DE676295C - UEberwachungseinrichtung fuer Mehrphasensysteme - Google Patents

UEberwachungseinrichtung fuer Mehrphasensysteme

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DE676295C
DE676295C DEF74709D DEF0074709D DE676295C DE 676295 C DE676295 C DE 676295C DE F74709 D DEF74709 D DE F74709D DE F0074709 D DEF0074709 D DE F0074709D DE 676295 C DE676295 C DE 676295C
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/34Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system

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Description

  • Überwachungseinrichtung für Mehrphasensysteme Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Überwachungseinrichtung für Mehrphasensysteme, insbesondere Drehstromsystetne, welche in Abhängigkeit von einer auftretenden Unsymmetrie in dem Mehrphasensystem ausgelöst wird. Im engeren Sinne handelt es sich um elektrische Fehlerüberwachungs- oder Schutzschaltungssysteme zur Auslösung bzw. Steuerung von Schaltern o. dgl. beim Eintritt anormaler elektrischer Verhältnisse in einem elektrischen Kraftübertragungsnetz. Die Erfindung macht Gebrauch von Steuerorganen, welche auf Phasenunsymmetrien in dem zu überwachenden Mehrphasenleitungssvstem ansprechen. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß irgendwelche auftretenden Phasenverschiebungen mit Hilfe von Frequenzwandlern auf einen Stromkreis höherer Frequenz übertragen werden. Dabei tritt zugleich mit der Vervielfachung der Frequenz auch eine Vervielfachung der Phasenunsymmetrie ein. Dies kann in folgender Weise erklärt werden: Wenn zwei Ströme der Grundwelle eine Phasenverschiebung von beispielsweise i2o° besitzen, so haben die von den Grundwellen erzeugten dritten Harmonischen eine Phasenverschiebung von 36o° bzw. liegen in Phase miteinander, da ja auf 120' der Grundwelle ein voller Wellenzug der dritten Harmonischen entfällt. Verschiebt sich nun die Grundwelle beispielsweise um 6o°, so entspricht dies für die dritte Oberwelle einer Phasenverschiebung von iSo°, so daß die vorher genau in Phase liegenden dritten Harmonischen nunmehr genau phasenentgegengesetzt sind. Es wird also jeweils der Phasenwinkel der Grundwellen im Stromkreis der höheren Harmonischen eine mit der Ordnungszahl der Harmonischen zu multiplizierende Phasenverschiebung hervorrufen. Insbesondere wird im Falle der Anwendung der dritten Harmonischen in dem Stromkreis der letzteren die Phasenverschiebung dreimal so groß sein als im Stromkreis der Grundwelle. Durch die Vervielfachung der Phasenverschiebung wird eine besonders hohe Empfindlichkeit der Anordnung erzielt.
  • Vorteilhafterweise benutzt die Erfindung ein Differentialrelais, welches einerseits unter der Wirkung einer von den einzelnen Strömen der Grundwelle herrührenden Kraft und andererseits unter der Wirkung einer von einer Oberwelle der Netzfrequenz hervorgerufenen Kraft steht. Die beiden Kräfte wirken einander entgegen, und zwar versucht die von den Grundwelten herrührende Kraftwirkung das Netz abzutrennen, während die von der Oberwelle herrührende Kraftwirkung die Abtrennung normalerweise verhindert. Weicht aber das Verhältnis der beiden Kräfte von einem festgelegten Wert ab, wie es beim Auftreten eines Fehlers im Netz der Fall ist, so wird die Unterbrechung des Netzes herbeigeführt. An sich sind Schutzschaltungen für die Überwachung von Mehrphasennetzen bekannt. Verlangt wird heutzutage gewöhnlich von einer solchen Anordnung, däß sie nicht nur beim Auftreten eines Fehlers, zuverlässig anspricht, sondern ihre Wirkuz ""@ rnuß auch derart sein, daß nur die der Fehle stelle am nächsten liegenden Überwachun vorrichtungen ansprechen. Dadurch wird dNo kranke Stelle abgetrennt, während das übrige Netz ohne Störung weiterarbeiten kann. Im Falle eines Dreiphasennetzes werden sich die in dem Netz auftretenden Störungen, fast ausnahmslos in einer Unsymmetrie der in der Dreiphäsenanlage fließenden Ströme auswirken. Selbst die auf Überlandleitungen gelegentlich eintretenden Dreiphasenkurzschlüsse werden sich in der Regel so ausbilden, daß zunächst ein Zweiphasenkurzschluß, also eine Phasenunsy mmetrie, herrscht, der erst durch den entstehenden Lichtbogen einen Dreiphasenk urzschlüß verursacht.
  • Da im Gegensatz zu diesen Fehlerströmen im eigentlichen Sinne die durch Pendeln und Außertrittfallen von Synchronmaschinen verursachten Überströme stets symmetrisch sind, erscheint es zweckmäßig, eine Schutzschaltung so auszubilden, daß sie ausschließlich oder vorzugsweise auf unsymmetrische Überströme anspricht. Auf derartige Fälle bezieht sich denn ,auch die im nachstehenden noch näher beschriebene Erfindung, voll welcher die Abbildungen einige Ausführungsbeispiele zeigen.
  • Abb. i zeigt ein grundlegendes Beispiel der Erfindung unter Anwendung von Stromwandlern und Frequenzwandlern, Abb. 2 eine ähnliche Anordnung wie Abb. i, jedoch mit Verwendung von Gleichrichtern und Elektronenröhren; Abb.3 eine weitere Ausführungsforen der Erfindung unter Verwendung von Sättigungsdrosseln Abb. q. ist eine Weiterbildung der Ausführungsform nach Abb. i, wobei das Steuerrelais durch eine Schaltkombination ohne bewegliche Teile ersetzt ist: In der Ausführungsform nach Abb. i sind die drei Phasenleitungen i eines Drehstromnetzes mit einer Steuereinrichtung in Gestalt eines Schalters 2 ausgerüstet. Der Schalter wird durch eine Aüslösespule 3 betätigt. Diese Schaltanordnung soll nun nach der Erfindung so gesteuert werden, daß sie jeweils heim Auftreten von Unsymmetrien zwischen den in den Leitungen i fließenden Phasenströmen anspricht.
  • Die für diesen Zweck vorgesehene Steueranordnung setzt sich zusammen aus Frequenz-. wandlern 4. mit gesättigtem Eisenkern. Diese Frequenzwandler werden von den in den Phasenleitungen i liegenden Stromwandlern 5 gespeist. In Reihe mit den F requenzwandlern .l. liegen die Wicklungen 6 eines dreiphasigen Relais 7 mit dem Kontakt ä. Dieser verbindet die Stromquelle 9 mit der Auslösee 3 und betätigt so den Schalter 2.
  • J ie Sekundärwicklungen des Frequenz-4ändlers q. sind miteinander in Reihe geschaltet und speisen über ein Frequenzfilter io eine Spule ii des Relais 7, welche den Wicklungen 6 dieses Relais entgegenwirkt. Für das Frequenzfilter io kann irgendeins der bekannten Filter Verwendung finden mit einer solchen Charakteristik; daß kein nennenswerter Wert der in dem Drehstromsystem i -herrschenden Grundwelle durchgelassen wird. Die dritte Oberwelle dieser Frequenz wird jedoch durchgelassen und damit die Speisung der Spule i i finit dieser Oberwelle ermöglicht.
  • Das Relais 7 kann auch als eine Ferraris-Scheibe ausgebildet werden, aber es kann auch jede andere übliche Ausführungsart Verwendung finden; welche die Möglichkeit gibt, durch einen elektrischen Effekt eine Betätigung auszulösen, diese Auslösung aber durch einen zweiten elektrischen Effekt zu verhindern oder zu erschweren. Das zur Veranschaufichung in Abb. r dargestellte Relais 7 besitzt einen Waagebalken 12 mit einem Drehpunkt 13. Der Waagebalken trägt auf der einen Seite die beweglichen Drehstromkerne 14 der Wicklungen 6, auf der anderen Seite befindet sich ein weiterer beweglicher Kern 15, der durch die Spüle i i beeinflußt wird.
  • Die vorliegende Anordnung soll in erster Linie auf Unsvmrnetrieil zwischen den einzelnen Phasenleitungen ansprechen. Es ist nicht Aufgabe der beschriebenen Schaltung, auf Erdschlußfehleranzusprechen. Erdschlußschutzanordnungen werden im allgemeinen durch Phasenstörungen, mögen sie symmetrisch oder unsymmetrisch sein, nicht beeinfiußt. Es ist daher eigentlich nicht nötig, Erdschlüßschutzvorrichtungen in die Betrachtungen einzubeziehen. Wie indessen für den Fachmann leicht einzusehen ist, können auch Erdschlußschutzvvorrichtungen in die übrige Schaltung der Stromwandler 5 so eingeführt werden, daß die Erdschlußschutzanordnung nicht notwendig ein Ansprechen der zu der' Erfindung gehörigen Schutzschaltung bedingt, und umgekehrt. Diese Maßnahme kann auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen angewandt werden.
  • Die grundsätzliche Wirkungsweise der Erfindung beruht auf der Erzeugung eines Stromes der dritten Oberwelle der Netzfrequenz mit Hilfe der Frequenawandl°r. Dabei spielt die Phasenlage der dritten Oberwelle bei Symmetrie- oder Unsyrnmetrieverhä ltnissen des -Netzes eine ausschlaggebende Rolle.
  • Es sei zunächst angenommen, daß in den Leitungen i symmetrische Phasenströme fließen; dann liegen die Sekundärströme der Stromwandler 5, wenn ein normales, gleichmäßig belastetes Drehstrornsystem angenommen wird, ebenfalls symmetrisch. Die Primärwicklungen der Frequenzwandler 4. werden somit durch Ströme, die um 12o° in der Phase gegeneinander verschoben sind, erregt. Diese Ströme durchfließen gleichzeitig auch die Wicklungen 6 des Relais 7 und versuchen damit, den Auslösekontakt 8 zu schließen, indem sie gleichzeitig die Frequenzwandler 4: sättigen. Durch die Sättigung versucht sich in jeder einzelnen Sekundärwicklung ein Strom der Grundfrequenz und der dritten Harmonischen auszubilden.
  • Betrachtet man jetzt den geschlossenen Stromkreis aus den Sekundärwicklungen der Frequenzwandler q., welcher unter anderem auch über das Frequenzfilter 1o führt, so kann folgendes festgestellt werden: Nimmt man an, daß die Leiter i keine Erdströme führen, dann ist in dem Sekundärkreis der Wandler q. die resultierende Spannung der Grundwelle wegen der Phasenverschiebung von je 12o° der Einzelspannungen und damit auch der sekundäre Strom gleich Null. Infolge der Sättigung der Frequenzwandler q. verursacht außerdem jeder von ihnen, einen Strom von der Frequenz der dritten Oberwelle auszubilden. Solange die Ströme im Drehstromnetz i je um 12o° in der Phase voneinander verschoben sind, liegen die Spannungen der dritten Oberwellen aller drei Frequenzwandler q. in gleicher Phase zueinander und addieren sich. Es wird somit ein Wert der dritten Oberwelle, der dreimal so groß ist als der Einzelwert eines Wandlers q., über das Frequenzfilter 1o der Wicklung 1i zugeführt. Diese Wicklung übt dann auf den Kern 15 eine Zugkraft aus und versucht, den Kontakt 8 in der geöffneten Stellung zu halten. Die Kräfte der Wicklungen 6 und i i mögen nun aber so bemessen sein, daß bei genauer Stromsymmetrie im Leitungsnetz i die Wirkung der Wicklung i i gerade ausreicht, um ein Ansprechen des Relais 7 zu verhindern.
  • Wenn die Forderung gestellt wird, daß auch bei hohen symmetrischen Strömen das Relais 7 ansprechen soll, so läßt sich dies durch eine entsprechende Ausbildung der magnetischen Kreise dieses Relais herbeiführen. Wie dem Fachmann bekannt, kann nämlich durch verschiedene Sättigung der mit der Wicklung 6 und der Wicklung 11 verbundenen magnetischen Kreise erreicht werden, daß bei wachsendem Strom dieWirksanikeit der Wicklung 6 in stärkerem Maße zunimmt als die der Wicklung i i, so daß damit bei genügend hohen Strömen ebenfalls der Kontakt 8 geschlossen wird.
  • Es sei nun angenommen, daß in dem Drehstromnetz i ein Fehler zwischen zwei Phasen entstehen möge oder daß ein Fehler in einem anderen Teil des Netzes entsprechende Ströme in nur zwei Leitern des Drehstronisvstems i hervorrufe. Dieser Zustand bewirkt eine Speisung von zwei Frequenzwandlern q und zwei der Relaiswicklungen 6. Der Zug, welcher auf die Kerne 14. wirkt und die Auslösekontakte 8 zu schließen sucht, ist somit von der Größe der in den Leitern i fließenden Ströme abhängig. Die zwei Frequenzwandler q. werden gesättigt und jeder versucht, dem Sekundärkreis eine dritte Oberwelle aufzudrücken. Unter den gemachten Voraussetzungen werden aber nun die zwei von dem Leiter i geführten Fehlerströme nicht mehr um 12o° in der Phase verschoben sein, sondern beispielsweise um 18o°. In diesem Falle liegen die dritten Oberwellen nicht mehr wie-früher in Phase miteinander, sondern ebenso wie die Grundwellen in Phasenopposition; denn während 12o° der Grundwelle gerade 36o° der dritten Oberwelle entsprechen und damit Phasengleichheit bedeuten, ergeben 18o° der Grundwelle für die mit der Grundwelle verknüpfte dritte Oberwelle eine zusätzliche Phasenverschiebung von 18o° der dritten Oberwelle und damit Gegenphasigkeit der dritten Oberwellen. Es ist also der Gesamtwert der dritten Oberwelle in dem von den Wandlern 4., Frequenzfilter 1o und-Haltewicklungen i i gebildeten Stromkreis nahezu Null, und eine merkliche Erregung der Spule 1i tritt nicht ein. Eine Gegenkraft gegen die Wirkung des Kernes 15 wird nicht ausgeübt, das Relais schließt den Kontakt 8 und bringt über die Auslösespule 3 den Schalter :2 zur Auslösung.
  • Das Frequenzfilter 1o für die dritte Oberwelle kann ein einfaches Resonanzfilter darstellen, wenn die Schutzschaltung nur bei einer bestimmten Frequenz zuverlässig zu arbeiten braucht. Indessen kann die Anordnung auch für mehr als eine Frequenz durch Verwendung einer anderen Art von Filter verwendbar gemacht werden. Hierzu kann z. B. ein in der Fachwelt bekanntes elektrisches Filter dienen, das bis zu einer bestimmten Grenze alle Frequenzen sperrt und oberhalb dieser Grenzfrequenz alle Frequenzen durchläßt (Hochpaßfilter).
  • Statt der Sternschaltung der Frequenzwandl.er q. und der Stromwandler 5 kann naturgemäß auch eine Dreieckschaltung angewandt werden.
  • In Abb. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Sie verwendet zur Steuerung Elektronenröhren mit Steuerelektroden bzw. Steuergittern. In dieser Abbildung ist wiederum i das Drehstromnetz, 2 der Netzschalter, welcher durch die Auslösespule 3 betätigt wird, 4: sind drei Frequenzwandler, 5 drei Stromwandler, die im Drehstromnetz liegen. io ist das Frequenzfilter für die dritte Oberwelle. An Stelle des in Abb. i vorgesehenen Relais 7 sind in Abb.2 zwei Elektronenröhren angeordnet, und zwar insbesondere Hochvakuumröhren.
  • Der Anodenstromkreis. der Röhren 16 wird durch die Sekundärwicklung 18 des Tränsformators'17 gespeist, dessen Primärwicklungen mit den Primärwicklungen von zwei Frequenzwandlern q. in Reihe liegen und welche von den Stromwandlern 5 gespeist werden.
  • Die Auslösespule 3 ist in den Anodenkreis der Röhren 16 so eingeschaltet, daß sie von dem gleichgerichteten Strom dieser Röhren durchflossen wird: Der von dem Filter io abgegebene Strom der dritten Oberwelle wird durch das Gleichrichtersystem 2o gleichgerichtet. Dieser Strom, der vorteilhafterwese durch den Kondensator 21 geglättet wird, erzeugt einen Spannungsabfall in dem Widerstand ä2, und zwar in solcher Richtung, daß das obere Ende des Widerstandes 22 ein negatives Potential gegenüber dem unteren Ende annimmt. Der Widerstand 22 liegt in Reihe mit einer Batterie 23. Beide liefern die Vorspännung für die Gitterelektroden der Röhren 16, und zwar liegt die Batterie mit ihrem positiven Ende an den Gittern, mit dem negativen an dem Widerstand, so daß beide Teilspannungen einander entgegengesetzt sind.
  • Wenn symmetrische Dreiphasenströme im Übertragungssystem i fließen, werden die drei Frequenzwandler 4. und gleichzeitig die beiden Primärwicklungen i9 des Transformators 17 von den Sekundärwicklungen der Stromwandler 5 symmetrisch gespeist. Damit erhalten die Röhren 16 eine entsprechende Anodenspannung, jedoch hat sich, wie in Verbindung mit der Abb. i näher auseinandergesetzt wurde, in den Sekundärwicklungen der Frequenzwandler q. eine Spannung der dritten Oberwelle herausgebildet. Der Wert dieser dritten Oberwelle fließt über das Filter io dem Gleichrichtersystem 2o zu. Der gleichgerichtete Strom verursacht in dem von ihm durchflossenen Widerstand 20 einen negativen Spannungsabfall für die Gitter der Röhren 1ö. Diese werden dadurch gesperrt, und die Auslösespule 3 bleibt stromlos. Wenn jedoch ein Fehler zwischen zwei Phasen unsymmetrische Ströme in zwei von den drei Leitern i verursacht, durchfließen entsprechende Sekundärströme zwei der drei Frequenzwandler 4 und .eine oder beide Wick-1 =gen 1g des Transformators 17. Auf diese Weise werden einerseits zwei der Frequenzwandler ¢ gesättigt, und andererseits wird Anodenspannung an die Röhre 16 gelegt. Da die Ströme, von denen die Frequenzwandler4 gespeist werden, nach der für die Abb. i gegebenen Beschreibung etwa 18o° phasenverschoben sind, so sind die durch die Sättigung der Eisenkerne der Frequenzwandler d. erzeugten Spannungen der dritten Oberwelle der beiden Frequenzwandler 4. gleichfalls in Gegenphase. Dadurch kommt an dem Widerstand 22 kein Spannungsabfall mehr zustande, und zwischen Gitter und Kathode der Röhren 16 herrscht nur die positive Vorspannung 23. Somit fließt ein Strom durch die Röhren 16, erregt die Auslösespüle 3 und betätigt den Schalter 2, der damit die Leiter i von dem Speisenetz abtrennt.
  • Es können auch drei oder mehr Röhren 16 Verwendung finden, welche von Transformatoren gespeist werden, die jedem der drei Stromwandler 5 so zugeordnet sind, wie es bei den bekannten Vielphasengleichrichterschaltungen der Fall ist.
  • An Stelle der Elektronenröhren 16, welche durch die .angelegte Spannung zwischen Gitter und Kathode sich steuern lassen; können, wie :leicht verständlich ist, für die Erfindung in gleicher Weise gasgefüllte Röhren Anwendung finden, die durch die Phasenverschiebung zwischen Gitter- und Anodenspannung steuerbar sind. Um diese Art der Steuerung zu verwirklichen, wird der Ausgangswert des Glechrichtersystems 2o einer passenden Phasenverschiebungsbrücke zugeführt oder am eine andere entsprechende Vorrichtung angelegt, welche eine Phasenversehiebuiig in Abhängigkeit von einem veränderlichen Gleichstrom bzw. einer Gleichspannung liefert. Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Abb.3 dargestellt, welche in Verbindung mit jedem bekannten Relaisschutzsystem, das auf alle Arten von Fehlern zwischen den Phasen ansprechen darf, ohne irgendwelche bauliche Änderung des Relaisschutzsvstems verwendet werden kann. Dabei wird die Speisung des angeschlossenen Relaisschutzsystems -nur dann zugelassen, wenn durch die entstandenen Fehler Unsymmetriewirküngen ausgelöst wurden; dagegen wird die Speisung verhindert oder nur in vermindertem Maße zugelassen, wenn symmetrische Cberströme in allen drei Phasen auftreten. Selbstverständlich kann eine solche Schutzschaltungsanordnung außerdem so ausgebildet werden, daß sie auf Erdschlußfehler anspricht, ohne daß die zusätzliche Anwendung der Erfindung gemäß der Abb. 3 irgendeine Wirkung auf die erwähnte Schutzschaltungsanordnüng ausübt, da im allgemeinen Erdschlußrelais oder Er dschlußschutzschaltungen von dreiphasigen oder zwischenphasigen Störungen unbeeinflußt bleiben.
  • In Abb. 3 sei irgendeine bekannte Schutzschaltungsanordnung durch die Vorrichtung 24 mit dem Auslösekontakt 25 und den Zwischenphasenwicklungen26 dargestellt. Ebenso möge eine Erdschlußschutzvorrichtung vorhanden sein, die im Schaltbild nicht dargestellt ist: Die Vorrichtung 24. kann beispielsweise ein Leistungsrichtungsrelais, ein Distanzrelais oder ein Trägerstromsystem darstellen. Nur die wichtigsten Stromwicklungen sind in dein Schaltbild aufgeführt. Alle Spannungsspulen und andere Hilfsver-. Bindungen, welche die Schaltung der Erfindung nicht berühren, sind zur Vereinfachung in dem Schaltbild fortgelassen.
  • Wie im Schaltungsbild angegeben, werden die Wicklungen 26 von den Stromwandlern 5 in Reihe mit den Frequenzwandlern 4. gespeist. Parallel zu den Wicklungen 26 des Schutzrelais 24 liegen die Scheinwiderstände 27 der Sättigungsdrosseln 28, deren Sättigung durch Gleichstromsättigungswicklungen 29 verändert werden kann. Letztere Wicklungen werden von dem Gleichrichtersystem 20 gespeist. Wie aus der Beschreibung der Abb.2 erinnerlich, liefert das Gleichrichtersystem 2o nur dann Strom, wenn die Leiter z symmetrische Ströme führen. Wenn dagegen im Leitersystem i einzelne Phasenkurzschlußströme fließen, verschwindet der Wert der dritten Oberwelle hinter den Frequenzwandlern 4., so daß über das Filter zo und den Gleichrichter 2o kein Gleichstrom an die Sättigungswicklungen 29 geliefert wird. Da die Scheinwiderstandswicklungen27 und die Wicklungen 26 des Schutzrelais parallel geschaltet sind, teilt sich der von den Stromwandlern 5 gelieferte Strom nach Maßgabe der entsprechenden Scheinwiderstände zwischen den Wicklungen auf. Solange daher die Drossel 28 nicht gesättigt ist, haben die Wicklungen 27 einen hohen Scheinwiderstand, und nahezu der volle Strom der.Stromwandler 5 fließt durch die Wicklungen 26 des Schutzrelais 2d.. Dagegen wird bei Sättigung der Drossel 28 der volle Strom der Stromwandler 5 oder, falls eine etwas andere Einstellung günstiger erscheint, ein entsprechender Teil von den Wicklungen 26 ferngehalten und über die Wicklungen 27 abgeleitet.
  • Da dieSättigungsdrossel 28 von dein Gleichrichtersystem 2o erregt wird, ist sie gesättigt, wenn die Leiter r symmetrische Phasenströme führen. Unter dieser Bedingung wird das Schutzrelais 24. nicht oder nur in einem beschränkten Umfang erregt. Dadurch ist die Schutzwirkung durch symmetrische Dreiphasenströme unbeeinflußbar oder wenigstens nur beschränkt beeinflußbar. Wenn dagegen die Leiter r unsymmetrische Ströme führen, wie sie durch einen Fehler zwischen zwei Phasen entstehen, wird die Drosse128 nicht gesättigt. Die Wicklungen 27 stellen dann einen hohen Scheinwiderstand für den aus den Stromwandlern 5 kommenden Strom dar, und fast der volle Strom fließt den Wicklungen 26 zu. Damit wird das Schutzrelais 24 voll erregt und wird die Schließung des Kontaktes 25 und die Auslösung des Schalters 2 zur Folge haben.
  • Wie leicht einzusehen ist, können an Stelle der Sättigungsdrossel28 auch andere Mittel Artwendung finden, um das Ansprechen der Vorrichtung 2q. von dem Vorhandensein oder Fehlen einer Leistung dreifacher Frequenz entweder unmittelbar oder durch die Vermittlung des Gleichrichtersystems 20 abhängig zu machen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können Elektronenröhren oder gasgefüllte Gefäße als veränderliche Widerstände an Stelle von gesättigten Eisendrosseln verwendet werden. Auch kann das Relais 24 z. B. m_it einer Haltespule ausgerüstet werden, die vom Wert der dritten Oberwelle nach Art der Abb. z erregt wird, wenn symmetrische Dreiphasenströme fließen.
  • Die Abb. 4. zeigt eine ähnliche Anordnung wie die Abb. z und 2, bei welcher jedoch an Stelle von Differentialrelais und Elektronenröhren sogenannte Richtungstransformatoren benutzt werden. In der Abbildung sind drei derartige Richtungstransformatoren T dargestellt, deren Arbeitswicklungen in Reihe mit den Primärwicklungen der Frequenzwandler ,4 verbunden sind, so da.ß die Richtungstransformatoren durch die Sekundärströme der Stromwandler 5 erregt werden. Die drei 13ilfswicklungen R (Drosselwicklungen) der Richtungstransformatoren sind in Reihe geschaltet und werden von einer Gleichrichteranordnung 20 mittels gleichgerichteten Stromes gespeist, der vom Ausgang des 1'ilters ro entnommen wird. Die Sekundärwicklungen der Richtungstransformatoren sind je mit einem Gleichrichter D verbunden, deren Ausgangs- bzw. Gleichstromklemmen untereinander parallel geschaltet sind. Der über die Gleichrichter fließende sekundäre Gleichstrom wird der Auslösespule 3 zugeführt.
  • Die Arbeitsweise des Systems ist folgende: Die Richtungstransformatoren arbeiten in Verbindung mit den Frequenzwandlern q. und dem Filter zo in ähnlicher Weise wie das Differentialrelais 7 in Abb. r. Die Arbeitswicklungen der Richtungstransformatoren entsprechen den Wicklungen 6 des Relais 7, und die Drosselwicklungen R in Abb. 4. entsprechen der Spule z i in Abb: z. In jener Abbildunä kann der Ström in irgendeiner der Spulen 6 das Auslösen des Schalters z bewirken, falls nicht das Relais durch Strom in der Spule i i an der Auslösung gehindert wird. In Abb. q. werden drei getrennte Gleichrichter D benutzt, deren Ausgangsklemmen miteinander verbunden sind und die den Stromunterbrecher in genau entsprechender Weise beeinflussen, wie dies in Abb, i vorgesehen war.
  • Der Strom in der Auslösespule 3 ist somit gleich der Summe der . Einzelströme der Gleichrichter D. Diese Ausgangsströme sind stets von gleicher Richtung und addieren sich unabhängig vom Polaritätsverhältnis oder der Phase der Ströme in den Arbeitswicklungen der Richtungstransformatoren T, die ihrerseits von den Netzströmen abhängen. Solange also keine Drosselwirkung durch das Auftreten der dritten Harmonischen hinter dem Filter io hervorgerufen wird, hat die Speisung irgendeiner oder mehrerer der Arbcitswicklungen der Richtungstransformatoren einen gleichgerichteten Strom über die AuslösesPule 3 zur Folge.
  • Wie insbesondere im Hinblick auf Abb. i bemerkt sei, kann Blas Filter io dann in Fortfall kommen, wenn die beschriebenen Schaltanordnungen nur für das Ansprechen auf Fehler zwischen zwei Phasen (Kurzschluß) und auf Fehler in einer einzelnen Phase (Unterbrechung) benutzt werden und auf Erdschlüsse nicht anzusprechen brauchen. Es ist festzustellen, daß hinter den Frequenzwandlern q. bei Stromsymmetrie im Netz nur Strom von der Frequenz der dritten Oberwelle auftreten kann, während die Grund-_C unterdrückt wird. Wenn eine Phasenunterbrechung öder ein zweiphasiger Iurzschluß auftritt, wird von den Sekundärwicklungen der Frequenzwandler q. weder in bezug auf die Grundfrequenz noch bezüglich der dritten Oberwelle ein Wert erzeugt. Bei einem gewöhnlichen einphasigen Erdschluß dagegen wird nur einer der Frequenzwandler4 erregt, und auf der Sekundärseite wird der Siebkette bzw. der Rückhaltespule ii ein Wert zugeführt, der sowohl aus der Grundfrequenz wie auch aus der Frequenz der dritten Oberwelle sich zusammensetzt, wobei der Anteil der Grundwelle überwiegt. Ist keine Siebkette vorhanden, so wird die Wicklung i i durch die Grundwelle stark erregt. Das Relais 7 spricht damit auf Erdschlußfehlet nicht an, was in bestimmten Fällen wünschenswert bzw. ausreichend sein kann. Dagegen wird, wenn das Filter io Anwendung findet, nur die Komponente der dritten Oberwelle der Wicklung II zugeführt, und :.liese ist gering im Vergleich zu der Leistung aer Grundwelle in den Spulen 6. Die Einstellung des Relais kann leicht so vorgenommen werden, daß in diesem Falle der Relaiskontakt 8 geschlossen und der Schalter ? ausgelöst wird.
  • Da die Erfindung; wie oben beschrieben, in ihrer Gesamtheit ohne Kontakte oder sonstige bewegliche Teile ausgeführt werden kann, ist sie besonders für die Anwendung im Zusammenhang: mit dem sogenannten Trägerstromschutzsystein geeignet, eine Anordnung, mit der man ein sicheres; selektiven Ansprechen -mit hoher Auslösegeschsvindig-]zeit erreicht.
  • Dies kann z. B. in der Weise geschehen, wie es in der Abb: 3 angedeutet ist, wo die Vorrichtung 20- das Trägerstroinsvstein sein möge. Dabei stellen die -Wicklungen ?6 alle Erregerwicklungen des Trägerstromsvstems dar, während die Kontakte 25 die Auslösespule 3 einzuschalten gestatten, um beim Auftreten der entsprechenden Fehlerbedingungen den von dem Schutzsystem überwachten Teil des Netzes mit Hilfe des Schalters a abzuschalten.
  • Die in Abb. 3 dargestellten Frequenzwandler ¢ sind jeder unmittelbar mit einem Stromwandler 5 und einer Wicklung z6 des Trä gerstronisysterns in Reihe geschaltet. Die Wicklungen a7 der Sättigungsdrosseln -28 sind dann gemäß der Abb. 3 so geschaltet, däß sie in Abhängigkeit von der Symmetriebedingung den Strom von den Wicklungen des Tr ägerstromsystetns ablenken können. Es sei dabei bemerkt, daß die erwähnten Wicklungen ?6 insbesondere zum Ansprechen auf Fehler -zwischen den Phasen bestimmt sind, während für Erdschlüsse eine weitere Wicklung vorgesehen sein soll. Auch ist zu erwähnen, daß der Transformator, auf dein diese Wicklungen liegen; so gebaut sein muß; cläß letztere sich nicht induktiv beeinflussen. Bei der so ausgebildeten Schaltung wird die Spule für den Erdschlußschutz in keiner Weise von den Symmetriebedingungen becinlußt, während die Wicklungen für die Zwischenphasenstörungen bei Phasenunsvmmetrie empfindlich, bei Phasensymmetrie unempfindlich oder ganz unwirksam gemacht. werden, indem im letztgenannten Fall der erregende Strom über die Sättigungsdrosseln abgeleitet wird.
  • Selbstverständlich können die beschriebenen Anordnungen zahlreiche Abiinderungen erfahren, wozu jeder Fachmann in der Lage sein wird.
  • Besonders zweckmäßig in Verbindung mit dem Trägerstromsystem ist die Anordnung nach Abb. z, bei welcher gesteuerte Elektronenröhren Verwendung finden. Wie bereits oben beschrieben, werden die Elektronenröhren 16 gesperrt durch eine an das Steuer- Bitter angelegte negative Spannung. Zu dem Zweck ist ein Widerstand 22 vorgesehen worden, um unter den entsprechenden Bedingungen die Sperrung der Röhre herbeizuführen und damit das Ansprechen des Relais 3 zu verhindern. Will man diese Anordnung auch für das Trägerstromsystem brauchbar machen, so wird man in Reihe mit dem Widerstand 22 einen weiteren Widerstand legen, welcher entsprechend der Trägerstromaufnahme das Ansprechen des Schutzsystems bewirkt. Hierdurch bleibt die Wirkungsweise des Widerstandes 22 ungeändert, welcher abhängig von der Phasensyminetriebedingung mit Hilfe der von dem Gleichrichtersystem 20 gelieferten Spannung das@,Ansprechen des Schutzrelais verhindert bzw. bei deren Ausbleiben herbeiführt.

Claims (7)

  1. PATRNTANSPRÜCI3R: i. Überwachungseinrichtung- für Mehrphasensysteme, insbesondere Drehstrom-Systeme, welche in Abhängigkeit von einer auftretenden LTnsvminetrie in dein Mehrphasensystem ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergleichenden Ströme durch Frequenzwandler (d.) in ihrer Frequenz vervielfacht und die entstehenden Oberwellen miteinander verglichen werden (Abb. i).
  2. 2. LTberwachungseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differentialrelais (7) vorgesehen ist, welches einerseits in Abhängigkeit von der Grundfrequenz der Ströme in den einzelnen Phasen (i) des zu überwachenden Netzes und andererseits im entgegengesetzten Sinne beispielsweise von Strömen (z. B. in der ° Wicklung i i) der dritten Oberwelle der Netzfrequenz beeinflußt wird, in der Weise, daß die Auslösung der Überwachungseinrichtung (Netzabschalter -2) verhindert wird, wenn die Phasenströme im Drehstromsystem symmetrisch sind (Abb. I).
  3. 3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den einzelnen Phasen (i) des Netzes fließenden Ströme mit Eisensättigung arbeitenden Frequenzwandlern (q.) zugeführt werden, deren Sekundärwicklungen derart zusammengeschaltet sind, daß sie einen dem Differentialrelais (7) zuzuführenden Wert dreifacher Frequenz (z. B. in der Wicklung i i) nur bei Symmetrie des Drehstromsystems liefern, welcher aber abnimmt bzw. verschwindet, wenn die Netzsymmetrie gestört ist, so daß im letzteren Falle der im Sekundärkreis der Frequenzwandler(4) auftretende Wert nicht ausreicht, um das Ansprechen der Überwachungseinrichtung (Netzabschalter 2) zu verhindern (Abb. i). q..
  4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung so getroffen ist, daß der von dem Wert höherer. (dreifacher) Frequenz auf die Überwachungseinrichtung (2) ausgeübte Einfluß (Anzugskraft auf Anker 15) bei wachsendem Strom weniger stark ansteigt als der Einfluß (Anzugskraft auf Anker 14), der durch die Grundfrequenz ausgeübt wird (Abb. i).
  5. 5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch I bis .4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vakuumröhren (I6) vorgesehen sind, welche über Stromwandler (5, 17) von den iUetzströmen gespeist werden, und der Anodenstrom .der Röhren zur Beeinflussung der Überwachungseinrichtung (Netzabschalter 2) benutzt wird und daß zur Steuerung der Elektronenröhren (I6) der Strom dreifacher Frequenz dient, der in Abhängigkeit von der Symmetriebedingung des zu überwachenden Netzes (i) erzeugt wird (Abb. 2).
  6. 6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, claß der durch die Frequenzwandler (q.) erzeugte Strom höherer Frequenz gleichgerichtet (Gleichrichter 20), gegebenenfalls geglättet (Beruhigungsglied 21, 22) und in dieser Form zur Steuerung der Elektronenröhren (i6) verwendet wird (Abb. 2),
  7. 7. Überwachungseinrichtung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Vakuum- oder gasgefüllten Elektronenröhren (i6) eine Anordnung zur veränderlichen Phasenverschiebung zwischen Gitter und Anodenspannung benutzt wird und daß von den Strömen des Drehstromnetzes (i) über Stromwandler (5) ein Frequenzwandler (d.) gespeist wird, dessen Ausgangswert höherer Frequenz die Phasenverschiebungseinrichtung beeinflußt (Abb.2). B. Überwachungseinrichtung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom höherer Frequenz eine V ormagnetisierung v an Sättigungsdrosseln (28) bewirkt, die in Abhängigkeit von der Vormagnetisierung die Erregung der Überwachungseinrichtung (:24*) herabsetzen (Abb.3).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2474290A (en) * 1943-10-26 1949-06-28 Int Standard Electric Corp Phase failure indicating device for polyphase systems

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2474290A (en) * 1943-10-26 1949-06-28 Int Standard Electric Corp Phase failure indicating device for polyphase systems

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