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.
Relay dependent on current and voltage. In order to be able to turn off faulty routes from an electrical line network without disturbing the rest of the network, various arrangements have been proposed in which the tripping time of the switch depends on the ratio between voltage and current of the line section to be switched off, and thus on the impedance of the line section between the Location of the relay and the fault location, or any component of this impedance is dependent.
The invention relates to a relay of this type, the relay, which is dependent on the current and the voltage and determines the tripping time of a switch by its setting, contains a current coil and a voltage coil which are firmly connected to one another and movable relative to a third member with which they are in a magnetic functional connection. This organ can be, for example, a coil, a permanent magnet or an iron body.
A particular advantage of a relay carried out in this way is its simplicity; the relay only needs a single contact. In addition, in the event of a short circuit, the relay has a large friction force, even if the voltage is zero. Finally, the energy consumption of the relay is small, especially that of the voltage coil. The relay can therefore be connected to voltage converters of low power, e. B. can be connected to dielectric voltage converters.
A scheme of one according to the invention. Executed relay is shown, for example, in FIG. 1. Here: a and b denote the two coils firmly connected to one another, which are jointly movable with respect to coil c. d is the switch, the tripping time of which is determined by the relay and through which the line section e can be switched off. The coils a and c are fed with the current of this line section via the current transformer f; the coil b is connected to the voltage of this line section via the voltage converter g. A cam disk h is attached to the axis of the coils a and <I> b </I>.
An arm with the contact pair i, which is driven by the timing relay k, moves against this cam. in is an electromagnet which is used to release the blocking of the time relay k when an adjustable current is exceeded. ra is the trip coil of the switch, o the current source from which it is fed.
The mode of operation of this device is as follows: The two magnetic fields of the intersecting coils a and b, one of which depends on the current and the other on the voltage, combine to form a resulting field, the direction of which depends only on the voltage ratio depends on electricity. The moving system consisting of the coils a and b adjusts itself, since there is no opposing force, so that the direction of this resulting field coincides with that of the field of the coil c. The position of the moving system and thus that of the cam disk <I> lt </I> is only dependent on the voltage to current ratio.
When the set current is exceeded, the lIagnet ix releases the blocking of the timing relay <I> k </I> so that the timing relay begins to run and the pair of contacts i move onto the cam 7i. too moved. The time after which the pair of contacts i is closed by hitting the curve li and thus the switch d is triggered depends on the position of the cam h, i.e. also on the voltage-to-current ratio.
It does not matter whether the running speed of the timing relay k is dependent on the current or independent. For example, a Ferraris drive can be used instead of a pure time relay. It is also not necessary for the coils a and b to enclose a right angle as in the example shown; they can form any angle other than zero. The lines of force of the coils a, <I> b, c </I> can also be partially closed by iron.
It is also irrelevant whether, as in the example shown, the two coils a and b can move together and the third coil is fixed, or whether the two coils connected to one another are fixed and the third coil is movable and connected to the cam . Furthermore, the third coil (c), which is connected in series with coil a in the example shown, could carry any other current that only has to match the currents of coils a and b in terms of frequency. For example, it would also be possible to connect coil c in series with coil b.
An iron body can also take the place of the third coil (c). In this case, the moving system consisting of the coils <I> a, </I> and <I> b </I> adjusts itself so that the direction of the resulting field falls in the direction of the smallest magnetic resistance. In this case too, the two coils connected to one another can of course be fixed and the iron body can be movable.
The movable iron body can also be given a cranked shape, which is known for measuring instruments, and can be magnetized by a fixed coil; with direct current, a permanent magnet can be used instead.
The device works in the same way with direct current and with alternating current, as long as the alternating currents in the three coils cr., <I> b, </I> c are in phase. If this is not the case, only those components of the currents in a and b are effective which are in phase with the current in c. If the coil c is connected in series with the coil b, only that component of the current in the coil a. Which is in phase with the current in b (watt component of the current) acts.
If, on the other hand, coil c is connected in series with coil a and the current in coil b is in phase with the voltage applied to the circuit of this coil, only the component of this voltage which is in phase with the current in a is effective. (Watt component of the voltage).
By switching on ohmic or inductive series resistors in front of the voltage coil (1), in the case of multi-phase currents also by selecting the phase to which the voltage coil is connected, it is possible to establish phase equality between the currents in the two interconnected coils (a and b) with any phase shift between current and voltage in the protected line.
If the currents in the two coils are in phase when the current in the line lags the voltage by 90, then the deflection of the relay depends on the reactive component of the line impedance; on the other hand, if the currents in the two connected coils are in phase, even if the current and voltage in the line are in phase, the deflection of the relay depends on the active component of the line impedance.
In the latter case, a reversal of the deflection of the relay will occur when the energy flow in the line is reversed. The starting position of the relay is that which it assumes when the voltage coil is de-energized. In this case, the contact device of the relay can be designed so that the relay only responds to a certain direction of energy flow, or so that the time until the relay responds (the triggering time of the switch) depends on the direction of energy flow, or so that depending on the direction of energy flow, one or the other of two switches is actuated.
A device of the latter type can be used, for example, to protect two parallel line sections by connecting the current coil of the relay to the current transformers in a known manner in such a way that a current flows in it that is proportional to the difference between the currents in the two line sections . Depending on whether the current predominates in one or the other line section in the event of a fault, the relay will deflect in one sense or the other and thus trigger the switch on one or the other line section. It is therefore easy to make such an arrangement that in the event of a short circuit in one of the line sections connected in parallel, the section affected by the short circuit is switched off immediately or after a short time.
Such a protective device responding to the difference between the two line currents would, however, fail if only one of the two line sections is in operation. Devices are therefore necessary which, in this case, prevent the relay from responding or at least only allow it if the short-circuit current flowing through the line cannot be switched off by another switch. In this case, as is usual, the line section should be switched off after a time dependent on current and voltage, while during operation of the two line sections a short circuit in one of the lines should occur immediately or after a very short time independent of current and voltage should be switched off.
This can be done by the fact that the axis of the relay carries several cams, whose associated contact pairs are connected in series, and that one of these contact pairs is bridged by auxiliary contacts on the switches as long as both lines are switched on. Fig. 2 shows such a device.
In this figure, two line sections ei and e2 connected in parallel are assumed, which can be separated by the switches di and d2. fi and f2 are the current transformers to which the current coils a and c of the relay are closed in a known manner so that the difference between the two currents flows through them.
The relay carries the three cams hi, l22, h3 with the three contact pairs ii, i2, i3, of which ü is switched into the tripping circuit of the switch di, i2 into that of the switch ci'2, while 23 <B> is connected in series with the other two contact pairs. The auxiliary contacts pl and p2, which are connected to the switches di and d2, are parallel to i3.
Occurs here in one of the two lines, e.g. B. in ei, a short circuit, the balance of the currents in fi and f_ ge is disturbed, since the current in the line ei outweighs. A differential current therefore flows through coils a and e.
At the same time, the timing relay k begins to run, and the contact pair ii is closed after a short time by hitting the cam disc hi. It is assumed that the cam disk h.i has the shape of a semicircle, so that the running time of the time relay in this case is independent of the position of the cam disk, i.e. the distance of the short circuit.
If the short circuit had occurred in the other line e =, i.e. the relay had moved in the opposite direction from the starting position, the contact pair 12 would have been closed by striking the likewise semicircular disk h2 instead of the contact pair ü. Since the circuit of the contact pairs il and i2 is closed via the auxiliary contacts pi and 1.r2, the switch di will be opened in the first case and the switch d: in the latter case.
However, if only one line is in operation, for example if the switch d, ge is open, the coils a and c will be traversed by the current from the current transformer fa. The relay will therefore be deflected more or less from the zero position depending on the voltage, in the sense that corresponds to a predominance of the current in the line e2. If a short-circuit now occurs, the contact pair i2 will make <I> lau </I> contact by hitting the cam.
The switch d2, however, since its tripping circuit is interrupted by the auxiliary contact pi, will only be opened when the contact pair 1s, which bridges pi and p2, has also been closed by striking the cam la3.
The cam h z; In contrast to the cams hi and h2, is shaped so that the time until the contact pair i. s depends on the position of the relay, i.e. on the ratio of voltage to current. The relay should adjust itself so that if only one of the two parallel lines is in operation, in the event of a short circuit it will be switched off the faster the closer the short circuit is to the location of the relay.