DE612198C

DE612198C - Elektrisches Schutzrelais

Info

Publication number: DE612198C
Application number: DER78810D
Authority: DE
Original assignee: A Reyrolle and Co Ltd
Current assignee: A Reyrolle and Co Ltd
Priority date: 1928-07-30
Filing date: 1929-07-31
Publication date: 1935-04-17

Description

Es sind Impedanzschutzrelais bekanntgeworden, bei denen ein Glied nach Maßgabe der Impedanz von einem elektromagnetischen System eingestellt wird, das zwei entgegengesetzten elektromagnetischen Drehmomenten unterworfen ist, während weiter ein Kontaktglied durch ein von dem Netzzustand unabhängig mit konstanter Geschwindigkeit ablaufendes Zeitwerk getrieben wird, das mit dem Einstellglied zusammenwirkt, so daß dadurch die Ansprechdauer des Relais bestimmt wird.

Diese Einrichtungen haben den Nachteil, daß es außerordentlich schwierig ist, einen hohen Genauigkeitsgrad der Zeitfestlegung über den ganzen Arbeitsbereich zu erhalten, ohne daß man äußerst feine und empfindliche Apparate verwendet, die wiederum nicht imstande sind, den starken Kräftebeanspruchungen zu widerstehen, denen ein solches Relais oft unterworfen werden muß.

Es sind weiter Zeitrelais bekannt, bei denen ein elektromagnetisches Drehmoment, das in einem dreischenkligen Kern erzeugt wird, gegen ein mechanisches Gegendrehmoment und die dämpfende Wirkung eines Dauermagneten arbeitet, und zwar so, daß die Ansprechzeit des Relais von dem Abstand des Fehlers abhängt.

Hier ist es wiederum schwierig, äußerst genaue Ergebnisse zu erzielen, und zwar infolge der außerordentlichen Verschiedenheit in den Verhältnissen, unter denen das Relais arbeiten soll. Das Fehlen eines vom Netzzustand unabhängig ablaufenden - Zeitwerkes macht es schwierig, das Relais so einzustellen, daß es unter den verschiedenen Arbeitsverhältnissen richtig wirkt.

Die Erfindung will eine Relaiskonstruktion schaffen, die einen unter allen Umständen zufriedenstellend arbeitenden Zeitschutz bei einem in Abschnitte unterteilten Netz liefert, ohne daß es notwendig wird, die Maximaleinstellzeit für irgendeinen Abschnitt zu vergrößern, die ferner einen sehr kräftigen mechanischen Aufbau besitzt und den höchsten Grad der Genauigkeit bezüglich der Ansprechdauer über den ganzen Bereich der Betriebsverhältnisse ergibt.

Die Erfindung verwendet ebenfalls ein Schutzrelais, dessen Ansprechdauer von dem Verhältnis zweier Größen in dem geschützten Abschnitt abhängig ist und ein vom Netzzustand: unabhängig ablaufendes Zeitwerk aufweist. Gemäß der Erfindung ist das Kontaktsystem einem einzigen Drehmoment unterworfen, das einerseits von der Differenz der beiden zu überwachenden Größen, anderer-

seits von einer der beiden zu überwachenden Größen abhängig ist. Dieses Moment wird in bestimmtem Zeitmaß durch die Bewegung eines Einstellgliedes des Zeitwerkes verändert, um die Ansprechzeit des Relais festzulegen.

Die Erfindung kann auf verschiedene Weise praktisch ausgeführt werden. Eine bevorzugte Anordnung ist in Abb. ι der Zeichnung ίο dargestellt, deren Abb. 2 ein Zeitentfernungsdiagramm darstellt, das die Wirkung des Relais in einer Schutzeinrichtung veranschaulicht.

Bei der in Abb. 1 .dargestellten Ausführungsform besitzt das Relais ein Wattmeter^ triebwerk mit zwei Magnetkernteilen A B₁ deren einer zwei Wicklungen (eine Spannungswicklung A¹ und eine Stromwicklung A*) tragt, während der andere nur eine einzige ao Stromwicklung B¹ aufweist. Der bewegliche Magnetteil, der aus einem der beiden Kernteile A B oder, wie dargestellt, aus einer Induktionsscheibe C o. dgl. besteht, die zwischen den Polen der festen Kernteile A B hindurchgeht, wird unter Wirkung des resultierenden Flusses im ersten Kernteil A mit dem Fluß im zweiten Kernteil B angetrieben. Die Spannungswicklung A¹ erhält ihren Erregerstrom von einem Spannungstransformator D im geschützten Stromkreis, und die Stromwicklungen A² B¹ werden von einem in ihm liegenden Stromtransformator E gespeist.

Die Größe eines oder eines jeden der Flüsse in den Kernteilen ist in einem bestimmten Zeitabschnitt verschieden, je nach dem wirksamen Strom oder den wirksamen Strömen, von welchen sie erzeugt werden. Dies wird bei dem -dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß ein veränderlicher Widerstand F mit dem Exregerstromkreis der Spannungswicklung A¹ in Reihe geschaltet wird und daß der Kontaktarm F¹ dieses Widerstandes von einem Uhrwerk oder einer anderen nicht dargestellten, mit gleichförmiger Geschwindigkeit laufenden Einrichtung -angetrieben wird. Der Widerstands kann auch parallel oder in Reihenparallelschaltung zur Wicklung^¹ liegen, oder das Zeitwerk kann so arbeiten, daß es das Ubersetzungsverhältnis zwischen dem Spannungstransformator D oder einem zwischen dem Transformator!) und der Spannungswicklung A¹ liegenden Hilfstransformator verändert. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Spannungswicklung A¹ dauernd konstant erregt, und die Veränderung im Erregerstromkreis der Stromwicklung A² B¹ wird vom Stramtransformatdrii hervorgerufen.

In die Stromkreise werden geeignete Kapazitanzen, Induktanzen oder Resistenzen eingeschaltet, um eine genaue Phasenbeziehung zwischen den den drei Wicklungen zugeführten Strömen zu erhalten. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt ein großer Drosselwiderstand G in Reihe mit der Spannungswicklung A¹, um zu erreichen, daß der Strom in dieser Wicklung in Phase mit der zugeführten Spannung ist und daß der von der Wicklung A¹ herrührende Fluß sich beim Ändern des Widerstandes F nicht in der Phase ändert. Die Stromwicklung B¹ wird von einem Widerstand G¹ überbrückt, um . eine Phasenverschiebung bewirken zu können. Auf diese Weise ist die Relaischarakteristik abhängig von dem Reaktanzverhältnis der

γ
Leitung y sin φ, wobei V die Spannung,

/ der Strom und φ der Phasenverschiebungswinkel ist. Die Verwendung des Reaktanzverhältnisses anstatt des üblicherweise be-

γ nutzten Impedanzverhältnisses j hat zur Folge, daß die Arbeits dauer des Relais eine Funktion des Abstandes des Fehlers allein ist, wodurch die Fehlerquelle eines ungenauen Zeitablaufes beseitigt wird, der unter dem Einfluß eines Fehlerlichtbogens entsteht, welcher, wie die Erfahrung gezeigt hat, eine veränderliche Resistenz, aber eine vernachlässigbare Reaktanz besitzt. In den Fällen, wo eine Genauigkeit im Zeitablauf nicht wesentlich ist, kann das Impedanzverhältnis verwendet werden oder auch andere Ver-

hältnisse, wie z. B. das Verhältnis — _f · _n,

I cos φ

oder das Resistenzverhältnis —'———, indem

man andere Phasenverschiebungseinrichtungen verwendet.

Bei dieser Anordnung wird im Falle eines entfernt gelegenen Fehlers das Drehmoment zunächst die Scheibe C mit ihrem Kontaktarm C¹ gegen einen festen Anschlag C² halten, aber ein allmähliches Anwachsen des Widerstandes F wird den resultierenden Fluß in dem Kernteil A und infolgedessen auch das Drehmoment verringern, bis nach der geeigneten Zeitverzögerung das Drehmoment von einem Bremsmoment in ein antreibendes Moment übergeht und der Kontaktarm C¹ über den festen Kontakt C³ gleitet. Der Widerstandskontaktarm F¹ ist anfänglich in eine Lage eingestellt, die einem bestimmten Reaktanzwert oder einem anderen wirksamen Verhältnis des Relais entspricht, und wenn daher der Fehler so dicht am Relais auftritt, daß das Verhältnis¹· unterhalb dieses kritischen Wertes liegt, so wird das Drehmoment von Anfang an' ein treibendes Moment sein und den Kontaktarm unverzüglich in die wirksame Stellung bringen.

In der Praxis wird eine Anzahl solcher

Relais an den Enden von Teilstrecken der zu schützenden Leitung angeordnet werden, wobei jedes Relais einen Schutz für den ihm zugeordneten Abschnitt bewirkt. Die Anordnung ergibt sich aus dem Diagramm der Abb. i, welches Zeitentfermmgskurveji für Relais erkennen läßt, die an den Enden a¹, ar, α³, α⁴ ... der Teilstrecken b¹, b², b³, b^l ... der geschützten Leitung liegen. Die normale

ίο Ruhestellung des Widerstandkontaktarmes F¹ jedes Relais ist so gewählt, daß es einer Fehlerlage bei c¹, c², c³ ... auf beispielsweise dreiviertel der Teilstreckenlänge vom Relais entspricht. Wenn also Fehler auf den ersten drei Vierteln des Abschnittes zwischen a¹ und c¹, ar und c², -a³ und c³ ... auftreten, so wird das entsprechende Relais im wesentlichen augenblicklich ansprechen, wie es durch die Teilet¹, d?, d³... der Zeitentfernungskurven angedeutet ist, während für Fehler im letzten Viertel des Leitungsabschnittes und jenseits des Streckenendes die Ansprechdauer des Relais von der Lage des Fehlers abhängt, wie es durch die Strecke e¹, e², £³ ... der Kurven angedeutet ist.

Man ersieht hieraus, daß für einen Fehler bei f gerade jenseits des Endes einer Teilstrecke b¹ das dem fehlerhaften Abschnitt b² zugeordnete Relais ar augenblicklich ansprechen und seinen Schalter in Tätigkeit setzen wird. Da jedoch ein kleiner, aber bestimmter Zeitabschnitt verstreichen wird, nachdem das Relais bei ar angesprochen hat bzw. bevor der Schalter tatsächlich öffnet, so ist klar, daß die Ansprechdauer des Relais bei ar des fehlerfreien Abschnittes b¹ lang genug sein muß, um zu erreichen, daß das Relais nicht anspricht, bevor der Fehler abgeschaltet ist. Es ist daher wünschenswert, jedes Relais so einzustellen, daß die Ansprechdauer für einen Fehler am entfernten Ende des ihm zugeordneten Streckenabschnittes die gleiche ist wie bei allen, anderen Teilstrecken, mit anderen Worten, daß die Punkteg¹, g², g³ ..., an welchen die Kurven e¹, e², e³ ... die durch die Punkte ar, α³, α⁴ gehenden Ordinaten schneiden, auf der gleichen Höhe liegen. Die Steilheit der Strekkern^¹, e~,e³... im Zeitentfernungsdiagramm hängt also von den Längen der entsprechenden Teilabschnitte und von den gewählten Prozentsätzen der Teilabschnitte ab, über welche eine sofortige Abschaltung erfolgen soll. Wenn der gewählte Prozentsatz in allen Teilabschnitten der gleiche ist, so wird die Neigung der Kurve stärker für kürzere Strecken sein als für längere Teilabschnitte, doch kann es in manchen Fällen zweckmäßig sein, den Prozentsatz gemäß der Länge des Teilabschnittes derart zu verändern, daß die gleiche Neigung bei allen Teilabschnitten beibehalten wird, d. h, derart, daß die Abstände von c¹ zu ar, von c² zu a^s, von c³ zu o⁴ alle untereinander gleich sind.

Es ist klar, daß die relative Steigung der Kurve am Ende des Teilabschnittes, beispielsweise b¹, in eine unzulässig lange Ansprechdauer für den Fall hinausläuft, daß ein Fehler bei h am entfernten Ende des nächsten. Teilabschnitte b² auftritt, wenn aus irgendeinem Grunde das dem Teilabschnitt b² zugeordnete Relais bei a² versagen sollte. Dieser Schwierigkeit kann man jedoch dadurch begegnen, daß man das Zeitwerk des Relais bei ar derart anordnet, daß, wenn der Kontaktarm F¹ eine Stellung erreicht, die der Fehlerlage hinreichend weit jenseits des Abschnittes b¹ entspricht, die Bewegungsgröße des Armes beträchtlich vergrößert wird. Mit einer solchen Einrichtung wird die Teilstrecke c¹ der Kurve bis zu einem Punkt k¹ bei z. B. ein Viertel der Streckenlänge des Abschnittes b² reichen, und die Kurve wird später nur eine leichte Neigung bis zu ihrem Ende besitzen (vgl. die gestrichelte Linie m¹), welches zweckmäßigerweise bei der Ordinate im Punkte a³ liegt, da es im allgemeinen überflüssig ist, Vorkehrungen gegen das Versagen von mehr als einem Relais zu treffen. Anstatt die Geschwindigkeit des Kontakt- go armes F¹ zu verändern, kann man mit gleicher Wirkung auch den Widerstand F abstufen.

Bei jeder der beschriebenen Anordnungen ist das Relais normalerweise vorzugsweise abgeschaltet und wird nur durch Ansprechglieder in den Stromkreis gelegt, wenn die Spannung der Anlage auf einen anormal niederen Wert fällt oder wenn der Strom einen übermäßigen Wert annimmt oder auch wenn die Impedanz oder ein anderes Verhältnis unter einen bestimmten Wert fällt. Die Art, in welcher die Ansprechglieder das Relais steuern, kann verschieden sein. So können die Wicklungen des Relais auch dauernd im Stromkreis liegen, wobei der bewegliche Kontaktarm so lange zurückgehalten wird, bis er durch die Ansprechglieder freigegeben wird, oder diese Ansprechglieder können derart wirken, daß sie eine oder jede der normalerweise abgeschalteten Wicklungen in den Stromkreis legen. Die "Ansprechglieder bewirken auch eine Auslösung des Zeitwerkes.

Die oben beschriebenen Ausführungen stellen lediglich Beispiele dar, die durch weitere Ausbildungen ergänzt werden könnten, ohne n₅ den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche:

i. Elektrisches Schutzrelais, dessen Ansprechdauer von dem Verhältnis zweier Größen an dem geschützten Abschnitt (z, B. der Impedanz oder der Reaktanz

oder der Resistanz) abhängig ist, mit einem von dem Netzzustand unabhängig ablaufenden Zeitwerk, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktsystem (C, C¹) des Relais einem einzigen Drehmoment unterworfen ist, das einerseits von der Differenz der beiden zu überwachenden Größen, andererseits von einer der beiden zu überwachenden Größen abhängig ist, ίο und daß dieses Drehmoment im bestimmten Zeitmaß durch die Bewegung eines Einstellgliedes (F¹) des Zeitwerkes verändert wird.
2. Relais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Zeiteinstellgliedes (F¹) die Beziehung zwischen einer der zu überwachenden Größen (Spannung) und seinem magnetischen Kraftfluß oder der anderen zu überwachenden Größe (Strom)-und seinen magnetischen Kraftflüssen verändert.
3. Relais nach Anspruch r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das .Zeiteinstellglied (F¹) anfänglich in eine Lage eingestellt wird, die einem bestimmten Wert des Verhältnisses zwischen den zu überwachenden Größen entspricht, so daß das Relais im wesentlichen augenblicklich für alle unterhalb dieses Wertes liegenden Verhältnisse ansprechen kann, derart, daß das Zeiteinstellglied (F¹) nur dann aus dieser Anfangstellung zur Bestimmung der Ansprechzeit bewegt wird,, wenn das Verhältnis der zu überwachenden Größen diesen Wert übersteigt.
4. Relais nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das auf das Kontaktsystem (C, C¹) wirkende Drehmoment durch die gemeinsame Wirkung

\q der magnetischen Kraftflüsse in zwei Kernteilen (A, B) hervorgerufen wird, deren einer (A) je eine von der Spannung und je eine von dem Strom des geschützten Kreises erregte Wicklung (A¹, A²) trägt und deren anderer (B) mit einer einzigen Wicklung (S¹) versehen ist, die in Abhängigkeit vom Strom des geschützten Kreises erregt wird.
5. Relais nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Stromkreises der Spannungswicklung (A¹) oder der Stromwicklungen (A², B¹) durch die Bewegung des Zeiteinstellgliedes (F¹) verändert wird.
6. Relais nach Anspruch 1 oder Anspruch ι bis 5, dadurch- gekennzeichnet, daß die Magnetkerne oder Wicklungen des Relais so erregt sind, daß das Relais auf die Reaktanz der zu schützenden Leitung anspricht.
7. Schutzeinrichtung für unterteilte elektrische Kraftübertragungsanlagen mit 'einem Relais für j ede Teilstrecke nach Anspruch 1 oder Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Relais so angeordnet ist, daß es im wesentlichen augenblicklich auf Fehler im größeren Teil dieser Teilstrecke anspricht, während die Zeitunterscheidungseigenschaft des Relais nur für Fehler jenseits dieses Teiles dieser Teilstrecke wirksam wird.
8. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, -daß die Ansprechzeit eines jeden Relais für einen Fehler am entfernten Ende der Teilstrecke für alle Teilstrecken die gleiche ist, indem die Anfangstellung oder die Geschwindigkeit des Zeiteinstellgliedes jedes Relais der Länge der Teilstrecke angepaßt ist.
9. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Zeiteinstellgliedes jedes Relais vergrößert wird, nachdem es eine bestimmte Lage erreicht hat, die einer Fehlerlage jenseits des Endes der geschützten Teilstrecke entspricht.
10. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und 8, bei welcher die Bewegung des Zeiteinstellgliedes jedes Relais eine Veränderung des Widerstandswertes im Erreger-Stromkreis einer Relaiswicklung zur Folge hat, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Zeiteinstellglied (F¹) gesteuerte Widerstand (F) so abgestuft ist, daß, nachdem das Zeiteinstellglied eine bestimmte, einer Fehlerlage jenseits des geschützten Teilabschnittes, entsprechende Lage erreicht hat; die Ansprechzeit des Relais nur noch um einen verhältnismäßig geringen Betrag im Vergleich zum Anwachsen der Größe des Verhältnisses der zu überwachenden Größen anwächst.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen