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.
Arrangement for tripping alternating current switches in the event of a short-circuit overcurrent. The disconnection of high-voltage lines in large systems is now extremely difficult because the power that develops in the event of malfunctions, especially short circuits, is so enormous that it can no longer be controlled with our current means.
On the one hand, attempts are being made to raise the limits of the breaking capacity by building more powerful switches, but they have not come much more than <B> 500 </B> MVA. On the other hand, attempts are being made to reduce the short-circuit power that occurs by means of a strong subdivision of the networks and power plants, by using short-circuit chokes, quick de-reacting methods and similar means;
however, with large power plants, one does not come down to the numerical limit just mentioned. The short-circuit currents in the networks do not develop suddenly, but rather they only reach their peak value within a half-wave period, in the case of 50-period systems that is after a second, with 15-period systems after about seconds.
In the upper part of Fig. <B> 1 </B>, the sine curve 2 shows the normal operating current of the AC system, which after the short circuit (indicated by the vertical <B> 1) </B> changes to the so-called surge short-circuit current <B> 3 </B> increases. This push short-cut. The current then decays to the continuous short-circuit current 4 after a number of periods.
While it used to be customary to let the switches turn off only after the current surge had subsided, which largely spared them, nowadays the switches are usually <B> operated </B> faster to avoid the harmful effects of the short-circuit current to prevent the other parts of the system and the generators from falling out. One tries to print the shuttering time down to the value of 1/4 second. The switch is triggered there. with durell relays or similar arrangements.
which respond to the increase in the short-circuit current in one form or another. This results in the <B>, </B> illustrated high disconnection capacities, since at the moment of disconnection the surge short-circuit current has already developed to its full size.
In the arrangement according to the invention, the currents should now be switched off before the short-circuit currents have reached their peak value described above. According to the invention, a means which acts on the triggering of the switch and is controlled by the cause of the short circuit is provided, which is essentially independent of the AC operating voltage and which operates faster than the operating current that has usually caused the triggering of the switch in relation to the triggering of the switch .
In combination with this arrangement, the switch also has a switch mechanism which brings about the opening of the switch in a significantly shorter time than a half-cycle of the operating current. This he calls for very fast-acting switch mechanisms that operate within the above-mentioned times from '/ "") to' / ,. Working seconds. This mechanical problem per se can be solved in a similar way to the known high-speed switches for direct current converters, in which shutdown times of up to a few thousandths of a second are enough.
The arrangement can be such that a constantly excited holding magnet maintains the switch in the closed state entceo-en the force of a spring ZD <B> k2 </B>, the armature of the holding magnet being controlled by the cause of the short circuit Tear off is brought. In another embodiment, a lamellar clutch is released by this aid.
Since the alternating current short-circuit does not develop up to its maximum value within this short period of time, but remains far below it, the large numbers mentioned above for the breaking capacity do not even occur. Turning off the power is therefore extremely easy. and is done all the more flawlessly. <B> the </B> faster one initiates the switching movement after the occurrence of the short circuit and after the zero crossing of the alternating current.
The tool that controls the alternating current network with regard to a short circuit and works faster than the operating current. can be of various types. In particular, a higher-period, in particular high-frequency auxiliary voltage that is applied to, -pressed on the alternating current network2 is suitable for this purpose.
those at einir. Short-circuit generates a high-frequency current or a change in an already existing high-frequency current that triggers the switch. However, a direct voltage could also be superimposed on the network (for example to protect against earth faults).
Since this (direct voltage is not influenced by the operational processes in the network, arrangements can easily be made which in the event of a ground fault cause the switch to be triggered very quickly by the current of the direct voltage occurring in the event of a ground fault. Fig. 2 shows an embodiment of the invention.
The switching movements are not triggered by the Karzschlussstroi itself, but Aw solvents are used that do not rely on the effect of the short-circuit current, i.e. on self-monitoring of the Stroir circuit, but that use an external over-v #, ae.'hun of the circuits.
The essence of this improvement consists in the combination of a display means acting on the switch for short-circuits, which works much better than the normal operating current, together with a switch mechanism that controls the switch in an essentially. shorter time than a half-wave d (brings the operating current to effect. <B> 1 </B> the combination effect is thereby achieved,
that the switch is triggered before the operating current has been converted into a short-circuit current or has risen above its normal operating level.
For example, e, e 15, lines, apparatus and machines can be monitored by high-frequency currents, which can report the occurrence of any defect, for example a short circuit, ground fault, winding fault, to their monitoring equipment much more quickly than devices that work with the operating frequency. If, for example, high-frequency currents of <B> 50,000 </B> periods per second are used as monitoring means, an error that has occurred is reported a thousand times faster than the operating current is capable of.
As a result, the switches can already be put into action after '/ 1 () oo half-period of the operating alternating current. as it is necessary for the above mentioned shutdown system.
Instead of the relatively sluggish alternating operating current, the extraordinarily fast high-frequency current is used here.
This mode of operation is shown schematically in Fig. 1. The upper curve shows how the normal alternating operating current increases from the time the short circuit occurs to a very high peak value. Also for the llochirequency stroin is shown. that it increases due to the occurrence of the short circuit. But it has already reached its new value. when Vein B (, ti # ie-1) ski.irz.schlussstroin is still at the beginning of its development.
This can therefore already be switched off at point a, in which it has not yet increased significantly above the normal current. In detail, in Fig. 2 <B> 13 </B> mean the line system to be monitored, which is fed via switch 14 from busbars <B> 15 </B>. <B> en </B> The line <B> 13 </B> are now fed by means of the pigeon hole frequency generator <B> 16 </B> via the coupling capacitors <B> 17 </B> and <B> 18 </ B> high-frequency vibrations superimposed.
So that these vibrations do not pass to the busbar <B> 15 </B> and are influenced there by operational connections and disconnections, there are between the line <B> 13 </B> and the busbars <B> 15 </ B > Trap circuits <B> 19 </B> and 20 switched on. In parallel with the high-frequency generator <B> 16 </B>, a balancing resistor 21 is also connected, which can consist of ohmic, ductile or capacitive resistances.
The center of the primary winding of a differential transformer 222 is connected to one pole of the generator 16, with the two ends of the primary winding on the one hand with the line 13 on the other with the resistors 21 are connected. The current emerging from the high-frequency generator <B> 16 </B> therefore flows through the two halves of the primary winding of the transformer 22 in opposite directions.
By corresponding adjustment of the resistance 1.) i it can therefore be achieved that during the normal operating state of the line 13 there is essentially no voltage at the secondary winding of the transformer 22 . If, on the other hand, a short circuit occurs in the line system <B> 13 </B>, the high-frequency current also changes in the corresponding half of the primary winding of transformer <B> 22. </B> and the transformer develops secondary a high frequency voltage.
This voltage is now fed to the coil 24 of the holding magnet 25 via an electron roller 23 acting as a rectifier and amplifier. The holding magnet, which is excited with direct current via the coil 26, holds the switch 14 against the force of the. Spring <B> 27 </B> when closed. However, if the coil 24 is energized in the manner described with rectified current, the holding magnet is.
demagnetized and its armature <B> 28 </B> is torn off by the spring <B> 27 </B>, thus opening the switch. So that the demagnetization by the coil 24 can take full effect, a choke coil <B> 29 </B> is connected in series with the magnetization coil <B> 26 </B>, which changes the current in the coil B> 26 </B> counteracts. <B> - </B> The way in which high-frequency currents or equivalent rapid-acting means are used to monitor the state of health of the line in detail is immaterial to the invention.
The high-frequency currents can be superimposed on all lines in parallel with the operating currents and the entire distribution pattern of the same can be copied through them. Then you only need to let the releases or relays work selectively on high frequency currents, which is possible with simple locking devices. The lines can also be monitored sporadically using high-frequency currents in order to achieve better selectivity or good residual current protection.
Finally, the natural frequencies of the various parts of the line, which are generally very high above the operating frequency, can be monitored and used to display errors in the system. In any case, such arrangements make it possible to trigger the switches much faster than the previous methods, so that the switch-off process can be completed before the excessively large and dangerous short-circuit currents for the switches develop to have.