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Relaisablaufmelde- und -prüfeinrichtung für Schutzrelais Zum Schutz
von Maschinen und Leitungen sind in elektrischen Anlagen Schutzrelais vorhanden.
Von der Funktionsfähigkeit dieser Schutzrelais ist daher die gesamte Betriebssicherheit
abhängig. Es ist somit erforderlich, die Schutzrelais zu überprüfen. Zu diesem Zweck
kann man in Betriebspausen eine Untersuchung der Funktionsfähigkeit der Relais vornehmen.
Da jedoch in den meisten Fällen Betriebspausen selten sind, andererseits bestimmte
Schutzrelais einer Anlage relativ selten zum Ansprechen kommen, ergibt sich zwangläufig
die Forderung, die Prüfung während des Betriebes vorzunehmen.
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Bekanntlich sind alle zu einer Anlage gehörenden Schutzrelais auf
die gleichen Auslöseleitungen der vorhandenen Leistungsschalter gelegt. Die Auslöseleitungen
werden meist als Ringleitung zu allen Schutzrelais geführt. Um nun eine Prüfung
während des Betriebes durchführen zu können, müßten daher die Schutzrelais einzeln
von den Auslöseleitungen abgetrennt und dann geprüft werden. Da dieses nur mit einem
sehr hohen technischen Aufwand möglich ist, arbeiten die bekannten Prüfeinrichtungen
so, daß alle zu einer Anlage gehörenden Schutzrelais während des Prüfvorganges von
den Auslöseleitungen abgetrennt werden. Da sich die Prüfung selbst aber immer nur
auf ein Relais beschränkt, bedeutet das, daß der gesamte Schutz zumindest während
der Prüfung eines Relais unterbrochen ist. Die Prüfung selbst wird zwar bei einer
bekannten Einrichtung mit der Eigenansprechzeit der Schutzrelais abgesteuert, jedoch
macht sich die Unterbrechung des Schutzes besonders dann bemerkbar, wenn das zu
prüfende Relais mit einer Zeitverzögerung versehen ist.
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Es ist ferner eine Relaisprüfeinrichtung bekannt, bei der eine Möglichkeit
besteht, Impulse von Fehlern auf der Leitung, die während -des Prüfvorganges eintreffen,
erkennen zu können. Diese Impulse bewirken, soweit sie von Fehlern herrühren, deren
Ursache für ein anderes als gerade im Augenblick geprüftes Schutzrelais bestimmt
sind, eine beschleunigte Rückführung aller Schutzrelais in ihre Betriebsstellung.
Diese Rückschaltung ist jedoch von der Funktionsfähigkeit aller an der Prüfung beteiligten
Elemente abhängig. Es müssen hierbei die Eigenschaltzeiten aller Elemente bei der
Rückumschaltung mit in Kauf genommen werden. Es tritt damit zwangläufig eine Verzögerung
ein.
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Darüber hinaus beschränken sich die bekannten Prüfeinrichtungen nur
auf dieFunktionsüberwachung der Schutzrelais. Die Leitungen selbst bleiben hierbei
unberücksichtigt. Für die Auslöseleitungen und Schalterspulen werden zum Teil besondere
überwachungseinrichtungen vorgesehen.
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Eine weitere Forderung für den heutigen Netzbetrieb ist, nach einer
Störung möglichst schnell einen Überblick über alle beteiligten Schutzrelais zu
haben. Für die Störungsklärung und -statistik ist es wichtig zu wissen, welche Relais
angeregt wurden, wie lange sie angeregt blieben und welches Relais schließlich welchen
Schalter auslöste. Mit diesen Daten ist eine umfassende Übersicht über die beteiligten
Schutzeinrichtungen gegeben. Dabei sollten auch die Ausschaltzeiten der einzelnen
Leistungsschalter und die Entregungszeit von Nennspannungen auf einen zulässigen
Spannungswert bei Generatoren kontrolliert werden, damit Veränderungen, bedingt
durch mechanische Fehler usw., möglichst schnell zu erfassen sind.
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Es -ist nun Aufgabe der Erfindung, alle vorgenannten Überwachungsaufgaben
in einfacher Art mittels einer Relaisablaufmelde- und -prüfeinrichtung zu lösen.
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Erfindungsgemäß wird davon ausgegangen, daß bestimmte Funktionen,
durch Fehler hervorgerufen, in mehreren Schutzrelais eine Anregung herbeiführen.
Dieses gilt besonders für kritische Fehler, wie Erdschluß und Kurzschluß, die in
der Regel einen erhöhten Strom zur Folge haben. Ein solcher Überstrom wird aber
bekanntlich von mehreren in der Anlage vorhandenen Schutzrelais in irgendeiner Form
erfaßt, z. B. Überlastschutz und überstromrelais sprechen gemeinsam auf den erhöhten
Strom an, wobei jedoch der überlastschutz in der Regel nur zur Anzeige, der Überstromschutz
dagegen zur Abschaltung führt.
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Die Erfindung betrifft somit eine Relaisablaufmelde- und -prüfeinrichtung
für Schutzrelais, bei der die Schutzrelais in Gruppen zu mehreren Relais zusammengefaßt
sind und daß bei Prüfung einer
Gruppe Relais der anderen Gruppe
im Zusammenwirken mit einem Reserveauslöserelais bestimmte Funktionen der gerade
geprüften Relais mit übernehmen.
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Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß auch während des Prüfvorganges
der Schutz in vollem Umfange wirksam bleibt.
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Darüber hinaus werden jedem Schutzrelais ein auf die Zeit abgestimmtes
Zählwerk und ein Schauzeichen zugeordnet. Die Zählwerke treten gleichzeitig mit
dem Anregen der Schutzrelais in Tätigkeit, so daß man an ihnen die Zeit ablesen
kann, die von dem Anregen des betreffenden Relais bis zu seinem Ansprechen verstrichen
ist. Dieses bietet eine besondere Kontrolle bei Schutzrelais, die eine Zeitverzögerung
besitzen. Das Schauzeichen dagegen wird nur dann betätigt, wenn das betreffende
Schutzrelais ausgelöst hat. Liegt also ein Fehler im Schutz vor, so läuft das Zählwerk
des betreffenden Schutzrelais so lange, bis eine manuelle Löschung erfolgt, ohne
daß das Schauzeichen zur Anzeige gebracht wird.
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Der eigentliche Prüfteil besteht aus einer Einrichtung zur Überlagerung
eines einphasigen Prüfstromes und einer Einrichtung zur Überwachung der Auslöseleitungen,
beide in Verbindung mit der Meldeeinrichtung für den Relaisablauf. Es wird hierbei
entgegen den bekannten Prüfeinrichtungen nicht jedem einzelnen Relais der Prüfstrom
nacheinander überlagert, sondern gleichzeitig mehreren zu einer Gruppe zusammengefaßten
Relais. Der Vorteil der Anlage liegt weiter in der Möglichkeit der Fernsteuerung,
zum anderen in der kürzeren Prüfzeit durch das gleichzeitige Ablaufen mehrerer Relais
mit Zeitwerken und im einfacheren Aufbau. Dabei muß nicht wie bei bekannten Ausführungen
die Prüfeinrichtung bei einem echten Fehler abgesteuert werden, um den Auslöseimpuls
auf die betreffenden Schalter zu geben. Eine Verzögerung der Auslösung durch die
Einrichtung tritt also nicht auf.
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Bei Start der Prüfeinrichtung werden nicht, wie bereits bekannt, die
einzelnen Auslöseleitungen unterbrochen, sondern besonders bemessene Hilfsrelais
in diese Kreise eingeschaltet, die einmal eine ungewollte Auslösung der Schalter
sicher vermeiden und zum anderen automatisch die Auslöseleitungen ohne weiteres
Hilfsmittel überwachen. Diese Kontrolle der Überwachung der Auslöseleitungen und
Schalterspulen kann auch während des Betriebes in einfacher Weise ohne irgendeinen
Relaisablauf vorgenommen werden. Die Schaltung der überwachungseinrichtung der Auslöseleitungen
ist so gewählt, daß erst nach Einschalten aller Hilfsrelais in die Leitungen der
Startbefehl für die Stromüberlagerungseinrichtung gegeben wird. Ebenso werden beim
Absteuern die Hilfsrelais erst mit Sicherheit dann wieder kurzgeschlossen, wenn
der überlagerungsstrom abgeklungen ist. Um auch die Ansprechzeiten der in der Anlage
befindlichen Leistungsschalter zu kontrollieren, wird jeder Spule eines Leistungsschalters
ein Zählwerk zugeordnet, das ebenfalls eine zeitliche Abstimmung besitzt.
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An Hand eines Zeichnungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert:
G ist der Generator, der überwacht wird, LS ist der Leistungsschalter des Generators,
und FS ist der Entregungsschalter des Generators. Die Schutzrelais sind in einem
Anregekreis 1 und in einem Auslösekreis 2 zusammengefaßt. Ferner sind ein Prüfkreis
3 und ein Überwachungskreis 4 sowie ein Meldekreis 5 vorhanden. Als Schutzrelais
sind im vorliegenden Beispiel folgende Relais angenommen:
| J> = Überlastrelais, |
| N-@ = Leistungsrichtungsrelais, |
| Jirsvers = Schieflastrelais, |
| UMZ = Überstromzeitrelais, |
| AJ = Differentialrelais. |
Diese Relais sind in zwei Prüfgruppen I und II aufgeteilt.
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Im folgenden soll die Wirkungsweise und das Zusammenwirken der einzelnen
Gruppen untereinander an Hand des Ablaufs eines Prüfvorganges näher erläutert werden.
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Es wird vorausgesetzt, daß die Gruppe Il geprüft wird. Um den Prüfvorgang
einzuleiten, ist es zunächst notwendig, eine Steckvorrichtung St, die jeder Gruppe
zugeordnet ist, zu betätigen. Die Steckvorrichtung St ist für die Gruppen
I und II gesondert vorgesehen. Es wird nur einphasig geprüft, infolgedessen ist
auch nur ein Stecker im vorliegenden Beispiel für die Gruppe II zu stöpseln. Damit
wird der Stromkreis für die betreffende Phase und die betreffenden Schutzrelais
vorbereitet.
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Nunmehr wird der Taster »Start« betätigt. Damit spricht das Relais
A an und schaltet über die Kontakte a1 und a2 und über den geschlossenen Tasterkontakt
d 1 das Relais B ein. Gleichzeitig werden durch das Umlegen der Kontakte
a1 und a2 die Relais M1 und M2 in den Leitungszug eingeschleift. Die eingezeichneten
Gleichrichter verhindern eine Potentialverschleppung. Mit dem Einschalten des Relais
B wird der über die Stöpselung vorbereitete Stromkreis beaufschlagt, und die Schutzrelais
der Gruppe II laufen an. Gleichzeitig wird das Stromrelais C erregt, das seinen
Kontakte 1 schließt, wodurch das Relais A in Selbsthaltung geht. Es ist eine
Startlampe vorgesehen, die die Bereitschaft der Anlage kennzeichnet. Durch Umlegen
des Kontaktes c 1 und der Selbsthaltung des Relais A leuchtet nunmehr die Lauflampe
auf. Durch das Anlaufen der beiden Schutzrelais der Gruppe II UMZ und
A J wird der Anregekontakt tm des Relais UMZ betätigt, womit die Relais H1
der Gruppe II erregt werden. Die Relais H1 lassen die zugehörigen Zählwerke Z anlaufen.
Durch das Schließen der Kontakte h 1 der Speicherrelais H1 werden aber ebenfalls
die beiden Zählwerke ZLS des Leistungsschalters und Z£s des Entregungschalters erregt.
Nach der eingestellten Zeit löst das Differentialrelais .A J nunmehr aus, wodurch
sein Kontakt to umlegt. Damit fällt sein Relais H1 ab, und das zugehörige
Zählwerk wird gestoppt. Gleichzeitig gibt das Differentialrelais Auslöseimpulse
auf die Leitungen L, und F5, womit die Relais M1 und M2 bei geschlossenem Auslösekreis
ansprechen. Diese steuern über ihre Hilfskontakte nil und m2
die beiden Zählwerke
ZL S und Zi:s ab. Trotzdem der Auslösekreis L5 und F, durch das Ansprechen
des Differentialrelais beaufschlagt wurde, reicht der Ausimpuls nicht aus, um die
beiden Schalter LS und FS zum Ansprechen zu bringen, da in ihrem Leitungszug die
Relais M1 und M2 eingeschleift sind, deren Widerstand entsprechend bemessen ist.
Mit dem Umlegen des Kontaktes to des Differentialrelais wurde gleichzeitig
das Relais H2 an Spannung gelegt, womit das Schauzeichen S des Differentialrelais
zum
Ansprechen kam. Das Relais H2 geht bis zur manuellen Löschung
durch die Löschtaste 7' in Selbsthaltung.
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Ist eine der Auslöseleitungen La und F, defekt, d. h. unterbrochen,
so kann durch die Abgabe des Auslös2impulses vom entsprechenden Schutzrelais her
das betreffende M-Relais nicht ansprechen, womit dann das zugehörige Zählwerk Z,5
oder ZFS bis zur manuellen Löschung weiterläuft, und zwar erregt über einen Haltekontakt
h2 des Hilfsrelais H2.
Das Relais UMZ läuft entsprechend der gewählten
Zeitverzögerung weiter und betätigt nach Ablauf in gleicher Weise die Meldeeinrichtung,
wie zuvor für das Differentialrelais beschrieben.
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Der Prüfvorgang wird abgesteuert mit der Impulsabgabe auf die Auslöseleitungen
des letzten der jeweiligen Gruppe zugehörigen Relais, in diesem Falle also mit der
Impulsabgabe des Relais UMZ, und zwar wie folgt: Die Kontakte s der Schauzeichen
S sind in einem Strompfad des Relais B alle hintereinandergeschaltet, und zwar immer
für eine Gruppe. Mit dem Ansprechen des Schauzeichens des letzten Relais also wird
dieser Stromkreis geschlossen, womit das Relais B erneut erregt wird. Das Relais
B wird daher zweckmäßig als Kipprelais ausgebildet, d. h., mit jeder Erregung springt
es in eine neue Betriebslage, wobei durch entsprechende Hilfskontakte der zuletzt
eingenommene Stromkreis unterbrochen wird. Mit dem erneuten Erregen von B wird der
überlagerungsstromkreis für die Schutzrelais unterbrochen. Die Schutzrelais befinden
sich wieder in der normalen Betriebsstellung, das Relais C fällt ab, durch Umlegen
des Kontaktes cl wird die Selbsthaltung für das Relais A aufgehoben, womit über
die Kontakte a1 und a2 die Auslösekreise wieder normal durchgeschaltet sind. Die
Einrichtung kann aber auch mit einer »Stoptaste« jederzeit manuell abgesteuert werden.
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Bei einer Störung während des Betriebes sprechen die betreffenden
Schutzrelais an und betätigen, wie beschrieben, die Meldeeinrichtung. Die einzelnen
Zählwerke zeigen nach Beendigung der Störung die Laufzeiten der Relais an. Ob die
Relais ausgelöst haben, lassen die einzelnen Schauzeichen erkennen. Bei allen Schaltern,
die nicht auslösten, laufen die Zählwerke bis zur manuellen Löschung weiter.
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Die vorgesehenen Zählwerke sind zweckmäßig in Sekunden bzw. Bruchteilen
davon geeicht. Mit ihrem Anlauf zählen sie also die Zeit, die das betreffende Schutzrelais
bis zum Auslösen benötigt. Die Zählwerke Z dienen beim Prüfvorgang dazu, um die
eingestellte Zeit, innerhalb der das betreffende Schutzrelais kommen soll, zu kontrollieren.
Während des normalen Betriebes geben sie jedoch beim Eintreffen von Fehlern Auskunft
darüber, welche Fehlerart vorliegt und innerhalb welcher Zeit gegebenenfalls ein
vorgelagerter Schutz diesen Fehler beseitigt hat.
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Nun kann der Fall vorkommen, daß während einer Prüfung ein echter
Fehler einläuft, der eigentlich für eines der gerade an der Prüfung beteiligten
Relais bestimmt ist. Um zu vermeiden, daß der Fehler so lange ansteht, bis der Prüfvorgang
selbst beendet ist, was unter Umständen zu Schäden in der Anlage führen kann, soll
jetzt mit Hilfe eines Reserveschutzes die Fehlerquelle erfaßt und die Abschaltung
gegebenenfalls herbeigeführt werden, indem nunmehr die Relais der anderen Gruppen,
die nicht im Augenblick an der Prüfung beteiligt sind, dazu herangezogen werden.
Um bei dem zuvor beschriebenen Beispiel zu bleiben sei angenommen, daß während der
Zeit, in der der Prüfvorgang für die Relaisgruppe II abläuft, ein Kurzschluß im
Generatorbereich auftritt. Normalerweise müßten jetzt sowohl der Differentialschutz
als auch der überstromschutz in Tätigkeit treten. Da diese beiden Schutzrelais sich
aber noch im Prüfvorgang befinden, kann ihr Auslöseimpuls durch die durch die Relais
M1 und M2 gesperrten Auslöseleitungen nicht auf die entsprechenden Schalter LS und
FS einwirken. Hier tritt nun erfindungsgemäß die Reserveauslösung in Tätigkeit.
Die Reserveauslösung wird durch ein Relais R gebildet, welches in angeregtem Zustand
die Kontakte r schließt und damit den Pluskontakt auf die beiden Auslöseleitungen
LS und FS, jedoch hinter den Relais M1 und M2 schaltet, womit unmittelbar die Schalter
LS und FS betätigt werden. Seine Anregung erhält das Relais R wie folgt: Mit dem
Einstöpseln des Kontaktes St für Gruppe II wurde, wie am Anfang beschrieben, auch
gleichzeitig der Kontakt R II gestöpselt. Damit war von vornherein das Relais R
über die Gruppe 1 vorbereitet. Da nunmehr während des Prüfvorganges der Gruppe II
ein echter Fehler vorliegt, der einen überstrom zur Folge hat, wird das überlastrelais
J> der Gruppe I angeregt. Dieses Relais schließt seinen Kontakt tm, womit der Pluskontakt
über den Stöpselkontakt R II dem Relais R zugeführt wird. Dieses spricht seinerseits
an und beaufschlagt, wie zuvor beschrieben, die Auslöseleitungen.
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Aus zeichnerischen Gründen ist im vorliegenden Beispiel darauf verzichtet
worden, das Ansprechen des Reserveschutzes R von allen Relais abhängig zu machen.
Selbstverständlich ist es durch das Einfügen geeigneter Hilfskontakte möglich, R
auch in Abhängigkeit von den anderen Schutzrelais zum Ansprechen zu bringen. Wie
beschrieben, wird nun der echte Fehler unverzüglich zur Abschaltung des Schutzobjektes
führen, wohingegen der Prüfvorgang, in diesem Falle für die Gruppe II, dadurch in
keiner Weise beeinträchtigt wird. Dieser läuft ungehindert ab.
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Die bisher beschriebene Prüfeinrichtung beschränkt sich darauf, den
Funktionsablauf der Schutzrelais zu überwachen. Darüber hinaus ist es aber erforderlich,
die weiteren in der Schaltung vorhandenen Elemente und Wege sowie vor allem die
Funktionen des Leistungsschalters und des Entregungsschalters zu kontrollieren.
Dieses wird erfindungsgemäß ebenfalls erreicht, indem hierzu lediglich einige Schalter
mit entsprechenden Hilfskontakten in die Einrichtung eingefügt sind. Diese Überwachung
arbeitet wie folgt: Durch Betätigung des Tastschalters D 1 wird zunächst das Relais
A erregt. Dieses Relais legt die Kontakte a1 bis a3 um. Gleichzeitig wird der Kontakt
d1 umgelegt. Dadurch wird einmal der Stromkreis über den Kontakt a3 geschlossen,
womit zunächst das Relais Ml zum Ansprechen kommt. über die Kontakte a1 und a2 und
Tastschalter D1 wird auch das Relais M2 an Spannung gelegt. Bemerkt sei noch an
dieser Stelle, daß das Relais B nicht zum Ansprechen kommt, da in seinem Stromkreis
der nunmehr geöffnete Kontakt d2 liegt. Durch die Betätigung des Tastschalters D
1 sind aber zuvor die Zählwerke ZLs und ZFS in Tätigkeit getreten. Diese
Zählwerke
zählen so lange, bis die beiden Relais M1 und M2 angesprochen haben und ihre Kontakte
m1 und m2 geöffnet haben. In diesem Augenblick fallen die beiden Zählwerke ZLS und
ZFS wieder ab. Auf diese Art und Weise wird der gesamte Stromkreis, der für die
Auslösung notwendig ist, überwacht. Liegt ein Fehler innerhalb dieses Stromkreises
vor, so laufen zwar, wie zuvor beschrieben, die beiden Zählwerke ZLS und ZFS an,
jedoch werden sie erst dann stillgesetzt, wenn der Tastschalter D 1 losgelassen
wird, da im Fehlerfalle die Relais M1 und M2 oder eines von beiden nichtzumAnsprechen
kommen.
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Im Fehlerfalle wird immer der Entregungsschalter FS betätigt werden.
Damit gewährleistet ist, daß bei Betätigung dieses Schalters auch unbedingt der
Leistungsschalter LS mit herausgenommen wird, ist eine Schaltermitnahme vorgesehen.
Dieses erfolgt über den Kontakt hfs. Deren überprüfung geschieht gleichzeitig mit
der überprüfung der Auslöseleitungen.
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Ferner ist noch ein Tastschalter D 3 vorgesehen. Dieser Schalter dient
dazu, um im Bedarfsfall eine echte Abschaltung herbeizuführen, d. h. entweder den
Leistungsschalter LS oder den Entregungsschalter FS zu betätigen. Solche
Abschaltungen erfolgen auch im Hinblick auf die Zeitmessung, wobei durch Betätigung
des Schalters D 3 die Zählwerke ZLS und ZFS mit anlaufen. Dem Tastschalter
D 3 ist ein Umschalter U zugeordnet. Dieser Umschalter besitzt drei Stellungen.
In Stellung 1 wird bei Betätigung des Tastschalters D 3 zunächst die Auslöseleitung
L, beaufschlagt. Damit wird der Leistungsschalter LS betätigt und herausgenommen.
Mit dem Betätigen des Tastschalters D 3 laufen aber gleichzeitig die Zählwerke ZLS
und ZFS an. In dem Augenblick, in dem der Leistungsschalter LS abschaltet, öffnet
er seinen Kontakt hls, womit das Zählwerk ZLS stehenbleibt. Das Zählwerk ZFS läuft
in diesem Falle so lange weiter, bis D 3 losgelassen wird.
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Wird der Umschalter U in Stellung 2 gebracht, so wird bei Betätigung
des Tastschalters D 3 zunächst Spannung auf den Auslösekreis des Entregungsschalters
FS gegeben. Die Zählwerke ZLS und ZFs laufen, wie zuvor beschrieben, ebenfalls an.
Mit Betätigung des Entregungsschalters FS wird über die vorgesehene Schaltermitnahme
auch der Leistungsschalter LS herausgenommen. In diesem Falle unterbrechen die beiden
Leistungsschalter FS und LS mit ihren Hilfskontakten hls und hfs .die Zuleitung
zu den Zählwerken ZLS und ZrS. Man kann also hier an den Zählwerken einwandfrei
ablesen, innerhalb welcher Zeit die beiden Leistungsschalter angesprochen haben.
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Die Stellung 3 am Umschalter U dient zur Kontrolle der Entregungseinrichtung.
In Stellung 3 wird bei Betätigung des Tastschalters D 3 ebenfalls Spannung auf die
Auslöseleitung des Entregungskreises FS gegeben. Gleichzeitig wird aber durch die
überbrückung des Hilfskontaktes hfs verhindert, daß das Zählwerk ZFS stehenbleibt,
nachdem der Leistungsschalter FS angesprochen hat. Die Einrichtung dient im wesentlichen
dazu, um die Entregungszeit zu messen. Unter Beobachtung eines Spannungsmessers
kann durch Drücken des Tastschalters D 3 das Zählwerk ZPS so lange in Tätigkeit
bleiben, bis der Spannungswert infolge der Entregung z. B. auf 10% seines ursprünglichen
Wertes gesunken ist. Die Zeit, die hierzu benötigt wird, ist dann am Zählwerk ablesbar.
Damit ergibt sich eine Kontrolle, inwieweit sich die Widerstände im Entregungskreis
eventuell geändert haben bzw. inwieweit die Schaltelemente fehlerhaft sind.