DE599208C - Schutzschaltung mit wattmetrischen, vom Summenstrom und der Nullpunktsspannung erregten Erdschlusszeitrelais - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 3. JULI 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 68 so

erregten Erdschlußzeitrelais

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. August 1929 ab

Die bekannten Schutzschaltungen, die dazu dienen sollen, bei Auftreten eines Kurzschlusses nur die fehlerhafte Leitungsstrecke abzuschalten, arbeiten gewöhnlich nicht einwandfrei, wenn der Kurzschluß durch einen Doppelerdschluß entstanden ist; denn in diesem Falle können die beiden Erdschlußstellen in verschiedenen Leitungsstrecken ziemlich weit voneinander entfernt liegen, ein Fall, für den die Kurzschlußrelais, insbesondere die bekannten Distanzrelais, gewöhnlich nicht eingerichtet sind. Aufgabe der Erfindung ist es daher, auch einen Doppelerdschluß so abzuschalten, daß nicht mehr Leitungsstrecken als notwendig stromlos werden.

Zu diesem Zwecke ist gemäß der Erfindung ein vom Summenstrom aller drei Phasenleitungen und von der Nullpunktsspannung beeinflußtes wattmetrisches Erdschlußrelais vor-

ao gesehen, das zum Auslösen der Schalter eingerichtet ist und nicht, wie sonst bei Erdschlußrelais vielfach üblich, nur eine Anzeigevorrichtung in Tätigkeit setzt, und das außerdem nur bei Auftreten eines Doppelerdschlusses in Tätigkeit tritt.

Läßt man es z. B. nur dann anlaufen, wenn der Strom in irgendeiner Phase über dem normalen Betriebsstrom liegt, so kann es bei einfachem. Erdschluß in nur mittelbar geerdeten oder gelöschten Netzen im allgemeinen nicht ansprechen. Auch bei Kurzschluß führt es nicht zur Abschaltung, da bei Kurzschluß weder ein Summenstrom noch eine Nullpunktsspannung vorhanden ist und es ohne diese nicht wirksam wird. Handelt es sich um besonders ausgedehnte Netze, bei denen der kapazitive Erdschlußstrom, auch bei einfachem Erdschluß schon über der normalen Betriebsstromstärke liegt, so werden die Auslöseeinrichtungen zweckmäßig so eingestellt, daß das Relais erst bei einem Strom anlaufen kann, der über diesem kapazitiven Erdschlußstrom liegt. Es stehen aber auch noch andere Mittel zur Verfügung, um die dem Relais zugedachte Wirkung auf Doppelerdschluß zu beschränken.

Solche über das ganze Netz verteilten Erdschlußzeitrelais erhalten nun gemäß der Erfindung eine derart abhängige Auslösezeit, daß bei Doppelerdschluß nur dasjenige Erdschlußzeitrelais eine Abschaltung herbeiführt, das einer der beiden Fehlerstellen, insbesondere der von der Stromquelle am weitesten entfernten Fehlerstelle, benachbart ist.

Das Ausführungsbeispiel eines Erdschlußzeitrelais gemäß der Erfindung ist in Abb. 1 schematisch dargestellt. Der bewegliche Teil des Relais besteht aus einer Ferrarisscheibe i, die unter einer Federkraft 2 steht, aber entgegen dieser Federkraft durch den Strommagneten 3 und den Spannungsmagneten 4

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hermann Neiigebauer in Berlin-Spandau.

in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles gedreht werden kann. Der Strommagnet 3 ist an die beiden Sternpunkte der drei Stromwandler 5, 6, 7 angeschlossen, die in den Phasenleitungen R, S, T liegen. Der Spannungsmagnet 4 wird von der Spannungsdifferenz zwischen dem Nullpunkt des Netzes und der Erde gespeist. Zu diesem Zweck sind die drei Primärwicklungen 8, 9, 10 eines Spannungswandlers auf der einen Seite an die Dreiphasenleitungen gelegt und auf der anderen Seite zu einem Sternpunkt zusammengeschlossen, der durch die Leitung 11 mit der Erde verbunden ist. Die Sekundärwicklungen 12, 13, 14 sind in Reihe geschaltet und speisen den Spannungsmagneten 4. Derartige Erdschlußzeitrelais sind für die Erfassung einfacher Erdschlüsse bekannt.

Die Ferrarisscheibe 1 ist bei normalem Zustände des Netzes durch eine Klinke 15 verriegelt, gegen die eine Nase 16 der Ferrarisscheibe stößt. Die Klinke 15 kann aber durch einen Magneten 17 zurückgezogen werden, der durch die Stromquelle 18 erregt wird, sobald einer der Kontakte 19 geschlossen wird. Diese Kontakte werden gemäß der Erfindung nur bei Doppelerdschluß geschlossen, und zwar im Ausführungsbeispiel von den Magneten 20, die an den Sekundärwicklungen 5, 6, 7 des Stromwandlers liegen.

Sobald die Ferrarisscheibe 1 etwa eine Vierteldrehung in der Pfeilrichtung zurückgelegt hat, stößt ihr Arm 21 gegen einen Kontakt 22, durch den der Erregerstromkreis der Auslösespule 23 geschlossen wird. Der von der Batterie 24 gelieferte Erregerstrom kann auch durch ein Kurzschlußrelais 25 geschlossen werden, das nur angedeutet ist und in irgendeiner bekannten Weise ausgebildet und geschaltet werden kann. ■40 Der von diesem Kurzschlußrelais geschlossene Erregerstromkreis führt aber über einen Kontakt 26, der durch den Arm 21 in der Ruhestellung der Ferrarisscheibe 1 geschlossen gehalten, jedoch unterbrochen wird, sobald die Ferrarisscheibe 1 anläuft. Die Ferrarisscheibe 1 steht unter der Wirkung eines Bremsmagneten 27.

Das Relais arbeitet folgendermaßen: Wenn ein Doppelerdschluß auftritt, so führt min-So destens eine der Phasenleitungen R, S oder T Überstrom. Infolgedessen wird einer der Kontakte 19 geschlossen, und der dadurch erregte Magnet 17 zieht die Klinke 15 zurück. Die Ferrarisscheibe beginnt ihre Drehung in der Pfeilrichtung, jedoch nur dann, wenn das durch die Triebmagneten 3 und 4 erzeugte Drehmoment die Kraft der Feder 2 überwindet. Bei allen denjenigen Relais, die zwischen den beiden Erdschlußstellen liegen, ist die Summe der von den Phasenleitungen R, S und T geführten Ströme nicht mehr gleich Null, da ein starker Fehlerstrom zwischen den beiden Fehlerstellen durch die Erde fließt. Der im Strommagneten 3 fließende Summenstrom, der diesem Fehlerstrom gleich ist, bildet den einen Triebnuß der Ferrarisscheibe. Außerdem tritt infolge der Erdschlüsse eine Spannung zwischen dem Nullpunkt der Phasenleitungen und Erde auf. Durch diese Nullpunktsspannung wird der Spannungsmagnet 4 erregt, der mit dem Strommagneten 3 zusammen einen Drehmoment erzeugt. Die Spannung der Feder 2 ist so bemessen, daß dieses Drehmoment ausreicht, um die Ferrarisscheibe zu bewegen. Sobald sie ihre Ruhelage verlassen hat, öffnet sich der Kontakt 26, und das Kurzschlußrelais 25 ist damit außer Tätigkeit gesetzt. Nach etwa einer Viertelumdrehung stößt der Arm 21 an den Kontakt 22, so daß der Auslösemagnet 23 von der Batterie 24 Strom erhält und die Schalter 28 öffnet.

Zwecks weiterer Erläuterung der Wirkungsweise soll eine längere Dreiphasenleitung betrachtet werden, wie sie in Abb. 2 skizziert ist. Sie ist durch die eingebauten Ölschalter in einzelne Strecken unterteilt, und die Ölschalter können ■ von den Doppelerdschlußrelais a, b, c, d, e, f, g ausgelöst werden. Es sei angenommen, daß die Phasenleitung S zwischen δ und c einen Erdschluß I, die Phasenleitung T zwischen c und f einen Erdschluß II habe. Das Spannungsdreieck nimmt dann z. B. die in Abb. 3 dargestellte Gestalt an. Danach ist die Spannung zwischen den kranken Phasenleitungen S und T auf den Wert ST zusammengebrochen. An der Fehlerstelle I hat die Phase S Erdpotential, an der Fehlerstelle II die Phasenleitung T. Die Nullpunktsspannungen an den Fehlerstellen sind daher die in Abb. 3 eingezeichneten Spannungen Es und Tr- ¹Qo An den drei Relais c, d, e haben die Nullspannungen eine Phasenlage, die zwischen Es und Et liegt und in dem Diagramm mit E_c, Ed und E_e bezeichnet ist. Der durch die Erde fließende Fehlerstrom hat ungefähr dieselbe Phase, wie die zwischen den Phasenleitungen S und T vorhandene Spannungsdifferenz., im Diagramm also die Phase ST. In bekannter Weise ist dafür gesorgt, daß der Phasenwinkel zwischen dem Spannungs- und dem Strom- no fluß in der Ferrarisscheibe um 90 ° gegenüber dem zwischen Spannung und Strom verändert ist, sei es durch große Selbstinduktion der Spannungsspule 4 oder durch irgendeine der bekannten Kunstschaltungen. Um dies im Diagramm nach Abb. 3 zu berücksichtigen, ist die Phase des Fehlerstrom.es oder, was gleichbedeutend damit ist, die Phase des Summenstromes durch die strichpunktierte Linie OU angedeutet, die senkrecht auf ST steht. iao Das Diagramm zeigt, daß das Relais c sich in der einen Richtung drehen würde, die Relais d

und e in der anderen Richtung. Da die Relais nur in einer Richtung laufen können, sei diese Richtung gewählt, daß das Relais c in Ruhe bleibt, während d und e anlaufen. Da die Phasenverschiebung der Nullspannung E_e gegenüber der StromphaseO?7 größer ist als die der Nullspannung Ed, entwickelt das Relais e das größere Drehmoment und somit die größere Geschwindigkeit und schließt infolgedessen seinen Aus-

xo lösekontakt 22 zuerst. Gleichzeitig mit dem Anlauf werden die Kurzschlußrelais außer Tätigkeit gesetzt, so daß diese nicht eine Auslösung der Schalter veranlassen können. Die Doppelerdschlußrelais a, b, f, g treten nicht in Tätigkeit, da an den Stellen, wo sie eingebaut sind, kein Summenstrom fließt, so daß die Magnete 20 nicht erregt werden und die Halteklinken 15 nicht zurückgezogen werden.

Sobald das Relais e seinen ölschalter ausgelöst hat, verschwindet der zwischen I und II durch die Erde fließende Fehlerstrom, und das Relais d wird infolgedessen von der Feder 2 in die Ruhelage zurückgeführt. Es besteht nur noch ein einfacher Erdschluß I, der beispielsweise durch Löscheinrichtungen gelöscht werden kann. Da das von der Stromquelle K am weitesten entfernte Relais e zur Auslösung der Schalter geführt hat, sind nicht mehr Leitungsstrecken stromlos geworden, als zur Beseitigung des Doppelerdschlusses unbedingt notwendig war. Wenn die Leitung nicht von links, sondern von rechts her mit Energie beliefert wird, so hat der Summenstrom zwischen den Fehlerstellen I und II die umgekehrte Richtung; in diesem Falle bleiben die Relais d und e stehen, und nur das Relais c läuft und schaltet seinen Ölschalter aus. Auch hierbei werden nicht mehr Strecken stromlos, als unbedingt erforderlich ist.

Damit die Relais nur bei Doppelerdschluß anlaufen können, sind die Magnete 20 so bemessen, daß sie ihre Kontakte 19 nur dann schließen, wenn in einer der Phasenleitungen Überstrom fließt. In den seltenen Fällen, wo der kapazitive Erdschlußstrom größer werden kann als der normale Betriebsstrom, müssen die Magnete 20 entsprechend unempfindlicher gemacht werden, so daß sie nur ansprechen, wenn der Strom größer als der kapazitive Erdschlußstrom ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß irgendein Erdschlußzeitrelais bei einfachem Erdschluß anspricht, und daß die außerhalb der Fehlerstellen I und II liegenden Erdschlußzeitrelais a, b, f, g anlaufen können. Es lassen sich aber noch andere Schaltungen anwenden, um das gleiche Ziel zu erreichen. Man kann z. B. die Anregung der Doppelerdschlußrelais auch davon abhängig machen, daß die Spannung zwischen zwei Phasen unter ein bestimmtes Maß gesunken ist. Auch kann man eine Sperrung für die Ferrarisscheibe vorsehen, die erst freigegeben wird, wenn Überstrom in mehr als einer Phase auftritt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung mit wattmetrischen, vom Summenstrom und der Nullpunktsspannung erregten Erdschlußzeitrelais, dadurch gekennzeichnet, daß diese Erdschlußzeitrelais zur selektiven Überwachung bei Doppelerdschlüssen dienen, indem die Zeitverzögerung der verschiedenen Erdschlußzeitrelais einer Leitung im wesentlichen nur von der von Ort zu Ort veränderlichen Phasenverschiebung zwischen Summenstrom und Verlagerungsspannung derart abhängig ist, daß eine selektive Abschaltung einer der beiden Erdschlußstellen erreicht wird.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdschlußzeitrelais (1) nur arbeiten kann, wenn mindestens ein Kurzschlußrelais (19, 20) angesprochen hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdschlußzeitrelais nur arbeiten kann, wenn die Spannung zwischen zwei Phasen unter ein bestimmtes Maß gesunken ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdschlußzeitrelais _go erst freigegeben wird, wenn in zwei Phasen Überstrom auftritt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ansprechen des Erdschlußzeitrelais ein außerdem vorgesehenes Kurzschlußrelais (25) gesperrt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen