liegt.

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   6. Netzschutz nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Mittel, die die Steuerfunktion bewirken, einen Tiefpassfilter besitzen, der mit einem Polaritätsdetektor in Serie geschaltet ist, wobei das Tiefpassfilter durch das Ausgangssignal der genannten Modulationsmittel erregt wird und der Polaritätsdetektor, der die vorausgewählte Steuerfunktion durch Ansprechen auf das Ausgangssignal des Tiefpassfilters bewirkt,eine vorbestimmte Polarität erhält.

   7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichn e t , dass der Polaritätsdetektor Mittel besitzt, um sein Ansprechen auf das Ausgangssignal des Tiefpassfilters zu verzögern, welches eine vorbestimmte Polarität erhält. ₀

   8. Netzschutz nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die vorgewählte Steuerfunktim die Erregung eines Auslösekerns eines Netzschalters umfasst, der in dem Wechselstromsystem vorhanden ist, wobei der Netzschalter auch mit einem Schliesskern ausgerüstet ist, der durch Schliessungssteuermittel durch Ansprechen aufdie Systembedingungen erregt wirde, die anzeigen, dass, nachdem der Schalter geschlossen ist, die Leistung in eine entgegengesetzte Richtung als die vorbestimmte fliesst.

   9. Mittel zum Abgriff einer Wechselspannung die einen Strom anzeigt, der in einem elektrischen Leistungsübertragungssystem fliesst, dadurch gekennzeichnet , dass ein Stromtransformator vorhanden ist, dessen Primärwindungen mit dem elektrischen Leistungsübertragungssystem verbunden sind, dass erste und zweite Widerstände in Serie mit den Sekundärwindungen des Transformators gekoppelt sind, wobei der zweite Widerstand einen grösseren Widerstandswert als der erste Widerstand besitzt und wobei die Spannung, die an den Widerständen :

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   - 3i -

   anliegt, für den Strom des Systems repräsentativ ist und dass ein Paar umgekehrt parallel geschalteter Dioden mit dem zweiten Widerstand gekoppelt ist.

   10. Anordnung zur Verwendung in einem Energieverteilungssystem, das ein Wechselstromsekundärnetz besitzt, und von einer Vielzahl von Punkten durch eine oder mehrere primäre Abzweigungen versorgt wird, wobei jeder der genannten Punkte mit einem primären Abzweig über einen Netzschutz und Transformator verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass ein Störspannungsrelais zur überwachung der Schliessungsfunktion des Netzschutzes vorhanden ist, welches Mittel besitzt, um ein erstes Wechselstromsignal aus dem System abzugreifen, das der Spannung auf der Netzseite des iJjJet.zschutzes proportional ist, daas Mittel zur Phasenverschiebung_s die auf das erste Wechselstromsignal ansprechen, vorhanden sind, um zweite und dritte Signale zu erzeugen, die in der Phase entsprechend verschoben werden und zwar relativ zum ersten Vieehselstrorasignal durch verschiedene Beträge, dass mit dem System gekoppelt© üegelfühler vorhanden sind, um die Netzspannung mit einex³ entsprechenden Spannung auf der Transformatorseite des Netaseliutzes vergleichen zu könnenj wobei die Pegelfühler einen vorbestimmten aktiven Zustand einnehmen, wenn die letztes?® Spannung die vorhergehende duroh mindestens einen gewissen Betrag übertrifft und zu der Spannung positiv ist, dass logische Elemente vorhanden sind, die mit den Mitteln zur Phasenverschiebung und dem Pegelfühler verbunden sind, um ein Ausgangssignal nur dann zu erzeugen, während der Pegelfühler sich in seinem aktiven Zustand befindet und die genannten zweiten und dritten Signale gleichzeitig eine vorbestimmte Polarität besitzen und dass Zeitglieder mifc den logischen Elementen verknüpft sind, um ein Schliessen des Netzschutzes nur dann zu bewirken, wenn das Audgangssignal des logischen Elementes für wenigstens eine vorbestimmte Zeitperiode besteht, wobei j diese Zeitperiode nicht grosser als ein Abschnitt der Netz-

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   spannungsfrequenz ist, entsprechend einem Winkel,der dem Sublement des Phasenwinkels zwischen dem zweiten und dritten Signal entspricht, wobei der Netzschutz nur dann schliessen kann, wenn die Leistung danach vom Transformator zum Netz fliesst.

   11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass sie für ein Dreiphasenverteilungsnetz bestimmt ist, wobei die Netzspannung und die Transformatorspannung aus einer ersten Phase des Systems entnommen wird.

   12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch,, gekennzeichnet-, dass Mittel vorhanden sind, um ein viertes Signal abzugreifen, das proportional |d.er Summe der Spannungen der zweiten Phase des Systems auf der. Netzseite des Schutzes und der Spannung der zweiten Phase des Systems auf der Transformatorseite des Schutzes ist und dass, logische Elemente mit diesen Mitteln zum Abgriff des vierten Signals zusätzlich verbunden sind, wobei diese logischen Elemente so angeordnet sind, dass sie kein Ausgangssignal abgeben, sofern nicht das vierte Signal ebenfalls eine vorbestimmte Polarität besitzt.

   13. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass der Phasenwinkel zwischen dem zweiten und dritten Signal sich innerhalb eines Bereiches von annähernd 65 bis 95° befindet und dass der Abschnitt der Netzspannungsfrequenz angenähert 85° beträgt.

   IM. Anordnung nach Anspruch 10, 11, 12,oder 13, dadurch gekennzeichnet , dass die Mittel zur Phasenverschiebung eine Schaltung besitzen, die einen Kondensator, einen ersten und zweiten Widerstand und eine Diode hat, wobei der Kondensator von der einen Seite mit dem ersten Wechselstromsignal beaufschlagt wird und dessen zweite Seite mit der ersten Seite der beiden Widerstände verbunden ist, und dass die zweite Seite des

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   ersten Widerstandes über die Diode geerdet ist, während die zweite Seite des zweiten Widerstandes über das logische Element geerdet ist.

   15. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass die Zeitgieder die Erregung eines Schliessungskernes des Netzschutzes bewirken, wobei der Netzschutz ebenfalls mit einem Auslösekern versehen ist, der entsprechend den Systembedingungen durch Schutzmittel erregt werden kann, die anzeigen, dass die Energie aus dem Netz zum Transformator fliesst.

   16. Anordnung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet , dass die Schutzmittel Mittel zum Abgriff eines vierten Signales aus dem System besitzen, das proportional dem darin fliessenden Wechselstrom ist, dass Mittel zur Modulation des vierten Signales geniäss der Polarität eines fünften Signales vorhanden sind, das der Spannung des verbundenen Systems proportional ist, wobei die Modulationsmittel ein bipolares Aus gangs signal erzeugen',' dessen Durchschnittswert in Grosse und Richtung.proportional dem wirklichen Energiefluss im System ist und dass Mittel vorhanden sind, die auf das Ausgangssignal der Modulationseinreichtung ansprechen, um den Auslösekern zu erregen, wenn der Durchschnittswert des zuletzt erwähnten Signales eine Polarität besitzt, die anzeigt, dass die Energie aus dem Netz zum Transformator fliesst.

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