Wattmeterische Richtuugsrelaisanordnung für den Überstromschatz -von elektrischen Kraftverteilungsanlagen. Für den Selektivschutz von Drehstrom- anlagen werden vielfach in zwei oder drei Phasen einpolige Rückstromrelais eingebaut, welchen die Aufgabe zukommt, nur dann die Auslösung freizugeben, wenn eine Umkehrung der Energierichtung stattfindet.
Es sind aber bei Verwendung von einpoligen Relais sehr viele Störungsfälle möglich,<B>für</B> welche ein polige Relais eine Auslösung bewirken können, trotzdem keine Uinkehrung der Energierich tung stattfindet, wodurch die Selektivität des ganzen Leitungsschutzes in Frage ge stellt würde.
Störungen verursachen bekanntlich in Drehstromanlagen meistens eine starke Ver zerrung des Stromdreieekes und in der Nähe des Kurzschlussortes zudem noch eine Ver zerrung des Spannungsdreieckes. Es ist in der Wechselstromtheorie allgemein bekannt, Spannungen und Ströme, welche in einem un- geerdeten Drehstromsystem wirken, in ihre Mit- und Gegenkompenenten zu zerlegen, womit man sich in übersichtlicher Weise die Arbeitsweise von Rückstromrelais im Störungs falle erklären kann.
Damit man das Wesen der vorliegenden Erfindung deutlich erkennen kann, sei für die allgemein bekannte Schaltung Fig. <B>1</B> die Arbeitsweise der Rückstromrelais im Störungs falle näher erläutert. In jeder der drei Phasen des Generators <B>G</B> sind einpolige Rückstrom- relais B, B2 R3 eingebaut, deren Drehsysteme unabhängig voneinander auf<B>je</B> eine Kontakt vorrichtung arbeiten. Die Spannungsspulen sind in Stern an die Generatorspannung an geschlossen.
Die Fig. 2 zeigt für einen un symmetrischen Belastungsfall die drei Phasen ströme Ji J2 Js der Grösse und Phase nac*h; der Generator ist als unendlich gross ange nommen, somit sind die Spannungen ni <B>E2 Es</B> gleich gross und 1200 unter sich phasenver schoben.
Für ein wattmetrisches Relais ist das Drehmoment im allgemeinen proportional i# <B><I>= E.</I></B> T. cos <B>(9 + 0),</B> wobei<B>0</B> die innere Phasenverscliiebung des Relais bedeutet, welche wir im folgenden gleich Null setzen wollen,
so dass sich im gegebenen Betriebs falle der Fig. 2 die Drehmomente der drei Relais wie folgt anschreiben lassen <B><I>-01</I> A -</B> ji cos soi z92<B>E2 - J2</B> cos 92 <B>t93 A -</B> J3 cos 50,9 Zerlegt man diese drei Ströme in ihre Mit- und Gegenkomponenten gemäss Fig. <B>3,</B> dann kann man, indem man die gleiche Zerlegung auch auf die Drehmomente ausübt,
für jedes Relais das Drehmoment entsprechend derMit-oderGegenkomponentebestimmen.Man erhält auf diese Weise für die Drehmomente der Mitkomponenten -. Odl <B>A -</B> Jdl COS Vd Z9d21 <B><I>E2</I></B> Jd2 COS #Od z9,13 <I>Es</I> Jds cos 5od Diese Drehmomente sind sämtliche von derselben Grösse,
ihre Summe ist proportional der Leistung des Drehstromes, somit ist die Richtung des Drehmomentes jedes einzelnen Relais abhängig von der Energierichtung.
Die Gegenkomponenten bewirken hingegen folgende Drehmomente: ?#ii <B><I>= Ei -</I></B> Til <B>-</B> cos (pi iüi2 <B>=</B> F,2 <B><I>-</I></B> Ji2 <B>-</B> cos (5oi <B>+</B> 1200) z9i3 :
= E3 <B><I>-</I></B> J13 <B>-</B> cos (120<B>-</B> joi) Diese Beziehungen zeigen, dass das Drehmoment der Gegenkomponente mindestens bei einem oder zwei Relais negativ wird,<B>je</B> nach der Grösse des Winkels #ci. Die Summe der drei Drehmomente ist für die Gegen komponenten gleich Null.
Überwiegt für irgend eines der drei Re lais das Drehmoment der Gegenkomponenten gegenüber der Mitkomponente, dann wird das betreffende Relais im Gegensatz zu den übrigen Relais auslösen, obschon keine Um kehrung der Energierichtung vorliegt. Daraus kann gefolgert werden, dass die Drehmoniente der gegenläufigen Stromkomponenten Ur sache von Fehlauslösungen sind.
Der Gegenstand vorliegender Erfindung bezweckt nun, diese gegenläufige Stromkom ponente für das Rückstromrelais unwirksam zu machen. Ein Ausführungsbeispiel der Er findung zeigt Fig. 4. Das Strowsystem des Rückstromrelais R ist in zwei getrennte, auf duselbe Magnetsystera wirkende Wicklungen zerlegt, wovon jede mit einem Stromwandler Wi und Ws in Verbindung steht.
Dem Strom wandler Hs ist auf der Sekundärseite ein ohmscher Widerstand von einem solchen Ohmwert parallelgesellaltet, dass der Strom in der Relaisspule b um<B>600</B> gegenüber dem Strome in der Sekundärwicklung des Strom wandlers Ws nacheilt.
Die Spannungsspule<B>o</B> des Rückstromrelais liegt an der verketteten Spannung zwischen Klemme<B>1</B> und 2 des Generators <B>G.</B> In Fig. <B>5</B> ist das Vektordia- gramm der obigen Schaltung für die Mit- komponenten der drei Phasenströme ange geben.
Auf Stromspule a wirkt die Mitkom- ponente des sekundären Stromes ili, der als Sekundärstrom in Gegenphase zu. Jii liegt, während auf die Stromspule<B>b</B> die relativ zum Sekundärstrom i,13 um<B>601</B> zeitlich nach rückwärts gedrehte Mitkomponente id wirkt, wobei die Cbersetzungsverhältnisse der Strom wandler so gewählt sind, dass id # idl wird.
Es wird somit das Feld des Rückstromrelais durch die Summe der Mitkomponenten mit dem Betrag<B>=</B> i, erregt. Das auf die Dreh spule ausgeübte Drehmoment ist dann pro portional<B>E12<I>-</I></B><I> i,</I><B>-</B> cos ggd, indem, wie man anhand der Fig. <B>5</B> leicht beweisen kann, der Winkel zwischen Ei2 und i, auch gd beträgt, somit auch proportional der Gesamt leistung des Drehstromes. Da die Richtung des Drehmomentes nur von der Energierich tung abhängt, werden die Mitkomponenten nur bei Eriergieumkehr eine Auslösung des Relais bewirken können.
In analoger Weise kann nach Fig. <B>6</B> für die Gegenkomponenten verfahren werd-en. Auf die Stromspule a wirkt die Gegenkomponente iii, die als Sekundärstrom in Gegenphase zu Til liegt; und auf die Spule<B>b</B> wirkt, die relativ zum Sekundärstrom iis um<B>60'</B> nach rückwärts gedrehte Gegenkomponente ii, welch letztere in diesem Falle um<B>1800</B> gegenüber der ersteren verschoben ist, so dass sich ihre Wirkungen auf das Magnetfeld des Relais aufheben, wodurch das gewünschte Vorhaben erreicht wird.
In ähnlicher Weise lassen sich auch noch weitere Schaltungen denken, welche die Auf. hebung der Gegenkomponente in bezug auf das Rückstromrelais bezwecken, In Kraftverteilungsanlagen kann aber auch der Fall eintreten, dass ein Fehler, wie zum Beispiel ein Kurzschluss, zwischen zwei Phasen einer Fernleitung unmittelbar in der Nähe des Rückstromrelais vorkommt, so dass vom Generator bis zum Anschlussorte des Relais mit einem grossen Spannungsabfall zu rechnen ist,
was an dieser Stelle eine grosse Verzerrung des Spannungsdreieckes zur Folge hat. Wenn man ähnlich -wie für die Ströme auch die Phasenspannungen in ihre Mit- und Gegenkornponenten zerlegt, dann lassen sich die Drehmomente der drei Relais gemäss Schaltung Fig. <B>1</B> wie folgt in vier Kompo nenten trennen.
EMI0003.0012
a) <SEP> Drehmoment <SEP> aus <SEP> Mitkomponente <SEP> der <SEP> Spannung <SEP> und <SEP> Mitkomponente <SEP> des <SEP> Stromes.
<tb> <B><I>b)</I> <SEP> 33</B> <SEP> Gegenkomponente <SEP> <B> </B>
<tb> <B>0)</B> <SEP> Gegenkomponente <SEP> Mitkomponente
<tb> <B><I>d)</I></B><I> <SEP> 2)</I> <SEP> <B>3)</B> <SEP> Gegenkomponente Die Drehmomente, gebildet aus Spannungs- und Stromkomponenten, welche gleichsinnig rotieren wie unter Fall a) und<B>d),</B> haben für alle drei Relais dieselbe Richtung und Grösse. Ihre Richtung ist abhängig von der Energie richtung.
Dagegen sind die Drehmomente der drei Relais verschieden, wenn Spannungs- Lind Stromkomponenten unter sich entgegen gesetzte Drehrichtung haben wie im Fall b) und c). Diese Drehmomente bewirken gege benenfalls aus diesem Grunde Fehlauslösungen der Rückstromrelais.
In analoger Weise, wie dies im Vorher gehenden für das inverse Stromsystem ge schehen ist, lässt sich auch die Wirkung eines inversen Spannungssystems auf das Re lais unterdrücken. Man erhält da-.in ein Relaig: welches nur bei Umkehrung der Energierich tung anspricht. Fig. <B>7</B> zeigt ein Ausfühl,-ungs- beispiel einer solchen Schaltung. Die Schal tung des Stromsystems ist genau dieselbe wie in Fig. 4 angegeben.
Für das Spannungs system ist an die verkettete Spannung<B>Z,9</B> ein ohmscher Widerstand<B>B</B> in Reihe mit einem induktiven Widerstand L angeschlossen, wobei die Verbindung derselben miteinander an die eine Klemme der Spannungsspule gelegt wird. Der Ohmwert und die Induktivität von <B>B</B> und L werden so gewählt, dass die Span nung am Widerstand gegenüber der Spannung E13 um<B>60'</B> nacheilt.
Zwischen Leitung<B>1</B> und 2 tiegt ein kleiner Transformator, wel cher von T auf<B>8</B> im Verhältnis von 2<B>: 1</B> übersetzt und mit der andern Klemme der Spannungsspuleverbunden ist.DasSpannungs- diagramm für den Spannungskreis ist in Fig. <B>8</B> für die Mitkomponenten und in Fig. <B>9</B> für die Gegenkomponenten angegeben.
Auf den Spannungskreis wirkt die Spannung <B>-</B> ER<B>-<I>+</I></B> LIS <B><I>Z---</I></B><I> F,</I> für die gleichsinnig rotierende Spannungs komponente beziehungsweise Mitkomponente. Die Spannung 1# ist gegeben durch
EMI0003.0044
während die Spannung Es durch zweck mässige Wahl der Übersetzung des Trans formators auf den Betrag
EMI0003.0045
gebracht wird.
Im Diagramm der Fig. <B>9</B> sind die Span nungen ER und<B>Es</B> miteinander in Phase und gleich gross, somit ist die auf dem Spannungskreis wirksame Spannung E=-Er. <B>-</B> + Es<B><I>=</I> 0,</B> das heisst die gegenläufige Spannungskompo nente ist in bezug auf das Relais wir kungslos.
Durch sinngemässe Vertauschung der Strom- und Spannungsanschlüsse ist es selbst verständlich auch ohne weiteres möglich, die Mitkomponenten der Ströme und Spannungen herauszusieben. Ferner liessen sich auch zwei Rückstromrelais anwenden, wovon' das eine auf die Mitkomponente und das andere auf die Gegenkomponente reagiert, wobei man die beweglichen Systeme miteinander mecha- nisch kuppeln könnte. Eine derartige Relais anordnung würde dann unter allen Spannungs verhältnissen ein Drehmoment entwickeln, welches proportional der Leistung des Dreh stromes ist.
In den gezeichneten Vektordiagrammen bedeutet Z die Zeitlinie.