DE519520C - Wattmetrische Richtungsrelaisanordnung fuer den UEberstromschutz von elektrischen Kraftverteilungsanlagen - Google Patents
Wattmetrische Richtungsrelaisanordnung fuer den UEberstromschutz von elektrischen KraftverteilungsanlagenInfo
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- H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
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Description
Für den Selektivschutz von Drehstromanlagen werden vielfach in zwei oder drei
Phasen einpolige Rückstromrelais eingebaut, welchen die Aufgabe zukommt, nur dann die
Auslösung freizugeben, wenn eine Umkehrung der Energierichtung stattfindet. Es sind
aber bei Verwendung von einpoligen Relais sehr viele Störungsfälle möglich, für welche
einpolige Relais eine Auslösung bewirken können, trotzdem keine Umkehrung der
Energierichtung stattfindet, wodurch die Selektivität des ganzen Leitungsschutzes in
Frage gestellt würde.
Störungen verursachen bekanntlich in Drehstromanlagen meistens eine starke Verzerrung
des Stromdreiecks und in der Nähe des Kurzschlußortes zudem noch eine Verzerrung
des Spannungsdreiecks. Es ist in der Wechselstromtheorie allgemein bekannt, Spannungen und Ströme, welche in einem ungeerdeten
Drehstromsystem wirken, in ihre Mit- und Gegenkomponenten zu zerlegen, womit man sich in übersichtlicher Weise die
Arbeitsweise von Rückstromrelais im Störungsfalle erklären kann.
Damit man das Wesen der vorliegenden Erfindung deutlich erkennen kann, sei für die
allgemein bekannte Schaltung Fig. 1 die Arbeitsweise der Rückstromrelais im Störungsfalle
näher erläutert. In jeder der drei Phasen des Generators G sind einpolige Rückstromrelais
R1, R2, i?3 eingebaut, deren Drehsysteme
unabhängig voneinander auf je eine Kontaktvorrichtung arbeiten. Die Spannungsspulen sind in Stern an die Generatorspan-
nung angeschlossen. Die Fig. 2 zeigt für einen unsymmetrischen Belastungsfall die drei Phasenströme
J1, J2, J3 der Größe und Phase
nach; der Generator ist als unendlich groß angenommen, somit sind die Spannungen E1,
E2, E3 gleich groß und 1200 unter sich phasenverschoben.
Für ein wattmetrisches Relais ist das Drehmoment im allgemeinen proportional b --E · J · cos (φ H- Θ), wobei Θ
die innere Phasenverschiebung des Relais bedeutet, welche wir im folgenden gleich Null
setzen wollen, so daß sich im gegebenen Betriebsfalle der Fig. 2 die Drehmomente der
drei Relais wie folgt anschreiben lassen:
^i = E1- J1- cos ψχ
b2 = E2- J., · cos φ2
3 ~ 3 J 3 T'3'
Zerlegt man die drei Ströme in ihre Mit- und Gegenkomponenten gemäß Fig. 3, in der
J1I die Mit-, Jj die Gegenkomponenten bedeuten,
dann kann man, indem man die gleiche
Zerlegung auch auf die Drehmomente ausübt, für jedes Relais das Drehmoment entsprechend
der Mit- oder Gegenkomponente bestimmen. Man erhält auf diese Weise für die
Drehmomente der Mitkomponenten:
^i1 = E1 · Jj1 ■ cos <jy.
bd, = Eä · Jd, · cos ψ j
i>4 — E3 · Jd, · cos qy.
Diese Drehmomente sind sämtliche von derselben Größe, ihre Summe ist proportional der
Leistung des Drehstromes, somit ist die Richtung des Drehmomentes jedes einzelnen
Relais abhängig von der Energierichtung.
Die Gegenkomponenten bewirken hingegen folgende Drehmomente:
bis = E1 - Ji1 · cos φ;
hi, — £a · Jf2 ■ COS (φ,- -f 120°)
h = E3 · Ji, · COS (120 — φι).
Diese Beziehungen zeigen, daß das Drehmoment der Gegenkomponente mindestens bei
einem oder zwei Relais negativ wird, je nach der Größe des Winkels φ;. Die Summe der
drei Drehmomente ist für die Gegenkomponenten gleich Null,
Überwiegt für irgendeines der drei Relais
das Drehmoment der Gegenkomponenten gegenüber der Mitkomponente, dann wird das betreffende Relais im Gegensatz zu den übrigen Relais auslösen, obschon keine Umkehrung
der Energierichtung vorliegt. Daraus kann gefolgert werden, daß die Drehmomente
der gegenläufigen Stromkomponenten Ursache von Fehlauslösungen sind.
Der Gegenstand vorliegender Erfindung bezweckt nun, diese gegenläufige Stromkomponente
für das Rückstromrelais unwirksam zu machen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt Fig. 4. Das Stromsystem des Rückstromrelais R ist in zwei getrennte, auf
dasselbe Magnetsystem wirkende Wicklungen zerlegt, wovon jede mit einem Stromwandler
W1 und W, in Verbindung steht. Dem
Stromwandler W% ist auf der Sekundärseite
ein Ohmscher Widerstand von einem solchen Ohmwert parallel geschaltet, 'daß der Strom i
in der Relaisspule b um 6o° gegenüber dem Strome is nacheilt. Durch geeignete Wahl der
Übersetzungsverhältnisse der Stromwandler W1 und W2 sowie auch durch zweckmäßige
Wahl der Windungszahlen der Relaisspulen α und b wird erreicht, daß die
wirksamen Amperewindungen der letzteren gleich groß sind. Die Spannungsspule e des
Rückstromrelais liegt an der verketteten Spannung zwischen Klemme 1 und 2 des Generators
G. In Fig. 5 ist das Vektordiagramm der obigen Schaltung für die Mitkomponenten
der drei Phasenströme angegeben. Auf Stromspule α wirkt die Mitkom-
■ ponente des sekundären Stromes idl, wäh-
\ rend auf die Stromspule b um 6o~ zeitlieh
nach rückwärts gedreht die Mitkomponente ij wirkt; somit wird das Feld des Rückstromrelais durch die Summe der Mitkomponenten
idl -\- i,i erregt. Das auf die Dreh-
- spule ausgeübte Drehmoment ist dann proportional E12 (idl + id) cos φά, somit auch
proportional der Gesamtleistung des Drehstromes. Da die Richtung des Drehmomentes
nur von der Energierichtung abhängt, werden die Mitkomponenten nur bei Energieumkehr
eine Auslösung des Relais bewirken können. In analoger Weise zeigt Fig. 6 das Vektordiagramm
für die Gegenkomponenten. Die Stromspule α wird von der gegenläufigen Stromkomponente ^1 erregt, die Spule b aber
durch den Strom iit welcher gegenüber dem
Strom % um 60° nach rückwärts gedreht wird. Da die Windungszahlen der Spulen a
und b so gewählt werden, daß die Amperewindungen gleich groß sind, so heben sich
diese für die Gegenkomponente vollständig auf. Das Relais spricht somit auf die Gegenkomponente nicht an.
In ähnlicher Weise lassen sich auch noch weitere Schaltungen denken, welche die Aufhebung
der Gegenkomponente in bezug auf das Rückstromrelais bezwecken.
In Kraftverteilungsanlagen kann aber auch der Fall eintreten, daß ein Fehler, wie z. B.
ein Kurzschluß, zwischen zwei Phasen einer Fernleitung unmittelbar in der Nähe des
Rückstromrelais vorkommt; so daß vom Generator bis zum Anschlußorte des Relais mit
einem großen Spannungsabfalle zu rechnen ist, was an dieser Stelle eine große Verzerrung
des Spannungsdreiecks zur Folge hat. Wenn man ähnlich wie für die Ströme auch
die Phasenspannungen in ihre Mit- und Gegenkomponenten zerlegt, dann lassen sich die
Drehmomente der drei Relais gemäß Schaltung Fig. ι wie folgt in vier Komponenten
trennen:
a) Drehmoment aus Mitkomponente der Spannung und Mitkomponente des Stromes.
b) Drehmoment aus Mitkomponente der Spannung und Gegenkomponente des Stromes.
c) Drehmoment aus Gegenkomponente der Spannung und Mitkomponente des Stromes.
d) Drehmoment aus Gegenkomponente der Spannung und Gegenkomponente des Stromes.
Die Drehmomente, gebildet aus Spannungsund Stromkomponenten, welche gleichsinnig
rotieren wie unter Fall a und b, haben für alle drei Relais dieselbe Richtung und Größe. Ihre
Richtung ist abhängig von der Energierich-
tung. Dagegen sind dieDrehmomente der drei Relais verschieden, wenn Spannungs- und
Stromkomponenten unter sich entgegengesetzte Drehrichtung haben wie im Fall b und c. Diese Drehmomente bewirken gegebenenfalls
aus diesem Grunde Fehlauslösungen der Rtickstromrelais.
Dieser Überlegung folgend, kann man somit auf sinngemäße Weise für die Spannungen
ebenfalls die Gegenkomponente heraussieben und diese Spannung der Drehspule eines Rückstromrelais aufdrücken. Man erhält
auch dann ein Relais, welches nur bei Umkehrung der Energierichtung anspricht.
t5 Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
solchen Schaltung. Die Schaltung des Stromsystems ist genau dieselbe wie in Fig. 4 angegeben.
Für das Spannungssystem ist an die verkettete Spannung E13 ein Ohmscher Wi-
ao derstand R in Reihe mit einem induktiven Widerstand L angeschlossen, wobei die Verbindung
derselben miteinander an die eine Klemme der Spannungsspule gelegt wird. Der Ohmwert und die Induktivität von R und L
werden so gewählt, daß die Spannung am Widerstand gegenüber der Spannung E13 um
6o° nacheilt. Zwischen Leitung 1 und 2 liegt ein kleiner Transformator, welcher von T
auf vS* im Verhältnis von 2 : 1 übersetzt und
mit der andern Klemme der Spannungsspule verbunden ist. Das Spannungsdiagramm für
den Spannungskreis ist in Fig. 8 für die Mitkomponenten und in Fig. 9 für die Gegenkomponenten
angegeben. Auf den Spannungskreis wirkt die Spannung ER — E3 = E für
die gleichsinnig rotierende Spannungskomponente bzw. Mitkomponente. Die Spannung ER
ist gegeben durch E13 · cos 60 ° = -E13, wäh-
rend die Spannung E3 durch zweckmäßige
Wahl des Transformators auf den Betrag
Es = ■— gebracht wird. Wie aus dem Vektordiagramm
Fig. 8 ersichtlich ist, eilt die resultierende Spannung E der Spannung E12
um 30° nach, was in bezug auf das Rückstromrelais durch Serienschaltung einer Drosselspule
D wieder behoben werden kann.
Im Diagramm der Fig. 9 sind die Spannungen ER und E8 miteinander in Phase und gleich groß; somit ist die auf dem Spannungskreis wirksame Spannung E — ER — E5 = o, d. h. die gegenläufige Spannungskomponente ist in bezug auf das Relais wirkungslos.
Im Diagramm der Fig. 9 sind die Spannungen ER und E8 miteinander in Phase und gleich groß; somit ist die auf dem Spannungskreis wirksame Spannung E — ER — E5 = o, d. h. die gegenläufige Spannungskomponente ist in bezug auf das Relais wirkungslos.
Durch sinngemäße Vertauschung der Strom- und Spannungsschlüsse ist es selbstverständlich
auch ohne weiteres möglich, die Mitkomponenten der Ströme und Spannungen herauszusieben. Ferner ließen sich auch zwei
Rückstromrelai'S anwenden, wovon das eine auf die Mitkomponente und das andere auf
die Gegenkomponente reagiert, wobei man die beweglichen Systeme miteinander mechanisch
kuppeln könnte. Eine derartige Relaisanordnung würde dann unter allen Spannungsverhältnissen
ein Drehmoment entwickeln, welches proportional der Leistung des Drehstromes ist.
In den gezeichneten Vektordiagrammen bedeutet Z die Zeitlinie.
Claims (2)
- Patentansprüche:ι . Wattmetrische Richtungsrelaisanordnung für den Überstromschutz von elekirischen Kraftverteilungsanlagen mit isoliertem Nullpunkt und mit an die verkettete Spannung angeschlossenem Spannungskreis, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Wicklungen des Stromsystems der Relaisanordnung durch zwei getrennte Stromwandler erregt werden, von denen einer sekundärseitig durch einen Ohmschen Widerstand überbrückt ist, so daß für die gegenläufige Stromkomponente das Relaisdrehmoment unterdrückt wird.
- 2. Wattmetrische Richtungsrelaisanordnung für den Überstromschutz von elektrischen Kraftverteilungsanlagen mit isoliertem Nullpunkt nach Anspruch 1 mit Stromsystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungssystem einerseits zwischen dem Mittelpunkt einer Serienschaltung eines Ohmschen und eines induktiven Widerstandes, anderseits an einem Spannungsteiler angeschlossen ist, so daß für die gegenläufige Stromkomponente die auf das Spannungssystem wirkende EMK aufgehoben wird.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH129709T | 1927-07-22 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE519520C true DE519520C (de) | 1931-02-28 |
Family
ID=4388107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEM100812D Expired DE519520C (de) | 1927-07-22 | 1927-08-06 | Wattmetrische Richtungsrelaisanordnung fuer den UEberstromschutz von elektrischen Kraftverteilungsanlagen |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH129709A (de) |
DE (1) | DE519520C (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5823514A (en) * | 1995-02-07 | 1998-10-20 | Mercedes-Benz Ag | Vibration dampening mounting arrangement for supporting a component on an internal combustion engine |
-
1927
- 1927-07-22 CH CH129709D patent/CH129709A/de unknown
- 1927-08-06 DE DEM100812D patent/DE519520C/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5823514A (en) * | 1995-02-07 | 1998-10-20 | Mercedes-Benz Ag | Vibration dampening mounting arrangement for supporting a component on an internal combustion engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH129709A (de) | 1929-01-02 |
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