Zeitungssehutzvorrichtung, bei der vom Strom und von der Spannung abhängige, entgegengesetzte Kräfte auf ein Auslöseglied einwirken. Es ist bereits bekannt, zum Schutz von elektrischen Energieübertragungsleitungen Relais zu verwenden, bei denen Strom und Spannung einander entgegengesetzte Kräfte auf ein gemeinsames, bewegliches Auslöse- glied ausüben.
Solange die Leitung in ord nungsmässigem Zustand sich befindet, über wiegt die Kraft der Spannung; wenn dagegen auf der Leitung ein Kurzschluss entsteht, bricht die Spannung je nach der Entfernung der Kurzschlussstelle mehr oder weniger stark zusammen, während der Strom übernormale Grösse annimmt. Das Strom moment überwiegt dann das von der Span nung aufgebrachte Moment, und infolgedes sen wird der Ausschaltekontakt des Relais geschlossen.
Es ist ferner bereits vorgeschla gen worden, um eine Staffelung der Auslöse zeit mehrerer in einer Leitung liegender Re lais zu gewinnen, jedem Relais ein Über stromanregungsrelais beizugeben, durch wel- ches bei allen Relais in dem Augenblick, wo ein Überstrom entsteht, Hilfsvorrichtun gen in Gang gesetzt werden, welche den Ein fluss des Stromes gegenüber dem der Span nung gleichmässig vergrössern. Bei dem jenigen Leitungsschutzrelais, welches der Fehlerstelle am nächsten liegt bei dem also die Spannung am kleinsten ist, wird die Stromkraft zuerst über die Spannungskraft überwiegen; dieses Relais löst also auch zu erst seinen Leitungsschalter aus.
Die Aus lösezeit dieser bekannten Relais ist vom Scheinwiderstand der Leitungsstrecke ab hängig, der bekanntlich in hohem Masse vom Übergangswiderstand an der Fehlerstelle be einflusst wird, ausserdem fehlt derartigen Leitungsschutzrelais die Richtungsempfind lichkeit, welche für einen Selektivschutz von grosser Wichtigkeit ist.
Im folgenden wird eine neue richtungs empfindliche Schutzvorrichtung beschrieben, bei der eine vom Strom und eine von Strom und Spannung abhängige Kraft in entgegen gesetztem Sinne auf ein Auslöseglied ein wirken. Das Auslöseglied bleibt dabei in Ruh, solange die von Strom und Spannung abhängige Kraft überwiegt, führt dagegen seine Auslösebewegung aus, sobald die nur vom Strom abhängige Kraft das Über gewicht erhält.
Dies tritt stets dann ein, wenn ein Kurz schluss innerhalb einer gewissen Entfernung von der Relaisstelle entsteht. Die von der Spannung abhängige Kraft kann man bei spielsweise durch Einschalten von Wider stand vor einer von- der Spannung erregten Spule oder durch Nebenschlüsse parallel züz dieser schwächen; umgekehrt kann man auch die Stromkraft erhöhen. Durch beide Mass nahmen ändert man den Schutzbereich der Vorrichtung. Die Vorrichtung spricht nur bei einem in ihrem Schutzbereich entstan denen Fehler an.
Wenn mehrere derartige Relais auf eine Leitungsstrecke verteilt sind, s s o ist es zweckmässig, dafür Sorge zu tragen, dass bei Versagen des zugehörigen Relais die Relais der nächsten und der übernächsten Strecke bereit sind, die kranke Leitung ab zuschalten.
Mit wachsender Zahl der Lei tungsabschnitte, die zwischen einem Relais und der Fehlerstelle liegen, wird die Auslöse zeit der Relais gestaffelt, damit erst das der Fehlerstelle zunä.chstliegende, dann das nächstfolgende und so fort zum Ansprechen kommt, sofern der Fehler solange bestehen bleibt.
In der oben angedeuteten Weise lässt sich dies bei den neuen Relais leicht ver- wirklichen. Mit dem Relais wirkt beispiels weise eine Kontaktvorrichtung, zusammen, welche von dem Augenblick an, wo auf der geschützten Leitung ein Überstrom entsteht., das Feld der Spannungsspule schwächt, indem sie beispielsweise einen Widerstand vor der Spannungsspule nach und nach ver grössert, so dass selbst in den von der Fehler stelle weit entfernten Relais nach Ablauf einer gewissen Zeit die Kraft des Stromes über die der Spannung überwiegt und infolge dessen das Relais seinen Auslösekontakt schliesst.
Um dabei die Zeit, bis ein entfern ter liegendes Relais anspricht., nicht zu gross werden zu lassen, empfiehlt es sich, die Schwächung des Spannungskraftfeldes oder die Stärkung der Stromkraft stufenweise derart vorzunehmen, dass das Relais bei einem Fehler in der Leitungsstrecke, an die es angeschlossen ist, beispielsweise innerhalb einer Sekunde abschaltet, bei einem Fehler in derNachbarstrecke innerhalb zweier Sekunden, sofern das erste Relais versagt hat und bei einem noch jenseits der Nachbarstrecke ent standenen Fehler innerhalb dreier Sekunden abschaltet, wenn alle der Fehlerstelle näher liegenden Relais versagt haben.
Das neue Relais werde nun anhand eines Ausführungs- und Anwendungsbeispiels näher beschrieben: In der Abbildung ist die zu schützende Leitung mit. 1 bezeichnet. Die Spannung der Leitung wird über einen Spannungswandler und der Strom in der Leitung über einen Stromwandler 3 gemessen.
Das Relais besitzt zwei zweckmässig hin t.ereinandergeschaltete bewegliche Spulen 4 und 5, welche auf einer gemeinsamen Welle 6 befestigt sind. Die Welle 6 trägt einen Kontaktarm 7; über den Kontaktarm 7 und einen Gegenkontakt 17 kann der Stromkreis für die Auslösespule 8 des Leitungsschalters 9 geschlossen werden. Die beweglichen Spu len 4 und 5 des Relais werden vom Leitungs strom erregt. Zu dem Zweck ist in den Sekundärkreis des Stromwandlers 3 ein ohmscher Widerstand 10 eingeschaltet, von welchem die Spannung für die Erregung der Spulen 4 und 5 abgegriffen wird. Die Spulen 4 und 5 bewegen sieh in den Feldern zweier fester Spulenpaare 11 und 12.
Die festen Spulen 11 werden ebenfalls vom Strom der Leitung 1 erregt, die festen Spulen 12 da gegen über den Spannungswandler 2 ent sprechend der auf der Leitung herrschenden Spannung. Der Wicklungssinn der Spulen paare 4 und 11 bezw. 5 und 12 ist derartig, dass die von den Spulenpaaren hervorgebrach ten Drehmomente entgegengesetzte Richtung haben. Der vollständige Verlauf des Sekun därkreises des Stromwandler-, 3 enthält auch noch einen Überstrommagneten 13, dessen Aufgabe an späterer Stelle noch näher be schrieben wird.
Mit den beweglichen Spulen 4 und 5 ist noch eine Metallfadenlampe in Serie geschaltet, welche diese Spulen vor Überlastung schützen soll.
Der Spannungskreis enthält, wie schon gesagt, die feste Spule 12. Eine Kunstschal tung, bestehend aus einer Drosselspule 14 und einer Kapazität 15 hat den Zweck, in der Spule 12 ein gegen die Leitungsspannung um 90 versetztesFeld hervorzurufen. Dadurch wird das im Spulenscstem 5, 12 entstehende Drehmoment der Blindkomponente der Span nung proportional, so dass das Relais dann anspricht, wenn der Blindwiderstand des ge schützten Stromkreises einen gewissen Grenzwert unterschreitet.
Eine Kunstschal tung ist entbehrlich, wenn das Relais den ohmschen Widerstand der Leitung über wachen soll, oder wenn eine Gleichstromlei tung geschützt: werden soll; in dem Falle werden die nur in Wechselstromkreisen ver wendbaren Strom- und Spannungswandler durch entsprechende Widerstandsschaltun gen ersetzt. Der Kontaktarm 7 liegt, solange der Leitungswiderstand hoch, die von der Spannung abhängige Kraft also gross genug ist, wie dargestellt, gegen einen Anschlag 16, legt sich aber, wenn das Relais anspricht, gegen seinen Gegenkontakt 17.
Die Schutzvorrichtung besitzt ferner noch. eine Kontaktvorrichtung 18, die beispiels weise einen von einem Uhrwerk angetrie benen Kontaktarm 19 mit einem Kontakt 21 besitzt. Der Kontaktarm 19 befindet sieh solange kein Überstrom auf den@Leitungen 1 herrscht, in der gezeichneten Ruhestellung, wo er durch eine Klinke 22 festgehalten wird. Bei Auftreten eines Überstromes wird der schon erwähnte Überstrommagnet 13 er regt und zieht dann die Klinke 22 zurück. Dadurch wird der Kontaktarm 19 zur Bewe gung freigegeben und an einem Kontakt 20 der Stromkreis für die Auslösespule 2 des Leitungsschalters 9 vorbereitet. Der Kon taktarm 19 kann durch ein Uhrwerk 23 ange trieben werden.
Der Kontakt 21 des Kontaktarmes 19 schleift bei seinem Umlauf nacheinander über die Kontaktstreifen 27, 28 und 29. Wenn der Kontakt 21 in der gezeichneten Stellung den Kontaktstreifen 27 berührt, ist der Spannungsstromkreis des Relais über die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 2, Kontakt 21 auf dem Kontaktarm 19, Kon taktstück 27 der Kontaktvorrichtung 18, feste Spulen 12 des Relais mit der parallel geschalteten Kapazität 15 und die Drossel spule 14, geschlossen. Nachdem der Kon taktarm 19 sich soweit bewegt hat, dass sein Kontakt 21 beispielsweise nach einer Sekunde Laufzeit der Kontaktstreifen 27 verlässt und dafür den Kontaktstreifen 28 berührt, wird in den Spannungskreis ein Widerstand 31 eingeschaltet und dadurch die von der Spannung abhängige Kraft. zwi schen den Spulen 5 und 12 geschwächt.
Wenn infolgedessen die zwischen den Spulen 4 und 11 herrschende, allein vom Strom ab hängige Kraft überwiegt, legt sich der Kon taktarm 7 gegen den Gegenkontakt 17. Der Auslösestromkreis wird dann geschlossen; er @, erläuft von einer Batterie 30 über die Aus lösespule 8, Kontakt 20, Kontakt 17, Kon taktarm 7 zur Batterie 30. Nach Ablauf einer weiteren Sekunde wird die von der Spannung abhängige Kraft nochmals ge schwächt, indem ein weitere: Widerstand 32 eingeschaltet wird, sobald der Kontakt 21 vom Kontaktstreifen 28 auf den Kontaki- streifen 29 hinübergleitet.
Wenn die Auslösung des Leitungsschal ters 9 nicht innerhalb der Zeit erfolgt ist, in der der Kontakt 21 aus seiner Ruhestel lung bis zum Ende des Kontaktstreifens 29 vorgerückt ist, so kann wie dargestellt, der Spannungskreis des Relais durch den weiter laufenden Kontaktarm 19 am Kontakt 21 schliesslich ganz unterbrochen werden. Hat vorher ein anderes Relais die fehlerhafte Leitungsstrecke abgeschaltet, so ist auch der Überstrom verschwunden, was sich dadurch anzeigt, dass das Überstromrelais 13 seinen Anker 22 hat abfallen lassen, so dass der Kontakt 20 im Auslösestromkreis geöffnet ist, wenn der Kontaktarm wieder seinen Ruhekontakt 27 erreicht. Es wird dann auf diesem durch die Sperrklinke 22 wieder an gehalten.
Im andern Falle, das heisst also, wenn der Überstrom in der Leitung 1 den Elektromagnet erregt und dadurch den Kontakt 20 im Auslösekreis des Leitungs schalters 9 geschlossen hält, wird der Kon taktarm 7 bei Unterbrechung des Spannungs kreises des Relais mit Sicherheit. auf den Kontakt 17 gedrückt, so dass der Leitung s scha,lter 9 dann kurz nach Ablauf der drit- ien Sekunde seit dem Entstehen des Fehlers geöffnet wird.
Die Abschaltung weit ent fernt liegender oder unvolll>ommener Kurz schlüsse, bei denen die Spannung nicht sehr stark vermindert wird, kann man leicht da durch noch weiter hinauszögern, dass man zum Beispiel den Kontaktstreifen 29 ver längert, so dass die Berührung zwischen die sem und dem Kontakt 21 erst später verloren geht.
Durch die beschriebene Vorrichtung, bei welcher der Widerstand im Spannungskreis stufenweise verstärkt wird, wird der Schutz bereich des Relais schrittweise immer weiter ausgedehnt, bis der auf der Leitung ent standene Kurzschluss vom Relais erfasst wird.
Es ist ein Vorteil des beschriebenen Rs- lais, da,ss es für ausserordentliche weite Strommessbereiche angewendet werden kann. Die empfindlichen und beweglichen Spulen 4 und 5 brauchen nämlich keinen dem Lei tungsstrom proportionalen Strom zu führen; sie können vielmehr nämlich mit einem Wi derstand in Serie geschaltet werden, der finit wachsendem Strom ebenfalls an Grösse zu nimmt, zum Beispiel kann eine 1Vletallfaden- lampe oder ein Eisenwiderstand mit diesen Cnulen in Reihe geschaltet werden.
Auf die f-";rösse des in den Spulen 4 und 5 fliessenden Stromes kommt es nicht an, weil die in den Spulensystemen 4, 11 bezw. 5, 12 hervor gerufenen einander entgegengesetzten Dreh momente in genau gleicher Weise von dem i n den Spulen 4, 5 fliessenden Strom abhängig sind. Da ferner in dem System der Spulen 4, 11 ein dem Quadrat des Stromes propor tionales Drehmoment entsteht, welches stets dieselbe Richtung hat, während in dem aus den Spulen 5 und 12 bestehenden System je nach der Phasenlage von Strom und Span nung ein Drehmoment in dem einen oder an dern Sinne entsteht, ist das Relais energie- richtungsempfindlich.
Es ist ohne weiteres möglich, an Stelle des stufenweise vergrösserten Widerstandes im Spannungskreise eine stetige Vergrösserung dieses Widerstandes zu verwenden.
Newspaper protection device in which opposing forces, dependent on current and voltage, act on a trigger element. It is already known to use relays to protect electrical energy transmission lines in which current and voltage exert opposing forces on a common, movable trigger element.
As long as the line is in proper condition, the force of the tension prevails; if, on the other hand, a short circuit occurs on the line, the voltage collapses to a greater or lesser extent, depending on the distance from the short circuit point, while the current assumes an abnormal magnitude. The current torque then outweighs the torque applied by the voltage, and as a result the switch-off contact of the relay is closed.
It has also already been proposed, in order to stagger the tripping time of several relays in a line, to add an overcurrent excitation relay to each relay, through which auxiliary devices in all relays at the moment when an overcurrent occurs Gear are set, which increase the influence of the current compared to that of the voltage evenly. In the case of the line protection relay that is closest to the point of failure where the voltage is lowest, the current force will first outweigh the voltage force; this relay triggers its circuit breaker first.
The release time of this known relay is dependent on the impedance of the line section, which is known to be influenced to a large extent by the contact resistance at the point of failure, and such line protection relays lack the directional sensitivity, which is of great importance for selective protection.
In the following a new directionally sensitive protective device is described, in which a force dependent on the current and a force dependent on current and voltage act in opposite directions on a trip element. The trigger element remains at rest as long as the force dependent on current and voltage predominates, but carries out its triggering movement as soon as the force that only depends on the current is overweight.
This always occurs when a short circuit occurs within a certain distance from the relay point. The force that depends on the voltage can be weakened, for example, by switching on the resistance in front of a coil excited by the voltage or by shunting it in parallel with it; conversely, you can also increase the power. Both measures change the scope of protection of the device. The device only responds to a fault that arises in its protection area.
If several such relays are distributed over a line section, it is advisable to ensure that if the associated relay fails, the relays of the next and the next but one line are ready to switch off the diseased line.
As the number of line sections that lie between a relay and the fault location increases, the relay tripping time is staggered so that first the one closest to the fault location, then the next one and so on, will respond, provided that the fault persists.
This can easily be achieved with the new relays in the manner indicated above. For example, a contact device works with the relay, which from the moment an overcurrent occurs on the protected line, weakens the field of the voltage coil, for example by gradually increasing a resistance in front of the voltage coil, so that itself in the relay that is far away from the fault, after a certain time the force of the current outweighs that of the voltage and as a result the relay closes its release contact.
In order not to let the time until a remote relay respond too long, it is advisable to weaken the tension force field or to increase the current force in stages so that the relay is connected to the it is connected, for example switches off within one second, in the event of a fault in the neighboring section within two seconds if the first relay has failed and if there is an error on the other side of the neighboring section it switches off within three seconds if all relays closer to the fault point have failed.
The new relay will now be described in more detail using an exemplary embodiment and application: The line to be protected is shown in the illustration. 1 designated. The line voltage is measured by a voltage transformer and the current in the line is measured by a current transformer 3.
The relay has two movable coils 4 and 5 which are advantageously connected one behind the other and which are fastened on a common shaft 6. The shaft 6 carries a contact arm 7; The circuit for the trip coil 8 of the line switch 9 can be closed via the contact arm 7 and a mating contact 17. The moving Spu len 4 and 5 of the relay are excited by the line current. For this purpose, an ohmic resistor 10 is switched into the secondary circuit of the current transformer 3, from which the voltage for the excitation of the coils 4 and 5 is tapped. The coils 4 and 5 move in the fields of two fixed coil pairs 11 and 12.
The fixed coils 11 are also excited by the current of the line 1, the fixed coils 12 as compared to the voltage converter 2 accordingly the voltage on the line. The winding sense of the coil pairs 4 and 11 respectively. 5 and 12 is such that the torques produced by the coil pairs have opposite directions. The full course of the secondary circuit of the current transformer, 3 also contains an overcurrent magnet 13, the task of which will be described in more detail at a later point.
A metal filament lamp is connected in series with the movable coils 4 and 5, which is intended to protect these coils from overload.
As already mentioned, the voltage circuit contains the fixed coil 12. An artificial circuit, consisting of a choke coil 14 and a capacitance 15, has the purpose of producing a field in the coil 12 which is offset by 90 relative to the line voltage. As a result, the torque generated in the coil system 5, 12 is proportional to the reactive component of the voltage, so that the relay responds when the reactive resistance of the protected circuit falls below a certain limit value.
Artificial switching is not necessary if the relay is to monitor the ohmic resistance of the line, or if a DC line is to be protected; in this case, the current and voltage converters, which can only be used in alternating current circuits, are replaced by appropriate resistance circuits. The contact arm 7 rests against a stop 16 as long as the line resistance is high, i.e. the force dependent on the voltage is large enough, as shown, but rests against its mating contact 17 when the relay responds.
The protective device also has. a contact device 18 which, for example, has a contact arm 19 with a contact 21 driven by a clockwork. As long as there is no overcurrent on the lines 1, the contact arm 19 is in the rest position shown, where it is held in place by a pawl 22. When an overcurrent occurs, the already mentioned overcurrent magnet 13 is excited and then pulls the pawl 22 back. As a result, the contact arm 19 is released for movement and prepared at a contact 20 of the circuit for the trip coil 2 of the line switch 9. The contact arm 19 can be driven by a clockwork 23 is.
The contact 21 of the contact arm 19 slides one after the other over the contact strips 27, 28 and 29. When the contact 21 touches the contact strip 27 in the position shown, the voltage circuit of the relay is via the secondary winding of the voltage converter 2, contact 21 on the contact arm 19, Kon contact piece 27 of the contact device 18, fixed coils 12 of the relay with the parallel capacitance 15 and the choke coil 14, closed. After the contact arm 19 has moved so far that its contact 21 leaves the contact strip 27, for example after a second running time, and touches the contact strip 28, a resistor 31 is switched on in the voltage circuit and thereby the force dependent on the voltage. between the coils 5 and 12 weakened.
As a result, if the prevailing between the coils 4 and 11, solely dependent on the current, outweighs the force, the con tact arm 7 lays itself against the mating contact 17. The trip circuit is then closed; he @, runs from a battery 30 via the release coil 8, contact 20, contact 17, contact arm 7 to the battery 30. After another second, the voltage-dependent force is again weakened by another: Resistor 32 is turned on is as soon as the contact 21 slides from the contact strip 28 onto the contact strip 29.
If the triggering of the line switch 9 has not occurred within the time in which the contact 21 is advanced from its rest position to the end of the contact strip 29, the voltage circuit of the relay can, as shown, through the ongoing contact arm 19 on contact 21 eventually be completely interrupted. If another relay switched off the faulty line section beforehand, the overcurrent has also disappeared, which is indicated by the fact that the overcurrent relay 13 has dropped its armature 22, so that the contact 20 in the tripping circuit is open when the contact arm returns to its normally closed contact 27 reached. It is then held on this again by the pawl 22.
In the other case, that is, if the overcurrent in the line 1 energizes the electromagnet and thereby keeps the contact 20 in the trip circuit of the line switch 9 closed, the con tact arm 7 when the voltage circuit of the relay is interrupted with security. pressed on contact 17 so that line s switch 9 is then opened shortly after the third second since the occurrence of the error.
The disconnection of far away or incomplete short circuits, in which the voltage is not reduced very much, can easily be delayed even further by, for example, lengthening the contact strip 29 so that the contact between these and contact 21 is only lost later.
With the device described, in which the resistance in the voltage circuit is gradually increased, the protection area of the relay is gradually expanded until the short circuit that has arisen on the line is detected by the relay.
It is an advantage of the described relay that it can be used for extraordinarily wide current measuring ranges. The sensitive and movable coils 4 and 5 do not need to lead the line current proportional current; Rather, they can be connected in series with a resistor, which also increases in size with finitely growing current, for example a metal filament lamp or an iron resistor can be connected in series with these cells.
The size of the current flowing in the coils 4 and 5 is irrelevant, because the opposing torques produced in the coil systems 4, 11 and 5, 12 are exactly the same as those in the coils 4 , 5. Since, furthermore, in the system of coils 4, 11 a torque proportional to the square of the current arises, which always has the same direction, while in the system consisting of coils 5 and 12 it depends on the phase position of the current and voltage generates torque in one sense or the other, the relay is sensitive to energy direction.
It is easily possible to use a steady increase in this resistance instead of the step-wise increased resistance in the voltage circuit.