DE503522C - Relais zum selbsttaetigen Abschalten elektrischer Leitungsstrecken - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 9. DEZEMBER 1930

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M503522 KLASSE 21 c GRUPPE

Siemens & Halske Akt-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)

Relais zum selbsttätigen Abschalten elektrischer Leitungsstrecken

Patentiert' im Deutschen Reiche vom 25. Juni 1926 ab

Es ist bekannt, die Teilstrecken eines elektrischen Leitungsnetzes durch Relais zu überwachen, deren Auslösezeit mit wachsender Spannung größer und mit wachsender Stromstärke kleiner wird. Ist beispielsweise die Auslösezeit proportional dem Quotienten aus Spannung und Stromstärke, d. h. dem Widerstände des Fehlerstromkreises, so steht die Auslösezeit in eindeutigem, linearem Verhältnis zur Entfernung der Fehlerstelle.

In Abb. ι ist die Wirkungsweise eines derartigen Leitungsschutzes dargestellt. Auf der Abszisse sind die Entfernungen der Überwachungsstationen B₁ C, D; E, G von der Zentrale A aufgetragen, so daß die einzelnen Leitungsstrecken im richtigen Verhältnis ihrer Länge erscheinen. Auf der Ordinate ist die Zeit in Sekunden aufgetragen, nach der ein Auslöserelais anspricht, wenn ein Fehler an

ao irgendeiner Stelle der Leitung A O auftritt. Die Relais seien beispielsweise so gebaut und an Stromwandler mit solchem Übersetzungsverhältnis angeschlossen, daß ihre Auslösezeit 1 Sekunde beträgt, wenn der

as Fehler in einer Entfernung von 10 km auftritt, und daß sie bei jeder Vergrößerung der Entfernung um 10 km um eine weitere Sekunde steigt. "Die Auslösezeit z. B. des bei A eingebauten Relais liegt also auf einer Geraden, die durch den Punkte, geht. Entsprechendes gilt für die Auslösezeiten der anderen Relais. Um zu berücksichtigen, daß die Auslösezeiten niemals völlig gleich Null werden, sind die Geraden in unmittelbarer Nähe der Abszisse gestrichelt gezeichnet. An Hand dieser Darstellung sollen nun die Gedankengänge entwickelt werden, die zu der Erfindung geführt haben.

Tritt beispielsweise in einer Entfernung von 70 km von der Zentrale A ein Kurz-Schluß/" auf, so löst das Relais bei Z> nach ι Sekunde aus. Sollte es oder der von ihm gesteuerte Schalter versagen, so würde nach 2 Sekunden das Relais der benachbarten Station C die Auslösung übernehmen. Wenn auch dieses Relais aus irgendeinem Grunde nicht wirksam werden oder der zugehörige Schalter die Leitung nicht abtrennen sollte, so würde nach 5 Sekunden das Relais bei B oder nach 7 Sekunden das Relais bei A ansprechen. Nachteil ist hierbei die Tatsache, daß ein Fehler, der am Ende einer größeren Strecke liegt, erst nach längerer Zeit ausgeschaltet wird. Beispielsweise würde ein Fehler, der in einer Entfernung von 48 km vom Anfangspunkt A liegt, erst nach nahezu 3 Sekunden von dem in B aufgestellten Relais abgeschaltet werden. Bei sehr großer Entfernung der Unterstationen voneinander können diese Verzögerungszei-

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Paul Cario in Berlin-Tempelhof und Dr.-Ing. Manfred Schleicher in Berlin-Charlottenburg.

ten unangenehm große Werte annehmen. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, die Relais durch Veränderung der Windungszahlen der Stromwandler oder durch Regelwiderstände derartig einzustellen, daß sie die ihnen zur Überwachung zugeordnete Strecke mit einer für die ganze Anlage festgelegten, genügend geringen Verzögerungszeit abschalten, auch wenn der Fehler am äußersten Ende ίο der betreffenden Strecke liegt.

Die so entstehenden Auslösezeiten der Relais sind in Abb. 2 graphisch dargestellt, wo die die Auslösezeiten darstellenden Geraden so verlaufen, daß am Ende jeder Strecke die Auslösezeit 1 Sekunde beträgt. Wie die Abb. 2 zeigt, erhalten dadurch sämtliche Geraden eine verschiedene Neigung. Dadurch ist aber die Möglichkeit von Fehlschaltungen gegeben. Wenn beispielsweise wieder ein Fehao ler beim Punkte/⁷ auftritt, so würde zwar das in D aufgestellte Relais richtig abschalten. Versagt es aber, so würde nicht das nächstgelegene Relais bei C abschalten, sondern das weiter entfernte Relais bei B₁ denn die Geraden, welche die Auslösezeiten beider Relais darstellen, schneiden sich bereits vor dem Fehlerpunkt. Wenn die Proportionalität der Auslösezeiten nur annähernd eingehalten wird oder, wie es oft der Fall ist, sogar erhebliche Abweichungen vom linearen Verhältnis vorkommen, so ist die Unübersichtlichkeit noch größer. Diese Mängel sollen durch die Erfindung beseitigt werden.

Gemäß der Erfindung bleibt das Verhältnis, in dem die Auslösezeit mit der Zunahme des Quotienten aus Spannung und Stromstärke wächst, unverändert, gleichgültig, auf welche Größe derjenige Grenzwert dieses Quotienten eingestellt wird, bei dem die Auslösezeit den gewünschten geringen Wert besitzt, oder mit anderen Worten, auch wenn sämtliche Relais so eingestellt werden, daß sie einen Fehler am Ende ihrer Strecke nach ι Sekunde abschalten, so bleiben trotzdem die Geraden, welche ihre Auslösezeiten darstellen, parallel, wie in Abb. 3 dargestellt ist. Wie die Auslösezeit verläuft, wenn der Fehler innerhalb der eigenen Strecke liegt, ist dabei gleichgültig. Es genügt, wenn die ' 50 Auslösezeit bis beispielsweise etwa ¹Z₂ Sekunde noch weiter abfällt, damit bei Fehlern kurz hinter einem Überwachungsrelais dieses mit Sicherheit eher abschaltet als dasjenige für die vorhergehende Strecke, dessen Auslösezeit in diesem Falle ja nur wenig über 1 Sekunde betragen würde.

Die Einstellbarkeit der Relais kann gemäß der weiteren Erfindung durchgeführt werden, indem der die Auslösezeit verzögernde Einfluß der Spannung durch eine einstellbare Gegenwirkung verringert wird, die mit der Stromstärke wächst. An Hand einiger Gleichungen läßt sich diese Abhängigkeit noch deutlicher machen. Die Auslösezeit T eines Relais mit Verzögerungszeiten gemäß Abb. 1

ergibt sich aus der Gleichung T = C--, wo

C eine Konstante, e die Spannung und / die Stromstärke des Fehlerkreises bedeutet. In dem Quotientenrelais ist also eine Einrichtung vorhanden, die mit wachsendem e die Auslösezeit vergrößert und eine Einrichtung, die sie mit wachsendem / verkleinert. Gemäß der Erfindung wirkt nun der durch e beeinflußten Einrichtung ein durch die Stromstärke beeinflußtes Element entgegen, ein Element, dessen Wirkung also c-i betragen soll, wenn c eine einstellbare Konstante ist. Die neue

Auslösezeit ist dann T₁ = —.-■-- =-^ c. _go

Die Auslösezeit wird also um den einstellbaren Betrag c kleiner. Der Grad des An-

Wachsens, der lediglich durch den Bruch —

gegeben ist, bleibt aber konstant.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. 4 dargestellt.

Das zu schützende Netz ist mit 1 bezeichnet. Die Hauptteile des Relais sind eine Ferrarisscheibe 2 und ein Schieber 3. Die Ferrarisscheibe hat einen Triebmagneten 4, der vom Strom eines Stromwandlers 5 durchflossen wird und die Ferrarisscheibe in der Pfeilrichtung dreht. Außerdem wird sie durch einen konstanten Magneten 6 gebremst. Die Sättigung des Triebeisens 4 und die Bremsung sind derart abgeglichen, daß die Geschwindigkeit der Ferrarisscheibe 2 mit der Stromstärke in den Leitungen 1 linear anwächst. Die Scheibe 2 trägt ein Kontakt- ioo paar 7, das den in der Zeichnung nicht dargestellten Auslösestromkreis schließt, sobald es bei der Drehung der Scheibe 2 gegen den Schieber 3 stößt. Der Schieber wird gegen den Zug einer Feder 8 von dem Magnetkern 9 verstellt. Dieser bewegt sich in einer Spannungsspule 10, die vom Spannungswandler 11 gespeist wird. Die Anschlagkurve des Schiebers 3 ist so gestaltet, daß der vom Kontaktpaar 7 zurückzulegende Weg proportional der Spannung ist. Die Spannungsspule 10 trägt aber außerdem eine Stromwicklung 12, die parallel zu dem einstellbaren Widerstände 13 liegt; beide liegen im Stromkreise des Stromwandlers 5. Solange das Netz gesund ist, wird die Ferrarisscheibe 2 an der Drehung dadurch verhindert, daß ihre Nase 14 gegen einen Eisenkern 15 stößt. Dieser ist an dem einen Ende eines zweiarmigen Hebels 16 befestigt, dessen zweiter Arm einen Magnetkern 17 trägt. Der Magnetkern 15 steht unter dem Einfluß einer Spule, die

Claims (7)

vom Strom des Stromwandlers 5 durchflossen wird. Die Spule des Magnetkerns 17 liegt am Spannungswandler 11. Der Strom sucht den Magnetkern aus dem Bereich der Nase 14 herauszuziehen. Der Magnetkern 17 wirkt ihm jedoch entgegen. Tritt aber ein Kurzschluß auf, so sinkt die Spannung, und die Stromstärke steigt. Infolgedessen gewinnt am Hebel 16 der Strom die Oberhand und zieht to den Magnetkern 15 zurück, so daß die Ferrarisscheibe 2 ihre Drehung beginnt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die dem Kurzschlußstrom angenähert proportional ist. Die Spannungsspule 10 überläßt den ScHeber 3 dem Zuge der Feder 8, um so mehr., je mehr die Spannung gesunken ist, und um so kiemer wird daher der Weg, den das Kontaktpaar 7 zurückzulegen hat, bis es an die Anschlagkurve des Schiebers 3 anstößt ao und dadurch den Auslösestromkreis schließt. Der Spannungsspule 10 wirkt aber nun gemäß der Erfindung die Stromspule 12 entgegen, so daß der Schieber 3 sich unter dem Einfluß der Feder 8 noch weiter verstellt. Der zurückzulegende Weg wird also noch mehr verkleinert, und zwar um so mehr, je größer der Kurzschlußstrom ist. Das Maß dieser Verkleinerung ist durch den Regelwiderstand 13 einstellbar. Wird der Widerstand 13 ganz ausgeschaltet, so ist die Spule 12 kurzgeschlossen, die Gegenwirkung gegen die die Auslösezeit vergrößernde Wirkung der Spannung ist also gleich Null. Je größer der ihr parallel geschaltete Regelwiderstand 13 ist, um so größer ist die Wirkung dieser Stromspule, und um so mehr wird die Auslösezeit herabgesetzt. Der durch den Triebmagneten 4 gehende Strom soll durch die Veränderung des Regelwiderstandes 13 nicht wesentlich beeinflußt werden. Die auf Verkleinerung der Auslösezeit gerichtete Wirkung des Kurzschlußstromes kann auch auf mechanischem Wege erreicht werden, wie das in Abb. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt. Der Kurzschlußstrom der Leitung 21 wirkt über den Stromwandler 22 und die Leitungen 23 und 24 auf einen Bimetallstab 25. Dieser krümmt sich unter dem Einfluß der Stromwärme und stößt dabei gegen den Schieber 26, wie punktiert angedeutet. Durch die Berührung wird ein nicht gezeichneter Auslösestromkreis geschlossen, der die Schalter öffnet. In den Stromkreis des Bimetallstabes ist eine Drosselspule 27 eingeschaltet, deren Sättigung so bemessen ist, daß die Geschwindigkeit des Kontaktes 28 dem Strom ungefähr proportional ist. Die Stellung des Schiebers 26 ist abhängig von dem Spannungsmagneten 29, der durch den Spannungswandler 30 erregt wird. Solange die Stromstärke im Netz 21 den normalen Wert nicht überschreitet, ist der Stromkreis des Bimetallstabes 25 durch die Leitungen 31 und den Kontakt 32 überbrückt. Sobald aber der Strom anwächst, versteilt ein Strommagnet yj einen Hebel. 33 entgegen dem Zuge der Feder 34. Die Nase 35 stößt dabei gegen die Kontaktzunge 32 und hebt den Kurzschluß auf. Der Bimetallstreifen erhält Strom und legt mit einer vom Strom abhängigen Geschwindigkeit den von der Spannung eingestellten Weg zurück. Dieser Weg ist aber außerdem noch abhängig von der Lage des Hebels 33. Der Drehpunkt dieses Hebels kann verändert werden, indem ein Bolzen in das betreffende der dafür vorgesehenen Augen 36 gesteckt wird. Je weiter der Drehpunkt von dem Bimetallstreifen 25 entfernt ist. um so größer ist dessen Lageänderung bei einer bestimmten Verstellung des anderen Hebelarmes, und diese Verstellung ist wieder um so größer, je größer der KurzscHußstrom ist, und um so mehr wandert der Kontakt 28 der Kurve 26 entgegen, um so kleiner wird also der bis zum Kontakt-Schluß zurückzulegende Weg. Die Erfindung läßt sich auch ohne Schwierigkeit bei solchen Relais durchführen, bei denen der von dem Kontakt zurückzulegende Weg unveränderlich ist, die Geschwindigkeit da.gegen der Stromstärke direkt und der Spannung umgekehrt proportional ist. Die Spannung kommt hierbei, also die Bewegung, z. B. durch Entwicklung eines Gegendrehmomentes oder durch Bremswirkung. Zwecks Durchführung der Erfindung werden Gegendrehmoment oder Bremswirkung auch vom Strom abhängig gemacht, und zwar so, daß der wachsende Strom sie verringert. Ρλ τε ν ta ν s ρ r C c η ε:

1. Relais zum selbsttätigen Abschalten elektrischer Leitungsstrecken, dessen Auslösezeit mit sinkendem Quotienten aus Spannung und Stromstärke abnimmt und das derart einstellbar ist, daß die Auslösezeit bis zu einem einstellbaren Grenzwert dieses Quotienten einen vorgeschriebenen Wert nicht überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß eine beliebige Wahl der Größe des Quotientengrenzwertes keinen Einfluß auf das Verhältnis zwischen den Änderungen der Auslösezeit und den Änderungen des Quotienten oberhalb dieses Grenzwertes hat.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbeeinfiussung der Auslösezeit durch eine einstellbare, mit der Stromstärke veränderliche Gegenwirkung verringert ist.

3. Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs-

spule (io) Gegenwindungen (12) besitzt, durch die ein regelbarer; dem Fehlerstrom entsprechender Strom fließt.

4. Relais nach Anspruch 1, bei dem ein beweglicher Teil vom Strom angetrieben wird und nut einer die Geschwindigkeit vermindernden Einrichtung versehen ist, die von der Spannung beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung auch eine einstellbare, der Spannung entgegengesetzt wirkende Abhängigkeit vom Strom besitzt.

5. Relais nach Anspruch 1, bei dem ein beweglicher Teil einen Weg, der mit der Spannung wächst, mit einer Geschwindigkeit zurücklegt, die mit dem Strom wächst, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Weges eine zusätzliche einstellbare Abhängigkeit vom Strom besitzt.

6. Relais nach Anspruch 5 mit einem ao Kontakt, der einen von der Spannung begrenzten Weg zu durchlaufen hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsstellung dieses Kontaktes (28) von der Stromstärke abhängig ist.

7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsstellung des Kontaktes (28) durch den einen Arm eines zweiarmigen Hebels (33) bestimmt ist, dessen anderer Arm unter dem Einfluß eines Strommagneten (37) steht, und dessen Drehpunkt veränderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen