DE600338C - Selektivschutzschaltung mit von der Entfernung der Fehlerstelle abhaengigen Ausloesezeiten - Google Patents

Description

Es ist bekannt, bei aufeinanderfolgenden Leitungsstrecken eine selektive Abschaltung dadurch zu erreichen, daß am Anfang jeder Strecke mehrere Impedanzrelais angeordnet sind, die auf verschiedene Fehlerentfernungen eingestellt sind und dementsprechend auch verschiedene Auslösezeiten haben, oder daß man nur ein widerstandsabhängiges Relais anordnet, dessen Schutzbereich durch ein

to Zeitwerk stufenweise erhöht wird. Die Verwendung von festen Zeitstufen bringt den Vorteil mit sich, daß die Abschaltzeit verringert wird.
Erfindungsgemäß enthält die Selektivschutzschaltung, die am Anfang jeder Strecke angeordnet ist, verschiedenartige Widerstandswerte der Leitung überwachende Auslöserelais, welche erfindungsgemäß auf verschiedene maximale Fehlerentfernungen so eingestellt sind, daß bei kürzeren Fehlerentfernungen das die eine Widerstandsart (ζ. B. die Impedenz) überwachende Auslöserelais, bei längeren Fehlerentfernungeri das die andere Widerstandsart (z.B. die Reaktanz) überwachende Auslöserelais die Auslösung des Leitungsschalters herbeiführt. Für Fehler in großer Entfernung nämlich empfiehlt es sich, um noch einigermaßen genau die Fehlerentfernung richtig zu erfassen, hochwertigere Relaissysteme, nämlich Reaktanzsysteme, zu verwenden, während bei Fehlern, die in größerer Nähe des Relaisortes entstehen, die Genauigkeit der Impedanzrelais bei weitem ausreicht, wobei aber der Vorteil erzielt wird, daß ein wesentlich billigeres Relais verwendet werden kann. Außerdem ist das Impedanzrelais in seinem Aufbau weniger kompliziert, infolgedessen also sehr robust und widerstandsfähig, und daher auch geeignet, starke Überlastungsstöße ohne weiteres zu ertragen, die gerade bei naheliegendem Kurzschluß zu erwarten sind. Ein weiterer nicht unerheblicher Vorteil, der mit der Erfindung erzielt wird, besteht darin, daß die für die Reaktanzrelais an sich bereits notwendigen Anregerelais, zu welchem Zwecke häufig Impedanzrelais verwendet werden, erspart werden können; denn die Anregung des Reaktanzrelais kann erfindungsgemäß von dem als Schutzrelais für naheliegende Fehler dienenden Impedanzrelais ausgehen. Es empfiehlt sich namentlich in diesem Falle ein Impedanzkipprelais zu verwenden, wobei dann die Anordnung so getroffen werden kann, daß das Kipprelais, sobald ein Fehler innerhalb einer zweckmäßig einstellbaren Entfernung entstanden ist, eine Momentanauslösung des Leitungsschalters bewirkt, während das Relais bei Fehlern in größerer Entfernung, wenn die auf das Impedanzrelais einwirkende kontaktschließende Kraft naturgemäß schwächer ist und auch eine größere, von der Spannung ausgeübte Gegenkraft zu überwinden hat, nicht die volle Ausschlagbewegung ausführt und infolgedessen lediglich Kontakte schließt, die zur Anregung des Reaktanzrelais dienen.

Die Zeiteinstellung des Impedanzrelais und des Reaktanzrelais kann zweckmäßig so

gewählt werden, daß das Impedanzrelais bei allen Fehlern in der zugehörigen Strecke, mit Ausnahme einer kurzen S icherheits strecke am Ende der Leitung-, unverzögert ausschaltet und daß das Reaktanzrelais so eingestellt ist, daß es auch auf Fehler in der Nachbarstrecke anspricht, aber eine Auslöseverzögerung besitzt, die ausreicht, um dem Impedanzkipprelais der Nachbarstrecke vorher Zeit zum ίο Abschalten des Fehlers zu geben. Das.Reaktanzrelais kann auch in an sich bekannter Weise nach Ablauf der ersten Zeitstufe derart umgeschaltet werden, daß sich sein Schutz über einen weiteren Streckenbereich ausdehnt und daß gleichzeitig die Relaisverzögerungszeit dabei um eine angegebene Zeitstufe vergrößert wird. Das Reaktanzrelais kann ebenfalls ein Kipprelais sein. Statt dessen kann man aber auch ein Reaktanzrelais mit mit der Fehlerentfernung stetig wachsender Auslösezeit verwenden.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein Impedanzkipprelais und ein Reaktanzkipprelais zusammenwirken, wobei das Impedanzrelais zugleich das Anregerelais für den Reaktanzschutz darstellt.. Der Reaktanzschutz des Ausführungsbeispiels hesitzt eine feste Zeitverzögerung, und zwar besitzt die dargestellte Anordnung nur eine Zeitstufe. Wie aber weiter oben bereits gesagt wurde, kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß das Reaktanzrelais nach Ablauf der ersten Zeitstufe, sofern es dann noch nicht den Leitungsschalter öffnet, eine Umschaltung erfährt, beispielsweise dadurch, daß zur Stromspule des wattmetrischen Systems des Relais ein Nebenschluß oder in den Spannungspfad des gleichen Relaissystems ein Serienwiderstand eingeschaltet wird. Bekanntlich wird dadurch der Schutzbereich des Reaktanzrelais vergrößert, denn die Kraft des vom Strom allein abhängigen Teiles des Relaissystems kann dann leichter die Gegenkraft des von der Spannung beeinflußten Teiles des Relaissystems überwinden. In der Figur ist mit 1 eine zu schützende Starkstromleitung bezeichnet und mit 2 der Leitungsschalter, der im Fehlerfalle ausgelöst werden soll. Der Strom in der Leitung 1 wird durch einen Stromwandler 3 und die Spannung der Leitung durch einen Spannungswandler 4 für die Schutzeinrichtung übersetzt. Die Anordnung enthält zwei Relaissysteme, ein Impedanzrelais, bestehend aus einem Spannungssystem 5, einem Stromsystem 6 und einem Waagebalken 7, sowie ein Reaktanzrelais, bestellend aus zwei Ferrarisscheiben 8 und 9, die miteinander durch eine Welle 10 gekuppelt sind. Auf die 'Ferrarisscheibe 9 wirkt ein Stromtriebkern · 11, und auf die Ferrarissdieibe 8 wirkt ein wattmetrisches Triebsystem 12, das sowohl vom Strom als auch von der Spannung der Leitung 1 erregt wird. Die Drehmomente, welche auf die Ferrarisscheiben 8 und 9 ausgeübt werden, sind normalerweise gegeneinander gerichtet.

Das Impedanzrelais 5, 6, 7 besitzt ein Kontaktglied 13, welchem drei Gegenkontakte 14, 15 und 16 gegenüberstehen. Das Reaktanzsystem besitzt einen mit der Welle 10 gekuppelten Kontaktarm 17, der in der Ruhelage ein Kontaktpaar 18 schließt. In der Ruhelage ist nämlich nur das vom Stromtriebsystem 11 hervorgerufene Drehmoment vorhanden, während das Drehmoment des wattmetrischen Systems 12 erst entsteht, wenn, wie weiter unten beschrieben wird, das Impedanzrelais die Anregung dazu gibt. Außerdem gibt es noch ein Hilfsrelais 19 und ein Zeitrelais 20. Zur Erläuterung der Wirksamkeit der Anordnung sei angenommen, daß auf der Leitung ι ein Fehler entstanden ist, und zwar liegt der Kurzschluß in solcher Nähe der Station mit dem Schalter 2, daß eine momentane Auslösung durch das Impedanzkipprelais eintreten soll.

Bei dem Kurzschluß bricht die Spannung, die durch den Spannungswandler 4 über- go gesetzt wird, nahezu vollkommen zusammen; der Strom, der durch den Stromwandler 3 erfaßt wird, nimmt einen im Verhältnis der Spannung sehr großen Wert an. Die Folge davon ist, daß die Kraft des Stromsystems 6 sehr groß, die Gegenkraft des Spannungssystems 5 dagegen sehr klein wird. Der große Kraftüberschuß des Stromsystems 6 bringt den Waagebalken 7 zum Ausschlag, wobei das Kontaktglied 13 zunächst die Gegenkontakte 14 und 15 erreicht. Die Kontakte 14 und 15 sind aber, wie in der Zeichnung angedeutet ist, federnd gelagert, sie weichen also vor dem Kontaktglied 13 zurück, bis dieses auf den Gegenkontakt 16 trifft, der beispielsweise fest angeordnet sein kann. Dadurch wird ein Stromkreis geschlossen, der über den Kontakt 14 und den Kontakt 16 verläuft und diese Auslösespule 21 an die Lokalstromquelle 22 anschließt. Der Stromkreis verläuft vom Pluspol der Ortsbatterie 22 über Kontakt 14, Kontakt 16, Auslösespule 21 zum Minuspol der Batterie 22. Die Auslösespule erhält also sofort Strom und öffnet sofort den Leitungsschalter 2.

Durch das Kontaktstück 13 ist zwar auch die leitende Verbindung zwischen den Kontakten 14 und 15 hergestellt worden, so daß das bereits genannte Relais 19 Strom bekommt. Das Relais 19 steuert zwei Kontakte, einen Ruhekontakt 23 und einen Arbeitskontakt 24. Der Arbeitskontakt 24 schließt den

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Spannungskreis des wattmetrischen Triebsystems 12, d. h. bei der Erregung des Relais 19 wird das Reaktanzsystem angeregt. Der Kontakt 23, der ebenfalls vom Relais 19 gesteuert wird, liegt in einem Ruhestromkreis, durch welchen das Relais 20 normalerweise dauernd erregt und aufgezogen ist. Der Kontakt 25 des Zeitrelais 20 liegt normalerweise in der gezeichneten Stellung. Wenn, wie angenommen, der Kurzschluß in solcher Nähe des Relaisortes entstanden ist, daß das Übergewicht des Stromsystems 6 über die Kraft des Spannungssystems 5 so groß ist, daß durch das Auslöseglied 13 die Kontakte 14 und 16 miteinander verbunden werden, bleibt die Anregung des Reaktanzrelais und die Unterbrechung des Ruhestrornkreises des Zeitrelais 20 ohne Wirkung, weil im gleichen Augenblick auch bereits die Auslösespule 21 Strom bekommt.

Liegt der Fehler dagegen in einer Entfernung vom Relaisort, die so groß ist, daß das Übergewicht des Stromsystems 6 über die Kraft des Spannungssystems 5 nicht ausreicht, um die federnden Kontakte 14 und 15 herabzudrücken, dann werden nur die beiden Kontakte 14 und 15 miteinander leitend verbunden. Die Folge davon ist, daß zunächst das Relais 19 Strom bekommt. Der Stromkreis verläuft vom Pluspol der Batterie 22 über den Kontakt 14 und den Kontakt 15 zur Relaisspule 19 und von dort zur negativen Polklemme der Batterie 22 zurück. Wie schon vorhin gesagt wurde, bewirkt Relais 19 durch

seinen Kontakt 24 die Einschaltung der Spannungsspule des wattmetrischen Triebsystems 12, welches zum Reaktanzrelais gehört. Das Reaktanzrelais steht dann unter der Wirkung des Stromsystems 11 und unter der entgegen-

gerichteten Wirkung des wattmetrischen Relais 12.

Wie in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist, wirkt das System 11 im Sinne einer Schließung der Kontakte 18, das wattmetrische System 12 im Sinne einer öffnung der Kontakte 18. Liegt der Fehler innerhalb der vom Reaktanzrelais zu schützenden Leitungslänge, dann überwiegt die Kraft des Stromsystems 11, so daß die Kontakte 18 gar

nicht erst geöffnet werden. Ist dagegen der Fehler in größerer Entfernung entstanden, dann ist die Spannung im Relaisort so hoch, daß die Kraft des wattmetrischen Relais größer ist als das Stromsystem 11, da infolgedessen die Kontakte 18 geöffnet werden.

Es sei angenommen, daß der Fehler im Schutzbereich des Reaktauzrelais entstanden ist, daß also die Kontakte 18 geschlossen bleiben. Durch die Erregung des Relais 19 ist eier Ruhestromkreis für das Zeitrelais 20, der vom Pluspol der Batterie 22 über die Kontakte 18, den Kontakt 25 des Zeitrelais in der Ruhestellung, die Wicklung des Zeitrelais und den in der Ruhestellung stehenden Kontakt 23 geschlossen war, geöffnet worden. Sofort nach der Öffnung des Kontaktes 23 setzt sich der Kontakt 25 des Zeitrelais in Bewegung. Dadurch entsteht zunächst im Zeitrelais selbst eine zweite Unterbrechung des Erregerstromkreises für das Zeitrelais. Wenn der Kontakt 25 des Zeitrelais seinen zweiten Gegenkontakt erreicht und, wie angenommen, die Kontakte 18 durch das Reaktanzrelais geschlossen sind, kommt ein Auslösestromkreis zustande, der vom Pluspol der Ortsbatterie über die Kontakte 18, den in der Arbeitsstellung stehenden Kontakt 25 des Zeitrelais 20 und die Auslösespule 21 zum Minuspol der Batterie 22 verläuft. Die Zeit, die der Kontakt 25 braucht, um von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung überzugehen, kann im Zeitrelais beliebig eingestellt werden. Sie ist mindestens so groß, daß, wenn der Fehler in der Nachbarstrecke entstanden ist, das Impedanzkipprelais am Anfang dieser Strecke mit Sicherheit vorher Zeit zum Auslösen des dortigen Leitungsschalters hat.

Gleichzeitig mit der Einschaltung des Erregerstromkreises für die Spule 21 wird die Wiedereinschaltung des Ruhestromkreises des Zeitrelais 20 vorbereitet, und zwar dadurch, daß der Erregerstromkreis des Zeitrelais 20 auch über den Arbeitskontakt des Zeitrelais verlaufen kann. Der Stromkreis wird allerdings erst vollendet, wenn infolge Abschaltung des Leitungsfehlers das Impedanzkipprelais in seine Ruhelage zurückkehrt, wodurch das Relais 19 stromlos wird, so daß der Kontakt 23 in die Ruhelage zurückfällt. Die Aberregung des Relais 19 hat gleichzeitig die Vernichtung des Drehmomentes der Ferrarisscheibe 8 zur Folge, so daß also durch die Rückkehr des Kontaktgliedes des Impedanzkipprelais auch das Reaktanzrelais auf jeden Fall dahin gebracht wird, daß es seine Ruhelage wieder einnimmt, in welcher die Kontakte 18 geschlossen sind, was für die Erregung des Zeitrelais 20 notwendig ist. An den ölschalter 2 kann in bekannter Weise eine Signaleinrichtung 26 angeschlossen werden, no die am Relaisort oder gegebenenfalls auch über Fernmeldeeinrichtungen an der Überwachungsstelle anzeigt, daß der Leitungsschalter 2 gefallen ist.

Die gezeichnete Anordnung läßt sich durch unwesentliche Änderungen in eine solche Schutzeinrichtung umwandeln, bei welcher das Reaktanzrelais nicht eine, sondern mehrere Zeitstufen besitzt, wobei mit der Einschaltung jeder neuen Zeitstufe gleichzeitig eine Erweiterung des Schutzbereiches des Relais verbunden ist. Das Zeitrelais 20 kann

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beispielsweise, wenn sein Kontakt 25 die Arbeitsstellung erreicht, der Kontakt .18 aber nicht geschlossen ist, ein weiteres Zeitrelais einschalten. Die Anordnung kann derartig getroffen werden, daß dem Kontaktglied 17 des Reaktanzrelais noch ein zweites Kontaktpaar gegenübersteht, welches dann geschlossen wird, wenn die Kraft des wattmetrischen Systems 12 überwiegt. Das zweite Zeitrelais kann grundsätzlich so beschaffen sein wie das Zeitrelais 20, d.h.. es besitzt einen Wechselkontakt, der, um von der einen Kontaktstellung in die zweite überzugehen, eine bestimmte zweckmäßig einstellbare Zeit braucht. In dem Augenblick, in dem der Wechselkontakt seine Ruhelage verläßt, unterbricht er einen Kurzschluß für einen mit der Spannungsspule der wattmetrischen Systeme 12 in Reihe liegenden Widerstand. Nachdem der Laufkontakt des Zeitwerkes seinen Weg zurückgelegt hat, schließt er an seinem Arbeitskontakt dann zum zweiten Male einen Auslösestromkreis, der über die Kontakte 18 verläuft, d. h. der parallel zu dem Arbeitskontakt des in der Figur gezeichneten Zeitrelais liegt. Es ist ohne weiteres noch eine dritte Zeitstufe einzuführen, indem beispielsweise von dem zweiten Zeitrelais, falls nach Ablauf der zweiten Zeitstufe der Kontakt 18 noch nicht geschlossen ist, ein zweiter Widerstand in Reihe mit der Spannungsspule oder parallel zur Stromspule des wattmetrischen Relais 12 eingeschaltet wird und wobei das dritte Zeitrelais ebenfalls einen zu dem Arbeitskontakt des ersten und zweiten Zeitrelais parallel liegenden Arbeitskontakt im Stromkreis der Auslösespule 21 besitzt.

Unter Verwendung eines Reaktanzkipprelais, wie es in der Figur beispielsweise gezeichnet ist, läßt sich auch mit dem Impedanzrelais ein Reaktanzrelais .mit stetig wachsender Verzögerungszeit verwenden. Es können sämtliche in der Figur dargestellten Teile benutzt werden, wenn zugleich mit der Anregung des Reaktanzrelais 19 noch ein Zeitwerk in Gang gesetzt wird, das die Größe des von dem wattmetrischen Relais 12 ausgeübten Drehmomentes von einem anfänglieh hohen Wert stetig verkleinert oder umgekehrt die Kraft des Stromsystems 11 stetig vergrößert. Die Vergrößerung oder Verkleinerung der Kraftwirkungen kann dabei entweder mechanisch durch Änderung eines Hebelarmes, an dem die Kraft angreift, oder elektrisch durch fortschreitende Änderung der Erregerstromstärke erzielt werden.

Es ist nicht notwendig, daß das Impedanzrelais gleichzeitig zur Anregung des Reaktanzrelais dient. Es kann unter Umständen auch vorteilhaft sein, das Impedanzkipprelais für Schnellauslösung beizubehalten und das Reaktanzrelais für Auslösung mit größerer Verzögerungszeit zu verwenden, wobei aber die Anregung für das Reaktanzrelais von einem besonderen Anregerrelais ausgeht, das bei kleinerer Stromstärke stromabhängig ist, oberhalb einer gewissen Stromstärke, beispielsweise oberhalb der Nennstromstärke aber reine Spannungsabhängigkeit besitzt. Ein solches Relais ist beispielsweise wie das Impedanzkipprelais in der Figur gebaut, jedoch ist zwischen dem Anker der Stromspule 6 und dem doppelarmigen Hebel 7 eine Federkraft eingeschaltet, und die Bewegung des Ankers der Stromspule 6 und damit zugleich die größte Anspannung der zwischen diesem Anker und dem doppelarmigen Hebel 7 angeordneten Feder wird durch einen Anschlag begrenzt. Solange dann das Relais zum Ansprechen kommt, bevor noch der Anker des Stromsystems wieder seinen Anschlag erreicht, ist das System ein reines Impedanzsystem. Bei größeren Strömen dagegen wird das System zum reinen Spannungssystem, weil dann die stromunabhängige Zugkraft der Feder auf der einen Seite mit der Kraft des Spannungssystems auf der anderen Seite verglichen wird. Man kann auch im Spannungssystem einen den Hub des Ankers des dor- tigen Spannungssystems 5 begrenzenden Anschlag anordnen, der aber im Gegensatz zur Stromseite nicht die Anzugsbewegung des Ankers an die Spannungsspule 5, sondern im Gegenteil die Bewegung des Ankers von der Spannungsspule 5 fort begrenzt. Wenn man dabei auch hier den Anker der Spannungsspule mit dem doppelarmigen Hebel 7 elastisch kuppelt, so wird bei ganz kleinen Spannungen das System zu einem reinen stromabhängigen System. Die Anregung des Reaktanzrelais würde dann bei Vorsehung beider Anordnungen bei kleiner Spannung allein in Abhängigkeit von der Stromstärke, bei großer Stromstärke allein in Abhängigkeit von der Spannung erfolgen. Dies trägt dem Umstand Rechnung, daß bei kleinen Strömen infolge des großen Lichtbogenwiderstandes die Impedanz in der Leitung sehr hoch sein kann, während umgekehrt bei starken Strömen der Lichtbogenwiderstand in seiner Bedeutung zurücktritt, so daß dann im wesentlichen die Überwachung des Spannungsabfalles allein genügt.

Claims (5)

115 Patentansprüche:

i. Selektivschutzschaltung mit von der Entfernung der Fehlerstelle abhängigen Auslösezeiten, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedenartige Widerstandswerte der Leitung überwachende Auslöserelais (5> 6, 7 und 8, 9, 10) auf verschiedene

maximale Fehlerentfernungen so eingestellt sind, daß bei kürzeren Fehlerentfernungen das die eine Widerstandsart (z. B. die Impedanz) überwachende Auslöserelais (5, 6, 7), bei längeren Fehlerentfernungen das die andere Widerstandsart (z. B. die Reaktanz) überwachende Auslöserelais (8, 9, 10) die Auslösung des Leitungsschalters herbeiführt.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Erfassung von Fehlern in geringerer Entfernung eingestelltes Impedanzrelais (S, 6, 7) und ein für Fehler, die in größerer Entfernung entstehen, bestimmtes Reaktanzrelais (8, 9, 10) am gleichen Relaisort und zum Schutz der gleichen Leitung angeordnet sind.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung von Fehlern in geringerer Entfernung ein Impedanzkipprelais (5, 6, 7) und zur Erfassung von in größerer Entfernung entstandenen Fehlern ein Reaktanzrelais mit einer oder mehreren Zeitstufen dient.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanzkipprelais* (5, 6, 7) zugleich als Anregerelais für das Reaktanzrelais (8, 9, 10) dient.

5. Schutzschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanzkipprelais anspricht, wenn der Fehler in der zugehörigen Leitungsstrecke in zweckmäßig einstellbarer Entfernung vom Relaisort entstanden ist, während alle größerer Entfernung auftretenden

Fehler durch das
schaltet werden.

Reaktanzrelais abge-

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