DE606487C - Schutzschaltung fuer von einer Hochspannungsringleitung ueber Transformatoren gespeiste Niederspannungsmaschennetze zur Abschaltung eines fehlerhaften Ringabschnittes - Google Patents

Description

In elektrischen Verteilungsnetzen erweist sich die Vermaschung der Niederspannungskabel als außerordentlich vorteilhaft, da sie eine bessere Spannungshaltung im Falle von Störungen oder Überlastungen gewährleistet. Zur Speisung der Niederspannungsnetze von den Hochspannungsleitungen des Kraftwerkes aus kommen im wesentlichen zwei Schaltungen in Frage. Bei der einen Schaltung werden die Knotenpunkte des Netzes über Transformatoren durch vom Kraftwerk ausgehende unabhängige Kabelstränge gespeist, die nur in der Nähe des Kraftwerkes Schalter enthalten, an die die Transformatoren, jedoch ohne Schalter, herangeführt sind. Die netzseitige Unterbrechung der Speiseleitung erfolgt dann bei modernen Netzen durch einen zwischen Transformator und Netzknotenpunkt eingefügten Rückleistungsschalter.

Die beschriebene Bauweise eignet sich nur für sehr große Netze, da sie eine große Zahl von parallel arbeitenden Kabelsträngen und damit auch eine entsprechende Mindestbelastung des Netzes voraussetzt. Kleinere vermaschte Netze kann man durch Kabelringe speisen, d. h.

vom Kraftwerk ausgehende Ringleitungen, die in einzelne, mit den Knotenpunkten des Maschennetzes über Transformatoren, gegebenenfalls auch über Rückleistungsschalter verbundene Abschnitte unterteilt sind.

Zur Eingrenzung von Störungen in den Kabelringen ist es von Vorteil, eine selbsttätige Steuerung der die Unterteilung herstellenden Ringleitungsschalter vorzusehen. Eine einfache richtungsabhängige Zeitstaffelung kommt für die Selbstauslösung der Ringleitungsschalter nicht in Frage; bei größeren Ringen mit mehreren Abschnitten würden sich Auslösezeiten ergeben, die bis zu mehreren Sekunden lang sind. Innerhalb dieser Zeit würde jedoch ein Hochspannungskabel bei Kurzschlußbelastung oft verbrennen. Man könnte daran denken, für die Auslösung der Ringleitungsschalter in den Hochspannungskabeln eines der bekannten Selektivschutzsysteme zu verwenden. Diese für Fernleitungen entwickelten Systeme versagen jedoch, wenn es sich um die Unterscheidung verhältnismäßig geringer Leitungslängen handelt. In einem städtischen Verteilungsnetz sind die einzelnen Abschnitte der Ringleitung oft verhältnismäßig kurz. Der Selektivschutz vermag dann nicht mehr den Fehler genau genug einzugrenzen.

Es blieb bisher nichts anderes übrig, als bei Ringleitungsnetzen der beschriebenen Art Hilfsleitungen zur Steuerung der Schalter vorzusehen, wenn man nicht auf die zuverlässigere selbsttätige Auslösung verzichten wollte. In vorhandenen Netzen, die für eine nachträgliche Vermaschung besonders geeignet sind, stößt die Verlegung einer Hilfsleitung auf sehr große S₀ Schwierigkeiten. Überdies besteht die Gefahr, daß die Hilfsleitung durch einen Fehler im

Kabel in Mitleidenschaft gezogen wird und dann eine Fehlauslösung oder auch gar keine Auslösung eintritt.

Erfindungsgemäß erfolgt die Steuerung der Abschnittschalter eines zur Speisung eines vermaschten Niederspannungsnetzes dienenden Hochspannungskabelringes durch Spannungsrelais, die das Verhältnis der Spannungen im Hochspannungskabelring und im von diesem ίο gespeisten Niederspannungsnetz überwachen. In der Figur ist eine Schaltung dargestellt, an Hand deren die Wirkungsweise der neuen Steuerung erläutert werden möge.

In der Figur wird das Niederspannungsmaschennetz 1 über Transformatoren 2 von den Kraftwerksammeischienen 3 durch einen Hochspannungskabelring gespeist, der durch Schalter 4 in die Abschnitte 5, 6, 7, 8, 9, 10 und 11 unterteilt ist. Zur Steuerung der Schalter 4 dienen Spannungsrelais 12, die die Spannungen zu beiden Seiten der Transformatoren 2 miteinander vergleichen. Zwischen die Hochspannungsseite des Transformators 2 und des Relais 12 ist, wie die Figur zeigt, ein Spannungswandler 13 eingefügt.

Im normalen Betrieb bleiben die Spannungen im Kabelring und im Maschennetz an sämtlichen Speisepunkten einander annähernd proportional. Tritt jedoch im Kabeking ein Fehler ein, z. B. ein Kurzschluß an der Stelle 14, so sinkt das Potential an der Kurzschlußstelle fast auf Null, in den übrigen Ringabschnitten weniger stark, je nach der Entfernung von der Fehlerstelle. Die Spannung des .Maschennetzes wird durch die zwischen Maschennetz und Kabelring liegende Impedanz der Transformatoren nicht in dem gleichen Maße in Mitleidenschaft gezogen. Die Spannungsrelais 12 der zu beiden Seiten des fehlerhaften Abschnittes 7 liegenden 40. Transformatoren 2 stellen also fest, daß das Verhältnis der Maschennetzspannung zur Ringspannung über dem normalen Wert liegt. Die Relais lösen nun die ihnen zugeordneten Schalter 4 aus und trennen den kranken Ringabschnitt ab.

Die Spannungsrelais 12 kann man entweder so ausbilden, daß sie auf das Verhältnis der Spannungen zu beiden Seiten des Transformators reagieren, oder derart, daß sie auf die Differenz dieser Spannungen, auf das Übersetzungsverhältnis ι des Transformators reduziert, ansprechen. Ein Quotientenrelais wird zuverlässiger arbeiten, da sein Ansprechwert zwischen Null und Unendlich liegt. Die Auslösezeit der Relais kann man proportional ihrem Beeinflussungswert wählen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur ist zur Unterteilung des Ringes in jedem Abschnitt jeweils ein einziger Leistungsschalter 4 vorgesehen. Bei dem Fehler an der Stelle 14 wird dann der an den Ringabschnitten 7 und 8 liegende Transformator 2 unwirksam, da beide ihn speisenden Zweige des Ringes unterbrochen sind. Zwischen dem Transformator 2 und dem Maschennetz kann man in bekannter Weise Rückleistungsschalter 16 einbauen, die bei einer Speisung des Transformators 2 bzw. eines in seinem Ringabschnitt liegenden Fehlers vom Maschennetz aus sich öffnen. Diese Schalter schließen sich ferner selbsttätig; wenn der Ring von den Sammelschienen 3 aus unter Spannung gesetzt wird.

Man kann das Ausfallen eines Speisepunktes bei einem Fehler in einem Ringleitungsabschnitt dadurch vermeiden, daß man in beide abgehende Zweige des Ringes Schalter legt. Neben den Spannungsrelais 12 sieht man dann besondere Richtungsrelais vor, die je nach der Richtung des im Kabelring fließenden Stromes einen dieser beiden Schalter auslösen.

Zwischen den Abschnitten 7 und 8 wäre dann beispielsweise neben dem Schalter 4 noch ein Schalter 15 eingebaut. Bei dem Fehler an der Stelle 14 würde durch das Zusammenwirken des Spannungsrelais 12 mit dem Richtungsrelais nur der Schalter 15 geöffnet werden, der dort liegende Transformator 2 könnte also in Betrieb bleiben.

Bei kleineren Netzen kann man auf die selbsttätige Einschaltung der zwischen der Nieder- go spannungsseite der Transformatoren 2 und dem Maschennetz liegenden Schalter verzichten. In diesem Falle kann man die Spannungsrelais 12 dazu benutzen, um gleichzeitig mit der Öffnung der Schalter 4 auch die öffnung der Schalter 16 zu steuern.

Die Spannungsspulen der Spannungsrelais 12 wird man netzseitig entsprechend der Figur zwischen dem Knotenpunkt des Netzes und dem niederspannungsseitigen Transformatorschalter 16 anschließen, so daß sie unabhängig von dessen Stellung Spannung erhalten.

Eine selbsttätige Wiedereinschaltung der in der Ringleitung liegenden Schalter kann man dadurch erzielen, daß man bei jedem Transformator zwei Spannungsvergleichsrelais vorsieht, deren hochspannungsseitige Spannungsspulen an den beiden an den Speisepunkt angrenzenden Ringabschnitten, und zwar vom Speisepunkt aus gesehen, einmal hinter und no einmal vor den Abschnittschaltern· angeschlossen sind. Die Spannungsvergleichsrelais werden so geschaltet, daß sie, wenn ihr Einflußwert dem des normalen Betriebes entspricht, die Wiedereinschaltung der Schalter bewirken. Ihre Kontakte müssen also in Reihe miteinander liegen.

Zur Erfassung unsymmetrisch auftretender Fehlererscheinungen kann man die Spannungsvergleichsrelais gegebenenfalls mehrphasig ausbilden.
Es ist bereits bekannt, Betriebsgrößen der

beiden Wicklungen eines Transformators durch Relais miteinander zu vergleichen. Derartig! Einrichtungen hatten bisher jedoch den Schut; des Transformators zur Aufgabe. Im Gegensatz zu der vorliegend behandelten Schaltung bewirkten bei der bekannten Schaltung die Relais daher stets eine vollständige hoch- und niederspannungsseitige Abtrennung des Transformators von allen in Frage kommenden Spannungsquellen. Überdies sind die beschriebenen Schutzrelais für Transformatoren mit einer anderen Einstellung des Differenz- oder Quotientenanspruchswertes der beiden Vergleichsspannungen versehen als die Relais, die gemäß dem vorliegenden Vorschlag zur Steuerung der Netzschalter dienen sollen.

Wie die Nachrechnung eines Ausführungsbeispiels ergab, kann sich unter ungünstigen Verhältnissen der Fall ereignen, daß die Auslösewerte verschiedener Spannungsvergleichsrelais keinen gleichmäßigen Anstieg längs des Kabelringes bis zur Kurzschlußstelle zeigen. Wird, wie die Figur zeigt, ein Kurzschluß von zwei Seiten gespeist, so können sich in einem Kabelringteil Auslösewerte ergeben, die größer sind als der Auslösewert eines der beiden, den kranken Abschnitt abgrenzenden Schalter. Bei dem Netz der Figur kann dies z. B. eintreten, wenn der Speisepunkt im Niederspannungsnetz des zwischen dem Abschnitt 10 und dem an das Kraftwerk angrenzenden Abschnitt 11 angeschlossenen Transformators näher an der Kurzschlußstelle 14 in dem vom Kraftwerk weiter entfernt liegenden Abschnitt 7 liegt als einer der beiden, den Abschnitt 7 abtrennenden Schalter. Um Fehlauslösungen auch in diesem Falle zu vermeiden, kann man die beiden abgehenden Zweige des Ringes im Kraftwerk durch ein Differentialrelais sowie durch Überstromrelais steuern, die die Ströme in den abgehenden Ringzweigen überwachen und zugleich auch vergleichen. Liegen die Ströme in den Abschnitten 5 und 11 der Figur beispielsweise unter einer bestimmten Grenze, so bleiben die Schalter 4 dieser Abschnitte eingeschaltet. Liegt der Strom in einem der Abschnitte, z. B. Abschnitt 5, über dieser Grenze, so kommt das Differentialrelais der Abschnitte 5 und 11 zur Wirkung und öffnet den Schalter des Abschnittes 5. Nach einer bestimmten Zeit, die durch ein Zeitrelais festgelegt werden kann, wird dieser Schalter selbsttätig wieder geschlossen. Es ist dann damit zu rechnen, daß innerhalb der Ablaufzeit des Zeitrelais der fehlerhafte Ringabschnitt auf der einen Seite, und zwar vom Abschnitt 8, bereits abgetrennt wurde.

Liegt der Überstrom eines der Abschnitte 5

oder 11 jedoch über einer noch höheren Grenze, so öffnet sich der zugehörige Schalter 4, ohne daß das Zeitrelais zur Wirksamkeit kommt.

Eine selbsttätige Schließung dieses Schalters erfolgt dann nicht bzw. nur nach vorhergehender Leitungsprüfung.

Das Differentialrelais der Schalter 4 in den Abschnitten 5 und 11 muß ansprechen, bevor 6g einer der übrigen Ringabschnittschalter sich öffnete, da nur dann die Stromverteilung in den zum Kurzschluß führenden Leitungen richtig überwacht werden kann.

Zur Steuerung der Schalter 4, welche die Abschnitte 5 und 11 mit den Kraftwerksammeischienen 3 verbinden, sieht man dann insgesamt je ein Überstromrelais für die untere Stromgrenze, ein gemeinsames Differentialrelais mit Wiedereinschaltungsvorrichtung und je ein Überstromrelais für die obere Stromgrenze (endgültige Schalteröffnung) vor. Das gemeinsame Differentialrelais schlägt je nach dem Überwiegen des Stromes im Abschnitt 5 oder 11 nach der einen oder anderen Seite aus und legt dann das entsprechende Zeitrelais zur Wiedereinschaltung an Spannung.

Zu einer anderen Lösung, die ebenfalls eine zuverlässige Abtrennung des fehlerhaften Kabelringabschnittes auch unter ungünstigsten Venhältnissen verbürgt, gelangt man, wenn man bei Fehlern den Kabeking zunächst an einer Stelle, zweckmäßig in der Mitte, auftrennt, bevor eines der Vergleichsrelais die Auslösung eines Abschnittschalters bewirkt hatte. Der go Kabelringschalter, der den Kabeking zunächst auftrennen soll, z. B. der Schalter des Abschnittes 8 der Figur, erhält dann eine zusätzliche Überstromauslösung, die seine Öffnung bei Überströmen im Kabeking bewirkt. Nach der öffnung dieses Schalters wkd der fehlerhafte Kabelringabschnitt, z. B. also der Abschnitt 7, durch seinen Schalter von dem ihn speisenden Abschnitt 6 getrennt.

Nach. einer gewissen Zeit schließt sich der Schalter des Abschnittes 8 selbsttätig wieder. Bei der Wiedereinschaltung wird das Spannungsvergleichsrelais dieses Schalters, das vor dessen Auslösung unwirksam" war, zur Wirksamkeit gebracht und gleichzeitig das Überstromrelais ausgeschaltet.

Wkd nach der Schließung des Schalters im Abschnitt 8 der fehlerhafte Abschnitt 7 durch den Schalter weiter gespeist, so spricht das Spannungsvergleichsrelais an und öffnet den Schalter, und zwar nunmehr endgültig bzw. bis zur Wiedereinschaltung nach vorhergegangener Leitungsprüfung.

Erreicht nach Wiedereinlegung des Schalters im Abschnitt 8 dessen Spannungsvergleichsrelais nicht die Auslösegrenze etwa dadurch, daß der Fehler von Abschnitt 8 weit entfernt liegt oder inzwischen beseitigt ist, so wird nach einer gewissen Zeit durch ein Zeitrelais das Spannungsvergleichsrelais abgeschaltet und statt dessen das Überstromrelais wieder zur Überwachung des Schalters im Abschnitt 8 zur Wirk-

samkeit gebracht. Der ursprüngliche Betriebszustand vor Auslösung des Schalters im Abschnitt 8 ist damit wiederhergestellt.

Die beschriebene Steuerung des den Kabelring auftrennenden Schalters hat zugleich den Vorteil, daß eine Fehlauslösung für den Betrieb keine nachteiligen Folgen hat. Wenn sich der Schalter nur durch betriebsmäßig zulässige Überlastungen geöffnet hatte, schließt er sich ίο nach einiger Zeit von selbst wieder, so daß der normale Betriebszustand des Kabelringes erhalten bleibt.

Claims (20)

1. Patentansprüche:

   i. Schutzschaltung für von einer Hochspannungsringleitung über Transformatoren gespeiste Niederspannungsmaschennetze zur Abschaltung eines fehlerhaften Ringabschnittes, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschalter (4) durch Relais (12) gesteuert werden, welche die Spannungen auf der Hoch- und Niederspannungsseite der Abschnittstransformatoren (2) miteinander vergleichen und bei Überschreitung eines vorher be-

   s5 stimmten Unterschiedes ■ den betreffenden Abschnittschalter auslösen.
2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais (12) den Quotienten der beiden Spannungen überwachen.
3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais (12) die Differenz der beiden Spannungen, bezogen auf das Übersetzungsverhältnis 1, überwachen.
4. 4. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösezeit der die Ringschalter (4) öffnenden Relais (12) proportional dem Einfluß wert der Relais ist.
5. 5. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Abschnittstransformator(2) jeweils nur ein Ringschalter (4) zugeteilt ist, derart, daß bei Trennung des Ringes ein Ringabschnitt mit einem Abschnittstransformator (2) dauernd verbunden bleibt.
6. 6. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnittstransformator (2) (bzw. Abschnittstransformatorengruppe) mit den ihn speisenden beiden Ringzweigen durch je einen Abschnittschalter (4,15) verbunden ist.
7. 7. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnittstransformatoren (2) mit den Speisepunkten des Maschennetzes durch Rückleistungsschalter (16) verbunden sind.
8. 8. Schutzschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung jeweils eines der beiden Ringschalter (4, 15) eines Speisepunktes abhängig von der Stromrichtung im Ring durch Zusammenwirken des die Spannung zwischen Ring und Abschnitt vergleichenden Relais (12) mit einem Stromrichtungsrelais erfolgt.
9. 9. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnittstransformatoren (2) mit den Speisepunkten des Netzes über Schalter (16) verbunden sind, die gleichzeitig mit den Ringschaltern durch die Spannungsrelais (12) selbsttätig geöffnet werden.
10. 10. Schutzschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (16) zwischen den Abschnittstransformatoren und Netzspeisepunkt für Wiedereinschaltung von Hand gebaut sind.
11. 11. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die niederspannungsseitigen Spannungsspulen der Vergleichsrelais (12) an die zum betreffenden Knotenpunkte des Netzes führenden Speiseleitungen angeschlossen sind.
12. 12. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Speisepunkt zwei Spannungsvergleichsrelais (12) zugeordnet sind, deren Spannungsspulen auf der Hochspannungsseite an den beiden zum Speisepunkt führenden Ringabschnitten angeschlossen sind.
13. 13. Schutzschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einem Speisepunkt zugeordneten Spannungs- ' relais (12) dann, wenn ihre Einflußwerte normale Betriebsverhältnisse anzeigen, selbsttätig die Wiedereinschaltung ihnen zugeordneter Ringschalter (4) bewirken.
14. 14. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsvergleichsrelais (12) mehrphasig ausgebildet sind.
15. 15. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Ringschalter (4), und zwar zweckmäßig der in der Mitte des Ringes gelegene, bei Störungen den Kabelring selbsttätig auftrennt.
16. 16. Schutzschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Ringschalter (4) zunächst durch ein Überstrom- 11c relais ausgelöst wird.
17. 17. Schutzschaltung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Ringschalter (4) selbsttätig nach einer gewissen Zeit wieder eingeschaltet wird.
18. 18. Schutzschaltung nach Anspruch 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Ringschalter (4) nach der Wiedereinschaltung dann durch ein Spannungsvergleichsrelais gemäß Anspruch 1 überwacht wird.
19. 19. Schutzschaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Ring-

    schalter (4) nach Auslösung durch das Spannungsvergleichsrelais endgültig (bzw. bis zu einer Leitungsprüfung) ausgeschaltet bleibt.
20. 20. Schutzschaltung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß dieser

    Ringschalter (4) eine bestimmte Zeit nach seiner Wiedereinschaltung nicht mehr durch das Spannungsvergleichsrelais (12), sondern wieder durch das Überstromrelais überwacht wird.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen