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Vom Leitungswiderstand abhängige Schutzeinrichtung mit Zeitstufe.
Es ist bereits eine vom Leitungswiderstand abhängige Schutzeinrichtung bekannt, bei welcher Strom und Spannung auf das Potential der Steuerelektrode eines Entladungsrohres derart einwirken, dass das Rohr gezündet wird, wenn die Differenz aus den Beträgen von Spannung und Strom einen bestimmten Wert erreicht. Bei dieser bekannten Anordnung wird eine der beiden Steuerspannungen, beispielsweise die von der Spannung hervorgerufene, unverzögert der Höhe der Leitungsspannung angepasst, während die zweite Steuerspannung, also z. B. die vom Strom hervorgerufene Steuerspannung, nur mit Zeitverzögerung sich dem vollen Wert, welcher der Höhe des Leitungsstromes entspricht, nähert.
Auf diese Weise kann eine Zeitverzögerung erzielt werden, deren Grösse abhängig ist von der Grösse des Leitungswiderstandes. Es lässt sich aber kein Zeitstufenschutz mit einer solchen Anordnung durchführen ; denn das Mittel der langsamen Vergrösserung der einen der beiden Steuerspannungen ist bei der bekannten Anordnung notwendig, um zu verhindern, dass bei starken Verzerrungen des Stromes oder der Spannung unerwünschterweise ein Entladungsrohr auch bei einem Leitungswiderstand anspricht, der grösser ist als derjenige Leitungswiderstand, bei welchem die Anordnung ansprechen soll. Es ist daher die verzögerte Änderung der einen der beiden Steuerspannungen bei der bekannten Anordnung notwendig, damit die Selektivität nicht verlorengeht.
Die Erfindung richtet sich auf einen Zeitstufenschutz, der in seinem Ansprechen davon abhängig ist, ob bestimmte Grenzwerte des Leitungswiderstandes unterschritten werden oder nicht. Die Anordnung nach der Erfindung enthält für jeden Grenzwert des Leitungswiderstandes, bei dessen Überschreitung sieh die Verzögerungszeit um eine Stufe ändert, ein Entladungsrohr, auf dessen Steuerkreis die Differenz zweier Spannungen einwirkt, welche durch oberwellenfreie Gleichrichtung eines Stromes und einer Spannung der Leitung gewonnen werden.
Je vollkommener die Beseitigung der Oberwellen gelingt, um so genauer lässt sich die Anordnung auf einen bestimmten Grenzwert des Widerstandes einstellen, so dass bei Anwendung von Mitteln zur Beseitigung von Oberwellen auch mit Entladungsrohren ein Zeit- stufenschutz durchführbar ist, wobei der kleinsten Widerstandsstufe die kleinste Verzögerungszeit, zweckmässig also die Verzögerungszeit Null, zugeordnet werden kann. Man kann des weiteren, um ein unerwünschtes Ansprechen der Schutzeinrichtung etwa bei Schaltvorgängen zu verhindern, eine ganz kurze, für die Wirkung der Schutzeinrichtung im übrigen unerhebliche Verzögerungszeit einführen, etwa durch die für die Glättung der durch Gleichrichtung gewonnenen Spannungen vorgesehenen Filter.
Für die Durchführung der Erfindung eignen sich beispielsweise gittergesteuerte Glimmröhren mit kalter Kathode von relativ grosser Fläche, etwa in Zylinderform mit einer verhältnismässig dazu kleinflächigen Anode, die beispielsweise als ein Drahtstück innerhalb des Zylinders angeordnet ist. Es kommen zweckmässig Röhren mit Neongas bei einem Druck von mehr als 1/100 Atmosphärendruck zur Anwendung.
Die Erfindung ist an Hand der Figuren näher erläutert. Fig. 1 erläutert die Erfindung für den Anwendungsfall bei einer Wechselstromübertragungsleitung 1, die von einer Sammelschiene 2 aus gespeist wird. Zwischen Sammelschiene 2 und Leitung 1 liegt ein Stromunterbrecher 3, der durch eine Auslösespule 4 geöffnet werden kann.
Von der zu schützenden Leitung 1 werden Strom und Spannung entnommen über einen Stromwandler 5 und einen Spannungswandler 6. Der Sekundärstrom des Stromwandlers fliesst über einen
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Widerstand 7, zu welchem eine Gleichrichterbrücke 8 parallel liegt. Hiefür können Kupferoxydgleieh- richter oder auch andere Gleichrichter verwendet werden. Die Spannung am Widerstand 7 ändert sich mit der Stärke des Leitungsstromes und dementsprechend auch die Stärke des aus der Gleichrichterbrücke 8 entnommenen Stromes, welcher durch Zwischenschaltung eines Filters 9 geglättet wird. In entsprechender Weise wird auch. die Relaisspannung über eine Gleichrichterbrücke 11 in eine Gleichspannung verwandelt, die durch Anwendung eines Filters 12 ebenfalls geglättet wird.
Die auf solche Weise gewonnenen Gleichspannungen werden über zwei Widerstände. M und. M geleitet, u. zw. in entgegengesetzter Richtung, so dass der Gesamtspannungsabfall in beiden Widerständen der Differenz der beiden Gleichströme proportions ist. Die Widerstände sind nun derart bemessen, dass die Differenzspannung gerade in dem Falle gleich Null wird, wenn das Verhältnis zwischen Strom und Spannung einem Fehler am Ende des Relaissehutzbereiches entsprechen.
Durch diese Differenzspannung wird nun eine Röbrenschaltung gesteuert. Die Richtung dieser Differenzspannung ist nämlich davon abhängig, ob der Kurzschluss innerhalb oder ausserhalb des Schutzbereiches des Relais entstanden ist. Die Röhre 15 wird gezündet, wenn der an dem Widerstand z entstehende Spannungsabfall. welcher mit der Stromstärke proportional ansteigt, den Spannungsabfall am Widerstand 14, der von der Leitungsspannung abhängt, überwiegt.
Das Entladungsrohr 15 besitzt eine Anode 16, eine Kathode 17 und eine Zünd-oder Steuerelektrode 18. Als Anodenspannungsquelle dient die Batterie 19, welche zugleich auch zur Speisung der Auslösespule 4 vorgesehen ist, Der Pluspol dieser Batterie 19 ist mit der Anode 16 des Rohres 15 verbunden, und die negative Klemme der Batterie ist über einen Hilfskontakt 21 des Ölschalters 3 und ein Hilfsrelais 24 mit der Kathode 17 des Rohres 15 verbunden. Gleichzeitig ist mit der Kathode 17 das eine Ende des Widerstandes 14 verbunden, während das äussere Ende des Widerstandes 13 mit dem negativen Pol einer Gittervorspannungsbatterie 29 verbunden ist. Die positive Klemme dieser Batterie wird über einen Relaiskontakt 30 mit dem Gitter 18 des Entladungsrohres 15 verbunden.
Wenn das Rohr 15 gezündet wird, nimmt die Anodenspannung ungefähr den Wert von 180 Volt an, welcher von der Stärke des durchgehenden Stromes praktisch unabhängig ist. Da die Anodenspannung in dem Rohr 15 von der Batterie 19 geliefert wird, also stets denselben Wert besitzt, wird das Entladungsgefäss 15 bei einem ganz bestimmten Grenzwert des Potentials des Gitters 18 gezündet. Wenn einmal der Stromdurehgang eingesetzt hat, bleibt er unabhängig von der Gitterspannung bestehen, wobei sich die Stromstärke im wesentlichen nur nach dem Widerstand des äusseren Stromkreises richtet. Eine kurzzeitige Unterbrechung des Stromes dient zu einem Erlöschen der Lampe, so dass danach mit Hilfe des Gitters die Röhre von neuem gezündet werden kann.
Die Zündung des Entladungsgefässes 15 hängt davon ab, ob die vom Strom hervorgerufene Spannung im Widerstand 13 über die im Widerstand 14 liegende der Netzspannung proportionale Gleichspannung überwiegt. Wie schon weiter oben erwähnt wurde, sind die Widerstände 13 und 14 mit Rücksicht auf die Übersetzungsverhältnisse der Wandler 5 und 6 so gewählt, dass ein Zünden des Entladungsgefässes 15 nur möglich ist, wenn der Fehler innerhalb einer bestimmten Entfernung vom Relaisort entstanden ist. Im Normalfall überwiegt die am Widerstand 14 liegende Spannung, welche die Potentialdifferenz zwischen Zündelektrode 18 und Kathode 17 in solchem Sinne beeinflusst, dass eine Zündung des Rohres 15 nicht eintritt.
Sobald im Entladungsrohr 15 der Stromdurchgang einsetzt, wird durch den Anodenstrom das Hilfsrelais 24 erregt, so dass es seinen Anker anzieht. Durch den Kontakt 33 wird hiebei zunächst das Rohr 15 kurzgeschlossen, so dass sein Strom gelöscht wird. Über den Kontakt 33 fliesst dann ein Halte- strom für das Relais 24. Gleichzeitig wird ein Kontakt 34 geschlossen, wodurch die Auslösespule 4 Strom erhält, so dass der Leitungsschalter 3 geöffnet wird. Durch die Öffnung des Leitungsschalters wird auch sein Hilfskontakt 21 geöffnet, so dass Relais 24 seinen Haltestromkreis verliert und infolgedessen wieder abfällt.
Bei Impedanzschutzeinrichtungen werden meist grössere Sehutzrelais angewendet, mit verschieden grossem Schutzbereich. Das Relais mit dem kleinsten Schutzbereich arbeitet unverzögert, das Relais mit dem grösseren Schutzbereich arbeitet nach einer gewissen Verzögerungszeit. Im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist auch die Schutzeinrichtung mit dem grösseren Schutzbereich mit einem lonenrohr (35) ausgestattet. Es ist dies das Glimmrohr 35, welches in seinem Aufbau und in seiner Wirkungsweise dem Glimmrohr 15 entspricht. Es besitzt eine Kathode 37, eine Anode 36 und eine Zündelektrode 38. Die Zündelektrode 38 liegt am positiven Pol der bereits erwähnten Gitterbatterie 29, die Kathode ist über einen Strombegrenzungswiderstand 41 mit einem Anzapfpunkt des Widerstandes 14 verbunden.
Infolgedessen spricht das Rohr 15 auch bei Fehlern an, die in der Entfernung grösser sind als die weiteste Fehlerentfernung, die das Rohr 15 zum Ansprechen bringen kann. Zweckmässig ist die Anzapfstelle am Wider- stand 14 einstellbar, um die Relaiseinstellung bequem erden zu können.
Im Anodenkreis des Rohres 35 liegt ferner ein Kontakt 43, mit dessen Hilfe die Abschaltung des Rohres möglich ist, um nach der Zündung den Stromdurchgang wieder zum Erlöschen zu bringen. Die Anode 36 ist mit dem positiven Pol der Batterie 19 verbunden. Die Kathode ist über den Kontakt 43 und einem Vorwiderstand 44 an den negativen Pol dieser Batterie angeschlossen.
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Wenn das Entladungsgefäss 35 anspricht, entsteht ein Anodenstrom über dem Widerstand 44, in welchem ein entsprechender Spannungsabfall auftritt. Dieser Spannungsabfall wird benutzt, um eine kleine Kapazität 45 aufzuladen unter Vorschaltung eines Widerstandes 46, so dass die Kapazität eine in der Zeit wachsende Ladung besitzt. Die Geschwindigkeit, mit der die Ladung ansteigt, hängt von der Grösse des Widerstandes 46 und von der Grösse der vom Widerstand 44 abgegriffenen Teilspannung ab. Der Widerstand 46 kann deshalb zweckmässigerweise mit verschiedenen Punkten des Widerstandes 44 wahlweise verbunden werden.
Die positive Elektrode des Kondensators 45 liegt an der Steuerelektrode 49 eines dritten Glimmrohres 51, während die negative Klemme des Kondensators 45 an dem Minuspol der Batterie 19 liegt.
Das Glimmrohr 51 ist mit seiner Anode mit dem positiven Pol dieser Batterie 19 verbunden. Die Kathode des Rohres 51 ist über den Hilfskontakt 24 des Ölschalters 3, den Yorw : dmtand 23 und die Spule des Hilfsrelais 24 mit der Minusklemme der Batterie 19 verbunden.
Sobald das Entladungsgefäss 51 anspricht, was nach Ablauf einer solchen Zeit erfolgt, die notwendig ist, um dem Kondensator 45 eine bestimmte Ladung zu erteilen, wird die Spule des Hilfsrelais 24 erregt und durch diese einerseits mittels des Kontaktes 33 des Entladungsgefässes 51 kurzgeschlossen und mittels des Kontaktes 34 die Auslösespule 4 eingeschaltet. Der Kondensator 45, der Widerstand 46 und die Anzapfung auf den Widerstand 44 werden zweckmässig so gewählt, dass die Verzögerung bis zum Ansprechen des Entladungsgefässes 51 etwa 8-10 Perioden des Betriebswechselstromes der Leitung 1 beträgt.
Die bereits erwähnten Relaiskontakte 30 und 43 werden durch ein Relais 55 mit einer Erregerspule 56 und einen Selbsthaltekontakt 57 gesteuert. Dieses Relais gehört zu einem Energierichtungsrelais 58. Wenn die Relaisspule 56 stromlos ist, dann sind die Kontakte 30 und 43 geöffnet. Solange können dann die Entladungsgefässe 15 und 35 nicht gezündet werden.
Normalerweise müssen die Kontakte 30 und 43 offen sein, d. h. die Relaisspule 56 muss normaler-
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und schnell arbeitendes Richtungsrelais 58 ein Kontaktpaar 52 geschlossen. Damit nicht unerwünschterweise das Wattmeter ein Kontaktpaar 63 schliesst, durch welches die Spule 56 des Relais 55 eingeschaltet wird, ist noch eine zusätzliche Richtkraft vorgesehen, welche durch eine von der Spannung abhängige Spule 64 ausgeübt wird. Durch diese zusätzliche Richtkraft wird verhindert, dass das Richtungsrelais 58
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paare 57, 30 und 43. Das Kontaktpaar 57 schliesst so einen Haltestromkreis für sich, so dass es nach einer einmaligen Einschaltung erregt bleibt bis zu dem Augenblick, in dem das Richtungsrelais in die Normallage zurückkehrt und die Spule 56 durch die Kontakte 62 kurzschliesst.
Ferner ist im Richtungsrelais noch eine zusätzliche Richtkraft 67 in Form einer Zugfeder angeordnet, welche bewirkt, dass das Energierichtungsrelais schnellsten in die Ruhelage zurückgeht, sobald der Leitungssehalter 3 die Leitung 1 abschaltet. Dadurch wird der Anodenstromkreis des zweiten Ionenrelais 35 in den Kontakten 43 unterbrochen.
Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar ist, um die Welligkeit der gleichgerichteten Netzspannung zu vermindern, eine Aufteilung dieser Spannung in zwei Komponenten angewendet. Das Filter 12 der Fig. 1 kommt dafür in Fortfall. Um die Spannung in zwei Komponenten aufzuteilen, sind ein ohmscher Widerstand 71 und ein induktiver Widerstand 72 in Reihe geschaltet und werden in ihrer Gesamtheit von der Sekundärspannung des Spannungswandlers 6 gespeist. Jeder der beiden Kontakte, d. h. also die Spannung in der Induktivität 72 und die Spannung am Ohmschen Widerstand 71, wird über je eine Gleichrichteranordnung 74 und 75 gleichgerichtet und speist in Parallelschaltung einen Ohmschen Widerstand 74, dessen Strom der Leitungsspannung auf diese Weise proportional ist.
Mit dem von der Spannung gespeisten Widerstand 14 liegt, wie in Fig. 1, ein von einem gleichgerichteten Strom durchflossener Widerstand 13 in Reihe. Im Strompfad ist kein Filter angewendet.
Parallel zur Sekundärwicklung des Stromwandlers 5 liegt aber eine Impedanz 77, 78 von der gleichen Zusammensetzung wie der Leitungswiderstand. Die Wirkung dieses Nebenschlusses ist bekanntlich die, dass über die Leitung 1 verlaufende Schaltstromstösse die Relaisvorrichtung nicht beeinflussen. Um die gewünschte Wirkung zu erzielen, muss die Zeitkonstante des Strompfades im Relais klein sein gegenüber der Zeitkonstante der Nebenschlussimpedanz 77, 78. Aus diesem Grunde ist ein ohmscher Widerstand 7 von hinreichender Grosse vorgesehen. Selbstverständlich kann der Nebenschluss 77, 78 auch bei der Anordnung in Fig. 1 angewendet werden, und umgekehrt kann das Filter 9 auch im Strompfad der Anordnung von Fig. 2 mit Nutzen verwendet werden.
Die Impedanz 77, 78 kommt aber bei der Anordnung in Fig. 2, welche also ohne Filter arbeitet, besser zur Wirkung als bei Vorhandensein eines Filters. Der Nebenschluss 77, 78 empfiehlt sich in all den Fällen besonders, in welchen die Ansprechgeschwindigkeit geringer als eine Periode der Netzfrequenz sein soll.
Die Anordnung in Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten durch die Verwendung eines Spannungsteilers 81, an welchem die Spannung der Batterie 19 liegt und an welchem eine geeignete
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Gittervorspannung für das Gitter 38 der Röhre 35 über eine Anzapfung 32 eingestellt werden kann. Die gleiche Anordnung kann auch benutzt werden, um die Vorspannung des Gitters 18 der Röhre 15 mit Hilfe des Spannungsteilers wählbar zu machen, weil beide Röhren mit derselben Anodenbatterie arbeiten.
Zum Gitterkreis der Röhre 51 ist der sich langsam aufladende Kondensator 87 parallel geschaltet, zwischen welchem und dem Gitter der Röhre 51 ein Schutzwiderstand 48 liegt. Der Widerstand 44, welcher normalerweise durch den Kontakt 43 des Relais 55, 56 abgeschaltet ist, ist kleiner als ein Potentiometerwiderstand 85, so dass die mit dem Gitter der Röhre 51 verbundene Elektrode des Gitterkondensators 87 normalerweise negativ geladen ist.
Wenn die Entladungsröhre 35 für die grössere Fehlerentfernung zündet, fliesst ihr Anodenstrom über den Widerstand 44, wodurch das Potential des Anschlusspunkte 47 nach der positiven Seite hin verlegt wird. Dadurch wird zugleich die negative Vorspannung des Anschlusses 84 der Röhre 51 vermindert, und es beginnt eine Umladung des Kondensators 87 in dem Sinne, dass das Gitter der Röhre 51 ein mit der Zeit anwachsendes positives Potential erhält, ähnlich wie dies in Fig. 1 erläutert wurde.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vom Leitungswiderstand abhängige Schutzeinrichtung mit Zeitstufen, gekennzeichnet durch mehrere auf verschiedene Grenzwerte des Leitungswiderstandes eingestellte Anordnungen, welche je ein von der Differenz zweier durch oberwellenfreie Gleichrichtung eines Stromes und einer Spannung der Leitung gewonnener Steuerspannungen abhängiges Entladungsrohr enthalten und bei denen einem jeden Entladungsrohr eine konstante Zeitverzögerung zugeordnet ist.