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Anregeschaltung für Schutzeinrichtungen mehrphasiger -elektrischer
Systeme Für den Schutz von Drehstromleitungen ist es bekannt, die dafür vorgesehenen
Distanzschutzeinrchtung oder Überstromschutzeinrichtungen erst dann anzuregen und
an die fehlerhaften Phasen anzuschließen, wenn ein Fehler aufgetreten :GStA Für
die
Anregung der Schutzeinrichtungen gibt es verschiedene Schaltungen,
die im wesentlichen auf einem Vergleich von Spannung und Strom 'der einzelnen Phasenleiter
basieren und bei Unterschreiten eirB r bestimmten Impedanz die Anregung des Schutzes
veranlassen.
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Bei einer bekannten-Anregeschaitung ist zusätzlich zu der Messung
der Impedanz auch eine Beeinflussung der Ströme und Spannungen der Phasenleiter
untereinander vorgesehen. Bei dieser bekannten Anregeschaltung werden von den Spannungswandlern
und von den Stromwandlern Ströme Gleichrichterin zugeführt, die spannungs- und str....aproportionale
Gleichspannungen bilden. Diese Anordnungen zur Bitdung spannungs- und siromproportionaler
Richtgrößen sind je für sich in Stern geschaltet und an Wicklungen polarisierter
Relais angeschlossen, die ihrerseits ebenfalls in Stern geschaltet sind. In den
meisten Fällen sind beide Sternpunkte durch einen Kopplungs-:widerstand miteinander
verbunden. Die Sternschaltung der polarisierten Relais und der spannungs- und stromproportionalen
Richtgrößen hat den Erfolg, daß auf das polarisierte Relais einer Phase die Spannungen
der übrigen Phasen im auslösenden und die Spannung der eigenen Phase im sperrenden
Sinne wirkt, und daß entsprechend bei den stromproportionalen Richtgrößen der Strom
der eigenen Phase im auslösendem-und die Ströme der übrigen Phasen auf diese
Phase im sperrenden Sinne wirkt. Bei dieser Anregeschaltung hängt
also die Frage, ob ein richtungsempfindliches Schaltelement (polarisiertes Relais)
auslöst, nicht nur von dem Verhältnis von Spannung und Strom der eigenen Phase ab,
sondern die Auslösung
wird außerdem bevorzugt, wenn. die eigene
Spannung im Verhältnis zu den Spannungen der übrigen Phasenleiter gering ist, oder
wenn der eigene Strom im Verhältnis zu den Übrigen Strömen groß ist. Bei dieser
bekannten Schaltung wird also bei einem auftretenden Fehler und entgrechend niedriger
Impedanz der Phasenleiter mit der niedrigsten Spannung und dem größten Strom bevorzugt
ausgewählt. Bei Freileitungen ist es vor allem bei Auftreten eines Erdschlußfehlers
in vielen Fällen üblich, die sogenannte Kurzunterbrechung .durchzuführen. Bei dieser
Kurzunterbrechung wird der fehlerbehaftete Phasenleiter für eine kurze Zeit von
z.B. etwa 0,2 sec! abgeschaltet und anschließend wieder zugeschaltet. Diese Kurzunterbrechung
hat den Sinn, eine endgültige Abschaltung der Leitung bei vorübergehenden Erdschlußfehlezn
zu vermeiden. Durch die kurzzeitige Ausschaltung wird ein evtl. bestehender ErdschluBlichtbogen
auf der Zeitung gelöscht und wenn kein Dauerfehler vorhanden ist, kann die Leitung
schon nach 0,2 sec.. wieder in Betrieb genommen-werden.
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Während der Kurzunterbrechung ist aleo mindestens ein-Phasenleiter
für eine bestimmte Zeit strom- und spannungslos. Dieser lustarid des fehlerbehafteten
Leiters während, der Kurzunterbrechung, also nach Ansprechen des Schutzes, stellt
aber ebenfalls wie ein Fehler eine unsymmetrische Belastung der zu schützenden Zeitung
dar und kann daher dazu führen, daß der Anregeschaltüng infolge der Kurzunterbrechung
ein Fehler vorgetäuscht wird und der Schutz zum.
Abschalten einer
fehlerfreien Phase veranlaßt wird.
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Man könnte nun daran denken, ` zur Unterscheidung, ob eine Kurzunterbrechung
oder ein Fehler auf der Zeitung vorhanden ist, die Anregeschaltung während einer
Kurzunterbrechung unwirksam zu machen. Diese Maßnahme hätte jedoch den entscheidenden
Nachteil, daß ein Fehler, der während der kurzunterbrechung auf den gesunden Phasenleitern
auftritt, nicht mehr erfaßt werden kann und so nur verzögert abgeschaltet-wird.
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Die vorliegende Erfindung zeigt nun einen Weg, wie die Anregeschaltung
der.eingangs genannten Art auch bei Kurzunterbrechung funktionsfähig bleiben kann,
ohne daß eine Fehlanregung in Kauf genommen werden muß. Sie betrifft eine Anregeschaltung
für Schutzeinrichtungen mehrphasiger elektrischer Systeme, die mit einer Einrichtung
zur Kurzunterbrechung einer Zeitungsverbindung ausgerüstet sind, bei der für jede
Phase Anordnungen zur Bildung spannungsproportionaler Richtgrößen einerseits in
Stern und andererseits in Reihe zu ebenfalls in Stern geschalteten richtungsempfindlichen
Schaltelementen (polarisierte Relais) geschaltet sind, so daß das richtungsempfindliche
Schaltelement jeder Phase außer von anderen gegebenenfalls vorhandenen Richtgrößen
von der spannungsproportionalen Richtgröße der eigenen Phase im sperrenden und von
den spannungsproportionalen Richt= größen der übrigen Phasen im auslösenden
Sinn beeinflußt wird. Das. Neue besteht erfindungsgemäß darin, daß in die Anrege-Schaltung
mindestens ein Schaltglied zur Aufhebung der Kopplung
der spannungsproportionalen
Richtgrößen untereinander eingeschaltet ist,, da's während der Dauer einer,Kurzunterbrechung
schaltet und wahrend dieser Zeit die Kopplung der spannungsproportionalen Richtgrößen
aufhebt.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in Pig: 1 dargestellt: Von nicht gezeichneten
Spannungswandlern werden die Spannungen UR, US und UT abgenommen und den Wechsels
tromanschlüssen von Gleichrichtern 1, 2 und 3 zugeführt; Die Gleichströmanschlüsse
dieser Gleichrichter sind an Widerstände 4, 5 fand 6 angeschlossen, an denen dadurch'spannungsproportionale
Gleichspannungen als Richtgrößen abgreifbar sind. Die Widerstände 4, 5 und 6 sind
zu einem Sternpunkt 7 zusammengeschAltet und an polarisierte Relais 8, 9 und 10
angeschlossen. Die polarisierten Relais 8, 9 und 10 haben je eine weitere,,Kicklung
zum Anschluß stromproportionaler Richtgrößen. Dieser Anschluß muß aber. nicht unbedingt
vorhanden sein. Die übrigen Enden der Wicklungen der polarisierten Relais 8, 9 und
10 sind ebenfalls zu einem Sternpunkt 11 zusammengefaßt. Beide Sternpunkte sind
über einen Kopplungswiderständ 12 und eine Zenerdiode 13 miteinander verbunden.
Die Wirkungsweise dieser bis dahin bekannten Anordnung ist folgendermaßen: Jede
Spannung an einem der Widerstände 4, 5 und 6 beeinflußt das zugehörige und in Reihe
geschaltete Relais 8, 9 oder10 im sperrenden Sinne. Wenn jedoch die Spannung im
Widerstand 4
wesentlich geringer ist als die Spannungen in den Widerständen
5 und 6, so entsteht eine erhöhte Gegenspannung zwischen den Sternpunkten 7 und
11, so daß der Strom in der Wicklung des polarisierten Relais $ stark vermindert
wird,-oder - wenn die Spannung am Widerstand 4 sehr gering ist -'sogar umgekehrt
werden kann. Dieser Kopplungseffekt-bewirkt, daß das polarisierte Relais einer Phase
abhängig von den Spannungen der übrigen Phasen beeinflußt wird, er hat im
Normalfall bei Auftreten eines Fehlers den Vorteil, daß die Anregesch,-ltung sehr
empfindlich ist und in allen Fehlerfällen die richtige Phase auswählt. Wenn jedoch
infolge eines Fehlers auf einer Phasenleitung z.B. die Spannung UR zusammengebrochen
war und anschließend nach Anregung und nach Auslösung des der Anregeschaltung
nachgeschalteten Schutzes infolge einer Kurzunterbrechung die Phasenleitung R abgeschaltet
wird, so wird nach Abschaltung dieser Phasenleitung die Spannung UR
Null sein. Dies hat zur Folge,.daß von den Spannungen an den Widerständen 5 und
6 in der Anregeschaltung nach Fig. 1 ein Auslösestrom über die in Reihe zum Widerstand
4 geschaltete Wicklung des polarisierten Relais 8 fließt und eine erneute Anregung
des Schutzes bewirkt, obgleich möglicherweise kein Fehler auf der Zeitung mehr vorhanden
ist.
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Um dieses Fehlansprechen der Anregeschaltung zu vermeiden, ist dem
Widerstand 12 zwischen den Sternpunkten 7 und 11 ein Kontakt 14
parallelgeschaltet.
Dieser Kontakt ist beispielsweise der Kontakt eines Relais, dessen Wicklung dem
Schutz nachgeschaltet ist, der
die Kurzunterbrechung einleitet.
Durch Schließen des Kontaktes 14 während der Kurzunterbrechung wird gewährleistet,
daß die Spannung zwischen den Sternpunkten 7 und 11 nur noch einen sehr geringen
Betrag ausmacht. Dadurch wird auch der von den Widerständen 5 und 6 bei.einer Kurzunterbrechung
gelieferte Auslösestrom auf das polarisierte Relais 8 erheblich vermindert. Man
kann den Kontakt .14@auch parallel zu der Reihenschaltung des Widerstandes 12 und
der 2enerdiode 13 schalten; in diesem Fall würde die Kopplung der spannungsproportionalen
Richtgrößen auf den Wert Null vertu indert. Während nach Schließen des Kontaktes
14 bei dem angenommenen Fehler in der Phase R das polarisierte Relais 8 nicht mehr
ansprechen kann, da einerseits kein Auslösestrom von den Spannungen. an den Widerständen
5 und 6 über das Relais 8 .fließt und da weder eine Spannung- UR, noch ein Strom
in dem betreffenden Phasenleiter vorhanden ist. Während dieser Zeit sind aber beide
polarisierte Relais 9 und 10 voll funktionsfähig; sie besitzen nur nicht
mehrdie Eigenschaft, daß außer der Spannung der eigenen Phase auch die Spannung
der anderen Phase einen Einfluß auf den Auslösezeitpunkt hat, In Fig. 2 ist ein
zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Anstelle des Kontaktes 14 in der Verbindungsleitung
zwisohen zwei Sternpunkten ist in Fig. 2 zur Entkopplung der Strompfade jedem polarisierten
Relais 8, 9 und 10 eine Diode 15, 16 und 17 parallel.
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geschaltet, während in Reihe zu der Wicklung, die mit den Widerständen
4, 5 und 6 der spannungsproportionalen Richtgrößen
verbunden
ist, ebenfalls parallel zu den Dioden 15, 16 und 17 ,weitere Dioden 18,.19
und 20 mit entgegengesetzter Stromdurchlaßrichtung eingeschaltet sind. Durch diese
Diodenschaltung parallel und in Reihe zu jedem polarisierten Relais wird erreicht,
daß bis zum Erreichen des Wertes Null des Stromes in einem der polarisierten Relais
8, 9 oder 10 die Kopplung voll erhalten bleibt, während eine Umkehrung des Stromes
in der Wicklung, die in Reihe zu den spannungsproportionalen Richtgrößen geschaltet
ist, nicht möglich ist. Bei Umkehrung des Stromes, also dann, wenn die Spannung
der eigenen Phase praktisch Null und die Spannung der anderen Phasen recht groß
ist, sperrt -die Diode 18,während die Diode 15 parallel zum polarisierten Relais
8 durchlässig wird. Hierdurch wird erreicht, daß zwar ein umgekehrter Strom
fließt, jedoch diese Stromumkehr keinen Einfluß auf das polarisierte Relais 8 nimmt,
so daß ebenfalls im Falle der Kurzunter-Brechung, wenn nämlich z.B. in der Phase
R kein Strom und keine Spannung vorhanden ist, keine Fehlanregung mehr erfolgen
kann. Ein drittes Ausführungsbeispiel für den Erfindungsgegenstand ist in Fig. 3
dargestellt. Hier sind wieder die polarisierten Relais 8, 9 und 10 mit dem
Sternpünkt 1i und einer Verbindungsleitung zwischen den Beiden Sternpunkten
11 und ? dargestellt. In die Verbindungsleitung ist wiederüift der widerstand 12
in Reihe ±u einer Zenerdiode 13 eingeschaltet. Parallel "zur Zenerdöde 13 und zum:
Widerstand 12 liegt der Emitter-Kollektcr-Kreis eines
Transistors
21, der hier anstelle des Kontaktes 14 der Fig. 1 die, Entkopplung durch Kurz schließen
des Kopplungswiderstandes 12 und der Zenerdiode 13 erreichen soll. Der Steuerkreis
des Transistors 21 zwischen Emitter und Basis ist an den Kollektor eines Transi-.
stors 22 angeschlossen. Der Transistor 22 bildet zusammen mit einem Transistor 22a
eine Kippschaltung. Die Beschreibung der gegenseitigen Verbindungen beider Transistoren
kann unterbleiben, da derartige Kippschaltungen=allgemein bekannt sind. Die Transistoren
22 und 22ä` sind voneinander iso abhängig, daß jeweils einer im leitenden und der
andere im gesperrten Zustand-ist. Die Eingangssteuerleitung -zum Transistor 22 ist-über
einen Kondensator 23 und eine Gleichrichterachaltung 24 an die Sekundärwicklung
eines Transformators 25 angeschlossen, dessen Primärwicklung von einem dem Nullstrom
der Verbindungsleitung 10 proportionalen Wert beaufschlagt wird. Zur Erzielung eines
Primärstromes, der dem Nullstrom der Verbindungsleitung entspricht, ist beispielsweise
die Primärwicklung des Transformators 25-in die Sternpunkt-Erdverbindung des Stromwandlersatzes
der Verbindungsleitung eingeschaltet. Der Eingangsanschluß des Transistors 22a.-ist
mit einem Trans= formator 26 verbunden, dessen Primärwicklung einerseits an ein
festes Potential und andererseits über Sperrdioden 27, 28 und' 29 an die Auslöseleitung
einer Schutzeinrichtung angeschlossen ist, die die Kurzunterbrechung der Verbindungsleitung
einleitet. An die Gleichstromklemmen des Gleichrichters 24 ist außerdem ein Belastungswiderstand
30 angaschlössen@, der den vom Transformator 25 übertragenEn und im Gleichrichter
24 gleichgerichteten
Nullstrom in eine zum Nullstrom proportionale
Spannung umwandelt. Diese Spannung wird gleichzeitig als Speisespannung der Transistorkippschaltung
verwendet. Dazu' sind die Speisespannungsanschlüsse 31 und 32 an die Enden des Widerstandes
30 angeschlossen.
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Die beschriebene Schaltung hgt folgende Wirngweise: Wenn in
der Verbindungsleitung ein Fehler auftritt-, der einen Nullstrom-zur Folge hat,
so wird über den Transformator 25 und den Gleichrichter 24 eine Spannung an den
Widerstand 30 gelegt. . Diese Spannung hat über den Kondensator 23 einen Spannungsimpuls
an der Basis des Transistors 22 zur Folge, so daß der Transistor 22 leitend wird
und der Transistor 21 sowie der Transistor 22a gesperrt ist. Es wird also-jedesmal,
wenn die Speisespannung eingeschaltet wird, die Kippschaltung in eine definierte
Zage gebracht. Da der Transistor 21 gesperrt ist, kann die Anregeschaltung mit den
polarisierten Relais 8, 9 und 10 mit gewohnter Empfindlichkeit ansprechen und die
fehlerbehaftete Leitung an den Schutz melden. Liegt der gemeldete Fehler innerhalb
der geschützten Strecke, so spricht der angeregte Schutz an und es kommt über eine
der Sperrdioden 27, 28 oder 29 ein Spannungeimpuls an die Primärwicklung des Transformators
26, so daß damit der Transistur 22a leitend und der Transistor 22 gesperrt wird.
Die Sperrung des Transistors 22 hat zur Folge, daß der Transistor 21 leitend
wird.und den Widerstand 12 mit der dazu in Reihe geschalteten Zenezdiode 13 überbrückt.
Zwischen
Basis und Emitter des Transistors 21. ist ein-Kondensator 34 in Reihe zu einem spannungsabhängigen
Widerstand 33, bestehend-aus einem ohmschen Widerstand und einer dazu parallel .geschalteten
Diode, geschaltet: Diese Reihenschaltung von Kondensator 34 und spannungsabhängigem
Widerstand 33 is.t nun so abgestimmt, das der Transistor 2't erst dann schaltet,
wenn aufgrund des "Aus"-Kommandos des Schutzes die Kurzunterbrechung begonnen hat.
Die Zeitkonstante dieses Kreises ist also auf die jeweilige Auslösezeit des Leistungsschalters
abzustimmen.
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Aus den drei Ausführungsbeispielen ist zu entnehmen, das der der vorliegenden
Erfindung zugrundeliegende Gedanke - die Entkopplung der richtungsempfindlichen
Schaltglieder für eine Anregeschaltung während einer Kurzunterbrechung - unter Ausnutzung
verschiedener bestimmter Spannungs- und Stromwerte durchgeführt werden kann, die
sich bei der Kurzunterbrechung eisteilen. Die weitgehende oder vollständige Entkopplung
der richtungsempfindliehen Schaltelemente von den Strömen, die durch die spannungsproportnnalen
Richtgrößen der vom Fehler nicht betroffenen Phasen induziert werden, bei einer
Kurzunterbrechung ermöglicht es, die Anregeschaltung auch während der Kurzunterbrechung
betriebsfähig zu halten, ohne das die Gefahr einer Fehlanregung besteht.