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Zum Schutz von Leitungsnetzen gegen Kurzschluss verwendet man Widerstandsschutz. bei dem zur Erzielung der notwendigen Selektivität die Abschaltzeit der Schutzrelais mit dem Leitungswiderstand zunimmt. Wenn Leitungsstreeken sehr verschiedener Länge aufeinanderfolgen, bekommt man entweder sehr lange Abschaltzeiten für die grossen Strecken oder unerwünschte Überschneidungen der Relais- eharakteristiken. Zur Verkürzung der Abschaltzeiten kann man den Relais verschieden grosse Grund- zeiten geben, welche die Sehaltzeiten bei kurzen Leitungsstrecken erhöhen, bei grossen Leitungsstrecken eine Verkürzung der Abschaltzeiten gewinnen lassen, weil die Relais mit flacherer Zeitcharakteristik ausgerüstet werden können.
Gemäss der Erfindung wird eine Zeitstufensehutz verwendet, der in der Weise arbeitet, dass Leitungsfehler, die beispielsweise in den anliegenden zwei Dritteln der Schutzstreeke eines Relais entstehen. innerhalb einer konstanten Zeit, beispielsweise 0#8 Sekunden, abgeschaltet werden. Fehler, die im letzten Drittel der Sehutzstrecke liegen, werden nach Ablauf einer weiteren Zeit von beispielsweise 0-8 Sekunden abgeschaltet. Es ist zweckmässig, diesen zweiten Schutzbereich des Reaktanzsehutzes bis in das erste Drittel der angrenzenden Leitungsstrecke auszudehnen. Schliesslich können Fehler, die in noch grösserer Entfernung von der Relaisstelle entstehen, nach einer einstellbaren Zeit abgeschaltet werden, sofern nicht vorher der Fehlerstelle näherliegende Relais angesprochen haben.
Die Erfindung und die durch zu ihrer Durchführung notwendigen Geräte werden an Hand der Figuren beschrieben. Diese Figuren stellen Beispiele von Ansführungsformen der verwendeten
Geräte dar.
Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der Schutzwirkung. Von einem Anregungsrelais wird ein Zeit- stufenrelais beeinflusst, das nach Verlauf verschiedener Zeiten Energieriehtungsrelais und Reaktanzrelais zur Wirksamkeit bringt. Als Anregungsrelais wird vorteilhafterweise ein stromabhängiges und ein zweites spannungsabhängiges Relais in der Kombination verwendet, dass die vom Stromrelais und vom Spannungsrelais geschlossenen Kontakte in Reihe liegen. Das Stromrelais kann dabei auf eine
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relais bei einem Leitungswiderstand von 70 Ohm an. wenn das Spannungsrelais derart eingestellt ist, dass es meinen Kontakt schliesst, wenn die Sekundärspammng des Spannungswandlers auf 70 Volt gesunken st.
Die gezeichnete Kurve ri ergibt dementsprechend auch, dass beispielsweise bei einem sekundären Wandlerstrom von 10 Ampere der Anregungswiderstand der Leitung 7 Ohm beträgt. Die Konstruktion les Anregungsrelais geht aus Fig. 3 hervor. Auf der linken Seite sind drei Stromrelais und auf der rechten
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Hälfte drei Spannungsabfallrelais zu sehen. Die Stromrelais fuhren die Differenz der Phasenströme. wie aus der an späterer Stelle noch zu beschreibenden Fig. 7 hervorgeht.
Es ist an sich möglich. die Stromrelais auf eine wählbare Ansprechstromstärke einstellbar zu machen, was jedoch nicht notwendig ist, da im allgemeinen die Einstellung auf ein Fünftel des Nennstromes allen Anforderungen gerecht werden dürfte. Die Spannungsrelais dagegen sind zweckmässig mit Rücksieht auf die Grösse des den Relais zugeteilten Netzteiles einstellbar. In Fig. 3 sind die Hebel zur Verstellung der Ansprechgrenze erkennbar. Auf dem ebenfalls sichtbaren Blechsektor lässt sieh eine nach Spannung unterteilte Skala für die Einstellung der Spannungsrelais anbringen. Die Spannungsrelais werden vorteilhaft von der verketteten Spannung gespeist, u. zw. von den gleichen Phasen wie auch die zugehörigen Stromrelais.
Beispielsweise wird ein Stromrelais von der Differenz der Ströme der Phasen Rund S, das Spannungsrelais von derverketteten Spannung zwischen diesen Phasen erregt. Die besondere Wirkung des aus getrennten Stromund Spannungsabfallrelais bestehenden Anregungsrelais ist vor allem die, dass das Anregungsrelais mit Sicherheit anspricht, trotzdem ein Fehlerstrom unter Umständen nur ein Vierzigstel bis ein Sechzigstel des grössten Fehlerstromes ist. Bei Quotientenrelais bereiten gerade die grossen Unterschiede in den möglichen Fehlerstromstärken grosse Schwierigkeiten.
Bei Hintereinanderschaltung der Kontakte eines Stromrelais und eines Spannungsabfallrelais ist man in der Lage, die Ansprechstromgrenze des Stromrelais auf einen sehr kleinen Wert einzustellen. Fehlerhafte Abschaltungen können trotzdem nicht eintreten, weil nur dann. wenn der Fehlerstrom ausreicht, die Spannung auf der Leitung um einen eingestellten Betrag absinken zu lassen, die Schutzrelais in Tätigkeit gesetzt werden. Zu Zeiten. wo das Netz regelmässig sehr schwach belastet ist, beispielsweise zur Nachtzeit, ist die Leistung der an das Netz angeschlossenen Generatoren klein und auch ein im Vergleich zum Betriebsstrom geringer Fehlf'r- strom wird ausreichen, um die Netzspannung so weit zu erniedrigen, dass das Spannungsrelais einen Kontakt schliesst.
Man hat es in der Hand, durch Einstellung des Spannungsrelais zu bestimmen. bei welcher Spannungserniedrigung das Ansprechen des Netzsehutzes einsetzen soll. In Fig-. : 2 hängt der Abstand der Kurven a und d von der Einstellung des Spannungsabfallrelais ab.
Fig. 2 lässt ferner erkennen. dass ein Anregungsrelats. welches aus Strom- und Spannungsrelais in der beschriebenen Weise gebildet ist, auch mit Sicherheit Lichtbogenkurzschlüsse erfasst. Namentlich auch bei kleinen Strömen, wenn der Widerstand eines Lichtbogens ziemlich hoch ist. Gemessene Werte des Lichtbogenwiderstandes sind im Schaubild durch die Kurve c umrandet. Es muss also bei kleinen Strömen die Anregung des Netzschlusses bei grösserem Leitungswiderstand erfolgen, als dann. wenn starke Kurzsehlussströme auftreten.
Die beispielsweise für eine Einstellung des Spannungsrelais auf 70 Volt und eine Ansprechstromstärke von 1 Ampere für das Stromrelais gezeichnete Anregungscharakte-
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der grosse Widerstand eines Lichtbogenkurzschlusses das Ansprechen des Schutzrelais nicht verhindert.
Das Anregungsrelais bewirkt bei seinem Ansprechen, dass ein Zeitstufenrelais in Gang gesetzt wird. Dann beantwortet ein Energieriehtungsrelais die Frage, ob abgeschaltet werden soll oder nicht.
Nach welcher Zeit abgeschaltet werden soll, entscheidet das Reaktanzrelais zusammen mit dem Zeitstufenrelais. Das Energierichtungsrelais ist ein wattmetrisches Relais normaler Bauart, dessen bewegliches System einen Zeigerarm trägt, der je nach seiner Stellung die Schliessung von Relaiskontakten durch ein Isolierplättchen verhindern kann. Das Energieriehtungsrelais schliesst nicht mit eigener Kraft Kontakte, sondern ein besonderes Hilfsrelais, welches vom Zeitstufenrelais gesteuert wird, drückt nach einer bestimmten Zeit die Relaiskontakte aufeinander. Die Kontakte können sich aber nur dann be- rihren. wenn das auf dem Zeigerarm des Energierichtungsrelais angebrachte Plättchen aus Isoliermaterial nicht zwischen ihnen steht.
Das Messsystem des Energierichtungsrelais besteht aus drei miteinander gekuppelten selbständigen wattmetrisehen Einzelsystemen, so dass selbst bei vollkommenem Zusammenbruch der zwischen zwei Phasen bestehenden Spannung noch eine ausreichende Richtkraft für das Relais erhalten bleibt. Die Messsysteme des Relais werden einerseits von je einer Differenz zweiter Phasenströme, anderseits von je einer verketteten Spannung erregt, jedoch nicht, von der Spannung zwischen denjenigen Phasen, deren Stromdifferenz das System erregt. Beispielsweise wird also das eine der drei wattmetrisehen Systeme von der Differenz der Ströme der Phasen Rund S und von der verketteten Spannung der Phasen N und T erregt.
Die Ströme und Spannungen für die andern Messsysteme ergeben sieh daraus durch zyklische Vertauschung.
Wenn das Energieriehtungsrelais im Falle eines Fehlers auf der Leitung festgestellt hat. dass diejenige Energierichtung herrscht, bei der eine Abschaltung erfolgen soll, steht das Isolierplättchen auf dem Zeigerarm des Energierichtungsrelais nicht zwischen den Kontakten, die im Stromkreis des Klappmagneten des Reaktanzrelais liegen, so dass dieser Klappmagnet durch das Zeitstufenrelais eingeschaltet werden kann.
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relais einen Zeigerarm, der ein kleines Isolierplättchen trägt, das sich zwischen vom Klappmagneten zu schliessenden Kontaktpaare stellen kann. Erst wenn das Anregungsrelais anspricht, wird von ihm die Spannungsspule des Reaktanzrelais eingeschaltet.
Das Reaktanzrelais ist ein Quotientenrelais und besitzt ein nur vom Strom und ein von Strom und Spannung abhängiges System, die entgegengesetzte
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paar "1'1.'a schaltet die Auslösespule S in Reihe mit einer Relaisspule B ein. Die Auslösespule wird dann ) nicht genügend erregt. Das Relais B bewirkt, wie nachher noch beschrieben wird, dass das Zeitstufen- relais nach Ablauf einer weiteren Wartezeit erneut den Klappmagneten des Reaktanzrelais einschaltet.
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der Zeigerarm des Reaktanzrelais in die andere Endstellung hinüber. In dem Falle jedoch, wo der Leitungs fehler noch weiter entfernt liegt, behält der Zeigerarm seine Lage bei.
Im ersten Falle wird. sobald der Klappanker des Reaktanzrelais zum zweiten Male seine Kontaktpaare zusammenpresst,der Anslösestromkreis des Ölsehalters geschlossen. Im zweiten Falle bleibt das Isolierplättehen zwischen den beiden vom Klappanker zu sehliessenden Kontakten im Auslösestromkreis des Ölschalters. Die Abschaltung unterbleibt also zunächst, Jedoch ist beim Zeitstufenrelais Vorsorge getroffen., dass nach einer dritten Zeit die Abschaltung der kranken Leitung unter allen Umständen erfolgt, wenn nicht vorher andere Ölsehalter ausgelöst haben. Diese letzte Zeit. welche gewissermassen als Reservezeit vorbehalten ist. ist zweckmässig einstellbar.
Konstruktive Einzelheiten des Reaktanzrelais gehen aus Bild 4 hervor. Das Messsystem besteht
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Rähmchen r1 drehbar, welches auf der gemeinsamen Welle B befestigt ist. Die Wicklung des Rähmchens 1"1 wird vom Strom erregt. Es kann seine Erregung über einen Zwischenwandler 7'erhalten. Statt eines Rähmchens mit vielen dünnen Windungen kann auch eine Anordnung verwendet werden, bei welcher der Rahmen selbst eine etwas starre Stromschleife bildet. l'ni ein genügendes Drehmoment zu erzielen. ist dann ebenfalls die Verwendung eines Zwiselhenwandlers T vorteilhaft, dessen Sekundärstrom grösser als der Primärstrom ist.
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erregte Wicklung trägt.
Da das ganze System ein Blindwiderstandsmesswerk ist. ist der Erregerstrom dieses Spannungssystems um 90 gegen die Spannung verdreht.
Auf die Welle des Systems wirkt keinerlei Richtukraft oder höchstens eine ganz schwache Rickstellkraft. Die Drehmomente des Stromsystems sind einander entgegengesetzt. Wenn beide Kräfte gleich gross sind. hat das Verhältnis zwischen E. J. sin # : J2 einen ganz bestimmten Wert. Solange die Spannung überwiegt, stellt sieh das System in die eine Endlage, wenn der Strom überwiegt. in die andere.
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sehen. Da die Einstellkräfte des Systems in sehr erhebliehen Grenzen schwanken können, ist es vorteilhaft, die Federung der Anschläge mit wachsendem Einstellmoment des Systems stufenweise stärker werden zu lassen. Fig. 4 lässt einen der Anschläge G erkennen, der mit Blattfedern a, b und c ausgerüstet ist.
Gegen diese legt sich ein mit der Systemwelle B starr verbundener Arm e an. Der Zeigerarm y des Relais ist dagegen nicht starr mit der Systemwelle verbunden. Er trägt ein Plättchen j aus Isoliermaterial.
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aus Isoliermaterial braucht den Zeigerarm also nicht festzuhalten.
Das Reaktanzrelais und das Energierichtungsrelais sind abhängig von dem bereits erwähnten Zeitstufenrelais. Das Zeitstufenrelais (Fig. 5) besitzt zwei Uhrwerke, die durch einen kräftigen Hubmagneten A. gespannt werden, wenn das Anregelungsrelais anspricht. Jedes Uhrwerk treibt zwei Laufkontakte an. Das eine Uhrwerk treibt die Laufkontakte cl und g und das andere Uhrwerk die Laufkontakte e
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halten. Über die geschlossenen Kontakte p des Energieriehtungsrelais sind die Laufkontakte e, f und g mit dem Minuspol einer Stromquelle verbunden. Der Laufkontakt e trifft kurz, nachdem der Klappmagnet des Energierichtungsrelais eingeschaltet wird, auf seinen Gegenkontakt e'. Dadurch kommt ein Strom
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geschaltet.
Relais P zieht den Kontakt e'so weit zuriiek, dass der Laufkontakt e ihn erst nach Ablauf einer weiteren Zeit wieder erreicht. Dadurch wird der Stromkreis für den Klappmagneten des Reaktant- relais zum zweiten Male geschlossen. Vorher hat aber der Laufkontakt f seinen Gegenkontakt f' erreicht und dadurch ein Relais H2, das im Zeitstufenrelais untergebracht sein kann, erregt.
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n. zw. wird in den Spannungskreis des Reaktanzrelais ein Widerstand 'eingeschaltet, wodurch der Schutzbereieh des Reaktanzrelais über eine weitere Strecke ausgedehnt wird, die ein Drittel der Schutz-
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geworden ist, kann sich das Reaktanzrelais umstellen, sofern der Leitungsfehler innerhalb des erweiterten Sehutzbereiehes liegt.
Wenn dann der Laufkontakt e seinen Gegenkontakt e'zum zweiten11lal erreicht, wird im Reaktanzrelais der Auslösestromkreis des Ölschalters eingeschaltet, weil jetzt die Kontakte k1, k4 einander berühren können.
Nun kann der Fehler auch ausserhalb des erweiterten Schutzbereiches des Reaktanzrelais liegen.
Falls dann das der Fehlerstelle näher liegende Relais richtig arbeitet, wird die Leitung abgeschaltet bevor die vergrösserte Relaislaufzeit beendet ist. Versagen die andern Relais aber, so trifft nach einer
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endgültige Abschaltung der Länge der Leitungssehutzabsehllitte entsprechend gewählt werden kann.
In Fig. 6 ist ein Schema der Gleichstromschaltung des Reaktanzsehutzes für ein Anresruna'srelais gezeichnet. Zum vollständigen Schutz werden drei Anregungsrelais und drei Reaktanzrelais verwendet. Das Zeitstufenrelais dagegen ist allen drei Phasen gemeinsam. Das Reaktanzrelais jeder Phase besitzt zwei Kontaktpaare 7 k3 und k2, k4, die in Fig. 6 mit a', b, c' bzw. a, b, c bezeichnet sind. Entsprechende Kontakte der Reaktanzrelais liegen parallel. Vom Anregerrelais sind der Spannungskreis des Reaktanzrelais, der Erregerstromkreis des Klappmagneten des Reaktanzrelais und der Hubmagnet des Zeitstufen- relais, das die Uhrwerke zum Antrieb des Zeitlaufwerkes spannt, abhängig gemacht. Die drei Stromkreise werden durch ein Relais H1 in Abhängigkeit vom Anregungsrelais gebracht.
In Fig. 7 ist im Spannungskreis des Reaktanzrelais noch ein veränderlicher Widerstand r' zu sehen. mit dessen Hilfe der Strom des Spannungssystems der Betriebsspannung und der Leituns'slänge ent- sprechend justiert werden kann. Die Grobeinstellung des Spannungskreises des Reaktanzrelais kann zweckmässig durch Spannungswandler mit Anzapfungen erreicht werden, so dass der Widerstand/ nur noch für die Feinjustierung dient. Beim Ablauf nimmt das Zeitlaufwerk einen Sehleppzeiger mit,
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standen ist.
Bei einem Transformatorschaden auf der Unterspannungsseite eines Transformators, der beispielsweise ein Hochspannungs- und ein Mittelspannungsnetz verbindet, sollen nicht die Relais des Hochspannungsnetzes, sondern die Relais des Mittelspannungsnetzes ansprechen. Dies ist bei dem
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streeke entstandene Kurzschlüsse erst nach einer verhältnismässig langen Reservezeit abschaltet und anderseits der induktive Widerstand eines Transformators auf alle Fälle grösser als der induktive Widerstand eines Drittels einer Relaissehutzstrecke ist. Infolgedessen haben bei einem Fehler auf der Niederspannungsseite des Transformators die Relais des Mittelspannungsnetzes, trotzdem sie grössere Laufzeiten haben als die Relais des Hochspannungsnetzes, den Fehler mit Sicherheit abzuschalten.