DE577158C - Phasenwaehlanordnung fuer Dreiphasen-Schutzsysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schutzsysteme für Dreiphasenkreise, die allgemein als Impedanz- u. dgl. Schutzsysteme bekannt sind und deren Arbeiten davon abhängt, daß die Impedanz, Reaktanz und Resistanz des geschützten Kreises zwischen Störstelle und Schutzrelais annähernd proportional dem Abstand der Störstelle vom Relais ist. Bei derartigen Systemen ist eine Anzahl von zeitabhängigeh Schutzrelais oder von Gruppen derartiger Relais an den Enden der geschützten Abschnitte angeordnet, und die Relais dienen dazu, einen Distanzschutz für die Abschnitte dadurch zu erzielen, daß man sie so anordnet, daß die Arbeitszeit jedes Relais proportional der Impedanz oder einem anderen Quotienten elektrischer Größen der Leitung ist. Es ist bei solchen Systemen üblich, daß die Zeitrelais normalerweise abgetrennt und beim Eintreten eines Fehlers durch Anregerelais eingeschaltet werden; aber bei einer Mindestzahl von Anregerelais (nämlich eins für Erdschlüsse und drei für Phasenkurzschlüsse) besteht die Gefahr einer unbeabsichtigten Auslösung durch Anschließen der Zeitrelais an gesunde Phasen statt an die * gestörte Phase oder Phasen.

Die Erfindung will eine einfache und zufriedenstellend arbeitende Phasenwählanordnung schaffen, mit der sich erreichen läßt, daß die Zeitrelais bei einem System der geschilderten Art beim Einschalten in den Stromkreis nur von der gestörten Phase oder den gestörten Phasen erregt werden.

Es sind schon mancherlei Phasenwählanordnungen in Vorschlag gebracht worden, bei denen die Bestimmung der richtigen Phase oder Phasen zur Erregung der Zeitrelais dadurch bewirkt wird, daß man die Spannungen oder Ströme der verschiedenen Phasen in einem oder mehreren Differentialrelais vergleicht. Bei solchen Anordnungen werden Erdschlüsse und Phasenkurzschlüsse vorzugsweise getrennt behandelt; es ist ein getrenntes Phasenwählrelais oder eine Phasenwählrelaisgruppe für jede der beiden Arten von Fehlern vorgesehen. Offenbar ist es aber von großer Wichtigkeit, daß der Fehler mit möglichst geringer Zeitverzögerung festgestellt wird, und es hat sich gezeigt, daß die Differentialrelais, die bei den bekannten Phasenwählanordnungen nötig sind, nicht rasch genug für den Zweck arbeiten, wenigstens wenn Erdschlüsse vorliegen,

Die Phasenwählanordnung gemäß der Erfindung weist drei Phasenwählrelais mit heb- und senkbarem Anker auf, die je nach der Größe der Erdspannung einer Phase des geschützten Kreises (bei einer Anordnung zum Auswählen der Erdschluß aufweisenden Phase) oder je nach der Größe der Spannung zwischen zwei Phasen des geschützten Kreises (im Fall einer Anordnung zum Auswählen to eines Phasenkurzschlusses) wirksam werden und deren Kontakte derart miteinander verbunden sind, daß das Arbeiten jedes Relais unwirksam bleibt, wenn auch das in einer festgelegten Phasenfolge benachbarte Relais arbeitet. Zweckmäßig ist jedes Phasenwählrelais normalerweise erregt und kommt zur Wirkung, wenn die entsprechende Spannung unter einen bestimmten Wert sinkt, wobei es einen Satz normalerweise geschlossener Konao takte öffnet und einen Satz normalerweise offener Kontakte schließt. Die Phasenwählrelais können selbst unmittelbar die Erregungen der Zeitrelais steuern. Zwecks Vermeidung einer verwickelten Kontaktanordnung ist es jedoch gewöhnlich vorzuziehen, daß diese Steuerung mit Hilfe von Hilfsgleichstromkontaktvorrichtungen bewirkt wird. Eine Erdschlußphasen-Auswählvorrichtung gemäß der Erfindung enthält zweckmäßig einen Spannungstransformator an dem geschützten Kreise mit sterngeschalteter Sekundärwicklung, drei Phasenwählrelais, die zwischen die drei Phasen dieser Sekundärwicklungen und den Sternpunkt geschaltet sind, und drei Hilfsgleichstromkontaktvorrichtungen, von denen je eine je einem Phasenwählrelais zugeordnet ist und deren Erregungskreis durch normalerweise offene Kontakte des zugeordneten. Phasenwählrelais und durch normalerweise geschlossene Kontakte des nächsten Phasenwählrelais gesteuert wird; die Kontakte der drei Hilfsgleichstromkontaktvorrichtungen überwachen den Erregungskreis der Spulen des einzigen Erdschlußzeitrelais.

Eine im allgemeinen analoge Anordnung kann für Kurzschlußphasenauswahl unter entsprechender Änderung des Erregungskreises der drei Phasenwählrelais verwendet werden; um aber in diesem Falle dem Dreiphasenkurzschlußzustand Rechnung zu tragen, ist vorzugsweise jedes Phasenwählrelais mit einem weiteren Satz normalerweise offener Kontakte versehen, die in Reihe miteinander in einem zweiten Erregungskreis für eine der Hilfsgleichstromkontaktvorrichtungen geschaltet sind.

Die beschriebene Anordnung ist auch für den Schutz anderer Kreise verwendbar, ist aber insbesondere bestimmt für eine Übertragungsleitung, die von einem Generator gespeist wird, dessen Nullpunkt über einen Widerstand geerdet ist. In manchen Übertragungssystemen wird jedoch der neutrale Punkt unmittelbar statt über einen Widerstand geerdet, und es wurde festgestellt, daß in solchen Fällen die neue Anordnung unter gewissen Umständen nicht richtig arbeiten kann. Diese Schwierigkeit läßt sich jedoch dadurch beseitigen, daß man die Anordnung so abändert, daß der Fehlerstrom benutzt wird, das Arbeiten des in der Phasenfolge nächsten Relais zu verhüten. Dies läßt sich auf verschiedene Weise erreichen. In einer bevorzugten Anordnung ist jedes Phasenwählrelais mit einer Hilfswicklung versehen, die von dem Strom erregt wird, der in der Phase fließt, die dem vorhergehenden Relais in der Phasenfolge zugeordnet ist.

Die Zeichnungen veranschaulichen schematisch beispielsweise einige zweckmäßige Phasenwählanordnungen gemäß der Erfindung, und zwar zeigt

Abb. ι eine Anordnung zur Auswahl einer Phase mit Erdschluß,

Abb. 2 eine einfache Form einer Übertragungsleitung, auf welche das Schutzsystem mit der Phasenwählanordnung nach Fig. 1 besonders anwendbar ist,

Abb. 3 eine Wählanordnung für den Kurz-Schluß analog der Anordnung nach Fig. 1,

Abb. 4 eine Abänderung der in Fig. 1 wiedergegebenen Anordnung zur Auswahl der Phase mit Erdschluß.

Bei der Anordnung nach Abb. 1 werden drei Phasenrelais B, C, D verwendet, von denen je eines jeder Phase des geschützten Kreises A¹, A², Α^Ά zugeordnet ist. Jedes der drei Relais besitzt eine einzige Spule auf einem magnetischen Kern, dessen Anker ein Kontaktpaar B¹ bzw. C¹ oder D¹ verbindet, wenn die Spule erregt ist, und ein anderes Kontaktpaar B² bzw. C² oder D², die er bei aberregter Spule verbindet. Die Spule jedes Phasenwählrelais ist mit einer Klemme an den Sternpunkt Eⁱ der Sekundärwicklung E¹, E², E³ eines Spannungstransformators angeschlossen, dessen Primärwicklung E an den geschützten Kreis angeschlossen ist. Die andere Klemme jedes Relais ist mit dem freien Ende der Spannungstransformatorsekundärwicklung der zugeordneten Phase in Verbindung. Somit wird jedes Phasenwählrelais entsprechend der Erdspannung der zugeordneten Phase des geschützten Kreises erregt, und es ist so eingestellt, daß sein Anker normal angehoben ist, jedoch fällt, wenn die entsprechende Spannung unter einen bestimmten Wert absinkt. Es ist zu bemerken, daß ein Relais der beschriebenen einfachen Elektromagnetbauart außerordentlich rasch wirkt; es laßt sich so herstellen, daß es unter

günstigen Verhältnissen in weniger als ¹^₀ Sekunde arbeitet.

Die Kontakte der drei Phasenwählrelais überwachen die Erregungskreise von drei Hilfsgleichstromkontaktvomchtungen G¹, G~, G³ (eine für jede Phase), die ihren Erregungsstrom von einer Gleichstromquelle F beziehen. Der Erregungskreis jeder Gleichstromkontaktvorrichtung enthält außer den

ίο Kontakten H eines Erdschlußanregerelais (das immer wirkt, wenn ein Erdschluß eintritt) die normalerweise offenen Kontakte des Phasenwählrelais der entsprechenden Phase und die normalerweise geschlossenen Kontakte des in einer festgelegten Phasenfolge benachbarten Phasenwählrelais. Somit wird die Gleichstromkontaktvorrichtung G¹ in der Phase A¹ gesteuert durch die normalerweise offenen Kontakte B² des Phasenwählrelais B in der Phase A¹ und die normal geschlossenen Kontakte D¹ des Phasenwählrelais D in der in der Phasenfolge vorhergehenden Phase A³. Betrachtet man eine einfache Übertragungsleitung (Abb. 2), die von einem Generator / gespeist wird, dessen neutraler Punkt über einen Widerstand J¹ geerdet ist, so wird beim Auftreten eines Erdschlusses beispielsweise am Punkt L der Phase A¹ an der vom Generator / abgekehrten Seite der Schutzrelaisstation der Strom in der Phase A¹ der Spannung in dieser Phase nacheilen, und die Spannung in der Phase wird um einen Betrag fallen, der dem Spannungsabfall aus dem Strom in der Phase A¹ in dem Teil des Kreises zwisehen Schutzrelaisstation K und Generator / sowie in der Nullpunktverbindung J¹ des Generators entspricht. Der Spannungsabfall der Verbindung 7¹ wird auch die Spannungen an den anderen beiden Phasen beeinflussen; der in der Phasenfolge nächstfolgenden Phase A² wird etwas verringert und der in der Phasenfolge vorhergehenden Phase A^s etwas erhöht. · Demnach wird beim Eintreten eines solchen Erdschlusses das Phasenwählrelais B in der Phase A¹ arbeiten und das Relais D in der Phase A³ unwirksam bleiben. Bei dem Relais C in der Phase A² hängt es von der Stärke des Schlusses ab, ob es zur Wirkung kommt oder nicht. Wenn das Phasenwählrelais B in der Phase A¹ allein arbeitet, so wird die entsprechende Gleichstromkontaktvorrichtung G¹ erregt, während die beiden anderen Vorrichtungen G² und G³ unerregt bleiben. Wenn die Phasenwählrelais B und C in den Phasen A¹ und A² arbeiten, so wird die Gleichstromkontaktvorrichtung G¹ in der Phase A¹ noch zur Wirkung kommen, weil sie von den Kontakten des Phasenwählrelais C in der Phase A² nicht be-

6q einflußt wird. Die Gleichstromkontaktvorrichtung G² in der Phase A² aber wird unwirksam bleiben, weil ihr Erregungskreis vom Kontakt B¹ durch Arbeiten des Phasenwählrelais B in der Phase A¹ unterbrochen wird. Somit wird in jedem Falle die einzige Kontaktvorrichtung, die arbeitet, die sein, welche der gestörten Phase A¹ zugeordnet ist. Gleiche Erwägungen gelten auch für die Fälle, daß der Schluß in anderen Phasen eintritt. Man erkennt also, daß die Anordnung so getroffen ist, daß sichergestellt wird, daß bei einem Erdschluß nur die Kontaktvorrichtung in der gestörten Phase zur Wirkung kommt.

Jede Gleichstromkontaktvorrichtung G¹, G- oder G³ weist eine Anzahl von Kontakten auf, die die Erregungskreise der Spulen eines einzigen Erdschlußzeitrelais und weiter zugeordnete Stromkreise steuern, die erforderlich werden können. Das Zeitrelais ist vorzugsweise von der Bauart mit Strom- und Spannungsspulen und einem veränderlichen Widerstand unter -Einwirkung eines Zeitwerkes im Stromkreis der Spannungsspulen. In diesem Falle werden die Anschlüsse der Strom- und Spannungsspulen des Zeitrelais mit den entsprechenden Phasen der Sekundärwicklungen von Strom- und Spannungswandlern des geschützten Kreises durch Kontakte der drei" Gleichstromkontaktvorrichtungen G¹, G², G³ verbunden; weitere Kontakte an diesen Vorrichtungen überwachen zweckmäßig den Auslösekreis sowie einen Kreis zum Ingangsetzen des Zeitwerkes, das den veränderlichen Widerstand steuert.

Bei den meisten bekannten Systemen wird zwar die Wirkung eines Erdschlusses an einer Phase so sein wie oben beschrieben wurde; es ist aber auch möglich, ein System zu haben, bei welchem die Spannung der nacheilenden Phase wächst und die der voreilenden Phase abfällt, wenn ein Fehler entsteht. Einem solchen Fall kann leicht dadurch Rechnung getragen werden, daß man die Kontakte der Phasenauswählrelais in der entgegengesetzten Phasenfolge untereinander verbindet.

Die beschriebene Erdschlußphasenauswählanordnung kann auch zusammen mit einer im allgemeinen gleichartigen, bei Kurzschluß zwischen den Phasen zur Wirkung kommenden Phasenauswählvorrichtung verwendet werden, oder bisweilen wird eine Kurzschlußphasenauswählvorrichtung bevorzugt, bei der eine einzige differentiell beeinflußte Phasenauswählrelaiseinrichtung verwendet wird, deren beide Arbeitsspulen nach Maßgabe der Ströme in zwei der Phasen des geschützten Kreises erregt werden. Das Kontaktglied dieser Vorrichtung hat drei Arbeitsstellungen, deren eine es normal sowie auch dann einnimmt, wenn der Schluß zwischen den beiden Phasen erfolgt, die die Schalt-

spulen speisen, während die »beiden anderen eingenommen werden, wenn der Kurzschluß zwischen den beiden anderen Phasenpaaren erfolgt.

Im ersten Fall (Abb. 3) kann die Kurzschlußphasenauswählvorrichtung drei Phasenauswählrelais M, N, 0 der einfachen, obenbeschriebenen Elektromagnetbauart aufweisen, deren Arbeitsspulen von den Sekundärwicklungen E^E¹, E^x-E², E²-E^s der Spannungswandler aus erregt werden. Jedes Phasenauswählrelais hat normal geöffnete und normal geschlossene Kontakte Jkf², JIi¹ bzw. IV², JV¹ oder O², O¹, die in der obenbeschriebenen Weise untereinander für Erdschlußphasenauswahl mit den Kontakten der anderen Relais in den Erregungskreisen von Hilfsgleichstromkontaktvorrichtungen P¹, P², P³ verbunden sind; außerdem sind sie noch mit einem weiteren Paar von Kontakten M³ bzw. JV³ oder O³ versehen, die bei erregtem Relais geöffnet sind.

Diese weiteren Kontakte JVi³, N³, O³ an den drei Relais sind hintereinander in einem Eras satzerregungskreis für eine der drei Gleichstromkontaktvorrichtungen P¹ angeordnet. Sie dienen dazu, daß eine der Gleichstromkontaktvorrichtungen; in Tätigkeit tritt, wenn ein' Dreiphasenkurzschluß eintritt. Es finden drei Phasenschlußanregerelais Verwendung, und ihre Kontakte H¹, H², H³ beherrschen die Erregungskreise der drei Gleichstromkontaktvorrichtungen P¹, P², P³.

Die Kontakte dieser Vorrichtung P¹, P², P³ beherrschen die Erregungskreise für die Strom- und Spannungsspulen der Zeitrelais für Phasenkurzschlüsse, und auch den Abstellkreis sowie den Anlaßkreis des Zeitwerkes, das die veränderlichen Widerstände der Zeitrelais steuert. Es kann eine symmetrische Anordnung der drei Zeitrelais, die von den drei Gleichstromkontaktvorrichtungen gesteuert werden, Verwendung finden. Es ist aber auch möglich, das gewünschte Ergebnis mit nur zwei solcher Relais zu erreichen, von denen das eine Kurzschlüsse zwischen den Phasen ^¹ und A² oder zwischen den Phasen A¹ und A³ überwacht, während das andere für Kurzschlüsse zwischen den Phasen A² und A³ dient.

Abb. 4 zeigt eine Abänderung der Schaltung nach Abb. 1 für den Fall einer Übertragungsleitung, in welcher der neutrale Punkt am Generator unmittelbar statt über einen Widerstand J¹ (Abb. 2) geerdet ist. In diesem Falle ist kein Spannungsabfall in der Nullpunktverbindung beim Eintreten eines Erdschlusses vorhanden. Wenn also ein sol-■ eher Schluß entsteht, so werden die Spannungen weder in der voreilenden noch in der nacheilenden Phase zunehmen, sondern im Gegenteil bisweilen etwas abfallen. Dies kann möglicherweise zu einem unrichtigen Arbeiten der Phasenwählanordnungen führen. Dieser Gefahr wird völlig durch die Abänderung nach Abb. 4 vorgebeugt, die sich von der Schaltung nach Abb. 1 nur dadurch unterscheidet, daß jedes der Phasenwählrelais B bzw. C oder D mit einer Hilfswicklung Bⁱ bzw. C⁴ oder D⁴ versehen ist. . Die Hilfswicklungen brauchen nur aus wenigen Windungen zu bestehen; sie werden von den sterngeschalteten Sekundärwicklungen Q¹, Q², Q³ von Stromwandlern der Leitungen A¹, A², A³ erregt, und zwar liegt die Wicklung Bⁱ zwischen der Sekundärwicklung Q² und dem Sternpunkt Q⁴, die Wicklung C⁴ zwischen der Sekundärwicklung Q³ und dem Sternpunkt Q⁴ und die Wicklung D⁴ zwischen der Sekundärwicklung Q¹ und dem Sternpunkt Q⁴. Es ist naturgemäß wesentlich, daß die Hilfswicklung im richtigen Sinne angeschlossen wird, damit der gesamte Kraftfluß im Relaiskern wächst. Beim Erdschluß in der Phased¹ ζ. B. wird die Hilfswicklung D⁴ stark erregt und hindert also den Anker des Relais D die Kontakte D¹ zu öffnen, so daß eine richtige Erregung der Kontaktvorrichtung G¹ durch Entregung des Relais B sichergestellt ist. Ob das Relais C arbeitet oder nicht ist unwesentlieh, denn es kann keinen Arbeitskreis herstellen, wenn das Relais B entregt und das Relais D erregt ist.

Eine der Schaltung nach Abb. 4 ganz analoge Abänderung kann auch für die bei Phasenkurzschlüssen arbeitende Phasenwähleinrichtung nach Abb. 3 verwendet werden. Es sei hier daran erinnert, daß der Strom in der Phased¹ der Spannung A³-A^ entspricht, der Strom in*der Phased² der SpannungA^x-A² ιοΌ und der Strom in der Phase A³ der Spannung A²-A³. Wenn also Hilfsstromwicklungen auf den Relais M, JV, 0 (Abb. 3) angebracht werden, so wird die des Relais M. von der Phase A², die des Relais JV von der Phase A³ und die des Relais 0 von der Phase A¹ erregt.

Man sieht, daß bei dieser Abänderung, sei es in Anwendung auf die Erdschlußanordnung nach Abb. 1 oder auf die Phasenkurzschlußanordnung nach Abb. 3, die zwischen no Strömen und Spannungen vorhandene Beziehung der Anordnung der Relaiskontakte entsprechen muß. In der bevorzugten Anordnung hat jedes Relais einen Satz von normalerweise offenen und einen Satz von nor- n₅ malerweise geschlossenen Kontakten; jene sind der gleichen Phase oder den gleichen Phasen zugeordnet wie die Spannungswicklung des Relais und diese der gleichen Phase wie die Stromwicklung des Relais.

Die dargestellten Schaltungen sind nur als Ausführungsbeispiele zu betrachten.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ι. Phasen wählanordnung

   für Dreiphasen-, Impedanz- o. dgl. Schutzsysteme, dadurch gekennzeichnet, daß^: die Kontakte von drei Phasenauswählrelais mit heb- und senkbarem Anker, die bei Erdschlußphasenauswählvorrichtungen von der Erdspannung einer Phase des geschützten Kreises oder bei Kurzschlußphasenaus-Wählvorrichtungen von der Spannung zwischen zwei Phasen des geschützten Kreises erregt werden, derart miteinander verbunden sind, daß das Arbeiten jedes Relais (B oder C oder D) wirkungslos bleibt, wenn auch das in einer festgelegten Phasenfolge benachbarte Relais (D oder B oder C) arbeitet.
2. 2. Phasenwählanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Phasenwählrelais normal erregt ist und beim Auftreten eines Fehlers, wenn die entsprechende Spannung unter einen festgelegten Wert sinkt, die normalerweise geschlossenen Kontakte öffnet und weitere normalerweise geöffnete Kontakte schließt.
3. 3. Phasenwählanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die normalerweise offenen Kontakte des einen Relais in Reihe mit den normalerweise geschlossenen Kontakten des der Phase nach nächstfolgenden Relais geschaltet sind und daß über diese Kontakte eine Hilfskontaktvorrichtung erregt wird, deren Kontakte die Erregung von Zeitrelais steuern. ■
4. 4. Phasenwählanordnung nach Anspruch 3 für Kurzschlußphasenauswählvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Phasenauswählrelais weitere normalerweise offene Kontakte aufweisen, die in einem besonderen Erregungskreis für eine der Hilfskontaktvorrichtungen derart hintereinander liegen, daß diese Hilfskontaktvorrichtung nur dann erregt wird, wenn alle drei Phasenauswählrelais gleichzeitig wirken.
5. 5. Phasenwählanordnung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten eines Fehlers, der ein Phasenwählrelais zur Wirkung bringt, der Phasenfehlerstrom mit dazu herangezogen wird, das· Arbeiten des in der Phasenfolge nächsten Relais zu verhüten.
6. 6. Phasenwählanordnung nach Anspruch -5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Phasenwählrelais mit einer Hilfswicklung ausgestattet ist, die vom Phasenstrom der dem in der Phasenfolge vorausgehenden Relais zugeordneten Phase erregt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen