DE565264C - Distanzrelais - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 28. NOVEMBER 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*) Distanzrelais

Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. Dezember 1928 ab

Zum selektiven Schutz von Netzteilen sind Distanzrelais bekannt, d. h. Relais, deren Auslösezeit vom Widerstand der Strecke zwischen ihrem Einbauort und der Fehlerstelle abhängig ist. Bei den bekannten Relais dieser Art wirkt einer von der Spannung abhängigen Kraft eine vom Strom abhängige Kraft entgegen. Das System, in dem die zweite Kraft erzeugt wird, ist durch eine Feder mit dem System der ersten Kraft so verbunden, daß erst dann, wenn die Feder auf ein gewisses Maß gespannt ist, die erste Kraft in voller Größe übertragen werden kann. Die verwendete Spiralfeder läßt sich aber nicht so genau herstellen, daß die Auslösezeit nur von dem Verhältnis zwischen Spannung und Strom abhängig ist. Es spielen vielmehr dabei auch die Absolutwerte von Spannung und Strom eine Rolle.

Um diese Nachteile zu beseitigen, hat man bereits vorgeschlagen, die in dem Relais wirkenden Kräfte so zu verteilen, daß einer von der Leistung abhängigen Kraft eine von dem Quadrat der Spannung abhängige Kraft in der Weise entgegenwirkt, daß die Größe dieser letzteren vom Augenblick des Ansprechens des Relais an durch Vermittlung eines Zeitsystems stetig abnimmt und daß im Augenblick des Unterschreitens eines bestimmten Wertes des Verhältnisses der beiden Kräfte die Auslösung bewirkt wird.

Ein Distanzrelais, bei dem die Nachteile der bekannten Ausführungen ebenfalls vermieden sind, läßt sich erfindungsgemäß durch eine Ausbildung erreichen, bei der einer Kraft, die durch Zusammenwirken mindestens zweier von Strom, Spanmlng oder Leistung betätigter Systeme irgendeine Funktion des Widerstandes (Wirk-, Blind-, Scheinwiderstand) der Strecke zwischen dem Relais und der Fehlerstelle ist, eine andere Kraft entgegenwirkt, die von dem Augenblick des Ansprechens des Relais an in dem Sinne geändert wird, daß sie nach einer bestimmten Zeit der erstgenannten Kraft gleich wird und daß bei Gleichgewicht zwischen beiden Kräften die beabsichtigte Wirkung (Schalterauslösung) erfolgt.

Die Erfindung sei an Hand einer Reihe von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichiiung dargestellt sind, erläutert.

In Abb. ι und 2 ist α ein Wattsystem, z. B. eine von einem nicht gezeichneten, von Strom und Spannung erregten Triebkern bewegte Ferrarisscheibe, die gegen die Wirkung einer mechanischen Gegenkraft, nämlich der Feder b, wie ein Wattmeter eine bestimmte, von der Leistung abhängige Stellung einnimmt. Sie verschiebt vermittels der an ihrem Umfang angebrachten Gabel c eine Rolle d, die in einer Kulisse e liegt. Diese Kulisse ist der eine Arm eines um den Punkt/

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Rolf Wideröe in Berlin-Karlshorst,

drehbaren doppelarmigen Hebels, dessen anderer Arm g einen Anker h trägt, auf den ein von der Spannung erregter Magnet i einwirkt. Auf die Rolle d wird durch die Zugkraft des Magneten i in der Pfeilrichtung eine Kraft k_t ausgeübt, die proportional der Zugkraft des Magneten, also proportional dem Quadrat der Spannung ist und umgekehrt proportional der Länge des wirksamen Hebelarms (d. i. ίο der Abstand ni), um den die. Rolle durch das Wattsystem verschoben ist. Da in = E Ι-cos φ ist, besteht die Beziehung:

E · J · cos φ

cos φ

Die auf die Rolle ausgeübte Kraft A₁ ist also eine Funktion der Impedanz. Auf die Rolle wirkt außerdem eine Gegenkraft A₂, die ■ von einer Feder η herrührt, deren Spannung vom Augenblick des Ansprechens des Relais an durch das Zeitwerk ο proportional der Zeit vergrößert wird. Die auf die Rolle wirkende Gegenkraft ist also:

A₂ = const · T

In dem Augenblick, in dem A₁ = A₂ wird, ist demnach

T = const · Z ·.—— COS φ

In diesem Augenblick wird der Anker des Spannungsmagneten abgerissen; die beiden Kontakthälften p berühren sich, und dadureh wird der von dem Relais gesteuerte Schalter ausgelöst. Die Auslösezeit ist also proportional der Impedanz.

Damit die Ausschläge des Wattrelais bei kleinem Strom nicht zu klein werden, ist es zweckmäßig, den Spannungskern dieses Systems nach Abb. 3a so zu bemessen, daß bei niedriger Spannung, bis etwa zu dem Punkte q, der Wattmeterausschläg proportional der Leistung, bei höherer Spannung aber nur proportional dem Strom steigt. Damit die Impedanzabhängigkeit gewahrt bleibt, muß der Spannungsmagnet in ähnlicher Weise, nämlich nach Abb. 3b, gesättigt werden. Bis zu dem Punkt r ist die Induktion proportional der Spannung, jenseits dieses Punktes proportional der Wurzel aus der Spannung. Die Abhängigkeit zwischen der Zugkraft A₁ und der Spannung verläuft dann nach Abb. 3c zunächst proportional dem Quadrat der Spannung, dann proportional der Spannung selbst.

Aus bekannten Gründen ist es häufig zweckmäßig, die Auslösezeit nicht von dem Wirkwiderstand, sondern von dem Blindwiderstand abhängig zu machen. Ein solches Relais läßt sich unter Benutzung des Erfindungsgedankens ähnlich dem oben beschriebenen in folgender Weise herstellen. Auf die Scheibe a (Abb. 1) wirkt ein Blindleistungssystem. Der Magnet i wird nicht von der Spannung, sondern von dem Strom erregt. Ferner wird die Feder n, deren Spannung bei dem oben beschriebenen Relais während der Ablaufzeit vergrößert wurde, bei diesem Relais so eingerichtet, daß sie im Augenblick des Ansprechens stark gespannt ist, und daß (z. B. durch eine Kurvenscheibe) ihre Spannung durch das Zeitwerk ο nach einer Hyperbel verringert wird. Die Zugkraft der Feder ■ überwiegt also· im Augenblick des Ansprechens gegenüber der von dem Strommagneten ausgeübten Zugkraft, so daß der Kontakt p, den man sich in diesem Falle als Ruhekontakt denken muß, zunächst geschlossen ist und im Augenblick des Gleichgewichts zwischen beiden Kräften geöffnet wird. Es bestehen bei diesem Relais folgende Beziehungen :

m E · J · sin φ

Z · sin φ

_ka _ ι _ .

² const · T -j- Ä

A ist ein Wert, um den man sich die Hyperbei, die die Abhängigkeit zwischen A₂ und Γ darstellt, nach links verschoben denken muß, damit man für T=O einen endlichen Wert von A₂ erhält (Abb. 4a). Die Auslösezeit wird dann:

T = const · Z · sin φ — A

Diese Gleichung ist in Abb. 4b dargestellt.

Für die Bemessung des Stromkerns i und des Stromteils des Blindleistungssystems gilt das gleiche, was in dem ersten Beispiel über die Spannungskerne gesagt' wurde.

Bei den beschriebenen Relais kann man eine Sperrung gegen Rückstrom dadureh bewirken, daß bei negativen Werten des Aus- no schlags Ot ein Anschlag betätigt wird, der eine Bewegung des Hebels e, g verhindert.

Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in Abb. 5 dargestellt. Ein an der Spannung E liegender Spannungsteiler.? wird vermittels des Hebels * von einem Stromrelais so gesteuert, daß die abgenommene Spannung mit steigender Stromstärke nach einer Hyperbel sinkt. Da diese Spannung außerdem proportional der Gesamtspannung £ ist, ist sie eine Funktion ■ der Impedanz. Von dieser Spannung wird ein Magnet u erregt. Seiner

auf den Anker ν ausgeübten Zugkraft wirkt die in der oben geschilderten Weise veränderliche Zugkraft der Feder w entgegen. Die Auslösung erfolgt, wenn beide Kräfte einander gleich sind, also wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach einer Zeit, die von der Impedanz abhängig ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Distanzrelais, dadurch gekennzeichnet, daß einer Kraft (Zj₁), die durch das Zusammenwirken mindestens zweier von Strom, Spannung oder Leistung betätigter Systeme irgendeine Funktion des Widerstandes (Wirk-, Blind-, Scheinwiderstand) der Strecke zwischen dem Relais und der Fehlerstelle ist, eine andere Kraft (L·) entgegenwirkt, die von dem Augenblick des Ansprechens des Relais an in dem Sinne geändert wird, daß sie nach einer bestimmten Zeit der erstgenannten Kraft (^₁) gleich wird, und daß bei Gleichgewicht zwischen beiden Kräften (k_v L·) die beabsichtigte Wirkung (Schalterauslösung) erfolgt.

2. Distanzrelais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft (L·) sich mit der Zeit derartig ändert, daß die Auslösezeit proportional einem Werte des Widerstands der Strecke Relais-Fehlerstelle ist.

3. Distanzrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Spannung (bzw. von dem Strom) erzeugte und von ihr abhängige Kraft (Ze₁) auf einen Waagebalken (e, g) wirkt, während die proportional der Zeit wachsende (bzw. abnehmende) Gegenkraft (L·) auf den gleichen Waagebalken an einem Hebelarm (m) einwirkt, dessen Länge in Abhängigkeit von der Leistung (Wirk- oder Blindleistung) eingestellt wird, und daß die bei Gleichheit der beiden Kräfte bewirkte Bewegung des Hebels (e, g) die beabsichtigte Relaiswirkung auslöst.

4. Distanzrelais nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das auf den Waagebalken (e, g) wirkende System (i) als auch der von derselben Größe (Spannung bzw. Strom) wie dieses System erregte Teil des Wattsystems so bemessen sind, daß nur bei niedrigen Werten von Spannung (bzw. Strom) ihre Kraftflüsse proportional der Spannung (bzw. dem Strom) wachsen.

5. Distanzrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungssystem (ti) an einen in Abhängigkeit von dem Strom verstellten Spannungsteiler (s) angeschlossen ist, der derart ausgebildet oder gesteuert ist, daß die abgenommene Spannung mit steigendem Strom nach Art einer Hyperbel abnimmt, und daß auf diese Weise eine dem Widerstand Relais-Fehlerstelle abhängige Kraft (^₁) erzeugt wird, der eine proportional der Zeit wachsende Gegenkraft (k.₂) entgegenwirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen