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Schutzschaltung.
Die Erfindung bezieht sich auf Relais und Relaiseinrichtungen insbesondere zur Schnellauslösung von Leitungsschaltern, um auf diese Weise die Stabilität der grossen Übertragungssysteme zu erhöhen, d. h. um zu verhüten. dass hei Fehlern auf einer Übertragungsleitung der Synchronismus zwischen den angeschlossenen Stationen verlorengeht.
Die Prüfung der Stabilität von Übertragungsleitungen ist Gegenstand der Untersuchung vieler Fachleute. Es sind zahlreiche Überlegungen angestellt worden, über das Problem, wie die Übertragungsleistung einer Leitung vergrössert werden kann, ohne dass der Synchronismus verlorengeht. Es sind zahlreiche Lösungen vorgeschlagen worden, um die Stabilitätsgrenze für
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übertragen werden kann, mehr oder weniger von der Schnelligkeit abhängt, mit welcher ein auftretender Fehler beseitigt wird. Die Verkürzung der Relaiszeit und Schaltereigenzeit auf
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Leistung.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schnellimpedanzrelais. Es soll in der Praxis mit sclmellarbeitenden Schaltern zusammenarbeiten. um die Abschaltung einer Leitung in möglichst
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arbeiten. Es beruht auf dem Impedanzprinzip, damit es Selektivität besitzt. Dieses Impedanzprinzip ergibt die einfachste Möglichkeit, die Lage eines Fehlers in der kürzesten Zeit richtig zu erfassen.
Das Relais dient in erster Linie zur schnellen Abschaltung einer kranken Leitungsstrecke bei Dreiphasenkurzschluss, Zweiphasenkurzschluss und Doppelerdsehluss.
Mit Rücksicht auf die unbestimmte Grösse des Widerstandes des Fehlerkreises bei Einpliasenerdschluss eignen sich Impedanzrelais für Einphasenerdschlussschutz nicht besonders.
Infolgedessen ist im nachfolgenden die Anwendung des Relais ffir diese Fehlerart nicht behandelt.
Wenn aber die Übertragungsleitung auf Slahlmasten verlegt ist mit Erdschlussleitungen,
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Leitungen.
Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Figuren erörtert.
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Schnellimpedanzrelais. Fig. 6 und 7 zeigen Einzelheiten des schnellarbeitenden Energierie'htungs- relais. Die Darstellung in Fig. 6 entspricht dem Schnitt gemäss der Linie 6-6 (Fig. zu bei Blick in Pfeilrichtung. Fig. 8 zeigt das Zeitrelais.
Das sogenannte Schnellimpedanzrelais besitzt eine isolierte unter Glas angebrachte Klemmleiste mit 10 Anschlussklemmen. welche in Fig. 1 mit den Nummern 1-10 bezeichnet sind. Zum Schutz einer Drehstromleitnng werden drei Schnellimpedanzrelais verwendet, was in Fig. 1 durch drei Rechtecke HZ angedeutet ist. Diese Relais werden von den verschiedenen
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B2 und Bs verbunden sind. Weil die drei Relais vollkommen gleichartig sind. wird im folgenden nur das in Fig. 1 im einzelnen ausgeführte ausführlicher erörtert.
Jedes Relais enthält drei unverzüglich arbeitende Sehnellimpedanzrelais 11. 12 und 13. von welchen jedes eine Stromspule 14 und eine Spannungsspule 15 besitzt. Das erste Impedanzrelais 11 besitzt ein Paar normalerweise geöffneter Kontakte 16, während das zweite und dritte Impedanzrelais , 2 und 13 normalerweise geschlossene Kontakte 17 bzw. 18 besitzt.
Die Energie zur Erregung der Spannungsspule aller Relaiselemente wird von einem
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verbunden ist. Die Stromspulen der Relais werden von in Stern geschalteten Stromwandler 2U mit einer Nullpunktklemme CN und Phasenklemmen Cl, C2 und C3 erregt.
Die Impedanzrelais 11. L ? und 13 sind so gebaut, dass ihre beweglichen Systeme so schnell wie möglich ihre Arbeitsstellung einnehmen, sobald die Kraft der Spannungsspule durch die Kraft der Stromspule überwunden wird. Diese Relais sprechen also bei einem bestimmten Verhältnis Spannung durch Strom an, d. h. bei einem bestimmten Grenzwert des Widerstandes oder Scheinwiderstandes der verketteten Grössen des geschützten Netzes. Wenn der Leitungswiderstand unter einen vorher bestimmten Wert sinkt, spricht das Impedanzrelais an. Das zweite und dritte Relais 12 und 13 sind so eingestellt, dass sie bei einem höheren Grenzwert der Impedanz als das erste Impedanzrelais 11 ansprechen.
Infolgedessen können ihre Spannungsspulen 15 miteinander in Reihe geschaltet sein und parallel zur Spannungsspule des ersten Relais parallel liegen.
Aus Fig. 1 geht hervor, dass die Stromspulen 14 der drei Impedanzrelais 11. 12 und 13 mit dem Stromwandler der Leitung Li in Reihe liegen, während die Spannungsspulen 1j von der verketteten Spannung E1-E2 zwischen den Leitern L1 und L2 erregt werden.
Jede Relaiseinrichtung IIZ enthält ferner zwei Synchronzeitwerke 2 21 und : 22. welche in Fig. 1 wie Motoren M dargestellt sind, die aber eine Sonderkonstruktion besitzen, die später noch an Hand von Fig. 8 erläutert wird. Jedes Synchronzeitwerk besitzt ein Paar normalerweise geöffneter Kontakte. 23. die nach Ablauf der Relaiszeit. auf welche das Relais eingestellt ist, geschlossen werden.
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schematisch als Wattmeter mit Zeigerkontakt dargestellt ist. Die Stromwindungen dieses Relais werden vom gleichen Strom wie die Stromspulen 14 des Impedanzrelais durchflossen und seine Spannungswindungen werden von der Spannung zwischen den Leitern Li und Zg erregt.
Da praktisch in allen Anwendungsfällen. wo äusserst schnelles Arbeiten der Relais wesentlich ist, ein Richtungselement notwendig ist, wird die Relaiseinrichtung H ? normalerweise mit einem solchen Richtungselement ausgerüstet. Für die fünf Fälle, wo ein Energierichtungsrelais notwendig ist, können die Kontakte des Energierichtungsrelais auf früher geschlossenen Stellungen blockiert werden.
Damit im Falle eines Dreiphasenkurzschlusses die zwei Relais 21 und 22 nicht spannungslos werden werden sie vom Fehlerstrom erregt. Zu dem Zweck ist ein Hilfsstromwandler 2j vorgesehen, an dessen Sekundärwicklung die Synchronzeitrelais 21 und 22 angeschlossen sind. Die Sekundärwicklung dieses Hilfsstromwandlers 25 ist normalerweise durch ein zum Energierichtungrelais 24 gehörendes Kontaktpaar 26 kurzgeschlossen, welches dauernd geschlossen ist. solange der Strom von den Sammelschienen 21, 2 und 23 nicht in die Leitungen Li. L2 und L3 hineinfliesst.
Die Wicklung des Synchronrelais 21 ist ebenfalls normalerweise kurzgeschlossen. u. zw. durch die normalerweise geschlossenen Kontakte 17 des zweiten Impedanz-
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des dritten Impedanzrelais kurzgeschlossen.
Bei dieser Anordnung kann weder der Synchronmotor, M noch der Synchronmotor. 22
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nicht ausserdem der Strom von links nach rechts in der Leitung Ll. L2 und L3 fliesst.
Das Energierichtungsrelais 24 besitzt ferner ein Paar normalerweise offener Kontakte 27. welche mit den normalerweise ebenfalls offenen Kontakten 16 des ersten Impedanzrelais 11 in Reihe liegen.
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von in einzelne Abschnitte unterteilten Leitungen. Der in Fig. 1 dargestellte Teil der Energie- übertragungsanlage stellt das eine Ende eines derartigen Streckenabschnittes dar. Jede Leitungsstrecke ist an jedem Ende mit einer entsprechenden Relaiseinrichtung ausgerüstet und besitzt auch einen Leitungsschalter 30 mit einer Auslösespule 31, die von irgendeiner Energiequelle. beispielsweise einer Gleichstromhilfsbatterie 32, erregt werden kann.
Die Batterie 32 muss in der Lage sein, einen Stromstoss herzugeben, der sofort mindestens die zur Erregung der Auslösespule 81 erforderliche Stärke besitzt. Der Leitungsschalter. 30 kann ferner mit einem Hilfskontakt 33 versehen sein, der beispielsweise dann geschlossen ist, wenn auch der Schalter
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relais 11 in Reihe mit dem Kontakt 27 des Richtungsrelais 24 geschlossen ist oder wenn einer der beiden Zeitrelaiskontakte 23 geschlossen wird. An den Auslösestromkreis ist ferner eine Rückmeldeeinrichtung M zur Betätigung eines Schalterstellungszeigers angeschlossen, sowie eine Spule 35 eines Hilfsrelais 36. welches ein Paar normalerweise geöffneter Kontakte 37 besitzt, das geschlossen wird, sobald der Auslösestromkreis eingeschaltet ist.
DadurelL werden die Kontakte der dll1ellansprechenden Relais 11 und 24 kurzgeschlossen, so dass der durch diese Kontakte hergestellte Stromkreis aufrechterhalten bleibt. Die Kontakteinrichtung 26 schaltet, wenn sie ihren Kontakt schliesst, die Erregung den über die Anschlussklemme 10 verlaufenden Stromkreis ein, der beispielsweise zu einer Alarmglocke führen kann.
Der Hilfsschalter 3C ist vorgesehen, um die Leistungsfähigkeit und Wirksamkeit der
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der dazu parallel liegende Kontakt 3/werden niemals geöffnet bevor der Leitungssch : t] ter selbst ausgelöst ist und dadurch. den Kontakt 33 geöffnet hat.
Zusammenfassend kann für die Verbindungen des gezeigten Relais IIZ in Fig. l gesagt
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werden. Die Spannungsspulen der Impedanzrelais 11, 12 und 13 werden von der verketteten Spannung zwischen den Leitern L2 und L1 erregt, welche dem Strom in Phasenleiter L1 bei Ohmscher Belastung um 300 voreilt. Die relative Richtung zwischen dem Strom und der
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Zwischengliedes aufeinander einwirken und die Spannung auch entgegengesetzte Richtung haben kann, so dass sie also dann dem Strom hei Ohmscher Belastung um 150 nacheilt.
Die Spannungswieklung des Richtungsrelais : 24 wird von der verketteten Spannung zwischen den Phasenleitern L3 und L1 erregt, welche bei Ohmscher Belastung um 30 hinter dem Strom im Phasenleiter LI nacheilt. Diese Schaltung des Energierichtungsrelais ist zweck-
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Für den Anschluss der Relais kommen folgende zwei Schaltungen in Frage : a) Die Stromspulen eines Einphasenwattmeters werden in Reihe mit der Stromwickhmg eines Relais geschaltet. Wenn die Energie in einer bestimmten Richtung fliesst, wenn der Strom nacheilt, so dass der Leistungsfaktor zwischen 100 und 50"/"beträgt, und wenn die
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den Spannungsanschlüssen des Relais verbunden. Dann ist auf die Kontakte des Energierichtungsrelais zu achten, welche offen sein sollen, wenn die Energie In Richtung auf die Sammelschienen zu fliesst.
Wenn die Kontakte bei dieser Energierichtung sich schliessen, müssen die Spannungsanschlüsse im Relais vertauscht werden. b) Die Stromspulen eines Einphasenleistungsfaktormessers werden in Reihe mit den Stromspulen eines Relais geschaltet, so wird ein solches Paar Spannungsleitungen ausgewählt, welche bewirken, dass der Leistungsfaktormesser den Leistungsfaktor von 86#6% bei Ohmscher Belastung der geschützten Leitung anzeigt. Die so gefundenen Spannungsleitungen werden mit den Spannungsanschlüssen des Relais verbunden. Dabei ist wieder darauf zu achten, dass dann die Kontakte des Energierichtungsrelais offen sind, wenn die Energie auf die Sammelschienen zu fliesst.
In der Fig. l und in der vorangehenden Beschreibung sind nur die Verbindungsleitungen
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in gleicher Weise geschaltet aber sinngemäss an die beiden andern Phasenleiter L2 und L3 unter entsprechender Wahl der Spannung.
Bevor die konstruktiven Einzelheiten und die Gesichtspunkte für die Einstellung der Relais erörtert werden, sind noch einige andere Besonderheiten zu beachten :
Diejenige Stelle einer Leitungsstrecke, bis zu welcher sielt der Schutzbereich eines Relais erstreckt. d. i. derjenige Punkt, bis zu dem eine Fehlerstelle vom Relaisort enfernt liegen
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gerichteten Stromkraft gerade noch aufgehoben wird, wird der Grenzpunkt des Schutzbereiches eines Relais genannt. Der Grenzpunkt für das erste Relais liegt, wie aus Fig. 2 hervorgeht, beispielsweise bei X1. Die Lage dieses Punktes hängt nur von der Natur des Fehlers ab.
Es wird angenommen, dass das erste Impedanzrelais so eingestellt ist, dass der Grenzpunkt seines Bereiches bei Xi liegt, für den Fall eines Kurzschlusses zwischen zwei Phasenleitern. Bei einem Dreiphasenkurzschluss wird dann dieser Granzpunkt um 15% weiter vom Relaisort fort liegen d. h. in der Zeichnung um 15% nach rechts verschoben sein. Dies kommt daher, dass bei derselben Stromstrecke und derselben Fehlerentfernung die verkettete Spannung im
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phasenkurzschluss keinen stärkeren Spannungsabfall zur Folge hat als der Zweiphasenkurzschluss. muss der Dreiphasenkurzschluss zweiter nach rechts liegen, weil die Stromkraft gerade so gross sein soll, dass sie der Spannungskraft das Gleichgewicht hält.
Der Grenzpunkt des ersten Impedanzrelais wird zweckmässig auf etwa 75% der zuge- hörigen Streckenlänge eintestell@. Für Dreiphasenkurzschlüsse reicht dann der Schutzbereich des Relais über 86'3% der zugehörigen Leitungsstreeke.
Ein Doppelerdschluss ruft eine Verlagerung des Grenzpunktes des Sehutzhereiches eines Relais in derselben Richtung wie ein Dreiphasenkurzschluss hervor. Die Grösse der Verlagerung des Grenzpunktes hängt ab von dem Verhältnis der Impedanz für die Unsymmetrie- komponente der Ströme zur Impedanz JVo für die Nullpunktstrome.
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Grenzpunktes jedenfalls auch kleiner als 15%. Wenn die Einstellung des Relais derart ist, dass eine Verlagerung des Grenzpunktes des Schutzbereiches um 15% bei einem Dreiphasen-
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Aussiebung der Nullpunktkomponente des Stromes die Verlagerung des Grenzpunktes beseitigt werden.
Zur Aussiebung der NuIIpunktkomponente des Stromes kann beispielsweise ein Trans- formator, der in Fig. 1 bei 38 schematisch angedeutet ist, verwendet werden. Dieser Transformator besteht aus drei kleinen Einphasentransformatoren, die derart geschaltet sind, dass die
Nullpunktkomponente der Ströme sich magnetisch aufheben, so dass diese Ströme sich wider- standslos schliessen können. Anderseits bringt die Verwendung eines kleinen Transformators oder statt von Transformatoren eine im wesentlichen unbestimmte Impedanz für die Symmetriekomponente oder Unsymmetriekomponente der Ströme in die Anlage hinein, da die Transformatoren nur den kleinen Leerlaufstrom aufnehmen. Die Anwendung eines Transformators 3. s zur Aussiebung der Nullpunktkomponente der Ströme wird nicht immer erforderlich sein.
Der Grenzpunkt des Schutzbereiches für das zweite Relais liegt etwa in der Mitte des nächsten Leitungsabschnittes. Bei dem Dreiphasenkurzschluss wird er um 15 von der Unterstation Cl ausgerichtet nach rechts sich verlängern, etwa bis zum Punkt 1"1'sn dass beim Dreiphasenkurzschluss von diesem zweiten Impedanzrelais 73% der Nachbarstrecke mit geschützt sind. Im angemeinen wird das zweite Impedanzrelais auf einen Messbereich bis zu einem solchen Punkt Y1 eingestellt, dass bei einem Dreiphasenkurzschluss der Grenzpunkt nicht so weit nach rechts verlegt wird, dass er dem Punkt X2 nahekommt, welcher der Grenzpunkt für den Schutzbereich des ersten Relais der Unterstation [-2 ist.
Das dritte Impedanzrelais spricht auf Fehler innerhalb der Entfernung von der Unterstation Cl bis zur Entfernung Z1 an. Seine Wirkung erstreckt sich also bis in die dritte Leitungsstreeke für Zweiphasenkurzsehlusse oder bis über 25% der Länge dieses Strecken- abschnittes. Für den Dreiphasenkurzschluss erstreckt sieh der Schutzbereich dann bis auf 58 % der dritten Strecke.
Der Zeitabstand, auf welchen die Relais 21 und 22 eingestellt sind. hängt von der Eigenzeit der Leitungsschalter ab. Wenn der Leitungsschalter die Zeit von sechs Perioden zum Öffnen braucht, genügt es. die Zeitstufe des ersten Relais auf zehn Perioden und die des weiteren Relais auf eine Zeit von 20 Perioden einzustellen.
Wenn ein kurzer Abschnitt auf einen längeren Abschnitt folgt (Fig. 3), wird es schwierig. eine unbedingt sichere Selektivität für das dritte Relais zu erhalten. ohne die Zeiteinstellung der aufeinanderfolgenden Relais abzustufen. Im umgekehrten Falle liegen diese Schwierigkeiten nicht vor.
In Fig. 3 ist die Strecke zwischen den Unterstationen Pg und bedeutend länger als die Strecke zwischen den Stationen C2 und F :,. Wenn dann die Zeitkurve des dritten Impedanzrelais so gewählt ist, wie durch die gestrichelte Linie JL angedeutet ist, überlappt sich die Zeit des dritten Relais der Unterstation Te mit der des Relais der Unterstation U3.
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versagt, die Relais in Unterstation fis und l'-. ihre Schalter öffnen. Wenn diese Möglichkeit nicht einwandfreier Selektivität als störend betrachtet wird, kann Abhilfe geschaffen werden, indem man die Zeit so. wie durch die stark ausgezogene Linie B angedeutet ist, einstellt.
Diese Vergrösserung der Verzögerungszeit reicht dann aus, um die Öffnung des Schalters der Unterstation 3 vor dem Ablauf der Verzogerungszeit des dritten Relais an der Unter- station, 9 durchzuführen.
Bei der Wahl der Einstellung der IIZ-Relais wird am zweckmässigsten in ein Diagramm die Zahl der Leitungsabschnitte eingetragen und dann die Zeitentfernungscharakteristik für
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führt. Man kann es zulassen, dass die dritten Relaiszonen einander überlappen, da es nicht unter allen Umständen notwendig ist. dass beim Ansprechen dieser Relais noch unbedingte Selektivität besteht. Nachdem auf diese Weise die Zeitentfernungseharakteristik graphisch festgestellt ist, sind die Grenzpunkte für die einzelnen Relaiszonen bekannt, und ausserdem die Verzögerungszeiten der einzelnen Relais, so dass danach die Relais eingestellt werden können. wie später erläutert wird.
Aus den Darstellungen geht hervor. dass die Zeit nicht direkt von der Entfernung
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In der Zone 1 arbeiten die Relais innerhalb maximal einer Periode : in der Zone 2 ist die
Verzögerungszeit der Relais um einen bestimmten einstellbaren Betrag grösser, welcher mit Rücksicht auf die Eigenzeit der Schalter und die Eigenzeit der Relais gewählt wird. Zone 3 wird nach Ablauf einer Reservezeit abgeschaltet. wenn der Schalter in der Nachbarstation nicht richtig ausgelöst wird.
In den Fig. 4 und 5 sind die Impedanzrelais im einzelnen dargestellt. Wie aus diesen
Zeichnungen hervorgeht, besitzt jedes Impedanzrelais einen in der Mitte gelagerten Kontakt- arm 40 aus nicht magnetischem : Material, beispielsweise Kupfer oder Messing, welche an jedem Ende einen Anker 41 aus magnetischem Material mit geringer Remanenz und grosser Maximalpermeabilität, z.
B. aus Eisen, Nickel, insbesondere einer Legierung aus annähernd 300/0 Nickel, 500/0 Eisen und bis zu etwa 1% Mangan, bestellt. Die geringe Remanenz ist wünschenswert, um die Hysteresiswirkung oder den zurückbleibenden Magnetismus klein zu halten oder ganz zu vermeiden, so dass der magnetische Fluss in jedem Augenblick zugleich mit der jnagnctisierenden Kraft wieder verschwindet, was für ein schnellansprechendes Relais not- wendig ist. Die grosse Maximalpermeabilität bei kleiner Flussdichte ist notwendig, um eine kräftige Wirkung zu erzielen, sobald infolge einer Änderung der Kräfte, welche an beiden Enden des Hebels 40 eingreifen. das resultierende Drehmoment am Hebelarm 40 sich umkehrt. auch wenn die Stromstärke dabei sehr gering ist.
Der Tauchkern oder Anker 41 wird durch die Wirkung einer Stromspule 14 herabgezogen, während der Anker 41 unter der Wirkung einer Spannungsspule 45 herabgezogen wird. so dass also diese letztere Kraft der Kraft der Stromspulen entgegenwirkt. Die Spulen 14 und 15 sind beide mit axial einstellbaren Kernen 43 der vorher erwähnten Eisen-Nickel-Legierung ausgerüstet, welche mit Gewinde für ihre Einstellung versehen sind.
Die Anker 41 und der Hebel 40 haben nur geringes Gewicht, so, dass wenn einmal die Kraft der Stromspule grösser wird als die der Spannungsspule, der Hebel 40 schnell umkippt und dabei die Kontakte 16 schliesst, wenn es sich um das erste der Impedanzrelais handelt, die Kontakte 1'7 oder 18 öffnet, wenn es sich um das zweite oder dritte der Impedanzrelais handelt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird die Öffnung des Kontaktes 14 oder des Kontaktes 18 durch einen Finger 45 aus Hartpapier bewirkt, der an dem einen Ende des Hebels 40 angebracht ist und eine Blattfeder 46 niederdrückt, die den Unterkontakt des normalerweise geschlossenen Kontaktpaares 1 oder/8 trägt. Der obere Gegenkontakt ist starr an einem Block 47 aus Isoliermaterial befestigt.
Der Hebelarm 40 kann durch ein Gewicht 48 ausbalanziert sein. Der Anker 41, der in die Spannungsspule 15 eintaucht, ist mit einer unmagnetischen Verlängerung 49 versehen. die in eine entsprechende Bohrung des Kerns 43 der Spannungsspule 15 hineinragt. Dieser Stift 45 dient zur Führung des Ankers 41 innerhalb der Spannungsspule 15. Gleichzeitig dient dieser Stift zur Begrenzung der Bewegungen, welche der Hebelarm unter der Einwirkung der Spannungsspule ausführt. Die Spitze des Führungsstiftes stösst zu dem Zweck auf eine einstellbare Schraube 50, die am Fusse des Kerns 43 verstellbar angebracht ist. Durch die Stellschraube 50 wird der Luftspalt 51 zwischen Anker 41 und Magnetkern 43 der Spule 15 eingestellt. Die Einstellung erfolgt einmal und braucht dann nicht mehr geändert zu werden.
Die Stromspule 14 und ihr Kern 43 können dagegen nachträglich verstellt werden. Zu dem Zweck ist eine Klemmbatterie vorgesehen. au nicht mnsnetisehem Material 5, 9 mit einer
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die teilweise in diese Bohrungen 53 von rückwärts hineinragt. Die Feder.-eite diese"Klemtn- batteries 52 ist mit einem Metallstreifen 55 versehen, welcher entsprechend Bohrungen 56
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durch die axiale Verstellbarkeit des Kerns 43 in der Stromspule 14 ist es möglich, die Wirksamkeit der Stromspule vom kleinsten bis zum grössten Wert zu ändern. Ausserdem ist bei
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mittel verbunden ist.
Wie aus Fig. 4. hervorgeht, ist die Zahl der eingeschalteten Windungen auf der Vorderseite der Klemmleiste 55 niedergeschrieben, und die vertikale Einstellung des Kerns 43 kann auf einer Einstellskala 59 abgelesen werden. welche die Zahlen 1-3 trägt, wobei die grosse Zahl oben steht, weil dann der Allstand zwischen Kern und Anker ; u ; t kleinsten ist.
Die Verwendung dieser Einstellvorrichtung wird im folgenden erläutert :
Weil die Impedanz der Spannungsspule des Relais immer die gleiche ist. ist es
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einen andern Grenzwert der Impedanz einzustellen. Die einfachste Methode, um die erforderliche Einstellung zu finden, besteht darin, die nachfolgende Formel zu verwenden, die labtet :
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worin LZ die Länge der Strecke bis zum Grenzpunkt ist. Z ist dabei die Einheit dir
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und T = 32.
Die Einstellungen für das zweite und dritte Impedanzrelais werden in gleicher Weise
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Wenn ein plötzlicher Kurzschluss auf einer Leitung entsteht, tritt eine Reihe von vor- übergehenden Erscheinungen auf. die nur während der ersten fünf Perioden festzustellen siuJ. Diese vorübergehenden Erscheinungen treten auf in der Stromkurve, aber nicht unter allen
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das Gleichgewicht der Impedanzelemente beeinflussen kann. Die am meisten störende Erscheinung und die einzige, welche notwendig kompensiert werden muss, ist die Gleichstromkomponente,
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punkt für das Relais erheblich verschoben.
Um dies zu verhüten, wird ein Kompensationsnebenschluss verwendet, der die Aufgabe hat, die Gleiehstromkomponente auszusieben.
Der Kompensationswiderstand besteht aus Widerstandsschaltung 61 mit einem Phasenwinkel, der mit dem der Cbertragungsleitung Übereinstimmt. Diese Widerstandsschaltung 61 wird parallel zur Stromspule 14 geschaltet und einem mit diesen Stromspulen in Reihe
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hervorgerufene Spannungsabfall wird den Spulen14 des Relais zugeführt. Der Widerstand 62 gehört zu der Schaltung, die zur Aussiebung der Gleichstromkomponente dient. Er liegt in
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Relais mit scheibenförmigem Anker eignen sich für diese Zwecke nicht.
Vielmehr wird ein Energierichtungsrelais verwendet, dessen Anker ähnlich wie bei einem Drehspuleninstrument sich selbst entsprechen der Richtung des Feldes einstellt, was z. B. dadurch erreicht werden kann. dass das Relais eine Drehspule besitzt. die von einem Strom erregt wird. und die Ausschlagsrichtung von der Richtung dieses Stromes und von der Rich- tung des feststehenden Feldes abhängt.
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zu vergleichen sind. Die Wicklung 63 ist eine Spannungsspule. Sie ist mit den Anschlussklemmen 3 und 6 des Relais verbunden und wird beispielsweise bei dem mittleren Relaissatz der Fig. 1. von den Spannungen zwischen den Phasenleitern Ji und L3 erregt.
Die Spannungswicklung 63 des Richtungsrelais stellt die Primärwicklung eines Spannungswandlers dar, der einen geschlossenen Eisenkern 65 besitzt, dessen einer Arm mit Spiel umfasst wird VOll einem eine einzige Windung darstellenden Rahmen 66 aus Aluminium oder Kupfer. Dieser Erreger stellt die Sekundärwicklung des Transformators 63-65 dar. Der in diesem Arm fliessende Strom ist im wesentlichen in Phase mit der Spannung an der Spule 63.
Der Arm 66 ist wesentlich grösser als zur Umfassung des einen Schenkels des Transformators 65 notwendig wäre. Es sind auf diese Weise zwei parallele Leiter 67 und 68 gebildet, die mit einem magnetischen Feld zusammenwirken, das von der StroJl1wicklung 64 hervorgerufen wird.
Die Stromwicklung 64 stellt gewissermassen die Feldwicklung eines Galvanometers dar.
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körper 69 kann wiederum aus der bereits erwähnten Nickel-Eisen-Legierung bestehen, um die Vorteile dieser Eisenlegierung auszunutzen. Die beiden parallelen Leiterstücke 67 und 68 des Rahmens 66 befinden sich in den Luftspalten 71 @ und 72, so dass sie quer zur Kraftflussrichtung in diesem Luftspalt liegen.
Der Rahmen 66 ist drehbar gelagert. Seine Drehachse verläuft zu den Leiterstücken 67 und 68. u. zw. im wesentlichen mitten zwischen diesen beiden Leitungsstücke und den
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infolgedessen Schwingungen von geringer Amplitude ausführen, wenn die Leiterstücke 6'7 und 68 in den Luftspalten 71 und 72 schief gestellt werden unter der Einwirkung, welche das Kraftfeld im Luftspalt auf den Strom in dem Rahmen 66 ausübt.
An dem Rahmen 66 ist ein Arm 75 befestigt, beispielsweise aus Hartpapier oder eine Platte aus anderem Isolier- material. welcher bei Ausschlag des Relais nach der einen Seite gegen einen Anschlag 76 anliegt. beim Ausschlag des Relais nach der andern Seile aber gegen die Kontaktglieder. 86 und, 37 stosst, wobei der Kontakt, 26 geöffnet und der Kontakt. 37 geschlossen wird, wenn der Rahmen 66 nur eine kleine Bewegung in der entsprechenden Richtung ausführt.
Weil Strom und Spannung des Richtungsrelais einer Stromquelle entnommen werden. bei welcher die Spannung normalerweise dem Strom um 30 voreilt, wenn die Leitung rein Olunsch belastet ist, tritt im Fehlerfalle. wobei der Fehlerstrom eine erhebliche Phasennacheilung besitzt, eine Stromkomponente auf, welche mit der Spannung in Phase ist oder zu ihr in Phasenopposition steht. Dadurch wird eine schnelle Einstellung des Richtungsrelais bewirkt. Das beschriebene Richtungsrelais hat die Eigenschaft eines Wattmeters und besitzt einen ausserordentlich geringen Eigenverbrauch.
Die wesentlichen Bestandteile des Richtuugsrelais sind eine Stromspule 64 und eine Spule 63, welche von einem Strom erregt wird, der hinsichtlich seiner Phasenlage gegenüber dem Strom mit einer Stromspule verglichen werden soll. Zwar ist in der vorangehenden Beschreibung und in der Zeichnung diese Spule 63 als von der Leitungsspannung erregt
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hiefür gebraucht werden können. in der vorliegenden Beschreibung ist jedoch nicht hierauf ausdrücklich Bezug genommen.
Obwohl in der vorangehenden Beschreibung angegeben ist, dass die Spannung die zu erregenden Spule 63 dient. im allgemeinen hinter dem Leitungsstrom um 30 nacheilt, wenn die Leitung nur Ohmsch belastet ist, so sei doch darauf hingewiesen. dass auch andere Phasenwinkel angewendet werden können, wenn dies zweckmässig erscheint ; derartig, dass der Kurzschlussstrom der Leitung, wenn der Leistungsfaktor sehr niedrig ist, nicht nahezu gleich 90 zur Phasenspannung an der Spule 63 beträgt.
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Die Synchronzeitrelais 21 und 22 sind in Fig. 8 nochmals herausgezeichnet. Sie bestehen aus einem kleinen Synchronmotor. Ein derartiger Motor hat beispielsweise einen zweipoligen Ständer 80 mit geschalteten Polen 81. von denen je einer durch einen Schirmring 85 oder ein anderes im gleichen Sinne wirkendes Mittel ausgestattet ist, welches eine Phasenverschiedenheit
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Wicklung 83 erregt ; der Anker des Motors ist ein zylindrischer Kopfanker mit zwölf Nuten. welche ebenfalls vorspringende Polstäbe 87 bilden. Dadurch nimmt der Anker eine synchrone Geschwindig
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wird. Zu dem Zweck sind Mittel vorgesehen, welche den Anker von dem Zahngelege ent- kuppelt.
Das Vorgelege 88 ist mit einer Rüekzugsfeder 89 ausgestattet. wodurch es sofort in
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Das Bewegungselement des Schalters 23 ist auf einen Kontaktarm 91 angebracht, welclies auf dem langsam umlaufenden Schaft 9. ? des Vorgeleges 88 durch eine Klemmvor-
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Schraube 93 dadurch eingestellt werden, dass der Arm 91 in einer entsprechenden Winkellage mit der Welle 9. 2 wieder verbunden wird. Auf einer Skala kann die jeweils eingestellte Laufzeit abgelesen werden.
Der Motor des Zeitrelais hat eine konstante Geschwindigkeit, u. zw. kann er bei erhehitch verschiedenen Werten des Fehlerstromes konstant bleiben und braucht zu seinem Antrieb einen Strom von etwa nur 3 Amp. Wenn notwendig, kann durch Sättigung des Eisenkerns
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gewicht hält, wenn ein Fehler an der Stelle X1 (Fig. 2) entsteht.
Unter diesen Bedingungen können die Kontakte nicht geschlossen werden ; wenn aber der Fehler links von dem Grenx- punkt X1 entsteht, ist die Kraft der Stromspule grösser als die der Spannungsspule und führt dann zur Schliessung der Kontakte. Die Kontakte sind in Serie mit den Kontakten'L-s Richtungselements, so dass der Leitungsschalter nur dann ausgelöst werden kann, wenn die Energie von den Sammelsehienen weg in die Leitung hineinfliesst, d. h. in die Zeiehnung v'n links nach rechts fliesst. Entsteht der Fehler an der Stelle 0, dann kann das er"tI Impedal1z- relais seine Kontakte nicht schliessen, denn das Verhältnis Spannung durch Strom ist zu gross.
Das zweite Relais aber ist so eingestellt, dass bei ihm die Kraft der Stromspule dann gleich der Kraft der Spannungsspule ist, wenn ein Fehler beim Grenzpunkt Y1 entsteht. Dieses Relais spricht also bei einem Fehler an der Stelle 0 an. Das Ansprechen dieses Relais bewirkt die Abschaltung des Fehlers nach der Zeit, auf welche das Zeitrelais 21 eingestellt ist. Das Zeitrelais schliesst seine Kontakte, sobald seine eingestellte Zeit abgelaufen il uns bewirkt die Abschaltung des Leitungsschalters @ 30. Das dritte Impedanzrelais ist so ein-
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Gleichgewicht ist, wenn der Fehler am Ort Z1 entsteht. Dieses dritte Schnellimpedanzrelais setzt das zweite Zeitrelais 23 in Tätigkeit, welches auf eine noch längere Laufzeit eingestellt ist als das erste Zeitrelais.
Das dritte Impedanzrelais spricht also bei allen Fehlern an, die zwischen dem Relaisort und dem Grenzpunkt Zl entstellen. Es ist nur zur Sicherheit i- Reserve vorgesehen und soll nur in Tätigkeit treten, wenn der Schalter der 1'nterstathoi 5 fehlerhafterweise nicht abschaltet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Synchronzeitrelais nur dann in Tätigkeit tret'-ti.
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den Kontakt 26 öffnen, damit die Zeitrelais erregt werden können.
Wichtig ist für die angegebene Relaiseinriehtung, dass sie eine Spannung für sehie Impedanzrelais erhält, welche den Spannungen auf der zu schützenden Leitung proportional
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unmittelbar mit den geschützten Leitungen verbunden sein. Mit Rücksicht auf die bei plötz- liehem Fehler auftretenden Stosserscheinungen ist es nicht angängig, die Spannung für t Relais von der Niedervoltseite des Leistungstransformators zu entnehmen und-Ie entsprechend
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widerstände für den ersten Stromstoss verwendet werden, was nur schwer durchzuführen sein wird.
Im allgemeinen wird man die Spannungswandler. die zur Spammng der Relais dielln.
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aber namentlich bei sehr hohen Spannungen sehr teuer werden, kann man dann unter Umständen auch kapazitive Spannungsteile, beispielsweise Kondensatorendurchführungen im Olschalter, an deren Stelle verwenden. In dem Falle wird eine entsprechende Kunstschaltung zwischen die letzte Belegung der Kondensatordurchführung und Erde geschaltet. An diesen werden die Relaiseimrichtungen angeschlossen, für welche die erreichbare Messgenauigkeit hin-
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Der zulässige Volt-Ampere-Verbrauch der an die Durchführung anzuschliessenden Schaltung wächst mit der Spannung; bei kleinen Leitungsspannungen kann es infolgedessen notwendig werden, zwei zur selben Phase gehörige Durchführungen in Parallelschaltung zu verwenden.
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wendet werden, ist auf die Bauart dieser Wandler zu achten. Drei Phasenwandler der Mantel- t} 1Je können für diese Zwecke verwendet werden, aber Wandler der Kerntype oder Wandler mit einer geschlossenen Dreieckwicklung nicht. Durch Wandler der letzteren Art werden die Spannungen der Leitung nicht ganz genau richtig übersetzt, bei Zweiphasen- oder Einphasen-
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verletzt wird.