Von Strom und Spannung abhängiges Relais. Um aus einem elektrischen Leitungsnetz fehlerhafte Strecken ohne Störung des übrigen Netzes abschalten zu können, sind verschie dene Anordnungen vorgeschlagen worden, bei denen die Auslösezeit der Schalter von dein Verhältnis zwischen Spannung und Strom der abzuschaltenden Leitungsstrecke,, und damit von der Impedanz der Leitungsstrecke zwischen der Stelle des Relais und der Fehlerstelle, oder von einer beliebigen Kom ponente dieser Impedanz abhängig ist.
Die Erfindung betrifft ein Relais dieser Art, wobei das Relais, welches vom Strom und von der Spannung abhängig ist und durch seine Einstellung die Auslösezeit eines Schalters bestimmt, eine Stromspule und eine Spannungsspule enthält, die fest miteinander verbunden und relativ zu einem dritten Organ beweglich sind, mit welchem sie in magne tischer Wirkungsverbindung stehen. Dieses Organ kann zum Beispiel eine Spule, ein permanenter Magnet oder ein Eisenkörper sein.
Als Vorteil eines in dieser Art ausge führten Relais ist besonders seine Einfachheit zu nennen; das Relais benötigt nur einen einzigen Kontakt. Ausserdem hat das Relais gerade im Kurzschlussfall eine grosse Riebt kraft, auch wenn die Spannung gleich Null ist. Endlich ist der- Energieverbrauch des Relais klein, besonders derjenige der Span nungsspule. Das Relais kann daher an Span- nungswandler kleiner Leistung, z. B. an di- elektrische Spannungswandler angeschlossen werden.
Ein Schema eines nach der Erfindung. ausgeführten Relais zeigt beispielsweise die Fig. 1. Hier bedeutet: a und b die beiden fest miteinander verbundenen Spulen, die gemeinsam gegenüber der Spule c beweglich sind. d ist der Schalter, dessen Auslösezeit durch das Relais bestimmt wird, und durch welchen die Leitungsstrecke e abgeschaltet werden kann. Die Spulen a und c werden über den Stromwandler f mit dem Strom dieser Leitungsstrecke gespeist; die Spule b liegt über den Spannungswandler g an der Spannung dieser Leitungsstrecke. Auf der Achse der Spulen a und<I>b</I> ist eine Kurven scheibe h angebracht.
Gegen diese Kurven scheibe bewegt sich ein Arm mit dem Kon- taktpaar i, der von dem Zeitrelais k ange trieben wird. in ist ein Elektromagnet, der dazu dient, beim Überschreiten einer einstell baren Stromstärke die Sperrung des Zeit relais k freizugeben. ra ist die Auslösespule des Schalters, o die Stromquelle, aus der dieselbe gespeist wird.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist die folgende: Die beiden magnetischen Felder der sich kreuzenden Spulen a und b, von denen das eine vom Strom, das andere von der Spannung abhängig ist, setzen sich zu einem resultierenden Feld zusammen, dessen Richtung nur von dem Verhältnis Spannung zu Strom abhängt. Das aus den Spulen a und b bestehende bewegliche System stellt sich, da keine Gegenkraft vorhanden ist, so ein, dass die Richtung dieses resultierenden Feldes mit der des Feldes der Spule c zu sammenfällt. Es ist also auch die Stellung des beweglichen Systems und damit die der Kurvenscheibe <I>lt</I> nur von dem Verhältnis Spannung zu Strom abhängig.
Beim Über schreiten des eingestellten Stromes gibt der lIagnet ix die Sperrung des Zeitrelais<I>k</I> frei, so dass das Zeitrelais zu laufen beginnt und das Kontaktpaar i sich auf die Kurvenscheibe 7i. zu bewegt. Die Zeit, nach welcher das Kontaktpaar i durch Auftreffen auf die Kur venscheibe li geschlossen und somit der Schalter d ausgelöst wird, ist von der Stel lung der Kurvenscheibe h, also ebenfalls von dem Verhältnis Spannung zu Strom abhängig.
Es ist dabei gleichgültig, ob die Lauf geschwindigkeit des Zeitrelais k vom Strom abhängig oder unabhängig ist. Es kann also zum Beispiel an Stelle eines reinen Zeitrelais auch ein Ferraris-Laufwerk verwendet werden. Es ist auch nicht notwendig, dass die Spulen a, und b wie in dem gezeichneten Beispiel gerade einen rechten Winkel einschliessen; sie können einen beliebigen, von Null ver schiedenen Winkel bilden. Die Kraftlinien der Spulen a, <I>b, c</I> können sich auch teil weise durch Eisen schliessen.
Auch ist es gleichgültig, ob, wie in dem gezeichneten Beispiel, die beiden Spulen a und b gemein- sam beweglich und die dritte Spule fest ist, oder ob die beiden miteinander verbundenen Spulen fest angeordnet sind und die dritte Spule beweglich und mit der Kurvenscheibe verbunden. Ferner könnte die dritte Spule (c), die in dem gezeichneten Beispiel mit der Spule a in Reihe geschaltet ist, irgend einen andern Strom führen, der nur in der Frequenz mit den Strömen der Spulen a und b über einstimmen muss. Beispielsweise wäre es auch möglich, die Spule c mit der Spule b in Reihe zu schalten.
An die Stelle der dritten Spule (c) kann auch ein Eisenkörper treten. In diesem Falle stellt sich das aus den Spulen <I>a,</I> und<I>b</I> be stehende bewegliche System so ein, dass die Richtung des resultierenden Feldes in die Richtung des kleinsten magnetischen Wider standes fällt. Auch in diesem Falle können natürlich die beiden miteinander verbundenen Spulen fest und der Eisenkörper beweglich sein.
Der bewegliche Eisenkörper kann auch in für 11Tessinstrumente bekannter _N,Teise eine gekröpfte Form erhalten und durch eine fest stehende Spule magnetisiert werden; bei Gleichstrom kann statt dessen ein perma nenter Magnet verwendet werden.
Die Einrichtung wirkt in gleicher Weise bei Gleichstrom und bei Wechselstrom, so- ange die Wechselströme in den drei Spulen cr., <I>b,</I> c phasengleich sind. Ist dies nicht der Fall, so sind nur diejenigen Komponenten der Ströme in a und b wirksam, die mit dem Strom in c phasengleich sind. Ist also die Spule c mit der Spule b in Reihe ge schaltet, so wirkt nur diejenige Komponente des Stromes in der Spule a., welche mit dem Strom in b phasengleich ist (Wattkomponente des Stromes).
Ist anderseits die Spule c mit der Spule a in Reihe geschaltet und der Strom in der Spule b phasengleich mit der an den Stromkreis dieser Spule angelegten Spannung, so wirkt nur diejenige Komponente dieser Spannung, welche mit dem Strom in a phasengleich ist. (Wattkomponente der Span nung).
Durch Einschalten von ohmschen oder induktiven Vorschaltwiderständen vor die Spannungsspule (1), bei Mehrpliasenstrom auch durch entsprechende Wahl der Phase, an welche die Spannungsspule angeschlossen wird, ist es möglich, Phasengleichheit zwi schen den Strömen in den beiden miteinander verbundenen Spulen (a und b) bei einer be liebigen Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in der geschützten Leitungs strecke zu erhalten.
Sind die Ströme in den beiden Spulen phasengleich, wenn der Strom in der Leitungsstrecke der Spannung um 90 nacheilt, so ist der Ausschlag des Relais von der Blindkomponente der Leitungsimpedanz abhängig; sind dagegen die Ströme in den beiden verbundenen Spulen phasengleich, wenn auch Strom und Spannung in der Lei tungsstrecke phasengleich sind, so ist der Ausschlag des Relais von der Wirkkompo nente der Leitungsimpedanz abhängig.
Im letzteren Falle wird bei einer Um kehr der Energieströmung in der Leitung auch eine Umkehr des Ausschlages des Relais eintreten. Als Ausgangsstellung des Relais sei dabei diejenige betrachtet, die es bei Stromlosigkeit der Spannungsspule einnimmt. Man kann in diesem Falle die Kontaktvor richtung des Relais so ausbilden, dass das Relais nur bei einer bestimmten Energie strömungsrichtung anspricht, oder so, dass die Zeit bis zum Ansprechen des Relais (die Auslösezeit des Schalters) von der Energie strömungsrichtung abhängig ist, oder so, dass je nach der Energieströmungsrichtung der eine oder der andere von zwei Schaltern betätigt wird.
Eine Einrichtung der letzteren Art kann zum Beispiel zum Schutze zweier paralleler Leitungsstrecken verwendet werden, indem die Stromspule des Relais in bekannter Weise derart mit den Stromwandlern verbunden wird, dass in ihr ein Strom fliesst, der der Differenz der Ströme in den beiden Leitungs strecken proportional ist. Je nachdem nun bei einer Störung der Strom in der einen oder andern Leitungsstrecke überwiegt, wird das Relais in dem einen oder andern Sinne ausschlagen und damit den Schalter der einen oder andern Leitungsstrecke auslösen. Es ist also leicht, eine solche Anordnung zu treffen, dass bei einem Kurzschluss in einer der parallel geschalteten Leitungsstrecken gerade die mit dem Kurzschluss behaftete Strecke sofort oder nach kurzer Zeit abgeschaltet wird.
Eine solche auf die Differenz der beiden Leitungsströme ansprechende Schutzvorrich tung würde jedoch versagen, wenn nur eine der beiden Leitungsstrecken in Betrieb ist. Es sind also Einrichtungen notwendig, welche in diesem Falle das Ansprechen des Relais verhindern oder doch nur dann gestatten, wenn ein durch die Leitungsstrecke fliessen der Kurzschlussstrom nicht durch einen andern Schalter abgeschaltet werden kann. In diesem Falle soll also, wie auch sonst üblich, das Abschalten der Leitungsstrecke nach einer von Strom und Spannung abhängigen Zeit geschehen, während beim Betrieb der beiden Leitungsstrecken ein Kurzschluss in einer der Strecken sofort oder nach einer sehr kurzen, von Strom und Spannung unabhängigen Zeit abgeschaltet werden soll.
Dies kann dadurch geschehen, dass die Achse des Relais mehrere Kurvenscheiben trägt, deren zugehörige Kon taktpaare hintereinandergeschaltet äind, und dass eines dieser Kontaktpaare durch Hilfs kontakte an den Schaltern überbrückt wird, solange beide Leitungen eingeschaltet sind. Die Fig. 2 zeigt eine solche Einrichtung.
In dieser Figur sind zwei parallelgeschaltete Leitungsstrecken ei und e2 angenommen, welche durch die Schalter di und d2 abge trennt werden können. fi und f2 sind die Stromwandler, an welche die Stromspulen a und c des Relais in bekannter Weise so an geschlossen sind, dass sie von der Differenz der beiden Ströme durchflossen werden.
Das Relais trägt die drei Kurvenscheiben hi, l22, h3 mit den drei Kontaktpaaren ii, i2, i3, von denen ü in den Auslösestromkreis des Schal ters- di, i2 in den des Schalters ci'2 einge schaltet ist, während 23<B>mit</B> den beiden andern Kontaktpaaren in Reihe geschaltet ist. Paral lel zu i3 liegen die Hilfskontakte pl und p2, die mit den Schaltern di und d2 verbunden sind.
Tritt hier in einer der beiden Leitungen, z. B. in ei, ein gurzschluss ein, so wird das Gleichgewicht der Ströme in fi und f_ ge stört, da der Strom in der Leitung ei über wiegt. Es fliesst also ein Differenzstrom durch die Spulen a und e.
Gleichzeitig beginnt das Zeitrelais k zu laufen, und das Kontaktpaar ii wird nach kurzer Zeit durch Auftreffen auf die Kurvenscheibe hi geschlossen. Es ist an genommen, dass die Kurvenscheibe h.i die Gestalt eines Halbkreises hat, so dass die Laufzeit des Zeitrelais in diesem Falle un abhängig von der Stellung der Kurvenscheibe, also von der Entfernung des Kurzschlusses ist.
Wenn der Kurzschluss in der andern Leitung e= eingetreten wäre, das Relais also von der Ausgangsstellung aus in entgegen gesetzter Richtung sich bewegt hätte, so würde an Stelle des Kontaktpaares ü das Kontaktpaar 12 durch Auftreffen auf die ebenfalls halbkreisförmige Scheibe h2 ge schlossen worden sein. Da der Stromkreis der Kontaktpaare il und i2 über die Hilfs kontakte pi und 1.r2 geschlossen ist, wird also im ersten Falle der Schalter di, im letzteren Falle der Schalter d: geöffnet werden.
Ist jedoch nur eine Leitung in Betrieb, ist also zum Beispiel der' Schalter d, ge öffnet, so werden die Spulen a und c vom Strom des Stromwandlers fa durchflossen sein. Das Relais wird also je nach der Span nung mehr oder weniger aus der Nullstellung abgelenkt werden, und zwar in dem Sinne, der einem Überwiegen des Stromes in der Leitung e2 entspricht. Tritt jetzt ein Kurz sehluss ein, so wird das Kontaktpaar i2 durch Auftreffen auf die Kurvenscheibe<I>lau</I> Kontakt machen.
Der Schalter d2 wird aber, da sein Auslösestromkreis durch den Hilfskontakt pi unterbrochen ist, erst dann geöffnet werden, wenn auch das Kontaktpaar 1s, welches pi und p2 überbrückt, durch Auftreffen auf die Kurvenscheibe la3 geschlossen worden ist.
Die Kurvenscheibe h z; ist im Gegensatz zu den Kurvenscheiben hi und h2 so geformt, dass die Zeit bis zum Auftreffen des Kon taktpaares i. s von der Stellung des Relais, also von dem Verhältnis Spannung zu Strom abhängig ist. Das Relais soll sich dabei so einstellen, dass wenn von den beiden paral lelen Leitungen nur eine in Betrieb ist, diese im Falle eines Kurzschlusses um so rascher abgeschaltet wird, je näher die Kurzschluss stelle bei dem Ort des Relais liegt.