DE589153C

DE589153C - Relais fuer Distanzschutzschaltungen

Info

Publication number: DE589153C
Application number: DES102937D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Oskar Schmutz
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-01-26
Filing date: 1932-01-26
Publication date: 1933-12-04

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 4. DEZEMBER 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 68 eo

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. Januar 1932 ab

Relais, welche ansprechen, sobald eine bestimmte Komponente des Widerstandes eines Wechselstromkreises einen bestimmten Grenzwert durchläuft, sind bekannt. Um die Abhängigkeit von einer bestimmten Komponente des Widerstandes und nicht von dem Scheinwiderstand des Kreises zu erreichen, hat man bisher stets wattmetrische Relais angewendet, weil auf diese Weise die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung erfaßt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist eine Relaisanordnung, die in mannigfacher Form verwirklicht werden kann und ohne Vorhandensein eines wattmetrischen Systems geeignet ist, eine bestimmte, an sich beliebig wählbare Komponente des Widerstandes eines Wechselstromkreises zu überwachen und anzusprechen, wenn diese Komponente einen bestimmten Grenzwert über- oder unterschreitet.

Das Relais gemäß der Erfindung besitzt ein

bewegliches System, welches von der Differenz zweier Kräfte beeinflußt wird, von denen die eine von der Spannung allein, die andere aber von einer aus derselben Spannung und Strom des zu überwachenden Stromkreises abgeleiteten resultierenden Stromstärke hervorgerufen wird, welche derart bemessen ist, daß, wenn der Strom Null ist, die beiden von der Spannung ausgehenden Wirkungen auf das Relaissystem einander aufheben. Es ist mit dieser Anordnung möglich, jede beliebige Komponente des Widerstandes zu überwachen. Das Relais spricht z. B. auf die Unterschreitung eines bestimmten Blindwiderstandes an, wenn die Resultierende, welche aus Strom und Spannung zu bilden ist, den Strom der Leitung in seiner tatsächlichen Phasenlage, die Spannung des Kreises dagegen nach .vorheriger Schwenkung um 90⁰ enthält. Verziehtet man auf die Schwenkung der Spannung, so daß sich also Strom und Spannung zu einer Resultierenden zusammensetzen, welche der tatsächlichen.Phasenverschiebung von Strom und Spannung in dem überwachten Kreise entspricht, dann spricht das Relais an, sobald ein bestimmter Grenzwert des Ohmschen Leistungswiderstandes über- oder unterschritten wird.

In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung' niedergelegt.

In Fig. ι ist angenommen, daß eine Leitung L mit Hilfe eines Reaktanzkipprelais gemäß der Erfindung geschützt werden soll. An die Leitung sind ein Stromwandler 1 und ein Spannungswandler 2 angeschlossen, und auf das bewegliche System 3 eines Kipprelais haben zwei Kräfte Einfluß. Die eine Kraft geht aus von einem Elektromagneten 4, welcher nur von der Spannung erregt wird und dessen Kraft dem Quadrat der Spannung proportional ist. Die zweite Wirkung geht

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

Dipl.-Ing. Oskar Schmutz in Berlin-Haselhorst.

von einem Magnetsystem 5 mit zwei Spulen 6 und 7 aus. Die Spule 7 wird vom Strom erregt, die Spule 6 dagegen von der Spannung. Jedoch ist die Phasenlage des Erregerstroms der Spule 5 gegen die Sekundärspannung des Spannungswandlers 2 um 90 ° geschwenkt. Die Anziehungskraft des Magneten 4 ist nun in jedem Augenblick proportional e², wobei mit e der Momentanwert der Wechselspannung bezeichnet ist. Die Kraft des Magneten 5 ist dem Quadrat aus der Differenz

(* — e_m) ² = i² + ^90 2 — 2 i e_ao

proportional; e₉₀ ist die um 90⁰ gegen die Netzspannung phasenverschobene Erregerspannung der Wicklung 6. Wenn nun e und e⁰⁰ die gleiche Größe haben, dann wird die Gleichgewichtsbedingung für das System 3

2Q ⁹⁰

Wenn man für die Momentanwerte i und e die Effektivwerte / und E einsetzt, lautet die Gleichung

J² = 2 · JE · sinus (/, E).

Das Gleichgewicht der Kräfte am beweglichen System 3 tritt also bei einem ganz bestimmten Blindwiderstand auf.

Wenn der Erregerstrom der Magnetspule 6 entgegen der zunächst gemachten Annahme nicht gegen die Netzspannung um 90 ° versetzt ist, sondern die gleiche Phasenlage hat wie die Netzspannung, dann spricht das Relais an, wenn die Ohmsche Komponente des Widerstandes einen bestimmten Grenzwert erreicht. Durch passende Wahl der Phasenverschiebung des Erregerstromes der Spule 6 kann man das Relais auch so einstellen, daß es eine andere gewünschte Widerstandskomponente des Stromkreises überwacht.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 2. Auch dort ist angenommen, daß es sich um den Schutz einer Leitung L handelt. Die Leitung ist wieder ausgestattet mit einem Stromwandler 1 und einem Spannungswandler 2. Das Relaissystem besteht aus zwei konstruktiv teilweise vereinigten Magnetkörpern 8 und g, von denen der letzte allein durch die Spannung, der andere dagegen wiederum von einem aus Strom und Spannung gebildeten resultierenden Strom

i' erregt wird. Strom und Spannung speisen hierbei gemeinsam die auf dem Magnetkörper 8 angebrachte Erregerwicklung. Die Phasenverschiebung zwischen den sich addierenden Komponenten hängt von der Größe von / und der Größe der Induktivität 10 ab. Man kann durch geeignete Wahl der Induktivität 10 und der Induktivität bzw. des Ohm-

ffo sehen Widerstandes der Erregerwicklung 11 erreichen, daß das Relais eine gewünschte Widerstandskomponente überwacht. Wenn wiederum eine Phasenverschiebung um 90° angewendet wird, überwacht das Relais den Blindwiderstand. Wenn die Phasenverschiebung Null angewendet wird, wird wiederum der Ohmsche Widerstand überwacht, und wenn eine andere Phasenverschiebung angewendet wird, so überwacht das Relais die Widerstandskomponenten in der entsprechenden Richtung.

In Fig. 3 und 4 wird die Wärmewirkung eines von der Spannung allein und eines von Strom und Spannung gemeinsam hervorgerufenen Stromes benutzt. Fig. 3 zeigt ein Differenzrelais mit zwei Hitzdrähten 12 und 13. Wenn beide Hitzdrähte gleichmäßig erwärmt'werden, bleibt das Kontaktglied 14 in der Mittellage. Wird einer der beiden Hitzdrähte stärker erhitzt, dann schlägt das Kontaktglied in dem einen oder anderen Sinne aus und kann dadurch z. B. eine Einschaltspule E oder eine Ausschaltspule A betätigen. Wenn man diese Anordnung bei Schutzrelais verwendet, so werden die Kontakte als Auslöserelais A in solcher Stellung angebracht, daß das Kontaktglied 14 den Auslösekreis schließt, wenn die überwachte Komponente des Leitungswiderstandes den festgesetzten Grenzwert unterschreitet. Bei allen größeren _go Werten des Leitungswiderstandes nimmt dann der Kontakt 14 eine dem jeweiligen Widerstand entsprechende Stellung ein, wobei er jedoch den Auslösekreis nicht schließt.

In Fig. 4 werden die beiden Ströme zur Heizung zweier Bimetallstäbe 15 und 16 benutzt. Solange beide gleichmäßig erwärmt werden, können sich ihre Kontakte 17 und 18 einander nicht berühren.

In Fig. 5 wird ein polarisiertes Gleich-Stromrelais 20 von einem Thermostrom durchflossen, der von der Differenz der Temperaturen an den Lötstellen 21 und 22 abhängt. Die eine Lötstelle wird dabei vermittels eines Leiters 23 von der aus Strom und Spannung gebildeten resultierenden Stromstärke erwärmt. Die zweite Lötstelle wird in ähnlicher Weise durch die Erwärmung eines Leiterstückes 24 erhitzt, dessen Temperatur der Spannung folgt. Da das Relais 20 ebenso wie das Kontaktglied 14 in Fig. 3 oder die beweglichen Relaissysteme der Anordnungen in Fig. ι und 2 sowohl bei Ausschlag nach der einen Seite wie auch nach der anderen Seite einen Kontakt schließen kann, ist es möglich, mit diesen Relaisanordnungen je einen anderen Schaltvorgang auszulösen, je nachdem, ob der bestimmte, fest eingestellte Grenzwert der überwachten Widerstandskomponente im einen oder anderen Bewegungssinn durchlaufen wird. Z. B. kann man wie in Fig. 3 die selbsttätige Ein- und Aus-

schaltung eines Leitungsschalters mit Hilfe eines der genannten Ausführungsbeispiele der Erfindung steuern.

In Fig. 6 wird ebenfalls ein Gleichstromrelais 20 verwendet. Das Relais ist an die Punkte 25 und 26 angeschlossen, die zwei verschiedenen Gleichrichterschaltungen 27 und 28 angehören. Die Gleichrichterschaltung 27 wird von einer aus Strom und Spannung gebildeten resultierenden Spannung gespeist, die Gleichrichterschaltung 28 dagegen lediglich von der Spannung des Netzes. Wenn der Effektivwert des resultierenden Stromes und der Effektivwert des allein von der Spannung.

abgeleiteten Stromes gleich groß sind, dann besitzen die Punkte 25 und 26 gleiches Poten^ tial, so daß das Relais 20 nicht anspricht.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird zweimal die Spannung und einmal die Stromstärke benutzt. Man kann statt dessen auch zweimal die Stromstärke und nur einmal die Spannung anwenden, also z. B. in Fig. ι die Spulen 7 und 4 vom Strom und nur die Spule 6 von der Spannung erregen. Das Relais überwacht dann nicht den Widerstand, sondern den Leitwert des Wechselstromkreises L. Wenn man dabei wiederum eine cjogradige Verschiebung im Spannungskreis anwendet, so wird der Blindleiterwert überwacht. Wenn Strom und Spannung in ihrer natürlichen Phasenlage verwendet werden, wird der Ohmsche Widerstand überwacht, und durch Anwendung einer anderen Phasenverschiebung im Spanhungskreis kann man erreichen, daß eine andere gewünschte Komponente des Leitwertes des Wechselstromkreises überwacht wird.

Die Anordnung nach Fig. 2 besitzt insofern noch eine Besonderheit, als bei dieser An-Ordnung, die für sehr schnell ansprechende Relais gedacht ist, die Gleichstromkomponente, die bei Schaltvorgängen im Strom auftritt, von dem Relais fernhalten wird, damit das Relais nicht fehlerhafterweise zum Ansprechen kommt. Der Sekundärstrom des Stromwandlers 1 teilt sich bei dieser Anordnung in zwei Teilströme, von denen der eine über die Spule 11, der andere über die Drosselspule 10 fließt. Indem man nun der Drosseispule 10 einen vorwiegend induktiven Widerstand, der Wicklung 11 einen vorwiegend Ohmschen Widerstand von hohem Betrage gibt, setzt die Drosselspule 10, weil ihr Gleichstromwiderstand klein ist, der Gleichstromkomponente im Strom einen wesentlich geringeren Widerstand entgegen als die Spulen. Auf diese Weise wird der größte Teil dieser Gleichstromkomponente an der Erregerwicklung 11 des Relais vorbeigeleitet. Man kann die Gleichstromkomponente völlig vom Relais fernhalten, wenn man der Spule 10 diejenige Zeitkonstante gibt, die der zu überwachende Stromkreis L besitzt.

Man kann die Anordnung in Fig. 1 noch dadurch vereinfachen, daß man an Stelle einer besonderen Stromwicklung 7 in den Erregerkreis der Spule 6 einen Stromwandler einfügt, den man von der Sekundärwicklung des Stromwandlers 1 her erregt. Der in der Spannungsspule 6 liegende Stromwandler kann dann gleichzeitig die Rolle der Induktivität übernehmen, die in diesem Kreis notwendig ist, um eine Phasenverschiebung von ° zu erzielen.

Claims

75 Patentansprüche:

1. Relais für Distanzschutzschaltungen, welches anspricht, wenn eine bestimmte, an sich beliebig wählbare Komponente des Widerstandes oder Leitwertes eines Wechselstromkreises unter- oder überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Relaissystem von der Differenz zweier Kräfte beeinflußt wird, von denen die eine der Spannung bzw. dem Strome allein, die andere aber einer aus der gleichen Spannung und der Stromstärke bzw. aus der gleichen Stromstärke und der Spannung des zu überwachenden Kreises gebildeten Resultierenden ent^ spricht, und daß die Spannungskräfte bzw. die Stromkräfte so bemessen sind, daß sie sich bei der Stromstärke Null bzw. bei der Spannungsstärke Null gegenseitig aufheben.

2. Relais nach Anspruch 1 zur Überwachung des Blindwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bildung der Resultierenden aus Strom und Spannung eine gegen die Spannung des überwachten Stromkreises um 90° geschwenkte Spannung genommen wird.

3. Relais nach Anspruch 1 zur Überwachung des Ohmschen Widerstandes, dadurch gekennzeichnet, daß für die BiI- ^l°5 dung der Resultierenden aus Strom und Spannung die Spannung des Wechselstromkreises in ihrer tatsächlichen Phasenlage genommen wird.

4. Relais nach Anspruch 1 oder folgen- »« den, dadurch gekennzeichnet, daß von der Spannung allein und von der Resultierenden aus Strom und Spannung zwei gegeneinandergerichtete Drehmomente auf das bewegliche Relaissystem ausgeübt werden. ¹¹S

5. Relais nach Anspruch 1 oder folgenden, ,dadurch gekennzeichnet, daß von der Spannung allein und von der Resultierenden aus Strom- und Spannung magnetische Kräfte auf das bewegliche Relaissystem ausgeübt werden.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmewirkung eines von der Spannung allein und eines aus Strom und Spannung gebildeten resultierenden Stromes benutzt wird.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Spannung allein und eine von der aus Strom und Spannung gebildeten resultierenden Stromstärke abgeleitete Gleichspannung in Differenzwirkung ein Gleichstromrelais (20) erregen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen