Distanzrelais mit ellipsenförmiger Kennlinie Gegenstand der Erfindung ist ein Distanzrelais mit ellipsenförmiger Kennlinie, bei dem mindestens drei Gleichrichteranord'nungen in Gleichrichterbrük- kenschaltung vorgestehen sind und in deren Diagona len ein polarisiertes Relais angeordnet ist.
Einser Gleichrichteranordnu,ng wird diabei eine dem Lei tungsstrom proportionale Grösse, zugeführt, die im auslösenden Sinne auf Idas Relais wirkt, während, mindestens einer von zwei weiteren Gleächrichteran- ordnungen, die im sperrenden Sinne auf das Relais wirken, eine aus Leitungsstrom und Leitungsspan,
nung abgeleitete Grösse zugeführt wird.
Es ist bekannt, zum Distanzschutz von Leitungen Impe@danzmesseinrichtungen :mit kredsförmiger Kemu- linie vorzusehen.
Diese werden vor allem für den Schutz von Kabelstrecken und längeren Freileitungs- strecken bevorzugt, (da in dessen Fällen keine beson- dere Lichtbogemeservc erforderlich ist.
Bei Kabel- strecken würde sogar edne Liohtbogenreserve wegen des geringen Leitungswinkels störend sein, Ida diese in der Impedanzebene in Richtung des Wirkwider- starides eine Verschiebung oder Kennlinie bewirkt,
der eine unerwünschte Vergrösserung der Mindestlänge für ein zu schützendes Kabel entspricht.
Ferner sind' Mischnmpedanzmesseinriehitungen bekannt, die aus einer Impediarzmesseinrichtung mit kreisförmiger Kennlinie bestehen, wobei der Mittel punkt der Kennlinie in der Impedanzebene in Rich- tung des, Wirkwiderstandes verschoben ist.
Dadurch ergibt sich eine für viele Fälle ausreichende Lichtbo- gennesenve. Die Verschiebung des Mittelpunktes wird entsprechend Odem jeweiligen Leitungswinkel gewählt.
Durch Impedanz- bzw. Mischimpeidianzschutzein- richtungen lassen sich Kabel- und Freüeitungsstrek- ken in der Mehrzahl Üller Fällte gegen Leitungsfehler schützen. Ein 'besonderer Vorteil dieser Schutzenn- richturigen ist, diass :
sich die Relais auch im eingebau ten Zustand mit relativ einfachen Mitteln prüfen, las sen. - Nachteilig ist bei diesen Schutzeinrichtungen, dass sich kurze Freileitungsistrecken und Freilei- tungsstrecken mit überdurchschnittlichen Leiterab ständen nicht schützen lassen.
Ferner ist die Wirk samkeit einer derartigen Schutzeinrichtung in Frage gestellt, wenn das Relais mit erhöhter Grundzeit arbeiten muss, ida dann ider Lichtbogenwiderstand ;erheblich zunehmen :kann.
Ausserdem ist bereits ein Distanzrelais mit ellip senförmiger Kennlinie bekanntgeworden. Dieses er möglicht ;grosse Lichtbogenreserven. Es besitzt jedoch folgende Nachteile: Ein Schutz von vor allem kurzen Kab@elstmecken gestaltet sich schwierig, da in diesem Fall Unsicherheiten in der Reichweite auftre ten.
Letzteres ist einerseits durch die in ider Nähe der Kennlinie eines Relais geringere verfügbare Mess- energie und andererseits durch das schleifende Schnei den zwischen @elliptischer Kennlinie und Impedanz- vektor für kleine bei Kabelstrecken vorkommende, Leitungswinkel bedingt.
Ferner wird d urch d ie Licht- bogenreserve die minimale noch zu erfassende Lei tungslänge bei einer Kabelstrecke in unerwünschter Weise vergrössert.
Eine weitere Schwierigkeit ist -durch die Prüfung eines Relais mit ellipsenförmiger Kennlinie gegeben, da zur Aufnahme der Kennlinie Strom und Spannung phasenverschoben sein müssen. Einte Prüfung mit phasengleichen Strömen und Spannungen ergibt nämlich grosse Unsicherheiten.
Diese sind durch die beiden parallelgeschalteten, im sperrenden Sinne wir kegden Gleichrichtenanondnungen bedingt, die - im Gegensatz zur reimen Impedanzmessung - von un terschiedlichen Strömen beaufschlagt werden.
Infolge der Stromabhängigkeit rder Gleichrichterwiderstände ergeben sich daher für diese Gleichriehteranordmun- gen unterschiedliche Innenwiderstände und damit unterschiedliche, in Abhängigkeit vom Strom. auftre tende Rückwirkungen b:ezügilich, dies Ansprechens des Relais.
Der Erfindung liegt die Aufigabie zugrunde, ein Distanzrelais zu schaffen, Idas die vorstehend darge- legten Nachteile nicht aufweist. Es ,
sohl insbesondere universell und auch für Iden Schutz kurzer Kabel strecken sowie kurzer Freileitungsstreckeaenwend- bar sein. Darüber hinaus soll es sich im eingebauten Zustand mit den für bekannte Impedanz- bzw. Mischimpeilanzschutzeinnchtungen vorhandenen Prüfeinrichtungen prüfen lassten.
Erreicht wind dies durch eine \überraschend einfa- che Massnahmie bei .einem Distanzrelais mit ellipsen- förmiger Kennlinie,
bei den mindestens & ei Gleich- richteranondnungen in Gleiohrichberbrückenschaltung vorgesehen sind, in ,deren Diagonalen ein polarisier- tes Relais angeordnet ist, und ,
wobei einer Gleichrich- teranordnurng eine dem Leitungsstrom proportionale Grösse zugeführt wird, ,die im .auslösenden Sinne auf das Relais wirkt und wobei weiter zwei Gleichrichter- anordnungen, die im sperrenden Sinne auf das Relais wirken, vorgesehen sind,
von denen minde- stens einer eine aus Leitungsstrom: und Leitungsspan- nung abgeleitete Grösse .zugeführt wird, indem erfin#- dungsgemäss :
die dem Leitungsstrom proportionale Grösse eingeprägtes Verhalten besitzt.ugd -bei den im sperrenden Sinne wirkenden GleichrichteDanordnun- gen ab@ge.schaltet werden kann, wodurch sich eine kreisförmige Kenulinlie ergibt.
Durch die Abschaltung des Stromeinflusses bei den im sperrenden Sinne wirkenden Gleichrichteranr ordnungen ergibt sich eine kreisförmige Kennlinie und damit die bisher nicht bekannte Möglichkeit,
in einem Netz mit kurzen Leitungsstrecken sowohl Kabel- als auch Freileitunigsstrecken mit dem glei- chen Relais zu schützen, obwohl bei kurzen Freilei- tungsstDecken einte erhebliche Lichrobogenreserve vor- zusehen. ist,
während bei kurzen Kabelstrecken, die durch eine Lichtbogenreserive bedingte Vergrösse rung des Schutzbereiches unenwünschtesweise die Mindestlänge des zu schützenden Kabels heraufsetzt. Ausserdem wird ,
durch die Umschakung die Möglich- keit geschaffen, ein Relais mit .elliptischer Kennlinie in gleicher Weise wie ein Impeldanizrelais, .also mit phasengleichen Strömten und Spannungeny zu prüfen.
Es ergebien -sich ,damit für \das erfindungsgemässe Relais :die gleichen Einstelleinrichtungen .für ,die Lei- tungslänge wie für ibekannte Impeidanzrelais,
wobei jedoch bei Übergang zum elliptisohien Kennlinie die Einstellung - ähnlich dem Übergang bei der Mischimp.edanizm:essung - :mit seinem Korrekturfak- tor zu verstehen ist. der M:ischmpedanz- messung :
ergibt sich sogar noch der Vorteil, .dass keine gesonderte Einstelleinrichtung für Iden Korrek- turfaktor benötigt wird. Der Korrekturfaktor wird' vielmehr an oder bereits vorhandenen Impodanzskala eingestellt. Ein weiterer Vorteil der
Abschaltung der -dem Leitungsstrorrn proportionalen Grösse bei den im sperrenden Sinne wirkenden Gleichrichtern ist, dass bei einer Prüfung sämtliche Gl:eichrichteranordnun- gen mit .erfasst werden.
Die Prüfung kann dabei am Einbauort des Relais mit phasengleichen :Strömen und Spannungen vorgenommen werden. Der ozxl- nungsgemässe übergang zur elliptischen Kennlinie durch Wiedereinschaltung des Stromeinflusses lässt sich durch einfache Kontrolflmessung feststellen,
in dem mittels einer Prüfeinrichtung die Funktion des Relais beispielsweise bei einem @dreipoligen. Fehler überprüft wird, wobei die Phasenanschlüsse ver tauscht werden.
Im folgetndlen soll die Erfindung anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert werden, wobei Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Messschaltung de erfin- dungsgemässen Relais zeigt und in Fig. 2 die Kennli- nien des Relais ,dargestellt sind.
Die in Fig. 1 gezeigte Messschaltung besteht aus Iden Gleichrichteranordnun#gen 1, 2, 3, in deren Dia- gonalen ein polarisiertes Relais 4 angeordnet ist.
Die Gleichriohteranordnungen 1, 2, 3 sind in Mittel punktschaltung ausgeführt, wobei jeweils der Mittel punkt der Sekundärwicklung der Wandler 31, 32, 33 mit der Leitung 10 verbunden ist, und übler Wider- stänide 11, 12, 13 an die Leitung 9 ,angeschlossen. Zwischen. diesen und,d-,m Relais 4 sind ferner noch ein Kondensator 14 und :
einte Induktivität 15 vorge sehen.
Die Gleichrichteranordnung 1 wird über -die Lei- tungen 5, 6 von, seiner denn Leitungsstrom I propor tionalen. Grösste .gespeist. Sie wirkt im auslösenden Sinne auf,dias Relais 4.
Die Gleichrichteranordnung 3 wird über die Leitungen 7, 8 von einer zur Leitungs- spannung U proportionalen Grösse gespeist. Die Gleichrichteranortdnung 2 wind von einer zum Lei tungsstrom I und zur Leitungsspannung U proportio nalen Differenzgrösse gespeist. Beide Gleichrichter anordnungen 2, 3 wirken im sperrenden Sinne auf ,das Relais 4.
Damit ergibt sich das'Messkriterium <B>1</B>1<B>1</B> =<B>1</B> U-kI <B>1</B> +<B>1</B> U<B>1</B> (1) sofern -der Stromeinfluss auf ,die Gleichrichteranord- nung 2, z. B. ,durch Einschrauben eines Stöpsels in ,die Buchse 16, laufgeschaltet ist.
Das Relais besitzt in diesem Fall die in Fig.2 dargestellte elliptische Kennlinie 20 mit seinem, grössten Durchmesser D.
Ein Brennpunkt der Ellipse fällt mit dem 'Einbauort des Relais zusammen, der in der Impedlanmeb-ene deren Ursprung des R, X-Koordinatensystems entsprich.. Letzteres ist dadurch bedingt,
dass der Gleichrichter anordnung 3 lediglich eine der Spannung U propor= bonalte Grösse zugeführ wird. Der .Faktor k in Glei chung (1) ist, ein Mass für die Exzentrizität der Ellipse. Er entspricht dem Abstand, zu dem in Fig. 2 nicht eingezeichneten zweiten Brennpunkt der Ellipse.
Macht man k zu Null, indem :der Stromein- fluss auf @die Gleichrichteranord'nung 2 durch Ein schrauben des Stöpsels. in die Buchse 17 abgeschaltet\ wird, ergibt sich tdie kreisförmige Kennlinse 21 mit dem Radius D/2.
Der Mittelpunkt ,der Kennlinie 21 liegt dabei :ebenfialls im Ursprung des R, X-Koordin,a- tensystems.. Das Messkriterium ist d rann III=IUI+IUI (2) Der Schnittpunkt zwischen der elliptischen Kennlinie 20 und der kreisförmligen Kennlinie 21 ist mit P be zeichnet. Er ergibt sich aus der Wahl von k.
Im Aus- führungsbeisplel tentspricht dem Schnittpunkt eine Leitungsimpedlanz mit einem Winkel von 35 . Für diesen Leitungswinkel ist die Reichweite des Distanz- relais bei elliptischer und bei kreisförmiger Kennlinie gleich.
Im Ausführungsb-eispiel ist der k-Faktor durch die Wahl der Windungszahl der Wicklung 25 fest vorgegeben. Es kann jedoch auch zweckmässig sein, statt einer festen Windungszahl eine Wicklung 25 mit verschiedenen Anzapfiungen vorzusehen, womit sich dann ebenfalls auch die Exzentrizität der Ellipse ein stellen lässt.
In Fig. 2 sind weiter noch die Impedanzvektoren für Leitungswinkel von 60 und 20 eingetragen. Ein Leitungswinkel von 60 entspricht :
einem bei Mittel spannungsnet en häufig vorkommenden. Wert für Freileitungen, ein Leitungswinkel von 20 entspricht einem häufig vorkommenden Wert für Kabelstrek- ken. Man entnimmt den Kennlinien 20, 21 der Fig. 2,
dass sich mit denn Relais nach der Erfindung sowohl kurze Strecken bei Freileitungen als auch kurze Kabelstrecken schützen lassen. Die Lichtbogenre- serve RL bei einem Leitungswinkel von 60 beträgt dabei im Kippunkt 22 ca. 15,0 % oder eingestellten Impedanz.
Damit ermöglicht dieses Relais auch dien Schutz von Freileitungen, bei denen Relaiseinstellun- gen mit erhöhter Grundzeit vorzusehen sind.
Die Impedanz und damit idhe Länge .der zu schüt zenden Leitung wird mittels eines Widerstandes 19 im Spannungspfad eingestellt, wobei der Einfachheit halber lediglich ein der Schnellzeit des Relais ent sprechender Abgriff dargestellt wurde. - Die strom seitig zugeführte Messgrösste hat eingeprägtes Ver halten, so dass sich :
bei seiner Zu- bzw. Abschaltung der Wicklung 25 keine Änderung des jeweiligen Stro mes ergibt. Gegebenenfalls kann jedoch zur Kom- pensation des Widerstandes ,der Wicklung 25 ein Widerstand 18 vorgesehen werden.
Durch die Abschaltung der Wicklung 25 und da mit durch den Übergang von einer ellipslenförmigen zu einer kreisförmigen, Kennlinie ergibt .sich weiter die Möglichkeit, @d'as Distanzrelais nach der Erfin dung reit einfachen Mitteln zu eichen.
Ausserdem lässt sich eine Betriebsprüfung des eingebauten Relais für der gleichen Weise wie bei bisher verwen deten, Impedanz- bzw. Mischimpeidanzrelais vorneh men.
Insbesondere wenden für -eine edenartige Prüfung keine Ströme und: Spannungen benötigt, deren Phasen1,a@ge verändert werden muss. Ein besonderer Vorteil ist ferner, ida.ss .sämtliche Gleichrichteranord- nungen 1, 2, 3 beider Prüfung ,erfasst werden.
Würde man, nämlich, was eigentlich nahegelegen hätte, die Gleichrichteranoridnung 2 :bei :einem Übergang von ellipsenförmiger zu kreisförmiger Kennlinie abschal- ten, so könnte diese bei ;einer Prüfung nicht :erfasst werden.
Ausserdem :ergäbe sich tdann ;die kreisför mige Kennlinie 24 mit dem Radius D und somit so wohl relativ grosse Korrekturfaktoren beim Über gang zur elliptischen Kennlinie als auch eine Verdop pelung .der von :dem Distanzrewais :erfassbaren Min destlänge einer Kabelstreckz. Dem gegenüber ergibt sich durch die Abschaltung der Wicklung 25 bei denn Ausführungsbeispiel Gleichheit :
d'er Einstellskala für die elliptische und für die kreisförmige Kennlinie bei einem Leitungswinkel von 35 . Damit werden die Korrekturfaktoren, denen z.
B. bei einem Leitungs- winkel von 60 eine Verkleinerung der erfassblaren Mindestlänge um Iden Abstand: der Punkte 22, 23 entspricht, kleiner und können durch Einstellung leichtberücksichtigt werden.
Die bei Übergang von der kreisförmigen zur elliptischen Kennlinie lediglich vorzunehmende Überprüfung der ordnungsgemässen Zuschaltung der Wicklung 25 kann ohne grösseren Aufwand beispielsweise durch eine Relaisfunktions- prüfurig bei einem dreipoligen Fehler erfolgen, wobei die Spannungsanschlüsse derart vertauscht werden, dass sich zwischen Strom und Spannung ein Winkel von 60 bzw. 30 ergibt.
Damit wird der ordL nungsgemässe Anschluss der Wicklung 25 kontrol liert. Eine Überprüfung der Einstellskala ist jedoch nicht mehr erforderlich. Für tdie Prüfung des. einge bauten Relais kann tdie zuletztgenannte Kontrollmes sung entfallen, da ein Vertauschen der Anschlüsse der Wicklung 25 des im, Relais eingebauten Wandlers während:
des Betriebs undenkbar ist. Dies bedeutet, dass -das Relais nach der Erfindung sich in gleicher Weise wie bekannte Impeidanzrelaistauch im einge bauten Zustand prüfen lässt.