Distanzschutzanordnung für parallele Leitungen in Netzen mit geerdetem Sternpunkt Die Erfindung betrifft eine Distanzschutzanord- nung für parallele Leitungen in Netzen mit geerdetem Sternpunkt, bei der zur Kompensation der Unter schiede zwischen Null- und Mit-Impedanzen Zwi- schenwandler vorgesehen sind, denen der Nullstrom der geschützten Leitung zugeführt wird.
Beim Distanzschutz wird die Grösse der Impe danz zwischen dem Einbauort des Schutzes und der Fehlerstelle gemessen. Bei Fehlern zwischen den Lei tungen ist diese Impedanz die Leiterschleife der Lei tungen selbst. Bei einem Fehler mit Erdberührung, insbesondere bei einem Erdkurzschluss, d. h. also einem Kurzschluss zwischen einem Leiter und Erde, ist hierbei aber die Impedanz der Schleife Leiter-Erde massgebend. Diese Impedanz ist bei gleicher Fehler stelle nicht gleich der Impedanz zwischen den einzel nen Leitern selbst.
Man muss daher den Distanz- schutz so auslegen, dass die Impedanz bei einem Fehler zwischen den Leitern und bei einem Erdkurz- schluss möglichst gleich ist. Bekanntlich wird dies so gemacht, dass der Schutzanordnung die Spannung an der Einbaustelle der Schutzanordnung und der Strom in den Leitern zugeführt wird. Das Verhältnis beider ergibt die Impedanz. Sind nun die Impedanz der Schleife Leiter-Erde und die Impedanz der Schleife zwischen den Leitern verschieden, so ergibt sich in beiden Fällen nicht die gleiche Impedanz.
Um diesen Fehler zu kompensieren, führt man der Schutzanord nung zusätzlich noch den Nullstrom zu, welcher aus der Summe aller Phasenströme entsteht. Man kann die Einwirkung dieses Nullstromes so bemessen, dass der Unterschied zwischen der Grösse der Mit-Impe- danzen und der Null-Impedanzen kompensiert wird.
Bei einfachen Leitungen wird hiermit eine Schutz anordnung gewonnen, die in allen Fehlerfällen ein wandfrei arbeitet. Bei Doppelleitungen aber entstehen Schwierigkeiten. Die Nullströme beider Leitungen be- einflussen sich nämlich gegenseitig, auch wenn nur auf einer Leitung ein Fehler liegt. Es wird auch für den Schutz der gesunden Leitung ein Fehler vor getäuscht, da Nullstrom nunmehr auch durch das Relais fliesst. Dies kann zu Falschmessungen Anlass geben. Insbesondere ergeben sich auch verschiedene Verhältnisse, je nachdem, ob nur eine Leitung in Betrieb oder beide Leitungen in Betrieb sind. Auch von der Lage des Fehlers hängt die verschiedene Aufteilung des Nullstromes stark ab.
Man kann daher nicht mit einer einfachen Kompensation auskommen, da diese ja bei allen Fehlerfällen in gleicher Weise den Nullstrom auf den Schutz wirken lässt. Die Wir kung, welche durch einen Proportionalitätsfaktor k ausgedrückt wird, muss abhängig von den verschie denen Fehlerstellen und von dem Schaltzustand der Leitungen gemacht werden.
Es sind nun mehrere Lösungen bekanntgeworden, um diese Schwierigkeit zu beseitigen. So hat man in das Relais auch den Nullstrom der parallelen Leitung eingeführt. Man kompensiert also nicht nur durch den Nullstrom der eigenen Leitung, d. h. der Lei tung, die der Distanzschutz schützen soll, sondern auch durch den Nullstrom der parallelen Leitung. Auch dieser wird in einem bestimmten Verhältnis zugeführt. Dieses Verhältnis wird so bestimmt, dass das Relais bei einem Erdkurzschluss auf der Doppel leitung möglichst die gleiche Impedanz misst wie bei einem Erdkurzschluss auf einer nur allein in Betrieb befindlichen Leitung.
Bei dieser Schaltung wird je doch auch der Schutz der gesunden Leitung beein flusst, was zu Falschmessungen dieser Relais führt. Besonders bei Fehlern in der Nähe des Einbauortes macht sich diese Falschkompensation bemerkbar, da dort der Nullstrom zwischen Fehler und Einbauort zugeführt wird, nicht aber der Strom, der tatsächlich als Nullstrom auf der Leitung fliesst. Man hat auch vorgeschlagen, zusätzlich Rich tungsrelais und Stromdifferenzrelais vorzusehen, wel che den Kompensationsstrom erst zuschalten, wenn der Nullstrom der Parallelleitung einen bestimmten Wert erreicht.
Auch diese Massnahme ergibt aber in einigen Fällen noch Schwierigkeiten, wie nachgewie sen werden kann. Insbesondere ist dies der Fall, wenn eine der beiden Leitungen nur einseitig gespeist wird und am Ende ein Erdkurzschluss auftritt. Dazu kommt bei dieser Massnahme, dass dem Relais ein Strom zugeführt werden muss, der nicht zum eigenen Stromkreis gehört. Dies bringt eine Vermengung der Ströme mit sich, welche vom Betriebsmann nur un gern in Kauf genommen wird.
Zur Vermeidung dieser Mängel und um ein wirk lich einwandfreies Arbeiten zu ermöglichen, ferner die Ströme der einzelnen Stromwandler galvanisch völlig trennen zu können, wird nun erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass eine Umschaltvorrichtung vor gesehen ist, welche Anzapfungen an den Zwischen wandlern für die Kompensation des Nullstromes in Abhängigkeit von der Richtung und Grösse in der der geschützten Leitung parallel liegenden Leitung sowie vom Schaltzustand der parallelen Leitung umschaltet.
Die Umschaltung kann nun auf zweierlei Weise erfolgen: entweder es wird die Kompensation erhöht, oder sie wird verkleinert. Hierfür kann man be stimmte Bedingungen ableiten, die im folgenden zu sammengestellt sind: Die Kompensation muss erhöht werden, wenn der Nullstrom in der parallel zur fehlerhaften Leitung liegenden Leitung die gleiche Richtung hat wie der Strom in der fehlerhaften Leitung und gleich oder kleiner als dieser ist.
Sie muss verkleinert werden, wenn der Nullstrom in der Parallelleitung entgegengesetzt gerichtet ist, und gleich oder kleiner als der Nullstrom in der fehler haften Leitung ist; ferner, wenn der Schalter der Parallelleitung durch das zugehörige Relais ausgelöst wird und wenn die Parallelleitung abgeschaltet und an zwei Stellen geerdet ist.
Eine Umschaltung darf nicht erfolgen, wenn der Nullstrom in der Parallelschaltung gleichgerichtet und grösser als der Nullstrom in der fehlerhaften Leitung ist, ferner, wenn die beiden Leitungen auf einer Seite nicht parallel geschaltet sind.
Die beiliegende Figur zeigt nun ein Beispiel die ser Ausführung: Von der Sammelschiene 1 gehen zwei Leitungen 2 und 3 ab, welche je den Leistungsschalter 4 und 5 besitzen. Die Leistungsschalter haben einen Hilfs kontakt 6 und 7. Es sei darauf hingewiesen, dass nor malerweise Doppelsammelschienensysteme vorhanden sind, welche nur der Einfachheit halber nicht dar gestellt sind. Die ganze Anordnung gilt auch für Doppelsammelschienensystem, wobei dann auch die zugehörigen Trennschalter Hilfskontakte besitzen müssen. Im Leitungszug der Leitungen 2 und 3 liegen die Stromwandler 8 und 9.
Ausserdem sind an die Leitung die Spannungswandler 10 und 11 angeschlos- sen. Die Wandler speisen die schematisch dargestell ten Distanzrelais 12 bis 17. Die Distanzrelais sind einfach durch Spulen dargestellt, sie können aber auch in bekannter Weise durch Gleichrichter-Brük- kenschaltungen oder durch Transistorenschaltungen ersetzt werden. Die Spulen sind so dargestellt, dass man erkennt, dass sie zusammen eine Wirkung aus üben sollen. Es sind zwei Stromspulen dargestellt, von denen durch die eine 18 am Distanzrelais 12 der Strom des jeweiligen Leiters, durch die andere 19 der Summenstrom hindurchgeht, und an der Spule 20 die jeweilige Spannung liegt.
Die bekannten Um schaltungen, welche je nach der Art des Fehlers vor genommen werden müssen, sind der übersicht halber weggelassen. Der Nullstrom wird als Summenstrom der Wandler 8 bzw. 9 gebildet, und zwar über den Zwischenwandler 21. Die Sekundärwicklung dieses Wandlers besitzt drei Anzapfungen, welche mit Hilfe des Relaiskontaktes 22 umgeschaltet werden können. Bei der obersten Anzapfung wirkt der Nullstrom am geringsten und an der untersten am stärksten. Der Kontakt 22 gehört zu dem Relais 23, welches je nach seiner Erregung den Kontakt nach der oberen oder unteren Klemme umschalten kann. Das Relais 23 be sitzt zwei entgegengesetzt gerichtete Wicklungen.
Das gleiche gilt für das Relais 24 und den Wandler 25 der Leitung 3. Die Relais können natürlich auch durch elektrische Anordnung in bekannter Weise ersetzt werden. Die Umschaltung muss nun nach den oben angegebenen Bedingungen erfolgen. Dies geschieht durch die übrige Anordnung. Diese Anordnung wird durch die Hilfswandler 26 bis 29 gespeist. Der von den Hilfswandlern 26 und 27 gespeiste Anlagenteil stellt ein transistorisches Richtungsrelais dar, der von den Hilfswandlern 28 und 29 gespeiste Teil ein Diffe rentialglied, welches die Grössen vergleicht. Zugeführt wird den Hilfswandlern jeweils der Nullstrom der Lei tungen 2 und 3.
In den Wicklungen 261, 271 und 281 fliesst der Nullstrom der Leitung 2, in den Wick lungen 262, 272 und 291 der Nullstrom der Lei tung 3. Der Wandler 6 bildet magnetisch die Summe der beiden Nullströme, der Wandler 27 die Differenz. Es ist bekannt, dass durch das Zusammenwirken der Summe und der Differenz zweier Grössen deren Rich tung festgestellt werden kann. Die beiden Wandler 28 und 29 bilden zusammen ein Differentialrelais, welches die Differenz der Grössen der beiden Null ströme misst.
Die Anordnung der Transistoren 30 bis 33 mit den Widerständen 34 bis 39 sowie den Gleichrichern 140 bis 143 ist nun so getroffen, dass an der Stelle A1 ein negatives Signal erscheint, wenn die Nullströme der beiden Leitungen entgegengesetzt gerichtet sind, und an der Stelle A2 ein negatives Signal erscheint, wenn die beiden Ströme gleichgerich tet sind. Je nach der gegenseitigen Richtung der Ströme erscheint also ein negatives Signal an der Stelle A1 oder A2.
P und N sind die zugehörigen Gleichspannungen für die Transistoren. Die negativen Signale entstehen hierbei auf folgende Weise: Sind die Nullströme gleichphasig, so ist der Strom im Wandler 26 grösser als im Wandler 27. Dadurch ist der Spannungsabfall über den Widerstand 35 grö sser als der über den Widerstand 38, so dass die Transistoren 30 und 31 leiten. Dadurch wird der Punkt A2 negativ. Sind die Nullströme aber ent gegengesetzt gerichtet, so ist der Strom in der Sekun därwicklung des Wandlers 27 grösser, so dass die Transistoren 32 und 33 leiten und an der Stelle A1 ein negatives Signal erscheint.
Ähnlich ist die Anordnung mit den Wandlern 28 und 29, welche die Grösse der beiden Nullströme vergleichen. Ist der Nullstrom der Leitung 2 grösser als derjenige der Leitung 3, so erscheint am Punkte A<B>."</B> ein negatives Signal, ist dagegen der Strom der Leitung 3 grösser als derjenige der Leitung 2, so er scheint am Punkte A4 ein negatives Signal. Die Schaltung der Transistorenanordnung in dem Diffe rentialrelais ist die. gleiche wie beim Richtungsrelais und braucht daher nicht näher beschrieben zu wer den.
Je nach dem Auftreten der Signale A1 bis A4 wird nun die gewünschte Wirkungsweise der Relais 23 und 24 erreicht. Dies sei im folgenden beschrie ben: Die Signale A1 und A2, also die Signale, die vom Richtungsrelais herkommen, werden den digita len Elementen 40 und 41 zugeführt. Diese sind Und -Glieder mit Umkehrung des Vorzeichens. Sie vergleichen die Signale A1 und A2 sowie ein Signal, das von dem digitalen Element 42 herkommt und das ein Nor -Element darstellt.
In diesem wird der Schaltzustand der Leitungen mit dem Ausgang des Nor -Elementes 43 verglichen, das wiederum die Grössen A1 und A2 zugeführt bekommen hat. Die Ausgangssignale A3 und A4 werden den Invertern 44 und 45 zugeführt, und dann in den Nor -Elementen 46, 47, 48 und 49 mit den Ausgängen der digitalen Elemente 40 und 41 verglichen.
Von dort aus gibt es Signale für die Relais 23 und 24, und zwar wird die untere Wicklung erregt, wenn der Einfluss des Nullstromes vergrössert werden soll, d. h. der Kontakt 22 wird nach unten gezogen, die obere Wicklung wird erregt durch die Elemente 46 und 49, wobei der Kontakt 22 nach oben gedrückt wird. In gleicher Weise wird das Relais 24 durch die digitalen Ele mente 48 und 49 beeinflusst.
Die Wirkungsweise sei anhand des Beispieles dar gelegt, dass die beiden Nullströme in den beiden Lei tungen entgegengesetzt gerichtet sind, und der Null strom in der Leitung 3 kleiner als der Nullstrom in der Leitung 2 ist. Dies tritt ein, wenn ein Fehler in der Leitung 2 vorliegt. In diesem Fall soll das Relais 23 den Kontakt 22 so verstellen, dass die Nullstrom kompensation verkleinert wird. Es muss also die obere Wicklung erregt werden. Da die Ströme entgegen gesetzt gerichtet sind, tritt also ein Signal am Punkte A1 auf. Da der Strom in der Leitung 3 kleiner als in der Leitung 2 ist, so tritt ein weiteres Signal an der Stelle A3 auf.
Beide Signale sind negativ, d. h. sie werden entsprechend der Gepflogenheit mit 1 be zeichnet. Ein entsprechend positives Signal wird mit 0 bezeichnet. Das Signal A3 wird an den Inverter 44 geführt, wo das Signal 1 in ein Signal 0 umgewan delt wird. An dem Nor -Element 47 erscheint also an der unteren Leitung das Signal 0. Das Signal A1, also ebenfalls ein 1-Signal, wird an das Und -Ele- ment 40 geführt, erscheint dort als Signal 1. Ferner wird diesem Signal der Ausgang des Nor -Elemen- tes 42 zugeführt.
Es entsteht an diesem Ausgang ein 1-Signal, wie aus folgender überlegung hervorgeht: An dem Nor -Element 43 erscheint das Signal A1, also das 1-Signal und das Signal A2, das an sich nicht existiert, also ein 0-Signal. Bei einem Nor - Element bildet die Gruppe 1, 0 ein Ausgangssignal 0. Dieses Signal 0 wird nun dem weiteren Nor -Ele- ment 42 zugeführt, an welchem der Schaltzustand mit dem Ausgangssignal des Nor -Elementes 43 ver glichen wird.
Der Schaltzustand wird durch das Re lais 50 bestimmt. Sind beide Schalter 5 und 4 ein geschaltet, so sind auch die Hilfskontakte 6 und 7 geschlossen, das Relais 50 ist erregt und schliesst seinen Kontakt. Hierdurch wird ein positives Signal, also ein 0-Signal, an das Element 42 gegeben. Es er scheinen also in diesem Falle zwei Null -Signale, wobei an diesem Element am Ausgang ein 1-Signal entsteht.
Hierdurch entstehen also, wie gesagt, an dem Element 40 zwei 1-Signale. Dies bedeutet am Aus gang ein 0-Signal. Hierdurch erhält das Element 46 im ganzen zwei 0-Signale, wodurch an seinem Aus gang ein 1-Signal entsteht und die obere Wicklung des Relais 23 erregt wird. Hierdurch erfolgt die Um schaltung des Kontaktes 22 im gewünschten Sinne.
An das Element 47 werden die Signale 0 und 1 herangebracht, so dass am Ausgang ein 0-Signal ent steht und die untere Wicklung nicht erregt wird. An den Elementen 48 und 49 entsteht ebenfalls kein Ausgangssignal, wie man leicht ableiten kann.
In ähnlicher Weise werden die Signale hervor gebracht, wenn andere Fehlerverhältnisse und Schalt zustände bestehen. Im einzelnen sei dies nicht aus geführt, da der Gedankengang der gleiche ist wie bei der beschriebenen Ausführung.
Da die gesamte Anordnung nur aus elektroni schen Elementen besteht, ist die Zeit ausserordentlich gering. Sie beträgt, wie nachgewiesen werden konnte, weniger als 5 ms.
Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass für Dop pelleitungen in allen Schaltzuständen und bei allen Fehlerfällen ein einwandfreies Arbeiten des Distanz schutzes auch bei Verwendung von Systemen ohne selbständige Richtungsglieder möglich ist. Ausserdem ergibt sich der Vorteil, dass die Stromkreise der Wandler 8 und 9 für sich galvanisch voneinander getrennt bleiben, und daher keine gegenseitige Beein flussung möglich ist. Es sei noch darauf hingewiesen, dass die gesamte Anordnung natürlich auf beiden Seiten der Leitung vorgesehen wird, und dass sie auch dann richtig arbeitet, wenn der Schaltzustand auf bei den Seiten verschieden ist, also beispielsweise auf der einen Seite die Leitungen zusammengeschaltet sind, und auf der anderen Seite getrennt bleiben.