DE1513116A1

DE1513116A1 - Stromversorgungsschaltung fuer elektrische Schutzrelais

Info

Publication number: DE1513116A1
Application number: DE19651513116
Authority: DE
Inventors: David Clegg; Warren Robin Howard John; Eric Paddison
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1964-09-16
Filing date: 1965-09-15
Publication date: 1969-05-22
Also published as: GB1102552A; US3390307A; CH434436A; DE1513116B2; JPS4328486B1; FR1446718A; SE319229B

Description

PATENTANW

DIPL-ING. CURT .

DIPL-ING. GÜNTHER KOCH ^Ά*&Ϊ3§ 1 DR. TINO HAI BACH ^T

V '-J-a··

14·September1965

UNSER ZEICHEN: 7939 - H/70

THE ENGLISH ELECTRIC COMPANY LIMITED, London WC 2 / England

Stromversorgungsschaltung für elektrische Schutzrelais

Die Erfindung betrifft Stromversorgungsschaltungen.

Im besonderen betrifft die Erfindung eine Stromversorgungsschaltung zur Speisung einer elektrischen Übervrachungs- und Warnvorrichtung eines elektrischen Schutzrelais, derart daß das Relais auf Alarmbedingungen in einem von dem Relais zu überwachendem elektrischen System ansprechen kann.

Gemäß der Erfindung kennzeichnet sich eine derartige Stromversorgungsschaltung durch Eingangsschaltungen, denen wenigstens ein Eingangssignal, das von einer der zu überwachenden •Bedingungen abhängt, zugeführt wird und welche in Abhängigkeit hiervon ein Gleichstromsignal erzeugen, das aus dem genannten Eingangssignal gebildet wird, durch eine elektrische Schaltung,

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welcher dieses Gleichstromsignal zugeführt wird und welche in Reihe hintereinander die erwähnte Überwachungs- und Warneinrichtung sowie eine Schaltvorrichtung aufweist, wobei die Schaltvorrichtung in Abhängigkeit von dem Betrag des Gleichstromsignals gesteuert wird, sowie durch eine dieser elektrischen Schaltung parallel geschalteten Batterie, welche als Stromversorgung für die Schaltung dient und einen Ladestrom in Gestalt eines von dem Eingangssignal abgeleiteten Stroms erhält, sobald das erwähnte Gleichstromsignal einen vorgegebenen hohen Wert übersteigt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß

Gleichstrom zwischen der elektrischen Schaltung, welcher das nal zugeführt wird, und der Eingangsschaltung eine nur in einer Richtung leitende Vorrichtung vorgesehen ist, um eine Entladung der Batterie durch die Eingangsschaltung zu vermeiden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schaltvorrichtung Halbleiteranordnungen aufweist, welchen das Gleichstromsignal zugeführt wird und welche aus einem nichtleitenden Zustand in einen leitenden Zustand übergehen, sobald das Signal einen vorgegebenen niedrigen Wert übersteigt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Eingangsschaltung erste Eingangsschaltmittel, welchen ein erstes, dem Strom in dem zu überwachenden System proportionales Signal zugeführt wird und welche in Abhängigkeit hiervon ein erstes Gleichstromsignal erzeugt, sowie zweite Eingangsschaltmittel aufweist, welchen ein der Spannung in dem zu überwanhenden

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System entsprechendes Signal zugeführt wird und weiche in Abhängigkeit hiervon ein zweites Gleichstromsignal erzeugen, und daß Schaltmittel zur Kombination des ersten und des zweiten Gleichstromsignals unter Bildung des erwähnten Gleichstromsignals vorgesehen sind.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen der zweiten Eingangsvorrichtung und der Schaltvorrichtung eine nicht-lineare spannungsempfindlich Vorrichtung vorgesehen ist, welche die Schaltvorrichtung von dem zweiten Gleichstromsignal abtrennt, bis dieses Signal einen vorgegebenen Zwischenwert übersteigt, derart daß die Schaltvorrichtung durch das zweite Eingangssignal erst dann in den leitenden Zustand gebracht wird, wenn dieses Signal den vorgegebenen Zwischenwert überstiegen hat.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine den besonderen Anforderungen von elektrischen Schutzrelais angepaßte Stromversorgungsschaltung geschaffen. Derartige elektrische Schutzrelais, wie sie zur Überwachung von Stromnetzen auf bestimmte Störzustände und zur Absicherung gegen durch derartige Störzustände verursachte Beschädigungen verwendet werden, weisen häufig verhältnismäßig komplizierte Heßschaltungen und/oder Warnanzeigeschaltungen auf. Zum Betrieb dieser Heß- und V/arnschaltungen ist eine Stromversorgung erforderlich. Diese Stromversorgung kann entweder aus dem überwachten System selbst oder aber aua einer Batterie erfolgen. Gemäß der Erfindung finden zwei Stromversorgungsquellen gleichzeitig Anwendung; dies hat den Vorteil, daß jede von ihnen eine

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kleinere elektrische Kapazität "besitzen kann. Die Anordung kann so getroffen sein, daß normalerweise die Stromversorgung durch das überwachte System selbst erfolgt; beim Auftreten eines plötzlichen höhefcen Leistungsbedarfs des Relais, beispielsweise im Zusammenhang mit der Auslösung eines Steuersignals, wird dieser zusätzliche Bedarf teilweise durch die zusätzlich vorgesehenen Batteriestromquellen geliefert. Ohne die zusätzliche Batteriestromquelle träte unter den genannten Umständen ein entsprechender Spannungsabfall in den Meß- und/ oder Warnschaltungen des Schutzrelais auf, was zu Störungen in der Messung und/oder in der Warnanzeige führen kann. Bei einer derartigen doppelten Stromversorgung mit zusätzlicher Batterie besteht jedoch die Schwierigkeit, daß sich die Batterie, wenn sie ständig mit der Relaisschaltung verbunden ist, im betriebslosen Zustand des Systems allmählich· entladen wird. Durch die vorliegende Erfindung wird nun eine Stromversorgungsschaltung für diesen Zweck geschaffen, welche gleichzeitig eine wirksame Stromversorgung des Relais und eine Aufladung der als zusätzliche Stromquelle vorgesehenen Batterie bzw. Batterien gewährleistet und außerdem die automatische Abschaltung der Batterie von den Relaisschaltungen im betriebslosen Zustand des Systems sicher-SSsteilt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Schaltung eines Netz- bzw. Stromversorgungsgerätes für einelektrisches Distanz-Schutzrelais; die Beschreibung erfolgt anhand der Zeichnung; diese zeigt ein Schaltschema der wesent- ' liehen Schaltverbindungen der Netzgerätschaltung.

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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die Schaltung einen Eingangstransformator 10 auf, dessen Primärwicklung in Reihe mit einem Widerstand T1 an Eingangsklemmen 12 liegt; die Sekundärwicklung ist mit einem Yollweggleichrichter 13 verbunden. ■Der Gleichstromausgang der Gleichrichterschaltung ist mit den Leitungen AB und GD verbunden. Zwischen den Punkten A und G der Leitungen AB und OD liegen ein Widerstand 14 und ein Kondensator 15·

Ferner ist ein weiterer Eingangstransformator 16 vorgesehen, dessen Primärwicklung an Eingangsklemmen 17 liegt und dessen Sekundärwicklung mit einem Vollweggleichrichter 18 verbunden ist. Wechselstromseitig ist die Gleichrichterschaltung 18 mit einem nicht-linearen Widerstand 19 zur Spannungsbegrenzung verbunden. Über dem Gleichstromausgang der Gleichrichterschaltung 18 liegt ein Kondensator 20.

Die positive Klemme des Gleichstromausgangs der GIeichriehterschaltung 13 ist mit einem in der Leitung AB liegenden Potentiometer 21 verbunden; eine Anzapfung dieses Potentioneters ist in Reihe mit einer Zener-Diode 22 mit der positiven Klemme des Gleichstromausgangs des Gleichrichters 18 verbunden. Zwischen der positiven Klemme des Gleichrichters 18 und einem zwischen dem Potentiometer 21 und dem Punkt A liegenden Punkt der Leitung AB liegt ein Stabilisierungskondensator 23. Die negativen Klemmen der Gleichstromausgänge der Gleichrichter 13 und 18 sind mit der Leitung CD verbunden. Zwischen dem Knotenpunkt zwischen der posiv tiven Klemme des Gleichrichters 18 und dem Kondensator 23 einer-

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.seits und der Leitung GD andererseits liegt ein Widerstand 24.

Mit dem entfernten Ende des Potentiometers 21 ist eine Diode 25 verbunden, welche einen Strom in einer Richtung vom Potentiometer 21 weg zu einem Widerstand 26 fließen läßt, welcher mit den Kollektoren zweier Transistoren 27 bzw. 28 verbunden ist. Die Basis des Transistors 27 ist über einen Widerstand 29 mit der positiven Klemme des Gleichrichters 18 verbunden. Der Emitter/ist mix aer

Leitu^ng CD, seine Basis mit dem Emitter des Transistors 27 verbunden. Eine Batterie 30 ist mit ihrer positiven Klemme mit dem Knotenpunkt zwischen der Diode 25 und dem Widerstand 26 und mit ihrer negativen Klemme mit der Leitung CD verbunden.

Im Zuge der Leitung AB und mit dem entfernten Ende des Potentiometers 21 verbunden ist weiter eine Diode 31 vorgesehen, welche einen Strom in Richtung von dem Potentiometer 21 weg zu einem Widerstand 32 fließen läßt, welcher mit den Kollektoren zweier Transistoren 33 und 34 verbunden ist. Die Basis des Transistors 33 liegt über eten Widerstand 35 an der positiven Klemme des Gleichrichters 18. Der Emitter des Transistors 34 ist mit der Leitung CD und seine Basis mit dem Emitter des Transistors 33 verbunden. Eine Batterie 36 ist mit ihrer positiven Klemme mit dem Knotenpunkt zwischen der Diode 31 und dem Widerstand 32 und mit ihrer negativen Klemme mit der Leitung CD verbunden. Zur Begrenzung der zwischen den Dioden 25 und 31 auftretenden Spannung ist eine Zener-Diode 37 mit der Leitung CD verbunden.

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Des weiteren ist eine 'Sicherheitsschaltung vorgesehen; diese weist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 38 und einem Kondensator 39 zwischen einem hinter der Diode 31 (von dem Punkt A aus gesehen) liegenden Punkt der Leitung AB und dem Kollektor des Transistors 34 auf. Die Basis eines Transistors 40 ist über einen Widerstand 41 mit einer Diode 42 verbunden, die ihrerseits mit dem Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 38 und dem Kondensator 39 so verbunden ist, daß sie für einen Stromfluß in Richtung vom Transistor 40 wegleitend ist. Mit dem Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 41 und der Diode 42 ist eine Diode 43 verbunden, welche Strom zu einem Kondensator 44 fließen läßt, der mit der Leitung AB in der Höhe des Punktes B sowie mit einem Widerstand 45 verbunden ist, der^seinerseits mit einer ersten Ausgangsklemme 46 verbunden ist. Zwischen einem in der Nähe von B liegenden Punkt der leitung AB und der Basis des Transistors 40 liegt ein Stabilisierungswiderstand 47. Zwischen dem Kollektor des Transistors 34 und dem Emitter des Transistors 40 liegt ein Widerstand 48. Zwischen dem Punkt B der Leitung AB und dem Emitter des Transistors 40 liegt eine Zener-Diode 49· Der Kollektor des Transistors 40 ist über eine Diode 51 mit einer zweiten Ausgangsklemme 50 verbunden, wobei die Diode 51 so geschaltet ist, daß sie für Ströme in Richtung auf die Klemme 50 zuleitend ist.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung erläutert. Den Eingangsklemmen 12 wird ein Spannungssignal zugeführt, a^S proportional der Spannung auf der durch das Relais

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abgeschützten Netz- bzw. Starkstromleitung ist; den Eingangs-■klemmen 17 wird ein dem Stromfluß in der Netz- bzw. Starkstrom*· leitung proportionales Stromsignal zugeführt.

Die Widerstände 26 bzw. 32 stehen für die Widerstandswirkung der Meßschaltungen bzw. der Überwachungsschaltungen des Relais. Die

Transistoren 27 und 28 wirken als Schalter, welcher die Zufuhr elektrischer Energie an den Widerstand 26 steuert. Entsprechend wirken die Transistoren 33 und 34 als Schalter, welcher die Zufuhr elektrischer Energie an den Widerstand 32 steuert. Die Wirkungsweise der Transistoren ist weitgehend gleich, sodaß im folgenden nur die Wirkung der Transistoren 27 und 28 beschrieben wird.

Sobald den Klemmen 17 ein oberhalb eines vorgegebenen niedrigen Wertes liegendes Stromsignal zugeführt wird, fließt in dem Widerstand 24 ein Strom, welcher das Potential der Basis des Transistors 27 soweit ansteigen läßt, daß dieser Transistor aus seinem nichtleitenden Zustand in den leitenden Zustand gelangt. Das Basispotential des Transistors 28 wird auf diese Weise erhöht und der Transistor 28 vom nicht-leitenden Zustand in den leitenden Zustand gebracht, derart daß Strom durch den Widerstand 26 fließen kann, und zwar infolge der Spannung der Batterie 3(T oder infolge des an dem Widerstand 24 auftretenden Spannungsabfalls, je nachdem, welches diesär Potentiale größer ist. Ist das an dem'Widerstand 24 auftretende Potential größer als das der Batterie, so fließt ein Ladestrom in die Batterie, wodurch diese aufgeladen wird.

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Wird den Anschlußklemmen 12 ein Spannungs sign,al zugeführt, bei gleichzeitiger Abwesenheit von Stromsignalen, so ist die Wirkungsweise der Schaltung ähnlich wie vorstehend beschrieben, mit der Ausnahme, daß die Zener-Diode 22 einen Stromfluß in dem Widerstand 24 verhindert, bis das Spannungssignal größer ist als 'ein vorgegebener Zwischenwert. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Zener-Diode 22 normalerweise einen Stromfluß verhindert, bis das Spannungssignal eine Spannung auf der Hetz- bzw. Starkstromleitung in Höhe von 80 fo ihrer Normalspannung wiedergibt. Auf diese Weise gewährleistet die Zener-Diode 22 durch ihre Wirkung, daß die Transistoren 27 und 28 nicht in den leitenden Zustand geschaltet werden, soferne das Spannungssignal nicht genügend groß ist, um die Batterie zu laden.

Ersichtlich kann jede beliebige Anzahl von Batterien und Verbraucherlasten in geeigneter Weise an die Eingangstransformatoren 10 und 16 angeschlossen werden. Es ist häufig von Vorteil, für jede der Relaisschaltungen wie beispielsweise die Relaisschaltungen 26 und 32 eine Batterieversorgung zu haben, derart daß die Relais-Meßschaltkreise 26 unabhängig von den Überwachungs-Schaltkreisen 32 mit Strom versorgt werden können. Andernfalls kann in dem Moment, wo eine Überwachungs-Funktion ausgelöst werden muß, ein gewisser Meßfehler auftreten.

•Im folgenden wird die Wirkungsweise der Sioherheitsschaltung beschrieben, welche die Arbeitszeit des Relais verringert, wenn die· zur Erregung aus einer Netz:stromquelle angeschlossenen Netz- bzw. Starkstromleitung ©ineri elektrischen Störzustand im oder nahe dem Relaiapunkt aufweist. Immer wenn die littzstromversorgung erregt

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•ist, fließt anfänglich ein Ladestrom durch den Widerstand 38, welcher den Kondensator 39 auflädt; hierdurch kann in dem Transistor 40 ein Basisstrom fließen, welcher den Transistor 40 im leitenden Zustand hält. Me Anschlußklemme 50 ist über (nicht dargestellte) Relaiskontakte mit der Leitung GD verbunden; während Störzuständen sind diese Relaiskontakte geschlossen, derart daß ein Strom aus der Leitung AB über den Transistor 40 und die Relaiskontakte in die Leitung CD fließt. Dieser Strom dient beispielsweise zur Erregung eines Zeitgeber-Transistors in der Bndstufe einer Zeitgebervorrichtung; ein derartiger Transistor läßt bei Erregung einen Auslösestrom in der Auslösewicklung eines Schalters fließen, wodurch die gestörte Netz- bzw. Starkstromleitung unverzüglich von der Netzstromquelle abgetrennt wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß ein Haltestrom aus der Leitung AB über den Transistor 40, den Widerstand 41, die Diode 43 und den Widerstaod 45 zu der Anschlußklemme 46 fließt. Und zwar fließt dieser Haltestrom, sobald der Kondensator 44 aufgeladen ist, und er fließt durch den Zeitgeber-Transistor in der Zeitgebervorrichtung, welcher den erwähnten Auslösestrom führt, derart.daß der Zeitgebertransistor im leitenden Zustand gehalten wird. Die Verzögerung bei der Aufladung des Kondensators 44 verhindert, daß der Haltestxom durch störende^ Nebensignale ausgelöst wird. Im störungsfreien Zustand des Systems sind die Relaiskontakte geöffnet, derart daß kein Strom von der Leitung AB über den Transistor 40 zu der Leitung CD zur Erregung des Zeitgebertransistors fließt.

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Durch die Erfindung wird somit eine lietzstromversorgung zur Speisung von Relaisschaltungen sowie zur gleichzeitigen Aufladung einer Batterie geschaffen. Die Batterien dienen als Stromversorgung für die Relaisschaltungen unter "bestimmten Umständen, wenn nämlich die erwähnte Gleichspannung unter das Potential der Batterie, jedoch nicht unterhalb einen vorgegebenen Zwischen- oder niedrigen Wert - je nachdem absinkt und dienen gleichzeitig zur Erhöhung der "elektrischen Kapazität der für die Relaisschaltungen verfügbaren Stromversorgung in jedem beliebigen Zeit—punkt und insbesondere während solcher Zeitperioden, wenn die Relaisschaltungen bestimmte Relaisbetätigungen auszulösen beginnen, wofür vorübergehende Energieimpulse erforderlich sein können.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche ;

1. Elektrische Netzstromversorgungsschaltung zur Speisung einer elektrischen Überwachungs- und Warnvorrichtung eines elektrischen Schutzrelais, derart daß das Relais auf Alarmbedingungen in einem von dem Relais zu überwachendem elektrischen System ansprechen kann, gekennzeichnet durch :Eingangsschaltungen (10 - 13 bzw. 16 bis 19)» denen wenigstens ein Eingangssignal, das von einer der zu überwachenden Bedingungen abhängt, zugeführt wird und welche in Abhängigkeit hiervon ein Gleichstromsignal erzeugen, das aus dem genannten Eingangssignal gebildet wird, durch eine elektrische Schaltung, welcher dieses Gleichstromsignal zugeführt wird und welche in Reihe hintereinander die erwähnte Überwachungs- und Warneinrichtung (26 bzw. 32) sowie eine Schaltvorrichtung (27, 28 bzw. 33j 34) aufweist, wobei die Schaltvorrichtung in Abhängigkeit von dem Betrag des Gleichstromsignals gesteuert wird, sowie durch eine dieser elektrischen Schaltung jarallel geschaltetenBatterie (30, bzw. 36), welche als Stromversorgung für die Schaltung dient und einen Ladestrom in Gestalt eines von dem Eingangssignal abgeleiteten Stroms erhält, sobald das erwähnte Gleichstromsignal einen vorgegebenen hohen Wert übersteigt.

2. Elektrische Stromversorgungsschaltung nach Anspruch !,.dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der elektrischen Schaltung (26 - 28, bzw. 32 - 34), welcher das

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Gleichstrom

23LKgSSgSsignal zugeführt wird, und der Eingangsschaltung eine nur in e'ner Richtung leitende Vorrichtung vorgesehen ist, um eine Entladung derBatterie (30 bzw. 36) durch die Eingangsschaltung zu vermeiden.

3. Elektrische Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltvorrichtung Halbleiteranordnungen ( 27, 28 bzw. 33, 34) aufweist, welchen das Gleichstromsignal zugeführt wird und welche aus einem nichtleitenden Zustand in einen leitenden Zustand übergehen, sobald das Signal einen vorgegebenen niedrigen Wert übersteigt.

4.Elektrische Stromversorgungsschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Eingangsschaltung erste Eingangsschaltmittel (12, 10, 11, 13)f welchen ein erstes, dem Strom in dem zu überwachenden System proportionales Signal zugeführt wird und welche in Abhängigkeit hiervon ein erstes G-leichstromsignal erzeugt, sowie zweite Eingangsschal tmittel (17, 16, 18, 19) aufweist, welchen ein der Spannung in dem zu überwachenden System entsprechendes Signal zugeführt wird und welche in Abhängigkeit hiervon ein zweites Gleichstromsignal erzeugen, und daß Schaltmittel ( 20 - 24) zur Kombination des ersten und des zweiten Gleichstromsignals unter Bildung des erwähnten Gleichstromsignals vorgesehen sind.

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.5. Elektrische Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der zweiten Eingangsvorrichtung und der Schaltvorrichtung eine nicht-lineare spannungsempfindliche Vorrichtung vorgesehen ist, welche die Schaltvorrichtung von dem zweiten Grleichestromsignal abtrennt, bis dieses Signal einen vorgegebenen Zwischenwert übersteigt, derart daß die Schaltvorrichtung durch das zweite Eingangssignal erst dann in den leitenden Zustand gebracht wird, wenn dieses Signal den vorgegebenen Zwischenwert überstiegen hat.

6. Elektrische Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 5, mit einer Sicherheitsschaltung zur Erregung einer Steuerschaltung für einen Unterbrecherschalter des elektrischen Schutzrelais mit einer ofSeet- Schutz-Auslösezone, wobei mittels der Sicherheitsschaltung eine Zeitverzögerungsschaltung der genannten off-set-Zone stets dann überbrückt werden kann, wenn das zu überwachende System während eines Störzustandes auf eine Netzstromversorgung des Systems aufgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Sicherheitsschaltung eine Hilfsschal tv or richtung (40) aufweist, welche bei Vorliegen eines Störzustandes in dem System ohne Verzögerung in Abhängigkeit von dem Gleichstromsignal in einen leitenden Zustand umgeschaltet wird, sowie eine Vorrichtung, welche in Abhängigkeit von dem Gleichstromsignal und nach einer kurzen Zeitverzögerung, welche eine Fehlauslösung durch zufällige Eingangs-

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signale verhindern soll, einen Haltestrom für die Hilfsschaltvorrichtung erzeugt, um diese im leitenden Zustand zu halten, derart daß die Betätigung des Unterbreeherschalters ohne Verzögerung eingeleitet wird, um das
System von der Stromversorgung zu trennen und eine Verzögerung der Auslösung des Unterereeherschalters infolge mangelnder Empfindlichkeit anderer Auslösezonen
des Schutzrelais bezüglich einem in der Höhe des Relaispunktes liegenden Störzustandes zu vermeiden.

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