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Selektives Sehutzrelais.
Es ist bekannt, zum Schutze elektrischer Anlagen Relais zu verwenden deren Ablaufzeit von einer der am Relaiseinhauort vorhandenen Spannungen abhängig ist. Dies trifft insbesondere auch für Relais zu. deren Ablaufzeit eine Funktion der Leitungsimpedanz oder Reaktanz zwischen Relaiseinbauort und Fehlerstelle ist. wie beispielsweise bei den sogenannten Distanzrelais oder den Reaktanzstufenrelais. Je nach der Fehlerart, Kurzschluss oder mehrfacher Erdschluss, ist hiebei die Impedanz, bzw. Reaktanz, zwischen je zwei kurzgeschlossenen Leitern oder aber zwischen einem erdgeschlossenen Leiter und der Erde wirksam.
Die der Fehlerart entsprechende Wahl zwischen diesen beiden Impedanzen (Reaktanzen) erfolgt durch Umschaltrelais, welche bei den einzelnen Ausführllngsforll1en in verschiedener Weise erregt werden und über deren Kontakte entweder die verkettete Spannung zwischen zwei Leitern natürlich entsprechend transformiert, oder die unverkettete Spannung zwischen einem Leiter und der Erde dem Relais zugeführt werden. Bei allen derartigen bekannten Relais wirken auf die Ahlaufzeit ausser dem Strome jeweils nur eine Spannung, entweder eine verkettete oder eine unverkettete ein.
Die Nachteile aller dieser bekannten Einrichtungen bestehen darin, dass für die Vor- nahme der besagten Umschaltungen eigene Relais und meistens auch eigene Niederspannungs-
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pedanzen bzw. den Entfernungen der Fehlerorte von den jeweiligen nächstgelegenen Relaiseinbaustellen. Es können deshalb die beiden als erste zur Auslösung kommenden Relais zu verschiedenen Fehlerstellen gehören, so dass bei entsprechender Entfernung der Fehlerstelien voneinander grosse Netzteile unnötigerweise spannungslos werden.
Auch ist es ungünstig. dass die Ablaufzeiten bei Doppelerdschluss vergleichsweise sehr kurz sind ; sie besitzen nämlich hei-
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Diese Nachteile, vor allem die Notwendigkeit eigener Umschaltrelais und zugehöriger eigener Messwandlerwicklungeen. soll bei dem in vorliegendem angegebenen selektiven Schutzrelais vermieden werden, welches sowohl bei Kurzschlüssen als auch bei Erdschlüssen zweckentsprechend arbeitet, ohne dass Umschaltungen in Abhängigkeit von der Fehlerart vorgenommen werden müssen. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass auf das Relais.
zumindest in manchen Störungsfällen, gleichzeitig sowohl Spannungen zwischen Phasen und Erde als auch Spannungen zwischen zwei verschiedenen Phasen, mittelbar oder unmittelbar, auf die Grösse der Ablaufzeit einwirken. Dabei können zweekmässigerweise nicht nur die verschiedenen Spannungen selbst, sondern auch Komponenten derselben (bezogen auf irgendeine Vektorrichtung) zur Wirkung kommen.
Dieser allgemeine Ertindung. sgedanke kanu in verschiedener Weise angewendet werden.
Beispielsweise ist bei einem besonder- : eintachen und günstigen Anwendungsfall die Ablauf-
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und der Komponente der Spannung zwischen einer der Phasen und der Erde in Richtung der ersteren Spannung besteht.
Ein Relais dieser Art sei an einem Ausführungsbeispiel. dessen Aufbau ähnlich einer bekannten Bauart des Impedanzrelais gewählt ist. näher erläutert. Des leichteren Verständnis-. e-i i wegen sei vorerst die betreffende bekannte Bauart auseinandergesetzt. In Fig. 1 stellt 3 eien
Ferrarisscheibe dar, auf welcher von zwei symbolisch dargestellten elektromagnetischen Trieh- systemen 1 und 2 je ein Drehmoment in einander entgegengesetzter Richtung ausgeübt wird.
Der Umfang der Ferrarisseheibe 3 sei spiralförmig ausgebildet, so zwar. dass die mittlere Ein- tauchtiefe ri in den Triehkern 1 bei Drehung der Scheibe in der Pfeilrichtung um den Winkel x @ proportional mit demselben zunimmt, hingegen die mittlere Eintauchtiefe/'2 in den Triel) lliern' in verkehrt proportionalem Masse mit dem Drehwinkel'Y. abnimmt. Bei dem bekannten Impc- danzrelais wird nun das Triebsystem 1 vom Phasenstrome. J oder eventuell von der Differenz zweier Phasenströme erregt, das Triebsystem 2 je nach Fehlerart entweder von der Spannung zwischen zwei Phasen oder von der Spannung zwischen einer Phase und der Erde E.
Da die
Drehmomente, welche von den Triebsystemen ausgeübt werden, der mittleren Eintauchtiefe bzw. ra und dem Quadrate von J bzw. von E annähernd proportional sind. betragen dieselben
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nun weiters derart, dass beim Ablauf der Kontaktteil 4 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gegen den mit der Ferrarisscheibe 3 verbundenen zweiten Kontaktteil 5 bewegt wird, so dass also die Ablaufzeit des Relais mit dem Ausschlagwinkel'. und daher auch mit der Impedanz linear zunimmt.
ImgegensatzzudieserbekantnenRelaisbauartwirdbeiderangeführtenspeziellenAusführungsmöglichkeit der Erfindung das Triebsystem, 2 als an sich bekanntes wattmetrisches System sowohl von der Spannung zwischen einer Phase und Erde als auch von der Spannung zwischen dieser Phase und einer zweiten Phase erregt. Das von diesem Triebsystem ausgeübte Dreh-
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Impedanzrelais bei drei-und zweiphasigem Kurzsehlnss eine mit der Impedanz in den kurzgeschlossenen Phasen linear zunehmende Ablaufzeit.
Bei doppeltem Erdschluss in den Phasen 1 und 2 nimmt das Spannungsdiagramm in der Nähe der Erdschlussstelle der Phase 1 eine etwa der Fig. 4 ähnliche Form an. Es ergibt sich in diesem Falle keine genaue lineare Abhängigkeit der Ablaufzeit von der Impedanz zwischen der Leitung 1 und Erde, da das vom Triebsystem 2 ausgeübte Drehmoment nicht genau mit dem Quadrate der Spannung Ei wächst. Die Ablaufzeit als Funktion der Entfernung vom Fehlerort erscheint vielmehr als leicht gekrümmte Linie A, wie für mittlere Verhältnisse in Fig. 5 dargestellt. Die Krümmung der Kurve ist gerign, so dass sie die selektiyp Wirkung des Relais nicht beeinträchtigt.
Aus der Fig. 5 ist auch ersichtlich, dass die Ablaufzeiten im Falle eines Doppelerdschlusses beim neuen Relais etwas grosser, bei den ge- wöhnlichen Impedanzrelais (Gerade C), hingegen bedeutend kürzer sind als bei zweiphasigem Kurzschluss (Gerade B), bezogen auf gleiche Entfernung des Fehlerortes. Es ist selbstverständlich vorteilhaft, dass die Charakteristiken der Ablaufzeit des neuartigen Relais bei den beiden Störungsfällen annähernd gleich sind. Die gezeigte Charakteristik si gilt natürlich nur dann. wenn beide einwirkende Spannungen den kranken Phasen angehören.
In unserem Beispiel eutsprechend Fig. 5 ist sie also nur bei demjenigen Relais vorhanden, auf welches die Span-
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den bekannten Selektivschutzeinrichtungen mit mehrphasiger Ausrüstung der Vorteil, dass die Relais der einen betroffenen Phase bei Doppelerdschluss rascher ablaufen als die Relais der andern betroffenen Phase, so dass also mit grosser Wahrscheinlichkeit zuerst die eine der beiden Fehlerstellen beidseitig abgeschaltet wird.
Selbstverständlich ist durch das Vorangegangene nur eine der vielen Ausführungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens beschrieben. Beispielsweise konnte an Stelle des Produktes
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während die Funktion von cos 6 weniger als linear mit cos # zunähme. Es würden dadurch. was unter Umständen wünschenswert sein kann, die Ablaufzeiten bei doppeltem Erdschluss im Vergleiche zu denen bei Kurzschlüssen herabgesetzt werden, da der Wert von cos # bei Doppelerdsehluss annähernd das Maxirnum von 1 erreicht.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Schutzrelais derartig auszuführen, dass die Ablaufzeit von einem Werte abhängig ist. welcher dem Produkt der Spannung einer Phase gegen Erde und des Kosinus des zwischen dem Vektor dieser Spannung und dem Vektor der Spannung derselben Phase gegen eine zweite Phase eingeschlossenen Winkels annähernd proportional ist. Ein derartig gekennzeichnetes Relais kann beispierlsweise als Reaktanzrelais aus-
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dieses Relais die Fig. 1.
In dieser Figur ist nun das Triebsystem 1 als wattrnetrisehes System aufzufassen, welches von einem Strom und einer Spannung erregt wird. Das Triebsystem 1 wirkt auf eine Ferrarisseheibe. deren Eintauchtiefe sich mit Ausschlagwinkel αvergrössert, u. zw. in der Weise. dass sie mit der Potenz 0'5 des Ausschlagwinkels zunimmt. Das Trieh- system. 8 ist ebenfalls ein wattmetrisches System, das von einer verketteten und einer unverketteten Spannung erregt wird : die Eintauchtiefe der Ferrarisscheibe in den Triebkern nimmt mit dem Ausschlagwinkel ah. u. zw. ebenfalls mit der Potenz 0'5 desselben.
Für den Fall. dass dem Triebsystem 1 der verkettete Strom (Differenzstrom) zweier Phasen und die verkettete
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proportional der Reaktanz der Kurzschlussschleife zwischen den zwei kurzgeschlossenen Phasen. Im Falle des doppelten Erdschlusses ist hingegen cos # annähernd gleich 1. und es entspricht, wie in diesem Falle zu fordern, αdem doppelten der Reaktanz einer erdgeschlossenen Phase.
Eine andere Möglichkeit, eine günstige Wirkungsweise des Schutzrelais zu erzielen, bestellt
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Spannung einer Phase gegen Erde und der Spannung zwischen den beiden andern Phasen des Drehstromssystems und dem Sinus des zwischen den Vektoren dieser beiden Spannungen eingeschlossenen Winkels annähernd proportionalen Werte abhängig gemacht ist.
Die Erfindung lässt sich auch in günstiger Weise bei einsystemigen Anordnungen von Drehstromimpendanzschutzeinrichtungen anwenden, bei welchen nur ein Impendanzrelais in Verbindung mit zwei oder drei Anwurfrelais (ausser dem Energierichtungsrelais) vorhanden sind. Bei den bekannten derartigen Einrichtungen nehmen die Anwurfrelais eine Umschaltung der Spannungen und allenfalls der Ströme entsprechend den vom Fehler betroffenen Phasen vor und ausserdem ist eine gesonderte Umschalteinrichtung für den Fall eines mehrfachen Erd- schlusses erforderlich.
Letztere Umschalteinrichtung wird erfindungsgemäss vermieden, wobei das betreffende einsystemige Relais zweckmässig so ausgebildet werden kann, dass je nach den vom Fehler betroffenen Phasen entweder gleichzeitig sowohl Spannungen zwischen Phasen und Erde als auch Spannungen zwischen Phase und Phase oder nur erstere oder letztere Spannungen
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Spannung erregte Triebsystem 2, 3 ein Energierichtungsrelais. 4 und 5 je ein Auwurfrelais, welche beispielsweise vom Strom der Phase 12 bzw. der Phase T erregt werden. In diesem Falle ist dem System 1 bzw. dem Energierichtungsrelais 3 zweckmässig der von den beiden Phasenströmen Rund T gebildete verkettet Strom zuzuführen.
Die Anwurfrelais betätigen in der gezeichneten Weise Umschaltkontakte, und aus der Schaltung derselben geht ohne weiteres hervor, dass sowohl bei dreiphasigem Kurzschluss als auch bei zweiphasigem Kurzschluss zwischen
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falle entsprechenden Spannungen und Ströme auf die Relaisanordnung einwirken.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Sehutzrelais, welches sowohl bei Phasenkurzsehlüssen als auch bei mehrfachen Erdschlüssen selektiv wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig sowohl Spannungen zwischen Phasen und Erde als auch Spannungen zwischen zwei verschiedenen Phasen mittelbar oder unmittelbar auf die Grösse der Ablaufzeit einwirken können.