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Selektivschutzeinrichtung Die Entwicklung der Selektivschutztechnik
zielt auf mäglichste Verkürzung der Zeit hin, welche zwischen dem Augenblick der
Entstehung des Fehlers und seiner Abschaltung liegt. -Aus diesem Grunde sind sogenannte
Schnellschutzsysteme entwickelt worden, deren Aufgabe es ist, möglichst alle Fehler
innerhalb des Schutzbereiches nach äußerst kurzer Verzögerungszeit abzuschalten.
Da die insgesamt in Erscheinung tretende Verzögerungszeit bis zur Abschaltung des
Fehlers nicht nur die Eigenzeit des Relais, sondern auch die der Schalter umfaßt,
unterstützt die Entwicklung von Schnellschaltern das Bestreben nach möglichst rascher
Abschaltung kranker Netzteile. Die Entwicklung der Schnellrelais ist jedoch so weit
gekommen, daß die Relaiseinrichtung weit weniger zeit benötigt als ein Schalter.
Dies gilt sogar für moderne Schnellschalter in Hochspannungsanlagen und daher erst
recht für die noch in ganz überwiegendem Maße vorhandenen Schalter älterer Konstruktion.
Wegen der Eigenzeit der Schalter muß man häufig die Wirksamkeit der Relaiseinrichtungen
sogar künstlich verzögern, um Fehlschaltungen zu vermeiden.
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Die mit modernen Relaisanordnungen erzielbare Kürze der Zeitverzögerung
bis zur Schalterauslösung völlig auszunutzen, erschwert aber vor allem folgender
Grund: Die Schnelligkeit der Relaiseinrichtung selber ist nicht unter allen Umständen
gleich groß, sondern wenn die im Relais zur Wirkung kommenden Drehmomente klein
sind, ist auch
die Geschwindigkeit der Relaiseinstellung kleiner,
so daß also mehr Zeit vergeht, bis das Relais seine_ endgültige .Stellung eingenommen
hat.
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Bei allen Selektivschutzeinrichtungen ist nun das Bestreben, nur solche
Leitungsschalter zu öffnen, deren Öffnung für die ,4btreiiiiiiiig des kranken Netzteiles
von dem übrigen Netz erforderlich ist. Man hat bisher großen Wert darauf gelegt,
daß keine Schalter fallen, die nicht zu fallen brauchen. Die Durchführung dieses
Grundsatzes in allen Fehlerfällen gibt aber einen Zeitverlust. Durch die Anordnung
nach der Erfindung soll ein vermeidbarer Zeitverlust auch wirklich vermieden werden,
wobei unter Umständen das zusätzliche Fallen von Schaltern, die dann aber -wieder
eingeschaltet werden, mit in Kauf genommen -wird.
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Erfindungsgemäß -werden für die Selektivität geeignete Feststellungen:
durch die Relaiseinrichtung jedes Relaisortes, in welchem eine Anregung erfolgt,
auch nach er Anregung innerhalb der Zeit, bis das Schaltorgan den Ausschaltbefehl
durchgeführt hat, fortgesetzt, und diese Feststellungen haben auch noch Einfluß
auf die Schaltersteuerung. Es ergibt sich daraus, daß es nunmehr zulässig ist, den
Ausschaltbefehl bei einem Schalter schon zustande kommen zu lassen, ohne daß abgewartet
-werden muß, ob ein anderer, der Fehlerstelle etwa näher liegender Schalter vorher
die Abtrennung des kranken Leitungsteiles durchgeführt hat. Bis zum Augenblick der
tatsächlichen Unterbrechung der zur Fehlerstelle führenden Leitung setzt die Relaiseinrichtung
ihre Feststellungen fort. ZNrenn bei einem solchen Schalter, bei welchem die Abschaltung
noch nicht vollzogen ist, sich innerhalb dieser Zeit ergibt, daß die Ablösung des
Schalters nicht den Selektivitätsbedingungen entsprach, kann der Auslösebefehl berichtigt
-werden, indem der Schalter selbst oder ein parallel liegender Schalter sofort wieder
eingeschaltet wird.
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Die. Zeit, -welche vergeht, bis ein Selektivrelais nach der Anregung
der Schutzeinrichtung sich eingestellt hat, ist nicht immer dieselbe, sondern hängt,
-v ie bereits erwähnt, von der Stärke des Einstelldrehmomentes des Relais ab. Das
Einstelldrehmoment ist z. B. bei Richtungsrelais klein, wenn die Leitungsspannung
durch einen Fehler am Relaisort fast vollständig zusammengebrochen ist. Bei Widerstandsrelais
dagegen wird das Einstelldrehmoment um so kleiner, je näher die Fehlerstell- dem
Endpunkt des Relaisschutzbereiches liegt. hei voniLeitungswiderstand abhängigen
Schutzeinrichtungen und auch bei Vergleichsschutzsvsteinen ist es daher erforderlich.
eine gewisse Zeit zu -warten, bis ein Ausschaltkommando gegeben -werden darf; denn
entsteht der Fehler am Anfang, so stellt sich das Richtungsrelais nur langsam ein.
Dazu kommt bei Zeitstaffelsysteinen, daß, um eine selektive Absehaltung zu ermöglichen,
die Zeitstaffelung in bekannter Weise so gewählt werden muß, daß für Fehler am Ende
der Strecke, z. B. von 709/o vom Anfang der Strecke an bis zum Ende, die Zeitverzögerung
größer gewählt werden muß als für den übrigen Teil, z. B. die ersten 709/o der Strecke.
Mit Rücksicht auf diese Umstände konnte man daher die Zeit, welche zur Abschaltung
erforderlich ist, nicht unter einen bestimmten Wert bringen. In Verbindung mit Einrichtungen,
welche eine nachträgliche Änderung der Relaiseinstellung in der Zeit zwischen- Anregung
des Schutzes bis zur tatsächlich durchgeführten Schalteröffnung derart berücksichtigen,
daß ein den Selektivitätsbedingungen widersprechendes Ausschaltkoimnando des Schalters
nachträglich entweder noch vor oder aber auch nach der Auslösung des Schalters wieder
berichtigt wird, kann man die Zeit von der Entstehung des Fehlers bis zu seiner
Abschaltung noch weiter vermindern. Dies liegt darin, daß man eine Anordnung verwenden
kann, bei welcher die Kontakte der Selektivrelais von vornherein in der Auslösestellung
stehen, so daß der Ausschaltbefehl zustande kommt, -veiin die Stellung der Selektivrelais
sich bis zu dem Augenblick nicht geändert hat, in -welchem der Kontakt des Anregenelals
geschlossen wird. Es -wird also bewußt die Einrichtung so getroffen, daß bei gewissen
Fehlerarten ein Schalter mehr ausgelöst werden kann. Im allgemeinen braucht das
Anrege relais eine gewisse Zeit, um seinen Kontakt zu schließen. Wenn aber einer
der Kontakte der Selektivrelais seine Öffnungsbewegung beginnt, so ist in diesem
Augenblick bereits der Stromkreis, über den der Ausschaltbefehl zustande kommen
könnte, unterbrochen. In den -weitaus meisten Fehlerfällen -werden die Kontakte
der Selektivrelais bereits innerhalb der Zeit. die das Anregerelais zur Kontaktschließung
braucht, sich für oder gegen den Abschaltbefehl entschieden haben. Daher wird in
den meisten Fällen nur der Schalter der kranken Leitungsstrecke einen Abschaltbefehl
erhalten, -während bei dem Schalter der vorhergehenden Strecke infolge der raschen
Einstellung der zugehörigen Selektivrelais ein Abschaltbefehl gar nicht zustande
kommt. Nur wenn bei der Relaiseinrichtung des gesunden Leitungsabschnittes die Einstellung
der Selektivrelais wegen der bestehenden Fehlerverhältnisse nicht rasch genug sich
gegen die Auslösung des Schalters entscheiden sollte. kommt auch der Auslösebefehl
für den Schalter dieser gesunden Strecke zustande. Wenn also beispielsweise ein
Fehler am Anfang der Strecke entsteht, so kann es
vorkommen, daß
das Widerstandsrelais am Anfang der vorhergehenden Strecke nicht schnell genug seinen
Kontakt öffnet, oder es kann vorkommen, und dies gilt sowohl für Zeitstaffelschutz
als auch für Vergleichsschutz, daß sich das Richtungsrelais am Ende der vorangehenden
Strecke nicht schnell genug in seine neue Lage einstellt, so daß auch dort ein Schalter
mehr fällt, als erforderlich ist. Da aber die Relais bis zur tatsächlich erfolgten
Abtrennung der Fehlerstelle vom Netz unter -dem Einfluß der Betriebsgrößen der Leitung
ihre Feststellungen fortsetzen, und da sie, wenn sie feststellen., daß der Auslösebefehl
unnötigerweise gegeben wird, die sofortige Wiederschließung des Schalters bewirken,
so entstehen keine störenden Betriebsunterbrechungen.
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Zur Erläuterung einer Einrichtung, welche in der Lage ist, die Wiedereinschaltung
eines Schalters zu bewirken, wenn er mit Rücksicht auf die Selektivitätsbedingungen
hätte nicht ausgeschaltet werden sollen; ist in Fig. i eine Schutzeinrichtung mit
Widerstandsrelais schematisch dargestellt. Mit i ist derArbeitskontakt eines Anregerelais
bezeichnet. Wenn der Kontakt z geschlossen wird, d. h. wenn die Schutzeinrichtung
angeregt wird, entsteht über die in Reihe liegenden Kontakte 2 und 3 ein Strom über
die AuslösespuleA des Schalters. Der Kontakt 2 ist beispielsweise der Kontakt eines
Richtungsrelais. Der Kontakt 3 beispielsweise der Kontakt eines Widerstandsrelais.
Die Kontakte 2 und 3 stehen normalerweise in der Stellung, in welcher sie den Auslösestromkneis
vorbereiten. Im. allgemeinen entsteht ein Fehler nicht gerade in den äußersten Grenzen
des Schutzbereiches, so daß sowohl das Richtungsrelais als auch das Meßrelais ihre
Kontakte 2 und 3 sehr rasch zu bewegen vermögen. Dazu kommt, daß die Kontakte :2
und 3 nicht erst ihren vollen Weg bis in die andere Stellung zurücklegen müssen,
sondern daß sie gleich zu Beginn ihres Weges den Erregerkreis für die Auslösespule
A öffnen, während das Anregerelais den gesamten Kontaktschließungsweg durchlaufen
muß. Die Folge davon ist, daß innerhalb der Zeit, die bis zur Schließung des Kontaktes
i vergeht, einer der beiden Kontakte 2 und 3 seine Auslösebewegung bereits begonnen
. und den Stromkreis für die Spule A unterbrochen hat. Es kommt .dann gär kein Auslösebefehl
zustande. Wenn jedoch die Öffnung der Kontakte <; und 3 bei einem Fehler außerhalb
des Schutzbereiches nicht rasch genug gelingt, so wird die Auslösespule erregt.
Dies kann beispielsweise dann sein, wenn der Fehler am Anfang einer Strecke liegt.
Dann kann es vorkommen, daß sich das Richtungsrelais am Ende der vorhergehenden
Strecke oder das Widerstandsrelais am Anfang der vorhergehenden Strecke zu langsam
einstellt. Jedoch kommt nach dem Stellungswechsel der Kontakte a oder 3 oder beider
ein Relais 4. zum Ansprechen,` welches sofort durch einen Kontakt 7 den Stromkreis
für die Einschaltspule E des Schalters schließt. Das Relais schließt gleichzeitig
über einen Kontakt 5 einen Selbsthaltekreis für sich. Ferner schließt es gleichzeitig
den Kontakt 6, durch `welchen ein Relais 12 erregt wird, das nach Ablauf einer bestimmten
Zeit den erwähnten Selbsthaltekreis für das Relais .f öffnet. Durch den Selbsthaltekreis
ist die für die Wiederschließung des Schalters erforderliche Erregungsdauer des
Relais .4 unabhängig von den Kontakten i, :2 und 3. Der Leitungsschalter wird also
wieder eingeschaltet. Es ist in der Abbildung nicht dargestellt, daß eine Abhängigkeit
zwischen den Stromkreisen der Ausschaltspule und der Einschaltspule und der Stellung
:des entsprechenden Schalters vorgesehen werden kann, um eine unnötige Erregung
dieser Spule zu verhindern.
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Nun kann es vorkommen, daß ein Fehler z. B. von selbst verschwindet.
In diesen Fällen sind auch die Fehlererscheinungen in Strom, Spannung, Energierichtung
usw. verschwunden. Von diesem Augenblick an braucht man mit dem Wiedereinschaltkommando
nicht mehr zu warten, und der Schalter kann sofort wieder geschlossen werden. Ein
Mittel, um zu erkennen, ob ein Schalter sofort wieder geschlossen werden kann, besteht
darin, daß die Beseitigung des Fehlerzustandes an einem Schalter, der das Auslösekommando
erhalten hat, bereits festgestellt wird, bevor der Schalter die Unterbrechung der
Leitung bewirkt hat. Die Beseitigung des Fehlers läßt sich beispielsweise daran
erkennen, daß das Anregerelais in seine Ruhestellung zurückgekehrt ist, während
der Schalter seine Auslösebewegung noch durchführt. Zur Ausnutzung der Feststellung,
daß das Anregerelais in die Ruhestellung zurückgekehrt ist, bevor der Schalter seine
Auslösebewegung bereits durchgeführt hat, kann die in Fig. i dargestellte Relaiseinrichtung
dienen, die durch die Teile B bis i i ergänzt ist. Der Kontakt 8 ist ein Ruhekontakt
des Anregerelais, der Kontakt g ist ein Hilfskontakt des Schalters. Er ist so ausgebildet,
:daß er weder in der Schließstellung noch in der Offenstellung des Schalters geschlossen
ist, sondern nur während eines bestimmten Teils des Schalterweges den Gegenkontakt
berührt. Den Kontakt io, der durch das Relais i i gesteuert wird, kann man sich,
wie dargestellt, geschlossen denken. Er dient dazu, den Stromkreis über die Kontakte
8 und g, sobald es erforderlich erscheint, von besonderen Bedingungen abhängig zu
machen,
z. B. von der Bedingung, daß keine Pendelungen auftreten, daß Synchronismus besteht,
daß die richtige Spannung, Frequenz od. -dgl. vorhanden ist. Nimmt man an, daß während
der Schalterbewegung das AnregereIais zurückfällt, so daß es seinen Ruhekontakt
schließt, so wird, da gleichzeitig der Kontakt g geschlossen ist, das Relais 4 erregt,
das, wie bereits beschrieben, Vorkehrungen für die Wiedereinschaltung des Schalters
trifft. Auch wenn sich der Schalter nach Schließen des Ruhekontaktes in Bewegung
setzt, wird sofort der Befehl zum Wiedereinschalten gegeben.
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Wenn man in dieser Weise Vorrichtungen besitzt, welche wähnend der
ÜffnungsbewE-gun1- des Schalters feststellen, ob der Fehler beseitigt ist und wenn
ja, die sofortige, Wiederschließung des Schalters bewirken, ist man in der Lage,
:die Staffelzeiten der Selektivschutzeinrichtungen eines Netzes zu verkleinern.
Es ist möglich, die Zeitstaffelung so zu wählen, daß die Zeit, die eine Relaiseinrichtung
braucht, um einen Auslöseimpuls zu geben, wenn ein Fehler am Anfang der folgenden
Strecke auftritt, kleiner ist als die Gesamtzeit, die notwendig ist, bis der Schalter
in dem fehlerhaften Leitungsabschnitt von dem dortigen Relais tatsächlich abgeschaltet
ist, aber etwas größer als die Zeit, die die dortige Relaiseinrichtung braucht,
um den Ausschaltbefehl zu geben.
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Nach der bisherigen Übung hat man der Verzögerungszeit der Relais;;
inrichtung für Fehler am Ende des zugehörigen und am Anfang des nächstfolgenden
Abschnittes einen solchen Wert gegeben, daß mit Sicherheit ein Fehler am Anfang
des folgenden Abschnittes nur den Schalter dieses Abschnittes zum Auslösen bringt.
Infolgedessen mußte bisher die Relaiszeit für Fehler am Ende des zugehörigen und
am Anfang des folgenden Leitungsabschnittes größer sein als die Gesamtzeit, die
für Fehler ain Anfang des folgenden Leitungsabschnittes notwendig ist, von der Anregung
bis zur tatsächlichen Öffnung des Leitungsschalters durch das Relais, welches amAnfang
dieser fehierhaftenLeitungsstrecke angeordnet ist. Ist also beispielsweise die Relaiszeit
bei einem Fehler dicht am Relais o,2 Sekunden und die Schaltereigenzeit
0,3 Sekunden, so ist nach der bisherigen Übung die Laufzeit des Relais
bei einem Fehler am Ende der Strecke bziv. dicht jenseits der Strecke größer als
o,5 Sekunden, beispielsweise o,8 Sekunden wegen des erforderlichen Sicherheitszuschlages.
Bei der Anordnung nach der Erfindung wird die Zeitcharakteristik des Relais so eingestellt,
daß seine Arbeitszeit für Fehler am Anfang der Nachbarstrecke größer ist als die
Arbeitszeit des dortigen Relais, aber kleiner als die Gesamtzeit aus der Arbeitszeit
des dortigen Relais und der Schaltereigenzeit einschließlich dem Sicherheitszuschlag.
In dem gewählten Zahlenbeispiel braucht also die Zeit des Relais, beispielsweise
für Fehler dicht jenseits des Leitungsabschnittes, nicht größer zu sein als höchstens
0,4 Sekunden. jedenfalls kann sie kleiner sein als die Zeit, die bis zur tatsächlichen
Leitungsunterbrechung und dem erforderlichen Sicherheitszuschlag notwendig war und
die vorhin zu o,8 Sekunden angenommen wurde. Für Fehler in noch größerer Entfernung
kann die Relaiszeit höhere Werte annehmen.
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Durch die erläuterte Wahl der Relaiszeit erreicht man, daß bei Fehlern,
die nicht unmittelbar am Anfang einer Strecke entstehen, wie bisher nur ein Relais
zum Ablaufen kommt, so daß nur der Schalter der kranken Leitungsstrecke das Auslösekommando
erhält. In den Fällen jedoch, in denen ein Fehler dicht am Anfang einer Strecke
liegt, fallen zwei Schalter, nämlich der Schalter des kranken Leitungsabschnittes
und der Schalter des vorangehenden Abschnittes, weil er seinen Auslöseimpuls bereits
erhält, bevor die kranke Strecke durch ihren eigenen Schalter tatsächlich abgeschaltet
ist. Dies ist aber nicht nachteilig, wenn die Wiederschließung dieses Schalters
durchgeführt wird.
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Zur Durchführung dieses Gedankens kann man die Einrichtung nach Fig.
i verwenden, man braucht nur die Relaiseinrichtung entsprechend der oben angedeuteten
Weise zu staffeln. Es wurde ja bereits oben beschrieben, wie durch Anwendung
des Ruhekontaktes 8 und des Kontaktes g im Zusammenhang mit den bei dem ersten Beispiel
angewendeten Elementen zur Wiedereinschaltung diese Anordnung eine selbsttätige
Wiedereinschaltung dann herbeiführt, wenn der Fehler verschwunden ist, bevor der
Schalter selbst die Energieunterbrechung vorgenommen hat. Durch die oben angedeutete
Art der Staffelung ergibt sich, daß, wenn bei einem Fehler am Anfang eines Leitungsabschnittes
zwei Schalter hintereinander fallen, zwischen diesen Schaltern die kleine noch notwendige
Staffelzeit auftritt, und während dieser Staffelzeit hat nun der Kontakt 8 im Zusammenhang
mit dem Kontakt g die Möglichkeit, die Wiedereinschaltung durchzuführen.
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In Fig. 2 ist dargestellt, wie die Staffelung zweckmäßigerweisevorgenommen
wi:rd.Würde z. B. an der Stelle A ein Kurzschluß auftreten, so wird mit Sicherheit
der Schalter 23 in der schnellsten Zeit fallen. Der Schalter 22 könnte auch mit
fallen in der schnellsten Zeit, wenn der Fehler unmittelbar neben der Sammelschiere
ist und das Richtungsrelais, welches von der beispielsweise auch hier gemachten
Voraussetzung
im Ruhezustand, als geschlossen angenommen werden soll, nicht schnell genug seinen
Kontakt hat öffnen können. Während noch die Schalter 22 und 23 im Abfallen sind,
hat nun mit der etwas längeren Staffelzeit der Schalter 21 das Ausschaltkommando
bekommen. Der Schalter 22 erhält nun sehr schnell, ehe die Kurzschlußenergie unterbrochen
ist, vom Richtungsrelais eine Korrektur und wird sofort wieder eingeschaltet. Die
Unterbrechung bleibt aber aufrechterhalten durch den Schalter 23 und ist durchgeführt,
kurze Zeit bevor der Schalter zi :die Unterbrechung durchgeführt hat. Also wird
auch der Schalter 21, und zwar :durch die Anordnung, wie sie in Fig. i durch die
Kontakte 8 und 9 dargestellt ist, wieder eingeschaltet. Es ergibt sich so aus dem
Zusammenspiel verschiedenartiger Messungen während des Fallens des Schalters eine
Anordnung, die ein schnellstes Abschalten an sich und die Anwendung geringster Staffelzeiten
im übrigen ermöglicht.
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Es wäre besonders darauf hinzuweisen, daß für die Erfindung nicht
etwa das nachträgliche Messen der Richtungsglieder und Impedanzglieder und das Feststellen,
ob :der Fehler während der Bewegung :des Schalters noch besteht, über die Kontakte
8 und 9 gleichzeitig erforderlich ist. Es, können vielmehr diiese Gedanken einzeln,
verwendet werden oder in irgendeiner anderen Form und Kombination. Es kommt nur
darauf an, daß nach dem Kommando irgendeiner Schutzeinrichtung an den Leitungsschalter
:durch die gleiche oder eine andere Meßeinrichtung die Feststellungen hinsichtlich
!der gewünschten Selektivität fortgesetzt werden, bevor der Schalter ausgeschaltet
hat, und daß das Ergebnis. dieser Feststellungen zur Steuerung des gleichen oder
eines anderen Schalters ausgewertet wird.
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Der zuletzt beschriebene Fall, daß immer bei einem Fehler am Anfang
einer kranken Strecke nicht nur der Schalter am Anfang der kranken Strecke, sondern
auch der Schalter am Anfang der vorhergehenden Strecke ausgelöst wird, bezieht sich
auf Selektivschutzeinrichtungen mit Zeitstaffelung. Der vorher an Hand der- Fig.
i erläuterte Fall, daß eine Schalterauslösung zustande kommen kann, weil sich die
Kontakte der Selektivrelais zu langsam eingestellt haben, bezieht sich sowohl auf
Schutzeinrichtungen, deren Selektivität durch eine Zeitstaffelung erfolgt, als auch
auf Vergleichsschutzsysteme, bei denen z. B. der Vergleich der Energierichtungen
am Anfang und Ende eines jeden Leitungsabschnittes für die Selektivität maßgebend
ist. Auch hier kann man durch Anwendung des Erfindungsgedankens eine Verkürzung
:der Zeit bis zur Abschaltung einer Strecke ermöglichen, weil bis zum Augenblick
der tatsächlich durchgeführten Abschaltung die Relais, insbesondere die Richtungsrelais,
ihre für die Selektivität entscheidenden Feststellungen fortsetzen und. eine nachträgliche
Berichtigung einer fehlerhaften Schalterauslösung herbeiführen können.