Schaltungsanordnung mit einem Richtungsrelais oder Richtungsvergleichsschutz Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Richtungsrelais oder Richtungsvergleichs schutz, der eine vom Strom in dem zu überwachenden Netz abhängige Grösse und der eine mittels eines Spannungswandlers aus der Spannung in dem zu über wachenden Netz abgeleitete Spannung zugeführt wird.
Die Schaltungsanordnung mit einem Richtungsrelais oder Richtungsvergleichsschutz ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die abgeleitete Spannung einem kapazitiven Spannungswandler entnommen wird, an den sekundärseitig über ein Filternetzwerk das Richtungsrelais oder der Ri'chtungsvergleichsschutz an geschlossen ist,
wobei das Filternetzwerk in der abge leiteten Spannung vorhandene Ausgleichsschwingungen des kapazitiven Wandlers unterdrückt und den die Mess- grösse darstellenden, netzfrequenten Anteil der abge leiteten Spannungen überträgt.
Bisher sind in Richtungsrelais- oder Richtungs- vergleichsanordnungen vorwiegend induktive Spannungs- wandler eingesetzt worden, die sich gegenüber kapa- zitiven Spannungswandlern durch eine gute Abbildungs treue auszeichnen. Bei kapazitiven Spannungswand lern entstehen nämlich insbesondere bei Kurzschlüs sen Ausgleichsschwingungen, die eine derartige Ampli tude und Zeitdauer aufweisen,
dass bei einem nahe liegenden Fehlerort die auf einen Bruchteil der Nenn spannung reduzierte Kurzschlussspannung völlig über deckt wird.
In der Fig. 1 ist der Verlauf der Ausgleichs schwingung Ual eines kapazitiven Spannungswandlers in Abhängigkeit von der Zeit t für den Fall dargestellt, dass der Kurzschluss im Maximum der Netzspannung Ux auftritt. Der Kurzschluss setze zur Zeit t = 0 ein; es entsteht eine kräftige, innerhalb von einigen Halb- wellen der Netzspannung abfallende Ausgleichsschwin- gung Ual mit einer Frequenz von einigen Hundert Hz.
Bei einem im Nulldurchgang der Netzspannung UN, beispielsweise bei einem Blitzschlag, eintretenden Kurzschluss entsteht eine weitere, in der Fig. 2 gezeigte, sehr gefährliche Ausgleichsschwingung Ua2, die eine Amplitude von bis zu<B>10%</B> der vollen Netzspannung und eine tiefe Frequenz von weniger als 10 Hz be sitzt.
Diese Ausgleichsschwingung U.2 ist darum so gefährlich, weil bei einem nahebiegenden KuTzschlussomt die Amplitude der Ausgleichsschwingungen Ua2 des kapazitiven Spannungswandlers die der die Messgrösse darstellenden, netzfrequenten Schwingungen der abge leiteten Spannung überdeckt.
Wird als Messwerk ein solches mit wattmeterähnlichen. Eigenschaften verwendet, wie es bei einem Richtungsrelais oder Richtungsver- gleichsschutz üblich ist, dann führt das Messwerk unter dem Einfluss der abgeleiteten Spannung und einer dem Kurzschlussstrom proportionalen, netzfrequentien Span- nung Pend'elungen um seine Ruhelage aus,
was zu Fehlauslösungen des Richtungsrelais oder des Rich- tungsvergleichsschutzes führt.
Der Einfluss .der Ausgleichsschwingungen würde also bei einem direkt an einen kapazitiven Spannungswandler angeschlossenen Richtungsrelais oder Richtungsver- gleichsschutz zu Fehlentscheidungen führen, die im vorübergehenden Blockieren oder Fehlauslösen des zu gehörigen Leistungsschalters bestehen können.
Die beschriebenen Eigenschaften der kapazitiven Spannungswandler, die einer Verwendung dieser Span- nungswandler im Rahmen von Richtungsrelaisanord- nungen bisher hinderlich im Wege standen, üben auf die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung keinen nachteiligen Einfluss aus, da das Richtungsrelais oder der Richtungsvergleichsschutz nicht direkt an die Se kundärausgänge des kapazitiven Wandlers angeschlos sen isst,
sondern unter Zwisehenschaltung eines Fil ternetzwerkes mit dem kapazitiven Spannungswandler verbunden ist. Das Filternetzwerk ist dabei derart di mensioniert, dass die in der mittels des. kapazitiven Spannungswandlers aus der Spannung in dem zu über wachenden Netzwerk abgeleiteten Spannung vorhan denen Ausgleichsschwingungen unterdrückt und die die Messgrösse darstellenden, netzfrequenten Schwingungen der abgeleiteten. Spannung übertragen werden.
Um die Genauigkeit der Messung nicht negativ zu beeinflussen, muss eine phasengetreue Übertragung der Messgrösse vom Beginn des Kurzschlusses an ge währleistet sein. Um diese Forderung zu erfüllen, muss das Filternetzwerk eine möglichst kleine Einschwin5 zeit aufweisen; das hat zwar eine grosse Dämpfung beim Einschalten und eine damit verbundene Reduzierung der Amplitude der Messgrösse zur Folge, die jedoch in Kauf genommen werden kann, da die gegebenenfalls zu stark abgeschwächte Messgrösse - falls erforder lich - durch nachgeschaltete Verstärker wieder auf die gewünschte Höhe angehoben werden kann.
Ferner muss das Filternetzwerk auch im Hinblick darauf geeignet dimensioniert werden, dass die Ausgleichsschwingungen des kapazitiven Wandlers genügend ausgefiltert werden, d. h. das Filternetzwerk muss eine gute Fernabselektion aufweisen.
Ausserdem muss dafür gesorgt werden, dass die im Filternetzwerk beim Einschwingen gespeicherte Energie möglichst im vollen Umfang dem gegebenen falls leistungsmässig an das Filternetzwerk angepassten Messkreis des Richtungsrelais oder Richtungsvergleichs schutz zugeführt wird, um die hohe Empfindlichkeit nicht zu verlieren, und dass die dem Filternetzwerk eingangsseitig parallelliegende Sekundärwicklung des Spannungswandlers das Filternetzwerk nicht zusätzlich bedämpft;
andernfalls ginge nämlich Energie für das Messwerk verloren, und die Induktivität der Sekun därwicklung würde die Ausschwingfrequenz des Fil ternetzwerkes beeinflussen.
Den beschriebenen Anforderungen entspricht ein Filternetzwerk, das :im einfachsten Falle einen Reso nanzkreis enthält, dem gegebenenfalls ein ohmscher Widerstand parallelgeschaltet ist, der die Grunddämp fung des Filters bestimmt; vor dem Resonanzkreis ist ein Vorwiderstand angeordnet.
In den Fällen, in denen sich eine leistungsmässige Anpassung des Messwerkes an das Filternetzwerk nicht durchführen lässt, z. B. bei bereits vorhandenen Schutz einrichtungen, kann zusätzlich eine Hilfseinrichtung vorgesehen werden, die den zu Beginn .eines Kurz schlusses vom Richtungsrelais bzw. Richtungsvergleichs schutz getroffenen Entscheid zunächst aufrechterhält.
Diese Hilfseinrichtung wirkt sich besonders vorteilhaft aus, wenn bei einem naheliegenden Kurzschlussort die Messgrösse auf eine sehr kleine Amplitude zusammen gebrochen ist. In diesem Falle bewirkt die im Filter netzwerk gespeicherte Energie eine der Richtung des Kurzschlussortes entsprechende Betätigung des Rich tungsrelais oder des Richtungsvergleichsschutzes, die bis zum Ausschwingen der im Filternetzwerk gespeicher ten Energie erhalten bleibt.
Danach würde das Mess- werk in seine Ruhelage zurückkehren, und der zu nächst getroffene Entscheid würde eventuell wieder verlorengehen. Dies wird durch die Hilfseinrichtung verhindert, die den Entscheid so lange aufrechterhält, bis die Messgrösse wieder eine zur Betätigung des Mess- werkes erforderliche Amplitude erreicht hat, z. B. nach dem Fortschalten des Kurzschlusses.
Die Hilfseinrichtung kann ein Zeitrelais und ein Hilfsrelais enthalten und kann gegebenenfalls von einer von der Höhe der Spannung in dem zu überwachenden Netzwerk beeinflussten Relaisanordnung gesteuert wer den.
Bei einer mit der Hilfseinrichtung ausgrüste@ten er findungsgemässen Schaltungsanordnung kann es vor teilhaft sein, wenn dem Filternetzwerk ein vorzugs weise von Zenerdioden gebildetes Begrenzungsglied mit Schwellwert vorgeschaltet ist.
Durch ein solches Be- grenzungsglied wird beim Zusammenbruch der aus der Spannung in dem zu überwachenden Netzwerk abge leiteten Spannung das Filternetzwerk vom kapazitiven Spannungswandler entkoppelt und damit sichergestellt, dass die in dem Filternetzwerk gespeicherte Energie über das Richtungsrelais bzw. den Richtungsvergleichs schutz und nicht über die Sekundärwicklung des kapa- zitiven Spannungswandlers abfliesst.
In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der er findungsgemässen Schaltungsanordnung mit einem Rich tungsrelais gezeigt. An den sekundären Ausgangsklem men 1 und 2 des nicht dargestellten kapazitiven Span- nungswandlers ist das den aus dem Kondensator Cre, und der Induktivität L", bestehenden Parallelresonanz kreis enthaltende Filternetzwerk F über einen Vorwider- stand Z, der gegebenenfalls zur Einstellung einer gewünschten Phasendrehung aus einem Phasenschieber netzwerk bestehen kann, angeschlossen.
Parallel zu dem auf die Netzfrequenz abgestimmten Parallelresonanzkreis liegt ein Widerstand R, der die Grunddämpfung des Filternetzwerkes F bestimmt. Über die Klemmen 3 und 4 ist das Filternetzwerk F an das Messwerk M des Richtungsrelais W angeschlossen, dem über die Klemmen 5 und 6 ein dem Kurzsc'liluss- strom in dem zu überwachenden Netzwerk proportiona ler Strom J zugeführt wird.
Tritt auf der zu überwachenden Leitung ein Kurz schluss auf, dann weist die an den Sekundärklemmen 1 und 2 des kapazitiven Spannungswandlers vorhandene, abgeleitete Spannung U nicht nur netzfrequente Schwin gungen, sondern auch vom kapazitiven Spannungswand- ler erzeugte, in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausgleichs schwingungen auf.
Diese in der abgeleiteten Spannung U vorhandenen Ausgleichsschwingungen werden im Fil ternetzwerk F ausgesiebt, das also nur die die Mess- grösse darstellenden, netzfrequenten Schwingungen pas sieren lässt, während die Ausgleichsschwingungen des kapazitiven Spannungswandlers vom Messwerk M fern gehalten werden.
Ein Ausführungsbeispiel der mit einer Hilfsein richtung ausgerüsteten erfindungsgemässen Schaltungs anordnung ist in der Fig. 4 dargestellt. Dem in Über einstimmung mit dem in der Fig. 3 gezeigten Aus führungsbeispiel aus der Induktivität L", und der Kapazität C",
aufgebauten Resonanzkreis des Filter- netzwerkes F ist hierbei ein vorzugsweise von Zener- dioden Z gebildetes Begrenzungsglied B mit Schwell- wert vorgeschaltet.
Die Zenerdioden Z trennen beim Zusammenbruch der abgeleiteten Spannung, d. h. der Sekundärspannung U des in der Fig. 4 nicht darge stellten kapazitiven Spannungswandlers, das Filternetz werk F von dem Wandler ab, so dass eine Beeinflussung der Messung durch Ausgleichsschwingungen mit Si cherheit vermieden wird.
Dieses Abtrennen des Filter netzwerkes F vom kapazitiven Spannungswandler be wirkt gleichzeitig, dass die in dem Filternetzwerk F gespeicherte elektrische Energie nicht über die Sekun därwicklung des kapazitiven Spannungswandlers, son dern nur über das Messwerk M des Richtungsrelais W oder des Richtungsvergleichsschutzes abfliesst.
Da das Messwerk M bei einem Zusammenbruch der abgeleiteten Spannung U nur so lange betätigt werden würde, wie die im Filternetzwerk gespeicherte Energie ausschwingt, würde das Richtungsrelais W auch bei einem in Sperrichtung liegenden Kurzschlussort eine Auslösung verursachen, da sein Messwerk M wieder in die Ruhelage zurückkehren würde. Um dies zu vermeiden, ist die Hilfseinrichtung S vorgesehen, die den beim Ausschwingen der gespeicherten Energie ge troffenen Richtungsentscheid aufrechterhält.
Die Schaltungseinrichtung S enthält ein in der Fig. 4 nicht dargestelltes Zeitrelais mit einem Kontakt t sowie das Hilfsrelais H, das mit dem Kontakt t in Reihe geschaltet ist.
In Reihe mit dem Kontakt t und dem; Hilfsrelais H sind die parallelgeschalteten Kontakte m und hl, von denen der Ruhekontakt m vom Messwerk M und der Arbeitskontakt hl vom Hilfsrelais H be tätigt wird. Über die parallelgeschalteten Kontakte m und hl ist das Hilfsrelais H beispielsweise an den Minuspol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen, deren Pluspol über den Kontakt i eines nicht darge stellten üblichen Anregerelais mit dem Kontakt t ver bunden werden kann.
Die Schaltungsanordnung S weist einen ebenfalls vom Hilfsrelais H betätigten Arbeltskon- takt h2 auf, der über den Arbeitskontakt s eines nicht dargestellten üblichen Abfragerelais an den Pluspol und über das übliche Auslöserelais A an den Minuspol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.
Tritt ein Kurzschluss auf, dann bricht die. abge leitete Spannung U zusammen und das Messwerk M des Richtungsrelais W wird durch die beim Aus schwingen des Filternetzwerkes F frei werdende ge speicherte Energie beträgt. L.äegt d'er Kurzschlussort in Sperrichtung, dann öffnet der in der Hilfseinrichtung angeordnete Kontakt m des Messwerkes. M und das Hilfsrelais H bleibt stromlos, obwohl die bei jedem Kurzschluss betätigten Kontakte i und t geschlossen sind.
Damit bleibt der Kontakt h2 geöffnet, und das Auslöserelais A wird nicht erregt. Auch nach Beendi gung des Ausschwingvorganges des Filternetzwerkes F tritt kein Fehlauslösen ein, .da dann der Kontakt s. des Abfragerelais bereits wieder geöffnet ist, so d'ass nun mehr trotz geschlossenen Kontaktes h2 - das Hilfs relais zieht beim Schliessen dies Kontaktes m an - dass Auslöserelais A keinen Strom bekommt.
Bei einem in Auslöserichtung liegenden Kurzschluss- ort bleibt der Kontakt m in seiner Ruhelage liegen; das Hilfsrelais H wird erregt und hält sich über seinen Kontakt hl selbst. Es schliesst sich der Kontakt h2 sowie der Kontakt s und das Auslöserelais A spricht an. Um ein Anfallen des Auslöserelais A beim öffnen des Kontaktes s des Abfragerelais zu verhindern, hält sich dieses über einen nicht gezeigten Kontakt selbst. Nach Ablauf einer zur Abwicklung der verschiedenen Schaltvorgänge, z. B.
Abschalten der Leistungsschalter erforderlichen Zeitdauer, öffnet der Kontakt t des Zeitrelais, und das Hilfsrelais H und damit auch das Auslöserelais A fallen in ihre Ruhelage zurück.
Die in der Fig. 4 dargestellte Schaltungsanordnung kann unter geringfügiger Abänderung dazu verwendet werden, um Richtungsrelais üblicher Schutzeinrichtun- gen an kapazitive Spannungswandler anzuschliessen. Selbst wenn das Pichtungsredmsi einer solchen Schutz einrichtung unter Verwendung kurzschlussfremder Span nungen arbeitet, ergeben sich nämlich Schwierigkeiten, wenn ein dreipoliger Fehler auftritt.
In einem solchen Kurzschlussfall würde das direkt von einem kapazitiven Spannungswandler gespeiste Richtungsrelais einer übli chen Schuezeinrichtung mit einer auch Ausgleichs- schwingungen des kapazitiven Spannungswandlers ent haltenden, abgeleiteten Spannung gespeist werden, wo durch die eingangs erwähnten Fehlentscheidungen auf treten könnten. Um dies zu vermeiden, genügt es z.
B., den in der Fig. 4 dargestellten Kontakt i nur bei drei- poliger Anregung zu betätigen.