DE637673C - Schutzeinrichtung fuer elektrische Leitungen - Google Patents

Description

In elektrischen Netzen treten Betriebsbedingungen auf, bei denen der Laststrom in seiner Größe einem Fehlerstrom bei einer anderen Betriebsbedingung entspricht. Man pflegt daher bei Relais, die in derartigen Anlageteilen eingebaut sind, den Ansprechwert einstellbar zu machen. Da die Einstellung aber von Hand erfolgt, ist, namentlich bei rasch sich ändernden Betriebsverhältnissen,

>o die Bedienung der Relais umständlich, ja oft unmöglich.

Besonders gilt dies für parallele Leitungen, die durch ein Differentialschutzsystem überwacht werden. Beim Einlegen der zweiten Leitung treten, je nach der Art und Zahl der an diese Leitung angeschlossenen Leitungsteile und Apparate Stromstöße auf, die einen Fehler vortäuschen und die Schutzeinrichtung zum Ansprechen bringen. Diese Be-

ao triebszustände könnten durch verzögerte Relais berücksichtigt werden. Die Verzögerung würde aber auch beim Auftreten eines Fehlers vorhanden sein und das Netz zwingen, eine gewisse Zeit mit dem Fehler zu arbeiten.

Dadurch könnte die Stabilität des Netzes gefährdet werden, und ehe ein selektives Abschalten des vom Fehler betroffenen Anlageteiles erfolgt ist, könnten weitere Abschaltungen von Netzteilen eintreten.

Um nun die Einwirkung des Schaltstrom-Stoßes beim Einlegen der. zweiten Parallelleitung auszugleichen, wird erfindungsgemäß bei einer Schutzeinrichtung, bei der die Differenz zweier Ströme im Auslösesinne, die Größe der Netzspannung in sperrendem Sinne wirkt, die Spannungsspule nur von der Spannung derjenigen Leitung beeinflußt, deren Strom im Sinne der Auslösung wirkt. Dadurch wird erreicht, daß durch betriebsmäßige Schaltvorgänge, wie das Einschalten der zweiten Parallelleitung, eine Auslösung der Schutzeinrichtung nicht herbeigeführt werden kann.

Es sind zwar Differentialschutzeinrichtungen bekannt, bei denen eine Spannungsspule in sperrendem Sinne wirkt. Die Spannungsspule ist aber nicht nur von der Spannung derjenigen Leitung beeinflußt, deren Strom im Sinne der Auslösung wirkt, sondern von der Spannung, die an der Stelle vor der Aufteilung in zwei parallele Leitungen herrscht. Stromstöße, welche beim Einschalten einer Leitung auftreten, ^ können dementsprechend auch nicht dn ihrer Wirkung auf das Relais beseitigt werden.

In Abb. ι ist ein derartiges Relais dargestellt, in Abb. 2 seine Verwendung beim Differentialschutz, während Abb. 3 einige Kennlinien des Relais zeigt.

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In Abb. 2 ist eine Netzleitung 6 dargestellt, an die zwei parallele Abzweige 7 und 8 über Schalter 9 und 10 angeschlossen sind. Jeder der Schalter 9 und ro besitzt eine Auslöse·?; spule 11, welche über gleichzeitig mit dsfr Schaltern betätigte Kontakte 13 und 14 ajj.s eine Stromquelle 12 angeschlossen sind. Die" Kontakte 13 und 14'sind bei geöffneten Schaltern 9 und 10 offen, bei geschlossenen Schaltern geschlossen. Im Stromkreis der" _Betätigungsspulen 11 der Schalter 9 und 10 liegt je ein Relais 15. Das Relais 15 besitzt ein bewegliches Glied 16, auf das Stromwicklungen 17 und 18 in entgegengesetztem Sinne einwirken, und zwar ist jeweils die Stromspule 17 von dem Strom der Leitung, dessen Schalter das Relais überwacht, die. Spule 18 von dem Strom der anderen Leitung durchflossen. Das Relais 15 besitzt nun eine weitere Spule 20, die der Betätigung des Relais entgegenwirkt und gemäß der Erfindung über einen Spannungswandler 21 nur an diejenige parallele Leitung angeschlossen ist, deren Strom im Sinne der Auslösung wirkt. Mit" dem beweglichen Glied 16 ist eine Kontaktbrücke 23 verbunden, welche zwei feststehende Kontakte 22 kurzschließt. Die Kontakte 22 liegen im Stromkreis der Spulen 11 und der Kontakte 13 und 14, derart, daß nur, wenn beide Schalter 9 und 10 eingelegt sind, eine Auslösung eines der Schalter durch das Ansprechen des Relais 15 · erfolgen kann. Um einen guten Kontaktdruck der Brücke 23 auf den feststehenden Kontakten 22 zu sichern, ist eine in Serie mit der Spule 11 liegende Haltespule 24 vorgesehen, welche bei Stromdurchgang die Kontakte 22 und 23 geschlossen hält.: .

Die Einzelheiten des Relais sind aus Abb. 1 zu ersehen. Der Magnetkreis der auf einer Seite des beweglichen Ankers 16 liegenden Spulen 17 und 18 wird von Magnetkernen 25 und 26 und einem Joch 27 gebildet, auf welches die Kerne aufgeschraubt shad. Zwischen den Spülen 17 und 18 ist ein magnetisches Glied 28 angeordnet und durch eine Schraube 43 mit dem Joch 27 verbunden. In dem Glied 28 ist in einem Bolzen 29 der: Anker 16 beweglich gelagert. Um die Unterschiede der Ansprechwerte, die - durch eine Phasenvef- ; Schiebung- hervorgerufen Werden könnten, zu verringern, sind die Kernels und 26 an ihrem oberen Ende gespalten, und um die dadurch.'sich, ergebenden Hälften ist ein Kurzschlußring 30 gelegt. Diese ,Anordnung verhindert ein fälschliches Arbeiten des-Relais in der Nähe des Nullwertes der Ströme. Der Magnetkreis der zusätzlichen Spannungswicklung 20 enthält einen Kern 31, der einstellbar durch eine Schraubenverbindung an dem oberen Joch 32 befestigt ist. Uni eine Streuung, des Flusses und damit eine Änderung der Arbeitscharakteristik des Relais zu vermeiden, ist die Spannungsspule 20 so angeordnet, daß ihr magnetischer Kreis unabhängig ist von dem Anker ?.''i§'i.*Dazu ist die Wicklung 20 von einer Hülle tf£$ 'aus magnetischem Material, wie Eisen, ^eingeschlossen, welche zusammen mit dem Kern 31 und dem Joch 32 den magnetischen Rückschluß für einen besonderen Anker 34 bildet. Der Anker 34 ist mit dem Anker 16 so verbunden, daß ein zur ruhigen Lage der beiden Anker genügender Spielraum vorhanden ist. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Bolzen 36 auf dem Anker 16 fest aufgeschraubt, mit dem Anker 34 aber durch eine konische Schraube 35 so verbunden ist, daß die Bohrung, in welche die konische Schraube 35 eingelassen ist, einen größeren Kegel bildet als sie selbst. Der Bolzen 36, der aus unmagnetischem Material besteht, ist dabei, um eine beliebige Arbeitsweise des Relais einstellen zu können, an dem Anker 16 durch eine ■einstellbare Schraubenverbindung befestigt.

Die Haltespule 24 des Relais 15 ist, wie aus Abb. 1 zu entnehmen, ebenso wie die Spule 20 zwischen dem oberen Joch 32 und einem aus unmagnetischem Material bestehenden Joch 37 angeordnet. Der Kern 38 der Spule 24 ist dabei einstellbar mit dem Joch 32 verschraubt. Ein magnetischer Rückschluß ist- für den Kreis dieser Spule nicht gebildet; ihre Haltewirkung beruht lediglich auf dem Einfluß des Streufeldes.

Um den kleinsten Ansprechwert des Relais zu bestimmen, der sich dann einstellt, wenn die Spannungsspüle unerregt und die Ströme in der Nähe von Null sind, ist eine Feder 39 und eine Schraube 40 vorgesehen. Die Feder 39 übt ein Drehmoment auf den Anker 16 im Sinne der Öffnungsbewegung aus.

Die einzelnen Teile des Relais werden durch die aus magnetischem Material bestehenden Glieder 41 und 42, welche durch Schrauben 43 und 44 mit den Jochen 27 und 32 verbunden sind, sowie Bolzen 45 mit Abstandstücken 46 zusammengehalten. Die feststehenden Kontakte 22, welche auf der Seite der Haltespule 24 sich befinden, sind über ein Isolierstück 47 an dem Joch 37 befestigt.

Die Arbeitsweise des beschriebenen Relais in der in Abb. 2 dargestellten Schaltung ist folgende: Wenn die Schaltung der Stromspulen 17 und 18 so getroffen ist, daß die in den Kernen 25 und 26 erzeugten magnetischen Flüsse in derselben Richtung verlaufen bei gleicher Richtung der Ströme in den beiden Leitungen 7 und 8, dann bleibt das System 16 im.normalen Betrieb in seiner Ruhelage, Die Charakteristik des Relais 15 ist dann lediglich abhängig von der Änderung der Spannung. Dies geht aus den stark ausgezeichneten Kur-

ven A und B der Abb. 3 hervor, weiche den Ansprechstrom der Spule "17 in Abhängigkeit von dem Strom zeigen, der der "Auslösung entgegenwirkt, also des Stromes"der Spule 18. Die Kurve A bedeutet den Ansprechstrom bei einer Spannung in der Nähe Null, die Kurve B bei einer Spannung gleich der Normalspannung. Der gerade Teil der Kurven A und B besitzt dieselbe Neigung, aber der geringste Ansprechstrom wächst mit der Leitungsspannung. Wenn die Feder 39 nicht vorhanden wäre, dann würde die Kurve A durch den Nullpunkt verlaufen. Die Feder bewirkt aber, daß auch bei der Spannung Null und bei einem Strom in der Spule 18 gleich Null der Ansprechstrom den Wert ο bis 1, bei Normalspannung dagegen und bei einem Stromwert der Spule 18 gleich Null den Wert ο bis 2 annimmt. Der Unterschied der beiden Kurven A und B wird bis zu einem bestimmten Wert, von dem an beide parallel laufen, immer geringer. Bei einem bestimmten Wert in der der Auslösung entgegenwirkenden Spule 18, also z. B. des Stromes in der Leitung 8, ist der kleinste Ansprechstrom in der Leitung 7 abhängig von der Spannung in der Leitung 7 und wächst mit dieser Spannung. Bei normaler Spannung und bei ungestörten Betriebsverhältnissen ist demnach die Empfindlichkeit des Relais am geringsten. Wenn aber nur eine der Leitungen, z. B. nur Leitung 7, in Betrieb ist, dann besitzt zwar die Spannung in der Spule 20 des entsprechenden Relais eine Höhe, die ein Drehmoment wie bei normalen Betriebsbedingungen zur Folge hat. Da aber in der Wicklung 18 kein Gegendrehmoment vorhanden ist, nimmt der Ansprechstrom nur den Wert ο bis 2 an. Beim Einschalten der Leitung 8 wird daher keine Störung vorgetäuscht werden, da die einzige Wirkung auf das Relais' 15 der Leitung 7 eine Erhöhung des durch die Wicklung 20 hervorgerufenen Gegendrehmomentes sein wird, das Relais 15 der Leitung 8 aber infolge der bereits erregten Wicklung 18 ein entsprechend hohes Gegendrehmoment besitzt. Infolgedessen werden beide Relais 15 ihre Kontakte offen halten.

Wenn dagegen die Stromrichtung in beiden Leitungen als Folge einer Umkehrung des Energieflusses in einer Leitung verschieden ist, dann nehmen die Relaischarakteristiken den in den gestrichelten Kurven C und D dargestellten Verlauf an. Dabei bezeichnet C wieder den Verlauf bei der Spannung Null, D den Verlauf bei Normalspannung. Der Unterschied der Kurven C und D gegenüber A und B rührt von der Änderung des Verlaufes der magnetischen Kraftlinien her. Bei gleicher Richtung der Ströme in den Spulen 17 und 18 verläuft nämlich der Fluß durch den Anker 16, den Kern 25, das Joch 27 und den Kern 26. Wenn dagegen eine Differenz der Ströme in 17 und 18 auftritt, dann nimmt der Differenzfluß seinen Weg durch 28 und damit durch den Luftspalt bei 29. Es ist aber einzusehen, daß die Charakteristiken C und D den Charakteristiken^ und B sehr ähnlich sind, hauptsächlich insoweit, als die Änderung der Empfindlichkeit des Relais in Frage 7«¹ kommt. Nur die Neigung des geradlinig verlaufenden Teiles der Kurven C und D ist weniger steil als bei den Kurven A und B, mit anderen Worten, das Relais ist empfindlicher, d. h. es arbeitet schon bei einem geringeren ⁷S Verhältnis zwischen dem Strom der Spule 17 und dem der Spule iS, wenn eine Differenz zwischen beiden vorhanden ist. Dies ist ein weiterer Vorteil des Relais beim Schutz von parallelen Leitungen, in den Fällen, in denen die Generatorleistung an dem dem Fehler am nächsten liegenden Ende sehr klein ist, so daß kein genügender Unterschied des Stromes in den Spulen 17 und 18 auftritt.

Der Unterschied der Kurven A und B einerseits und D und C andererseits kann durch Änderung des Luftspaltes bei 29 eingestellt werden. Je geringer der magnetische Widerstand an dieser Stelle ist, um so geringer ist der Unterschied dieser Kurven.

In dem Augenblick, in dem der Einfluß der Wicklung 17 gegenüber dem der Wicklungen 18 und 20 und der Feder 39 überwiegt, wird infolge der Ankerbewegung der Widerstand des magnetischen Kreises der Spule 17 verringert, während der magnetische Widerstand der anderen Spulen erhöht wird. Infolgedessen wird die Kraftwirkung der Wicklung 17 dauernd anwachsen. Diese Tatsache zusammen mit den relativ kleinen zu bewegenden 1°° Massen hat ein sehr rasches Ansprechen zur Folge, so daß in ganz kurzer Zeit ein Auslösen, der Schalter erfolgen kann und damit Unstabilitätserscheinungen im Netz vermieden werden. Beim Auftreten eines Fehlers i°5 arbeitet demnach die Einrichtung ohne jede Verzögerung und führt zu einem raschen Abschalten, das durch die Ausbildung der Schalter 9 und 10 als Schnellschalter noch beschleunigt werden kann. *¹⁰

Claims (1)

1. PatentAnsprüche:

   i. Schutzeinrichtung für elektrische Leitungen, bei der die Differenz zweier Ströme in zwei parallelen Leitungen im ¹¹S Auslösesinne, die Größe der Netzspannung in sperrendem Sinne wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsspule nur von der Spannung derjenigen Leitung, deren Strom im Sinne der Auslösung ^iao wirkt, in solcher Größe beeinflußt ist, daß durch betriebsmäßige Schaltvorgänge eine

   Auslösung nicht herbeigeführt werden kann.

   Schutzeinrichtung nach Anspruch ι

   für zwei parallele Leitungen mit zwei jeweils zu einer Leitung gehörigen Überwachungsrelais, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Ausschaltspule (ii) jedes Netzschalters (9,10) davon abhängig ist, daß beide Netzschalter (9,10) eingeschaltet sind.

   Hierzu τ Blatt Zeichnungen