DE2022150C3 - Impedanzrelais mit einstellbarer Funktionskurve - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Impedanzrelais gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Impedanzrelais, mit dem die Form der Funktionskurve einstellbar ist, ist bekannt aus den »AEG-Mitteilungen«, 1965, Seite 81 bis 85.

Zum Schutz von Starkstromleitungen, Sammelschienen, Transformatoren und Generatoren werden oft Impedanzrelais als Meßrelais oder als Auslöseorgane für andere Relais verwendet. Unter Berücksichtigung bestimmter Wünsche können solche Relais bei Kreislösungen in einem RX-Kreuz verschiedene Funktionskurven haben. Die einfachste Funktionskurve ist ein Kreis mit dem Zentrum im Nullpunkt des genannten Kreuzes. Eine solche Kurve ist aber in vielen Fällen nicht sehr zweckmäßig, da z. B. das Relais eine hohe Belastung des Schutzobjekts als abnehmende Impedanz auffassen und ansprechen kann. Diese Eigenschaft des Relais kann zum größten Teil eliminiert werden, indem man der Funktionskurve eine in gewisser Richtung zum RX-Kreuz gestreckte Form gibt, was durch verschiedene, mehr oder weniger komplizierte Kreislösungen, z. B. mit Hilfe einer Kompensierungsimpedanz, erreicht werden kann. Es gibt auch Relais mit elliptischer oder in anderer Weise ovaler Funktionskurve, um die Gefahr eines unzulässigen Ansprechens zu vermindern. Die letzteenannten Relais sind rein kreistechnisch oft kompliziert, gleichzeitig haben sie relativ lange Ansprechzeiten. Schnelle Relais haben im allgemeinen eine ungünstige Funktionskurve, als Beispiel können Relais mit kleeblattförmigen Funktionskurven genannt werden.

Aus der deutschen Patentschrift 881 825 ist ein Impedanzrelais bekannt, bei dem zwei Eingangskreise für die Spannung vorhanden sind. Während einer der Eingangskreise die volle Netzspannung abo bildet, dient der zweite Spannungskreis dazu, den Oberwellengehalt der Netzspannung auszufiltern. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, ein Fehlverhalten des Impedanzrelais für den Fall zu vermindern, daß der Netzfehler aus einem Lichtbogenkurzschluß besteht. Die bei einem Lichtbogenwiderstand in der Spannung auftretenden Oberwellen üben ein kompensierendes Drehmoment auf das aus einem Galvanometer bestehende Anzeigegerät aus. Durch die Verwendung eines Galvanometers als An-

ao zeigegerät ist die bekannte Anordnung im übrigen relativ träge. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1463 138 ist ein elektrisches Schutzrelais bekannt, bei dem Strom und Spannung als Wechselgrößen einer größeren Anzahl von Signalgeneratoren zuge-

a₅ fuhrt werden. Die Ausgänge der Signalgeneratoren werden über logische Schaltelemente miteinander verknüpft und ausgewertet. Die bekannte Anordnung dient zum Zweck, die polare Charakteristik des Relais auf bestimmte fehlerhafte Scheinwiderstandswerte einstellen zu können. Dieses Schutzrelais ist sehr aufwendig wegen der erforderlichen großen Anzahl von Signalgeneratoren und logischen Schaltelementen. Es beruht auf dem Vergleich von Phasenlagen und erfordert daher zwei Vergleichsvorgänge.

Bei dem aus den »AEG-Mitteilungen«, 1965, S. 81 bis 85 bekannten Impedanzrelais ist der zweite Sparinungskreis ein Mischkreis, d. h., daß die von diesem Kreis an den Nulldetektor gelieferte Spannung von der Spannung und dem Strom, die dem Impedanzrelais zugeführt werden, abhängig ist. Das Impedanzrelais gestattet die Einstellung elliptischer Funktionskurven, die mit einem Brennpunkt im Nullpunkt des JiT-Kordinatensys-ems liegen und deren Achsenverhältnis durch die Verstellung des Stromeinflusses im zweiten Spannungskreis verändert werden kann. In der genannten Druckschrift ist auch der Sonderfall behandelt, daß der Stromeinfluß im zweiten Spannungskreis zu Null gemacht wird. Bei diesem Grenzfall, in welchem das bekannte Impedanzrelais mit zwei reinen Spannungskreisen arbeitet, ist die Funktionskurve kreisförmig. Die Abänderung der Kreisform ist nur möglich durch Verwendung eines gemischten Kreises. Dies hat den Nachteil, daß die beiden Spannungskreise nicht an ein und denselben Spannungstransformator angeschlossen werden können und daß der Wandler für den zweiten Spannungskreis relativ groß bemessen werden muß, da anderenfalls bei hohen auftretenden Strömen Sättigungsfehler auftreten würden. Ein weiterer Nachteil des bekannten Relais besteht darin, daß es als Nulldetektor ein Drehspulgerät verwendet, dessen Ansprechgeschwindigkeit relativ klein ist. Schließlich läßt sich mit dem bekannten Impedanzrelais die Lage der Funktionskuwe nicht verändern.

⁶S Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Impedanzrelais der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß mit vergleichsweise einfachen Mitteln ein sehr schnell und hinsichtlich der

Form und/oder Lage seiner Funktionskurve leicht einstellbares Impedanzrelais ergibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Impedanzrelais nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Eine voriiilhafte Weiterbildung des Impedanzrelais nach der Erfindung ist in dem Unteranspruch genannt.

Durch die Erfinduiig wird ein Impedanzrelais geschaffen, bei welchem unter Verwendung von zwei Spannungskreisen die Funktionskurve in mannigfacher Weise verstellt werden kann. Für beide Spannuiigskreise kann ein einziger Wandler mit zwei Sekundärwicklungen verwendet werden. Die Gefahr von Sättigungsfehlern durch diesen Wandler besteht praktisch nicht, da die dem Impedanzrelais zugeführte Spannung keine großen Überhöhungen aufweist. Durch die Kombination der genannten Kreise mit »° einem statischen Nulldetektor wird eine sehr hohe Ansprechgeschwindigkeit des Impedanzrelais erreicht. Das Impedanzrelais gibt ein momentanes Ausgangssignal, sobald die Spannung des Stromkreises die summierte Spannung der Spannungskreise über- ^a5 steigt. Durch die Erfindung wird also mit wenigen und einfachen Schaltmitteln ein Impedanzrelais geschaffen, das schnell anspricht und dessen Funktionskurve eine günstige Form und/und Lage gegeben werden kann.

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbcispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

F i g. 1 und 3 Schaltungen zweier Varianten von Relais gemäß der Erfindung,

Fig. 2a einige Beispiele für verschiedene Funktionskurven, die mit der Schaltung nach F i g. 1 realisiert werden können,

F i g. 2 b die Verschiebung einer ovalen Funktionskurve auf der Impedanzebene mit bekannten Mitteln,

F i g. 4 a eine kreisförmige Funktionskurve, die man mit der Schaltung nach F i g. 3 erhalten kann,

F i g. 4 b bzw. 4 c zeigen die Spannungen vom Stromkreis bzw. Spannungskreis bei der Ausführung iwch F i g. 4 a, ⁴S

F i g. 5 a eine kreisförmige Funktionskurvc mit verschobenem Mittelpunkt und

F i g. 5 b und 5 c die Spannungen vom Stromkreis bzw. Spannungskreis für den letztgenannten Fall.

Die in F i g. 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung hat einen Transformator 1 mit Primärwicklung! und Sekundärwicklung 3. Die Primärwicklung ist mit Klemmen 4 und 5 an dem bzw. an den Stromtransformatoren des Schutzobjektes angeschlossen und wird vom Strom I durchflossen. Die Sekundärwicklungsenden haben je eine Anschlußklemme 6 und 7 und außerdem mehrere dazwischenliegende Klemmen 8,9, um das Übersetzungsverhältnis des Transformators ändern zu können. Eine Gleichrichtcrbrücke 10 ist an der Sekundärwicklung angeschlossen und an den Gleichstromklemmen der Brücke ist zwischen den Punkten 12 und 13 ein Widerstand ü angeschlossen. Der hiermit beschriebene Teil des Impedanzrelais ist der einleitend erwähnte Stromkreis. ^6j

Das Impedanzrelais gemäß der Erfindung hat einen zweiten Transformator 20 mit einer Primärwicklung 21 und zwei Sekundärwicklungen 22, 23.

Die Primärwicklung 21 ist mit zwei Klemmen 24, 25 an dem bzw. an den Spannungswandlern des Schut?.-objektes angeschlossen und wird mit der Spannung U gespeist.

Die erste Sekundärwicklung 23 hat zwei Endklemmen 40 und 41 und außerdem mehrere dazwischenliegende Klemmen 42, so daß die von der Sekundärwicklung 23 entnommene Spannung stufenweise von Null bis zu einem Maximalwert variiert werden kann. Eine Gleichrichterbrücke 43 ist mit ihren Wechselstromklemmen an der Sekundärwicklung 23 angeschlossen, während die Gleichstromklemmen über einen Widerstand 44 an den Endpunkten eines Widerstandes 14 angeschlossen sind. Ein Kondensator 45 kann im Speisekreis der Gleichrichterbrücke 43 eingeschaltet sein, und zwar für den Fall, daß man eine Änderung der Phasenlage wünscht und damit eine Änderung der Arbeitsbedingungen des Relais. Der hier beschriebene Kreis ist der einleitend erwähnte erste Spannungskreis.

Die zweite Sekundärwicklung 22 hat zwei Endklemmen 26, 27 und außerdem eine Mittelklemme 28. Zwischen den Endklemmen liegt ein Phasenverschiebungskreis, bestehend aus einem Widerstand 50 und einem Kondensator 51. Die drei Klemmen sind mit Leitungen 7.9, 30 und 31 mit den Mittelpunkten 32, 33, 34 je eines Zweiges einer Gleichrichterschaltung 35 verbunden. Der positive Pol der Glcichrichtcrschaltung ist über einen Widerstand 36 mit einem Punkt 37 in der Relaisschaltung verbunden. Der negative Pol der Gleichrichterschaltung ist mit einem anderen Pol 38 der Schaltung verbunden. Zwischen den beiden Polen der Gleichrichterschallung liegt ein Kondensator 39, der die Welligkcit der Spannung ausgleicht. Zwischen den Punkten 37 und 38 liegt der Widerstand 14. Dieser Kreis ist der zweite Spannungskreis.

Der Momentanwert der Spannung /wischen den Punkten 12 und 37 wird von einem Nulldetektor 15 abgetastet. Diese Spannung entspricht dem Unterschied zwischen der Spannung über dem Widerstand 11, die proportional mit dem Strom 1 ist, und der Spannung über dem Widerstand 14, die proportional der Spannung U ist. Der Nulldetektor gibt ein Ausgangssignal, das das Relais 17 einschaltet, wenn der Momentanwert der Spannung zwischen den Punkten 12 und 37 größer als Null ist.

Die Gleichrichterschaltung 35 gibt über den Widerstand 14 eine Gleichspannung proportional mit der Spannung U. Der Stromkreis gibt über den Widerstand 11 eine pulsierende Gleichspannung proportional mit dem Strom I. Diese beiden Spannungen geben dem Impedanzrelais eine kreisförmige Funktionskurve, die dem Kreis 46 in F i g. 2 a folgt. Dies setzt voraus, daß die von der Sekundärwicklung entnommene Spannung Null ist. Nimmt man dagegen auch eine Spannung von der zweiten Sekundärwick- !ung 23 und führt sie der von der Gleichrichtcrbrückc 43 erhaltenen pulsierenden Gleichspannung zum Widerstand 14 zu, geht der Kreis 46 in eine mehr oder weniger ovale Kurve über, indem sich seine Schnittpunkte mit der R-Achse näher zum Nullpunkt verschieben. Der konvexe Kurventeil zeigt das Aussehen der Funktionskurve bei einem verhältnismäßig niedrigem Wert der von der Sekundärwicklung 23 entnommenen Spannung. Bei einem höheren Spannungswert wird die Funktionskurve eine gerade Linie 48 im Bereich um die i?-Achse sein,

während sie sich bei einem noch höheren Spannungswert zur anderen Seite krümmt und konkav wird, wie bei 49 gezeigt.

Wird der Kondensator 45 in den Speisungskreis zur Gleichrichterbrücke 43 eingeschaltet, wird es möglich, die Funktionskurve des Relais im RA"-Kreuz zu verschieben, F i g. 2 b zeigt das Aussehen der Funktionskurve bei einem gewissen Wert der Spannung von der Sekundärwicklung 23 und einem gewissen Wert der Kapazität des Kondensators 45.

Die in F i g. 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der in F i g. 1 gezeigten in zweierlei Hinsicht. Im Stromkreis ist die Gleichrichterbrücke 10 durch einen Einweggleichrichter oder ein Ventil 19 ersetzt, so daß die über dem Widerstand 11 auftretende Spannung das Aussehen hat, das in F i g. 4 b gezeigt ist. Weiter ist die Gleichrichterbrücke 43 weggelassen, so daß die über dem Widerstand 14 auftretende Spannung in dem Ausmaß wie eine Spannung von der Sekundärwicklung 23 entnommen wird, eine Wechselspannung ist.

Wird keine Spannung von der Sekundärwicklung 23 entnommen, ist die über dem Widerstand 14 auftretende Spannung eine Gleichspannung, die von der Gleichrichterschaltung 35 kommt und in F i g. 4 c gezeigt ist. Unter diesen Bedingungen wird die Funktionskurve des Relais ein Kreis mit Zentrum im Nullpunkt des /?A'-Kreuzes. Wird jedoch eine Spannung von der Sekundärwicklung 23 entnommen, indem der Widerstand 14 über einen Kondensator 52 an zwei voneinander getrennte Wicklungsklemmen 40, 41, 42 angeschlossen wird, wird die Gleichspannung von der Gleichrichterschaltung 35 von einer Wechselspannung überlagert, und die über dem Widerstand 14 auftretende Spannung bekommt das Aussehen, das in Fig. 5 c gezeigt ist. Diese Spannung zusammen mit der pulsierenden Gleichspannung auf dem Widerstand 11, die in Fig. 5 b gezeigt ist, gibt dem Relais die Funktionskurve, die in F i g. 5 a gezeigt ist, d. h., die kreisförmige Kurve wird entlang der A'-Achse in ihrer positiven Richtung verschoben. Indem man den Strom von der Wicklung 23 umkehrt, wird die Kurve in negativer Richtung entlang der A'-Achse verschoben.

Mit der Verwendung von zwei gemäß der Erfindung aufgebauten und zusammengeschalteten Spannungs.kreisen ist es also möglich, auf sehr einfache Weise die Funktionskurve des Relais in mehrfacher Hinsicht zu beeinflussen, so daß das Relais für ver-

»5 schiedene Betriebsverhältnisse anwendbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Impedanzrelais, dessen Funktionskurve hinsichtlich ihrer Form und/oder ihrer Lage im RA"-Koordinatensystem einstellbar ist, mit drei an einen Nulldetektor angeschlossenen Kreisen, von denen ein Kreis ein reiner Stromkreis ist, der eine pulsierende Gleichspannung erzeugt, die nur dem Impedanzrelais zugeführten Strom proportional ist, ein Kreis, der erste Spannungskreis, ein reiner Spannungskreis ist, der eine pulsierende Spannung erzeugt, die nur der dem Impedanzrelais zugeführten Spannung proporticnal ist, und ein Kreis, der zweite Spannungskreis, ebenfalls von der dem Impedanzrelais zugeführten Spannung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannungskreis für jede Funktionskurveneinstellung ein reiner Spannungskreis ist, daß der zweite Spannungskreis eine geglättete Gleichspannung erzeugt, die der dem Impedanzrelais zugeführten Spannung proportional ist, daß die Einstellung der Funktionskurve durch die Größe der Sekundärspannung (23) des Spannungstransformators (20) für den ersten Spannungskreis erfolgt und daß der Nulldetektor (15) ein auf Augenblickswerte ansprechender Detektor aus statischen Bauelementen ist.

2. Statisches Impedanzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis einen Einweggleichrichter (19) enthält und die von dem ersten Spannungskreis gelieferte pulsierende Spannung eine Wechselspannung ist.