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Leitungsschutzvorrichtung, bei der vom Strom und von der Spannung abhängige, entgegengesetzte Kräfte auf ein Ausloseglied einwirken.
Es ist bereits bekannt, zum Schutz von elektrischen Energieübertragungsleitungen Relais zu verwenden, bei denen Strom und Spannung einander entgegengesetzte Kräfte auf ein gemeinsames, bewegliches Auslöseglied ausüben. Solange die Leitung in ordnungsmässigem Zustand sich befindet, überwiegt die Kraft der Spannung ; wenn dagegen auf der Leitung ein Kurzschluss entsteht, bricht die Spannung je nach der Entfernung der Kurzsehlussstelle mehr oder weniger stark zusammen, während der Strom übernormale Grösse annimmt. Das Strommoment überwiegt dann das von der Spannung aufgebrachte Moment, und infolgedessen wird der Aussehaltekontakt des Relais geschlossen.
Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, um eine Staffelung der Auslösezeit mehrerer in einer Leitung liegender Relais zu gewinnen, jedem Relais ein Überstromanregungsrelais beizugeben, durch welches bei allen Relais in dem Augenblick, wo ein Überstrom entsteht, Hilfsvorriehtungen in Gang gesetzt werden, welche
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schutzrelais, welches der Fehlerstelle am nächsten liegt, bei dem also die Spannung am kleinsten ist, wird die Stromkraft zuerst über die Spannungskraft überwiegen ; dieses Relais löst also auch zuerst seinen Leitungssehalter aus.
Die Auslösezeit dieser bekannten Relais ist vom Scheinwiderstand der Leitungsstrecke abhängig, der bekanntlich in hohem Masse vom Übergangswiderstand an der FehlersteKe beeinflusst wird, ausserdem fehlt derartigen Leitungssehutzrelais die Richtungsempfindlichkeit, welche für einen Selektivschutz von grosser Wichtigkeit ist.
. Im folgenden wird eine neue richtungsempfindliche Schutzvorrichtung beschrieben, bei der eine vom Strom und eine von Strom und Spannung abhängige Kraft in entgegengesetztem Sinne auf ein Auslöseglied einwirken. Das Auslöseglied bleibt dabei in Ruhe, solange die von Strom und Spannung abhängige Kraft überwiegt, führt dagegen seine Auslösebewegung ans, sobald die nur vom Strom abhängige Kraft das Übergewicht erhält.
Dies tritt stets dann ein, wenn ein Kurzschluss innerhalb einer gewissen Entfernung von der Relaisstelle entsteht. Die von der Spannung abhängige Kraft kann man beispielsweise durch Einschalten von Widerständen vor einer von der Spannung erregten Spule oder durch Nebenschlüsse parallel zu dieser schwächen ; umgekehrt kann man auch die Stromkraft erhöhen. Durch beide Massnahmen ändert man den Schutzbereich der Vorrichtung. Die Vorrichtung spricht nur bei einem in ihrem Schutzbereich entstandenen Fehler an. Wenn mehrere derartige Relais auf eine Leitungsstrecke verteilt sind, so ist es zweckmässig, dafür Sorge zu tragen, dass bei Versagen des zugehörigen Relais die Relais der nächsten und der übernächsten Strecke bereit sind, die kranke Leitung abzuschalten.
Mit wachsender Zahl der Leitungsabschnitte, die zwischen einem Relais und der Fehlerstelle liegen, wird die Auslösezeit der Relais gestaffelt, damit erst das der Fehlerstelle zunächstliegende, dann das nächstfolgende und so fort zum Ansprechen kommt, sofern der Fehler so lange bestehen bleibt. In der oben angedeuteten Weise lässt sich dies bei den neuen Relais leicht verwirklichen.
Mit dem Relais wirkt beispielsweise eine Kontakt- vorrichtung zusammen, welche von dem Augenblick an, wo auf der geschützten Leitung ein Überstrom
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entsteht, das Feld der Spannungsspule schwächt, indem sie beispielsweise einen Widerstand vor der Spannungsspule nach und nach vergrössert, so dass selbst in den von der Fehlerstelle weit entfernten Relais nach Ablauf einer gewissen Zeit die Kraft des Stromes über die der Spannung überwiegt und infolgedessen das Relais seinen Auslosekontakt schliesst.
Um dabei die Zeit, bis ein entfernter liegendes Relais anspricht, nicht zu gross werden zu lassen, empfiehlt es sieh, die Schwächung des Spannungskraftfeldes oder die Stärkung der Stromkraft stufenweise derart vorzunehmen, dass das Relais bei einem Fehler in der Leitungsstreeke, an die es angeschlossen ist, beispielsweise innerhalb einer Sekunde abschaltet, bei einem Fehler in der Naehbarstreeke innerhalb zwei Sekunden, sofern das erste Relais versagt hat und bei einem noch jenseits der Nachbarstrecke entstandenen Fehler innerhalb drei Sekunden abschaltet. wenn alle der Fehlerstelle näherliegenden Relais versagt haben. Das neue Relais werde nun an Hand eines Ausführungs-und Anwendungsbeispiels näher beschrieben :
In der Figur ist die zu schützende Leitung mit 1 bezeichnet.
Die Spannung der Leitung wird über einen Spannungswandler 2 und der Strom in der Leitung über einen Stromwandler 3 gemessen.
Das Relais besitzt zwei zweckmässig hintereinandergeschaltete bewegliche Spulen 4 und 5, welche auf einer gemeinsamen Welle 6 befestigt sind. Die Welle 6 trägt einen Kontaktarm 7 ; über den Kontaktarm 7 und einen Gegenkontakt 17 kann der Stromkreis für die Auslösespule 8 des Leitungsschalters 9 geschlossen werden. Die beweglichen Spulen 4 und 5 des Relais verden vom Leitungsstrom erregt. Zu dem Zweck ist in den Sekundärkreis des Stromwandlers. 3 ein Ohmseher Widerstand 10 eingeschaltet, von welchem die Spannung für die Erregung der Spulen 4 und 5 abgegriffen wird.
Die Spulen 4 und J bewegen sich in den Feldern zweier fester Spulenpaare 11 und 12. Die festen Spulen 11 werden ebenfalls vom Strom der Leitung 1 erregt, die festen Spulen 12 dagegen über den Spannungswandler 2 entsprechend der auf der Leitung herrschenden Spannung. Der Wieldungssinn der Spulenpaare 4 und 11 bzw. 5 und 12
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strommagneten 13, dessen Aufgabe an späterer Stelle noch näher beschrieben wird. Mit den beweglichen Spulen 4 und 5 ist noch eine Metallfadenlampe in Serie geschaltet, welche diese Spulen vor Überlastung schützen soll.
Der Spannungskreis enthält, wie schon gesagt, die feste Spule 12. Eine Kunstsehaltung, bestehend aus einer Drosselspule 14 und einer Kapazität 15, hat den Zweck, in der Spule 12 ein gegen die Leitungsspannung um 90 versetztes Feld hervorzurufen. Dadurch wird das im Spulensystem J, 12 entstehende Drehmoment der Blindkomponente der Spannung proportional, so dass das Relais dann anspricht, wenn der Blindwiderstand des geschützten Stromkreises einen gewissen Grenzwert unterschreitet. Eine solche Kunstschaltung ist entbehrlich, wenn das Relais den Ohmsehen Widerstand der Leitung überwachen soll oder wenn eine Gleichstromleitung geschützt werden soll ; in dem Falle werden die nur in Wechselstromkreisen verwendbaren Strom- und Spannungswandler durch entsprechende Widerstandsschaltungen ersetzt.
Der Kontaktarm 7 liegt, solange der Leitungswiderstand hoch, die von der Spannung abhängige
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gegen seinen Gegenkontakt 17.
Die Schutzvorrichtung besitzt ferner noch eine Eontaktvorrichtung. M, die beispielsweise einen von einem Uhrwerk angetriebenen Kontaktarm 19 mit einem Kontakt 21 besitzt. Der Kontaktarm 19 befindet sich, solange kein Überstrom auf den Leitungen 1 herrscht, in der gezeichneten Ruhestellung, wo er durch eine Klinke 22 festgehalten wird. Bei Auftreten eines Uberstromes wird der schon erwähnte Überstrommagnet 13 erregt und zieht dann die Klinke : l2 zurÜck. Dadurch wird der Kontaktarm 19 zur Bewegung freigegeben und an einem Kontakt 20 der Stromkreis für die Auslösespule 2 des Leituns- schalters 9 vorbereitet. Der Kontaktarm 19 kann durch ein Uhrwerk 23 angetrieben werden.
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Kraft überwiegt, legt sich der Kontaktarm 7 gegen den Gegenkontakt 17.
Der Auslösestromkreis wird dann geschlossen ; er verläuft von einer Batterie 30 Über die Auslösespule 8, Kontakt 20, Kontakt 17. Kontaktarm 7 zur Batterie 30. Nach Ablauf einer weiteren Sekunde wird die von der Spannung abhängige Kraft nochmals geschwächt, indem ein weiterer Widerstand. 32 eingeschaltet wird, sobald der Kontakt 2/ vom Kontaktstreifen : 28 auf den Kontaktstreifen 29 hinübergleitet.
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aus seiner Ruhestellung bis zum Ende des Kontaktstreifens 29 vorgerückt ist, so kann, wie dargestellt. der Spannungskreis des Relais durch den weiter laufenden Kontaktarm 19 am Kontakt 21 schlifssHch
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ganz unterbrochen werden.
Hat vorher ein anderes Relais die fehlerhafte Leitungsstrecke abgeschaltet, so ist auch der Überstrom verschwunden, was sich dadurch anzeigt, dass das Überstromrelais 18 seinen Anker 22 hat abfallen lassen, so dass der Kontakt 20 im Auslösestromkreis geöffnet ist, wenn der Kontaktarm wieder seinen Ruhekontakt 27 erreicht. Es wird dann auf diesem durch die Sperrklinke 22 wieder angehalten.
Im anderen Falle, d. h. also, wenn der Überstrom in der Leitung 1 den Elektromagnet erregt und dadurch den Kontakt 20 im Auslösekreis des Leitungsschalters 9 geschlossen hält, wird der Kontaktarm 7 bei Unterbrechung des Spannungskreises des Relais mit Sicherheit auf den Kontakt 77 gedrückt, so dass der Leitungssc. halter 9 dann kurz nach Ablauf der dritten Sekunde seit dem Entstehen des Fehlers geöffnet wird. Die Abschaltung weit entfernt liegender oder unvollkommener Kurzschlüsse, bei denen die Spannung nicht sehr stark vermindert wird, kann man leicht dadurch noch weiter hinaus. zögern, dass man z. B. den Kontaktstreifen 29 verlängert, so dass die Berührung zwischen diesem und dem Kontakt 21 erst später verlorengeht.
Durch die beschriebene Vorrichtung, bei welcher der Widerstand im Spannungskreis stufenweise verstärkt wird, wird der Schutzbereich des Relais schrittweise immer weiter ausgedehnt, bis der auf der Leitung entstandene Kurzschluss vom Relais erfasst wird.
Es ist ein Vorteil des beschriebenen Relais, dass es für ausserordentlich weite Strommessbereiche angewendet werden kann. Die empfindlichen und beweglichen Spulen 4 und 5 brauchen nämlich keinen dem Leitungsstrom proportionalen Strom zu führen ; sie können vielmehr nämlich mit einem Widerstand
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fadenlampe oder ein Eisenwiderstand mit diesen Spulen in Reihe geschaltet werden. Auf die Grösse des in den Spulen 4 und 5 fliessenden Stromes kommt es nicht an, weil die in den Spulensystemen 4 11, bzw. : j ! hervorgerufenen einander entgegengesetzten Drehmomente in genau gleicher Weise von dem in den Spulen 4,. 5 fliessenden Strom abhängig sind.
Da ferner in dem System der Spulen 4, 11 ein dem Quadrat des Stromes proportionales Drehmoment entsteht, welches stets dieselbe Richtung hat, während in dem aus den Spulen 5 und 12 bestehenden System je nach der Phasenlage von Strom und Spannung ein Drehmoment in dem einen oder andern Sinne entsteht, ist das Relais energierichtungsempfindlich.
Es ist ohne weiteres möglich, an Stelle des stufenweise vergrösserten Widerstandes im Spannungkreis eine stetige Vergrösserung dieses Widerstandes zu verwenden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Abschaltung fehlerhafter Leitungsstrecken, bei der eine vom Strom abhängige Kraft und eine vom Strom und von der Spannung abhängige Kraft auf ein Auslöseglied im entgegengesetzten Sinne einwirken, dadurch gekennzeichnet, dass das AusI5seglied in einer Endstellung bleibt,
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übergeht, sobald die vom Strom allein abhängige Kraft überwiegt.