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Überstromschutzschaltung für Dreiphasenanlagen Bei überstromschutzsehaltungen
für Dreiphasenanlagen muß man darauf bedacht sein, daß@dieRelais bei jedemLTb,erstrom
ansprehen, gleichgültig, ob dieser überstrom in allen drei Phasen auftritt oder
ob irgendeine der drei Phasen von ihm unberührt bleibt. Man hat bisher, um dies
zu erreichen, entweder Stromwandler in allen drei Phasen verwendet und jeden Stromwandler
auf einen besonderen Relaisstromkreis arbeiten lassen (vollständige Dreiphasenschaltung),
oder man hat nur zwei Stromwandler verwendet und deren Sekundärwicklungen, kreuzweise
parallel geschaltet, auf einen gemeinsamen Relaisstromkreis arbeiten lassen (6o°-Schaltung).
Die erstgenannte Schaltung hat den Nachteil, daß an jeder Stelle des Leitungsnetzes,
die mit dem überstromschutz versehen werden soll, drei Relais benötigt werden: Die
6o°-Schaltung benötigt zwar statt dieser drei Relais jeweils nur eine, hat aber
dafür den Nachteil, daß sie auf einphasige überströme in den verschiedenen Phasen
nicht in gleicher Weise anspricht und daß in einzelnen, wenn auch seltenen Fällen
die Möglichkeit des Nichtansprechens besteht.
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Man hat schließlich auch noch einen Mittelweg eingeschlagen, indem
man. zwei getrennte Relais verwendet hat, von denen eines an die über Kreuz parallel
geschalteten Stromwandler zweier Phasen, das andere an einen einzelnen Stromwandler
in der dritten Phase angeschlossen ist. Es wird hiermit zwar erreicht, daß man mit
nur zwei Relais ein Ansprechen auf jede Art des Kurzschlusses erzielen kann, jedoch
.sind diejenigen überströme, auf die die Relais gerade noch ansprechen, sehr verschieden,
je nachdem, zwischen welchen Phasen der Kurzschluß auftritt.
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Die Erfindung besteht in einer Anordnung, bei der mit nur einem Relais
ein Ansprechen auf denselben oder annähernd denselben Überstrom erreicht wird, gleichgültig,
zwischen welchen Phasen der Kurzschluß auftritt. Das elektromagnetische System besteht
dazu aus zwei Teilen mit je mindestens einem Polpaar, die entweder elektrisch zusammenwirken,
z. B. indem sie auf eine gemeinsame Ferrarisscheibe oder Trommel einwirken"ader
mechanisch, indem sie etwa zwei getrennte und nur mechanisch gekuppelte Ferrarisscheiben
beeinflussen.
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In der Abbildung ist eine derartige Anordnung beispielsweise dargestellt.
Es bedeutet a ein dreiphasiges Sammelschienensystem, von dem die zu schützende dreiphasige
Leitung b abzweigt. cl, e2, c3 sind die Primärwicklungen der drei Stromwandler,
dl, d2, d3 die Sekundärwicklungen. derselben. Die Sekundärwicklungen dl und d2 sind
kreuzweise parallel geschaltet und arbeiten gemeinsam auf die Relaiswicklung e,
Die Sekundärwicklung d3 dagegen arbeitet für sich allein auf einen besonderen Stromkreis,
nämlich die Relaiswicklung e2. Die Stromwandler cl/dl und c2/d2 bilden zusammen
mit der Relaiswicklung
ei eine 6o°-Schaltung. Die Schaltung nach
der Erfindung unterscheidet sich also von der bekannten 6o°-Schaltung durch den
neu hinzugekommenen Stromkreis, der aus dem Stromwandler c3/d3 und der Relaiswicklung
e2 gebildet wird.
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Die Wirkung dieser Schaltung ergibt sich aus folgendem: Wenn z. B.
an die Leitung b irgendeine Abzweigleitung über einen Transformator in Sterndreieckschaltung
angeschlossen ist, dann wird bei einem einphasigen Kurzschluß in dieser Abzweigleitung
in der- Leitung b ein Überstrom fließen, der eine der drei Phasen in. voller Stärke,
die beiden anderen Phasen dagegen in halber Stärke und in der entgegengesetzten
Richtung durchfließt. Wenn nun dieser Kurzschlußstrom in der in der Zeichnung eingetragenen
Weise verteilt ist, dann würde das Relais bei der bloßen 6o°-Schaltung allein nicht
ansprechen können, weil die den gleichgerichtetexl und gleich großen Strömen J,
und J2 entsprechenden Sekundärströme nur den aus den Sekundärwicklungen dl und d2
gebildeten Stromkreis durchfließen würden, nicht aber die Relaiswicklung e1. Ist
dagegen auch der Stromwandler c3/d3 und die Wicklung e2 vorhanden, so wird « diese
von dem vollen Kurzscblußstrom J3 = Ji + J2 durchflossen; das Relais spricht
also kräftig an. Um mit der in vorstehendem gekennzeichneten überstromschutzschaltung
zu erreichen, daß das Ansprechen des Relais unabhängig davon ist, in welcher Phase
ein Überstrom auftritt, kann man erfindungsgemäß die Übersetzungsverhältnisse der
Stromwandler ungleich machen, und zwar so, daß die Stromstärken in den beiden Relaisstromkreisen
bei symmetrischer Belastung der geschützten Leitung gleich groß sind. Bei der in
der Abbildung gezeichneten Schaltung gießt im Stromkreise des Relais e1 die geometrische
Differenz der Sekundärströme J1 und J2. Ist die Leitung symmetrisch belastet und
bedeutet J den Strom in einer Phase derselben (Primärstrom der Stromwandler), so
ist der Strom in. der Wicklung e1 =V3 # J # ul, wo ui das übersetzungsverhältnis
der Stromwandler cl/dl und c2/d2 bedeutet. In der Wicklung e2 fließt dagegen der
Strom J # u2, wo u2 das übersetzungsverh;ältnis des Stromwandlers c3/d3 bedeutet.
Sollen die beiden Relaisströme gleich groß sein, so muß hiernach werden.
Die gleiche Wirkung wird natürlich erzielt, wenn u2 = ui gewählt wird und
die beiden Relaiswicklungen so gewählt werden, daß in e2 der gleiche Strom die -fache
elektromagnetische Wirkung erzeugt wie in e1. Daß in diesen Fällen das Ansprechen
des Relais unabhängig davon ist, in welcher Phase der Leitung ein Kurzschluß auftritt,
zeigt folgende Überlegung: Das Drehmoment der gebräuchlichen Wechselstromrelais
(z. B. Ferrarisrelais) ist dem Quadrat des sie durchfließenden Stromes proportional.
Werden also die beiden Teile e1 und -e2 des Relaissystems auf derselben Achse angeordnet,
so daß ihre Drehmomente sich addieren, so ist das Gesamtdrehmoment, wenn Jl, 1"
J3 die Ströme in den drei Leitungen sind, proportional dem Ausdruck (u1 J1
- u1 J2)2 + (u2 J3)2.
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Die in der Klammer stehende Differenz ist als geometrische Differenz
aufzufassen. Da nun
so ist das Drehmoment auch proportional dem Ausdruck (J,- J3)2 + 3 J32. Bei einem
einphasigen Kurzschluß zwischen den Phasen i und 2 sind die Ströme in diesen beiden
Phasen gleich und. entgegengesetzt gerichtet, also f1 - J. = 2 # Jl,
(J1, = Kurzschlußstrom) und 1, = O. Das Drehmoment entspricht dem Wert ¢
J1,2. Bei einem ,einphasigen Kurzschluß zwischen den Phasen i und 3 ist dagegen
J2 = O und J1 = J3 = Jk. Das Drehmoment entspricht dann ebenfalls dem Wert
q. Jk2. Das gleiche gilt auch für einen Kurzschluß zwischen den Phasen z und 3.
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Dieselben oder älmliche Verhältnisse ergeben sich, wenn. die beiden
elektromotorischen Teilsysteme nicht mechanisch, sondern elektrisch zusammenwirken,
z. B. bei einem Ferrarisrelais mit mehr als einem Polpaar, wobei je ein Teil der
Pole von einem der beiden Stromkreise erregt wird.
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Die angegebene Schutzschaltung ist natürlich unabhängig davon, ob
als Schutzein, richtungen eigentliche Relais, also einstufige Apparate, verwendet
werden, welche den. Auslösestromkreis eines Schalters steuern, oder Regler, also
mehrstufige Apparate, welche je nach der Größe des KurzschluBstromes beispielsweise
mehr oder weniger Widerstand in irgendeinem Stromkreis; etwa in dem Erregerstromkreis
eines das Netz speisenden Generators, einschalten, oder auch irgendwelche andere
Schutzeinrichtungen. Nur der Einfachheit halber ist im vorstehenden nul von Relais
und Relaisstromkreisen gesprochen worden.