DE2413399A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum feststellen von fehlern bei einem aus wenigstens einer sammelschiene und deren abzweigen bestehenden system sowie zum schuetzen eines solchen systems - Google Patents

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Feststellen von Fehlern bei einem aus wenigstens einer Sammelschiene und deren Abzweigen bestehenden System sowie zum Schützen eines solchen Systems.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen von Fehlern bei einem aus wenigstens einer Sammelschiene und deren Abzweigen bestehenden System und zum Schützen des Systems sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens bei einem solchen System mit zwei oder mehreren über je einen Hauptschalter mit der Sammelschiene verbundenen Abzweigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wenigstens eine Sammelschiene samt den dazugehörenden Abzweigen überwachenden, bezüglich interner und aussenliegender Fehler selektiven, mit Wandlern ausgestatteten und vom Wandlerzustand, insbesondere

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von der Wandlersättigung, unabhängigen Sammelschienenschutz zu schaffen.

Als interne Fehler sind hierbei alle jene Fehler zu bezeichnen, die auf der jeweils in Betracht gezogenen Sammelschiene sowie den dazugehörenden Abzweigen auftreten, wobei der in den jeweiligen Abzweig geschaltete Wandler des Schutzes die Grenze zwischen dem Ort der internen und der aussenliegenden Fehler bildet. Als aussenliegende Fehler sind demnach alle jene Fehler zu bezeichnen, die zwischen dem jeweiligen letztgenannten Wandler bzw. Stromwandler und dem zugehörigen nichtsammelschienenseitigen, d.h. freien, Abzweigende auftreten (siehe auch Fig. 1).

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass je Phase der Absolutwert des Summenstromes der in den Abzweigen fliessenden Ströme und die Summe der Absolutwerte dieser Ströme ermittelt werden, dass der Absolutwert des Summenstromes mit der Summe der Absolutwerte verglichen wird, und dass bei einem Vergleichsergebnis Absolutwert des Summenstromes ist gleich dem k-fachen der Summe der Absolutwerte mit einem k grosser 0 oder kleiner bzw. höchstens gleich 1 ein das zu schützende eingeschaltete System ausschaltendes Auslösesignal EINS und bei einem k gleich 0 ein das System im eingeschalteten Zustand belassendes Auslösesignal NULL gebildet wird.

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Eine bevorzugte Schaltungsanordnung zur Lösung der Aufgabe besteht hierbei darin, dass in den jeweiligen Abzweig die Primärwicklung eines Stromwandlers geschaltet ist, dass der eine Ausgang der Sekundärwicklung des Stromwandlers über eine erste Diode mit dem einen Eingang der Primärwicklung eines Vergleichswandlers und der andere Ausgang der letztgenannten Sekundärwicklung über eine zweite Diode mit dem anderen Eingang der vorgenannten Primärwicklung verbunden ist, dass die elektrische Mitte der Primärwicklung des Vergleichswandlers über einen ersten Widerstand einerseits über eine dritte Diode mit der Anode der ersten Diode und andererseits über eine vierte Diode mit der Anode der zweiten Diode in Verbindung steht, dass die Sekundärwicklung des Vergleichswandlers mit ihren Ausgängen an den Eingängen eines Brückengleichrichters angeschlossen ist, dass der positive Ausgang des Brückengleichrichters über einen zweiten Widerstand mit den jeweiligen gemeinsamen Anodenanschlüssen der dritten und vierten Diodenjund der negative Ausgang des Brückengleichrichters direkt mit den letztgenannten gemeinsamen Anodenanschlüssen verbunden ist, dass ein erster Auslöseausgang für die Lieferung einer Spannung zwischen der elektrischen Mitte der Primärwicklung des Vergleichswandlers und dem ersten Widerstand angeschlossen ist, dass ein zweiter Auslöseausgang für die Lieferung einer weiteren Spannung zwischen dem positiven Ausgang des Brückengleichrichters und dem zweiten Widerstand eingebunden ist und dass für das Ausschal-

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ten der Hauptschalter ein Auslöserelais mit einer Auslöseleitung vorgesehen ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass diese selbst bei komplizierten Anlagen mit Mehrfachsammelschienen einen einfachen Schutzaufbau aufweist. Die Messung erfolgt beim Schutz gemäss der Erfindung je Sammelschiene pro Phase getrennt. Deshalb ist für jede solche Sammelschiene nur eine einzige Messeinrichtung vorzusehen, für deren Eichung nur ein minimaler Aufwand erforderlich ist. Für den Schutz ist je Abzweig und Phase nur ein Stromwandler erforderlich, wobei dieser ausserdem nur vom üebersetzungsverhältnis des jeweiligen HauptStromwandlers abhängt. Dies ermöglicht einen Schutzaufbau mittels dezentralisierter Relais-Häuschen. Aber auch der Aufwand an Schaltungselementen ist gemäss der Erfindung im Vergleich mit dem Bekannten wesentlich verringerbar. Ausserdem lässt sich der erfindungsgemässe Sammelschienenschutz ohne Aufwand leicht an beliebige Sammelschienensysteme anpassen.

Durch den Einsatz der Erfindung ergibt sich vor allem ein einfaches Trennerabbild bzw. Signalisierung der jeweiligen Trennerstellungen und die Sammelschienenkupplungen können wie Abzweige behandelt werden. Ausserdem sind hierbei die elektrischen Anforderungen an die Hauptstromwandler und die Stromwandler insbesondere hinsichtlich der Ueberstromzahl, also

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jener Zahl, die angibt, beim wievielfachen Nenneingangsstrom der Stromfehler auf 10£ ansteigt, sowie hinsichtlich der Klasse nicht so hoch gesetzt als bei den auf dem Differenzstromprinzip arbeitenden bekannten Schutzrelais. Durch den erfindungsgemässen Schutz ist insbesondere erreichbar, dass die Verdrahtung der Elektronik, wie deren interne. Schrankverdrahtung bzw. -verbindungen, mittels Schienen erfolgen kann, was die konstruktive Ausführung sowie die Prüfung der jeweiligen Schutzeinrichtung sehr vereinfacht.

Mittels der Erfindung ist vor allem in einfacher Weise eine beträchtliche Verbesserung der Schutzwirkung insbesondere auch bei aussenliegenden Kurzschlüssen mit Sättigung der Stromwandler erreichbar, indem das Auslösen der Schutzeinrichtung oder deren Sperren durch Potentialwechsel an den Eingängen einer z.B. als Differenzverstärker ausgebildeten Messeinrichtung der Erfindung erfolgt.

Anhand der Figuren 1 bis 9 ist nun schrittweise substantiierend ein Ausführungsbeispiel samt Variante der Erfidnung dargestellt und im folgenden auch funktionsmässig näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Sammelschiene S mit den dazugehörenden Abzweigen 1 bis η mit den Stromwandlern T₁ bis T sowie den beispielsweise auftretenden Sekundärströmen oder kurz Strömen i,, i_, ..., i ;

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-2-- ein einphasiges Schema für die Erläuterung des normalen Betriebszustandes einer Sammelschiene oder bei aussenliegendem Fehler ohne Wandersättigung, wobei der Bereich der internen Fehler vom übrigen Bereich der aussenliegenden Fehler in Fig. 1 abgegrenzt und dort ausserdem ein interner Fehler F-. sowie ein aussenliegender Fehler F. angedeutet ist;

Fig. 3 das gleiche Schema wie Fig. 2 jedoch mit einem durch einen Pfeil F_ an der Sammelschiene S angedeuteten internen Fehler und den entsprechenden Stromverläufen;

Fig. 4 ein Schema mit einem gegenüber den in den Fig. 2 bzw. 3 dargestellten Netzwerken ergänzten Netzwerk je Abzweig mit einemaussenliegenden Fehler F., anhand welches Schemas die Sperrkriterien des Sammelschienenschutzes gemäss der Erfindung erläutert werden;

Fig. 5 Diagramme a bis g, mittels welcher die Wirkungsweise des Sammelschienenschutzes gemäss der Erfindung ergänzend dargelegt wird;

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel des Sammelschienenschutzes, das im Vergleich mit der Variante nach Fig. 4 zusätzliche Dioden und Widerstände aufweist, und bei welchem dafür der Vergleichswandler T sowie der Gleichrichter G entfallen;

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Fig. 7. jenen Netzwerkteil des Abzweiges 2 gemäss Fig. 6, der für die Erläuterung der Netzwerkfunktion z.B. im Hinblick auf eine erste bzw. positive Halbwelle eines Stromes i, .massgebend ist;

Fig. 8 den gleichen Netzwerkteil wie Fig. 7 jedoch mit dem Stromlauf zur Zeit der zweiten bzw. negativen Halbwelle i ohne Stromwandlersättigung,und

Fig. 9 ' die den Fig. 7 und 8 entsprechende Fig. für den Fall der ersten (positiven) Halbwelle mit Sättigung des

Stromwandlers T_ und Entladung des Kondensators C.

für die Abgabe eines Sperrsignales zum Sperren des Sammelschienenschutzes gemäss der Erfindung.

Wie in Fig 1 für einen bestimmten Betriebsfall schematisch dargestellt ist, werden prinzipiell auch für jeden anderen Fall zur Erfassung des jeweiligen Betriebszustandes der zu überwachenden Sammelschiene S samt Abzweigen 1 bis η die in den jeweiligen Abzweigen 1, 2, ..., η mittels der in der Zeichnung dargestellten Stromwandler T. bis T sich ergebenden Sekundärströme oder kurz Ströme I₁, i , ...i., i , ..., i herangezogen. Der Bereich der internen Fehler F_T ist hierbei durch die Sammelschiene S und die bis zu den Stromwandlern T₁ bis T reichenden Abschnitte der Abzweige 1 bis η bestimmt, wie auch durch die in sich geschlossene strichpunktierte Linie

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in Fig.-1 angedeutet wurde. Die ausserhalb dieses abgegrenzten Bereichs der internen Fehler F, sich befindenden Abschnitte legen den Bereich der aussenliegenden Fehler F. fest.

Gemäss der Erfindung wird nun der Absolutwert des Summenstromes

12 η

gebildet.

Ohne Sättigungserscheinungen der bei den erfindungsgemässen Schaltungsanordnungen vorgesehenen und nachstehend beschriebenen Hauptstrom- und Zwischenstromwandler ist

Zi\ = ο,

wenn normaler Betriebszustand herrscht oder ein aussenliegender Fehler besteht. Bei

£i t 0 (Φ ...ungleich)

liegt hingegen ein interner Fehler vor.

Als Summe der Absolutwerte aller Abzweigströme ergibt sich weiters

wobei immer

£ i i O"

Der Vergleich der Summe der Absolutwerte der Ströme i , i ,..., i ,..mit dem Absolutwert der Summe der Ströme I₁, i₂, ...,

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i , .... erfolgt in nachstehend dargelegter Weise".

Ist die Gleichung

(<·.. kleiner,

Ii

... kleiner oder gleich)

erfüllt, so löst der Sammelschigienschutz gemäss der Erfindung aus, wobei mittels des Faktors k die Auslöseempfindlichkeit bei internem Fehler entsprechend gewählt werden kann.

Der erfindungsgemässe Sammelschienenschutz weist ausserdem noch pro Abzweig.je ein nachstehend sustantiiertes Netzwerk auf, das bei aussenliegendem Fehler mit -Wandlersättigung insbesondere ein Sperrsignal EINS liefert und dadurch ein Auslösen des Schutzes verhindert. Im Falle einer Wandlersättigung bei einem äusseren Fehler wird nämlich ein interner,d.h. ein auf der Sammelschiene oder einem dazugehörenden Abzweig 1 bis η liegender interner Fehler vorgetäuscht, so dass für einen solchen Fall die Abschaltung der Sammelschiene verhindert werden muss.

Anhand der Fig. 2 ist nachstehend der Fall des normalen Betriebes und aussenliegenden Fehlers ohne Wandlersättigung beschrieben, wobei der nachstehenden Figurenbeschreibung das einphasige Schema mit einer Sammelschiene S und zwei Abzweigen 1, 2 gemäss Fig. 2 zugrundeliegt. Hierbei sind die Hauptschalter mit S. und S_, die Hauptstromwandler in den Abzwei-

1 2

gen 1 und 2 mit T und T , die dazugehörenden Zwischenstrom-

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wandler mit T, und Tp, die Dioden des zum Abzweig 1 gehörenden Netzwerkes mit D₁, Dp, D, und D₁₁, die Dioden des zum Abzweig 2

2 2 2 2

gehörenden Netzwerkes mit D₁, D₂, D, und D₁^, der Vergleichswandler mit T und der zugehörige Brückengleichrichter mit G sowie die Widerstände für die Abnahme der Messspannungen bzw. Bildung der Auslösesignale NULL oder EINS mit R₁ sowie R und die zu einem Auslöserelais A gehörende Auslöseleitung der Hauptschalter S, und S„ mit 2a bezeichnet.

Der Strom fliesst z.B. im Abzweig 1 zur Sammelschiene 1 und im Abzweig 2 von der Sammelschiene 1. Die Sekundärströme in den beiden Stromwandlern T₁ und T« haben folgende Stromrichtung:

Der Strom i fliesst über die Diode D_? zum Vergleichswandler T

und -,

/über den Widerstand R. und die Diode D, zurück zum Stromwand-

p ler T₁. Der Strom i„ fliesst über die Diode D, zum Vergleichs-

2 wandler T und ebenfalls über den Widerstand R₁ und die Diode D₂, zurück zum Stromwandler T . Die beiden Ströme im Vergleichswandler T sind entgegengesetzt gerichtet, dadurch ist bei Fehlerfreiheit oder aussenliegendem Fehler ohne Wandlersättigung der Strom auf der Sekundärseite von T = 0,das heisst

Si = 0.

Ueber den Widerstand R₁ fliesst die Summe der Absolutwerte der Abzweigströme und die dabei abfallende Spannung ist:

) R₁ = R-,Σ

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, 2Α13399

Die Spannung u_R ist, wegen Σί = O, gleich Null.

Die beiden Mess- bzw. Auslöseausgänge U_R , U_R bilden zugleich die Eingänge einer nicht dargestellten Messeinrichtung, z.B. eines Differentialverstärkers. Die Potentiale der Auslöseausgänge U_n und U_ sind:
^Rl ^R2

^UR > ^UR ■(>«·· grosser)

Die Messeinrichtung liefert hierauf das Auslösesignal NULL, worauf das Auslöserelais A die Hauptschalter S, und S_p mittels der angedeuteten Auslöseleitung 2a nicht auslöst.

Der Fall eines symbolisch durch Pfeil F_T an der Sammelschiene S angedeuteten internen Fehlers ist nachstehend mittels der Fig. 3 erläutert.

Die Richtung der Ströme in den beiden Abzweigen 1 und 2 bzw. der Sekundärströme i und i_ seien in der angegebenen Weise gleich. Diese Ströme i. bzw. i_p fliessen über die Dioden D

2
bzw. D_p zum Vergleichswandler T, von dort über den Widerstand

1 2
R- und die Dioden D, bzw. D, zu den Stromwandlern T, und T„ zurück. Die Richtungen der beiden Ströme i.. und i_p im Vergleichswandler T sind gleich, d.h. der Summenstrom wird auf die Sekundärseite von T übertragen, wo er gleichgerichtet wird (G) und durch den Widerstand R_ fliesst. Der Spannungsabfall am Widerstand R₀ ist:

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Gleichzeitig tritt, wie bereits in der Beschreibung der Fig. dargelegt ist, der Spannungsabfall am Widerstand R auf:

Χ - M¹J⁺hl· ^Ri ⁼*K

Bei einem internen Fehler sollen nun die beiden Auslöseausgänge (U„ , U_R ), zum Unterschied von der vorstehenden Darlegung zu

1 2
Fig. 2 (u_R> u_ ),einen deutlichen Potentialwechsel ausführen,

1 2
also:

u_D -«c u„ (<·. .kleiner) ■ ^Rl ^R2
sein.

Da aber X\±\ =JSi|
ist, muss R > R
sein, d.h. die Beziehung

gelten.

Die in Fig. 3 nicht dargestellte Messeinrichtung, insbesondere der vorgenannte Differentialverstärker, liefert hierauf das Auslösesignal EINS. In diesem Fall löst das in Fig. 3 abgebildete Auslöserelais A die Hauptschalter S₁ und S_ mittels der Auslöseleitung 2a aus.

Die Grosse des Zusatzwiderstandes Δϋ steht im direkten Zusammenhang mit dem Faktor k, der im Beschreibungsteil zu Fig. 1 bereits genannt worden ist und dient zur Einstellung der Aus-

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je grosser Δ R-, ist, d auch die Empfindlichkeit.

iöseempfindlichkeit, d.h. je grosser Δ R-, ist, desto grosser ist

Mittels der einphasig dargestellten Fig. 4 sind nachstehend die Sperrkriterien des Sammelschienenschutzes gemäss der Erfindung dargelegt.

Da es bei einem aussenliegenden Kurzschluss bzw. Fehler auf einem Abzweig (1, 2, ...) zu einer Sättigung des betroffenen

1 2
HauptStromwandlers (T , T , ...) und bzw. oder des als Zwischenstromwandler dienenden zugehörigen Stromwandlers (T₁, T₂, ...) kommen kann, was einen Fehler auf der Sammelschiene S vortäuscht und dadurch ein zur Auslösung des erfindungsgemässen Schutzes führender Summenstrom im Vergleichswandler T auftritt, muss der Sammelschienenschutz während der Dauer solcher WandlerSättigungen gesperrt werden.

Für die Bildung des Sperrkriteriums sind in den den Abzweigen 1 bzw. 2 zugeordneten Netzwerken die Widerstände R^, R₁,, R_,

Rg bzw. R^, Rj:, R²., R^, die Kondensatoren C*, C*, bzw. C^, C^,

1111 2222 die Dioden D , Dg, D₇, Dg, bzw. D^, Dg, D₇, Dg vorgesehen und beiden Netzwerken die Widerstände R₇, Rn, R_q, R_lo» R₁₁ und R₁₂ zugeordnet.

Um die Funktion dieser in letztbeschriebener Weise ergänzten Netzwerke näher zu erläutern, wird zuerst ein aussenliegender Fehler F. ohne Wandlersättigung auf Abzweig 2 angenommen, wie

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in Pig. 4 durch den Pfeil P. angedeutet ist.

In diesem Falle fliesst beispielsweise die positive Halbwelle des Sekundärstromes i.. des Stromwandlers T₁ über RjT, D und Lp, wobei R. + ¹Vf^-R-I₂ ^-^st (>··· wesentlich grosser), zum Vergleichswandler T. Gleichzeitig wird der Kondensator Cp über die Diode Dg auf die Spannung

u_l = U_nI
^C2 ^R4

aufgeladen.

2 2 Der Sekundärstrom ip des Wandlers T„ fliesst über R,, D^ und

2 Rp zum Vergleichswandler T, dabei wird C₁ auf die Spannung

1 R

aufgeladen.

Die beiden Spannungsteiler (R. + R₁₂) ^und (^R ₁₀ ^{+ R}n^ sind während dieser Halbperiode parallelgeschaltet, d.h. die Spannungen über beide sind gleich gross:

Dasselbe gilt für die beiden Spannungsleiter (R, +Rq) und (R₇ + Rq):

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Um an den Sperrausgängen U_ und ü„ bzw, 13-. und U₀ einen .... R₈ R_g S₁₁ R₁₂

Potentialwechsel zu erreichen, werden nun die WiderstandsVerhältnisse in nachstehender Weise gewähltj

= n-

R₁₁ = η · R₁₂ ; R₈ = η · R₉ ;

R₁₁ = R₃ j R₇ = R₁₀ JR₁₁= Rg ; R₁₂ = R₉

11 2 2 wobei η in Abhängigkeit von C₁ = C₂ bzw. C₁ = C₂ möglichst gross

gewählt sein soll, worauf nächstehen/dnoch näher eingegangen wird,

So ergeben sich nachstehende Beziehnungen zwischen den Ausgangs^ bzw. die Sperrsignale bildenden Spannungen:

da ü =12 ^ 12

<r u_R da -ü = ^

11 12 R₁₀* n(R^+4Rj) Rj

^R8

Up N. U_R Uet

^K8 ^K9 R₇

Die diese Ausgangsspannungen führenden Sperrausgänge (U„ ,

"ll

ϋ_Ώ ) und (U_ , U„ ) sind als Eingänge an eine Messeinrichtung R₁₂ R₈ R₉

M, z.B. an einen Differentialverstärker, geschaltet. Die an diesen Eingängen anliegenden letztgenannten Ausgangsspannungen lösen in der Messeinrichtung M Sperrsignale NULL aus, d.h. sie bewirken keine Sperrung des Sammelschieiienschutzes.

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Durch die negative Halbwelle des Stromes i. wird nunmehr C_p über den Widerstand Rg durch Umpolung zwangsentladen und für die nächste positive Halbwelle vorbereitet. Dasselbe geschieht mit C₁.

Für die negativenHalbwellensind jedoch andere Netzglieder mass· gebend:

ΐ_χ:R , D₁, R und C₁, R , Rg ;

I₂IR₁₁, D₂, R₁₂ und C₂, R_1Q, R₁₁ .

Aber auch in diesem Fall gilt für die Potentiale der Sperrausgänge U_n , U_n sowie U_n und U_n :
11 12 8 9

^ur ^{κ u}r

^Rll ^R12

R₈

Sättigt nun bei aussenliegendem Fehler F. auf Abzweig 2 nur der Stromwandler T_?, so ist ab Sättigungszeitpunkt der Strom ip=0.

Bei Betrachtung z.B. der positiven Halbwelle ist für i₂ = 0

auch u„ =0.
^R9

Der Kondensator C., der auf die Spannung, die vor Eintritt

2
der Wandlersättigung an R, auftrat, aufgeladen wurde, entlädt

sich nun über die Diode D_, den Widerständen R„ und R₀, den

5 7 o*

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2 Vergleichswandler T, den Widerstand R- und die Diode D₃ mit der Zeitkonstante

T = (R₇ +R₈) " cj (§ annähernd)

Da der Faktor η (siehe Widerstandsgleichungen auf Seite 15) möglichst gross ist, ist demnach auch die Zeitkonstante gross und somit ist immer

u > u = 0
^R8 ^R9

Dies entspricht einem Potentialwechsel an den Sperrausgängen U_R und U gegenüber dem vorbeschriebenen Fall der Wandlernichtsättigung und die Messeinrichtung M, z.B. ein Differentialverstärker, liefert das Sperrsignal EINS bzw. "Sperrung", so dass der Sammelschienenschutz nicht auslösen kann.

Bei negativer Halbwelle tritt der Potentialwechsel ebenfalls an den Sperrausgängen U_n und U_D auf. Es gilt dann:

R_n R₁₂

^UR ^ ^UR

^Rll ^R12

Somit wird für jede Halbwelle nach Eintritt der letztgenannten Wandlersättigung(T₂) ein "Sperrsignal" EINS gebildet,

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so dass trotz Auftreten eines Summenstromes der Sammelschienenschutz nicht wirksam werden kann.

Figur 5 zeigt das Signaldiagramm a für die Abzweige 1 und 2 (i , i , t) für den normalen Betrieb sowie für den Fall eines aussenliegenden Fehlers mit WandlerSättigung. Die diesem Signaldiagramm zugeordneten Spannungsdiagramme b bis e geben die dem Diagramm a entsprechenden Spannungsverläufe über den

Widerständen R_n, R_1o, R_ und R₁₁ wieder. Diagramm f zeigt y . Lt. ο ix

die auftretenden Sperrsignale (bei U„ , U_D , U_D ,U₁, ) bei

^R8 ^R9 ^Rll ^R12 normalem Betrieb sowie bei einem aussenliegenden Fehler mit Wandlersättigung auf Abzweig 2, wobei also nur der Stromwandler T^ sättigt. Im Diagramm g ist schliesslich der auftretende Differenzstrom dargestellt.

Im Signaldiagramm a sind die Ströme i. und i über der Zeit t aufgetragen. Der nichtsättigende Strom i, ist strichpunktiert abgebildet. Die strichlierte Linie stellt i„ ohne Sättigung dar.

Spannungsdiagramm b zeigt den Verlauf der Spannung u_R und zwar in der zeitlichen Reihenfolge:

Positive Halbwelle des Abzweiges 2, negative Halbwelle des Abzweiges 1, positive Halbwelle des Abzweiges 2 (gesättigt)

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und die negative Halbwelle von Abzweig 1 (nicht gesättigt), wobei mittels der strichlierten Linie wieder der Fall ohne Sättigung dargestellt ist.

Beim Spannungsverlauf Über den Widerstand R-- entsprechend Spannungsdiagramm c ist die zeitliche Reihenfolge umgekehrt im Vergleich mit Diagramm b:

Positive Halbwelle des Abzweiges 1, negative Halbwelle des Abzweiges 2, positive Halbwelle des Abzweiges 1 (nicht gesättigt) und die negative Halbwelle von Abzweig 2 (gesättigt), wobei die strichlierte Linie wieder den Fall ohne Sättigung ausgibt.

Die Spannung u_D über dem Widerstand R (siehe Spannungsdiagramm d) und die Spannung u_R über dem Widerstand R (siehe Spannungsdiagramm e) sind im nicht gesättigten Betriebsfall kleiner als die jeweils zugehörige Vergleichsspannung u_R bzw. u_R . Sobald nun aber die Sättigung eintritt, wird in vorbeschriebener Weise durch die Entladung des Konden-

2 2
sators C, bzw. C₂ der Potentialwechsel durchgeführt. Dadurch ergibt sich nun wie bereits dargelegt:

^ur =* ^UR
^R8 ^R9

^UR ^^UR

^Rll ^R12

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In-den" Zeitabschnitten, in denen ein Spannungsabfall u

R₂

auftritt (siehe Diagramm g), ergeben sich dann am Eingang der Messeinrichtung M (U_D , U_n bzw. U_n ,U_n ) die Sperr-

R₈ R₉ R₁₁ R₁₂

signale gemäss Diagramm f.

2 2

Die Aufladung der Kondensatoren C. und C„ sowie ihre Entladezeitkonstante wirken sich auch im nichtgesättigten Normalbetrieb aus: gegen Ende der Halbwellen werden u_D

^R8 und u„ ebenfalls grosser als u_D und u_ . Dadurch werden

^Rll - ^R9 ^R12

ebenfalls kurze Sperrsignale gebildet, was aber die Funktion des Sammelschienenschutzes praktisch nicht beeinflusst.

In Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Figur 4 des Sammelschienenschutzes gemäss der Erfindung zeigt Figur

6 ein weiteres Beispiel, bei dem die Netzwerke zusätzliche Dioden D₉ ¹, D*, D^, D^, D^, D^, D^, D^, D^, D^, D¹^

2
D,_u aufweisen, parallel zu den Widerständen R_ und R „ weitere Dioden D, j. und D, _c vorgesehen sind und die Messaus-

gänge U und U bei Entfall des Verlgleichswandlers T R₁ R₂

sowie des Brückengleichrichters G, entsprechend Fig.· H, einerseits über die der Abnahme der Messspannungen dienenden Widerstände R,₃ und R,^ mit dem gemeinsamen Anodenanschluss der

11 2 2
Dioden D_ und D bzw, D und D₁^ und andererseits mit dem gemeinsamen Anschluss von R-.-.» R-, ₂ ^unc* ^Dir ^^zw· ^q* ^q ^unc^ ^i 5

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verbunden sind. Mittels der Widerstände R und R erhält

J. ο XH

man nun die entsprechenden Spannungen wie mit Hilfe der Primärseite des Vergleichswandlers T, welche Spannungen

(u_D , u ) in der Messeinrichtung M je nach ihrer Polarität R₁ R₂

bzw. ihren Grössenverhältnissen in ein Auslösesignal NULL oder EINS umgesetzt werden.

In Variation der Schaltung gemäss Fig. 6 können die Widerstände R- und R₁ in Serienschaltungen von zwei Widerständen R_,, R₃₂ bzw. R^, und R₄₂ unterteilt werden, wobei die Zenerdioden D-^ und D-₂ durch normale Dioden ersetzt werden müssen. Die Verbindung zwischen den Widerständen R^₁ und R^₀ ist dann mit der Verbindung der Kathoden der Dioden D,, und D,_ zu verbinden. Entsprechend ist bei den Schaltungselementen R^,, R₄₂, D₂ und D₁ zu verfahren.

Der Grund der Unterteilung des Widerstandes R_ bzw. R. liegt darin, bei der Bildung der Sperrsignale eine kleine Aufladezeitkonstante sowie eine grosse Entladezeitkonstante des Kondensators C₁ bzw. C^ zu erreichen.

Fig. 7 zeigt nun jenen Teil des Netzwerkes beispielsweise des Abzweiges 2 gemäss Fig. 6 der für die Erläuterung der Netzwerkfunktion hinsichtlich einer ersten z.B. positiven Halbwelle bei Nichteintreten einer Wandlersättigung für die

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Bildung.eines Sperrsignales NULL bzw. die NichtSperrung des Schutzes massgebend ist.

Es gilt wieder:

2
wobex R₃

<ί

η ·

= R

R_n = η *

wobei η viel grosser als 1 ist, so dass der jeweils durch fliessende Strom gegenüber dem durch R_q fliessenden Strom vernachlässigbar ist.

Die Spannungsteiler R_ + R und R + R sind parallelgeschaltet und liefern die Spannungsabfälle, die an den Sperrausgangen

U und U wirksam werden. Da ^R8 ^R9

_o + R.<giR_ + R_Q (^wesentlich kleiner als)

2 2

ist, fliesst der Hauptstrom über R + R . Der Kondensator C₁

wird hierbei aufgeladen.

Hierbei ergibt sich:

^R8
u=u —2— _u = _u

^{8 R}7^+R8 ⁹

^R3^+R9

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U = U

8 n.R₉ + η (R^ +

- 23 -

und weiters ist:

= u = u

	R9	+ £	■	U3
R9 +	R3
V+	2

> woraus folgt, dass

r ^R

r ^R

gilt,

wobei u die Spannung über R„ + R„ bedeutet. In Fig. 7 ist hierzu der Strom i.. der ersten bzw, positiven Halbwelle durch voll ausgefüllte Strompfeile, der Ladestrom des Kondensators

2
C, mittels strichlierter Pfeile und die Kondensatorspannung u_p2 mit Hilfe des nicht ausgefüllten Pfeiles symbolisiert.

In Fig. 8 ist der Stromlauf zur Zeit der zweiten bzw. negativen Halbwelle ohne Wandlersättigung angedeutet. Da im Laufe der ersten bzw. positiven Halbwelle keine Sättigung erfolgte, wird die Ladung des Kondensators für die Sperrung des Sammelschienenschutzes nicht benötigt. Durch den in Gegenrichtung fliessenden Strom i„ der zweiten negativen Halbwelle

wird der Kondensator C₁ zwangsentladen, wie durch strichlierte

Pfeile angedeutet ist. Die Diode D_g verhindert hierbei eine

2
Aufladung des Kondensators G, in der Gegenrichtung und die

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- - 2 2

Zenerdiode D_ begrenzt den Spannungsabfall am Widerstand R₅

Fig. 9 stellt nun die begleitende Figur für den Fall der ersten (positiven) Halbwelle mit Sättigung des Stromwandlers T_ und

Entladung des Kondensators C, für die Abgabe eines Sperrsignales EINS zum Sperren des Sammelschienenschutzes dar.

Bis zum Zeitpunkt der Wandlersättigung gilt laut Beschreibungsteil zu Fig. 7:

u_R
^R9

Nach dem SättigungsZeitpunkt fliesst durch den Spannungs

2
teiler R_ + R_n kein Strom, u„ =0. Gleichzeitig entlädt

2
sich der Kondensator C, über R₇ + Rg, also ist

u ^ u„ =0
^R8 ^R9

bis zum Nulldurchgang.

Dieser Potentialwechsel bewirkt für den Sammelschienenschutz ein Sperrsignal EINS auf die Dauer der Sättigung in dieser Halbwelle.

Ein solches Sperrsignal kommt nur bei aussenliegendem Fehler

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und Sättigung des Stromwandlers bzw. Hauptstromwandlers der fehlerhaften Leitung bzw. Abzweiges zur Wirkung. Es ist bei internem Fehler wirkungslos.

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Claims (11)

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1. Verfahren zum Feststellen von Fehlern bei einem aus wenigstens einer Sammelschine und deren Abzweigen bestehendem System sowie zum Schützen des Systems, dadurch gekennzeichnet, dass je Phase der Absolutwert des Summenstromes (|Σΐ( =|i-i + + ι., + .... + i J } der in den Abzweigen fliessenden Ströme (i, + I₂ + i-, + ..... +i ) und die Summe der Absolutwerte

₁J + |i₂j+ Ji₅I+ |i_n|) dieser Ströme (I₁ + i₂

+in + ···· + i } ermittelt werden, dass der Absolutwert des di η

Summenstromes (J2i.i|) mit der Summe der Absolutwerte CE" f i |) verglichen wird, und dass bei einem Vergleichsergebnis Absolut wert des Summenstroiaes ist gleich dem k-fachen der Summe der Absolutwerte ([Σ ij = ^2p.j ) mit einem k grosser O oder kleiner bzw. höchstens gleich 1 (0<k^l) ein das zu schützende eingeschaltete System ausschaltendes Auslösesignal EINS und bei einem k gleich 0 ein das System im eingeschalteten Zustand belassendes Auslösesignal NULL gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem System mit wenigstens einem Stromwandler (T , T) je Abzweig und mit einem Vergleichswandler (T) einerseits mittels eines ersten Widerstandes (R,) eine die Summe der Absolutwerte (2-|i|) abbildende Spannung (u_R ) und andererseits mittels eines zweiten Widerstandes (R₂) eine den

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Absolutwert des Summenstromes (J^.il) abbildende Spannung gebildet werden, und dass bei einem internen Fehler (F_) eine die Spannung (u_R ) an Grosse übertreffende Spannung (up )

1 ^K2

(Up <T U_n ) erzeugt und dadurch ein das zu schützende eingeschaltete System ausschaltendes Auslösesignal EINS gebildet wird, und dass bei Fehlen eines internen Fehlers (F-) und bzw. oder bei einem aussenliegenden Fehler (F,) ohne Sättigung des oder der Stromwandler (Tⁿ, T ) eine die Spannung (u_D ) an

η ±tp

Grosse übertreffende Spannung (u_n ) (u_R "> >- u_R ) erzeugt und

H₁ A₁ ^₂

dadurch ein das System im eingeschalteten Zustand belassendes Auslösesignal UULL gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine erste positive oder negative Halbwelle der jeweiligen Phase mittels eines dem einen Eingang des Vergleichswandlers (T) vorgeschalteten ersten sowie zweiten Spannungsteilers eine Spannung (u_D ) sowie eine Spannung (u_o ) gebildet werden, und dass durch die nachfolgende zweite negative bzw. positive Halbwelle mittels eines dem anderen Eingang des Vergleichswandlers (T) vorgeschalteten dritten sowie vierten Spannungsteilers eine Spannung (u_R ) sowie eine Spannung

^Kll
(up ) gebildet werden, und dass bei einem aussenliegenden

¹²
Fehler (F.) mit Sättigung wenigstens eines Stromwandlers (T ,T )

durch die erste Halbwelle eine die Spannung {u_p ) an Grosse

*9

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übertreffende Spannung (u_R ) (u .>- u_R ) erzeugt wird, und

^Λ8 % 9 durch die zweite Halbwelle eine die Spannung (u_c ) an Grosse

übertreffende Spannung Cu_x, ) (U_x, "> u_ ) erzeugt und da-

^H ^¹Il ^R12 durch je Halbwelle ein die Wirksamkeit des Auslösesignals

EINS aufhebendes Sperrsignal EINS gebildet wird, sofern nicht gleichzeitig ein interner Fehler (F₁) vorliegt, und dass bei einem aussenliegenden Fehler (F.) ohne Sättigung des oder der Stromwandler (Tⁿ, T) durch die erste Halbwelle eine die Spannung (u_D ) an Grosse übertreffende Spannung (u_D ) (u„ <ru_D ) Hq R₉ Rq R₉

und durch die zweite Halbwelle eine die Spannung (u_D ) an

Grosse übertreffende Spannung (u_R ) (u_R <CL^up> ) erzeugt und dadurch je Halbwelle ein bezüglich der Auslösesignale EINS oder NULL unwirksames Sperrsignal NULL gebildet wird.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit wenigstens einer Sammelschiene sowie zwei oder mehreren über je einen Hauptschalter mit der Sammelschiene verbundenen Abzweigen, dadurch gekennzeichnet, dass in den jeweiligen Abzweig (n) die Primärwicklung eines Stromwandlers (T ) geschaltet ist, dass der eine Ausgang der Sekundärwicklung des Stromwandlers (T ) über eine erste Diode (D..) mit dem einen Eingang der Primärwicklung eines Vergleichswandlers (T) und der andere Ausgang der letztgenannten Sekundärwicklung über eine zweite Diode (D^) mit dem anderen Eingang der vorgenannten Primärwicklung verbunden ist, dass die elektrische

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Mitte der Primärwicklung des Vergleichswandlers (T) über einen ersten Widerstand (R,) einerseits über eine dritte Diode (D-) mit der Anode der ersten Diode (D₁) und andererseits über eine vierte Diode (D.) mit der Anode der zweiten Diode (Dp) in Verbindung steht, dass die Sekundärwicklung des Vergleichswandlers (T) mit ihren Ausgängen an den Eingängen eines Brückengleichrichters (G) angeschlossen ist, dass der positive Ausgang des Brückengleichrichters (G) über einen zweiten Widerstand (Rp) mit den jeweiligen gemeinsamen Anodenanschlüssen der dritten und vierten Dioden (D^, D.) und der negative Ausgang des Brückengleichrichters (G) direkt mit den letztgenannten gemeinsamen Anodenanschlüssen verbunden ist, dass ein erster Auslöseausgang (U„ ) für die Lieferung einer Spannung (u„ ) zwischen der elektrischen Mitte der Pri-

R₁

märwicklung des Vergleichswandlers (T) und dem ersten Widerstand (R₁) angeschlossen ist, dass ein zweiter Auslöseausgang (U_R ) für die Lieferung einer weiteren Spannung (u_R ) zwischen dem positiven Ausgang des Brückengleichrichters (G) und dem zweiten Widerstand (Rp) eingebunden'ist und dass für das Ausschalten der Hauptschalter (S ) ein Auslöserelais (A) mit einer Auslöseleitung (2a) vorgesehen ist (Fig.2 oder Fig.3).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den jeweiligen Abzweig (n) die Primärwicklung eines Hauptstromwandlers (Tⁿ) und in dessen Sekundärkreis die Primärwiöklung des als Zwischenstromwandler dienenden Stromwandlers (T ) geschaltet ist.

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6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Ausgang der Sekundärwicklung des Stromwandlers (T ) über einen dritten Widerstand (R?) in die Verbindung der ersten Diode (D?0 mit der dritten Diode (D^) eingebunden ist, dass dem dritten Widerstand R? eine Serienschaltung aus einem fünften Widerstand (R^) und einem ersten Kondensator (C?) parallelgeschaltet ist, wobei der fünfte Widerstand (R^) an den vorgenannten Ausgang der Sekundärwicklung und der erste Kondensator (C?) an die letztgenannte Verbindung angeschlossen ist, dass dem fünften Widerstand (R^) eine siebente Diode (D„) mit Durchlassrichtung zum ersten Kondensator (C^) parallel liegt, dass die Kathode der siebenten Diode (D?) und zugleich die Verbindung des fünften Widerstandes (R?) mit dem ersten Kondensator (C?) über eine fünfte Diode (D^) sowie eine Serienschaltung aus einem siebenten Widerstand (R₇) und einem achten Widerstand (R_g), genannt erster Spannungsteiler, mit dem einen Eingang der Primärwicklung des Vergleichswandlers (T) verbunden ist, dass zwischen die erste Diode (D?0 und den einen Eingang der letztgenannten Primärwicklung ein zugleich mit dem dritten Widerstand (R?) in Serie liegender neunter Widerstand (Rq), genannt zweiter Spannungsteiler, geschaltet ist, dass ein erster Sperrausgang (U_R ) für die Lieferung einer Span-

nung (u_R ) zwischen dem siebenten Widerstand (R₇) und dan achten Widerstand (Rq) angeschlossen ist, dass ein zweiter Sperrausgang (U_n ) für die Lieferung einer Spannung (u_R ) zwischen

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der^ersten Diode (D₁) und dem neunten Widerstand (R_q) eingebunden ist, und dass der andere Ausgang der Sekundärwicklung des Stromwandlers (T ) über einen vierten Widerstand (R^) in die Verbindung der zweiten Diode (D„) mit der vierten Diode (D.) eingebunden ist, dass dem vierten Widerstand (H.) eine Serienschaltung aus einem sechsten Widerstand (R/-) und einem zweiten Kondensator (Cp) parallelgeschaltet ist, wobei der sechste Widerstand (R/-) an den letztgenannten anderen Ausgang der Sekundärwicklung und der zweite Kondensator (C₀) an die letztgenannte Verbindung angeschlossen ist, dass dem sechsten Widerstand (Rg) eine achte Diode (D^) mit Durchlassrichtung zum zweiten Kondensator (C^) parallelliegt, dass die Kathode der achten Diode (D_ft) und zugleich die Verbindung des sechsten Widerstandes (Rⁿ) mit dem zweiten Kondensator (C^) über eine

O ti

sechste Diode (Dⁿ) sowie eine Serienschaltung aus einem zehnten Widerstand (R₁₀) und einem elften Widerstand (R__), genannt dritter Spannungsteiler, mit dem anderen Eingang der Primärwicklung des Vergleichswandlers (T) verbunden ist, dass zwischen die zweite Diode (D^) und den anderen Eingang der letztgenannten Primärwicklung ein zugleich mit dem vierten Widerstand (Rⁿ) in Serie liegender zwölfter Widerstand (R₁₂), genannt vierter Spannungsteiler, geschaltet ist, dass ein dritter Sperrausgang (U_n ) für die Lieferung einer Spannung

*11
{ ) zwischen dem zehnten Widerstand (R₁₀) und dem elften

Widerstand (R₁₁) angeschlossen ist, dass ein vierter Sperr-

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ausgang- (U_R ) für die Lieferung einer Spannung (U₁₃ ) zwi-

¹² η ¹²

sehen der zweiten Diode (D„) und dem zwölften Widerstand (R._) eingebunden ist, und dass die Auslöseausgänge (U- , U_R ) sowie die Sperrausgänge (U_ß , U_R , U" , U_R ) zugleich die Eingänge einer Messeinrichtung (M) bilden und diese Messeinrichtung (M) einen Ausgang für die Lieferung der Auslösesignale EINS oder NULL zum Auslösen bzw. Nichtauslösen des Auslöserelais (A) aufweist (Fig.4).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem dritten Widerstand (R,) eine Serienschaltung aus einer elften Zenerdiode (D.,) und einer dreizehnten Zenerdiode (D₁-) parallelgeschaltet ist, wobei die eine Anode der beiden Zenerdioden an dem einen Widerstandsende und die andere an dem anderen Widerstandsende liegt, dass dem vierten Widerstand (R*) eine Serienschaltung aus einer zwölften Zenerdiode (D.. _) und einer vierzehnten Zenerdiode (D..) parallelgeschaltet ist, wobei die eine Anode der beiden Zenerdioden an dem einen Widerstandsende und die andere an dem anderen Widerstandsende des letztgenannten Widerstandes (Rⁿ) liegt, dass die siebente Diode (D^) als Zenerdiode (D?) ausgebildet und zusammen mit einer neunten Diode (Dq) in Serie der Serienschaltung aus dem fünften Widerstand (R₁.) und dem ersten Kondensator (C₁) parallelgeschaltet ist, wobei die Kathoden der siebenten Zenerdiode (D„) und der neunten Diode (Dq) mit der Verbindung zwischen dem fünften Widerstand (R )

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und dem ersten Kondensator (C-) und zugleich auch mit der Anode der fünften Diode (D^) verbunden sind, dass die achte Diode (Dg) als Zenerdiode (D„) ausgebildet und zusammen mit einer zehnten Diode (D^₀) in Serie der Serienschaltung aus dem sechsten Widerstand (R,-) und dem zweiten Kondensator (C_) parallelgeschaltet ist, wobei die Kathoden der achten Zenerdiode (Dg) und der zehnten Diode (D^₀) mit der Verbindung zwischen dem sechsten Widerstand (R^) und dem zweiten Kondensator (Ο«) und zugleich auch mit der Anode der sechsten Diode (Dⁿ)

c. D

verbunden sind, dass dem neunten Widerstand (R₀) eine fünfzehnte Zenerdiode (D₁,-) und dem zwölften Widerstand (R₁₂) eine sechzehnte Zenerdiode (D,/) parallelgeschaltet ist, dass die ausgangsseitigen Enden des achten (R_Q) sowie des neunten Widerstandes (Rq) und der Anode der fünfzehnten Zenerdiode (D _) direkt über einen vierzehnten Widerstand (R-,,) mit den Anoden der dritten (D_) und der vierten Diode (D.) verbunden sind, wobei der zweite Auslöseausgang (U_n ) zwischen den vorgenannten

R₂

ausgangsseitigen Enden und dem vierzehnten Widerstand (R₁.) angeschlossen ist und dass die ausgangsseitigen Enden des elften (R,,) sowie des zwölften Widerstandes (R₁₂) und der Anode der sechzehnten Zenerdiode (D,,-) direkt über einen dreizehnten Widerstand (R-,-ζ) mit den Anoden der dritten (D^) und der vierten Diode (D^) verbunden sind, wobei der erste Auslöseausgang (U_p ) zwischen den letztgenannten ausgangsseitigen Enden und dem dreizehnten Widerstand (R, J) angeschlossen ist (Fig.6).

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8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grössenbeziehungen

(AR₁ = Zusatzwiderstand) = η . (R^ + 4R^) ( &·R^ = Zusatzwiderstand)

R₈ = η . R_g

R₁₀ = η . (R^ + AR^) (flfij = Zusatzwiderstand)

R₁₁ = η . R₁₂

R₄ = R₅ ; R₇ = R₁₀ ; R₁₁ = Rq ; R₁₂ = R_g

bestehen, wobei der Faktor η viel grosser als 1 ist, sodass der jeweils durch R„ fliessende Strom gegenüber dem durch Rq fliessenden Strom eine vernachlässigbare Grosse aufweist, und wobei die Hochzahl η bei den Widerständen R, und R. einer beliebigen Abzweignummer entsprechen kann.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die (n) Netzwerke der Schaltungsanordnung (T , R-, _Rn _Rn η „η „η η ^n ~η ^n ^n _η ~η ^n _Ώη fp. ^R4' 5' 6' ⁰I* °2' ^Dl* ^Ω2* V 4' 5' 6^f V V 8' 8' Dq, D₁₀, D₁-, D₁₂, D₁-., D₁₄) je für sich eine Schaltungseinheit bilden, die in je einem Relais-Häuschen anordenbar ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gegebenenfalls dezentralisiert angeordneten

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Netzwerke bzw. Relais-Häuschen gemäss Anspruch 9 miteinander sowie mit den Spannungsteilern eins Ms vier gemäss Anspruch 6 gegebenenfalls zusammen mit dem Vergleiehswandler (T) und dem Brückengleichrichter (G) über Stromschienen verbindbar sind.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 bzw» 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (M) als Differentialverstärker ausgebildet ist.

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