DE122503C

DE122503C -

Info

Publication number: DE122503C
Application number: DENDAT122503D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Forderung der Praxis, eine Mehrphasenanlage gegen Ueberlastung einer Phase zu schützen oder bei eingetretenem Drahtbruch denselben anzuzeigen, ist schon mehrfach vermittelst geeigneter Relais zu erfüllen versucht worden (vergl. z. B. die Patentschrift 92442). Bisher hat sich jedoch keine dieser Anordnungen praktisch bewährt, da sich deren Ausführung stets eine Reihe grofser Schwierigkeiten entgegenstellten.

Die vorliegende Erfindung sucht nun das oben angedeutete Ziel gleichfalls mittelst eines Relais zu erreichen, dessen schematische Anordnung Fig. ι der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht.

Es bedeuten darin: α und b zwei gleich grofse Eisenkerne, c und d deren Anker, e einen zweiarmigen, um f drehbaren Hebel, der zur mechanischen Verbindung der beiden Anker dient, gh und ik Wicklungen zur Magnetisirung der Eisenkerne. Die Wicklungen g und h haben je ^₁, die Wicklungen i und k je ^₂ Windungen.

Da die Verhältnisse, wie weiter unten gezeigt werden wird, für alle Mehrphasensysteme ganz ähnlich sind, so genügt es, wenn hier die Betrachtungen nur für ein System durchgeführt werden. Soll das Relais z. B. für eine Dreiphasenanlage Verwendung finden, so wird die Wicklung g in die eine, die Wicklung h in die zweite und die beiden Wicklungen i und k in die dritte Phasenleitung einzuschalten sein.

Die Hauptbedingung, der ein derartiges Relais genügen mufs, ist, dafs es bei gleicher Belastung der drei Phasen, also auch bei Stromlosigkeit der Leitungen, in Ruhe bleibt, hingegen bei Belastungsschwankungen in den einzelnen Phasen innerhalb beliebiger Grenzen, also auch bei Drahtbruch, in Wirkung tritt. Dieser Bedingung genügt die gezeichnete Vorrichtung, sobald der eine der drei Phasenströme durch die Wicklung g, der zweite in umgekehrter Richtung, d. h. um i8o° verdreht, durch die Wicklung h und der dritte durch die hinter einander geschalteten Wicklungen i und k hindurchgeschickt wird, und wenn die Windungszahlen ^₁ und ^₂ in bestimmtem Verhältnifs stehen.

Ein Blick auf Fig. 2 und 3 zeigt das Verhalten eines derartigen Relais bei Einschaltung in eine Dreiphasenanlage. In Fig. 2 bedeuten die Radienvectoren η ρ und q die drei gleich grofsen Ströme, \velche die drei Leitungen und somit die Wicklungen des Relais durchfliefsen; Strom η durchfliefse g, der um i8o° verdrehte Strom q (q-J die Wicklung h und Strom ρ die Wicklungen i und k. Ein ganz ähnliches Bild erhält man auch, abgesehen von einer Gesammtverdrehung um qo°, als Darstellung der von den Strömen erzeugten magnetischen Zugkräfte. Da sich nun letztere

in jedem Augenblick, bei gleichen Luft- und Eisenverhältnissen, durch die Gleichung ausdrucken lassen:

P= c ■

i ■ u

oder, wenn die Permeabilität u = f (i'
durch

so gehen die Gleichungen für g und h über in:

P₁ = c- fr · η -f(n . iJ
bezw.

und für i und k in:

Da die Ströme η, ρ und q bei gleichen Belastungen die gleichen sind, werden — immer genau die gleichen Verhältnisse für beide Magnetkerne vorausgesetzt —f (n ■ ^₁) = fd'fa) ^sem müssen, und folglich wird

P₁ = P\ = C₁ . fr -f(n - fr;
und

Pi = ^ci-h-f(ⁿ-h)-

Die magnetisirenden Kräfte P₁ und P\ wirken unter einer Verschiebung von 6o° auf den Kern α und ergeben als Resultirende, d. h. geometrisch addirt, den Werth P₃ = j/3 P₁ und als ausgeübtes Moment J/3 -P₁ · I₁. Die durch den Strom ρ erzeugten magnetisirenden Kräfte sind ihrerseits gleich

P, =

und das Moment

2 P₂ · I₂.

Damit nun die beiden Momente einander gleich werden (oder in dem besonderen Fall der Fig. 1 der doppelarmige Hebel in Ruhe bleibt), mufs

I₁ = 2.P_s./_a

= 2 -fr, -f(n -^) I₂

Das Gleichgewicht ist demnach hergestellt, wenn

a) bei gleicher Windungszahl, d. h. fr = ^₂, und

f(ⁿ ■ Ki) = f(ⁿ ■ li)

Vi-h = 2-/₂,

d. h. die Hebelarme, an denen die Zugkräfte wirken, stehen im Verhältnifs von j/3 : 2 (zweiarmiger oder einarmiger Hebel),

b) bei einem gleicharmigen Hebel, d. h. k — I11

Vz ■ Ti -f(ⁿ -h) = ² ■ fa -f(ⁿ ■ te)-

Bei hoher Sättigung wird

f(ⁿ · W = f(n ■ te)
und angenähert

]/₃ . fr = 2 · fr,,

d. h. die beiden vom Strom ρ durchfiossenen Spulen haben zusammen die VZ f^acne Windungszahl, wie jede der von dem Strom η und g durchfiossenen Spulen.

Naturgemäfs läfst sich das Verhältnifs von fr : ^₂ bezw. I₁ :1₂ beliebig wählen, so lange nur die Gleichung

VJ- Ti ·/(» -W *i = ²· T2 -f(ⁿ -te) k
erfüllt ist.

Bei ungleicher Belastung der Phasen wird das Gleichgewicht des Systems — wie aus der Ableitung hervorgeht ·— sofort gestört und bei der in Fig. 4 gezeichneten Ausführungsform eine Bewegung des Hebelarmes hervorgerufen. Diese Bewegung kann in einfacher Weise dazu benutzt werden, entweder die Klinke eines selbsttätigen Ausschalters auszulösen oder einen Hülfsstromkreis zu schHefsen und dadurch die ganze Anlage stromlos zu machen, oder die Leitungen abzuschalten. Da nun besonders in Lichtnetzen kleine Schwankungen der Belastung, die den Antrieb in keiner Weise störend beeinflussen, häufig auftreten werden, ist eine Regelung der Empfindlichkeit innerhalb weiter Grenzen nothwendig. Eine solche läfst sich im gegebenen Fall leicht durch gleichmäfsige Veränderung der Luftabstände zwischen den Ankern c und d und den Magneten a und b — in der Fig. 4 durch die Schrauben r s angedeutet — oder durch Einstellen der Federn W₁ und m,₂ schaffen. Die übrigen Bezeichnungen der Fig. 4 sind ganz dieselben wie in Fig. 1.

Eine vereinfachte Ausführungsform derselben Vorrichtung, bei der die beiden ursprünglich getrennten Magnetkreise verkettet und die beiden Anker mit einander verkuppelt sind, ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Bei diesen ist besonders darauf zu achten, dafs die beiden magnetischen Strömungen einander möglichst wenig unmittelbar beeinflussen, was sich durch einen guten Eisenschlufs des mittleren Kernes zum Theil erreichen läfst.

Soll derselbe Grundgedanke z. B-. auch auf ein Zweiphasensystem mit drei Leitungen Anwendung finden, so würde der eine Strom die Spule g, der zweite in umgekehrter Richtung die Spule h und der gemeinsame Rückstrom die Spulen i und k durchfliefsen müssen. Die oben aufgestellten Gleichungen gehen dann über in

P₁ = p\ = c - fr · ,·, -f(i_x - fr;

P₂ = c ■ fr, · ig/fl, · frji

und da /₂ ~ Z₁ ]/ 2 in

h -f(h

WO C₁

·* 2 —

= ei.

ist.

Auf den Kern α wirkt dann P₁ und P', mit einer Verschiebung von 90° oder deren Resultirende P₃ = Pj-|/2; auf den Kern b P₄ = P₂ · 2. Im Gleichgewichtszustand müssen wieder die Momente einander gleich sein, also

P . I — P . 1

welche Gleichung z. B. für die Werthe

Z₁ = yiZ_% und Z₁ = Y~2l.₂
erfüllt ist.

Derartige Apparate können entweder direct in die stromführenden Mehrphasenleitungen eingeschaltet, werden , oder, insbesondere'bei Hochspannungsanlagen unter Verwendung kleiner Stromwandler. Schliefslich können diese Vorrichtungen auch mit Spannungsspulen ausgerüstet werden und am Ende der Freileitungen oder des Kabels zur Abschaltung einer Unterstation oder einer sonstigen Verbrauchsstelle Aufstellung finden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Auf Belastungsschwankungen in Mehrphasenstromanlagen ansprechendes Relais, dadurch gekennzeichnet, dafs dessen unmittelbar oder unter Verwendung von Transformatoren in die Mehrphasenleitungen eingeschaltete Wicklungen zwei von einander getrennte magnetische Kreise bilden, die zufolge ihrer Schaltung und ihrer Windungsverhältnisse bei gleicher Belastung der einzelnen Phasen wirkungsgleich sind und bei Belastungsschwankungen eine Differenzwirkung zeigen.

2. Ausführungsform des Relais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs die beiden getrennten magnetischen Kreise mit einander verkettet sind und einen gemeinschaftlichen Anker beeinflussen;

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.