DE408131C - Von Strom und Spannung abhaengiges Relais - Google Patents

Description

Um aus einem elektrischen Leitungsnetz fehlerhafte Strecken ohne Störung des übrigen Netzes abschalten zu können, sind verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden, bei denen die Auslösezeit der Schalter von dem Verhältnis zwischen Spannung und Strom der abzuschaltenden Leitungsstrecke und damit von der Impedanz der Leitungsstrecke zwischen der Stelle des Relais und

ίο der Fehlerstelle oder von einer beliebigen Komponente dieser Impedanz abhängig ist.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung· dieser Art, wobei das Relais, welches vom Strom und von der Spannung abhängig ist

IS und durch seine Einstellung die Auslösezeit eines Schalters bestimmt, in für Meßinstrumente (Widerstandsmesser) bekannter Weise eine Stromspule und eine Spannungsspule enthält, die fest miteinander verbunden und gemeinsam gegenüber einer dritten Spule beweglich sind.

Als Vorteil eines in dieser Art ausgeführten Relais ist besonders seine Einfachheit zu nennen; das Relais benötigt nur einen einzigen Kontakt. Außerdem hat das Relais gerade im Kurzschlußfall eine große Richtkraft, auch wenn die Spannung gleich Null ist. Endlich ist der Energieverbrauch des Relais klein, besonders derjenige der Spannungsspule. Das Relais kann daher an Spannungswandler kleiner Leistung, z.B. an dielektrische Spannungswandler, angeschlossen werden.

Ein Schema einer nach der Erfindung ausgeführten Einrichtung zeigt beispielsweise die Abb. i. Hier bedeuten α und b die beiden fest miteinander verbundenen Spulen, die gemeinsam gegenüber der Spule c beweglich sind, d ist der Schalter, dessen Auslösezeit durch das Relais bestimmt wird und durch welchen die Leitungsstrecke e abgeschaltet werden kann. Die Spulen α und c werden über den Stromwandler / mit dem Strom dieser Leitungsstrecke gespeist; die Spule b liegt über dem Spannungswandler g an der Spannung dieser Leitungsstrecke. Auf der Achse der Spulen α und b ist * eine Kurvenscheibe /ι angebracht. Gegen diese Kurvenscheibe bewegt sich ein Arm mit dem Kontaktpaar i, der von dem Zeitrelais k angetrieben wird, m ist ein Elektromagnet, der dazu dient, beim Überschreiten einer einstellbaren Stromstärke die Sperrung des Zeitrelais k freizugeben, η ist die Auslösespule des Schalters, ο die Stromquelle, aus der die selbe gespeist wird.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist die folgende: Die bidden magnetischen Felder der sich kreuzenden Spulen α und b, von denen, das eine vom Strom, das andere von der Spannung abhängig ist, setzen sich zu einem resultierenden Feld zusammen, dessen Richtung nur von dem Verhältnis Spannung zu Strom abhängt. Das aus den Spulen a und b bestehende bewegliche System stellt sich, da keine Gegenkraft vorhanden ist, so ein, daß die Richtung dieses resultierenden Feldes mit der des Feldes der Spule c zusammenfällt. Es ist also auch die Stellung des beweglichen Systems und damit die der Kurvenscheibe h nur von dem Verhältnis Spannung zu Strom abhängig. Beim Überschreiten des eingestellten Stromes gibt der Magnet m die Sperrung des Zeitrelais k frei, so daß das Zeitrelais zu laufen beginnt und das Kontaktpaair / sich auf die Kurvenscheibe h zu bewegt. Die Zeit, nach welcher das Kontaktpaar / durch Auftreffen auf die Kurvenscheibe h geschlossen und somit der Schalter d ausgelöst wird, ist von der Stellung der Kurvenscheibe h, also ebenfalls von dem Verhältnis Spannung zu Strom, abhängig.

Es ist dabei gleichgültig, ob die Laufgeschwindigkeit des Zeitrelais k vom Strom abhängig oder unabhängig ist. Es kann also z. B. an Stelle eines reinen Zeitrelais auch ein Ferraris-Laufwerk verwendet werden. Es ist auch nicht notwendig, daß die Spulen a und b, wie in dem gezeichneten Beispiel, gerade einen rechten Winkel einschließen; sie können einen beliebigen Winkel bilden. Die Kraftlinien der Spulen a, b, c können sich

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auch teilweise durch Eisen schEeßen. Auch ist es gleichgültig, ob, wie in dem gezeichneten Beispiel, die beiden Spulen α und b gemeinsam beweglich und die dritte Spule fest ist oder ob die beiden miteinander verbundenen Spulen fest angeordnet sind und die dritte Spule beweglich und mit der Kurvenscheibe verbunden. Ferner könnte die dritte Spule c, die in dem gezeichneten Beispiel mit der Spule α in, Reihe geschaltet ist, irgendeinen anderen Strom führen, der nur in der Frequenz mit den Strömen der Spulen, α und b übereinstimmen muß. Beispielsweise wäre es auch möglich, die Spule c mit der Spule b in Reihe zu schalten. An die Stelle der dritten Spule c kann auch ein Eiseukörper treten. In diesem Fall stellt sich das aus den Spulen α und b bestehende bewegliche System so ein, daß die Richtung des resultierenden Feldes in die Richtung des kleinsten magnetischen Widerstandes fällt. Auch in diesem Fall können natürlich die beiden miteinander verbundenen Spulen fest und der Eisenkörper beweglich sein.

Der bewegliche Eisenkörper kann auch in für Meßinstrumente bekannter Weise eine gekröpfte Form erhalten und durch eine feststehende Spule magnetisiert werden; bei Gleichstrom kann statt dessen ein permanenter Magnet verwendet werden.

Die Einrichtung wirkt in gleicher Weise bei Gleichstrom und bei Wechselstrom, solange die Ströme in den drei Spulen«,b, c phasengleich sind. Ist dies nicht der Fall,.

so sind nur diejenigen Komponenten der Ströme in α und b wirksam, die mit dem Strom in c phasengleich sind. Ist also die Spule c mit der Spule b in Reihe geschaltet, so wirkt nur diejenige Komponente des Stromes in der Spule a, welche mit dem Strom in b phasengleich ist (Wattkomponente des Stromes). Ist anderseits die Spule c mit der Spule α in Reihe geschaltet und der Strom in der Spule b phasengleich mit der an den Stromkreis dieser Spule angelegten Spannung, so wirkt nur diejenige Komponente dieser Spannung, welche mit dem Strom in« phasengleich ist (Wattkomponente der Spannung). . Durch Einschalten von Ohmschen oder induktiven Vorschaltwiderständen vor die Spannungsspule b, bei Mehrphasenstrom auch durch entsprechende Wahl der Phase, an welche die Spannungsspule angeschlossen wird, ist es möglich, Phasengleichheit zwisehen den Strömen in den beiden miteinander verbundenen Spulen« undö bei einer beliebigen Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in der geschützten Leitungsstrecke zu erhalten. Sind die Ströme in den beiden Spulen phasengleich, wenn der Strom in der Leitungsstrecke der Spannung um 90⁰ nacheilt, so ist der Ausschlag des Relais von der , Blindkomponente der Leitungsimpedanz abhängig; sind dagegen die Ströme in den beiden verbundenen Spulen phasengleich, wenn • auch Strom und Spannung in der Leitungsstrecke phasengleich sind, so ist der Ausschlag des Relais von der Wirkkomponente der Leitungsimpedanz abhängig.

Im letzteren Fall wird bei einer Umkehr : der Energieströmung in der Leitung auch eine Umkehr des Ausschlages des Relais leintreten. Als Ausgangsstellung des Relais sei dabei diejenige betrachtet, die es bei Stromlosigkeit der Spannungsspule einnimmt. Man kann in diesem Falle erfindungsgemäß ; die Kontaktvorrichtung des Relais so ausbilden, daß das Relais nur bei einer bestimmten Energieströmungsrichtung anspricht, oder ¹' so, daß die Zeit bis zum Ansprechen des Relais (die Auslösezeit des Schalters) von der Energieströmungsrichtung abhängig ist, oder so, daß je nach der Energieströmungsrichtung ! der eine oder der andere von zwei Schaltern S betätigt wird.

Eine Einrichtung der letzteren Art kann ; z. B. zum Schutz zweier paralleler Leitungs-• strecken verwendet werden, indem die Stromspule des Relais in bekannter Weise derart ' mit den Stromwandlern" verbunden wird, daß ι in ihr ein Strom fließt, der der Differenz ! der Ströme in den beiden Leitungsstrecken proportional ist. Je nachdem nun bei einer Strömung der Strom in, der einen oder andern j Leitungsstrecke überwiegt, wird das Relais in ^: dem einen oder andern Sinne ausschlagen und damit den Schalter der einen oder andern Leitungsstrecke auslösen. Es ist also leicht '. eine solche Anordnung zu treffen, daß bei einem Kurzschluß in einer der parallel geschalteten Leitungsstrecken gerade die mit dem Kurzschluß behaftete Strecke sofort oder nach kurzer Zeit abgeschaltet wird.

Eine solche auf die Differenz der beiden Leitungsströme ansprechende Schutzvorrichtung würde jedoch versagen, wenn nur eine der beiden Leitungsstrecken in Betrieb ,ist. Es sind also Einrichtungen notwendig, welche in diesem Falle das Ansprechen des Relais verhindern oder doch nur dann gestatten^ wenn ein durch die Leitungsstrecke fließender Kurzschlußstrom nicht durch einen anderen Schalter abgeschaltet werden kann. In diesem Falle soll also, wie auch sonst üblich, das Abschalten der Leitungsstrecke nach einer von Strom und Spannung abhängigen Zeit geschehen, während beim Betrieb der beiden Leitungsstrecken ein Kurzschluß in einer der Strecken sofort oder nach einer sehr kurzen von Strom und Spannung abhängigen Zeit abgeschaltet werden soll. Dies kann erfindungsgemäß dadurch geschehen, daß die

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Achse des Relais mehrere Kurvenscheiben trägt, deren zugehörige Kontaktpaare hintereinandergeschaltet sind, und daß eines dieser Kontaktpaare durch Hilfskontakte an den Schaltern überbrückt wird, solange beide Leitungen eingeschaltet sind. Die Abb. 2 zeigt eine solche Einrichtung. In dieser Abbildung sind zwei parallel geschaltete Leitungsstrekken C₁ und e₂ angenommen, welche durch die Schalter d_x und d₂ abgetrennt werden können. f_t und /₂ sind die Stromwandler, an welche die Stromspulen α und c des Relais in bekannter Weise so angeschlossen sind, daß sie von der Differenz der beiden Ströme j5 durchflossen werden. Das Relais trägt die drei Kurvenscheiben Zi₁, A₂, A₃ mit den drei Kontaktpaaren Z₁, Z₂, Z₃, von denen Z₁ in den Auslösestromkreis des Schalters d_v I₂ in den des Schalters d.₂ eingeschaltet ist, während /3 mit den beiden andern Kontaktpaaren in Reihe geschaltet ist. Parallel zu Z₃ liegen die Hilfskontakte P₁ und p₂, die mit den Schaltern d_x und da verbunden sind.

Tritt hier in einer der beiden Leitungen, z.B. in e_v ein Kurzschluß ein, so wird das Gleichgewicht der Ströme in Z₁ und /₂ gestört, da der Strom in der Leitung^ überwiegt. Es fließt also ein Differenzstrom durch die Spulen α und c. Gleichzeitig beginnt das Zeitrelais k zu laufen, und das Kontaktpaar I₁ wird nach kurzer Zeit durch Auftreffen auf die Kurvenscheibe A₁ geschlossen. Es ist angenommen, daß die Kurvenscheibe A₁ die Gestalt eines Halbkreises hat, so daß die Laufzeit des Zeitrelais in diesem Falle unabhängig von der Stellung der Kurvenscheibe, also von der Entfernung des Kurzschlusses, ist. Wenn der Kurzschluß in der andern Leitung e₂ eingetreten wäre, das Relais also von der Ausgangsstellung aus in entgegengesetzter Richtung sich bewegt hätte, so würde an Stelle des Kontaktpaares Z₁ das Kontaktpaar Z₂ durch Auftreffen auf die ebenfalls halbkreisförmige Scheibe A₂ ge- , schlossen worden sein. Da der Stromkreis der Kontaktpaare Z₁ und L₂ über die Hilfskontakte P₁ und p₂ geschlossen ist, wird also im ersten Fall der Schalter d_v im letzteren Fall der Schalter d₂ geöffnet werden. Ist jedoch nur eine Leitung in Betrieb, ist also z. B. der Schalter d_x geöffnet, so wer- ! den die Spulen α und c vom Strom des Stromwandlers f₂ durchflossen sein. Das Re- \ lais wird also je nach der Spannung mehr \ oder weniger aus der Nullstellung abgelenkt i werden, und zwar in dem Sinne, der einem Überwiegen des Stromes in der Leitung e._ä , entspricht. Tritt jetzt ein Kurzschluß ein, so wird das Kontaktpaar L₂ durch Auftreffen auf die Kurvenscheibe A₂ Kontakt machen. Der Schalter d₂ wird aber, da sein Auslösestromkreis durch den Hilfskontakt p_x unterbrochen ist, erst dann geöffnet werden, wenn auch das Kontaktpaar Z₃, welches p_x und p₂ überbrückt, durch Auftreffen auf die Kurvenscheibe A₃ geschlossen worden ist. Die Kurvenscheibe A₃ ist im Gegensatz zu den Kurvenscheiben A₁ und A₂ so geformt, daß die Zeit bis zum Auftreffen des Kontaktpaares Z₃ von der Stellung des Relais, also von dem Verhältnis Spannung zu Strom, abhängig ist. Ist also von den beiden parallelen Leitungen nur eine in Betrieb, so wird im Falle eines Kurzschlusses um so rascher abgeschaltet, je näher die Kurzschlußstelle bei dem Ort des Relais liegt.

Claims (5)

1. P ATENT-An Sprüche:

   i. Von Strom und Spannung abhängiges Relais, das durch seine Einstellung die Auslösezeit eines Schalters bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß in für Meßinstrumente bekannter Weise eine Stromspule und eine Spannungsspule fest miteinander verbunden und gemeinsam gegenüber einer dritten Spule oder einem Eisenkörper beweglich sind.
2. 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es nur bei einer bestimmten Energieströmungsrichtung anspricht.
3. 3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit bis zu seinem Ansprechen (die Auslösezeit des Schalters) von der Energieströmungsrichtung abhängig ist.
4. 4. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je nach der Energieströmungsrichtung der eine oder der andere von zwei Schaltern betätigt wird.
5. 5. Einrichtung zum Schutz paralleler Leitungsstrecken unter Verwendung eines Relais nach Anspruch 4, dessen Stromspule mit einem Strom gespeist wird, der der Differenz der Ströme in den beiden Leitungsstrecken proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Relais mehrere Kurvenscheiben trägt, deren zugehörige Kontaktpaare hintereinanderge- no schaltet sind, und daß eines dieser Kontaktpaare durch Hilfskontakte an den Schaltern überbrückt ist, solange beide Leitungen eingeschaltet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.