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Schutzschaltung für vermaschte Niederspannungsverteilungsnetze In
die Speiseleitungen von Maschennetzen legt man zwischen Maschennetz und Transformator
Rückwattrelais, die ihnen zugeordnete Maschennetzschalter bei einem Rückstrom von
Energie aus dem Maschennetz nach der Speiseleitung zur Auslösung bringen. Die üblichen
Maschennetzrelais sind so empfindlich eingestellt, daß sie bereits dann, wenn der
Magnetisierungsstrom des Transformators vom Netz geliefert wird, ansprechen.
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Infolge Belastungsschwankungen im Maschennetz kann nun ein Rückfluß
der Energie unter bestimmten Betriebsbedingungen eintreten, der ein Ein- und Ausschalten
der Maschennetzschalter zur Folge hat. So stellen beispielsweise Aufzugsmotoren
eine stark schwankende Netzbelastung dar.
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Um die Sicherheit der Energieversorgung des Netzes zu erhöhen, ist
man ferner zur Kupplung verschiedener Kraftwerke über den Verbraucher übergegangen;
man hat getrennte Kraftwerkssammelschienen nur über Speiseleitungen und Maschennetze
auf der Niederspannungsseite in Synchronismus,gehalten. Der Erfolg dieser Schaltung
ist eine erhebliche Verringerung der Kurzschlußströme. Haben die verschiedenen Speiseleitungen
nun aber verschiedene Spannungen, so gleichen sich diese über die Speiseleitungen
aus; es fließen in den Speiseleitungen Ausgleichströme. Der Wert der Ausgleichströme
reicht oft aus, um die äußerst empfindlichen Rückwattrelais zum-Arbeiten zu bringen.
Das Ergebnis ist ebenfalls ein wiederholtes Ein-und Ausschalten der Maschennetzschalter.
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Die beschriebenen Übelstände werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden,
däß die Empfindlichkeit des Rückwattrelais in Abhängigkeit vom Belastungsstrom der
Speiseleitung selbsttätig derart geändert wird, daß bei kleinen Werten des Belastungsstromes
ein verhältnismäßig großer Rückstrom die Auslösung des Rückwattrelais herbeiführt,
während bei hohem Belastungsstrom der Speiseleitung ein Ansprechen des Rückwattrelais
schon bei kleinem Rückstrom erfolgt. Diese Veränderung der Empfindlichkeit kann
durch ein Überstromrelais erfolgen, das einen normalerweise zur Stromspule des Rückwattrelais
parallel liegenden Shunt erst bei Überstrom einer bestimmten Größe abschaltet, derart,
daß also erst bei fehlerhaftem Netz das Rückwattrelais seine volle Empfindlichkeit
besitzt. Es wurde bereits ein Energierichtungsrelais, das bei Änderung der normalen
Energierichtung anspricht, vorgeschlagen, an dem das von der Energierichtung abhängige
Glied
von einem weiteren, im sperrenden Sinne wirkenden System abhängig ist, dessen Kraftwirkung
der Fläche des aus den verketteten oder Phasenspannungen des Netzes gebildeten Dreiecks
proportional ist. Die Empfindlichkeit dieses Rückwattrelais wird also in Abhängigkeit
von den Netzspannungen geändert. Demgegenüber übt bei dem Rückwattrelais der Erfindung
der Belastungsstrom der Speiseleitung den geschilderten Einfluß auf die Empfindlichkeit
des Relais aus.
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In der Figur ist eine Schaltung gemäß der Erfindung dargestellt.
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Die Speiseleitungen i i i und 112 sind über Sehalter 121 und 122 an
die Transformatoren 141 und 142 herangeführt: Die Sekundärwicklungen 16 der Transformatoren
sind über die Maschennetzschalter 171 und 172 an das Maschennetz 18 angeschlossen.
Da die Maschennetzschalter mit ihren Steuerungseinrichtungen im allgemeinen in Unterpflasterstationen,
die schlecht zugänglich sind, eingebaut werden, ist eine selbsttätige Steuerung
der Schalter ebenso notwendig wie die Möglichkeit einer einfachen Überwachung.
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Da die Steuereinrichtungen in den verschiedenen Speiseleitungen gleich
sind, sind sie im Ausführungsbeispiel nur für die eine Speiseleitung dargestellt.
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Der Maschennetzschalter 171 wird durch ein Richtungsrelais 2i überwacht,
das mit einer Stromwicklung 22, einer Schälterspannungswicklung 23 und einer Spannungswicklung
24 versehen ist. Die Stromspule 22 des Relais 21 ist an den Stromwandler 26 angeschlossen,
der zwischen Transformator und Maschennetzschalter liegt. Die Schalterspannungsspule
23 ist an die Klemmen des Maschennetzschalters 174 und zwar in Reihe mit einer als
Strombegrenzungswiderstand dienenden Glühlampe 39 gelegt. Die Spannungswicklung
2q. wird entsprechend der Spannung im Maschennetz erregt.
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Die von der Stromwicklung 22 und der Spannungswicklung 24 erregten
Flüsse bewirken gemeinsam die Drehung eines Kontaktgliedes 27, und zwar bei normalen
Betriebsverhältnissen im Sinne einer Schließung der Kontakte 28.
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Der bewegliche Kontakt27 des Relais a1 ist mit der transformatorseitigen
Klemme des Maschennetzschalters 171 verbunden. Die Feder 31 sucht die Kontakte 27
und 28 miteinander in Eingriff zu halten. Über diese Kontakte ist der Stromkreis
der Einschalt-@ spule 32 des Maschennetzschalters geführt. Der Maschennetzschalter
wird durch die Feder 38 in der Ausschaltlage gehalten.
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Wird nun der Transformator 141 durch Schließen des Schalters igi im
Kraftwerk an Spannung gelegt und befindet sich der Maschennetzschalter 171 in der
Ausschalt-Stellung; so wird die Einschaltspule 32 über die Kontakte 27 und 28 erregt
und der Schalter geschlossen. Der geschlossene Schalter verriegelt sich selbst.
Der Ausschaltstromkreis wird gleichzeitig durch die Kontakte 37 und 34 vorbereitet.
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War beim Einschalten des Schalters i-21 das Maschennetz bereits von
einer anderen Speiseleitung unter Spannung gesetzt, so wird der Einschaltvorgang
des Maschennetzschälters von der Wirkung des Relais 21 abhängig gemacht. Der Einschaltstromkreis
für die Maschennetzschalter ist in diesem Falle nur dann hergestellt, wenn die Kontakte
27, und 28 des zugehörigen Maschennetzrelais entsprechend den erforderlichen Spannungsbedingungen
geschlossen bleiben. Dies ist durch das Zusammenwirken - von Spannungsspüle und
Schalterspannungsspule dann der Fall, wenn die Spannung in der Speiseleitung größer
ist als die Spannung im Netz.
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Die Schließung des Maschennetzschalters bewirkt nun einen Energiefluß
von Transformator 14 nach dem Maschennetz 18 und damit .eine Erregung des Stromwandlers
26. Die Stromwicklung 22 des Relais 21 wird dadurch ebenfalls entsprechend erregt.
Gemeinsam mit derSpannungswicklung 24 wirkt nun die Stromwicklung bei normaler Energierichtung
im Sinne einer Schließung der Kontakte 27 und 28.
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Tritt bei den bekannten Mäschennetzrelais ein Energiefluß -vom Maschennetz
in den Transformator ein, so werden die Kontakte 27 und 28 geöffnet und dafür die
Kontakte 27 und 29 geschlossen. Das nach der Erfindung vorgesehene Relais 42 dient
nun dazu, das Maschennetzrelais im normalen Betriebe unempfindlich zu machen.
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Das Relais 42 besitzt den Eisenkern 43 und die im Hauptstromkreis
liegende Wicklung 44. Durch die Feder 47; die an dem Anker 46 angreift, werden normalerweise
die Kontakte 48 und 49 geschlossen, durch welche die Sekundärwicklung des Stromwandlers
26 über den Widerstand 41 und den Schalter 5 1 überbrückt wird.
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Den Eisenkern des Relais 42 kann man vorteilhaft unmittelbar an einem'
Kontakt des Maschennetzschalters 171 anbringen, derart, daß der den Kontakt durchfließende
Strom im Eisenkern den zur Auslösung des Relais benutzten Fluß-erzeugt.
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Im normalen Betriebe wird nun durch den Shunt 41 die Rückstromempfindlichkeit
des Relais 21 wesentlich herabgesetzt. Den Widerstand 41 wird man mit Vorteil größenordnungsmäßig
so dimensionieren, daß er etwa 9o °% des Wandlerstromes aufnimmt, die
Stromwicklung
des Rückwattrelais 2i also nur - io°% erhält. Bei erheblichen Rückströmen, also
bei Fehlern in der Hochspann,un;gsspe.i,seleitung oder im Transformator, arbeitet
dann das Maschennetzrelais 2i trotz der Überbrückung durch das Hilfsrelais q.2 unverzögert,
da die ihm zugeführte Leistung zur Auslösung noch ausreicht. Eine mit dem Hilfsrelais
42 etwa verbundene geringe Auslöseverzögerung macht sich dann nicht mehr bemerkbar.
Die Einstellung des Widerstandes 41 wird im übrigen von den besonderenRigenschaften
des zu überwachenden Netzes abhängen.
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Die Ansprechstromstärke des Relais 42 wird man vorteilhaft einstellbar
machen. Da das Relais q.2 nur abhängig von der Stromgröße, jedoch unabhängig von
der Stromrichtung arbeitet, ist es erwünscht, daß Ansprechwert und Abfallwert beim
Relais möglichst dicht zusammenliegen. Das Relais kann man vorteilhaft so einstellen,
daß es anspricht, wenn der Primärstrom 15o bis Zoo °/a des Nennstromes, für den
der Maschennetzschalter gebaut ist, erreicht hat.
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Der Schalter 51 dient dazu, das Relais 42 unwirksam zu machen, so
daß das Maschennetzrelais in der bisher üblichen Weise arbeitet. Dies ist dann von
Vorteil, wenn das Maschennetz von einer einzigen Speiseleitung aus gespeist wird.
Bei Öffnung des Schalters 51 arbeitet das Maschennetzrelais dann wie die bekannten
Relais ohne Einrichtungen nach der Erfindung.
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Den Wider standq.1 wird man so bauen, daß er im wesentlichen die gleiche
Phasenverschiebung wie die Stromwicklung 22 des Relais 21 besitzt, damit die Charakteristik
des Relais durch den Anschluß des Widerstandes 41 nicht verändert wird. Man kann
im übrigen aber durch Veränderung der Phasenverschiebung im Shunt die Phasenwinkelcharakteristik
des Relais beträchtlich beeinflussen.
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Ein Rückwattrelais mit reiner Wattmetercharakteristik spricht lediglich
auf die Wattkomponente des das Relais durchfließenden Stromes an. In manchen Betriebsfällen,
z. B. wenn die Primärwicklung 13 des Transformators 1q:1 in der Nähe ihrer Klemmen
kurzgeschlossen wird, ist die Leistung des Rückwattrelais überwiegend induktiv.
Verbindet man nun mit der Änderung der Empfindlichkeit des Rückwattrelais eine Änderung
der Auslösecharakteristik des Rückwattrelais 21, so kann man offenbar erreichen,
daß das Rückwattrelais 21, während seine Stromspule 22 .durch den Widerstand 41
geshuntet ist, nicht auf die reine Wattkomponente, sondern auf eine größere Komponente
des Stromes anspricht. Man kann den Widerstand so dimensionieren, daß die Auslösecharakteristik
des Maschennetzrelais etwa um io bis 30° im Sinne der Nacheilung von der reinen
Wattmeterlage aus. gedreht wird; also auch ein Strom, der gegenüber der Netzspannung
stark nacheilt, besitzt dann eine beträchtliche im Sinne der Auslösung wirkende
Komponente.
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Dies zeigt sich als besonders vorteilhaft, wenn einmal das Hilfsrelais
42 versagt, da nun das Relais 21 auch bei Überströmen mit niedrigem Leistungsfaktor,
z. B. dem eben erwähnten Kurzschluß bei Wicklung 13, noch zuverlässig arbeitet.