DE574633C - Vorrichtung zum Abschalten fehlerhafter Leitungsstrecken - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM
18. APRIL 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE 6860

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*) Vorrichtung zum Abschalten fehlerhafter Leitungsstrecken

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. Juli 1928 ab

Es ist bereits bekannt, zum Schutz von elektrischen Energieübertragungsleitungen Relais zu verwenden, bei denen Strom und Spannung einander entgegengesetzte Kräfte auf ein gemeinsames, bewegliches Auslöseglied ausüben. Solange die Leitung in ordnungsmäßigem Zustand sich befindet, überwiegt die Kraft der Spannung; wenn dagegen auf der Leitung ein "Kurzschluß entsteht, bricht die Spannung je nach der Entfernung der Kurzschlußstelle mehr oder weniger stark zusammen, während der Strom übernormale Größe annimmt. Das Strommoment überwiegt dann das von der Spannung aufgebrachte Moment, und infolgedessen wird der Ausschaltekontakt des Relais geschlossen. Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, um eine Staffelung der Auslösezeit mehrerer in einer Leitung liegender Relais zu gewinnen, jedem Relais ein Überstromanregungsrelais beizugeben, durch welches bei allen Relais in dem Augenblick, wo ein Überstrom entsteht, Hilfsvorrichtungen in Gang gesetzt werden, welche den Einfluß des Stromes gegenüber dem der Spannung gleichmäßig vergrößern. Bei demjenigen Leitungsschutzrelais, welches der Fehlerstelle am nächsten liegt, bei dem also die Spannung am kleinsten ist, wird die Stromkraft zuerst über die Spannungskraft überwiegen; dieses Relais löst also auch zuerst seinen Leitungsschalter aus. Die Auslösezeit dieser bekannten Relais ist vom Scheinwiderstand der Leitungsstrecke abhängig, der bekanntlich in hohem Maße vom Übergangswiderstand an der Fehlerstelle beeinflußt wird, außerdem fehlt derartigen Leitungsschutzrelais die Richtungsempfindlichkeit, welche für einen Selektivschutz von großer Wichtigkeit ist.

An sich sind Distanzschutzrelais, welche die Leitungsreaktanz überwachen, bekannt. Solche Anordnungen besitzt beispielsweise ein Meßwerk für die Leitungsreaktanz, welches einen dem Wert der Leitungsreaktanz entsprechenden Winkelausschlag einnimmt. Man kann mit Hilfe eines solchen Meßwerkes eine von der Leitungsreaktanz abhängige Verzögerungszeit erzielen, wenn man beispielsweise eine Hilfskraft vorsieht, die mit Hilfe der Einstellung des Meßwerkes einen größeren oder kürzeren Laufweg für einen Laufkontakt ergibt. Nachteilig ist bei solchen Anordnungen aber die Notwendigkeit einer Hilfsvorrichtung, die den Laufkontakt antreibt. Außerdem bereitet die Herstellung genau arbeitender Widerstandsmeßwerke Schwierigkeiten, weil von dem Meßwerk verlangt werden muß, daß es über seinen ganzen Meßbereich den Leitungswiderstand richtig angibt. Demgegenüber braucht ein Kipprelais nur bei einem einzigen Meßwert, nämlich dem eingestellten Grenzwert der Leitungsreaktanz,

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

Dr.-Ing. Hans Poleck in Berlin-Lichterfelde.

bei welchem das Relais ansprechen soll, richtig zu messen, im ganzen übrigen Meßbereich kommt es auf die Richtigkeit der Messung gar nicht an. Bei Relais mit Einstellsystem müssen die Drehmomente der auf einer Achse vereinigten Einstellsysteme, welche die Stromstärke und die Leistung messen, in ganz bestimmter Weise unterschiedlich von der Winkelstellung des Systems abhängig sein, weil to von dieser Winkelabhängigkeit der Drehmomente die Winkeleinstellung des Gesamtmeßwerkes abhängt. Bei einem Kipprelais ist es völlig gleichgültig, in welcher Weise die Einzeldrehmomente von der Winkelstellung der Relaisachse abhängen; es genügt, daß in der Ruhestellung bzw. innerhalb des kleinen Winkelausschlages, den das Relais ausführen kann, der nur wenige Grad zu betragen braucht, die Wirikelabhängigkeit der einzelrie Drehmomente bildenden Systeme den gleichen Verlauf hat. Es ergibt sich somit eine wesentlich einfachere Konstruktion, die außerdem noch den Vorteil bietet, daß die besondere Hilfsvorrichtung zum Antrieb eines Laufkontaktes fortfällt.

Im folgenden wird eine neue Vorrichtung zum Abschalten fehlerhafter Leitungsstrecken beschrieben, bei der eine vom Strom allein abhängige, die Auslösung bewirkende und eine vom Produkt aus Strom und Spannung abhängige, normalerweise entgegengesetzt gerichtete Kraft auf ein gemeinsames Auslöseglied einwirken. Die neue Vorrichtung ist dadurch -gekennzeichnet, daß das Auslöseglied aus der einen in die andere Endstellung umschlägt, wenn die vom Strom allein ausgeübte Kraft das Übergewicht über die vom Produkt aus Strom und Spannung abhängige Kraft gewinnt.

4.0 Dies tritt stets dann ein, wenn ein Kurzschluß innerhalb einer gewissen Entfernung von der Relaisstelle entsteht. Die von der Spannung abhängige Kraft kann man beispielsweise durch Einschalten von Widerstand vor einer von der Spannung erregten Spule oder durch Nebenschlüsse parallel zu dieser schwächen; umgekehrt kann man auch die Stromkraft erhöhen. Durch beide Maßnahmen ändert man den Schutzbereich der Vorrichtung. Die Vorrichtung spricht nur bei' einem in ihrem Schutzbereich entstandenen Fehler an. Wenn mehrere derartige Relais auf eine Leitungsstrecke verteilt sind, so ist es zweckmäßig, dafür Sorge zu tragen, daß bei Versagen des zugehörigen Relais die Relais der nächsten und der übernächsten Strecke bereit sind, die kranke Leitung abzuschalten. Mit wachsender Zahl der Leitungsabschnitte, die zwischen einem Relais und der Fehlerstelle liegen, wird die Auslösezeit der Relais gestaffelt, damit erst das der Fehlerstelle zunächst liegende, dann das nächstfolgende und so fort zum Ansprechen kommt, sofern der Fehler solange bestehen bleibt. In der oben angedeuteten Weise läßt sich dies bei den neuen Relais -leicht verwirklichen. Mit dem Relais wirkt beispielsweise eine Kontaktvorrichtung zusammen, welche von dem Augenblick an, wo auf der geschützten Leitung ein Überstrom entsteht, das Feld der Spannungsspule schwächt, indem sie beispielsweise einen Widerstand vor der Spannungsspule nach und nach vergrößert, so daß selbst in den von der Fehlerstelle weit entfernten Relais nach Ablauf einer gewissen Zeit die Kraft des Stromes über die der Spannung überwiegt und infolgedessen das Relais seinen Auslösekontakt schließt. Um dabei die Zeit, bis ein entfernter liegendes Relais anspricht, nicht zu groß werden zu lassen, empfiehlt es sich, die Schwächung des Spannungskraftfeldes oder die Stärkung der Stromkraft stufenweise derart vorzunehmen, daß das Relais bei einem Fehler in der Leitungsstrecke, an die es angeschlossen ist, beispielsweise innerhalb einer Sekunde abschaltet, bei einem Fehler in der Nachbarstrecke innerhalb zwei Sekunden, sofern das erste Relais versagt hat, und bei einem noch jenseits der Nachbarstrecke entstandenen Fehler innerhalb drei Sekunden abschaltet, wenn alle der Fehlerstelle näher liegenden Relais versagt haben. Das neue Relais werde nun an Hand eines Ausführungs- und Anwendungsbeispiels näher beschrieben:

In der Abbildung ist die zu schützende Leitung mit ι bezeichnet. Die Spannung der Leitung wird über'einen Spannungswandler 2 und der Strom in der Leitung über einen Stromwandler 3 gemessen.

Das Relais besitzt zwei zweckmäßig hintereinandergeschaltete bewegliche Spulen 4 und 5, welche auf einer gemeinsamen Welle 6 befestigt sind. Die Welle 6 trägt einen Kontaktarm 7; über den Kontaktarm 7 und einen Gegenkontakt 17 kann der Stromkreis für die Auslösespule S des Leitungs schalters 9 geschlossen werden. Die beweglichen Spulen 4 und 5 des Relais werden vom Leitungsstrom erregt. Zu dem Zweck ist in den Sekundärkreis des Stromwandlers 3 ein Ohmscher Widerstand 10 eingeschaltet, von welchem die Spannung für die Erregung der Spulen 4 und 5 abgegriffen wird. Die Spulen 4 und 5 bewegen sich in den Feldern zweier fester Spulenpaare 11 und 12. Die festen Spulen 11 werden ebenfalls vom Strom der Leitung 1 rregt, die festen Spulen 12 dagegen über den Spannungswandler 2 entsprechend der auf der Leitung herrschenden Spannung. Der Wicklungssinn der Spulenpaare 4 und 11 bzw. 5 und 12 ist derartig, daß die von den Spulenpaaren hervorgebrachten Drehmomente ent-

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gegengesetzte Richtung haben. Der vollständige Verlauf des Sekundärkreises des Stromwandlers 3 enthält auch noch einen Überstrommagneten 13, dessen Aufgabe an späterer Stelle noch näher beschrieben wird. Mit den beweglichen Spulen 4 und S ist noch eine Metallfadenlampe 26 in Serie geschaltet, welche diese Spulen vor Überlastung schützen soll.

Der Spannungskreis enthält, wie schon gesagt, die feste Spule 12. Eine Kunstschaltung, bestehend aus einer Drosselspule 14 und einer Kapazität 15·, hat den Zweck, in der Spule 12 ein gegen die Leitungsspannung um 90 ° versetztes Feld hervorzurufen. Dadurch wird das im Spulensystem 5, 12 entstehende Drehmoment der Blindkomponente der Spannung proportional, so daß das Relais dann anspricht, wenn der Blindwiderstand des geschützten Stromkreises' einen gewissen Grenzwert unterschreitet. Eine Kunstschaltung ist entbehrlich, wenn das Relais den Ohmschen Widerstand der Leitung überwachen soll oder wenn eine Gleichstromleitung geschützt werden soll; in dem Falle werden die nur in Wechselstromkreisen verwendbaren Strom- und Spannungswandler durch entsprechende Widerstandsschaltungen ersetzt. Der Kontaktarm 7 liegt, solange der Leitungswiderstand hoch, die von der Spannung abhängige Kraft also groß genug ist, wie dargestellt, gegen einen Anschlag 16, legt sich aber, wenn das Relais anspricht, gegen seinen Gegenkontakt 17.

Die Schutzvorrichtung besitzt ferner noch eine Kontaktvorrichtung 18, die beispielsweise einen von einem Uhrwerk angetriebenen Kontaktarm 19 mit einem Kontakt 21 besitzt. Der Kontaktarm 19 befindet sich, solange 'kein

Überstrom auf den Leitungen herrscht, in der gezeichneten Ruhestellung, wo er durch eine Klinke 22 festgehalten wird. Bei Auftreten eines Überstromes wird der schon erwähnte Überstrommagnet 13 erregt und zieht dann die Klinke 22 zurück. Dadurch wird der Kontaktarm 19 zur Bewegung freigegeben und an einem Kontakt 20 der Stromkreis für die Auslösespule 8 des Leitungsschalters 9 vorbereitet. Der Kontaktarm 19 kann durch ein Uhrwerk 23 angetrieben werden. *

Der Kontakt 21 des Kontaktarmes 19 schleift bei seinem Umlauf nacheinander über die Kontaktstreifen 27, 28 und 29. Wenn der Kontakt 21 in der gezeichneten Stellung den Kontaktstreifen 27 berührt, ist der Spannungsstromkreis des Relais über die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 2, Kontakt 21 auf dem Kontaktarm 19, Kontaktstück 27 der Kontaktvorrichtung 18, feste Spulen 12 des Relais mit der parallel geschalteten Kapazität 15 und die Drosselspule 14 geschlossen. Nachdem der Kontaktarm 19 si eh. so weit bewegt hat, daß sein Kontakt 21 beispielsweise nach einer Sekunde Laufzeit den Kontaktstreifen 27 verläßt und dafür den 65· Kontaktstreifen 28 berührt, wird in den Spannungskreis ein Widerstand 31 eingeschaltet und dadurch die von der Spannung abhängige Kraft zwischen den Spulen 5 und 12 geschwächt. Wenn infolgedessen die zwischen den Spulen 4 und 11 herrschende, allein vom Strom abhängige Kraft überwiegt, legt sich der Kontaktarm 7 gegen den Gegenkontakt 17. Der Auslösestromkreis wird dann geschlossen; er verläuft von einer Batterie 30 über die Auslösespule. 8, Kontakt 20, Kontakt 17, Kontaktarm 7 zur Batterie 30. Nach Ablauf einer weiteren Sekunde wird die von der ' Spannung abhängige Kraft nochmals geschwächt, indem ein weiterer Widerstand 32 eingeschaltet wird, sobald der Kontakt 21 vom Kontaktstreifen 28 auf den Kontaktstreifen 29 hinübergleitet.

Wenn die Auslösung des Leitungsschalters 9 nicht innerhalb der Zeit erfolgt ist/in der der Kontakt 21 aus seiner Ruhestellung bis zum Ende des Kontaktstreifens 2g vorgerückt ist, so kann, wie dargestellt/ der ' Spannungskreis des Relais durch den weiterlaufenden Kontaktarm 19 am Kontakt 21 go schließlich ganz unterbrochen werden. Hat vorher ein anderes Relais die fehlerhafte Leitungsstrecke abgeschaltet, so ist auch der Überstrom verschwunden, was sich dadurch anzeigt, daß das Überstromrelais 13 seinen Anker 2,2, hat abfallen lassen, so daß der Kontakt 20 im Auslösestromkreis geöffnet ist, wenn der Kontaktarm wieder seinen Ruhekontakt 27 erreicht. Es wird dann auf diesem durch die Sperrklinke 22 wieder angehalten. Im anderen Falle, d.h. also, wenn der Überstrom iri der Leitung 1 den Elektromagneten erregt und dadurch den Kontakt 20 im Auslösekreis des Leitungsschalters 9 geschlossen hält, wird der Kontaktarm 7 bei Unterbrechung des Spannungskreises des Relais mit Sicherheit auf den Kontakt 17 gedruckt, so daß der Leitungsschalter 9 dann kurz nach Ablauf der dritten Sekunde seit dem Entstehen des Fehlers geöffnet wird. Die Abschaltung weit entfernt liegender oder unvollkommener Kurzschlüsse, bei denen die Spannung nicht sehr stark vermindert" wird, kann man leicht dadurch noch weiter hinauszögern, daß man z. B. den Kontaktstreifen 29 ver- ng längert, so daß die Berührung zwischen diesem und dem Kontakt 21 erst später verlorengeht.

Durch die beschriebene Vorrichtung, bei welcher der Widerstand im Spannungskreis stufenweise verstärkt wird, wird der Schutzbereich des Relais schrittweise immer weiter

ausgedehnt, bis der auf der Leitung entstandene Kurzschluß vom Relais erfaßt wird.

Es ist ein Vorteil des beschriebenen Relais, daß es für außerordentlich weite Strommeßbereiche angewendet werden kann. Die empfindlichen und beweglichen Spulen 4 und 5 brauchen nämlich keinen dem Leitungsstrom proportionalen Strom zu führen; sie können vielmehr nämlich mit einem Widerstand in Serie geschaltet werden, der mit wachsendem. Strom ebenfalls an Größe zunimmt, z, B. kann eine Metallfadenlampe oder ein Eisenwiderstand mit diesen Spulen in Reihe geschaltet werden. Auf die Größe des in den Spulen 4 und 5 fließenden Stromes kommt es nicht an, weil die in den Spulensystemen 4, 11 bzw. 5, 12 hervorgerufenen einander entgegengesetzten Drehmomente in genau gleicher Weise von dem in den Spulen 4, 5 fließenden Strom abhängig sind.

Da ferner in dem System der Spulen 4, i-i ein dem Quadrat des Stromes proportionales Drehmoment entsteht, welches stets dieselbe Richtung hat, während in dem aus den Spulen 5 und 12 bestehenden System je nach der Phasenlage von Strom und Spannung ein Drehmoment in dem einen oder anderen Sinne entsteht, ist das Relais energierichtungsempfindlich.

Es ist ohne weiteres möglich, an Stelle des stufenweise vergrößerten Widerstandes im Spannungskreise eine stetige Vergrößerung dieses Widerstandes zu verwenden.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zum Abschalten fehlerhafter Leitungsstrecken, bei der eine vom Strom allein abhängige, die Auslösung bewirkende und eine vom Produkt aus Strom und Spannung abhängige, normalerweise entgegengesetzt gerichtete Kraft auf ein gemeinsames Auslöseglied einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseglied aus der einen in die" andere Endstellung umschlägt, wenn die vom Strom allein ausgeübte Kraft das Übergewicht über die vom Produkt aus Strom und Spannung abhängige Kraft gewinnt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Strom und Spannung abhängige Kraft gegenüber der vom Strom abhängigen Kraft in solchen Zeitabständen verringert wird, in denen die dem Fehlerort näher liegenden Schutzvorrichtungen ihrerseits die fehlerhafte Leitungsstrecke abschalten können.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Eintreten eines Leitungsfehlers der von der Spannung ausgeübte Einfluß durch ein Zeitwerk stetig verkleinert wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einander entgegenwirkenden Kräfte durch zwei bewegliche Stromspulen hervorgerufen werden, deren eine sich in einem · feststehenden Stromfelde und deren andere sich in einem feststehenden Spannungsfelde bewegt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß -die beweglichen Stromspulen in Reihe geschaltet sind und an einem Widerstand liegen, der im Erregerkreis der feststehenden Stromspule liegt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der beiden in Reihe geschalteten beweglichen Spulen ein mit dem Strom wachsender Widerstand liegt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen