DE1013759B

DE1013759B - Schutzschaltung fuer elektrische Mittel- oder Niederspannungsverteilungsanlagen

Info

Publication number: DE1013759B
Application number: DES46911A
Authority: DE
Inventors: Kurt Wulsten
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1955-12-30
Filing date: 1955-12-30
Publication date: 1957-08-14

Description

In Mittel- und Niederspannungsnetzen, die im allgemeinen ungeerdet betrieben werden, begnügt man sich in der Regel mit der Überwachung des Isolationszustandes, gegebenenfalls in Verbindung mit optischer oder akustischer Anzeige eines Erdschlusses, auf die hin dieser, falls erforderlich, von Hand abgeschaltet wird. Diese Art der Erdschlußüberwachung war bisher auch in Untertagenetzen üblich. Man hat jedoch in neuester Zeit auf Grund von Messungen in Untertagenetzen festgestellt, daß im Fall eines einpoligen Erdschlusses in einem Dreiphasensystem der sich über die Leitungskapazitäten der gesunden Phasen schließende Erdschluß strom eine Höhe erreichen kann, bei der die Bildung von zündfähigeti Funken möglich ist. Der einpolige Erdschluß stellt demnach unter Umständen eine Gefahr für den Untertagebetrieb dar. Die Beseitigung dieser Gefahr ist durch einfache Einschaltung eines Auslösegliedes für den das Netz abschaltenden Hauptschalter an den Meßkreis des normalerweise am Hauptschalter angeordneten Netzüberwachungsgerätes möglich, wenn man die Abschaltung des gesamten Netzes einschließlich seiner gesunden Teile in einem solchen Fall in Kauf nehmen will. Meist besteht jedoch die Forderung, die Abschaltung auf die schadhaften Teile der Anlage zu beschränken und die Versorgung der gesunden Leitungsstrecken und Abnehmer nicht zu unterbrechen. Dies ist nur möglich, wenn die Ab schaltung des Fehlers selektiv erfolgt. Die Anwendung eines in Hochspannungsnetzen üblichen Selektiv-Schutzes verbietet sich aber in Untertagenetzen aus wirtschaftlichen Gründen. Die Verwendung von Summenstrom wandlern ist dagegen problematisch bezüglich der Empfindlichkeit und erfordert deswegen unter Umständen den Einsatz von Verstärkern. Außerdem kann die Selektivität durch die Leitungskapazitäten in Frage gestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfacheren Mitteln einen vollwertigen Schutz der gesamten Anlage gegen Erdschlüsse bei Erfüllung der vorerwähnten Forderung zu erzielen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei einem auftretenden Erdschluß in dem zu schützenden Netz die Isolationsüberwachungseinrichtung am Anfang des Netzes den Hauptschalter des Netzes abschaltet, wodurch die Schalter der einzelnen Abzweige geöffnet werden und daß nach Wiederkehr der Netzspannung das selbsttätige Schließen des Schalters des gestörten Abzweiges durch seine Schutzeinrichtung gesperrt wird.

Liegt der Fehler in einem Abzweig, so können der Hauptschalter und die Schalter sämtlicher gesunden Leitungen wieder eingelegt werden, liegt dagegen der Fehler vor den Schaltern der einzelnen Abzweige, so Schutzschaltung für elektrische Mitteloder Niederspannungsverteilungsanlagen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktienges ells chaf t,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Kurt Wulsten, Berlin-Siemensstadt,
ist als Erfinder genannt worden

verhindert die Isolationsüberwachungseinrichtung am Anfang ein Wiedereinschalten des Hauptschalters. Auf diese Weise ist eine Ortung des Fehlers bzw. Festlegung des schadhaften Netzteiles in einfacher Weise ermöglicht.

Dieser Netzschutz gemäß der Erfindung kann in verschiedenen Punkten ergänzt und vervollkommnet werden. Beispielsweise ist es möglich, das Wiedereinschalten des Hauptschalters nach Ablauf einer bestimmten Zeit, z. B. 1 bis 2 see, selbsttätig mit Hilfe eines Zeitrelais vornehmen zu lassen. Weiter ist es möglich, die Schalter der einzelnen Abzweige gegeneinander zu verriegeln, so daß es beispielsweise bei voneinander abhängigen Fördereinrichtungen od. dgl. unmöglich gemacht wird, daß nur ein Teil solcher Folgeanlagen wieder in Betrieb genommen wird, wodurch Störungen verursacht werden könnten.

Eine weitere Unterteilung des Netzes kann mittels Schaltern erfolgen, die zwischen dem Hauptschalter und den Schaltern für die Abzweige liegen und zusammengehörigen Verbrauchern übergeordnet sind. In solchen Fällen bestellen verschiedene Möglichkeiten für die Zuordnung der Schutzeinrichtungen zu den Schaltern, nämlich:

1. Sowohl die Schalter für die Abzweige als auch die Schalter für die zusammengehörigen Verbrauchergruppen sind mit Schutzeinrichtungen versehen.

2. Lediglich die Schalter für zusammengehörige Verbrauchergruppen sind mit Schutzeinrichtungen versehen.

3. Nur die Schalter für die Abzweige sind mit Schutzeinrichtungen versehen.

Ein Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Schutz eines Netzes sei im folgenden erläutert:

Der Transformator 1 speist eine Leitung 2, die über einen Selbstschalter 3, bei dem es sich z. B. um ein Gerät mit Motorantrieb 4, Schaltschloß 5 und Arbeits-

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stromauslöser 6 handeln. möge, auf eine Leitung 7 wandler 29, einen Gleichrichter 30, der z. B. in Graetzgeschaltet werden kann;'die sich in beliebiger Art ver- schaltung arbeitet, Relais 31 und 32 sowie Tastschalter zweigen möge. Bei dem genannten Beispiel erfolgt 33 und 34. Ebenso wie in der Isolationsüberwachungsdies in der Form, daß sich die Hauptleitung 7 in die einrichtung 18 ist die in den Schutzeinrichtungen 17 α Leitungen 8 und 9 teilt, fäie über Schalter 10 und 11 5 bis 17 d erzeugte Gleichspannung eine Kleinspannung, mit den Leitungen 12 und 13-verbunden werden kön- Es sei z. B-. die Schutzeinrichtung 17a betrachtet, nen. An diese Leitungen seien Verbraucher A, B, C, D Die Schützspule 16 α wird mit Hilfe des Spannungsüber Schütze 14 α bis 14 d angeschlossen. Der Einfach- wandlers 29 a, des Gleichrichters 30 α und der Relais heit halber sind gemäß der oben erläuterten Möglich- 31 α und 32 α gespeist. Der Kontakt des Relais 31 α ist keiten nur die Verbraucher^, E, C, D mit Schutz- io im Normalbetrieb geschlossen, während das Relais einrichtungen versehen. Zu sämtlichen Leitungen des 32 α über die Tastschalter 33 α und 34 α entregt bzw. Netzes gehört ein. durchgehender geerdeter Schutz- erregt wird. Ist das Relais 32a über den Tastschalter leiter 15, der zur Vereinfachung der Zeichnung nur an 34a erregt worden, so wird dadurch der Schütz 14a den erforderlichen Stellen angedeutet ist. Die Schütze eingeschaltet und legt den nachgeschalteten Ver-14 a bis 14 d werden über Auslösespulen 16 a bis 16 d 15 braucher A an Spannung. Verschwindet diese Spanbetätigt. Zu den Schützen gehören Schutzeinrich- nung aus einem beliebigen Grunde, so öffnet das tungen 17 α bis 17 d. - Relais 32 a seinen Kontakt, wodurch die Schützspule

Am Anfang der Hauptleitung 7 liegt die Isolations- 16 α spannungslos wird und das Schütz 14 a abüberwachungseinrichtung 18. In ihr wird über einen schaltet. Dadurch wird das Relais 31a über den Hilfs-Spannungswandler 19, der an die Leitung 2 ange- 20 kontakt 35 a und den Schutzwiderstand 36 ä auf die schlossen ist, und einen Gleichrichter 20 -eine Gleich- Leitung zwischen Schütz 14 a und Verbraucher A gespannung erzeugt, die an" den Klemmen des Konden- schaltet.

sators 21 ansteht. Bei dieser Spannung handelt es sich Diese Verbraucher sind als Motoren angenommen,

vorzugsweise um eine .-Kleinspannung (65 V), um über deren Wicklungen die Relais 31 mit allen drei

durch die Meßspannung keine gefährlichen Be- 25 Phasen des Netzes verbunden sind. Ist durch die

rührungsspannungen im Netz zu erzeugen. Zu Prüf- innere Schaltung des Verbrauchers eine galvanische

zwecken kann diese Kiemspannung mittels einfacher Verbindung der drei Phasen nicht gegeben, so wird

schaltungstechnischer Maßnahmen, z. B. über Wick- an Stelle des Schutzwiderstandes 36 eine Anordnung

lungsanzapfungen am Spannungswandler, auf bei- von drei Schutzwiderständen verwendet, wie sie in

spielsweise 100 V erhöht werden. 30 der Isolationsüberwachungseinrichtung 18 angegeben

Im Fall eines Erdschlusses an einer beliebigen ist. Der Sternpunkt dieser Anordnung ist in diesem

Stelle im Netz schließt sich der Erdschlußmeßkreis Falle an den Hilfskontakt 35 angeschlossen,

wie folgt: Kehrt infolge der schon oben erläuterten Wieder-

-O₁₁₁ j T-j .. οι r> 1 · 00 einschaltung des Selbstschalters 3 die Netzspannung

Plusklemme des Kondensators 21, Relais 22, .. , ,^ö ,. _TT , _r.. ,. _Λ ...^r ,°

/'■m. 2. 00C1.L -j .L Jo^ or λ oc 35 zurück und war die Ursache fur die Auslosung des

Ohmmeter 23, Schutzwiderstand 24, 25 oder 26, _o ,, . , _(i ο · τ> j- 1 1 α τ> · j τ ·±

fehlerbehaftete Phase des Netzes Fehlerstelle Selbstschalters 3 ein Erdschluß, z. B. in der Leitung

tenierDenaitete t-ftase des !Netzes, i<enierstene, _{zwischen Schütz 14a und} Verbraucher A, so wird

Erde, Schutzleiter 15, Minusklemme des Konden- .., , _c ji on c · „„

-;--=--,.,__ über den Spannungswandler29α Spannung an einen

sa ors. - -. _ Meßkreis gelegt, der sich wie folgt schließt:

Bei geschlossenem, also einen Fehler einschließen- 40

den Meßkreis, wird das Relais 22 erregt und erregt Sekundärseite des Spannungswandler 29 α, Gleichseinerseits das Relais 27. Dieses besitzt sowohl einen richter 30 α, Relais 31 a, Hilfskontakt 35 a, Schutz-Ruhe- als auch einen Arbeitskontakt. In unerregtem widerstand 36», Leitung, Fehlerstelle, Erde, Zustand wird über den. Ruhekontakt ein Pol der Schutzleiter 15, Gleichrichter 30 α, Sekundärseite Leitung 2 auf den Kontakt des Zeitrelais 28 geschaltet, 45 des Transformators 29 a. in erregtem Zustand wird derselbe Leitungspol über

den Arbeitskontakt auf den Arbeitsstromauslöser 6 Durch Schließen dieses Meßkreises wird das Relais

geschaltet, der dadurch anspricht und den Selbst- 31a erregt, öffnet seinen Kontakt und macht damit

schalter 3 öffnet. Da damit das gesamte Netz span- das Relais 32 α spannungslos. Dadurch wird ein Ein_;

nungslos wird, fallen die Schütze 14 a bis 14 d ab. 50 schalten der Schützspule 16 a über den Tastschalter

Liegt der Erdschluß hinter diesen, so wird durch Ab- 34 a verhindert.

fallen der Schütze der Erdschluß meß kreis unter- Ist im Meßkreis kein Fehler vorhanden, so bleibt brochen. Dadurch wird die Erregung des Relais 22 dieser stromlos, und das Relais 31 α wird somit nicht aufgehoben, und dieses Öffnet seinen Kontakt, wo- erregt. Sein Kontakt bleibt geschlossen, und das durch auch die Erregung des Relais 27 abgeschaltet 55 Schütz 14 a kann wieder von Hand über den Tastwird. Dieses schließt daraufhin seinen Ruhekontakt. schalter 34 α eingeschaltet werden. Dadurch wird die Speisespannung für den Motor- Bei besonders wichtigen Abzweigen ist es unter antrieb 4 des Selbstschalters 3 an den Kontakt des Umständen erwünscht, daß diese nach Wiederkehr der Zeitrelais 28 angelegt. Dieses Zeitrelais läuft stets bei Spannung sich selbständig sofort wieder einschalten. öffnung des Selbstschalters 3 an und gibt nach einer 60 Die Schaltung der Schutzvorrichtung 17 d ist für gewissen Zeit, beispielsweise nach 1 bis 2 see, ein einen solchen Fall vorgesehen.

Einschaltkommando für den Motorantrieb 4, der den Der Spannungswandler 29 speist zwei Stromkreise,

Selbstschalter 3 schließt. von denen der erste sich über den Kontakt des Relais

Liegt der Erdschluß zwischen dem Hauptschalter 3 31 d. den Schalter 37 und die Erregerspule des Relais

und den Schützen 18 α bis 18 d, so bleibt das Ablaufen 65 38 schließt. Wird der Schalter 37 geschlossen, so

des Zeitrelais ohne Wirkung, da die Relais 22 und 27 schließt das Relais 38 seinen Kontakt und schaltet die

erregt bleiben und dadurch keine Spannung an den Betätigungsspule 16 d des Schützes 14 d auf das Netz,

Kontakt des Relais 28 gelegt wird. wodurch das Schütz geschlossen und der Ver-

Die Schutzeinrichtungen 17 a bis 17 d an den Ver- braucher D an Spannung gelegt wird. Bei geschlosse-

braucherabzweigen enthalten jeweils einen Spannungs- 7° nem Schalter 37 ist also für das Einschalten des

Schützes 14 if lediglich das Vorhandensein der Netzspannung an seiner Eingangsseite erforderlich.

Der zweite von dem Spannungswandler 29 if gespeiste Stromkreis ist mit den Meßkreisen der Schutzeinrichtungen 17a, 17 b, 17 c sowohl seiner Schaltung als auch seiner Funktion nach identisch. Die in diesem Kreis liegenden Schaltelemente sind daher mit denselben Bezügszeichen wie in den Meßkreisen der Schutzeinrichtungen 17 a, 17 b, 17' c bezeichnet.

An beliebigen Stellen im Netz können Prüfeinrichtungen angeordnet werden, über die jede Phase mit dem Schutzleiter 15 verbunden werden kann, wodurch künstlich Erdschlüsse erzeugt werden können. Auf diese Weise ist eine Überprüfung der Geräte 21 und 22 möglich.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für elektrische Mitteloder Niederspannungsverteilungsanlagen, insbesondere für Untertagenetze, zum Schutz gegen Erdschlüsse mit einer Isolationsüberwachungseinrichtung unmittelbar an oder hinter dem Hauptschalter des zu schützenden Netzes und Erdschlußschutzeinrichtungen für jeden einzelnen Abzweig, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem auftretenden Erdschluß in dem zu schützenden Netz die Isolationsüberwachungseinrichtung am Anfang des Netzes den Hauptschalter des Netzes abschaltet, wodurch die Schalter der einzelnen Abzweige geöffnet werden, und daß nach Wiederkehr der Netzspannung das selbsttätige Schließen des Schalters des gestörten Abzweiges durch seine Schutzeinrichtung gesperrt wird.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Zeitrelais in der Isolationsüberwachungseinrichtung, das innerhalb eines einstellbaren .Zeitraumes ein Einschaltkommando für den Hauptschalter gibt.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wiedereinschaltkommando des Zeitrelais nur wirksam wird, wenn nach dem Abschalten der Abzweigleitungen der Erdschluß durch die Isolationsüberwachungseinrichtung am Hauptschalter nicht mehr erfaßt wird.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsüberwachungseinrichtung ein Relais (27) enthält, das einen Ruhe- und einen Arbeitskontakt besitzt, von dem der erstere auf den Arbeitsstromauslöser (6) des Hauptschalters (3) wirkt und der letztere in dem von dem Zeitrelais gesteuerten Stromkreis liegt.

5. Schutzschaltung nach- Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter für die einzelnen Abzweige elektrisch überwacht werden, wobei die Meßspannung an der Eingangsseite des Schalters abgenommen wird.

6. Schutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung der einzelnen Abzweige durch einen Hilfskontakt des zugehörigen Schalters an den abgeschalteten Abzweigen angeschlossen wird.

7. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Verzweigungsstellen des Netzes für jede Zweigleitung (12, 13) zusätzlich ein Schalter mit Schutzeinrichtungen vorgesehen ist.

8. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren Abzweigen ein gemeinsamer Schalter mit Schutzeinrichtung übergeordnet ist.

9. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtungen einzelner Abzweige derart ausgebildet sind, daß sie nach Wiederkehr der Spannung durch Einschalten des Netzhauptschalters den Schalter des Abzweiges selbsttätig wiedereinschalten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 434 746, 745 234, 214, 511892.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen