DE1009274B - Distanzrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Distanzrelais mit gerichtetem Meßorgan für die Überwachung einer Kraftleitung.

Distanzrelais mit gerichteten Meßorganen werden bisher entweder mit einem richtungsempfindlichen Organ der Induktionszylindertype oder mit einem polarisierten Relais ausgeführt, dem Gleichstromspannungen zugeführt werden, die proportional den Kombinationen einer Leitungsspannung und einer aus dem Leitungsstrom hergeleiteten Spannung sind. Distanzrelais mit Meßorganen der Induktionszylindertype können alle gewünschten Auslösecharakteristiken gegeben werden, aber ihr Leistungsverbrauch ist ziemlich groß. Die andere bekannte Type gerichteter Distanzrelais hat zwar geringen Leistungsverbrauch, aber ihre Auslösecharakteristiken haben immer die Form von Kreisen, und sie können nicht als reine Reaktanz- oder Resistanzrelais ausgeführt werden.

Das Distanzrelais nach der vorliegenden Erfindung weist gleichzeitig die Vorteile der bekannten Haupt- ao typen von Distanzrelais auf, nämlich niedrigen Leistungsverbrauch und frei wählbare Auslösecharakteristik, gleichzeitig ist es billig und benötigt wenig Platz.

Das für die Erfindung Kennzeichnende ist, daß das Distanzrelais ein richtungsempfindliches Organ enthält, das aus nichtlinearen Impedanzelementen in Modulator schaltung und aus einer polarisierten Relaisanordnung besteht, die an der Ausgangsseite der Modulatorschaltung angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben, in der

Fig. 1 und 2 Beispiele von Modulatorschaltungen mit nichtlmearen Impedanzelementen und

Fig. 3 und 4 zwei Ausführungsformen nach der Erfindung zeigen, während

Fig. 5 und 6 die Auslösecharakteristiken für die Distanzrelais nach Fig. 3 bzw. 4 darstellen.

In Fig. 1 ist der sogenannte Ringmodulator gezeigt. Dieser enthält vier wirksame nichtlineare Elementeil, 12, 13 und 14, gewöhnlich in der Form von Trockenventilen, die einerseits an der Sekundärwicklung eines Transformators 15 und anderseits an einem Belastungskreis angeschlossen sind, der in Fig. 1 aus einem polarisierten Relais 19 besteht. Die Sekundärwicklung des Transformators 15 hat eine Mittelanzapfung 28 und das polarisierte Relais 19 eine Wicklung mit einer Mittelanzapfung 29. Die Mittelanzapfungen 28 und 29 sind an eine Stetterstromquelle angeschlossen, die einen Strom I_c und eine Spannung U_c abgibt; ein Arbeitsstrom I_a wird auf der Primärseite des Transformators 15 eingespeist.

Dit Wirkungsweise des Ringmodulators beruht, wie bekannt, darauf, daß die Ventile 11, 12, 13 und 14 ge-DistanzreLais

Anmelder:

Allmänna Svenska Elektriska
Aktiebolaget, Västeras (Schweden)

Vertreter: DipL-Ing. H. Missling, Patentanwalt,
Gießen, Stephanstr. 3

Beanspruchte Priorität:
Schweden, vom 22. August 1955

Ivan öberg, Västeras (Schweden),
ist als Erfinder genannt worden

zwungen werden, synchron mit dem Steuerstrom I₀ zu leiten oder zu sperren. Der Steuerstrom I_c verteilt sich gleichmäßig auf die beiden Wicklungshälften 17 und 18 des Transformators 15 sowie auf die beiden Wicklungshälften 20 und 21 des Relais 19- und verursacht daher keine resultierende Amperewindungszahl im Relais 19 und im Transformator 15. Wenn der Steuerstrom I_c die in Fig. 1 angegebene Polarität besitzt, werden die Ventile 11 und 13 leitend, während die Ventile 12 und 14 an einer Sperrspannung liegen, die gleich der Spannung U_c zwischen den Punkten 28 und 29 ist. Wenn der Steuerstrom entgegengesetzte Polarität hat, werden statt dessen die Ventile 12 und 14 leitend, während die Ventile 11 und 13 an der Sperrspannung U₀ liegen.

Ein Arbeitsstrom, der auf der Primärseite des Transformators 15 zugeführt wird, wird auf der Sekundärseite umgeformt und geht durch ein Ventilpaar, das von dem Steuerstrom dtrrch das Relais 19 offen gehalten wird. Wenn der Steuerstrom I_c und der Arbeitsstrom I_a die Polaritäten hat, die in Fig. 1 angegeben sind, wird das Relais 19 von dem Strom I_b mit der angegebenen Polarität erregt. Der Strom Z₆ verläuft auf seinem Weg von der Sekundärwicklung des Transformator« 15 duroh das Ventil 11 in Durchffu&riehtung und durch das Ventil 13 in Sperrichtung, was möglich ist, wenn der Teil des Steuerstromes I_c, das das Ventil 13 in Durchflußrichtung passiert,, größer ist als der Strom I_b in entgegengesetzter Richtung. Der Strom I_c kann unter dieser Voraussetzung nicht durch das Ventil 12 kurzgeschlossen werden, das durch die Spannung von der Steuerstromquelle gesperrt gehalten wird.

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Wenn der Arbeitsstrom I₁₁ die Polarität wechselt bei unveränderter Polarität des Steuerstromes I_c, wechselt die Erregung des Relais 19 das Vorzeichen. Das gleiche ist der Fall, wenn der Steuerstrom I_c das Vorzeichen bei unveränderter Polarität des Arbeitsstromes wechseit, weil die Ventilpaare 11, 13 und 12, 14 ihre Rollen tauschen, wenn der Steuerstrom sich umkehrt. Dagegen bleibt die Polarität der Erregung des Relais unverändert, wenn sowohl der Steuerstrom I_c und der Arbeitsstrom I₁₁ gleichzeitig ihre Vorzeichen wechseln.

In einer Ringmodulatorschaltung der in Fig. 1 gezeigten Art wird die Erregung des Relais 19 offenbar abhängig von dem Phasenwinkel zwischen den Strömen I_a und 1_c, und es kann leicht gezeigt werden, daß die Gleichstromkomponente der Erregung des Relais 19 direkt proportional ist dem Kosinus des Phasenwinkels zwischen den beiden Strömen, wenn diese sinusförmigen Wechselströme der gleichen Frequenz sind, und aus der Wirkungsweise der Schaltung geht auch hervor, daß der Strom /^, der das Relais 19 erregt, höchstens gleich dem kleineren der Ströme I_a und 1c sein kann. Wenn also der eine der Ströme I_a und I_c Null ist oder wenn der Phasenwinkel zwischen den Strömen 90° ist, bleibt das Relais 19 abgefallen. Wenn beide Ströme Komponenten in Phase miteinander haben, schließt das polarisierte Relais 19 nach einer Richtung, und wenn die Ströme Komponenten in der Gegenphase haben, schließt es in der anderen Richtung, oder es verbleibt abgefallen, je nach der Ausbildung des Relais.

In Fig. 2 ist eine andere Modulatorschaltung gezeigt, die auch Ventile als aktive Elemente enthält. Der Modulator besteht in dieser Ausführung aus zwei Ventilbrücken 31 und 32, die je ihre Wicklung 21 bzw. 20 in einem polarisierten Relais 19 speisen. Die Wechselstromseiten der Ventile sind an den Sekundärwicklungen 18 bzw. 17 eines Transformators 15 in Reihe mit einer Steuerspannung U_c angeschlossen, die zwischen den Klemmen 28 und 29 liegt. Die Schaltung ist so angeordnet, daß volles Gleichgewicht zwischen den beiden Hälften herrscht. Wenn daher die Steuerspannung Uc gleich Null ist, wird das Relais 19- von zwei gleich großen, aber gegengerichteten Amperewindungszahlen erregt, die von der Arbeitsspannung U₀ herrühren. Wenn dagegen die Arbeitsspannung U_a gleich Null ist, wird eine Steuerspannung U_c zwischen den Klemmen 28 und 29 auch zwei gleiche, aber entgegengerichtete Amperewindungszahlen im Relais 19 erzeugen. Treten indessen eine Steuerspannung U _c und eine Arbeitsspannung U₁₁ gleichzeitig auf, so wird die Ventilbrücke 31 von einer Spannung beeinflußt, die gleich der Differenz zwischen den beiden Spannungen ist, während die Ventilbrücke 32 eine Spannung aufgedrückt erhält, die gleich der Summe der beiden Wechselspannungen ist, wenn diese die in der Fig. 2 durch Pfeile angegebenen Polaritäten haben. Falls die Steuerspannung und Arbeitsspannung gleichzeitig auftreten, wird das Relais eine resultierende Amperewindungszahl erhalten, deren Polarität von den gegenseitigen Polaritäten der Steuerspannung U_c und Arbeitsspannung U₀ abhängig ist. Wenn die beiden Wechselspannungen die gleiche Frequenz haben und sinusförmig sind, wird die Erregung des Relais 19 proportional dem Kosinus des Phasenwinkels zwischen den beiden Wechselspannungen. Die Schaltung in Fig. 2 ist also der in Fig. 1 äquivalent bezüglich der Gleichstromerregung des Relais 19.

In Fig. 3 wird ein Beispiel eines Distanzrelais mit einem Ringmodulator nach Fig. 1 als Tastorgan gezeigt. Das Distanzrelais in Fig. 3 überwacht eine Kraftleitung, die durch die Linien 38 und 39 dargestellt ist. Die Spannung U der Leitung wird dem Distanzrelais über einen Spannungswandler aufgedrückt, und der Strom / der Leitung wird dem Distanzrelais durch einen Stromwandler 37 zugeführt. Der Stromwandler 37 speist eine Reaktanz 35, und die Spannung an dieser wird den Steuerklemmen 28 und 29 des Ringmodulators aufgedrückt und erzeugt einen Steuerstrom I_c. Die Spannung der Sekundärseite des Spannungswandlers 36 wird an die Primärwicklung des Transformators 15 im Ringmodulator in Reihe mit der Spannung an der Reaktanz 35 gelegt. Die beiden Spannungen sind gegeneinander gerichtet, und ihre Vektorsumme veranlaßt einen Arbeitsstrom I₁₁ im Ringmodulator.

Wie vorher erwähnt, ist die Erregung des polarisierten Relais an der Ausgangsseite des Ringmodulators proportional dem Kosinus des Phasenwinkels zwischen dem Steuerstrom I_c und dem Arbeitsstrom I_a, so daß eine Komponente des Stromes I_a, die um 90° gegen den Strom I_c phasenverschoben ist, auf die Erregung des Relais 19 nicht einwirkt. Das bedeutet, daß eine resistive Komponente der Spannung der Kraftleitung keine Wirkung auf das Relais 19 hat. Ein reaktiver Spannungsabfall erzeugt dagegen eine Komponente des Arbeitsstromes I₁₁, die sich in Gegenphase mit dem Steuerstrom I_c befindet. Das Distanzrelais in Fig. 3 ist also für die reaktive Komponente der Leitungsimpedanz Z- empfindlich, die das Relais mißt. Die Reaktanz 35 dient als Modellimpedanz und muß so bemessen sein, daß die Spannung an der Reaktanz 35 kleiner ist als die Spannung an der Primärseite des Spannungswandlers 36 unter Normalbetrieb, aber größer als die genannte Sekundärspannung, wenn die Leitung kurzgeschlossen wird. Die Folge davon ist, daß das Relais in Fig. 3 eine Auslösecharakteristik erhält, die in Fig. 5 gezeigt ist, in der die Abszisse die resistive Komponente der Impedanz in dem Teil der Kraftleitung angibt, den das Relais überwacht, während die Ordinate die reaktive Komponente der gleichen Impedanz angibt. Die Linie 41 ist parallel zur Abszisse, und ihr Abstand von dieser stellt den Wert der Leitungsimpedanz dar, der der Modellimpedanz 35 entspricht. Das Relais in Fig. 3 ist also ein reines Reaktanzrelais.

In Fig. 4 ist ein Beispiel eines kompensierten Impedanzrichtungsrelais mit einem Ringmodulator als Tastorgan dargestellt. Der Steuerstrom I_c des Ringmodulators setzt sich in Fig. 4 einerseits aus einer Komponente zusammen, die vom Stromwandler 37 herrührt, anderseits aus einer Komponente, die durch die Spannung auf der Sekundärseite des Transformators 36 in Reihe mit einer Impedanz 35 bestimmt wird. Die beiden Stromkomponenten sind direkt zwischen den Steuerklemmen 28 und 29 des Ringmodulators parallel geschaltet. Der Arbeitsstrom für den Ringmodulator besteht auch aus einer Komponente//', die von dem Stromwandler 37 herrührt, und aus einer Komponente //, die von der Sekundärspannung des Transformators 36 in Reihe mit einer Impedanz 34 herrührt. Diese beiden Stromkomponenten werden je einer Primärwicklung des Transformators 15 im Ringmodulator zugeführt.

Die Wirkungsweise des Distanzrelais nach Fig. 4 ist grundsätzlich die gleiche wie die eines gewöhnlichen Induktionszylinderrelais, dem Kombinationen von Leitungsspannung und Leitungsstrom zugeführt werden, und seine Auslösecharakteristik ist ein Kreis, wie in Fig. 6 gezeigt, in der die Abszisse und die Ordinate resistive bzw. reaktive Komponenten der

Impedanz des Leitungsteiles angeben, den das Relais überwacht. Für Impedanzen, die innerhalb des Kreises. 42 liegen, zieht das Relais in der einen Richtung an, und für Impedanzen, die außerhalb des Kreises 42 liegen, in der anderen Richtung. Für Impedanzen, die auf dem Kreis 42 liegen, steht das Relais 19 in Fig. 4 in der Mittelstellung. Wenn die Impedanzen zwischen den Eingangsklemmen des Ringmodulators, den Steuerklemmen 28, 29 bzw. den Primärklemmen des Transformators 15 im Verhältnis zu den Impedanzen 34 und 35 vernachlässigbar sind, wird der Kreis 42 durch die Endpunkte der Vektoren 34 und 35 der Impedanzebene (Fig. 6) bestimmt, indem diese Endpunkte einen Durchmesser im Kreise 42 darstellen. Dadurch daß man die Impedanzen 34 und 35 ändert, kann die Lage und Größe der Auslösecharakteristik 42 geändert werden, wie auch die Neigung der Auslösecharakteristik 41 und der Abstand vom Nullpunkt für das Relais nach Fig. 3 durch Änderung des Phasenwinkels und der Größe der Modellimpedanz 35 geändert werden können.

Die gezeigten Ausführungsformen der Distanzrelais gemäß der Erfindung haben lediglich den Zweck, die Wirkungsweise der Erfindung zu veranschaulichen, eine große Anzahl äquivalenter Schaltungen sind in dem Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise kann der Ringmodulator in Fig. 3 und 4 durch einen Modulator nach Fig. 2 der Zeichnung ersetzt werden oder durch irgendeine andere Modulatorschaltung ähnlicher Art, und die Modulatorschaltung braucht auch nicht mit einem polarisierten Relais der gezeigten Type belastet zu werden, sondern es kann irgendeine polarisierte Relaisanordnung statt dessen verwendet werden.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Distanzrelais mit einem richtungsempfindlichen Organ, dadurch gekennzeichnet, daß das richtungsempfindliche Organ aus nichtlinearen Impedanzelementen in Modulatorschaltung und einer polarisierten Relaisanordnung gebildet ist, die an der Ausgangsseite der Modulatorschaltung angeschlossen ist.

2. Distanzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das richtungsempfindliche Organ aus einem Ringmodulator und einem an diesem angeschlossenen polarisierten Relais besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 709 546/338 5.57