DE576868C - Schutzvorrichtung fuer elektrische Leitungen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Leitungsnetze durch Relais zu schützen, deren Laufzeit von der Entfernung der Fehlerstelle abhängig ist. Statt mit der Fehlerentfernung stetig zunehmender Laufzeit wird, um zu kürzeren Abschaltzeiten zu kommen, in der Technik vielfach von Relais Gebrauch gemacht, deren Laufzeit sich stufenweise ändert, je nachdem, in welcher Entfernung vom Relaisort der Fehler entstanden ist. Die Schutzbereiche der Relais überlappen sich dabei derart, daß bei Versagen eines der Fehlerstelle näherllegenden Relais ein fernerliegendes Relais mit größerer Verzögerungszeit anspricht. Dieses Relais schaltet dann allerdings nicht nur den kranken Abschnitt, sondern auch den angrenzenden Abschnitt ab. Bei zweiseitiger Speisung muß eine kranke Leitung beiderseitig abgeschaltet werden. Dabei kann es vorkommen, daß, nachdem ein der Fehlerstelle näherliegendes Relais ordnungsmäßig nach kurzer Ver-. zögerungszeit den einen Streck'enschalter geöffnethat, die Anregebedingung für die übrigen Relais nicht verschwindet, wodurch eine unnötig weitgehende Abschaltung eintreten kann.

Die Erfindung überwindet diese Schwierigkeit. Bei einer Schutzvorrichtung für elektrische Leitungen, bei welcher die Auslösung eines Leitungsschalters durch das Zusammenwirken zweier Relais erfolgt, von denen das erste vom Leitungswiderstand abhängig ist und bei geringerer Fehlerentfernung eine kürzere, bei größerer Fehlerentfernung eine längere Verzögerungszeit einstellt, während das zweite von der gleichen oder einer anderen Meßgröße der Leitung abhängig ist und ' die von dem ersten Relais eingestellte Verzögerungszeit zur Wirkung bringt, besitzt das bewegliche System des ersten Relais, das zwecks Herbeiführung der Schalterauslösung in der Stellung festgehalten wird, die es innehat, auch bei Fortbestehen der Anregebedingung nach Ablauf der kleineren, aber vor Ablauf der größeren Verzögerungszeit die Möglichkeit, sich frei einzustellen.

Um an einem Beispiel die Schwierigkeit zu erläutern, welche durch die Erfindung beseitigt wird, ist in der Abb. 1 ein Stück des Leitungsnetzes mit Relais für kurze und für lange Laufzeit dargestellt.

In Abb. ι ist ein zu überwachendeer Teil eines Leitungsnetzes dargestellt, der zwischen den Knotenpunkten 7, 8, 9, 10 liegt. Jede zwischen zwei Knotenpunkten liegende Lei-" tungsstrecke kann an jedem Ende durch Schalter α abgetrennt werden, und zwar steht jeder Schalter unter dem Einfluß je zweier Relais. Die Relais 1, 2, 3, 4, 5, 6 sprechen beispielsweise eine Sekunde nach Auftreten eines Fehlers an, aber nur dann, wenn der Blindwiderstand der überwachten Leitungsstrecke auf drei Viertel des Wertes sinkt, den die gesamte überwachte Leitungsstrecke hat. So tritt z. B. das Relais 3 dann in Tätigkeit, wenn ein Kurzschluß zwischen Knotenpunkt 8 und dem Punkte 3' der Leitung entsteht, das Relais 4 dann, wenn der Fehler zwischen dem

Knotenpunkte 9 und dem Punkte 4' liegt. Die Relais 11, 12, 13, 14, 15, 16 dagegen schalten die Schalter mit einer Verzögerung von zwei Sekunden aus, überwachen dabei aber die Leitung bis zur Mitte der Nachbarstrecke. So schaltet das Relais 13 z. B. seinen Schalter aus, wenn der Fehler innerhalb der Strecke bis zum Punkte 13' liegt. Das Relais 14 überwacht die Nachbarstrecke bis zum Punkte 14'. Dementsprechend überwacht das Relais 16 auch die Strecke 8-9 bis zu ihrer Mitte, d. h. bis zum Punkte 16'. Bis zu demselben Punkte überwacht das Relais 11 die Leitung vom Knotenpunkt 7 aus. Entsteht ein Kurzschluß bei 18, so tritt sowohl das von 8 bis 3' wirkende Relais 3 als auch das von 9 bis 4' wirkende Relais 4 in Tätigkeit, und zwar beide mit einer Verzögerung von einer Sekunde. Nach einer Sekunde ist also die fehlerhafte Leitungsstrecke zwischen den Knotenpunkten 8 und 9 abgetrennt, und die langzeitigen Relais 13 und 16, die erst nach zwei Sekunden angesprochen hätten, kommen nicht mehr zur Wirkung. Anders liegt der as Fall, wenn der Fehler sich bei 17 befindet. Er liegt dann in dem Bereich nur eines kurzzeitigen Relais, namentlich des Relais 4. Dies öffnet seinen Schalter nach einer Sekunde. Trotzdem muß je nach der Gestalt des Netzes damit gerechnet werden, daß der Spannungszusammenbruch auf beiden Seiten der Trennstelle noch bestehen bleibt. Infolgedessen kommt sowohl das Relais 13 wie das Relais 16 zur Wirkung, die beide auf die gleiche längere Auslösezeit eingestellt sind, und es ist zweifelhaft, welche von ihnen beiden zuerst anspricht. Das ist ein Mangel der geschilderten Anordnung, da gewünscht wird, daß zwecks beiderseitiger Abtrennung der Fehlerstelle das Relais 13 anspricht, aber nicht das Relais 16, das die Strecke 10-9 ganz überflüssigerweise abschalten würde.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. 2 dargestellt. Die Leitung 20 wird durch Schalter 21 abgetrennt, sobald der Sperrzahn 22 durch die Klinke 23 freigegeben wird. Diese ist an einem Winkelhebel befestigt, gegen dessen freies Ende 24 der Bolzen 25 stößt, sobald das Solenoid 26 Strom bekommen hat. Dieses zieht den Kern 27 an. Ein Hemmwerk 28 verzögert die Bewegung, so daß die Klinke 23 erst nach einer halben Sekunde ausgelöst wird. Solange die Spannung im Netz aufrechterhalten bleibt, werden die Anker 29 und 30 von ihren Solenoiden festgehalten, die von dem Meßwandler 31 gespeist werden. Fällt aber die Spannung ab, so wird durch den Anker 29, etwa nach Ablauf einer halben Sekunde, -ein Kontakt geschlossen, von dem Anker 30, der mit einem Hemmwerk 32 versehen ist, ein anderer Kontakt erst nach Ablauf von i^x/₂ Sekunden. Ein Zeiger 33, der über einer Skala 34 spielt, mißt die zweite Funktion der in der Leitung fließenden elektrischen Energie, z. B. e' sin φ : i, also den Blindwiderstand. Der Zeiger ist an seinem Ende mit einem Kontaktstück 35 versehen, das über einer Kontäktbahn 36 wandert, ohne sie zu berühren. Über dem Spielbereich des Zeigers sind ferner zwei Fallbügel 37 und 38 angeordnet, die unter dem Einfluß zweier Elektromagnete 39 und 40 stehen. Der Magnet 39 erhält von Batterie 42 Strom, sobald der Anker 29 Kontakt macht, der Elektromagnet 40 von der Batterie 43, sobald der Anker 30 Kontakt macht. Befindet sich der Zeiger 33 im Bereich desjenigen Fallbügels, der durch seinen Elektromagneten heruntergezogen wird, so entsteht zwischen dem Kontaktstück 35 und der Kontaktbahn 36 ein Kontakt, und das Solenoid 26 wird von der Stromquelle 41 erregt.

Die Vorrichtung arbeitet also folgendermaßen: Sobald ein Fehler in der Leitung auftritt, sinkt die Spannung, und beide Anker 29 und 30 werden losgelassen. Nach einer halben Sekunde führt der Anker 29 einen Stromschluß herbei, durch den der Elektromagnet 39 erregt und der Fallbügel 37 heruntergezogen wird. Liegt der Fehler innerhalb der eigenen Strecke, so ist der gemessene Blindwiderstand klein, und der Zeiger 33 liegt im Bereich des niedergehenden Fallbügels 37. Es entsteht dann zwischen 35 und 36 Kontakt, der Solenoid 26 wird erregt, und nach einer weiteren halben Sekunde wird infolgedessen der Schalter 21 geöffnet. Liegt dagegen der Fehler innerhalb des überwachten Teiles der Nachbarstrecke, so gelangt der Zeiger 33 in den Bereich des Fallbügels 38. Das Niedergehen des Fallbügels 37 bleibt vollkommen wirkungslos. Nach einer Sekunde haben die anderen kurzzeitigen Relais der Leitung Zeit gehabt, ihre Schalter zu öffnen. Ist dadurch die Fehlerstelle von dem hier betrachteten Relais abgetrennt, so zeigt der Zeiger 33 wieder größeren Widerstand an, verläßt also den Bereich beider Fallbügel. Der Schalter 21 wird daher auch dann nicht geöffnet, wenn der Spannungszusammenbruch noch weiter bestehen bleibt. Ist dagegen durch die kurzzeitigen Relais die Fehlerstelle nicht abgetrennt, so bleibt der Zeiger 33 an der gezeichneten Stelle stehen, wird, sobald nach Ablauf von I¹Z₂ Sekunden der Anker 30 einen Stromschluß herbeiführt, zum Kontakt mit der Kontaktbahn 36 gebracht, und der Schalter 21 wird geöffnet.

In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem nur ein Fallbügel erforderlich ist. Zur Auslösung des Schalters 21 sind

zwei Relais vorgesehen. Das eine besteht aus dem Solenoid 50 und dem Anker 51. Dieser arbeitet mit einer Verzögerung von einer halben Sekunde. Das zweite Relais, bestehend aus dem Solenoid 52 und dem Anker 53, arbeitet mit Verzögerung von einer Sekunde. Der Zeiger 33, der den Blindwiderstand mißt, arbeitet mit zwei Kontaktbahnen 54 und 55 zusammen. Über der ersten Kontaktbahn spielt er, wenn der Fehler in der eigenen Strecke liegt, über der zweiten Kontaktbahn, wenn der Fehler jenseits der eigenen Überwachungsstrecke liegt. Ein Fallbügel 56 liegt über dem gesamten Ausschlagbereich des Zeigers 33. Durch den Spannungsmeßwandler 31 erhält das Solenoid 57 Strom, dessen Anker mit einer Zahnstange 58 ausgerüstet ist. Sobald die Spannung abfällt, sinkt die Zahnstange nach unten und versetzt eine Kurvenscheibe 59 in Drehung, auf der die Rolle 6ö läuft. Ein Uhrwerk 61 bestimmt ihre Geschwindigkeit. Sie ist so gestaltet, daß sie die auf ihr laufende Rolle 60 nach Ablauf einer halben Sekunde anhebt, nach 1V4 Sekunden wieder fallen läßt, um sie dann wieder anzuheben. Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

Wenn infolge der abfallenden Spannung die Kurvenscheibe 59 in Drehung versetzt wird, hebt sie nach einer halben Sekunde die Rolle 60 an, so daß der Kontakt 70 geschlossen wird. Infolgedessen wird der Elektromagnet 71 durch die Batterie 72 erregt. Er zieht den Fallbügel 56 nach unten. Steht der Zeiger 33 in der gezeichneten Stellung, so fließt von der Batterie 73 ein Strom über die Kontaktbahn 54 und betätigt das Solenoid 50, das nach einer weiteren halben Sekunde den Schalter 21 öffnet.

Liegt dagegen der Fehler in einer Nachbarstrecke, so daß der Zeiger 33 über der Kontaktbahn 55 steht, so wird eine halbe Sekunde nach Eintreten des Fehlers das Solenoid 52 über die Kontaktbahn 55 erregt. Nach Ab-

lauf von I¹^ Sekunden aber läßt die Kurvenscheibe 59 die Rolle 60 wieder sinken. Der Kontakt 70 öffnet sich, und der Zeiger 2>3 wird durch den Fallbügel 56 wieder freigegeben. Ist inzwischen von kurzzeitigen Relais an anderer Stelle der Leitung die Fehlerstelle abgetrennt worden, so hat der Blindwiderstand den ordnungsmäßigen hohen Wert wieder angenommen, und der Zeiger 33 kann sich darauf einstellen. Wenn dann infolge des Weiterlaufens der Kurvenscheibe 59 der Kontakt 70 wieder geschlossen wird, steht der Zeiger 33 nicht mehr im Bereich der Kurvenbahnen, und das Solenoid 52 bleibt unerregt. Ist aber die Fehlerstelle nicht abgetrennt, so bleibt der Zeiger 33 über der Kontaktbahn 55, und beim zweiten Niedergehen des Fallbügels 56 wird das Solenoid 52 wieder erregt und öffnet nach Ablauf einer weiteren Sekunde den Trennschalter 21.

Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in Abb. 4 dargestellt. :

Der Blindwiderstand der zu überwachenden Leitungsstrecken wird hierbei nicht fortlaufend gemessen. Der Quotient e · sin φ : i wirkt vielmehr auf zwei Relais 80 und 81 ein. Das Relais 81 schließt einen Kontakt 83, so- ■. bald der" Blindwiderstand kleiner wird als der der überwachten eigenen und Nachbarstrecke. Das Relais 80 dagegen schließt einen Kontakt

82 nur, wenn der Blindwiderstand kleiner wird als der des überwachten Teiles der eige- · neu Strecke. Der Spannungsmeßwandler 31 erregt zwei Solenoide mit den Ankern 29 und 30. Bei Abfall der Spannung schließt der Anker 29 einen Kontakt nach einer halben Sekunde, der Anker 30 einen Kontakt nach ι Y₂ Sekunden. Das Solenoid 26 zieht, sobald es durch die Batterie 41 erregt wird, seinen Anker 27 an, der mit Verzögerung von einer halben Sekunde den Schalter 21 auslöst. Entsteht ein Fehler auf dem überwachten Teil ■ der eigenen Strecke, so macht der Anker 29 nach einer halben Sekunde Kontakt und erregt über den geschlossenen Kontakt 82 das Solenoid 26, der nach einer weiteren halben Sekunde den Schalter herauswirft. Liegt da- · gegen der Fehler auf dem überwachten Teil der fremden Strecke, so ist nur der Kontakt

83 geschlossen, und das Solenoid 26 wird erst erregt, wenn der Anker 30 seinen Kontakt nach 1Y₂ Sekunden schließt, vorausgesetzt, daß nicht durch Abschaltung an anderer Stelle der Leitung die Fehlerstelle bereits abgetrennt und der Kontakt 83 infolgedessen wieder aufgehoben ist." *

Ist die Schutzvorrichtung so eingerichtet, daß die erste Anregung der Relais nicht durch den Spannungsabfall, sondern durch einen geringen Wert des Blindwiderstandes erfolgt, so ist die Einrichtung gemäß der Erfindung nicht von derselben Bedeutung. Von Vorteil ; ist sie aber auch dann; denn, wie Abb. 4 zeigt, bietet die mit längerer Auslösungszeit wirkende Relaiseinrichtung 30, 81 eine Reserve für den Fall, daß die kurzzeitig wirkende Relaiseinrichtung 29, 80 aus irgendeinem Grunde versagt hat. Auch in diesem Fall .ist es wertvoll, daß nur diejenige Nachbar strecke abgeschaltet wird, die zur beiderseitigen Abtrennung der Fehlerstelle ausgeschaltet werden muß, überflüssige Abtrennungen aber mit Sicherheit vermieden werden.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Schutzvorrichtung für elektrische Leitungen, bei welcher die Auslösung eines Leitungsschalters durch das Zusam-

   menwirken zweier Relais erfolgt, von denen das erste vom Leitungswiderstand abhängig ist, und bei geringerer Fehlerentfernung eine kürzere, bei größerer Fehlerentfernung eine längere Verzögerungszeit einstellt, während das zweite von der gleichen oder einer anderen Meßgröße der Leitung abhängig ist und die vom ersten Relais eingestellte Verzögerungszeit zur Wirkung bringt, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche System (33) des ersten Relais zwecks Herbeiführung der Schalterauslösung in der Stellung festgehalten wird, die es an-

   «S genommen hat, daß es aber auch bei Fortbestehen der Anregebedingung nach Ablauf der kleineren und vor Ablauf der größeren Verzögerungszeit die Möglichkeit besitzt, sich frei einzustellen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der zur Auslösung eines Schalters eine Hilfskraft vorgesehen ist, die das bewegliche System des ersten Relais zur Herbeiführung der Schalterauslösung festhält, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche System (33) bei größerer Fehlerentfernung eine Einstellung innehat, derzufolge es außerhalb des Bereiches der Hilfskraft (37, 39) liegt (Abb. 2).
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit einem Kontaktglied, das bei Eintritt eines Leitungsfehlers durch einen Fallbügel auf eine Kontaktschiene gedrückt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Fallbügel (37, 38) vorgesehen sind, von denen der eine (37) sich nur über den Einstellungsbereich des Kontaktgliedes (33) bei kleinerer Fehlerentfernung, der andere (38) sich über den Einstellbereich bei größerer Fehlerentfernung erstreckt (Abb. 2).
4. 4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, bei der zur Auslösung des Schalters eine Hilfskraft vorgesehen ist, die das Kontaktglied (33) festhält, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskraft (56, 71) bis nach Ablauf der geringeren Verzögerungszeit das Kontaktglied (33) festhält, aber vor Ablauf der größeren Verzögerungszeit noch einmal vorübergehend freigibt (Abb. 3).
5. 5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 4

   mit einem Kontaktglied, das bei Eintritt eines Leitungsfehlers durch einen Fallbügel auf eine Kontaktschiene gedrückt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschiene (54, 55) unterteilt ist, und daß der durch Berührung zwischen dem Kontaktglied (33) und dem einen Teil (54) hervorgerufene Kontakt die Schalter mit geringerer Verzögerung und der zwischen dem Kontaktglied (33) und dem anderen Teil (55) hervorgerufene Kontakt den Schalter mit größerer Verzögerungszeit auslöst (Abb. 3).
6. 6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fallbügel (56) nach Ablauf der geringeren Verzögerungszeit wieder angehoben und vor Ablauf der größeren Verzögerungszeit von neuem niedergedrückt wird.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit eines über die zweite Kontaktschiene (55) gesteuerten Zeitrelais (53) größer ist als die Zeitdauer der Einschaltung eines an die erste Kontaktschiene (54) angeschlossenen Relais (50, 51).
8. 8. Schutzvorrichtung für elektrische Leitungen, bei der zwei von der Fehlerentfernung abhängige Relais, von denen das eine erst bei geringerer, das andere dagegen schon bei größerer Entfernung des Fehlerortes anspricht, mit einem weiteren von der gleichen oder einer anderen Meßgröße der Leitung abhängigen Relais zur Auslösung eines Leitungsschalters zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entstehung eines Fehlers ein den Auslösestromkreis des ersten von der Fehlerentfernung abhängigen Relais (80) schließender Kontakt (29) nach kürzerer Verzögerungszeit und ein den Auslösestromkreis des zweiten von der Fehlerentfernung abhängigen Relais (81) schließender Kontakt (30) nach längerer Verzögerungszeit hergestellt wird, und daß das bei größerer Entfernung des Fehlerortes ansprechende Relais (81) nach erfolgter einseitiger Abschaltung der kranken Leitungsstrecke seinen Kontakt (83) früher öffnet, als das seinen Auslösestromkreis steuernde weitere Relais den Kontakt (30) schließt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen