Anordnung zur Auslösung von Wechselstromschaltern bei kurzschlussartigern Überstrow. Die Abschaltung von Starkstromleitungen grosser Anlagen bereitet heute ausserordent liche Schwierigkeiten, weil die bei Störun gen, insbesondere bei Kurzschlüssen, sieh entwickelnden Leistungen solch enorme Be träge annehmen, dass sie mit unsern heutigen Mitteln nicht mehr beherrschbar sind.
Man versucht zwar einerseits durch den Bau leistungsfähigerer Schalter die Grenzen der Abschaltleistung heraufzusetzen, ist jedoch nicht wesentlich über<B>500</B> MVA hinaus- ,--ekommen. Anderseits versucht man durch starke Unterteilung der Netze und Kraft werke, durch Anwendung von Kurzschluss- drosselspulen, durch Schnellentreaungsmetho- clen und ähnliche Mittel, die auftretenden Kurzschlussleistungen herabzusetzen;
jedoch kommt man bei grossen Kraftwerken nicht auf die eben genannte Zahlengrenze herunter. Die Kurzschlussströme in den Netzen ent wickeln sieh nicht plötzlich, sonuern sie er- reichen ihren Spitzenwert erst innerhalb einer Halbwellendauer, bei 50periodigen Anlagen also nach Sekunde, bei 15periodigeii etwa nach Sekunden.
Im obern Teil der Abb. <B>1</B> stellt die Sinuskurve 2 den normalen Betriebsstrom der Wechselstromanlage dar, der nach dem Kurzschluss (angedeutet durch die Verti kale<B>1)</B> auf den sogenannten Stosskurzschluss- strom <B>3</B> ansteigt. Dieser Stosskurzsehluss-. strom klingt dann nach einer Anzahl von Perioden auf den Dauerkurzschlussstrom 4 ab.
Während es früher üblich war, die Schalter erst nach dem Abklingen des Strom stosses ausschalten zu lassen, wodurch sie weitgehend geschont wurden, pflegt man heute die Schalter schneller<B>zu</B> betätigen, um die schädlichen Wirkungen des Kurzschlussstro- mes auf die andern Anlageteile und das Herausfallen der Generatoren zu verhindern. Man sucht dabei die Abschalizeit bis auf den Wert von 1/4 Sekunde lierabzudrücken. Das Auslösen der Schalter bewirkt man da. bei durell Relais oder ähnliche Anordnungen.
die auf das Anwachsen des Kurzschlussstro- mes selbst in der einen oder andern Form ansprechen. Dabei ergeben sieh jedoch die <B>,</B> gese hilderten hohen Abschaltleistungen, da im Moment des Abschaltens der Stosskurz- schlussstrom sich bereits zur vollen Grösse ausgebildet hat.
In der Anordnung gemäss der Erfindung soll nun das Abschalten der Ströme vor sich gehen, bevor die Kurzschlussströme ihren oben beschriebenen Spitzenwert erreicht haben. Es ist dazu erfindungsgemäss ein auf die Auslösung des Schalters einwirkendes und durch die Ursache des Kurzschlusses ge steuertes Mittel vorgesehen, das von der Wechselstrombetriebsspannung im wesent lichen unabhängig ist und das bezüglieli der Auslösung des Schalters schneller arbeitet als der gewöhnlich bisher die Auslösung des Schalters herbeiführende Betriebsstrom.
In Kombination mit dieser Anordnung besitzt der Schalter noch einen Schaltermechanis- mus, der das Öffnen des Schalters in einer wesentlich kürzeren Zeit als einer Halbwelle des Betriebsstromes herbeiführt. Dies er fordert sehr schnell wirkende Schalter mechanismen, die innerhalb der oben ge nannten Zeiten von '/"") bis '/,. Sekunden arbeiten. Dieses mechanische Problem an sich kann ähnlich gelöst werden wie bei den bekannten Schnellschaltern für Gleichstrom umformer, bei denen Abschalizeiten bis zu wenigen Tausendstel Sekunden herunter er reicht werden.
Die Anordnung kann derart sein, dass ein konstant erregter Haltemagnet den Schalter entceo-en der Kraft einer Feder ZD <B>k2</B> in geschlossenem Zustande erhält, wobei der Anker des Haltemagnetes durch das von der Ursache des Kurzsehlusses gesteuerte Hilfs mittel zum Abreissen gebracht wird. Bei einer andern Ausführungsform wird durch dieses Hilfsmittel eine Lamellexikupplung gelöst.
Da sich innerhalb dieser kurzen Zeit der Wechselstrom-Kurzschluss nicht bis zu sei nem Höchstwert ausbildet, sondern noch sehr weit darunter bleibt, so treten die oben ge nannten grossen Zahlen für die Ausschalt leistung gar nicht erst auf. Das Ausschalten des Stromes ist daher ausserordentlich er leichtert. und erfolgt umso einwandfreier. <B>je</B> schneller man nach dem Eintritt des Kurz schlusses und nach dem Nulldurchgang des Wechselstromes die Schaltbewegung ein leitet.
Das das Weehselstromnetz bezüglich eines Kurzschlusses kontrollierende Hilfsmittel, das schneller arbeitet als der Betriebsstrom. kann verschiedener Art sein. Insbesondere eignet sich dazu eine dem Wechselstromnet2 auf,-edrückte höherperiodige, insbesondere hochfrequente Hilfsspannung,
die bei eineir. Kurzschluss einen hochfrequenten Strom beziehungsweise eine Änderung eines bereib bestehenden Hochfrequenzstromes erzeugt die die Auslösung des Schalters herbeiführt Man könnte aber auch dem Netz eine Gleich spannung überlagern (beispielsweise zun Schutz gegen Erdschlüsse).
Nachdem dies( Gleichspannung durch die betriebsmässigei Vorgänge im Netze nicht beeinflusst wird so lassen sieh leicht Anordnungen treffen die bei einem Erdschluss eine sehr raschi Auslösung des Schalters durch den beiD Erdschluss eintretenden Strom der Gleich spannung herbeiführen. Abb. 2 zeigt ein AusführungsbeispiE der Erfindung.
Es werden die Schaltei bewegungen nicht vom Karzschlussstroi selbst ausgelöst, sondern es werden Aw lösemittel verwendet, die nicht auf de Wirkung des Kurzschlussstromes bernhei also auf einer Selbstüberwachung des Stroir kreises, sondern die eine Fremdüber-v#,ae.'hun der Stromkreise benutzen.
Das Wesentlich dieser Verbesserung besteht in der Komb' nation eines auf den Schalter einwirkende Anzeigemittels für Kurzschlüsse, das sehne' ler arbeitet als der gewöhnliche Betrieb' strom, gemeinsam mit einem Schaltermechi nismus, der den Schalter in einer wesen- lich. kürzeren Zeit als einer Halbwelle d( Befriebsstromes zur Wirkung bringt.<B>1</B> wird dadurch der Kombinationseffekt er reicht,
dass der Schalter bereits zur Aus lösung kommt, bevor der Betriebsstrom sich in einen Kurzschlussstrom umgewandelt hat, beziehunusweise über seine normale Betriebs- 0,rösse hinausgestiegen ist.
Beispielsweise e, e 15 kann man die Leitungen, Apparate und Ma schinen durch Hochfrequenzströme über wachen, die den Eintritt irgend eines De fektes, zum Beispiel eines Kurzschlusses, Erdsehlusses, Windungssehlusses, ihrer tber- wachungsapparatur sehr viel schneller mel den können als Apparate, die mit der Be triebsfrequenz arbeiten. Benutzt man zum Beispiel als Überwachungsmittel Hoch- frequenzströnie von<B>50000</B> Perioden pro Se kunde, so wird ein entstandener Fehler tausendmal schneller gemeldet, als es der Betriebsstrom vermag.
Infolgedessen kön nen die Schalter bereits nach '/1()oo -Halb periode des Betriebswechselstromes in Tätig keit gesetzt werden. wie es für das oben g gese hilderte Abschaltsystern erforderlich ist.
An Stelle des relativ trägen Betriebswechsel- stroines wird also hier der ausserordentlich schnelle Hochfrequenzstrom benutzt.
In der Abb. <B>1</B> ist diese Wirkungsweise .schematisch dargestellt. Die obere Kurve stellt dar, wie der normale Betriebswechsel strom vom Zeitpunkt des Eintrittes des Kurz schlusses bis auf einen sehr hohen Spitzen wert ansteigt. Aueh für den llochirequenz- stroin ist dargestellt. dass er durch den Ein tritt des Kurzschlusses anwächst. Er ist aber bereits auf seinem neuen Wert angelangt. wenn Ader B(,ti#ie-1)ski.irz.schlussstroin noch iii den Anfängen seiner Entwicklung steht.
Man kann diesen daher bereits beim Punkte a zur Abschaltung bringen, in dem er sich noch gar nicht erheblich über den Normal strom hinaus gesteigert hat. Im einzelnen bedeuten in Abb. 2<B>13</B> die zu überwachende Leitungsanlage, die über den Schalter 14 von den Sammelschienen<B>15</B> gespeist wird. <B>en</B> Der Leitung<B>13</B> werden nun mittelst des Ilochfrequenzgenerators <B>16</B> über die Kupp lungskondensatoren<B>17</B> und<B>18</B> hochfrequente Schwingungen überlagert.
Damit diese Schwingungen nicht auf die Sammelschiene <B>15</B> übertreten und dort durch betriebsmässige Zu- und Abschaltungen beeinflusst werden, sind zwischen der Leitung<B>13</B> und den Sam melschienen<B>15</B> Sperrkreise<B>19</B> und 20 ein geschaltet. Parallel zu dem Hochfrequenz- generator <B>16</B> ist noch ein Ausgleichswider stand 21 geschaltet, der aus Ohmschen, in duktiven oder kapazitiven Widerständen be stehen kann.
An den einen Pol des Genera tors<B>16</B> ist die Mitte der Primär-wieklung eines Differentialtransformators '222 ange schlossen, wobei die beiden Enden der Pri märwicklung einerseits mit der Leitung<B>13,</B> anderseits mit,den Widerständen 21 verbun den sind. Der aus dem Hochfrequenzgenera- tor <B>16</B> austretende Strom durchfliesst also die beiden Hälften der Primärwicklung des Transformators 22 in entgegengesetztem Sinne.
Durch entsprechende Abgleichung des Widerstandes 1.)i kann man es daher, er reichen, dass während des normalen Betriebs- Zustandes der Leitung<B>13</B> an der Sekundär- wickluna- -des Transformators 22 im wesent lichen keine Spannung auftritt. Stellt sich hingegen an der Leitungsanlage<B>13</B> ein Kurz- schluss ein, so ändert sich auch der hoch frequente Strom in der entsprechenden Hälfte der Primärwicklung des Transformators<B>22.</B> und der Transformator entwickelt sekundär eine hochfrequiente Spannung.
Diese Span nung ist nun über eine als Gleichrichter und als Verstärker wirkende Elektronenrölire 23 der Spule 24 des Haltemagnetes<B>25</B> zugeführf. Der mit Gleichstrom über die Spule<B>26</B> er regte Haltemagnet hält den Schalter 14 ent gegen der Kraft der. Feder<B>27</B> in geschlos senem Zustande. Wird jedoch die Spule 24 in der geschilderten Weise mit gleichgerich tetem Strom erregt, so wird der Haltemagnet.
entmagnetisiert und sein Anker<B>28</B> wird dureh die Feder<B>27</B> abgerissen und damit auch der Schalter o-eöffnet. Damit sich die Entmagnetisierung durch die Spule 24 voll auswirken kann, ist mit der Magnetisierungs- spule <B>26</B> eine Drosselspule<B>29</B> in Reihe ge schaltet, die einer Änderung des Stromes in der Spule<B>26</B> entgegenwirkt. <B>-</B>In welcher Weise Hochfrequenzströme oder äquivalente Schnellwirkungsmittel zur Überwachung des Gesundheitszustandes der Leitung im einzelnen verwendet werden, ist für die Erfindung gleichgültig.
Man kann die Hochfrequenzströme allen Leitungen pa rallel zu den Betriebsströmen überlagern und durch sie das gesamte Verteilungsbild der selben kopieren lassen. Dann braucht man nur die Auslöser oder Relais selektiv auf Hoehfrequenzströme arbeiten zu lassen, was durch einfache Sperrvorrichtungen möglich ist. Man kann auch die Leitungen absohnitts- weise durch Hochfrequenzströme überwachen, um dadurch eine bessere SelektivitKt oder einen guten Fehlerstromschutz zu erzielen.
Schliesslich kann man die Eigenfrequenzeii der verschiedenen Leitungsteile, die im all gemeinen sehr hoch über der<B>'</B> Betriebs frequenz liegen, überwachen und zur An zeige von Fehlern im System benutzen. In jedem Falle gelingt es durch derartige An ordnungen, die Schalter sehr viel schneller zum Auslösen zu bringen, als durch die bis- lierigen Methoden, so dass der Ausschaltvor gang bereits beendet sein kann, bevor sich die unmässig grossen und für die Schalter gefährlichen Kurzschlussströme entwickelt haben.