DE575127C - Schutzschaltung fuer parallel geschaltete Leiter einer Energieverteilungsanlage - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
24. APRIL 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 6800

Patentiert im Deutschen Reiche vom 27. Januar 1928 ab

Um parallel verlaufende elektrische Leitungen zu überwachen, vergleicht man ihre Ströme miteinander. Sobald das normale Verhältnis der Ströme sich ändert, spricht ein Auslöserelais an, das die Leitungen abschaltet. Sind beide parallelen Leitungen einander in jeder Beziehung gleich, so fließen auch die gleichen Ströme, und es ist leicht, ein Relais anzuordnen, das nicht anspricht,

to solange diese Gleichheit erhalten bleibt, sondern die Strecke erst dann abschaltet, wenn durch Kurz- oder Erdschluß der Strom in der einen Leitung größer wird als der in der anderen. Haben beide Leitungen verschiedenen Wirkwiderstand, so daß die beiden Ströme sich nur durch ihre Größe unterscheiden, so kann man durch Verwendung von Stromwandlern mit verschiedener Windungszahl diese Ungleichheit für den Relais-Stromkreis leicht beseitigen. Haben sie dagegen verschieden großen Blindwiderstand oder verschieden großen Blind- und Wirkwiderstand, so ist es nicht ohne weiteres möglich, ihre Differenz gleich Null zu machen!

Gemäß der Erfindung werden nun von den Leitungsströmen Ströme solcher Größe abgeleitet, die normalerweise einen Differenzstrom (Differenzfeld) ergeben, der gegen den Strom (Feld) eines Leiters oder die geometrische Summe beider abgeleiteter Ströme (Felder) um einen solchen Winkel versetzt ist, daß in einem wattmetrischen Relais kein Drehmoment entwickelt wird. Hierzu wird ein gewöhnliches wattmetrisches Relais verwendet, dessen festes und bewegliches System man mit Strömen speist, die bei fehlerlosem Zustande der Leitung um 90 ° gegeneinander versetzt sind. Wenn durch entsprechende Abmessung der Stromwandler die absolute Größe der dem Relais zugeführten Einzelströme gleichgemacht wird, so ist die Summe der Einzelströme gegenüber ihrer Differenz immer — unabhängig von der Phasenverschiebung der Einzelströme untereinander— um 90⁰ verschoben; das wattmetrische Relais bleibt also in Ruhe und spricht erst an, wenn durch einen Fehler in der einen Leitung die Einzelströme nicht mehr gleich groß sind und damit diese Phasenlage verändert wird. Man kann aber auch die Windungszahlen der Stromwandler so bemessen, daß die Differenz der Einzelströme um 90 ° gegen einen der Einzelströme verschoben ist und diesen Einzelstrom durch das eine Spulensystem, die Differenz durch das andere Spu-■lensystem leiten.

Die Erfindung bewährt sich insbesondere zum Schutz eines Kabels, das durch besondere Isolierung eines Leiters in zwei ungleiche parallele Leitungen unterteilt ist. Liegt die eine innerhalb der anderen, so ist

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

Dipl.-Ing. Martin Cordes in Frankfurt a. M.

ihre Selbstinduktion größer, der in ihr fließende Strom also gegen den im äußeren Kabelquerschnitt phasenverschoben.

Ein solches Kabel ist beispielsweise in Abb. ι dargestellt. Das Kabel besteht aus einer Reihe von Adern i, die eine Ader 2 konzentrisch umgeben und von ihr durch eine besondere Isolation 3 elektrisch isoliert sind. Die Anordnung der Stromwandler an einem Ende des Kabels ist in Abb. 2 dargestellt. Die Gesamtheit der Adern 1 ist als die eine, der Leiter 2 als die zweite von zwei parallelen Leitungen gezeichnet. Die Teilströme sind mit J₁ und J₂ bezeichnet. Zwei Stromwandler 4 und 5 .mit verschiedenen Windungszahlen sind durch Verbindungsleitungen 6 und 7 hintereinandergeschaltet. Außerdem sind zwei gleiche Pole, der Wandler durch die Leitung 8 miteinander verbunao den. In der Leitung 6 fließt dann der Sekundärstrom I₁, in der Leitung-7 der Sekundärstrom I₂, in der Leitung 8 der Differenzstrom i_s. Die Windungszahlen der Wandler 4 und 5 sind so bemessen, daß die Sekundärströme I₁ und i₂ einander gleich werden.

Abb. 3 zeigt die Schaltung des wattmetrischen Relais. Das eine Spulensystem, beispielsweise das feste, besteht aus zwei Spulen 9 und 10, deren erste vom Strom I₁ und deren zweite vom Strom u durchflossen wird. Die bewegliche Spule 11 wird von der Differenz i_% beider Ströme durchflossen.

In Abb. 4 ist das Diagramm der Sekundärströme gezeichnet. Da die Selbstinduktion des inneren Leiters 2 großer ist als die der äußeren Leiter I, sind die Ströme J₁ und J₂ und daher auch die Sekundärströme I₁ und i₂ in ihrer Phase gegeneinander verschoben, und die Abbildung zeigt, daß I₁ + L auf i_a senkrecht steht.

Eine andere Schaltung ist in Abb. 5 dargestellt. Hier ist das feste Spulensystem 9, 10 nur vom Strom I₁ erregt, das bewegliche System ebenso wie bei Abb. 3 vom Strom i₃. Das hierzu gehörige Stromdiagramm zeigt Abb. 6. Durch Bemessung der Stromwandlerwindungen ist der Sekundärstromi₂ so weit vergrößert, daß die Differenz i₃ auf I₁ senkrecht steht, so daß das wattmetrische Relais bei fehlerlosem Zustande der Leitung auch hier in Ruhe bleibt.

Damit das Auslöserelais schon bei möglichst geringfügigen Beschädigungen des Kabels in Tätigkeit tritt, stellt man es so empfindlich wie möglich ein. Macht man zu diesem Zweck die Direktionskraft, welche das bewegliche System in der Nullage hält, eben nur so groß, daß das Relais bei geringer Belastung des Kabels durch die auch im fehlerlosen Zustande unvermeidlichen Abweichungen nicht zum Ansprechen gebracht wird, so liegt die Gefahr vor, daß diese Abweichungen bei starker Belastung bereits ausreichen, um das Relais unerwünschterweise ansprechen zu lassen. Daher wird gemäß der weiteren Erfindung eine Direktionskraft verwendet, die proportional der Belastung des Kabels ist, und zwar ist es zweckmäßig, die Direktionskraft abhängig von dem im inneren Leiter fließenden Strom zu machen. Wird das ,Kabel beschädigt, so wächst im allgemeinen zunächst der Strom;- im äußeren Leiter an, und durch dieses Anwachsen wird die Direktionskraft dann nicht vergrößert, die Empfindlichkeit des Relais also nicht herabgesetzt.

Ein Relais mit einer vom Strom i₂ abhängigen Direktionskraft ist in Abb. 7 schematisch gezeichnet. Das feststehende. System besteht aus den Spulen 12 und 13, die vom Strom I₁ durchflossen werden. Die bewegliche Spule 18 ist vom Strom i_s durchflossen. Sie trägt einen Arm 14, an dessen Ende ein Eisenkern 15 befestigt ist, der bei Mittellage der Spule 18 im Innern einer Spule 16 liegt. Diese wird vom Strom i₂ durchflossen. Die Spule 16 ist daher bestrebt, die bewegliche Spule in ihrer Mittellage zu halten. Der Arm 14 kann gleichzeitig den Auslösekontakt 17 tragen. Damit das Relais in den Zeiten, in denen das Kabel ganzlich unbelastet ist, nicht jeder Direktionskraft entbehrt und damit eine Stromzuführung vorhanden ist, muß außerdem eine nicht gezeichnete Feder angebracht sein, die es auch in diesem Falle in der Nulllage hält, deren Kraft aber gegenüber der Direktionskraft der Haltespüle 16 verschwindend klein sein kann.

Tritt ein Kurzschluß am Kabel dicht an dem von der Stromzuführung abgewandten Ende auf, so wird dieser Kurzschluß auch durch den inneren Leiter gespeist, so daß in der Primärwicklung der an diesem Ende liegenden Stromwandler der Strom J₂ gleich dem Strom J₁ wird, wenigstens soweit es sich um die Fehlerströme handelt. In Abb. 8 ist dieser Fall dargestellt. Die beiden Leiter 1 und 2 werden vom linken Ende her gespeist. Dicht vor den am rechten Ende liegenden Stromwandlern 4 und 5 ist bei F- ein Kurz-Schluß oder ein Erdschluß entstanden. Ein Teil J₁ des Fehlerstromes fließt über den Leiter ι unmittelbar in' die Fehlerstelle, der andere Teil J₂ fließt über den Leiter 2 durch die Primärwicklung des Stromwandlers 5, den Knotenpunkt 20 und durch die Primärwicklung des Stromwandlers 4 zur Fehlerstelle F. Im Relais selbst wird also der Sekundärstrom ig ein im umgekehrten Verhältnis der Windungszahlen Vielfaches des Stromes I₁ sein. Es kann daher zweckmäßig sein, an dem von der Stromquelle abgewandten

Ende die Haltespule 16 vom Strom I₁ erregen zu lassen. Auch ist es in diesem Falle günstiger, auf das Relais die Summe der Ströme I₁ und i₂ gemäß Abb. 3 und 4 einwirken zu lassen.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Schutzschaltung für parallel geschaltete Leiter einer Energieverteilungsanlage, welche infolge ungleicher Dimensionierung oder Anordnung betriebsmäßig in der Phasenlage oder in Phasenlage-und Größe voneinander abweichende Ströme führen, mit Hilfe eines wattmetrischen Schutzrelais, dadurch gekennzeichnet, daß von den Leitungsströmen Ströme solcher Größe abgeleitet werden, die normalerweise einen Differenzstrom (Differenzfeld) ergeben, der gegen den Strom (Feld) eines Leiters oder die geometrische Summe beider abgeleiteter Ströme (Felder) um einen solchen Winkel versetzt ist, daß im wattmetrischen Relais kein Drehmoment entwickelt wird.
2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Feld eineS wattmetrischen Relais der geometrischen Summe, das andere Feld der geometrischen Differenz der normalerweise nur in ihrer Größe übereinstimmenden abgeleiteten Ströme entspricht.
3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, wobei die Summe und die Differenz der zu vergleichenden Ströme ein wattmetrisches Relais erregt, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem der beiden Ströme ein Stromwandler erregt wird, dessen Windungszahl so bemessen ist, daß das von dem einen Spulensystem des wattmetrischen Relais hervorgebrachte, der geomeirischen Summe der Sekundärströme der Wandler entsprechende Feld um 90 ° verschoben ist gegenüber dem im anderen Spulens3^rstem von der Differenz der Sekundärströme erzeugten Feld.
4. 4. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Spule (18) des Auslöserelais eine Direktionskraft hat, die proportional dem in einem parallelen Leiter fließenden Strom ist.
5. 5. Schutzschaltung nach Anspruch 4 für ein Kabel, bei dem der eine parallele Leiter den anderen konzentrisch umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Direktionskraft des Auslöserelais proportional dem in dem inneren Leiter fließenden Strom ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen