Einrichtung zur kurzzeitigen Erhöhung eines zur Fehlerauslösung dienenden Stromes. Um ein selektives Abschalten von An lageteilen zu erreichen, wurde bereits vorge schlagen, jeden auftretenden Fehler in einen Kurzschluss zu verwandeln. Unter dem Ein fluss des Kurzschlusses werden dann die widerstandsabhängigen Distanzrelais zum Ansprechen gebracht und dadurch die Ab schaltung des vom Fehler betroffenen An lageteils bewirkt. Derartige Einrichtungen haben aber den Nachteil, dass unnötigerweise eine hohe Beanspruchung infolge des Kurz schlussstromes auftritt. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es daher zweckmässig, statt eines dauernd fliessenden Kurzschlussstromes ,nur kurzzeitig Stromstösse in die Leitung zu senden.
Auch wurde bereits vorgeschlagen, den beim Auftreten eines Erdschlusses sich ein stellenden Fehlerstrom für kurze Zeitdauer so weit zu vergrössern, dass die angeschlos senen Erdschlussrelais zum Ansprechen ge bracht werden können. Man verwendet hierzu spannungsabhängige Widerstände oder automatisch sich verändernde Induktivi- täten, wie zum Beispiel unter dem Einfluss des Erdschlussstromes anlaufende elektrische Maschinen, deren Ständer im Erdschlusskreis liegt, so dass im. ersten Augenblick die volle Kurzschlussinduktivität der Maschine,
später aber nur deren Leerlaufinduktivität wirksam wird.
Eine andere sehr einfache Möglichkeit. den zur Fehlerauslösung dienenden Strom kurzzeitig zu erhöhen, besteht nach der Er findung darin, dass gittergesteuerte Ent ladungsgefässe mit Gas- oder Dampffüllung verwendet werden, deren Anodenkreis im Stromkreis des die Schutzeinrichtung betäti- genden Stromes liegt und deren Gitter so gesteuert ist, dass eine zeitweise Erhöhung des Anodenstromes auftritt.
Die Einrichtung kann zum selektiven Abschalten irgendeines Fehlers verwendet werden. Wenn zum Beispiel das zur Über- vt achung der Lagertemperatur einer elektri schen Maschine dienende Organ eine zu hohe Temperatur anzeigt oder irgendwelche an dern Schutzeinrichtungen ansprechen, dann wird das Gitter an eine solche Spannung gelegt, dass der Anodenkreis, der zwischen zwei Netzleiter geschaltet ist, kurzzeitig einen solchen Strom führt,
dass die Kurz- sehlussvorrichtungen des Netzes zum An sprechen gebracht werden und ein selektives Abschalten des fehlerbetroffenen Anlageteils herbeiführen.
Eine Ausführung der Erfindung für einen Erdschlussschutz ist in Fig. 1 darge stellt. Der Nullpunkt 1 eines Netzes 2 ist über einen Widerstand 3 geerdet. Parallel zu einem Teil des Widerstandes 3 oder sei ner ganzen Grösse liegt der Anodenkreis eines dampfgefüllten Entladungsgefässes 4, dessen Gitter 5 über eine Umschaltvorrich tung 6 normalerweise an den Minuspol einer Batterie 7 gelegt ist. Die Umschaltvorrich tung 6 wird von einem Relais 8 gesteuert, das in die Erdverbindung des Nullpunktes 1. eingebaut- ist.
Der Pluspol der Batterie 7 ist nun über einen hochohmigen Widerstand 9 dauernd an das Gitter 5 gelegt, während der Mittelpunkt 0 der. Batterie 7 an die Ka thode 10 der Röhre 4 geschaltet ist.
Infolge der negativen Gittervorspannung fliesst demnach normalerweise kein Strom im Anodenkreis der Röhre 4. Wenn nun ein Erdschluss auftritt, dann kann der Erd- schlussstrom, namentlich wenn er in der Nähe des Nullpunktes liegt, so klein sein, dass er zwar die sehr empfindliche Umschalt vorrichtung 8 zu betätigen vermag, aber nicht dazu ausreicht, um die im Netz lie genden, zum selektiven Abschalten dienen den Erdschlussrelais 11 zum Ansprechen zu bringen.
Die Erhöhung des Erdschlussstro- mes wird nun dadurch erreicht, dass die Um schaltvorrichtung 8 ihre Kontakte 6 umlegt. Dadurch wird zeitweise die negative Vor spannung von dem Gitter 5 entfernt. Wäh rend des Umschaltvorganges wird das Git ter über den Widerstand 9 an die positive Anschlussklemme der Batterie 7 gelegt. Während dieser kurzen Umschaltzeit vermag daher die Röhre 4 Strom zu führen und einen Teil des Widerstandes 3 kurzzuschlie ssen. Diese kurzzeitige Erhöhung reicht im allgemeinen aus, um einen zur Betätigung der Erdschlussrelais 11 hinreichenden Strom hervorzurufen.
Die Erdschlussrelais 11 sind dabei als distanzabhängige Relais ausgebil det, deren Stromspule vom Asymmetriestrom deren Spannungsspule von der Spannung zwischen dem erdschlussbehafteten Leiter und Erde in bekannter Weise beeinflusst wird.
Zur Erzielung einer grösseren Sicherheit kann die Einrichtung in der aus Fig. 2 er sichtlichen Weise geändert werden. An Stelle des Widerstandes 3 ist hier eine Erdschluss- spule 12 vorgesehen, deren Abstimmung durch Kurzschliessen einiger Windungen durch das Entladungsgefäss 4 so weit ver stimmt wird, dass im Erdschluss'falle kurz zeitig ein zur Betätigung der Erdschluss- relais ausreichender Strom fliesst.
Die Um- schaltvorrichtung 8 ist als Schrittschältwerk ausgebildet, damit während des Erdschlusses mehrere Stromstösse im Netz hervorgerufen werden können. Der Kontakthebel 8 bewegt sich über eine Anzahl von Kontakten 6 und legt dadurch mehrere Male eine positive Spannung an das Gitter 5 der Röhre 4. Da durch werden mehrere Stromstösse im Netz ausgelöst, so dass eine erhöhte Sicherheit der Einrichtung erzielt wird. Zur Erhöhung der Selektivität kann auch das Erdschlussrelais 11 mit einem Schrittschaltwerk 13 ausgerüstet sein, das synchron mit dem Schrittschaltwerk 8 läuft.
In den Augenblicken, in denen das Sehrittschaltwerk 8 seine Kontakte unter bricht, legt das Schrittschaltwerk 13 die Spannungsspule 14 des Erdschlussrelais 11 über verschieden hohe Widerstände 15 an die Spannung zwischen Erde und die fehler behaftete Phase. Die Stellung 1 des Schritt schaltwerkes 1'3 entspricht dabei einer Impe danz, die etwas kleiner ist als die Impe danz des zu überwachenden Streckenabschnit tes. Bei jedem Stoss wird dann das Schritt schaltwerk so weiter geschaltet, dass die Aus lösebedingung auf einen immer grösser wer denden Widerstand sich einstellt.
In der Stellung 1 soll demnach das der Fehlerstelle am nächsten liegende Relais zum Auslösen kommen. Ist dies nicht geschehen, dann schalten sämtliche Schrittwerke weiter und in der Stellung 2: ist sowohl das dem Fehler am nächsten benachbarte als das übernächste Relais zum Abschalten bereit. Beim Ver sagen des eigentlich zur Auslösung bestimm ten Relais wird demnach dennoch eine Aus lösung mit Sicherheit erfolgen.
Die synchrone Arbeitsweise der Schalt werke 8 und 13 kann am besten dadurch er reicht werden, dass das Schaltwerk 13 selbst unter dem Einfluss der Stromstösse betätigt wird. Zweckmässig ist es, den zeitlichen Ab stand zwischen der ersten und zweiten Kon taktgabe des Schrittschaltwerkes so weit zu erhöhen, dass in etwa fünf Sekunden Zwi schenzeit der Erdschlussspule Gelegenheit ge geben ist, den Erdschluss'strom zu löschen. Nach dieser Zeit werden dann die Strom stösse in kürzeren Zeitintervallen, vielleicht in Abständen von einer Sekunde, erfolgen.
Die Impedanzrelais werden vorteilhaft so ausgebildet, dass sie gleichzeitig auch die Richtung des Erdschlussstromes berücksich tigen.
Die kurzzeitige Erhöhung des Erdschluss- stromes kann auch in der Weise erfolgen, dass eine kurzzeitige Änderung der Verlage rung des Nullpunktes eintritt. Es ist bereits bekannt, in die Erdverbindung des Null punktes von elektrischen Apparaten eine Spannung einzufügen, welche eine Verlage rung des Nullpunktes herbeiführt. Mit Rück sicht auf die Isolation der Anlage wird aber die Verlagerung des Nullpunktes im allge meinen nicht mehr als<B>10%</B> betragen.
Der Strom, der bei einem Erdschluss im Null punkt auftritt, reicht dann im allgemeinen aus, um unter dem Einfluss des Erdschluss- stromes liegende hochempfindliche Relais zum Ansprechen zu bringen, nicht aber um die zur selektiven Abschaltung erforder liehen, unter dem Asymmetriestrom stehen den, zum Beispiel in Holmgrenschaltung an geordneten Relais zu betätigen. Nach der Erfindung soll daher durch gittergesteuerte Dampfentladungsgefäss'e kurzzeitig eine Er- höhung der Verlagerungsspannung bewirkt werden.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel für diese Anwendung des Erfindungsgedankens dargestellt. Der Nullpunkt 1 des Netzes 2 ist an den Punkt n, einer Induktivität 16 angeschlossen, deren einer Endpunkt mit der Phase R. des Netzes verbunden ist, deren an derer Endpunkt n, über einen Widerstand 15 und den Anodenkreis einer Entladungs röhre 5 geerdet ist.
Ein Punkt n, der Dros selspule 16, der so gewählt ist, dass die zwi schen n, und n, erzeugte Spannung, wie aus dem Diagramm der Abb. 4 zu ersehen ist, etwa 10% der Erdschlussspannung beträgt, ist über einen Widerstand 17 mit Erde ver bunden. In die Erdleitung ist wieder ein hochempfindliches Relais eingebaut, das das Gitter der Röhre 5, wie bei den Fig. 1 und 2, steuert.
Beim Auftreten eines Erdschluss- stromes wird dann die Röhre 5 leitend und verbindet somit den Punkt n2 über den Wi derstand 15 mit Erde. Der Punkt n, ist da bei so gewählt, dass eine weit höhere Span nungsverlagerung erzeugt wird, als wenn der Punkt n, mit Erde verbunden wäre. Zweck mässig wird die Spannungsverlagerung, die sich dann kurzzeitig einstellt, etwa<B>5,0%</B> der Phasenspannung betragen.
Eine andere Schaltanordnung, die im Prinzip dieselbe Arbeitsweise besitzt wie die in Fig. 3 dargestellte, ist in Fig. 5 gezeich net. Die zur Spannungsverlagerung dienende Induktivität ist unmittelbar durch eine er höhte Anzahl von Wicklungen auf dem drit ten Schenkel des Nullpunktes 1 angeordnet. Selbst bei Erdschlüssen, die im Nullpunkt des zu überwachenden Apparates liegen, wird dann kurzzeitig ein Erdschlussstrom hervor gerufen, der zum selektiven Abschalten der fehlerbehafteten Anlageteile ausreicht.
Bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnun gen ist es zweckmässig, den Widerstand 15 klein im Verhältnis zum Widerstand 17 zu wählen, damit der entstehende Stromstoss eine zur Auslösung der Relais genügende Höhe besitzt. Um auch in vernaschten Netzen eine se lektive Abschaltung des vom Fehler betrof fenen Anlageteils zu ermöglichen, wird für das ganze Netz nur eine einzige Stromstoss erzeugungsanlage vorgesehen, die Relais wer den aber je nach ihrer Lage in ihren Aus lösezeiten gestaffelt. Dazu können besondere Zeitablaufrelais vorgesehen werden, welche beim ersten Stromstoss in Gang gesetzt wer den.
Das dem Fehler am nächsten benach barte Relais schaltet dann zuerst aus und nach dem Verschwinden des Fehlers kehren die übrigen Relais in ihre Anfangslage zu rück. Besonders vorteilhaft ist es, die Aus lösezeit der Relais von der Zahl der Strom stösse abhängig zu machen. Die gewünschte Staffelung in den Auslösezeiten wird da durch erreicht, dass die Relais von irgend einer Stelle des Netzes aus von jedem für die Stromzuführung in Betracht kommenden Leitungsweg zum Stromstosserzeuger mit immer grösser urerdender Auslösezeit aus gerüstet werden.
In Fig. 6 sind beispielsweise zwei Stich leitungen<I>a</I> und h dargestellt, die an dem Punkt c über einen Stromstosserzeuger d ge erdet sind. In die einzelnen Abschnitte der Stichleitungen<I>a, b</I> sind Relais eingebaut. die durch eine verschieden grosse Anzahl von Stromstössen zum Ansprechen gebracht wer den. Die Staffelung erfolgt in der Weise, dass vom Ende der Stichleitungen aus bis zum Stromstosserzeuger hin die Auslösezei- ten, das heisst die erforderlichen Stromstösse, entsprechend den beigeschriebenen arabischen Ziffern immer grösser werden.
Es ist leicht einzusehen, dass bei einem Fehler am Ende eines Leitungsteils, also etwa an der Stelle e, die Auslösung bereits nach einem einzigen Stromstoss erfolgt, an der Stelle f dagegen erst nach drei Stromstössen. In allen Fällen bleibt aber der gesunde Leitungsteil weiter eingeschaltet.
Handelt es sich um Netzteile, die von zwei Seiten aus gespeist werden, also zum Beispiel um Ringleitungen, dann müssen an den beiden Enden eines Leitungsteils Schutz einrichtungen angeordnet werden, welche von der Richtung der Stromstösse in der Weise abhängig sind, dass sie nur bei einem in den Leitungsteil hineinfliessenden Stromstoss an sprechen. In Fig. 7 ist eine Ringleitung g dargestellt, an die ausserdem noch Stichlei tungen a und b angeschlossen sind. Die ein zelnen Abzweige der Ringleitung sind mit zeitlich gestaffelten Relais ausgerüstet.
Die Pfeile deuten die Richtung der Stromstösse an, bei denen die Relais ansprechen, die Zah. len die Stromimpulse, die erforderlich sind, um die Relais zum Auslösen zu bringen. Die zeitliche Staffelung ist so erfolgt, dass von irgendeinem Punkt des Netzgebildes aus auf dem Wege zum Stromerzeuger d immer das nächstfolgende. Relais eine höhere Auslöse zeit besitzt.
Tritt bei der Einrichtung etwa an der Stelle fein Erdschluss auf, dann wird dieser von dem Stromerzeuger d über zwei Lei tungswege gespeist. Wenn der längere Lei- l:ungsweg keinen zu hohen Widerstand be sitzt, dann wird das Relais mit der Ziffer 1 bereits nach einem Stromstoss ansprechen und damit den Ring auftrennen. Die Erdschluss- stelle wird dann nur noch über eine Seite her gespeist, bis nach sechs Stromstössen das Relais 6 ebenfalls den fehlerbehafteten An legeteil abschaltet.
Ist der Widerstand des längeren Ringnetzes im Vergleich zu dem kürzeren Ringteil sehr gross, dann wird das Relais mit der Ziffer 1 erst nach dem Re lais mit der Ziffer 6 zum Auslösen kommen. Damit dies nicht der Fall ist, ist es in allen Fällen vorteilhaft, die Ansprechempfindlich- keit der Relais ebenfalls zu staffeln, und zwar in der Weise, dass die Relais mit der geringsten Auslösezeit die grösste Ansprech- empfindlichkeit besitzen. Bei Fehlern in den Stichleitungen a und<I>b</I> arbeitet die Einrich tung in derselben Weise wie anhand von Fig. 6 beschrieben.
In Fig. 8 ist gezeigt, wie sich die Ein richtung nach der Erfindung auch bei paral lelen Leitungen verwenden lässt, deren Sam melschienen in den einzelnen Stationen nicht miteinander verbunden sind. In diesem Falle stellen ja die parallelen Leitungen nichts anderes dar als eine einzige Ringleitung, so dass auch die Schutzeinrichtung in derselben Weise ausgeführt werden kann wie bei die sen. Im Prinzip gleichen sieh demnach die Fig. 7 und 8 vollkommen.
In Fig. 9 ist dasselbe Netzgebilde in den Leitungen, die, vom Stromerzeuger aus ge sehen, aus den einzelnen Stationen heraus geführt sind, mit Stromvergleichsrelais aus gerüstet, die nur beim Auftreten einer Dif ferenz in den beiden parallelen Leitungen ansprechen. Die Auslösung der Relais ist in derselben Weise gestaffelt, wie anhand der Fib. 7 beschrieben ist.
Dadurch erbeben sich innerhalb der parallelen Leitungen ge ringere Auslösezeiten, so dass alle Fehler schon nach drei Stromstössen erfasst werden Icönnen, während bei demselben Netzgebilde, aber mit einer Schutzeinrichtung nach F ig. 8 bis zu fünf Stromstösse bis zur Betätigung der Schutzeinrichtung erfolgen müssen. Die Stromvergleichsrelais der Parallelleitungen der Fig. 9 sind natürlich auch richtungs abhängig, in der Weise, dass sie nur bei einem in den Anlageteil hineinfliessenden Strom ansprechen.
Durch den Vergleich der Ströme wird genau unterschieden, ob der Fehler innerhalb der Parallelleitungen liegt oder erst in einer Stichleitung.
In Fig. 10 ist ein besonders kompliziertes Netzgebilde dargestellt, bei der ebenfalls die Staffelung der einzelnen Relais durchgeführt ist. Es ist leicht zu erkennen, dass, wo immer der Fehler auch liegen mag, eine selektive Abschaltung erfolgt.
Bei. dem in Fig. 11 dargestellten Netz gebilde, bei dem an einem Punkt sehr viele Leitungen zusammenstossen, ist es nicht er forderlich, alle Leitungen von der Erdschluss- stelle aus bis zum Stromerzeuger zu verfol gen, um zur richtigen Staffelung zu kom- meii, sondern nur diejenigen, von denen zu erwarten ist, dass sie bei einem Erdschluss einen zur Betätigung der Relais genügend hohen Strom führen. Die Leitungen, die nämlich sehr grosse Umwege bis zum Strom erzeuger bedeuten, stellen einen zu hohen Widerstand dar, als dass der Strom die Re- lais betätigen könnte.
Man kommt also auch in diesem Falle mit einer Staffelung aus, die relativ wenig Stromstösse auch bei der ungünstigsten Lage des Erdschlusses erfor dert, wie aus den den einzelnen Relais bei beschriebenen Ziffern zu entnehmen ist.
Um Fehlauslösungen, die durch nicht von der Stromstosserzeugungsanlage herrührende Stromstösse hervorgerufen werden können, zu vermeiden, ist es zweckmässig, die Betäti gung der Schutzrelais von dem Ansprechen weiterer 5,uf die Merkmale eines Erdschlus- ses, wie Asymmetriestrom oder AsymTnetrie- spannung, ansprechender Relais abhängig zu machen.
Auch der Stromstosserzeuger kann von. derartigen Relais beim Auftreten eines Fehlers erst in Betrieb genommen und nach dem Verschwinden des Fehlers wieder ausser Betrieb gesetzt werden.
Damit bei den beschriebenen Einrichtun gen gleichzeitig zu erkennen ist, in welchem Netzteil, von dem Einbauort des Relais aus gesehen, der Erdschluss auftritt, werden vor teilhaft als Anzeigeorgan Relais verwendet werden, deren Ausschlag von der Richtung der Stromstösse abhängig ist. Namentlich in vermaschten Netzen ist es vorteilhaft, diese Massnahme anzuwenden.
In Fig. 12 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Leitung 21 dargestellt, die an irgendeinem Punkt über eine Stromstoss erzeugungsanlage 22 mit Erde verbunden ist. Das Anzeigerelais 23 ist nun als polarisiertes Relais, insbesondere als Drehspulenrelais ausgebildet, so dass es je nachdem, ob der Erdschluss an der Stelle 24 oder 25 auftritt. seine Kontakte 26 oder 27 schliesst und damit in Abhängigkeit von der Lage der Erd- schlussstelle die Schalter 28 oder 29 betätigt.
Diese Massnahme lässt sich auch zum Erd- schlussschutz von parallelen Leitungen ver wenden, deren Anzeigerelais in bekannter Weise von der Differenz der Ströme in den beiden parallelen Leitungen beeinflusst sind.
Die Differenz lässt sich dabei, wie in Fig. 13 gezeigt ist, in einem Relais mit zwei gegen einander wirkenden Spulen, die jeweils von dem Strom einer Parallelleitung erregt sind, ermitteln. Beim Auftreten eines Erdschlus- ses in irgend einer der beiden Leitungen wer den dann durch den Stromerzeuger Strom stösse über die Relais geschickt, die, je nach dem welche der beiden parallelen Leitungen vom Erdschluss betroffen sind, und an wel cher Stelle sich der Erdschluss befindet, die fehlerbehaftete Leitung abschalten.
In Fig. 14 und 15 sind Ausführungsbei spiele für einen Längsdifferentialschutz dar gestellt, bei dem die Differenz der Ströme am Anfang und Ende einer Leitung auf die Schutzeinrichtungen einwirkt. Die Schaltung der Relais ist an sich bekannt. Die Schutz einrichtung des linken Teils der Fig. 14 wird. von der Differenz der Ströme, die des rech ten Teils von der Differenz der Spannungs abfälle der Stromwandler beeinflusst.
Je nach der Ausschlagsrichtung, die die bei einem Erdschluss erzeugten Stromstösse in den Relais hervorrufen, erfolgt die Abschal tung des vom Fehler betroffenen Leitungs teils. In Fig. 15 ist eine ähnliche bekannte Schutzeinrichtung gezeigt, bei der die Kon takte der Relais 30 und 31 in Serie über die Auslösespulen der entsprechenden Netzschal ter gelegt sind, so dass nur bei gleichzeitigem Ansprechen der Relais 30 und 31, was allein bei einer Richtung der Stromstösse, hervor gerufen von einem innerhalb des zu über wachenden Anlageteils liegenden Fehler, ein tritt, eine Auslösung erfolgt.
Damit die hochempfindlichen Relais nicht auf Stromstösse ansprechen, die von Über spannungen hervorgerufen werden, ist es zweckmässig, ihre Betätigung von weiteren von den Merkmalen eines Erdschlusses be einflussten Relais abhängig zu machen. Man wird also besondere, von dem Asymmetrie strom oder der Asymmetriespannung beein flusste Relais vorsehen, welche erst bei ihrem Ansprechen die Betätigung der Schutzein richtung gestatten.