DE533480C - Erdschlussschutzeinrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
16. SEPTEMBER 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JiIi 533480 KLASSE 21c GRUPPE

21C^S S 83.3O

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)

Erdschlußschutzeinrichtung Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Februar 1930 ab

Um bei einem Doppelerdschluß die Abschaltung der Leitung auf einen möglichst kleinen Abschnitt zu beschränken, werden nur die Widerstandsrelais eines einzigen Phasenleiters angeregt, wenn die verkettete Spannung zwischen zwei Phasenleitern zusammenbricht. Die Relais werden dabei "von der Differenz zweiter Leiterströme und der Spannung zwischen den Phasenleitern erregt, sofern ein Kurzschluß zwischen zwei Leitern vorliegt. Wenn dagegen kein Kurzschluß, sondern ein Doppelerdschluß vorliegt, erhalten die Relais nur einfachen Strom und die Spannung, die am Relaisort zwischen einem Phasenleiter und Erde besteht. Das eine Relais erhält dabei also eine Spannung, die durch den Spannungsabfall auf der Leitung vom Relaisort bis zur Erdschlußstelle entsteht. Das andere Relais dagegen erhält eine Spannung, die aus dem Spannungsabfall inr Leiter und aus einem Teil des Spannungsabfalles besteht, den der zwischen den beiden Erdschlußstellen in der Erde fließende Strom hervorruft. Infolgedessen löst das zweite Relais seinen Schalter später aus, als der tatsächlichen Entfernung der Erdschlußstelle entspricht.

Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß die Schutzrelais, die bei Erdschluß von der am Relaisort herrschenden Spannung zwischen Phasenleiter und Erde erregt werden, außer von einem Leiterstrom auch von dem in der Erde fließenden Strom erregt werden. Von den zwei Relais, welche an den Streckenenden des einen mit Erdschluß behafteten Leitungsabschnittes angeordnet sind, erhält infolgedessen das eine Relais, welches im Bereich zwischen den beiden Erdschlüssen liegt, eine Erregung, welche der geometrischen Differenz aus dem Leiterstrom und dem Strom in der Erde entspricht. Dasjenige Schutzrelais dagegen, welches nicht zwischen den beiden Erdschlußstellen liegt, erhält eine Stromerregung, die nur dem Leiterstrom entspricht, weil am Relaisort in der Erde kein Strom fließt. Das zuerst genannte Relais, welches vom Phasenstrom und vom Summenstrom erregt wird, ist dasjenige, welches eine um den Spannungsabfall in der Erde zu große Spannung erhält. Die fehlerhafte Vergrößerung seiner Laufzeit, welche eine Folge des zusätzlichen Spannungsabfalles in der Erde war, ist durch die zusätzliche Kraft, welche der in der Erde zufließende Strom im Relais auslöst, kompensiert.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Abbildungen. In Abb. 1 sind die Verhältnisse bei Doppelerdschluß erläutert. Mit R₁ S₁ T sind die drei Phasen einer zweiseitig gespeisten Leitung bezeichnet. Bei A₁ B₁ C₁ D

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Hans Poleck in Berlin-Siemensstadt.

und E sind Schalter vorgesehen, welche durch die Leitungsschutzrelais ausgelöst werden können. Je ein Leitungsschutzrelais befindet sich zu beiden Seiten der Trennschalter. Es ist angenommen, daß zwischen den Relaisorten B und C die Phase S¹ Erdschluß habe. Zwischen den Relaisorten C und D liegt der zweite Erdschluß, von dem die Phase T betroffen ist. Infolge dieser beiden Erdschlüsse ίο fließen die durch Pfeile angedeuteten Ströme durch die Relais, die Leitungen und die Erde. Von links und rechts her fließt Strom über die Relaisorte B und C der Erdschlußstelle zwischen B und C zu. Der Strom fließt durch die Erde zu der zweiten Erdschlußsteife zwischen C und D und von dort zurück zu den Erzeugerstationen.

Zur Abschaltung des Doppelerdschlusses soll beispielsweise der Erdschluß des Phasenleiters 6* abgeschaltet werden. Zu dem Zweck müssen die Schalter bei C und B geöffnet werden. Das bei B liegende Relais in der Phase 5" und das bei C liegende Relais der gleichen Phase müssen also ansprechen. Das ₂g Relais bei B wird von dem Leiterstrom, der von links her zur Erdschlußstelle fließt, er-χ-egt; seine Spannungsspule liegt an der Spannung zwischen der Phase 6" und Erde, die gleich dem Spannungsabfall der Phase S' zwischen Relaisort und Erdschlußstelle ist. Die Laufzeit des Relais B hängt vom Widerstand — Scheinwiderstand oder Blindwiderstand — der Leitung zwischen Relaisort und Fehlerstelle ab. Das Widerstandsrelais bei C wird bei bisher bekannten Schaltungen erregt durch den Leiterstrom im Leiter 5 und durch die Spannung, welche am Relaisort C zwischen dem Phasenleiter 6¹ und Erde besteht. Das Relais bei C, beispielsweise ein Reaktanzrelais, mißt infolge des Spannungsabfalles, den der Strom auf der Phase S¹ vom Relaisort C bis zur linken Erdschlußstelle und in der Erde von der linken Erdschlußstelle bis zum Relaisort C hervorruft, den Widerstand eines Leiters von ungefähr der 'doppelten Länge der zwischen Relaisort C und der Erdschlußstelle liegenden Entfernung. Dementsprechend ist seine Auslösezeit so groß, als läge der abzuschaltende Fehler nicht innergo halb der Strecke B₁ C₁ sondern links vom Relaisort B. Wenn nun das Relais so eingestellt ist, daß es nur einen Fehler innerhalb einer bestimmten Entfernung abschaltet, so kann der Fall eintreten, daß die Abschaltung des zwischen den Relaisorten B und C liegenden Erdschlusses vollkommen unterbleibt. Zumindest erfolgt sie mit einer unbeabsichtigt großen Verzögerung.

Wie schon erwähnt wurde, beseitigt die Erfindung diese Nachteile dadurch, daß zur Erregung aller Schutzrelais wie bisher die Spannung zwischen dem betreffenden Phasenleiter und Erde am Relaisort für den Spannungskreis benutzt wird, daß aber für den Stromkreis dieser Relais die geometrische Differenz zwischen dem Phasenstrom und dem in der Erde fließenden Strom benutzt wird. Der in der Erde fließende Strom kann durch im Zuge der Leitung in die Erde versenkte Sonden erfaßt werden oder aber in an sich bekannter Weise durch eine Summenschaltung von Stromwandlern, durch welche die geometrische Summe der drei Phasenströme gebildet wird, die dem in der Erde fließenden Strom in der Größe und Phase entspricht. Schaltungsbeispiele zur Durchführung der Erfindung sind in den Abb. 2 bis 4 wiedergegeben.

In Abb. 2 sind die in Stern geschalteten Sekundärwicklungen der Stromwandler R₁ S₁ T an in Stern geschaltete Relaisspulen R₁, R₂, R_s angeschlossen. Die Sternpunktsverbindung der Relaiswicklungen R₁, R₂, R_s ist über drei in Reihe liegende Relaiswicklungen R₁₀, i?₂₀, R₈₀ mit dem Sternpunkt der Stromwandlerwicklungen verbunden. Die Relaiswicklungen R₁ und R₁₀, R₂ und R₂₀, R_s und R_ao bilden das Stromfeld eines Widerstandsmeßwerkes. Außer den Stromwicklungen besitzt das Widerstandsgerät noch go Spannungsspulen, welche an die zwischen Phasenleitung und Erde bestehende Spannung . angeschlossen sind oder bei Auftreten einer Nullpunktspannung oder eines Summenstromes angeschlossen werden. Da für Widerstandsrelais sehr viele Ausführungsformen bekannt sind, ist in der Zeichnung auf die Relaiskonstruktion nicht näher eingegangen und der Spannungskreis der Relais nur durch" eine Spule senkrecht zu den Stromspulen angedeutet.

In Abb. 3 ist nicht eine Sternschaltung der Stromwandler vorausgesetzt, sondern eine Dreieckschaltung, wie sie beispielsweise für Leitungsschutzzwecke verwendet wird, bei denen das Schutzrelais durch die Differenz zweier Leiterströme erregt werden soll. Von den Dreiecksverbindungen der Wandler der Phasen R, S₁ T geht je eine Leitung 'aus-, an welcher die Stromspule je eines Widerstandsrelais liegt. Diese Stromspulen .R₁₁, S₁₁, T₁₁ sind in Stern geschaltet. In jeder Spule fließt ein Strom, welcher der Differenz der Phasenströme R-S, S-T und T-R entspricht. Außer dieser Spule enthalten die Relais noch je eine zweite Stromwicklung R₁₂, S₁₂ bzw. T₁₂, welche über eine besondere Stromwandlersummenschaltung r, s, t entsprechend dem Summenstrom erregt werden. Bei Kurzschluß zwischen zwei Phasenleitern tritt kein Summenstrom auf. Die Stromspulen R₁₂, S12, T₁₂ bleiben stromlos. Bei Auftreten

eines einfachen oder Doppelerdschlusses" tritt ein Summenstrom auf, welcher diese Spulen durchfließt. Damit bei einem Doppelerd-. Schluß die Relaisspulen R₁₁ nicht den verketteten Strom, sondern nur einfachen Leiterstrom führen, sind in die Verbindungsleitungen der Dreieckschaltung der Stromwandler Umschalter U₁, U₂, U₃ eingeschaltet. Wenn eine verkettete Spannung zusammenbricht und außerdem ein Summenstrom oder eine Nullpunktspannung entsteht, d. h. also wenn ein Doppelerdschluß z. B. zwischen den Phasen R und ,S vorliegt, wird ein Umschalter U₁ umgestellt, so daß durch die arbeitende Relaiswicklung R₁₁ nur der Strom der Phase R fließt, da durch den Schalter U₁ der Stromwandler der Phase S kurzgeschlossen wird. Der gleichzeitig auftretende Summenstrom, der durch die parallel geschalteten Wandler r, s und t gewonnen wird, durchfließt auch die Wicklung R₁₂ des gleichen Schutzrelais, so daß dieses Relais von dem Strom einer Phase und dem Strom in der Erde — dem Summenstrom — erregt wird und, wie eingangs beschrieben wurde, richtig zu arbeiten vermag. Der Summenstrom kann auch durch Wandler, die in den Verbindungsleitungen der Dreieckschaltung liegen, wie gestrichelt angedeutet ist, oder_ irgendeine sonstige geeignete Schaltung erhalten werden.

Wenn für den Kurzschlußschutz der Strecke bereits eine Schaltung vorhanden ist, bei der die in Stern geschalteten Strömwandler R, S, T ein Relais mit zwei Wicklungen R_1S, R₁₄, bzw. ^₁₃, S₁₄, oder T₁₃, T₁₄ derart erregen, daß das resultierende Stromfeld der Differenz zweier Phasenströme entspricht, kann auch die in Abb. 4 beispielsweise angegebene Schaltung verwendet werden, ohne daß eine Änderung der Stromwandler schaltung erforderlich wird. Jedes Relais erhält zu dem Zweck außer den Wicklungen R₁₃, R₁₄, bzw. S₁₃, S₁₄, und T₁₃, T₁₄ eine dritte Stromwicklung R₁₅, S₁₅ bzw. T₁₅. Die Wicklungen 2?₁₅, S₁Z und T₁₅ sind in Reihe geschaltet und werden über einen Zwischenwandler H erregt, sofern ein Summenstrom auftritt. Auch bei dieser Anordnung sind Umschalter U₄,, U₅ und U_a vorgesehen. Bei Auftreten eines Doppelerdschlusses wird einer von diesen umgelegt, und dadurch werden die Wicklungen i?₁₄, S₁₄, und T₁₄ kurzgeschlossen, so daß das arbeitende Relais nur noch von dem Strom eines Phasenleiters erregt werden kann. In den dritten Wicklungen jedes Relais tritt aber gleichzeitig der Summenstrom auf.

Eine für den Zeitstufenreaktanzschutz besonders geeignete Schaltung zur Durchführung des Erfindungsgedankens ist in Abb. 5 schematisch wiedergegeben. In der Darstellung sind die drei Phasenleiter R, Sj T sowie an diese angeschlossene, in Dreieck geschaltete Stromwandler dargestellt. Die Sekundärströme dieser Stromwandler erregen drei Primärwicklungen I, II, III eines Zwischenwandlers IV. In der Sekundärwicklung des Zwischenwandlers wird auf diese Weise, der Summenstrom der Leiterströme gebildet. Ferner sind drei Umschalter U₇, U_s und U_s vorgesehen, mit deren Hilfe die Phasenwicklungen der Stromwandler kurzgeschlossen und zugleich von den Stromspulen der Relais abgeschaltet werden können. Die Relais besitzen Stromwicklungen, welche in Stern geschaltet sind. Diese sind mit R₁, R₂ bzw. S₁, S₂ bzw. T₁, T₂ bezeichnet. Es mögen dies die festen Feldspulen jedes Reaktanzgerätes sein, welches außerdem zwei mechanisch miteinander gekuppelte bewegliche Spulen besitzt. Mit den Spulen R₁, S₁ und T₁ wirken von der Spannung zwischen den Leitern R, S bzw. dem Leiter R und Erde, zwischen den Leitern S₁ T oder der Leitung 6" und Erde bzw. zwischen den Leitern T und R oder der Leitung T und Erde erregte Spulen T₁, S₁ und ^₁ zusammen. Mit den anderen Stromspulen R₂, S₂ bzw. T₂ wirkt je eine ebenfalls vom Strom erregte bewegliche Spuler,, S₂ und i₂ zusammen. Ihre Erregung erhalten diese Spulen von Zwischenwandlern w.

Abweichend von der Ausführung gemäß Abb. 4 ist keine besondere Spule vorgesehen, welche vom Summenstrom erregt wird, sondem die Spulen r₂, S₂ und i₂, welche von den Leiterströmen durchflossen werden, werden außerdem auch von dem Summenstrom durchflossen. Zu dem Zweck liegen sie in Reihe an der Sekundärwicklung des Zwischenwandlers IV.

Die Umschaltung der Spannungsspulen T₁, S₁ und t_x von der verketteten Spannung auf die Spannung zwischen Leiter und Erde kann von dem Auftreten eines Summenstromes oder einer Spannung zwischen Nullpunkt des Netzes und Erde abhängig gemacht werden. Die Anregung des Schutzes kann durch ein Zwischenrelais erfolgen, das bei Zusammenbruch einer verketteten Spannung und bei Erregung eines Stromrelais anspricht. Dadurch wird bei einem Doppelerdschluß erreicht, daß nur die Relais einer Phase ansprechen. Durch Abschaltung des einen Erdschlusses wird der Kurzschluß zweier Phasen beseitigt. Die vorhin genannten Umschalter CZ₇, U_s und U₀ können in der gleichen Weise wie die Umschaltvorrichtungen für die Spannungsspulen T₁, S₁ und ^₁ entweder bei Auftreten einer Nullpunktspannung gegen Erde oder bei Auftreten eines Summenstromes betätigt werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ι. Erdschlußschutzeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das die Auslösezeit bestimmende, von Strom und Phasenleiterspannung gegen Erde abhängige Relais, Widerstandsrelais, Reaktanzrelais, durch die Differenz eines Phasenleiterstromes und des Summenstromes beeinflußt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Relais mit zwei Stromwicklungen benutzt werden, von denen die eine vom Leiterstrom, die andere vom Summenstrom durchflossen wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Stromspulen der Relais in Stern geschaltet und an ebenfalls in Stern geschaltete Stromwandler angeschlossen sind, und daß die zweiten Stromspulen in Reihe geschaltet sind und in der Verbindungsleitung des Stromwandlersternpunktes mit dem von den drei ersten Relaiswicklungen gebildeten Sternpunkt liegen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei in Stern geschaltete erste Relaiswicklungen an einen in Dreieck geschalteten Stromwandlersatz angeschlossen sind, dessen Dreieckverbindungen bei Doppelerdschluß geöffnet werden, und daß die zweiten Stromspulen der Relais durch den Summenstrom erregt werden.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspule für den Summenstrom durch den zwischen zwei im Zuge der Leitung in die Erde versenkte Erdplatten fließenden Strom erregt wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Dreieckverbindungen der Stromwandler liegenden Schalter von Relais gesteuert werden, die bei Zusammenbruch einer verketteten Spannung und Erregung eines Stromrelais ansprechen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen