DE567812C

DE567812C - Auf Impedanz ansprechendes Steuerorgan fuer Distanzrelais

Info

Publication number: DE567812C
Application number: DEM108631D
Authority: DE
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1929-01-02
Filing date: 1929-02-07
Publication date: 1933-01-10

Description

Die Schwierigkeiten, denen man mit den auf Überstrom ansprechenden Relais bei der selektiven Abschaltung defekter Leitungsstrecken begegnete, führten in den letzten Jahren allgemein zur Entwicklung von Distanzrelais, die auf das Verhältnis EjJ ansprechen. Dieses Verhältnis hat den Charakter einer Impedanz. Trägt man die sogenannte Betriebsimpedanz Z, d. h. das Verhältnis EIJ für eine konstante Betriebsspannung in Funktion der Leistung oder des Stromes / auf, so erhält man hyperbelförmige Kurven (Kurve 1 für 100 % Spannung und Kurve 2 für 75 °/o Spannung in Fig. ι beiliegender Zeichnung).

Jedes Distanzrelais ist mit einem Impedanzorgan ausgerüstet, welches die Impedanz der geschützten Strecke überwacht. Fällt nun die gemessene Impedanz um einen gewissen Betrag unter die Betriebsimpedanz, dann ist ein Kurzschluß vorhanden, und das Impedanzorgan gibt das eigentliche Distanzrelais zum Ablaufe frei. Die auf der zum Kurzschlüsse führenden Leitung in Serie ge-.schalteten Relais laufen alle miteinander an. Ihre Laufzeit stuft sich aber selbsttätig nach der vom Distanzrelais gemessenen Impedanz, d. h. Distanz von seinem Standorte bis zum Kurzschlußpunkte, ab. Das dem Kurz-Schlüsse zunächst gelegene Relais hat die kürzeste Laufzeit und schaltet also der richtigen Selektion entsprechend zuerst ab, so daß die weiteren Relais nur im Falle seines Versagens zur Wirkung kommen müssen.

Bei den bisher bekanntgewordenen Distanzrelais besaß das Impedanzsteuerorgan als Ansprechcharakteristik in Funktion des Stromes eine gerade Linie (Linie 3 in Fig. 1) parallel zur Abszissenachse oder sonst eine unterhalb der Betriebsimpedanzkurve liegende, der letzteren sich jedoch nicht anschmiegende Linie. Die Impedanzorgane aller dieser zu einer Leitung gehörigen Relais wurden so eingestellt, daß der Impedanzwert ihrer Ansprechcharakteristik einer gewissen Streckenlänge entsprach, so daß eine bestimmte, der Streckenlänge entsprechende Anzahl Distanzrelais zum Anlauf kam.

Mit derartigen Relais lassen sich alle metallischen Kurzschlüsse erfassen und selektiv abschalten. Sobald aber, wie dies auch meistens der Fall ist, der Kurzschluß über einen Lichtbogen stattfindet, dann versagt ein derartiges Distanzrelais. Wie Betriebsversuche bestätigt haben, hat ein Lichtbogen den Charakter eines rein Ohmschen Widerstandes, und zwar eines recht hohen, bei kleinen Strömen rasch zunehmenden. Trägt man die bei Lichtbogenkurzschlüssen gemessenen Impedanzwerte in Fig. 1 auf, so

erhält man je nach Art und Länge des Lichtbogens Punkte, die im schraffierten Gebiet 4 liegen.

Nimmt man nun an, daß das Distanzrelais vom Impedanzsteuerorgan freigegeben wurde, so würde es infolge der durch den Lichtbogenwiderstand hochgehaltenen Impedanz eine sehr lange Laufzeit erhalten, was der Forderung der raschen Selektion der kranken Stelle widerläuft. Da nun aber auch bei Kurzschluß über Lichtbogen die Reaktanz des Kurzschlußkreises zusammenbricht, ist man allgemein dazu gekommen, das Zeitorgan der Distanzrelais für Freileitungen reaktanzabhängig statt impedanzabhängig zu machen. Das Steuerorgan hingegen mußte man als impedanzabhängig beibehalten, da die Reaktanz im Betriebe mit dem Leistungsfaktor der Belastung variiert, derart, daß die Kurvenn für cos 99 = 0,0, 12 für cos φ = 0,85, 13 für cos φ = ι der Betriebsreaktanz X (Fig. 2.) eine sich über ein weites Gebiet erstreckende Kurvenschar bilden. Das Verhältnis von Ansprechreaktanz zur Betriebsreaktanz wäre demnach viel zu veränderlich.

Die bekannten Distanzrelais sind, wie weiter oben erläutert, mit gerader oder mit sonst einer der Betriebsimpedanzkurve sich nicht anschmiegenden Impedanzansprechkurve des Steuerorgans ausgeführt. Das Funktionieren dieser Relais setzt nun voraus, daß jedem Lichtbogenkurzschluß ein metallischer Kurzschluß vorangeht, der die Impedanz so stark unter die Ansprechcharakteristik zusammenfallen läßt, daß das Steuerrelais Gelegenheit hat, anzusprechen.

Xun aber kommen sehr häufig Lichtbogenkurzschlüsse vor, die durch verhältnismäßig hohe elektrische Widerstände (Baumäste, Vögel usw.) eingeleitet werden, so daß die Impedanz gar nie unter die Ansprechgrenze des Steuerrelais sinkt. Diese Tatsache erklärt das Versagen vieler Distanzrelaiskonstruktionen im Betriebe.

Gegenstand der Erfindung ist ein auf Impedanz ansprechendes Steuerorgan, dessen unterhalb der Betriebsimpedanzkurve ver-

g
laufende Ansprechkurve -_T — f (J) mit wach-

sendem Strom von einem bestimmten Stromwert an eine dicht unter der Betriebsimpedanzkurve liegende Hyperbel mit denselben Achsen wie die Betriebsimpedanzkurve ist. Bei den bisherigen Relais mit gerader Charakteristik nahm das Verhältnis von Betriebsimpedanz zu Ansprechimpedanz für denselben Stromwert mit abnehmendem Strom stark zu. Beim Impedanzsteuerrelais nach der Erfindung bleibt dieses Verhältnis nahezu konstant für den ganzen Arbeitsbereich des Relais.

Wie schon aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird die Kurve der Betriebsimpedanz bei abnehmender Spannung immer mehr nach links, nach der Ordinatenachse hin, verschoben. Bei schwacher Netzbelastung und entsprechend kleinem Maschineneinsatz könnte nun bei Kurzschluß in einem Netzteil die Betriebsimpedanz der gesunden Netzteile unter die Ansprechgrenze des Steuerorgans zu liegen kommen. In diesem Falle würde ein unerwünschtes und dauerndes Ansprechen des Impedanzsteuerrelais erfolgen, was selten eine Fehlschaltung, jedoch stets eine Überlastung der Spannungsspule des Reaktanzrelais ver-Ursachen würde. Auch dies kann am Gegenstand der Erfindung berücksichtigt werden, indem man die Ansprechkurve 22 (Fig. 3) rechtzeitig bei A₁ d. h. auf der Senkrechten, durch den Punkt G des Grenzstromes umbiegen läßt.

In Fig. 4 ist eine konstruktive Lösung des Erfindungsgedankens dargestellt. An einem Waagebalken 41, der um den Punkt 42 drehbar ist, greift rechts eine Spannungsspule 43 direkt und links eine Stromspule 44 über eine Feder 45 an, die nur bis zum' Anschlag 46 gespannt werden kann. Solange der Anschlag 46 nicht berührt wird, verhält sich das Steuerorgan wie ein gewöhnliches Impedanzbalancerelais mit konstanter Ansprechimpedanz. Bei einem gewissen Grenzstrom / (Punkt G, Fig. 3) ist die Feder bis zum Anschlag gespannt. Von diesem Augenblick an wirkt nur noch die Spannung der Feder 45 dem Zug der Spannungsspule 43 entgegen, während die weitere Zunahme des Stromes in der Spule 44 keinen Einfluß auf den Waagebalken 41 ausüben kann. Das von der Feder 45 ausgeübte Drehmoment sei D₁ (konstant). Das von der Spannungsspule 43 ausgeübte Drehmoment sei D₂. Letzteres ist eine bestimmte Funktion der Spannung Z:, z.B. D₂=J)-E², wo ρ eine Konstante bedeutet. Das Steuerorgan spricht an, wenn D₁===D₂ — p·E². Nun ist

= ZJ. Setzt man diesen Wert für E ein, so folgt die Beziehung D₁ ~.p (ZJ)^Z und hiers : Z = -4, wo i£ = J/ — = konstant ist. Die

Impedanz Z wird somit in Funktion von / durch eine Hyperbel dargestellt, wie in Fig. 3 von A an gezeichnet. An Stelle der Feder 45 kann auch ein Gewicht als mechanisches Gegendrehmoment verwendet werden.

Eine zweite Möglichkeit, diesen Verlauf der Ansprechkurve zu erhalten, besteht in der Anwendung verschiedener Mittel, wie Sättigung und Shuntung der magnetichen Kreise, elektrische Shuntung, spannungsabhängige Vorschaltwiderstände, derart, daß das Drehmoment der Stromspule bei höheren Strömen abnimmt, während das Drehmoment der

Spannungsspule bei höheren Spannungen zunimmt. Die so erhaltenen Ansprechkurven gehen beim Grenzstrom nicht in eine ausgesprochene Gerade, über, sondern biegen etwas rascher ab gegen den Ursprung zu.

Claims

Patentansprüche:

1. Auf Impedanz ansprechendes Steuerorgan für Distanzrelais, dadurch gekennzeichnet, daß seine, unterhalb der Betriebsimpedanzkurve verlaufende Ansprechkurve β
y = / (/) mit wachsendem Strom von

einem bestimmten Stromwert an eine dicht unter der Betriebsimpedanzkurve liegende Hyperbel mit denselben Achsen wie die Betriebsimpedanzkurve ist.

2. Steuerorgan für Distanzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verlangte Verlauf der Ansprechkurve durch ein Mittel erreicht wird, durch welches das Drehmoment der Stromspule bei zunehmendem Strom abnimmt, während das Drehmoment der Spannungsspule bei zunehmender Spannung zunimmt.

3. Steuerorgan für Distanzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel für den verlangten Verlauf der Ansprechkurve eine Feder zwischen dem Strommagneten und dem Kontakthebel eines Impedanzbalancerelais dient.

4. Steuerorgan für Distanzrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel für den verlangten Verlauf der Ansprechkurve eine elekirische Shuntung dient.

5. Steuerorgan für Distanzrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel für den verlangten Verlauf der Ansprechkurve eine magnetische Shuntung dient.

6. Steuerorgan für Distanzrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel für den verlangten Verlauf der Ansprechkurve eine Sättigung der magnetischen Kreise dient.

7. Steuerorgan für Distanzrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel für den verlangten Verlauf der Ansprechkurve ein mechanisches Gegendrehmoment dient.

8. Steuerorgan für Distanzrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel für den verlangten Verlauf der Ansprechkurve spannungsabhängige Widerstände dienen.

9. Steuerorgan für Distanzrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel für den verlangten Verlauf der Ansprechkurve mehrere der in <5o den Ansprüchen 2 bis 8 angegebenen Mittel kombiniert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen