DE597265C - Schutzeinrichtung fuer mehrphasige elektrische UEbertragungsleitungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 22. MAI 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 597 KLASSE 21c GRUPPE 6850

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Mai 1931 ab

ist in Anspruch genommen.

XJm elektrische Fernleitungen gegen Kurzschlüsse oder Isolations!ehler zu schützen, hat man seit langem vorgeschlagen, dem Arbeitsstrom von niedriger Frequenz, der durch die Leitung hindurchgeht, Ströme höherer Frequenz zu überlagern, deren Fortleitung über die beiden Enden der Leitung hinaus durch geeignete Vorrichtungen begrenzt ist, die nur einen niedrigen Scheinwiderstand dem Ar-

»o beitsstrom entgegensetzen,. aber einen sehr hohen Scheinwiderstand für die hochfrequenten Ströme darstellen. Für diese Ströme hoher Frequenz befindet sich die so ausgestattete Leitung scheinbar isoliert von dem übrigen Teil des Netzes, und alle Vorfälle, die in diesem außerhalb der geschützten Leitung vorkommen können, stören nicht die Fortleitung 'der Ströme hoher Frequenz. Wenn dagegen die geschützte Leitung einen zufälligen Fehler aufweist, wird hauptsächlich die Fortleitung der Ströme hoher Frequenz verändert, und es genügt, so in dem Stromkreis der hohen Frequenz Relais vorzusehen, die in Tätigkeit treten und die Öffnung von Schaltern bewirken, sobald diese Änderung der Fortleitung eintritt.

Zum Schutz von vielphasigen Leitungen hat man in dieser Beziehung vorgeschlagen, in die Leitung vielphasige Ströme von hoher Frequenz zu leiten und Relais vorzusehen, die für Überströme empfindlich sind, die sich in dem Stromkreis von hoher Frequenz ausbilden können, wenn in der Leitung ein Kurzschluß oder ein Isolationsfehler vorhanden ist. Man hat auch vorgeschlagen, Relais unter der Wirkung der Veränderung des Scheinwiderstandes zu betätigen, der durch die Leitung den Strömen von hoher Frequenz entgegengesetzt wird, wenn diese Leitung einen zufälligen Fehler enthält.

Die praktische Anwendung dieser bekannten Verfahren stößt jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten, besonders wenn es sich darum handelt, Fernleitungen von hoher Spannung und großer Länge zu schützen. In diesem Fall erfordert das zulässige Ausmaß der Koppelvorrichtungen der Generatoren von hoher Frequenz mit der Leitung und der Filter, die die Fortleitung der Ströme von hoher Frequenz über die Enden der Leitung hinaus begrenzen, die Anwendung von verhältnismäßig hohen Frequenzen. Ferner kann,

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Jean Pallou in Bourgh-la-Reine, Frankreich,

wenn die Wellenlänge der eingeleiteten Ströme von derselben Größenordnung wie die Länge der zu schützenden Linie oder kleiner als diese Länge ist, die Leitung Kurzschlüsse 5 oder Isolationsfehler an bestimmten Stellen aufweisen, ohne daß die am Anfang durch den Generator von hoher Frequenz zugeführten Ströme fühlbar beeinflußt werden und ohne daß der Scheinwiderstand der Leitung ίο fühlbar verändert wird.

Man hat auch vorgeschlagen, in die Leitung mehrere Ströme von verschiedener Wellenlänge einzuleiten, derart, daß die Fortleitung wenigstens eines von ihnen durch einen Leitungsfehler beeinflußt wird, unabhängig von dem Ort, wo dieser Fehler auftritt. Dieses letztere Verfahren führt jedoch zu einer Vermehrung der Apparate und bringt eine große Verwicklung in der Anlage mit sich, da es nötig ist, wenigstens vier Generatoren von hoher Frequenz, und zwar zwei an einem Ende und zwei am anderen Ende, aufzustellen.

Diese Nachteile der bekannten Einrichtungen werden durch die Erfindung dadurch vermieden, daß an die Leitungen nur von Hochfrequenzströmen abhängige Relais angeschlossen werden, welche ansprechen, wenn in dem Hochfrequenznetz eine Unsymmetriekomponente auftritt. Die Einrichtung kann so gestaltet werden, daß sie entweder nur auf bestimmte Fehlerarten, wie Erdschlüsse, oder auf alle Fehlerarten, wie Erdschlüsse, Kurzschlüsse, Phasenbrüche u. dgl., anspricht. In Abb. ι ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar eine Erdschlußschutzeinrichtung, dargestellt. Die drei Leitungen I₁ ι, ι des zu schützenden Netzabschnittes sind durch Schalter 2, 2' am Anfang und Ende begrenzt. Beide Schalter werden durch Magnetspulen 3 und 3' betätigt. An jedem Ende der Leitung sind nun vielphasige Hilfsgeneratoren 4, 4' angeordnet, die in die Leitung über geeignete Koppelvorrichtungen, z. B. Kondensatoren 5, 5', Ströme in die Leitungen ι senden, deren Frequenz über der Netzfrequenz liegt. An jedem Ende der Leitung sind Sperrkreise 6, 6' und 7, 7' der bekannten Art vorgesehen. Die Sperrkreise 6, 6' verhindem, daß die Ströme, die von dem Generator 4 ausgehen, über den zu schützenden Leitungsabschnitt hinaus fortgeleitet werden. Die Sperrkreise 7, 7' wirken in gleicher Weise auf die Ströme von einer anderen Frequenz, die von dem Generator 4' ausgehen. In Reihe mit den Koppelvorrichtungen 5 sind schließlich Sperrkreise 8 vorgesehen, die verhindern, daß die von dem Generator 4' ausgehenden Ströme nach dem Generator 4 geleitet werden; in gleicher Weise sind in Reihe mit den Koppelvorrichtungen 5' Sperrkreise 8' angeordnet, welche den Durchgang der von dem Generator 4 ausgehenden Ströme zu dem Generator 4' verhüten.

In die Erdverbindungen der Generatoren 4, 4' sind nun Relais 9, 9' geschaltet, welche durch die Hochfrequenzsti'öme der Generatoren 4, 4' in entsprechender Weise erregt werden, jedoch nur dann, wenn ein Erdschluß vorhanden ist. Die Relais 9, 9' werden nämlich infolge ihrer Schaltung in die Erd- · verbindung der Generatoren nur dann erregt, wenn die Summe der in den verschiedenen Phasen fließenden Hochfrequenzströme jedes der beiden Generatoren nicht mehr Null ist. Man kann natürlich auch alle anderen Schaltungen für die Relais 9, 9' verwenden, durch die erreicht wird, daß nur beim Auftreten eines Asymmetriestromes die Relais erregt werden. Die Kontakte der Relais 9, 9' liegen in Reihe mit Stromquellen 10 und 10' im Stromkreise der Auslösespulen 3, 3' der Schalter 2, 2'.

Als Hilfsgeneratoren 4, 4' können beliebige Stromerzeuger verwendet werden, entweder umlaufende Maschinen oder Röhrenanordnungen. Im letzteren Falle können die Stromerzeuger 4, 4' so ausgebildet sein, daß sie nur dann erregt werden, wenn ein Fehler im Netz auftritt, z. B. durch Zwischenschalten eines Relais, das durch die Ströme von Netzfrequenz erregt wird. Dieses Relais kann z. B. so ausgebildet sein, daß es bei einem Überstrom oder bei einer Stromunsymmetrie oder bei einer Spannungsunsymmetrie anspricht.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Solange die Leitung 1 fehlerfrei ist, sind die durch die Generatoren 4, 4' ausgesandten Ströme ausgeglichen, in-der Erdverbindung tritt demnach kein Strom auf, der die Relais 9,9' erregen könnte. Wenn dagegen in der Leitung 1 ein Erdschluß auftritt, dann werden die Hochfrequenzströme unausgeglichen, die Relais 9, 9' werden infolgedessen erregt und die Schalter 2, 2' betätigt.

Die Schutzeinrichtung tritt praktisch augenblicklich in Tätigkeit. Eine genaue Einstellung der Relais ist nicht erforderlich. Die Unsymmetrie der zugeführten Ströme hängt lediglich von der Unsymmetrie der Isolation der Phasen der Leitung ab. Ein Fehlerstrom tritt also nicht nur bei einem satten Erdschluß auf, sondern auch bei einer Störung der Isolation, die in Entladungsvorgängen sich äußert.

Die Stromerzeuger 4, 4' können außer für Schutzzwecke auch zu Fernmeldungen zwischen den beiden Enden der Leitungen benutzt werden.

Die Schutzeinrichtung nach der Erfindung kann auch so ausgebildet werden, daß nur ein

einziger Hochfrequenzgenerator verwendet wird. In Abb. 4 und 5 sind entsprechende Schaltungen angegeben. Zu ihrem Verständnis sei zunächst an Hand der Abb. 2 und 3 _derVerlauf der Spannungsamplitude längs einer Leitung betrachtet. Der Anfang der Leitung, wo der Hochfrequenzgenerator sich befindet, ist mit A bezeichnet, das Ende 'der Leitung mit B. In Abb. 2 ist angenommen, daß der Stromkreis offen ist, d. h. daß keinerlei Hochfrequenzleistung abgegeben wird, oder, was dasselbe bedeutet, daß ein Sperrkreis für Hochfrequenz angeordnet ist. Die Kurve C, welche die Spannungsamplitude in Abhängigkeit von der Entfernung darstellt, nimmt dann die Gestalt einer Sinusfunktion an, welche einer Exponentialfunktion überlagert " ist. Es ist zu ersehen, daß an gewissen Stellen der Leitung, beispielsweise an der Stelle Dj das Potential der Leitung sehr nahe dem Nullwert sein kann. Wenn daher an dieser Stelle ein Kurzschluß auftritt, dann werden die Ströme, die am Anfangt der Leitung durch den Generator in diese geschickt werden, nur in geringer Weise beeinflußt, so daß das Schutzrelais nicht zum Ansprechen kommt.

Einen ganz anderen Verlauf nimmt die Spannungsamplitude, wenn die Leitung an ihrem Ende B mit einer Impedanz belastet ist, die der Impedanz der Leitung entspricht. Die Spannungsamplitude stellt sich dann in Abhängigkeit von der Entfernungslinie als eine Exponentialkurve dar, die am Anfang der Leitung ihr Maximum besitzt. Wenn in diesem Falle ein Kurzschluß in irgendeinem Punkt auftritt, dann werden hierdurch die in die Leitung geschickten Hochfrequenzströme immer ausreichend beeinflußt, so daß die Schutzeinrichtung zum Ansprechen gebracht wird.

Auf Grund dieser Erkenntnisse ist die in Abb. 4 dargestellte Schutzeinrichtung aufgebaut. Die einzelnen Teile sind, soweit sie mit denen der Abb. ι identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. An Stelle des Generators 4' ist nun am Leitungsende B ein Empfangssystem 11 für Hochfrequenz angeordnet, das mit der Leitung 1 durch Kondensatoren 5' gekoppelt ist. Dieses Empfangssystem besteht aus drei Impedanzen 12, die zu einem Stern vereinigt sind. Der Sternpunkt ist mit der Erde durch eine weitere Impedanz 13 und das Relais 9' verbunden. Die Impedanzen 12 sind dabei so gewählt, daß sie der gegenseitigen Leiterimpedanz entsprechen, die Impedanz 13 entspricht dagegen der Impedanz der Leitungen gegen Erde. Die Arbeitsweise der Einrichtung ist dieselbe wie die an Hand der Abb. 1 beschriebene.

Bei dem Beispiel der Abb. 5 sind in Reihe mit den Impedanzen des Generators und des Empfängers zusätzliche Impedanzen geschaltet, die der Impedanz der Leitung proportional sind, z. B. die mit dem Generator 4 in Reihe liegenden Impedanzen 14 und 15 sowie die Impedanzen 14', 15' des Empfangssystems 11.

Die Schutzeinrichtung ist nun so ausgebildet, daß sie von den gegenläufigen Komponenten des Systems beeinflußt ist. Der Stromkreis, der zur Gewinnung der gegenläufigen Komponenten dient, wird an jedem Ende der Leitung durch eine Reihe von Impedanzen 16, 17, 18 und 16', 17', 18' gebildet, die in Reihe mit den Impedanzen 14, 14' geschaltet sind. Die Impedanzen 16, 17, 18 und 16', 17', 18' haben denselben Ohmschen Widerstand, der klein und vernachlässigbar gegenüber dem der Impedanzen 14, 14' ist. Die Impedanzen sind dabei so ausgebildet, daß die gegenläufige Stromkomponente in allen Phasen in gleicher Richtung auftritt. Zu diesem Zweck sind die Impedanzen 16, 16' durch einen Kondensator und einen Serienwiderstand gebildet, derart, daß der Spannungsabfall um 60 ° gegenüber dem durchfließenden Strom nacheilt. Die Impedanzen 17, 17' bestehen aus einem Widerstand, dessen Spannungsabfall in Phase mit dem durchgehenden Strom liegt, während die Impedanzen 18, 18', die aus einer Selbstinduktionsspule und einem Ohmschen Widerstand bestehen, eine Phasenverschiebung der Spannung hervorrufen, die 60 ° voreilend gegenüber dem Strom beträgt.

Die Enden der Impedanzen 16 und 17 einerseits und 16' und 17' andererseits sind mit dem Gitter und dem Heizfaden von Drei-Elektroden-Röhren 19 bzw. 19' verbunden. In gleicher Weise sind die Impedanzen der Enden 17 und 18 einerseits und 17' und 18' andererseits mit dem Heizfaden und dem .Gitter von Drei-Elektroden-Röhren 20 und 20' verbunden.

Aus der Schaltanordnung ergibt sich, daß das Gitter einer der Röhren gegenüber dem Heizfaden ein Potential besitzt, das dem Wert

h — h
proportional ist, wobei J₁ die gegenläufige Komponente der Ströme in den Impedanzen 14, 14' darstellt und J₀ die in allen Phasen in gleicher Richtung verlaufende Stromkomponente bedeutet.

Das Gitter der anderen Röhre besitzt dagegen ein Potential, das dem Wert

proportional ist, wobei a = ε ~— ist. / bedeutet in dieser Gleichung]/—1.

Wenn nun ein Fehler auftritt, dann wird je nach der Art dieses Fehlers entweder die Komponente J₁, wie z. B. bei einem zwei-

phasigen Kurzschluß, oder J₀, wie bei einem Erdschluß, auftreten und mindestens eine der Drei-Elektroden-Röhren 19 oder 20 bzw. 19' oder 20' erregen.

Beim Ansprechen der Röhren 19, 20 bzw. 19', 20' werden die in den Anodenkreisen liegenden Relais 9, 9' von den Stromquellen 21 und 21' erregt und dadurch die Schalter 2, 2' betätigt oder nicht. In den Anodenkreisen können natürlich auch Verstärkereinrichtungen eingebaut sein.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Schutzeinrichtung für mehrphasige elektrische Übertragungsleitungen, bei der mehrphasige hochfrequente Wechselströme dem Arbeitsstrom überlagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß an die Leitungen nur auf die Unsymmetriekomponenten der Hochfrequenzströme ansprechende Relais (9, 9') angeschlossen sind.
2. 2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Enden des zu überwachenden Leitungsteiles Ströme verschieden hoher Frequenzen erzeugende Hochfrequenz-Generatoren (4, 4') vorgesehen sind.
3. 3. Schutzeinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des zu überwachenden Leitungsteiles ein Hochfrequenzgenerator (4), am anderen Ende ein mehrphasiges Impedanzsystem (12, 13) von ungefähr gleichem Widerstand wie der Wellenwiderstand des zu überwachenden Leitungsteiles (1) vorgesehen ist.
4. 4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1

   bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzrelais (9, 9') in die Nullpunktverbindungen der Hochfrequenzgeneratoren (4, 4') oder der Impedanzsysteme (12, 13) eingebaut sind.
5. 5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (16, 17, 18 bzw. 16', 17', 18') des Impedanzsystems derart ausgebildet sind, daß die gegenläufige Stromkomponente in allen Phasen in gleicher Richtung auftritt.
6. 6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (16, 17, 18 bzw. 16', 17', 18') des Impedanzsystems derart ausgebildet sind, daß die bei gleichen Phasenwiderständen um 120° phasenverschobenen Ströme in den beiden äußeren Leitungen gegenüber dem Strome der mittleren Leitung um 60 ° vor- bzw. nacheilen.
7. 7. Schutzeinrichtung nach Anspruch S und 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Widerstände zwei verschiedene Relaisvorrichtungen angeschlossen sind, von denen die eine beim Auftreten einer gegenläufigen, die andere beim Auftreten einer in allen Phasen in gleicher Richtung verlaufenden Komponente des Hochfrequenzsystems anspricht.
8. 8. Schutzeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Anregerelais, welche im Falle eines Fehlers im Netz die Hoch- 70 frequenzgeneratoren in Tätigkeit setzen.
9. 9. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Überwachungsrelais vorgesehenen Hochfrequenzgeneratoren gleichzeitig zu Fernmeldungen benutzt werden.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   Berlin, cedruckt in der ni;ldismiuCK6ltEl