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Publication number: DE288786C
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Description

DEUTSCHES REICH

R EICH S PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- JVl 288786 ~ KLASSE 21c. GRUPPE

Selbsttätiges Ausschaltsystem für Drehstromanlagen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Juni 1914 ab.

Gegenstand der Erfindung ist ein selbsttätiges Ausschaltsystem für Drehstromnetze. Transformatoren, Maschinen und Apparate, und besteht, im wesentlichen darin, daß die die Ausschaltung bewirkende Spule in einem durch den Betriebsstrom gebildeten magnetischen Drehfeld angeordnet ist.

Vor jedem Ende des zu schützenden Teiles des Drehströmnetzes ist ein Eisenring e

ίο (Fig. ι) angebracht. Derselbe trägt drei Spulen α, b, c, welche unter einem Winkel von i2O° gegeneinander geneigt sind. Jede dieser Spulen wird von dem Strom eines Hauptleiters durchflossen, und die Spulen sind zueinander derart geschaltet, daß im gewöhnlichen Betrieb ein magnetisches Drehfeld in' dem Ring entsteht; es bilden sich dabei in dem' Eis.enring, wie noch näher erläutert wird, zwei sich diametral gegenüberliegende magnetische Pole,

ao welche synchron mit dem pulsierenden Drehstrom rotieren wie in einem Grammeschen Ring. . ..

Außer diesen drei vom Hauptstrom durchflosseneh Spulen trägt jeder Ring noch eine

as besondere Ausschalt- oder Hilfsspule d, welche etwa 30⁰ gegen eine der ersteren geneigt ist Und den Strom für "die Betätigung der Ausschalter liefert. Die Enden dieser. Hilfsspule d sind vermittels einer Hilfsleitung H (Fig. 2) mit der Hilfsspule ^₁ am änderen Ende des Leitungsteiles so verbunden, daß die durch den gewöhnlichen Betrieb entstehenden elektromotorischen Kräfte beider Spulen sich aufheben. In diesen Stromkreis' sind ferner noch die Spulen der Ausschalter g oder deren Relais eingeschaltet.

Diese Anordnung reagiert sowohl auf Erdschluß.in einem oder mehreren der drei Leiter als auch auf Kurzschluß zwischen zwei oder allen drei Leitern innerhalb des zwischen den beiden Eisenringen liegenden Netzteiles. Bei Erd- und Kurzschlüssen außerhalb dieses Netzteiles tritt der Ausschalter nicht in Tätigkeit. ·'■-■■

Zur näheren Veranschaulichung der magnetischen Vorgänge innerhalb des Eisenringes dienen die Fig. 3 bis 7.

Fig. 3 zeigt die durch den Betriebsstrom hervorgerufene Wirkung in dem Augenblick, wo der Strom in α durch Null geht; er ist dann in b von positiver, in c. von negativer Richtung, in beiden aber von gleicher Größe. Es ■werden daher in den Spulen b und c gleich große magnetische Kräfte erzeugt, die sich entgegenstehen und daher in ihrer Symmetrieachse zwei magnetische Pole AT und 5" erzeugen. Die geraden Pfeile deuten die Richtung der elektrischen Ströme, die runden die Richtung der magnetischen Flüsse an. Da die Ströme, in ä, b und c ein Drehstromsystem bilden, drehen sich die PoleiV und 5" in bekannter Weise. Genau derselbe Vorgang vollzieht sich synchron: in dem Eisenring am anderen Ende der Leitung. Es entstehen nun infolge der rotierenden Magnetfeldet in den Spulen d und (^₁ elektromotorische Kräfte. Da diese aber synchron und die Spulen entgegengesetzt geschaltet sind, so entsteht in diesem Falle kein Strom in den Hilfsspulen d und d_v

Dieses Aufheben der elektromotorischen Kräfte in den entgegengesetzt geschalteten Hilfsspulen d und d_t . erfolgt nun aber nicht

(2. Auflage, ausgegeben am 9. December 1920J

nur, wenn die Leitungen A, B und C (Fig. 2) Drehstrom führen,. sondern auch bei jeder denkbaren Stromänordnung in A, B .und C.

■ weil genau dieselben Vorgänge in a, b und c

wie in a_v b_x und C₁ stattfinden. "Daher wird

z. B. durch die Ströme, welche bei Kurz- oder Erdschlüssen, die in anderen Teilen des Netzes stattfinden und den zu schützenden Netzteil durchfließen, "die': Ausschaltevorrichtung' in dem letzteren nicht in Tätigkeit gesetzt.

Zur Veranschaulichung der Wirkung eines Kurzschlusses zwischen zwei Leitern innerhalb des zu schützenden Leitungsteiles kann wiederum Fig. 3 dienen. Der Kurzschluß sei zwischen den Leitern B und C vorhanden. Die Kurzschlußströme Und die zugehörigen magnetischen Flüsse verlaufen auch hier wie die eingezeichneten Pfeile; die Magnetpole N und 5" rotieren jedoch hier nicht, sondern pulsieren nur in den Punkten N und 6" wie bei jedem anderen Wechselstrommagneten. Diese magnetische Pulsation ist dem rotierenden magnetischen Feld, welches durch den Betriebsstrom hervorgerufen wird, überlagert und erzeugten der Spule d eine elektromotorische Kraft, λν-elche nicht durch eine gegenelektromotoi ische Kraft der Spule Ii₁ aufgehoben werden kann; denn der von der Zentrale- ausgehende Kurzschlußstrom durchläuft entweder nur eines der beiden Systeme oder im Falle einer geschlossenen Ringleitung beide Systeme gleichzeitig, aber mit entgegengesetzter Stromrichtung (Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 4), so daß in dem Stromkreis H-H₁ der Spulen 0!,.Ci₁ ein Strom entstehen muß, denn diese sind auch entgegengesetzt geschaltet.

Im Falle des Kurzschlusses zwischen den Leitern B und C bildet sich also ein oszillierendes magnetisches Feld in der Richtung α-α$ in Fig. i. Bei Kurzschluß zwischen y4 und £? oder A und C fällt das magnetische Feld in die Richtung c-c₀ oder b-b₀. Da nun die Hilfsspule d in keiner dieser drei Richtungen liegt, so entsteht in jedem dieser drei Fälle ein Strom in den Hilfsspulen.

Die Wirkung eines- in dem zu schützenden Netzteil auftretenden Erdschlusses zeigt Fig. 5. Es ist dabei angenommen, daß der Leiter A Erdschluß habe. Dann entsteht durch diesen Ström in der Spule« ein magnetisches Feld und in dem Eisenring, in Ermangelung einer magnetischen Gegenwirkung wie in den bisherigen Fällen, ein geschlossener, polloser Magnetismus von wechselnder Richtung wie in einem Transformator. Hierdurch wird in der Spule d eine elektromotorische Kraft erzeugt, die von der Spule d₁ (Fig. 2) nicht aufgehoben wird, so daß die Ausschaltevorrichtung in Tätigkeit tritt.

Dieselbe Wirkung tritt ein, wenn Leiter B oder C Erdschluß bekommt.

Haben zwei Leiter Erdschluß, so tritt dieselbe Wirkung ein, als wenn zwei Leiter Kurzschluß haben. Dieser Fall ist oben bereits behandelt worden.

Schließlich kann noch der Fall eintreten, daß alle drei Leiter Kurzschluß mit oder ohne Erdverbindung haben.

Zur Untersuchung dieses Falles dienen die Fig. 6 und 7. Fig. 6 zeigt den Augenblick, in welchem; der Strom im Leiter y4 durch Null geht. Die Stromrichtuiigen in den Leitfern ß ·. und C sind wieder durch gerade Pfeile, die Richtungen der magnetischen Flüsse durch gebogene Pfeile angedeutet. Die Lage der magnetischen. Pole ist durch die beiden Pfeile N₁S bezeichnet. Fig. 7 zeigt die Lage um eine sechstel Drehstromperiode später. Hier geht der Strom in C durchNuH, und der Strom in A, hat die umgekehrte Richtung des Stromes in B. Aus der Lage der magnetischen PoIeAf und 6" in den Fig. 6 und 7 sieht man, daß die magnetischen Felder der beiden. Systeme gleiche Drehrichtung, aber umgekehrt gerichtete Pole haben. Da die Spulen d und Ci₁ aber so geschaltet sind, daß sich ihre elektromotorischen Kräfte bei gleichgerichteten Polen aufheben, so addieren sich im vorliegenden Falle die elektromotorischen Kräfte der Spulen d und d_t und setzen die Ausschalter in Tätigkeit.' ..'. '. .

Der zu schützende Netzteil wird also durch alle Störungen, welche in ihm stattfinden, ausgeschaltet. Durch außerhalb auftretende Störungen und durch..den Betrtebsstrom wird die- ser Netzteil dagegen nicht ausgelöst.

Es ist nicht notwendig, daß die in der Be- * Schreibung und Zeichnung angenommenen Neigungswinkel der Spulen gegeneinander von I2O° und 30⁰ eingehalten werden. Die. Spuleri körinen auch andere Neigungswinkel besitzen, sie müssen nur bei den beiden Ringen eines und desselben Leitungsteiles paarweise gleich sein. Auch ist die Form eines Kreis·* ringes bei dem Eisenkörper nicht Bedingung. es könnte auch beispielsweise ein rechteckiger Eisenkörper, wie bei Transformatoren, angewendet werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Selbsttätiges Ausschaltsystem für Drehstromanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausschaltspule (d) in einem vom Betriebsstrom gebildeten magnetisehen Drehfeld angebracht ist und bei Störungen dieses Drehfeldes infolge von Fehlern in der Anlage den Ausschaltstrom erzeugt.

2. Selbsttätiges Ausschaltsystem für Drehstromnetze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Betätigungs-

Strom erzeugende Ausschaltspule (d) mit einer zweiten, am anderen Ende des zu schützenden Leitungsteiles ■ in; gleicher Weise angebrachten Ausschaltspule (Ci₁) in der Weise verbunden ist, daß sich die in den beiden' Spulen durch den Betriebsstrom entstehenden elektromotorischen Kräfte aufheben, so daß durch den Betriebsstrom des Leitungsteiles kein Strom in den Ausschaltspülen entsteht.

3. Selbsttätiges Ausschaltsystem für Drehstromnetze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Ausschaltspulen (d, (I₁) innerhalb des durch ■ den Betriebsstrom gebildeten Drehfeldes so gewählt ist, daß alle in dem zu schützenden. Leitungsteil auftretenden Erd- und Kurzschlüsse in den beiden Ausschaltspulen elektromotorische Kräfte erzeugen, die sich gegenseitig nicht aufheben und somit so einen Strom erzeugen, welcher das Ausschaltsystem in Tätigkeit setzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.