DE1042728B - UEberstrom-Schutzeinrichtung mit stromabhaengiger Kennlinie - Google Patents

Description

Überstromrelais, deren Auslösezeit abhängig von der Höhe des Stromes ist, sogenannte abhängige Überstromrelais, haben die Aufgabe, elektrische Betriebsmittel gegen Kurzschlüsse und Überlastungen zu schützen. Bei kleineren Strömen ist die Auslösezeit groß, bei größeren Strömen klein. Der Vorteil dieser Schutzeinrichtung ist, daß vorübergehende Überlastungen, die die Anlage noch nicht gefährden, nicht zur Abschaltung führen und trotzdem bei schweren Kurzschlüssen schnellstens abgeschaltet werden kann. In bestimmten Netzformen ist es auch möglich, solche Relais als Staffelschutz zu verwenden, um eine selektive Abschaltung der dem Kurzschluß am nächsten liegenden Anlageteile zu erhalten. Besonders in Netzen mit starken und wenig veränderlichen Generatoreinsatz, bei denen also die Höhe des Kurzschlußstromes praktisch nur von den Impedanzen des Netzes abhängt, ist mit solchen Relais eine gute Staffelung zu erreichen. Abhängige Überstromrelais sind bisher nach dem elektromagnetischen Prinzip ausgeführt worden. Es sind Relais bekannt, die aus einem Elektromagneten bestehen, dessen Anker mit Verzögerungseinrichtungen, wie Federn oder Dämpfungen, versehen sind. Ferner sind Ausführungen bekannt, bei denen ein Elektromagnet mit zwei phasenverschobenen Flüssen eine Ferrarisscheibe oder Ferraristrommel antreibt, deren Umdrehungszahl vom Strom abhängt.

Alle diese Relaisarten erfordern zur Herstellung der gewünschten Genauigkeit mechanisch komplizierte und sorgfältig hergestellte Ausführungen. Außerdem ist der Verbrauch verhältnismäßig groß.

Zur Vereinfachung der Konstruktion hat man vorgeschlagen, mit Hilfe von Widerständen und Kondensatoren (i?C-Gliedern) die Zeitabhängigkeit zu erhalten. Diese arbeiten mit Gleichstrom und besitzen eine stromunabhängige Zeit. Durch Veränderung der Widerstände kann man die Länge der erforderlichen Zeit beliebig einstellen. Bei diesen Anordnungen hat sich aber als Nachteil herausgestellt, daß die eingestellte Zeit von der angelegten Spannung abhängig ist. Es müssen daher Maßnahmen vorgesehen werden, um diese Spannungsabhängigkeit zu kompensieren oder die Spannung selbst in engen Grenzen konstant zu halten.

Es sind auch Überlastungsrelais bekanntgeworden, bei denen die Zeit mit Hilfe von i?C-Gliedern eingestellt wird. In diesem Falle speist der Strom selbst die Verzögerungseinrichtung. Er wird hierbei in eine Spannung übersetzt, welche gleichgerichtet dem RC-Glied zugeführt wird. Die Spannungsabhängigkeit der RC-GYieder, welche bei konstanten Zeiten eine Fehlerquelle darstellt, wird bei diesen Relais dazu ausgenutzt, die Auslösezeit von der Höhe der Überlastungsabhängigkeit zu machen. Zu diesem Zwecke lädt man einen

Überstrom-Schutzeinrichtung
mit stromabhängiger Kennlinie

Anmelder:

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 22. März 1955

Dr.-Ing. Hans Titze, Wettingen (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

Kondensator über einen Widerstand auf, wobei dem Kondensator ein Relais parallel geschaltet ist. Dieses spricht an, wenn der Kondensator so weit aufgeladen ist, daß seine Spannung die Ansprechspannung des Relais überschreitet. Die Anordnung ist so ausgelegt, daß dies erst bei Überlastungen eintritt. Die normalen Belastungen erzeugen am Kondensator eine Spannung, welche kleiner als die Ansprechspannung ist. Bei Überlastungen steigt dann die Spannung weiter an, und zwar um so schneller, je höher die Belastung ist.

Man hat hierbei den Vorteil, daß die Ansprechzeit dann größer ist, wenn vor der Überlastung nur ein geringer Strom geflossen ist. Man hat also die Möglichkeit, sich der Überlastungscharakteristik des zu schützenden Anlageteiles anzupassen. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß sie nicht für den Kurzschluß schutz verwendet werden kann, da dieser eine Auslösezeit unabhängig von der vorhergehenden Belastung verlangt. Auch ist eine Einstellbarkeit der Zeitkennlinie nicht eindeutig möglich. Man kann wohl einen Vorwiderstand veränderlich machen, dies führt aber bei einem Kurzschluß schutz nicht zum gewünschten Erfolg. Für den Überstromschutz stellt sich die Forderung, einen eindeutig definierten Ansprechwert des Relais zu bekommen und zugleich die Kennlinie getrennt davon einstellen zu können.

Dies wird nun erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei Überstromschutzanordnungen, bei denen die Zeitverzögerung durch Anwurforgane eingeschaltet wird, die Dauer der gesamten Aufladung des Kon-

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densators für die veränderliche Zeitverzögerung der Schutzeinrichtung ausgenutzt wird. Außerdem wird für die Einstellung der Kennlinie der zum Widerstandskondensatorglied gehörende Widerstand und zugleich ein dem Gleichstromrelais vorgeschalteter Widerstand geändert, wobei beide Einstellungen mechanisch gekoppelt sind.

Die Wirkungsweise eines solchen Relais ist folgende :

Der aus einem Stromwandler in bekannter Weise gewonnene Strom wird über Ansprechglieder, die die Schutzeinrichtung erst von einer bestimmten Stromhöhe an freigeben, einem Zwischenwandler zugeführt, der den Strom in eine verhältnisgleiche Spannung transformiert. Diese wird über Gleichrichter an ein Widerstandskondensatorglied geführt. Die allmähliche Aufladung des Kondensators bestimmt die Auslösezeit der Schutzeinrichtung. Je höher die angelegte Spannung ist, um so schneller lädt sich der Kondensator auf. Die am Kondensator auf diese Weise entstehende Spannung wird beispielsweise einem magnetischen, einfachen Relais mit hohem Innenwiderstand, also kleinem Eigenverbrauch zugeführt. Dieses Relais spricht an, wenn der Kondensator bis zu dessen Ansprechspannung aufgeladen ist. Durch Veränderung der Widerstände kann die gewünschte Kennlinie eingestellt werden. Schaltet man nun vor das Relais einen weiteren veränderlichen Widerstand, der gleichzeitig mit dem zum Widerstandskondensatorglied gehörenden Widerstand verändert wird, so ist es möglich, trotz Veränderung der Steilheit der Kennlinie den Anfangspunkt konstant zu halten.

Würde man nur den Widerstand 6 allein ändern, so würden bei gleichen Spannungen am Gleichrichter 5, also bei gleichen Primärströmen, verschieden hohe Spannungen am Relais 8 liegen, d. h., der Ansprechwert des Relais würde nur je nach der Einstellung des Widerstandes verschieden sein. Man kann also mit diesem Widerstand wohl die Kennlinie ändern, ändert aber auch den Ansprechwert mit. Dieser Nachteil wird nun dadurch verhindert, daß man auch dem Relais einen Vorwiderstand 19 vorschaltet, der zugleich mit dem anderen Widerstand verändert wird, und zwar muß er verkleinert werden, wenn der Widerstand 6 vergrößert wird. Diese Einstellungsmöglichkeit kann man mechanisch kuppeln und erhält dadurch die Möglichkeit, die Kennlinie unabhängig vom Ansprechwert zu verändern.

Man kann auch die Spannung am Kondensator an das Gitter einer Gasentladungsröhre legen, die bei einer bestimmten Spannung den Anodenstrom freigibt und dadurch einen Auslöser betätigt. Die Röhre muß dann eine negative Vorspannung erhalten, welche die Höhe der Spannung, bei der die Röhre zünden soll, bestimmt. Diese Vorspannung kann mit einfachsten Mitteln einstellbar gemacht werden.

Nach dem Ansprechen der beschriebenen Anordnung behält der Kondensator noch eine zeitlang seine Ladung bei. Wenn nun vor der völligen Entladung eine weitere Betätigung eintritt, so ist nur noch eine kürzere Zeit erforderlich, um den Kondensator auf die Ansprechspannung zu bringen. Die Auslösezeit wird dadurch also kleiner. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird vorgeschlagen, durch das Auslöseorgan selbst (Relais oder Auslöser) den Kondensator gleichzeitig mit der Auslösung auf einen Widerstand umzuschalten, der eine praktisch sofortige Entladung ermöglicht.

Für die Gewinnung des Anodenstromes ist eine Gleichspannung nötig. Diese steht nicht in jeder Anlage als Hilfsstromquelle zur Verfügung. Es wird daher weiter vorgeschlagen, die Anodenspannung ebenfalls aus dem Primärstrom zu gewinnen. Die hierbei entstehende Abhängigkeit vom Strom kann man dazu ausnützen, um die Kennlinie der Schutzeinrichtung auf noch höhere Auslösezeiten zu bringen. Bei kleinen Strömen arbeitet die Röhre dann auch mit kleinerer Spannung, so daß hier die Auslösezeit weiter verzögert wird. Um bei sehr hohen Strömen eine Überlastung

ίο der Röhre zu vermeiden, kann die Anodenspannung über gesättigte Wandler gewonnen werden. Die Heizspannung kann ebenfalls aus dem Primärstrom gewonnen werden, wobei darauf zu achten ist, daß diese Spannung möglichst konstant bleibt. Hierfür ist also die Verwendung gesättigter Wandler notwendig. Auch die Gitterspannung kann vom Primärstrom über eine weitere Wicklung am Hilfswandler gewonnen werden. Sie wird dann über einen weiteren Gleichrichtersatz an das Gitter der Röhre geführt. Da die Gitterspannung gegenüber der Kathode negativ sein muß, ist es notwendig, an diese Wicklung ein Potentiometer einzuschließen und den Schleifer des Potentiometers mit der Kathodenleitung zu verbinden. Durch Einstellung des Potentiometers kann die Gittervorspannung und damit die Kennlinie verändert werden. Die Wicklungen für die Heizung, die Gewinnung der Anodenspannung und die Gewinnung der Gittervorspannung können von einem einzigen Hilfswandler gespeist werden, wenn dieser bereits bei kleinen Kurzschluß strömen gesättigt ist.

In den Fig. 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens dargestellt. Fig. 1 zeigt die Schaltung mit einem magnetischen Relais, Fig. 2 die Schaltung mit einer Gasentladungsröhre. In Fig. 3 ist die Schaltung ohne besondere Gleichstromhilfsquelle gezeigt.

Der in der Starkstromleitung 1 fließende Strom wird über den Stromwandler 2 der Schutzeinrichtung über ein Ansprechrelais 3 bekannter Ausführung einem Hilfswandler 4 zugeführt. Dieser übersetzt den Strom in eine etwa verhältnisgleiche Spannung. Der Sekundärkreis dieses Wandlers 4 wird durch das Ansprechrelais 3 eingeschaltet. Dadurch wird die Spannung an den Gleichrichtersatz 5, der beispielsweise in Brückenschaltung ausgeführt ist, geleitet. Auf diese Weise entsteht eine Gleichspannung, die dem Primärwechselstrom proportional ist. Diese Spannung wird nun an den Widerstand 6 und Kondensator 7 gelegt. Hierbei lädt sich der Kondensator 7 bis zum Ansprechwert des Relais 8 auf. Dieses öffnet den Ausschal tkontakt 9, so daß der Strom der Sekundärseite des Wandlers 2 durch den Auslöser 10 geht und den Schalter auslöst. Es ist natürlich auch möglich, am Relais 8 einen Einschaltkontakt vorzusehen und durch diesen eine Hilfsspannungsquelle an den Auslöser zu schalten. Gleichzeitig mit dem Kontakt 9 wird auch der Kontakt 16 umgeschaltet und der Kondensator 7 auf den Entladewiderstand 11 gelegt. Bei der Rückstellung des Relais 8 wird der ursprüngliche Zustand wieder hergestellt. Die Kennlinie kann mit dem Widerstand 6 und 19 eingestellt werden. Beide Widerstände werden hierbei gemeinsam betätigt.

In Fig. 2 wird die am Kondensator 7 entstehende Spannung an das Gitter der Entladungsröhre 13 gelegt, das normalerweise über den Gitterwiderstand 12 eine negative Vorspannung besitzt. Die am Kondensator 7 entstehende Spannung wirkt dieser Vorspannung entgegen. Von einer bestimmten Höhe an kann die Röhre zünden, so daß Anodenstrom fließt, der den Auslöser 10 betätigt. Der Kontakt 16 wird dann vom

Auslöser 10 umgeschaltet. Die Anoden- und Gitterspannung wird über eine Gleichstromhilfsquelle gewonnen (mit +, — und 0 bezeichnet).

Eine Anordnung mit Entladungsröhren ohne Gleichstromhilfsquelle zeigt Fig. 3. Die Anodenspannung wird hier aus dem gleichgerichteten Sekundärkreis des Hilfswandlers 4 genommen. Die Heizspannung wird über einen gesättigten weiteren Hilfswandler 14 gewonnen. Die Sättigung muß hierbei bereits beim Ansprechstrom des Relais 13 vorhanden sein. Für die Gitterspannung wird eine dritte Wicklung des Hilfswandlers 14 benutzt, die über einen Gleichrichtersatz 17 mit dem Potentiometer 18 belastet ist. Der Schleifer des P'otentiometers ist mit der Kathode der Röhre 13 verbunden. Der negative Pol wird über einen Gitter wider stand 12 dem Gitter der Röhre 13 zugeführt. Die Gitterspannung ist auf diese Weise einstellbar. Zur Änderung der Kennlinie muß auch der Widerstand 6 einstellbar gemacht werden.

Claims (8)

20 Patentansprüche:

1. Überstrom-Schutzeinrichtung mit einer vom zugeführten Strom abhängigen Zeitkennlinie, unter Verwendung von Widerstandskondensatorgliedern zur Gewinnung der Zeitverzögerung, die durch ein Anwurforgan zum Überstromschutz eingeschaltet wird und bei der Widerstandskondensatorglieder gleichgerichtete Spannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Kombination an sich bekannter Merkmale ausgeführt wird, nämlich die Dauer der gesamten Aufladung des Kondensators für die veränderliche Zeitverzögerung der Schutzeinrichtung ausgenutzt wird, daß für die Einstellung der Kennlinie der zum Widerstandskondensatorglied gehörende Widerstand einstellbar gemacht wird und zugleich dem Gleichstromrelais ein weiterer Widerstand vorgeschaltet wird, wobei beide gleichzeitig verändert werden, und daß ihre Einstellvorrichtungen mechanisch gekuppelt sind.

2. Überstrom-Schutzeinrichtung nach An-Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Kondensator entstehende Spannung einem Gleichstromrelais zugeführt wird.

3. Überstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Kondensator entstehende Spannung dem Gitter einer Gasentladungsröhre zugeführt wird, das eine negative Vorspannung besitzt.

4. Überstrom-Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Auslösung in an sich bekannter Weise der Sekundärstrom des speisenden Wandlers benutzt wird.

5. Überstrom-Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizspannung, Anodenspannung und Gittervorspannung für die Entladungsröhre ebenfalls aus dem Strom der Hauptwandler gewonnen wird.

6. Überstrom-Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung der Gitter und der Heizspannung ein weiterer Hilfswandler benutzt wird, der beim Ansprechen des Ansprechrelais bereits gesättigt ist.

7. Überstrom-Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung der Anodenspannung die Spannung am Hilfswandler (4) für die Speisung des Widerstandskondensatorgliedes abgenommen ist und mit dem Strom im Stromwandler proportional anwächst.

8. Überstrom-Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis. 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ansprechen der Schutzeinrichtung der Kondensator des Widerstandskondensatorgliedes an einen Entladewiderstand gelegt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 741 349;
schweizerische Patentschrift Nr. 143 504;
Walter: Relaisbuch, Stuttgart, 1952, S. 17;
Kasanski: Relaisschutz, Berlin, 1952, S. 77.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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