DE553699C - Distanzrelais mit einem hubbegrenzenden Einstellsystem und einem beim Arbeiten diesem mit Verzoegerung entgegenbewegten Laufsystem sowie einem Anwurfsystem - Google Patents

Description

Das Distanzrelais nach der Erfindung gehört zu der Art, bei der die Abhängigkeit der Zeit von dem Quotienten aus Strom und Spannung dadurch erreicht wird, daß man ein elektrisch gesteuertes, mit Verzögerung versehenes Bewegungssystem, das Laufsystem, bei Eintritt eines Fehlers im Netz sich vorwärts bewegen läßt und den Hub bis zu der durch diese Bewegung erfolgenden Betätigung eines Schaltimpulses (sekundäre Kontaktabgabe) durch ein zweites System, das Einstellsystem, einstellt.

Das Laufsystem ist ein Meßwerk, welches in normalen Betriebszeiten in seiner Ruhestellung steht und bei Eintritt eines Fehlers sich je nach der Größe desselben mit mehr oder weniger großer Geschwindigkeit in der für die Betätigung der Auslösung erwünschten Richtung bewegt, es läuft also nur während des Bestehens des Fehlers. Das Einstellsystem ist ein Meß werk, welches sich jederzeit nach dem Wert der gemessenen elektrischen Größe einstellt und in der betreffenden Stellung bleibt, solange diese Größe sich nicht ändert; während des Bestehens des Fehlers bleibt dieses Meßwerk also im allgemeinen stehen; es steht nur dann auf Null, wenn die gemessene Größe Null ist.

Es ist bekannt, ein gedämpftes Stromrelais als Laufsystem zu verwenden, wobei während der Andauer gleicher Stromstärke die Geschwindigkeit unverändert bleibt, und den Hub durch einen Spannungsmesser derart zu begrenzen, daß er etwa proportional der Spannung wird. Man hat auch ein einfaches Laufwerk (Uhrwerk) als Laufsystem und einen Quotientenmesser als hubbegrenzendes Einstellsystem benutzt. Im ersteren Falle sind die Drehmomente der beiden Systeme abhängig vom Quadrat des Stromes und der Spannung, deshalb wird die Laufzeit nicht proportional der Impedanz, sondern ihrem Quadrat. Man kann diesen Fehler durch besondere Hilfsmittel bis zu einem gewissen Grade ausgleichen, indem man die Charakteristiken umformt, aber das ist teuer, umständlich und unsicher. Die zweite Lösung erfordert den an sich komplizierten und teuren Quotientenmesser.

Nach der Erfindung wird nun als Einstellsystem ein Leistungssystem verwendet, das den Hub des anderen Systems proportional der Leistung einstellt und ungedämpft oder schwächer gedämpft als das Laufsystem ist. Unter Leistung ist hierbei die Größe

e · i' cos (φ —ψ)

zu verstehen, wobei e die Spannung, i der Strom, φ ihre äußere Phasenverschiebung und ψ die innere Phasenverschiebung des Meßsystems sind. Der Winkel ψ ist durch die Konstruktion und Schaltung bestimmt, er kann in den Grenzfällen ο oder 90 ° werden (Wirk- oder Blindleistung) und wird

zweckmäßig in der Größenordnung von 45 bis 6o° gewählt, damit bei einem Kurzschluß, wo cos ψ annähernd 0 ist, das System noch sicher arbeitet. Das Laufsystem ist ein ⁵ Strommesser, dessen Drehmoment proportional dem Quadrat des Stromes und dessen Geschwindigkeit infolge Ausrüstung mit einem Verzögerungsorgan ebenfalls proportional diesem Quadrat ist. Die Zeit zur Ausführung des der Leistung proportionalen

Hubes wird also proportional —.

Diese Art der Quotientenbildung ist an sich nicht neu, da man Systeme verwendet hat, bei '5 denen an dem gleichen beweglichen Teil Leistung und Quadrat des Stromes angreifen, so daß ihre Drehmomente sich entgegenwirken. Aber diese Anordnung erfordert besonders gebaute und teure Systeme, außer- *° dem die Beseitigung jeder Richtkraft, und daher ist die Wirkung unsicher. Im ausgeschalteten Zustand hat das bewegte Glied keine definierte Stellung; bringt man aber Richtkräfte an, so ändert sich das Bewegungs^a5 gesetz.

Dadurch, daß nach der Erfindung die selbsttätige Hubeinstellung für das Laufwerk durch das Einstellwerk und die Quotientenbildung Leistung/Stromquadrat vereinigt werden, lassen sich nun die erwähnten Übelstände vermeiden. Man-kommt mit den einfachsten normalen Meßsystemen aus, mit Leistungsund Strommesser, man benötigt keine Korrekturen an den Charakteristiken, das. Gerät wird einfach und billig. Ferner ist- die eine der benutzten Größen, die Leistung, von der Richtung des Energienusses abhängig, so daß man Energierichtungsrelais erspart.

Für letzteren Zweck ist es erforderlich, eine Kontaktbetätigung bei Rückleistung zu verhindern oder unschädlich zu machen. Ebenso soll bei Ausschaltung des Netzes, also Nulleistung und Nullstrom, keine Auslösung erfolgen. Das Leistungssystem muß also, sofern in diesem Falle das Laufsystem arbeitet, in den Null- und Rückwärtsstellungen diese Wirkung ausüben, was sich konstruktiv leicht bewirken läßt. Wenn der Sekundärkontakt z. B. für Arbeitsstrom eingerichtet ist, kann man durch das Leistungssystem ein Isolationsstück zwischen die Schaltstücke schieben lassen oder man kann in den fraglichen Stellungen einen Hilfsschalter öffnen, der mit dem Sekundärkontakt in Reihe liegt. Von den Elektrizitätswerken ist die Forderung erhoben worden, die einzelnen Elemente der Netzschutzrelais im Betriebe auf . ungestörtes Arbeiten kontrollieren zu können, und zwar möglichst ohne irgendwie eingreifen zu müssen. Bei dem Einstellsystem, welches je nach der jeweiligen Leistung verschiedene Ausschläge macht, ist dies leicht zu bewirken, indem man die Beobachtung des Ausschlages ermöglicht^ z. B. Zeiger und Skala verwendet. Das Laufsystem darf aber erst bei Eintritt des Fehlers seine Bewegung beginnen, sonst wäre seine Stellung in diesem Augenblicke von der Vorgeschichte abhängig. Bei den eingangs erwähnten Konstruktionen mit Lauf- und Einstellsystem wird deshalb ein Anwurfrelais verwendet, welches das Laufsystem bei Eintritt eines Fehlers in Wirksamkeit und in Bewegung setzt, z. B. indem eine vorher kurzgeschlossene Stromwicklung belastet oder eine Spannungswicklung eingeschaltet wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird nun das Lauf system in zwei Teile zerlegt, die im Ruhezustand voneinander unabhängig sind und bei Eintritt des Fehlers durch das Anwurfsystem gekuppelt werden: das Laufsystem besteht aus einem Wattstundenzähler (ohne Zählwerk), der unabhängig von dem etwaigen Bestehen eines Fehlers je nach seiner Belastung stets läuft und dessen Bewegung durch eine vor einem Fenster vorbeilaufende Marke sichtbar sein kann, und einem Schaltstück, das im Ruhezustand am Anfange seines Hubes steht, bei Eintritt eines Fehlers aber durch das Anwurfsystem go mit dem Zähler gekuppelt und von diesem mitgenommen wird. Die Bewegung des Zählers läßt sich also auch im normalen Betriebe beobachten, so daß den Wünschen der Elektrizitätswerke nach dauernder Kontrolle weitgehend entsprochen wird. Als Anwurfsystem kann eines der bekannten Systeme verwendet werden: Überstrom, Spannungsabfall, Impedanzverkleinerung usw. Die Kupplung zwischen dem Zähler und seinem Schaltstück kann durch das Anwurfsystem elektrisch oder mechanisch bewirkt werden.

Als Zähler wird vorzugsweise ein Induktionssystem zu verwenden sein.

Für das Einstellsystem kann jede Art eines Leistungsmessers benutzt werden, z. B. elektrodynamische oder Induktionssysteme.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Abbildung rein schematisch dargestellt, wobei alles Zubehör, wie z. B. Lagerungen, Gestelle und Gehäuse, magnetische Abschirmungen und ähnliches, fortgelassen ist. Die gezeichnete Form ist dabei nicht nach Gesichtspunkten praktischer Ausführung, sondern im Sinne der Einfachheit und Übersichtlichkeit der Darstellung gewählt.

Mit ι ist das Einstellsystem bezeichnet: ein Wattmeter nach dem Induktionssystem mit Strom- Und Spannungsmagnet sowie Rückzugsfeder als Richtkraft. Mit der Scheibe ist eine Vorgelegescheibe 4 gekuppelt, an der sich ein Kontaktwinkel 5 mit Stromzuleitung

durch schmiegsame Litzen befindet. Der Kontaktwinkel 5 hält bei Nulleistung einen Hilfsschalter 6 offen. Die gezeichnete Stellung entspricht der Nulleistung; bei Vorwärtsleistung dreht sich die Scheibe 4 im Uhrzeigersinne, wodurch der Hilfsschalter 0 sich schließt. Bei Rückwärtsleistung bleibt der Schalter 6 offen und verhindert eine weitere Rückwärtsdrehung des Einstellsystems. Das Lauf system 2 ist ein Induktionszähler mit Hauptstrommagnet und Kurzschluß ring an demselben sowie mit Dämpfungsmagnet. Die zugehörige Vorgelegescheibe 7 ist um die Achse des Anwurfsystems 3 ausgeschwenkt. Wenn das Anwurfsystem arbeitet, wird die Gabel 8 mit der Scheibe 7 nach links geschwenkt, so daß Scheibe 7 von der Scheibe des Laufsystems 2 mitgenommen wird, was durch Rändelung oder Verzahnung der Scheiben erleichtert und gesichert werden kann, und daß die Scheiben 4 und 7 in der gleichen Drehachse ausgerichtet sind. Eine leichte Rückzugskraft (Gewichto.) bringt die Scheibe 7 im ausgekuppelten Zustand in ihre Ruhestellung, wobei ein Anschlagstift 10 sich gegen die Gabel 8 legt und die Rückdrehung begrenzt. Diese Rückzugskraft soll klein sein gegen die beim geringsten Fehlerstrom vorhandene Triebkraft des Zählers 2. Der Kontaktwinkel 11, der ebenfalls Stromzuführung durch eine schmiegsame Litze besitzt, liegt im eingeschwenkten Zustand der Gabel 8 neben dem Winkel 5 und bewegt sich beim Arbeiten hinter demselben her im gleichen Kreise; der Schalter 6 liegt aber so hoch, daß der Winkel 11 unter ihm hinweggehen kann, ohne gehindert zu werden.

Das Anwurfsystem 3 ist schließlich als Induktionsgerät für Spannungsrückgang mit Spannungsmagnet und Kurzschluß ring sowie Rückzugsfeder dargestellt. Der Anschlag, welcher die Ausschwenkung der Gabel 8 begrenzt, ist der Deutlichkeit halber fortgelassen. Man kann hier auch einen Ouotienten-♦5 messer für die Impedanz oder ein Grenzwiderstandsmeßgerät benutzen; das Spannungsrückgangssystem ist gezeichnet, weil es einfacher ist.

Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn ein Fehler eintritt (bei dem Anwurfsystem mit Spannungsrückgang auch bei Ausbleiben der Spannung), schwingt die Gabel 8 nach links und kuppelt die Vorgelegescheibe 7 mit der Scheibe des Laufsystems 2. Selbst wenn sich hierbei die Kontaktstücke 5 und 11 berühren, kann keine Auslösung erfolgen, weil der Schalter 6 offen ist. Tritt nun infolge des Fehlers eine Vorwärtsleistung ein, so dreht sich Scheibe 4 mit dem Schaltstück 5 im Sinne des Lftirzeigers, die Scheibe 7 mit dem Schaltstück 11 folgt wegen der Dämpfung des Stromsystems 2 langsamer. War bereits vorher eine Vorwärtsleistung vorhanden, so stand das Schaltstück 5 bereits um einen entsprechenden Winkel vom Schaltstück 11 fort. Sobald das Schaltstück 5 sich atis der gezeichneten Nullstellung im Sinne des Uhrzeigers fortbewegt, schließt sich der Hilfsschalter 6, so daß die Auslösung freigegeben wird. Hat das Schaltstück 11 das Schaltstück 5 erreicht, so wird ein Kontakt zwischen beiden gegeben und die Stromquelle 12 über die Schaltstücke 5, 11 und den Schalter 6 auf die Auslösespule 13 des Hauptschalters geschlossen. Öffnet sich dieser, so daß der Fehler abgeschaltet wird, so schwenkt das Anwurfsystem 3 die Gabel 8 in die gezeichnete Stellung zurück, kuppelt damit die Scheibe 7 los, und die Rückzugskraft 9 zieht die Scheibe 7 in die gezeichnete Nullstellung zurück. Auch das Leistungssystem 1 kehrt in seine Ruhestellung, wie gezeichnet, zurück bzw. stellt sich nach der verbleibenden Leistung ein.

Fließt dagegen die Leistung infolge des Fehlers rückwärts, z. B. bei Knotenpunktstationen in die Station hinein, so legt sich die Scheibe 4 mit dem Schaltstück 5 noch fester gegen den Hilfsschalter 6 und hält ihn offen, so daß eine Auslösung nicht erfolgen kann. Um zu sichern, daß bei Umschlagen von Vorwärts- in Rückwärtsleistung der Winkel 5 den Schalter 6 früher öffnet, als der Winkel 11 aus der Nullage kommt, kann man das Anwurfsystem 3 mit einer schwachen Dämpfung versehen; die größeren zu beschleunigenden Massen werden aber zu diesem Zwecke meist ausreichen. Es empfiehlt sich auch, die bewegten Massen des Systems 1 kleiner zu machen als die des Systems 2. 1°°

Die Konstruktion läßt sich "durch andere Ausbildung der Kupplung vereinfachen. Ordnet man z. B. die Schaltscheibe 7 in derselben Achse an wie die Scheiben der Systeme 1 und 2, so kann man die Vorgelegescheibe 4 ersparen und den Winkel 5 direkt an der Scheibe des Systems 1 anbringen. Dann sind die bewegten Massen des Systems 1 schon ohne weiteres Zutun geringer als die des Systems 2 und 4. ¹¹Q

Um das Laufsystem zu hindern, bei Rückleistung das Einstellsystem entgegen seinem elektrischen Drehmoment in eine Vorwärtsstellung zu schieben, kann man die Kräfte entsprechend abstufen oder die Kupplung im ¹¹S Laufsystem als Rutschkupplung ausbilden, die in diesem Falle nachgibt, oder durch das Einstellsystem einen Riegel in die Bahn des Laufsystems schieben lassen.

Es empfiehlt sich, die öffnung des Sekundärstromes nicht an den Schaltstücken des Distanzrelais eintreten zu lassen. Man kann

dies vielmehr durdi einen in Reihe geschalteten Hilfsschalter am Hauptschalter bei dessen Ausschaltung bewirken.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Distanzrelais mit einem hubbegrenzenden Einstellsystem und einem beim Arbeiten diesem mit Verzögerung entgegenbewegten Laufsystem sowie einem

   ίο Anwurfsystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellsystem von der Leistung so gesteuert wird, daß der Hub des Laufsystems sich mit der Vorwärtsleistung vergrößert, und daß das Laufsystem sich mit einer Geschwindigkeit proportional dem Quadrat des Stromes gegen das Einstellsystem hiiibewegt und bei Erreichen des letzteren einen Kontakt betätigt.
   2. Distanzrelais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellsystem bei Nulleistung oder Rückleistung die Kontaktbetätigung verhindert, z. B. durch Einschieben einer Isolation zwischen die sekundären Schaltstücke.

   3. Distanzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufsystem ein Induktionssystem ist und durch das Anwurfsystetn bei Eintritt eines Fehlers (z. B. Überstrom, Spannungsabfall, Impedanzverkleinerung) die laufende Scheibe des Laufsystems mit dem zugehörigen Schaltstück gekuppelt wird, so daß letztere erst bei Eintritt eines Fehlers ihren Hub beginnt, während das Schaltstück des Einstellsystems sich mit diesem stets, also auch wenn kein Fehler vorhanden ist, nach dem jeweiligen Wert der Vorwärtsleistung einstellt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen