DE601227C - Impedanzansprechorgan fuer Distanzrelais - Google Patents

Description

Beim Distanzschutz wird das Reaktanzorgan, welches die Reaktanz der geschützten Strecke mißt, allgemein von einem auf Impedanz reagierenden Ansprechorgan eingeschaltet bzw. freigegeben. Beispielsweise sind im Impedanzdiagramm der Fig. 1 in der Ordinatenrichtung die Impedanzwerte Z in Funktion des Stromes / aufgetragen. 1 ist die Kurve der Betriebsimpedanz für eine konstante Netzspannung; 2 sei die Ansprechkurve des Impedanzorganes, 3 dieKurzschlußimpedanz der geschützten Leitungsstrecke und 4 das Gebiet der - Lichtbogenkurzschlüsse. Das Auftreten eines Fehlers bei einem bestimmten Kurzschlußstrom J_x ist dadurch charakterisiert, daß der durch das Distanzrelais festgestellte Wert der Impedanz vom Betriebswerte Zb_x auf den Kurzschlußwert Zk_x heruntergefallen ist. Handelt es sich nun nicht um einen metallischen Kurzschluß, sondern um einen Lichtbogenkurzschluß, so wird infolge des eventuell großen Ohmschen Abfalles des Lichtbogens. selbst die Impe-

--- danz auch bei einem Fehler über Z^_x im schraffierten Gebiet liegen. Damit das Distanzrelais bei Lichtbogenschlüssen auch anspricht, muß die Ansprechkurve des Impedanzorganes über dem schraffierten Gebiet liegen. Es wird also nicht zweckmäßig sein, die Ansprechkurve als Gerade parallel und etwas oberhalb der Kurzschlußimpedanz zu legen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, diese Ansprechkurve als gleichseitige Hyperbel auszubilden, deren Achsen mit den Achsen der Betriebsimpedanzkurve, d. h. mit den Koordinatenachsen, zusammenfallen.

Hat nun das zu schützende Leitungsnetz eine große Kurzschlußleistung bzw. ist die kilometrische Impedanz oder die Länge der betreffenden Strecke groß, so kann es vorkommen, daß, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die Kurzschlußimpedanzgerade 3 die Betriebsimpedanzkurve schneidet. Der Übergang von der Betriebsimpedanz auf die Kurzschlußimpedanz erfolgt beim Strome J_m nicht mehr sprungweise, sondern stetig. Das Distanzrelais wird aber trotz dem Vorhandensein eines Fehlers nicht mehr arbeiten, da sein Impedanzansprechorgan gar nicht anspricht, weil dessen Ansprechkurve 2 unterhalb des Wertes von Zg_m liegt. In derartigen Fällen würde ein" Verlauf der Ansprechkurve des Impedanzorganes nach einer geraden Linie, die sich, wie eingangs gezeigt wurde, infolge des Lichtbogenwiderstandes bei kleineren und mittleren Strömen nicht empfiehlt, von Vorteil sein.

Die Erfindung betrifft den Aufbau eines Impedanzansprechorganes für Distanzrelais, dessen Ansprechcharakteristik (Impedanz als Funktion des Stromes) für einen bestimmten Strombereich einer sich an die Betriebs-

impedanzkurve anschmiegenden Hyperbel folgt, während sie bei Überschreiten eines bestimmten, beliebig einstellbaren Stromwertes in eine zur Abszissenachse parallele Gerade übergeht, welche die Betriebsimpedanzhyperbel schneidet. Erreicht wird dies dadurch, daß bei dem Impedanzansprechorgan erfindungsgemäß die beiden Strom- und Spannungssysteme einander über eine Federteupplung entgegenarbeiten, bis nach vollem Spannen diese Feder durch eine Mitnehmerkupplung entlastet ist und das Stromsystem nach Überwindung einer nun eingreifenden neuen Gegenkraft die Freigabe des Reaktanzorganes herbeiführt. Die Ansprechkurve verläuft als Hyperbel bis zum Punkte B (Fig. 4) nahe oberhalb der Kurzschlußimpedanzgeraden, wo sie in eine zur letzteren parallele Gerade übergeht. Das Impedanzansprechorgan wird also stets ansprechen, bevor die Betriebsimpedanzkurve sich mit der Kurzschlußgeraden schneidet.

In Fig. 3a ist eine der bereits bekannten Ausführungen des Impedanzansprechorganes mit rein hyperbolischem Verlauf der Charakteristik beispielsweise 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. 3b), 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 Spule44 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 E, z. B. D₂ = p · E², wo ρ eine Konstante bedeutet. Das Steuerorgan spricht an, wenn O₁ = D₂ = P-E² ist. Nun ist E = ZJ. Setzt man diesen Wert für E ein, so folgt die Beziehung D₁ = j> (ZJ)² und hieraus Z = -j-,

wo K z=z 1/— ^l- =z konstant ist. Die Impedanz Z

wird somit in Funktion von / durch eine Hyperbel dargestellt, wie in Fig¹.3b gezeichnet. An Stelle der Feder 45 kann auch ■ein Gewicht als mechanisches Gegendrehmoment verwendet wenden.

Eine zweite Möglichkeit, diesen Verlauf der Ansprechkurve zu erhalten, besteht in der Anwendung verschiedener Mittel, wie Sättigung und Shunten der magnetischen 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.

Um den gemäß der Erfindung begrenzt hyperbolischen Verlauf der Kurve 2 in Fig. 4 zu erhalten, muß das Relais z. B. nach Fig. 5 ergänzt werden. Die Feder 45 zwischen dem Strommagnet 44 und dem Waagebalken 41 wind beibehalten. Außerdem ist eine Lasche 47 am Hebel 41 angehängt. Diese Lasche besitzt unten einen Schlitz 48, in welchem der Aufhängepunkt 49 des Magnets 44 geführt ist. Ob nun die Feder 45 gespannt sei oder nicht, das Kräftespiel an der Waage bleibt dasselbe. Das Relais wirkt, wie wenn die Verbindung zwischen Balken 41 und Magnet 44 starr wäre. Die Ansprechkurve verläuft also horizontal, wie der gestrichelte Teil der Kurve 2 vor dem Punkt A (Fig. 4) andeutet. Ist der Strom / so groß, daß die Feder 45 ganz gespannt ist, dann befindet sich der go Punkt 49 ganz unten im Schlitz 48, und die Lasche 47 übernimmt von nun an die Übertragung der Zugkraft. Die Feder 45 ist entlastet. Um den hyperbolischen Teil der Kurve 2 (Fig. 4) zu erhalten, ist auf dem Anschlage 46 eine Feder 52 angebracht, auf welche der Magnet 44 über die Scheibe 50, die mit der Zugstange 51 fest verbunden ist, wirkt. Die Charakteristik der Feder 45 ist so gewählt, daß die Ansprechkurve dem hyperbolischen Verlauf zwischen A und B (Fig. 4) folgt. Übersteigt bei B der Strom den Wert, der für das Spannen der Feder 52 notwendig ist, so arbeitet das Relais, wie wenn beide Systeme, das Strom- und das Spannungssystem, starr gekuppelt wären. Die Ansprechkurve geht also vom Punkt B an in eine Gerade über.

Derselbe Gedanke des Kraft- oder Drehmomentvergleiches läßt sich auch mit zwei no Systemen verwirklichen, die mit umgekehrtem Drehsinn auf eine gemeinsame Welle wirken.

Den rein hyperbolischen Verlauf der Ansprechcharakteristik kann man bekanntlich nicht nur mit einem nach Fig. 3a konstruierten Relais erhalten. Man kann auch mit der Kombination zweier einfacher Relais auskommen, wie z. B. in Fig. 6 angedeutet wurde. ist ein Minimal spannungs- und 63 ein Maximalstrommagnet. Bei einer bestimmten Unterschreitung der. Betriebsspannung am

Anschl'Ußpunkt läßt der Magnet 61 den von der Feder 69 gezogenen Anker 62 fallen, während bei Überschreiten des Wertes des kleinsten Kurzschlußstromes der Magnet 63 den Anker 64 entgegen dem Moment des Gewichtes 70 anzieht. Treten beide Zustände gleichzeitig ein, so ist die gemessene Impedanz kleiner, als der Betriebsimpedanz entspricht.

Die Kontaktstücke 71' und 77 haben die Kontaktfeder 72' und 73' bzw. 72 und 73 überbrückt. Der Stromkreis, der das bier nicht abgebildete Reaktanzorgan des Distanzrelais einschaltet, ist zwischen den Klemmen 65 und 65' geschlossen.

Es werden nun die beiden Anker 62 und 64 mit Hebeln 66 bzw. 66' versehen, die durch eine Lasche 67 mit Schlitzloch 68 verbunden sind. Wenn nun die gemessene Impedanz

ao des Kurzschlußkreises so hoch ist, daß das Produkt Strom mal Impedanzspannung größer als der Abfall wert des Magnets 61 ist, so würde ohne Lasche 67 der Anker 62 angezogen bleiben. Die Kontakte 72 und 73 würden nicht überbrückt, trotzdem der Anker 64 angezogen und die Kontakte 72' und 73' geschlossen hat. Mit dem Vorhandensein der Lasche 67 und der Feder 70/ ändert sich die Arbeitsweise grundsätzlich. Bei kleinen Strömen, d. h. vom kleinsten Ansprechstrom bis zu einem maximalen Kurzschlußstrom, der das Mehrfache des Nennstromes beträgt, wird der Anker 64 entgegen dem Gewichte 70 angezogen, bis der Bolzen 7O_a am Anschlag 7o_h anschlägt. Dann sind die Kontakte 72' und 73' überbrückt. Die Zuschaltung des Reaktanzorganes erfolgt nun ganz nach dem Zustande der Spannung, deren Höhe durch die Zugkraft der Feder 69 überwacht wird. Das Ansprechen der Relaiskombination der Magnete 61 und 63 in diesem Strombereich erfolgt nach der Hyperbelkurve.

Übersteigt der Strom die obenerwähnte Grenze, so spannt der Anker 64 die Feder 70/

4-5 über den Anschlag 70^, den Bolzen 7O₀ und die Zugstange 7o_c. Gleichzeitig kommt der Bolzen 66_a an das Ende des Schlitzloches 68, so daß der Anker 64 bei seiner Schließbewegung den Anker 62 abreißt, trotz Vorhandensein genügender Spannung am Magnet 61. Von diesem Stromwert an folgt die Ansprechcharakteristik einer Geraden, die zur Abszissenachse parallel läuft; d.h. auch wenn dielmpedanz mit zunehmendem Strome konstant bleibt, wird das Reaktanzorgan des Distanzrelais eingeschaltet.

Fig. 7 zeigt eine andere mögliche Ausführung des Erfindungsgedankens, die sich von der in Fig. 6 dargestellten nur dadurch unterscheidet, daß die zwei Kontaktstellen 71', 72', 73' und 77, 72, 73 zu einer einzigen 71, 72 vereinigt sind. Die federnden Kontaktstücke 71 und 72 kommen direkt aufeinanderzuiliegen. Die Arbeitsweise bleibt im übrigen genau dieselbe.

Da es sich stets nur darum handelt, daß das Impedanzorgan das Reaktanzmeßorgan des Distanzrelais freigibt, könnte auch an Stelle der Kontaktgabe in bekannter Art und Weise eine direkte mechanische Freigabe des letzteren Organs erfolgen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Impedanzansprechorgan für Distanzrelais, dessen Ansprechcharakteristik (Impedanz als Funktion des Stromes) für einen bestimmten Strombereich einer sich an die Betriebsimpedanzkurve anschmiegenden Hyperbel folgt, während sie bei Überschreiten eines bestimmten, beliebig einstellbaren Stromwertes in eine zur Abszissenachse parallele Gerade übergeht, welche die Betriebsimpedanzhyperbel schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strom- und Spannungssysteme (44, 43) einander über eine Federkupplung (45) entgegenarbeiten, bis nach vollem Spannen diese Feder (45) durch eine Mitnehmerkupplung (47) entlastet ist und das Stromsystem (44) nach Überwindung einer nun eingreifenden neuen Gegenkraft (52) die Freigabe des Reaktanzorganes herbeiführt (Fig. 5).

2. Impedanzansprechorgan für Distanzrelais, dessen Ansprechcharakteristik (Impedanz als Funktion des Stromes) für einen bestimmten Strombereich einer sich an die Betriebsimpedanzkurve anschmiegenden Hyperbel folgt, während sie bei xoo Überschreiten eines bestimmten, beliebig einstellbaren Stromwertes in eine zur Abszissenachse parallele Gerade übergeht, welche die Betriebsimpedanzhyperbel schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß sich sowohl das Strom- (63, 64) als auch das Spannungsmeßsystem (61, 62) bis zu einem Stromgrenzwert unabhängig voneinander bewegen können und daß nach Überschreiten dieser Grenze das Stromsystem (63, 64) nach Überwindung einer zusätzlich eingreifenden Gegenkraft (70/) das Spannungssystem (61, 62) zur Freigabe des Reaktanzorganes zwingt, trotzdem die Spannung den Abfallwert nichi ng unterschritten hat (Fig. 6 und 7).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen