DE506562C - Wechselstromschutzrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wechselstromschutzrelais mit einer an einem Magneten vorgesehenen Spannimgsspule, einem zwischen den Polen des Magneten drehbaren Hohlzylinder aus elektrisch leitendem Stoff und einem kreuzförmigen, teilweise mit Hilfswicklungen ausgerüsteten festen Innenkern aus magnetischem Material. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß an dem kreuzförmigen Innenkern zwei gegenüberliegende Arme angeordnet sind, die einen kleineren Querschnitt als die beiden anderen Arme haben, welche zwischen 'den Magnetpolen und parallel zu dem in ihnen durch die Spannungsspule erzeugten Magnetfluß liegen.

Da gemäß der Erfindung die beiden in der

gleichen axialen Richtung liegenden Arme des feststehenden Kernes mit Wicklungen versehen sind, die von dem Netzstrom bzw. der Spannungsspule erregt werden, können beide Wicklungen für gewöhnlich die drehbare Trommel gegen einen feststehenden Anschlag bewegen. Wenn jedoch infolge eines Fehlers die Stromrichtung sich umkehrt, übersteigt die Kraft der durch den Netzstrom gespeisten Wicklung die der durch die Spannungsspule erregten und dreht die Trommel von dem Anschlag fort, wobei die Kontakte des Stromkreises der Auslösespule beeinflußt werden.

Die Anordnung hat den großen Vorteil, daß die Empfindlichkeit des Relais nicht wie bei den bekannten Rückstromrelais mit einem Spannungsabfall abnimmt, da die entgegenwirkende Kraft der Spannungsspule entsprechend verringert wird und mithin das Ansprechen des Relais praktisch unabhängig von der Spannung des überwachten Stromkreises ist.

Die Relaiswicklungen verbrauchen sehr wenig Leistung, und dies ist von besonderer Wichtigkeit bei Hochspannungsstromkreisen, die jetzt für Kraftübertragung auf große Entfernung zur Verwendung kommen, da in diesen Fällen Durchführungsstromwandler mit einer einzigen Windung der Primärwicklungen und einer begrenzten Anzahl von Amperewindungen und begrenzter Leistung verwendet werden. In solchen Fällen ist es wichtig, daß die Relaiswicklungen sehr wenig Leistung verbrauchen, ohne die Genauigkeit und . Zuverlässigkeit der Vorrichtung herabzumindern.

Das durch die Wicklungen des Innenkernes erfolgte Drehmoment kann durch auf den Polschuhen des Elektromagneten angebrachte Spulen vergrößert werden, die derart angeordnet sind, daß der durch sie erzeugte, den Innenkern durchsetzende Magnetfluß die Wirkung der auf diesem Kern angeordneten Wicklungen unterstützt oder abschwächt.

Bei dem Impedanzrelais gemäß der Erfindung verursacht beim Auftreten eines Fehlers eine ausreichende Stromsteigerung und (oder)

Spannungsabfall das Ansprechen des Relais in einer Zeit, die der Impedanz oder der Entfernung des Relais von der Fehlerstelle proportional ist.

Bei dieser Anordnung, bei welcher die dem magnetischen Hauptfluß durch den Kern parallelen Arme größeren Querschnitt haben als die rechtwinklig zu diesem Fluß angeordneten Arme, wird der magnetische Widerstand

ίο des Hauptkraftlinienweges gegenüber dem des durch die Hilfswicklungen erzeugten Flusses verringert, derart, daß die zeitliche Phasenverschiebung des Haupt- und der Hilfsflüsse das Bestreben hat, sich in der erforderlichen Weise auf einen Wert von 90⁰ einzustellen. Auf der Zeichnung zeigen die Abb. 1 bis 9 die Ausbildung des Wechselstromschutzrelais für die verschiedenen Verwendungszwecke. Die in Abb. 1 veranschaulichte Anordnung ist geeignet, als Rückstromrelais der Differentialtype zu wirken, welches für einen auf die Potentialwicklung angewandten Spannungsabfall entlastet wird.

A ist das Joch und B¹, B² sind die Schenkel des äußeren Lamellenkerns eines Hufeisenelektromagneten, E¹ und E² sind symmetrisch angeordnete Pole des Schenkels B¹ und E^z, £⁴ ähnlich angeordnete Pole des Schenkels B². D ist eine Trommel aus elektrischem Leitungsmaterial, vorteilhaft aus dünnem Aluminium oder Kupfer, die zwischen den Polen -E¹ bis -E⁴ rotiert und an einer Spindel d befestigt ist. F¹ bis F* sind Vorsprünge eines innerhalb der Trommel D feststehenden Kerns F. Die Vorsprünge F¹ und F² liegen rechtwinklig zu den von der Spannungsspule P erzeugten Kraftlinien, die durch die Schenkel B¹, B² zwischen den Polen E¹, E² und E^s, £⁴ hindurchgehen und parallel zu den Vorsprüngen F³, F⁴ führen. Die Wicklung P ist mit einer Wechselstromquelle G verbunden und wirkt induktiv auf eine Wicklung 5", die, wie in dem Beispiel veranschaulicht, auf dem Joch A des Elektromagneten angeordnet ist.

Hilfsspulen H¹, H², W₁ H⁴, die mit der Wicklung 5 über einen Widerstand R in Serie verbunden sind, sind einzeln an die Pole E¹, E², E^z, E* angelegt, und Hilfsspulen C, C², die in Serie geschaltet sind, sind einzeln an die Vorsprünge F¹, F² des inneren Kerns angelegt und mit den Klemmen L, M des Verbraucherstromkreises verbunden.

Der innere Kern F ist aus Lamellenplatten magnetischen Materials zusammengebaut, wobei der Querschnitt der umwickelten Vorsprünge F¹, F² vorteilhaft bedeutend geringer ist als derjenige der Vor Sprünge F^s, Fⁱ, welche die Verzögerung des von der Spule P erzeugten Induktionsflusses verhindern.

Der Weg der durch die Spule P erzeugten Kraftlinien wird durch die strichpunktierte Linie und der Weg der durch die Wicklungen C, C erzeugten Kraftlinien durch die gestrichelte Linie veranschaulicht. Die Wege der durch H¹, H² und Η^Ά, Η* erzeugten Kraftlinien fallen. mit denen durch die Spule C, C erzeugten Kraftlinien zusammen und sind denselben gleichgerichtet oder entgegengesetzt.

Da die Spule P aus einer verhältnismäßig großen Anzahl von Windungen besteht und ihr magnetischer Widerstand gering ist, so ist eine bedeutende Induktions- und Zeitphasenverzögerung in diesem Stromkreis vorhanden, während in dem Stromkreis der Hilfswicklung H¹ bis H* und C, C² die Induktion bei der geringen Anzahl von Windungen in jeder Spule und dem verhältnismäßig großen magnetischen Widerstand infolge der Lufträume zwischen den Polen E¹ bis -E⁴ und den Vorsprüngen F¹, F² klein ist. Ebenso ist die Zeitphasenverzögerung gering.

Eine Hilfswicklung K, die in sich oder durch einen Widerstand R¹ kurzgeschlossen ist, kann in bekannter Weise an irgendeinem Teil des Kerns des Elektromagneten angeordnet werden. Dadurch wird ein vollständig gleichmäßig resultierendes Feld gewährleistet, welches die Trommel D in einer bestimmten Richtung zu drehen vermag.

Unter normalen Verhältnissen wirken die magnetischen Kraftlinien, die die Wicklungen H^x bis H⁴ der Pole E¹ bis Eⁱ erzeugen, mit den Kraftlinien der Wicklungen C¹, C² zusammen, und diese Strömungen sind ungefähr rechtwinklig in Raumrichtung und Zeitphase zu dem hauptmagnetisierenden Strom, der durch die Wicklung P erzeugt wird. Die Trommel D wird daher gegen einen begrenzenden Anschlag gedreht. Wenn die Stromrichtung umgekehrt wird, d. h. wenn die Stromphase relativ zu der angewandten Spannung zu irgendeiner Zeit um ungefähr i8o° geändert wird, so wird der Strom der Spulen C, C ein Kraftlinienfeld erzeugen, das demjenigen der Spulen an den Polen E¹ bis £⁴ entgegenwirkt, woraus folgt, daß die Trommel D in der entgegengesetzten n₀ Richtung gedreht wird, sobald der Rückstrom einen vorher bestimmten Wert erreicht.

Die Vorrichtung arbeitet unabhängig von irgendeinem Spannungsabfall an den Klemmen V¹, V², da die Wirkung der Spannungsausgleichspulen Η¹ bis H¹ im Verhältnis mit der Spannung über V¹, V² wechselt.

Es ist auch ersichtlich, daß das Relais stabiler wind, wenn die Spannung über V¹, V² über normal steigt. iao

In Abb. 2 sind die Spannungsausgleich- und Stromwicklungen vertauscht.

Abb. 3 ist ähnlich der Abb. i, doch sind an den Schenkeln B¹, B² zusätzliche Wicklungen P, P vorgesehen, um das Kraftlinienfeld der Wicklungen an F¹, F² zu verstärken. Diese zusätzlichen Wicklungen können durch geeignete Schalter in ihrer Polarität umgekehrt oder zu irgendeiner Zeit ganz ausgeschaltet werden, um den Wirkungskreis des Schutzrelais zu vermehren.

ίο Die Wicklung P besitzt einen Widerstand R² im Nebenschluß, der einen solchen Temperaturkoeffizienten besitzt, daß etwaige Schwankungen in der Temperatur ausgeglichen werden.

In Abb. 4, welche eine Änderung der Ausführungsform gemäß Abb. 3 veranschaulicht, sind die Stromspulen H² und H¹ an die Pole E², F⁴ gelegt und die Spannungsausgleichspulen H¹, H³ an die Pole E¹, E^s.

Die Kraftausgleichspulen K¹, K², die durch einen Widerstand R³ in sich selbst kurzgeschlossen sind, sind an die Vorsprünge F^s, F⁴ des inneren Kerns gelegt.

Abb. 5 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform eines Richtungs- oder Rückstromrelais, bei welchem nur zwei Polflächen e¹, e² vorhanden sind und die Stromwicklungen aus einer Spule C² bestehen, die an den Vorsprung)⁷² gelegt ist. Das Spannungsausgleichsystem besteht aus einer Spule C¹, die auf den entgegengesetzten Pol F¹ des inneren Kerns aufgebaut ist.

Die Kraftausgleichspulen K¹, K² liegen auf den Schenkeln B¹, B² des Elektromagneten und sind über einen Widerstand R^e kurzgeschlossen.

Abb. 6 zeigt ein Rückstromrelais, bei dem der Lamellenelektromagnet vorteilhaft Kreisform besitzt und mit gleichweit entfernten, vorspringenden Polen/¹, J², P, P versehen ist, von denen 7¹ und P gegenüber F¹, F² mit Stromspulen D, L² versehen sind und P, /⁴ mit Spulen U, D, die über die Spannungsklemmen V¹, V² verbunden sind, während die Wicklungen C¹, C² auf F¹, F² auch über einen nicht induktiven Widerstand R⁴ mit den Klemmen V¹, V² verbunden sind.

Die Wirkung dieser Änderung ist im allgemeinen dieselbe wie die bei den vorhergehenden Ausführungsformen.

Bei der in Abb. 7 veranschaulichten Ausführungsform sind die zusätzlichen Spulen P und P mit dem Verbraucherstromkreis verbunden und auf die Schenkel B¹, B² gewickelt wie in Abb. 3, es fehlen jedoch die Wicklungen der Vorsprünge F¹, F². Die Wicklungen IP bis H^A sind über einen Widerstand R mit der Spule S in Serie geschaltet, wie es auch Abb. 3 zeigt, aber die Wicklungen C^s, C⁴ sind an die Pole F³, F* des Kerns F gelegt und über die Klemmen y¹, y² mit einer unabhängigen Wechselstrom- oder Gleichstromquelle verbunden, um die Empfindlichkeit des Relais zu vermehren oder zu vermindern, wobei die Kraftlinien dieser Wicklungen mit denen der Hauptwicklung P -zusammenwirken oder auch diesen Kraftlinien entgegenwirken können.

Abb. 8 veranschaulicht eine einfache Ausführung als ein Impedanzrelais.

Die Spule P liegt hier an den Stromklemmen L, M und wirkt auf die Sekundärwicklung S. Eine Zusatzspule C¹ auf dem Pol F¹ wird von der Wicklung 5 erregt.

Eine Spannungsspule C² ist an den Vorsprung F² des inneren Kerns gelegt und in Serie mit einer geeigneten Impedanz R^B an die Spannungsklemmen V¹, V² angeschlossen.

Unter normalen Verhältnissen ist die Drehkraft infolge des resultierenden, rotierenden Feldes, das durch die Wicklungen P und C¹ erzeugt wird, geringer als diejenige der Spulen P und C² und entgegengesetzt in Richtung, so daß das Relais unwirksam bleibt.

Wenn aber an irgendeiner Stelle, z. B. zwischen derjenigen, an welcher das Relais eingebaut ist, und dem Ende der Zuleitung, ein Fehler auftritt, wird die Drehkraft, die durch die Stromspule C¹ erzeugt wird, diejenige der Spannungsspule C² übersteigen, und das Relais spricht an. Die Trommel D wird hier vorteilhaft mit einer Verzögerungsvorrichtung irgendeiner gewünschten Art ausgerüstet, um zu gewährleisten, daß das Relais, das am nächsten zu dem genannten Fehler liegt, zuerst anspricht.

Abb. 9 stellt ein Gegenstromrelais, nach Art der gewöhnlichen Wattmetertype dar.

Die Stromspule C² ist an den Vorsprung F² des inneren Kerns gelegt und die Spannungsspulen an die horizontalen, vorspringenden Pole /^s, P des Elektromagneten.

Die Trommel D wird gegen einen begrenzenden Anschlag in der nicht arbeitenden Richtung gedreht oder betätigt die Relaiskontakte in der arbeitenden Richtung abhängig von dem relativen Phasenverhältnis zwischen Strom und Spannung. Die Kraftausgleichspulen K¹, K², die in sich durch den Widerstand R³ kurzgeschlossen sind, sind an die Vorsprünge F³, F⁴ des inneren Kerns gelegt und dienen demselben Zweck wie die Spule if der Abb. 1.

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   i. Wechselstromschutzrelais mit einer an einem Magneten vorgesehenen Spannungsspule, einem zwischen den Polen des Magneten drehbaren Hohlzylinder aus elektrisch leitendem Stoff und einem kreuzförmigen, teilweise mit Hilfs-

   wicklungen ausgerüsteten festen Imnenkern aus magnetischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß von dem kreuzförmigen Innenkern (F) zwei gegenüberliegende Arme (F³, F⁴) mit einem größeren Querschnitt als dem der beiden anderen Arme (F¹, F²) zwischen den Magnetpolen in dem durch die Spannungsspule (P) erzeugten Magnetfluß ίο parallel zu diesem liegen.
2. 2. Wechselstromschutzrelais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Pol des Magneten zwei Polschuhe (E¹, E² und E*, £*) mit zusätzlichen Wicklungen (H¹, H² und H³, H¹) .besitzt.
3. 3. Wechselstromschutzrelais nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (H¹ bis Ji⁴) der Polschuhe (E¹ bis £⁴) parallel oder induktiv an die Spannungsspule (P) und Wicklungen (C¹, C²) auf den querschnittskleineren Armen (F¹, F²) des Innenkernes (F) an die Stromklemmen (L, M) angeschlossen sind (Abb. 1).
4. 4. Wechselstromschutzrelais nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhwicklungen (H¹ bis ü*) an die Stromklemmen (L, M) und die Innenkernwicklungen (C¹, C²) an die Spannungsspule (P) angeschlossen sind (Abb. 2).
5. 5. Wechselstromschutzrelais nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschenkel (B¹, B²) zwischen ihren Polen (E¹, E² und E*, F,⁴) in Reihe mit den Innenkernwicklungen (C¹, C²) liegende Zusatzwicklungen (7¹, J²) tragen (Abb. 3).
6. 6. Wechselstromschutzrelais nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel oder induktiv an die Spannungsspule (P) die Wicklungen (Ji¹, H³) des einen diametral gegenüberliegenden Polschuhpaares (E¹, P³), ,an die Stromklemmen (L, M) die Wicklungen (H², H*) des anderen Polschuhpaares (E², E*) angeschlossen sind und die Wicklungen (A'¹, K²) auf den querschnittsgrößeren Armen (P³, P⁴) des Innenkernes über einen Widerstand (R³) kurzgeschlossen sind (Abb. 4).
7. 7. Wechselstromschutzrelais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß parallel oder induktiv an die Spannungsspule (P) die Spule (C¹) des einen querschnittskleineren Innenkernarmes (P¹), an die Stromklemmen (L, M) die Spule

   (C²) des anderen querschnittskleineren Innenkernarmes (P²) angeschlossen ist und Zusatzspulen (K¹, K²) auf den 60 Magnetschenkeln (B¹, B²) über einen Widerstand (R¹) kurzgeschlossen sind • (Abb. 5).
8. 8. Wechselstromschutzrelais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines geschlossenen Ringmagneten mit inneren, gleichweit entfernten Polen die Wicklungen (L³, L⁴) zweier gegenüberliegender Magnetpole (P, 7⁴) und die Wicklungen (C¹, C²) des senkrecht zu diesen Polen stehenden Armpaares (P¹, P²) des Innenkernes unmittelbar an die Spannungsklemmen (V¹, V²) und die Wicklungen (L¹, L²) der beiden anderen Magnetpole (7¹, J²) an die Stromklemmen (L, M) angeschlossen sind (Abb. 6).
9. 9. Wechselstromschutzrelais nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei parallelem oder induktivem An-Schluß der Wicklungen (H¹ bis Ji⁴) der Magnetpole (E¹ bis P*) an die Spannungsspule (P) die Hilf swicklungen (7¹, 7²) auf den Magnetschenkeln (P-¹, P-²) an die Stromklemmen (L, M) und die Wicklungen (C³, C⁴) auf den in dem von der Spannungsspule (P) erzeugten Magnetfluß liegenden Armen (P^s, P⁴) des Innenkernes an die Klemmen (y¹, y^s) einer unabhängigen Stromquelle angeschlossen sind (Abb. 7).
10. 10. Wechselstromschutzrelais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die die eine (C¹) von den beiden auf den querschnittskleineren Armen (P¹, P²) des Innenkernes angeordneten Wicklungen (C¹, C²) induktiv speisende Spule (P) an die Stromklemmen (L, M) und die nicht von der Spule (P) beeinflußte Wicklung (C²) des Innenkernes (P²) über eine Impedanz (R⁵) an die Spannungsklemmen (V¹, V²) angeschlossen sind (Abb. 8).
11. 11. Wechselstromschutzrelais nach x\nspruch i, gekennzeichnet durch auf den querschnittsbreiteren Armen (F³., P⁴) des Innenkernes angeordnete, über einen Widerstand kurzgeschlossene Wicklungen (Jv¹, Jv"²), durch unmittelbar an die Spannungsklemmen (V¹, V²) angeschlossene Wicklungen auf den Magnetpolen (7³., 7⁴) und durch eine an die Stromklemmen (L, M) angeschlossene Wicklung (C²) des einen querschnittskleineren Armes (F²) des Innenkernes (Abb. 9).

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen