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Von Strom und Spannung abhängige Schutzeinrichtung Es sind Schutzeinrichtungen
bekannt, deren Auslösemoment von Strom und Spannung des zu schützenden Anlageteils
abhängig ist. Wirken beide Größen in auslösendem Sinne, also z. B. in einem wattmetrischen
Relais, so kann der Fall eintreten, daß bei vollständigem Zusammenbruch der das
Relais erregenden Spannung kein genügendes Auslösemoment entwickelt wird.
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Zu diesem Zweck hat man bereits vorgeschlagen, eine unabhängige Spannung
zur Erregung des Spannungspfades solcher Schutzeinrichtungen zu verwenden, die dann
erst im Fehlerfall zugeschaltet wird. Eine solche Schutzeinrichtung kann man aber
nicht als von Strom und Spannung abhängig bezeichnen, da ja im Fehlerfalle immer
eine gesunde Spannung zugeführt wird, die lediglich deshalb Verwendung findet, damit
empfindliche wattmetrische Relais benutzt werden können.
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Andererseits ist auch bekannt, in den Strompfad eine Hilfserregung
in sperrendem Sinne einzuführen, die beim Zusammenbrechen der Spannung lediglich
eine Stromerregung im auslösenden Sinne bestehen läßt. Verwendet man hierfür wattmetrische
Relais, so ist die gleiche Gefahr vorhanden, daß zwar beim Zusammenbruch der Spannung
eine genügende Erregung des Strompfades vorhanden wäre, daß aber die Spannungserregung
zu gering ist, um ein genügendes Drehmoment im Relais zu erzeugen. Erfindungsgemäß
wird in dem Strompfad des Auslöserelais eine zusätzliche, von der gleichen Phase
abgeleitete Spannungserregung mit Hilfe einer auf dem Eisenkreis des Stromwandlers
angeordneten zusätzlichen Primärwicklung in normaler Weise sperrendem Sinne eingeführt
und der Spannungspfad des Relais von einer anderen, zweckmäßig voreilenden Spannung
gespeist. Hierdurch können die Relais einfach und billig gestaltet bzw. vorhandene
Schutzeinrichtungen durch Änderungen des Wandlers verbessert werden. Man ordnet
also auf dem Eisenkreis des Stromwandlers eine von der Spannung abhängige Zusatzwicklung
an, deren F luß mit dem Fluß der Primärstromwicklung geometrisch addiert die Sekundärstromwicklung
durchsetzt. Ein derartig ausgebildeter Stromwandler eignet sich für den Anschluß
von Energierichtungsrelais, die auf Änderung der normalen Energierichtungansprechen
sollen, Die Spannungsspule des Wandlers wird dann so angeschlossen, daß der von
ihr erzeugte Fluß bei normaler Energierichtung dem Fluß der Primärstromspule entgegenwirkt.
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In Abb. z ist eine Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung für ein Dreiphasennetz
dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber die Schutzeinrichtung selbst nur
einphasig dargestellt ist. Die Spannungsspule r eines Energierichtungsrelais z ist
bei 3 und 4. zwischen eine Phase und Nullpunkt geschaltet
und wird
so von der Phasenspannung T erregt. Die Stromspule 5 ist an die Sekundärwicklung
6 eines Stromwandlers gelegt; der in Phase R eingeschaltet ist.
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Auf dem Eisenkreis des Wandlers ist nun eine zusätzliche Spannungswicklung
7 angeordnet, die über einen einstellbaren Wider-, stand 8 einerseits mit dem Nullpunkt,
andererseits über einen Sehalter 9 mit der Phase R verbunden ist. Der Schalter g
ist mit dem Netzschalter gleichsinnig gekuppelt.
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Die Stromwandlerwicklung 6 kann zweckmäßig über einen Widerstand i
f und eine Eisendrahtlämpe 12 - (Konstantstromwiderstand) zwischen die Kontakte
des Schalters io bei 3 und 13 gelegt -werden. Hierdurch kann das Energierichtungsrelais
2 sowohl als Ausschaltrelais bei Änderung der Energierichtung als auch zum Wiedereinschalten
bei Rückkehr normaler Verhältnisse verwendet werden. Wenn die Schalter 9 und io
geschlossen sind, ist in der Sekundärwicklung 6 des Stromwandlers der Primärstrom
JR der Phase R sowie der durch die Spannungswicklung 7 fließende Strom JH wirksam.
Der resultierende Strom JW, der die- Relaiswicklung 5 erregt, ergibt sich dann aus
der geometrischen Summe beider Ströme gemäß Äbb.z. Es ist zu ersehen,- daß der Ström
JR um so größer sein muß, je größer die Spannung zwischen Phase und Nullpunkt am
Einbauort, d. h. je größer der Strom JH ist, um den Aüslösewert lw zu erreichen.
Infolgedessen erhält das Energierichtungsrelais gleichzeitig eine Impedanzabhängigkeit.
Die Größe des Stromes J,1, ebenso eine Phasenlage gegenüber der Phasenspannung.
U, bleibt nämlich praktisch konstant. Bei dem in Abb. z gezeichneten Falle liegt
der Strom.TW an der Ansprecligrenze des Relais, d. h. er reicht genau bis zur Linie
-A-A. Diese Linie A-A ist hierbei der geometrische Ort für den Endpunkt aller Vektoren
lw, die das Relais gerade zum Ansprechen bringen.
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Durch den Widerstand 8 kann der Einfluß der Spannungswicklung 7 beliebig
eingestellt werden, durch den Widerstand i i die Empfindlichkeit des Relais beim
Wiedereinschälten. Der spannungsabhängige Widerstand 12 bezweckt dabei, zu erreichen,
daß auch bei kleinen Spannungsunterschieden zwischen den Schalterköntakten io noch
ein genügend großer Strom durch die Relaiswicklung 5 fließt.
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Da bekanntlich die Kurzschlußströme einen Winkel mit der Spannung
einschließen; der etwa 6o' beträgt, ist es zweckmäßig, die Grenzlinie A-A so zu
legen, daß bei 6o° die höchste Empfindlichkeit des Relais herrscht. Man legt also
die Grenzlinie A-A, wie in 'Abb. 2 gezeichnet, nicht waagerecht, sondern in einem
Winkel von 6o° zur Waagerechten, Die Gerade A-A liegt , also senkrecht zur `.Phase
T, im gezeichneten Fall zur gesunden Spannung. Die Winkelverschiebung der Grenzlinie
wird dadurch erreicht, daß der Spannungswicklung 7 außer dem Widerstand 8 noch eine
Impedanz 1a. vorgeschaltet wird, die eine entsprechende Phasenverschiebung des Stroms
an der Spannungswicklung 7 zu der treibenden Spannung hervorruft. Beträgt also diese
Winkeldrehung der Ansprechgrenzlinie, wie in Abb. z gezeigt ist, 30° gegenüber der
Phasenspannung UR, was auch, wie schon erwähnt, dadurch erreicht werden kann, daß
die Spannungsspule des Wandlers mit umgekehrter Polarität an diejenige Spannung,
beispielsweise Phase T, gelegt wird, die der Spannung der Phase, deren Strom die
Stromwicklung des Wandlers erregt, voreilt, dann verläuft JH um i2ö° verschoben
gegenüber UR- und, da JR gegenüber UR im Kurzschlüßfall 6o° nacheilt, ist
JH gegenüber dem bei einem Kurzschluß auftretenden Fehlerstrom um i8o° verschöben.
In Abb.2 sind die Stromvektoren nicht für den Kurzschlußfall,-sondern für einen
solchen Fehlerstrom Jlz dargestellt, der ungefähr mit der Spannung Ulz in Phase
liegt. Der Strom in dem Relais J-W". ergibt sich dann wieder aus der geometrischen
Summe der Ströme JR und JH. Der Endpunkt der Resultierenden liegt auch hier gerade
an der Ansprechgrenze des Relais.
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Im Falle eines Kurzschlusses eilt J, um etwa 6o° gegenüber UR nach.
Es liegt also ungefähr um i8o° gegenüber JH verschoben. In diesem Fall ist oder
Einfluß :der Spannungswicklung auf die Auslösung des Relais am größten, da, wie
leicht einzusehen ist, das zum Ansprechen nötige JW dann am kleinsten wird, wenn
JR und 1u entgegengesetzte Richtung haben.-Ändert sich die Energierichtung, dann
behält JH die Lage bei, TR ändert sich dagegen um i8o°. Es fallen also JH und JR
in ihrer Phase ungefähr zusammen, so daß Jll dazu beiträgt, die Auslösung
zu verhindern.
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Damit im Fehlerfalle der Kurzschlußstrom JR auch in Phase liegt mit
der Spannungsspule i des Relais und sich dadurch das größte Drehmoment ergibt, kann
man vorteilhaft auch die Spannungsspule i an die Phase T anschließen, wenn die Stromwicklung
5, vom Strom- der Phase R erregt wird. Die Spanuung wird also an diejenige Phase
gelegt, deren Spannung der Spannung der Phase R gegenüber voreilt.
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Vor dem Wiedereinschalten ist der Stromkreis der Spannungsspule 7
durch die Kontakte g unterbrochen, so daß die Spannungsspule 7 nicht wirksam ist.
Die Stromspule 5
wird aber nicht an die Schalterkontakte der Phase
R, sondern der Phase T gelegt, bedingt
| durch die Schaltung der Wicklung i im Nor:: |
| malbetrieb. Beim Überwiegen der SpanrnuY , |
| des zu überwachenden Netzteils schlägt dä, |
| das Relais .2 .so aus, daß die Wiedereinschalt-@.` |
| vorrichtung des Schalters io betätigt wird. -' |
Bei der Ausführung nach Abb. 3 wird die Spannungsspule 7 durch die Betätigung des
Schalters io nicht abgeschaltet, sondern zwischen die beiden Schalterkontakte des
Schalters io gelegt. Die Stromwicklung 5 braucht dann bei geöffnetem Schalter io
überhaupt nicht erregt zu sein. Dadurch ist es möglich, die Stromspule 5 günstiger
auszulegen, da sie nicht gleichzeitig als Strom- und Spannungswicklung dienen muß.
' Bei einem dreiphasigen Netz ist es zweckmäßig, auch die Spannungswicklung i mit
der Betätigung des Schalters io umzuschalten. Hierzu ist in Abb. 4 mit dem Schalter
io ein weiterer Kontakt 15 verbunden, der bewirkt, daß bei geschlossenem Schalter
io die Spannungsspule i von der Phasenspannung derjenigen Phase erregt wird, deren
Spannung gegenüber der Spännung der Stromwandlerphase voreilt. Da der Stromwandler
in der Phase R liegt, ist also die Spannungsspule i zwischen die Phase T und Null
gelegt. Die Arbeitsweise entspricht also der an Hand der Abb.2 erläuterten. Bei
geöffnetem Schalter 15 wird dagegen die Spannungsspule zwischen die Phase R und
Null geschaltet, also an diejenige Phase, deren Strom den Stromwandler der Schutzeinrichtung
erregt. Die Spannungsspule des Wandlers 7 liegt bei geöffnetem Schalter, ebenso
wie bei Abb. 3, zwischen den Schalterkontakten der Phase R. Die Stromwicklung 5
des Relais .2 wird also von einem dieser Spannung entsprechenden Strom erregt. Das
Energierichtungsrelais 2 erhält bei dieser Schaltung sowohl im Fehlerfälle bei eingelegtem
Schalter io als auch zum Wiedereinschalten die maximalen Drehmomente.