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Von Strom und Spannung abhängiges Relais.
Um aus einem elektrischen Leistungsnetz fehlerhafte Strecken ohne Störung des übrigen Netzes abschalten zu können, sind verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden, bei denen die Auslösezeit der Schalter von dem Verhältnis zwischen Spannung und Strom der abzuschaltenden Leitungsstrecke, und damit von der Impedanz der Leistungsstrecke zwischen der Stelle des Relais und der Fehlerstelle, oder von einer beliebigen Komponente dieser Impedanz abhängig ist.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung dieser Art, wobei das Relais, welches vom Strom und von der Spannung abhängig ist, und durch seine Einstellung die Auslösezeit eines Schalters bestimmt, in für Messinstrumente (Widerstandsmesser) bekannter Weise eine Stromspule und eine Spannungsspule enthält, die fest miteinander verbunden, und gemeinsam gegenüber einer dritten Spule beweglich sind.
Als Vorteil eines in dieser Art ausgeführten Relais ist besonders seine Einfachheit zu nennen ; das Relais benötigt nur einen einzigen Kontakt. Ausserdem hat das Relais gerade im Kurzschlussfall eine grosse Richtkraft, auch wenn die Spannung gleich 0 ist. Endlich ist der Energieverbrauch des Relais klein, besonders derjenige der Spannungsspule. Das Relais kann daher an Spannungswandler kleiner Leistung, z. B. an dielektrische Spannungswandler angeschlossen werden.
Ein Schema einer nach der Erfindung ausgeführten Einrichtung zeigt beispielsweise die Fig. l.
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welchen die Leitungsstrecke e abgeschaltet werden kann. Die Spulen a und c werden über den Stromwandler t mit dem Strom dieser Leitungsstrecke gespeist ; die Spule b liegt über den Spannungswandler g an der Spannung dieser Leistungsstreeke. Auf der Achse der Spulen a und b ist eine Kurvenscheibe angebracht. Gegen diese Kurvenscheibe bewegt sich ein Arm mit dem Kontaktpaar i, der von dem Zeitrelais k angetrieben wird. m ist ein Elektromagnet, der dazu dient, beim Überschreiten einer einstellbaren Stromstärke die Sperrung des Zeitrelais 7. frei zu geben. n ist die Auslösespule des Schalters, o die Stromquelle aus der diese gespeist wird.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist die folgende : Die beiden magnetischen Felder der sich kreuzenden Spulen a und b, von denen das eine vom Strom, das andere von der Spannung abhängig ist, setzen sich zu einem resultierenden Feld zusammen, dessen Richtung nur von dem Verhältnis Spannung zu Strom abhängt. Das aus den Spulen a und b bestehende bewegliche System stellt sich, da keine Gegenkraft vorhanden ist, so ein, dass die Richtung dieses resultierenden Feldes mit der des Feldes der Spule c zusammenfällt. Es ist also die Stellung des beweglichen Systems und damit auch die der Kurvenscheibe h nur von dem Verhältnis Spannung zu Strom abhängig. Beim Überschreiten des eingestellten Stromes
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Kontaktpaar i sich auf die Kurvenscheibe h zu bewegt.
Die Zeit nach welcher das Kontaktpaar i durch Auftreffen auf die Kurvenscheibe h geschlossen und somit der Schalter cl ausgelöst wird, ist von der Stellung der Kurvenscheibe h, also ebenfalls von dem Verhältnis Spannung zu Strom abhängig.
Es ist dabei gleichgültig, ob die Laufgeschwindigkeit des Zeitrelais k vom Strom abhängig oder unabhängig ist. Es kann also z. B. an Stelle eines reinen Zeitrelais auch ein Ferraris-Laufwerk verwendet werden. Es ist auch nicht notwendig, dass die Spulen a und b, wie in dem gezeichneten Beispiel, gerade
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Spulen a und b übereinstimmen muss. Beispielsweise wäre es auch möglich, die Spule c mit der Spule bin Reihe zu schalten.
An die Stelle der dritten Spule (e) kann auch ein Eisenkörper treten. In diesem Falle stellt sich das aus den Spulen a und b bestehende bewegliche System so ein, dass die Richtung des resultierenden Feldes in die Richtung des kleinsten magnetischen Widerstandes fällt. Auch in diesem Fall können natürlich die beiden miteinander verbundenen Spulen fest, und der Eisenkörper beweglich sein. Der bewegliche Eisenkörper kann auch in für Messinstrumente bekannter Weise eine gekröpfte Form erhalten und durch eine feststehende Spule magnetisiert werden ; bei Gleichstrom kann statt dessen ein permanenter Magnet verwendet werden.
Die Einrichtung wirkt in gleicherweise bei Gleichstrom und bei Wechselstrom, solange die Ströme in den drei Spulen a, b, c phasengleich sind. Ist dies nicht der Fall, so sind nur diejenigen Komponenten der Ströme in a und b wirksam, die mit dem Strom in c phasengleich sind. Ist also die Spule c mit der Spule b in Reihe geschaltet, so wirkt nur diejenige Komponente des Stromes in der Spule a, welche mit dem Strom in b phasengleich ist (Wattkomponente des Stromes). Ist anderseits die Spule c mit der Spule a in Reihe geschaltet und der Strom in der Spule b phasengleich mit der an den Stromkreis dieser Spule angelegten Spannung, so wirkt nur diejenige Komponente dieser Spannung, welche mit dem Strom in n phasengleich ist (Wattkomponente der Spannung).
Durch Einschalten von Ohmschen oder induktiven Vorscha1twiderständen vor die Spannungsspule b, bei Mehrphasenstrom auch durch entsprechende Wahl der Phase, an welche die Spannungsspule angeschlossen wird, ist es möglich, Phasengleichheit zwischen den Strömen in den beiden miteinander verbundenen Spulen (und und b) bei einer beliebigen Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in der geschützten Leitungsstrecke zu erhalten.
Sind die Ströme in den beiden Spulen phasengleich, wenn der Strom in der Leitungsstrecke der Spannung um 90"nacheilt, so ist der Ausschlag des Relais von der Blindkomponeiite der Leitungsimpedanz abhängig ; sind dagegen die Ströme in den beiden verbundenen Spulen phasengleich, wenn auch Strom und Spannung in der Leitungsstrecke phasengleich sind, so ist der Ausschlag des Relais von der Wirkkomponente der Leitungimpedanz abhängig.
Im letzteren Fall wird bei einer Umkehr der Energieströmung in der Leitung auch eine Umkehr des Ausschlages des Relais eintreten. Als Ausgangsstellung des Relais sei dabei diejenige betrachtet, die es bei Stromlosigkeit der Spannungsspule einmmmt. Man kann in diesem Falle erfindungsgemäss die Kon- taktvorrichtung des Relais so ausbilden, dass das Relais nur bei einer bestimmten Energieströmungsrichtung anspricht, oder so, dass die Zeit bis zum Ansprechen des Relais (die Auslösezeit des Schalters) von der Energieströmungsrichtung abhängig ist, oder so, dass je nach der Energieströmungsrichtung der eine oder der andere von zwei Schaltern betätigt wird.
Bekanntlich ist jedes Relais, das nach dem Prinzip eines Induktionsmotors, eines Synchronmotor, bzw. eines Wattmeters gebaut ist, von der Energierichtung abhängig. Wenn man ein Wattmeter"falsch anschliesst", so schlägt es nach der verkehrten Richtung aus. Diese Tatsache ist bei den sogenannten Rückwattrelais"ausgenutzt, indem derAusscblag nach der richtigen"Seite nicht verwendet oder durch einen Anschlag verhindert wird und der Ausschlag nach der "verkehrten" Seite zur Betätigung des Relais- kontaktes benutzt wird.
Bei dem in der Zeichung dargestellten Relais ist ein wattmetrisches System in Form der Spulenkombination a, S, c vorhanden. Bei Energieumkehr bleibt beispielsweise die Spannungsrichtung dieselbe, während derWattstrom sich umkehrt. Folglich ändert sich auch die Drehrichtung der beweglichen Spulen.
Man kann nun das. Relais so einrichten, dass die Kontakte i, die sowohl bei richtiger wie auch bei falscher Energierichtung vorwärts bewegt werden, bei richtiger Energierichtung nicht gegen die Kurvenscheibe h stossen, etwa durch entsprechende Formgebung dieser Scheibe. Auch die Aufgabe, die Auslösezeit von der Energieströmungsrichtung abhängig zu machen, kann in gleicher Weise durch entsprechende Formgebung der Scheibe A erfüllt werden.
Eine Einrichtung, bei welcher je nach der Energieströmungsrichtung der eine oder der andere von zwei Schaltern ausgelöst wird, kann z. B. zum Schutze zweier paralleler Leitungsstreeken verwendet werden, indem die Stromspule des Relais in bekannter Weise derart mit den Stromwandler verbunden wird, dass in ihr ein Strom fliesst, der der Differenz der Ströme in den beiden Leitungsstrecken proportional ist.
Je nachdem nun bei einer Störung der Strom in der einen oder anderen Leitungsstrecke überwiegt, wird das Relais in dem einen oder anderen Sinne ausschlagen und damit den Schalter der einen oder anderen Leitungsstrecke auslösen. Es ist also leicht, eine solche Anordnung zu treffen, dass bei einem
Kurzschluss in einer der parallel geschalteten Leitungsstrecken gerade die mit dem Kurzschluss behaftete
Strecke sofort oder nach kurzer Zeit abgeschaltet wird.
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Eine solche auf die Differenz der beiden Leitungsströme ansprechende Schutzvorrichtung würde jedoch versagen, wenn nur eine der beiden Leitungsstrecken in Betrieb ist. Es sind also Einrichtungen notwendig, welche in diesem Falle das Ansprechen des Relais verhindern, oder doch nur dann gestatten, wenn ein durch die Leitungsstrecke fliessender Kurzschlussstrom nicht durch einen anderen Schalter abgeschaltet werden kann. In diesem Falle soll also wie auch sonst üblich das Abschalten der Leitungsstrecke nach einer von Strom und Spannung abhängigen Zeit geschehen, während beim Betrieb der beiden Leitungsstreeken ein Kurzschluss in einer der Strecken sofort oder nach einer sehr kurzen von Strom und Spannung unabhängigen Zeit abgeschaltet werden soll.
Dies kann erfindungsgemäss dadurch geschehen, dass die Achse des Relais mehrere Kurvenscheiben trägt, deren zugehörige Kontaktpaare hintereinander geschaltet sind, und dass eines dieser Kontaktpaare durch Hilfskontakte an den Schaltern überbrückt
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die Hilfskontakte pi und P2, die mit den Schaltern d, und d2 verbunden sind.
Tritt hier in einer der beiden Leitungen z. B. in e1 ein Kurzschluss ein, so wird das Gleichgewicht der Ströme in f1 und f2 gestört, da der Strom in der Leitung e1 überwiegt. Es fliesst also ein Differenzstrom durch die Spulen a und c. Gleichzeitig beginnt das Zeitrelais k zu laufen, und das Kontaktpaar i1 wird nach kurzer Zeit durch luftreffen auf die Kurvenscheibe h1 geschlossen. Es ist angenommen, dass die Kurvenscheibe b1 die Gestalt eines Halbkreises hat, so dass die Laufzeit des Zeitrelais in diesem Falle unabhängig von der Stellung der Kurvenscheibe, also von der Entfernung des Kurzschlusses ist.
Wenn der Kurzschluss in der andern Leitung % eingetreten wäre, das Relais also von der Ausgangsstellung aus in entgegengesetzter Richtung sich bewegt hätte, so würde an Stelle des Kontaktpaares i1 das Kontaktpaar i2 durch Auftreffen auf die ebenfalls halbkreisförmige Scheibe h2 geschlossen worden sein. Da der Stromkreis der Kontaktpaare i1 und i2 über die Hilfskontakte p1 und p2 geschlossen ist, wird also im ersten Fall der Schalter d1, im letzteren Fall der Schalter da geöffnet werden.
Ist jedoch nur eine Leitung in Betrieb, ist also z. B. der Schalter d1 geöffnet, so werden die Spulen a und c vom Strom des Stromwandlers f2 durchflossen sein. Das Relais wird also je nach der Spannung mehr oder weniger aus der Nullstellung abgelenkt werden, u. zw. in dem Sinne, der einem Überwiegen des Stromes in der Leitung e2 entspricht. Tritt jetzt ein Kurzschluss ein, so wird das Kontaktpaar i2 durch Auftreffen auf die Kurvenscheibe h2 Kontakt machen. Der Schalter d2 wird aber, da sein Auslösestromkeis durch den Hilfskontakt pi unterbrochen ist, erst dann geöffnet werden, wenn auch das Kontaktpaar ia, welches pi und p2 überbrückt, durch Auftreffen auf die Kurvenscheibe ha geschlossen worden ist.
Die Kurvenscheibe 11a ist im Gegensatz zu den Kurvenscheiben h1 und 712 so geformt, dass die Zeit bis zum Auftreffen des Kontaktpaares i2 von der Stellung des Relais, also von dem Verhältnis Spannung zu Strom abhängig ist. Ist also von den beiden parallelen Leitungen nur eine in Betrieb, so wird im Falle eines Kurzschlusses um so raseher abgeschaltet, je näher die Kurzsehlussstelle bei dem Ort des Relais liegt.
PATENT. ANSPRÜCHE :
1. Von Strom und Spannung abhängiges Relais, das durch seine Einstellung die Auslösezeit eines Schalters bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass in für Messinstrumente bekannter Weise eine Stromspule (a) und eine Spannungsspule (b) fest miteinander verbunden und gemeinsam gegenüber einer dritten Spule (e) oder einem Eisenkörper beweglich sind.