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Selbsttätig wirkende Auslöseeinrichtung Die Erfindung bezieht sich
auf eine selbsttätig wirkende Auslöseeinrichtung für einen Leistungsschalter, welche
in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in Tätigkeit
tritt. Gemäß der Erfindung ist in dem von dem Strom und von der Spannung erregten
Magnetsystem die Wirkung der Verkettung des Stromkraftflusses mit dem Spannungskraftfluß
durch eine zusätzliche Spannungswicklung für den Spannungskreis kompensiert. Man
erreicht dadurch den Vorteil, daß die Auslöseeinrichtung in richtiger Weise von
dem Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung der Leitung abhängig ist. Würde man
die Wirkung der Verkettung nicht kompensieren, so würde durch die Verkettung eine
Phasenverschiebung im Spannungspfad erzwungen werden, und es könnte auch vorkommen,
daß bei sehr starken- Strömen der von der Spannung erzeugte Fluß durch den Fluß
des Stromes fast vollkommen verdeckt wird.
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Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Fig. i bis io.
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Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Rückleistungsauslösers
für die unmittelbare Auslösung eines Schalters. Fig. 2 zeigt einen Schnitt gemäß
der Linie II-II durch die Anordnung in Fig. i. Die Fig. 3 und 4 zeigen Einzelteile
der Anordnungen der Fig. i und ?. Die Fig. 5 erläutert die Kraftlinienwege im Auslöser.
Die Fig. 6 bis 8 erläutern die Wirkungsweise an Hand von Vektordiagrammen, und die
Fig. g und io zeigen Anwendungsbeispiele der Anordnung nach der Erfindung.
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In Fig. i ist der bewegliche Teil des Rückleistungsauslösers mit i
bezeichnet. Er steht unter der Einwirkung zweier einander entgegenwirkender Kräfte.
Das Magnetsystem 2 erzeugt die Betätigungskraft; das Magnetsystem 3 liefert die
Rückstellkraft bzw. Haltekraft. Im Ausführungsbeispiel ist der bewegliche Teil i
auf einer Achse 4 drehbar gelagert.
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Das die * Rückzugskraft liefernde Magnetsystem 3 enthält einen festen
Magnetkörper i2 aus U-förmigen Blechen. Das Blechpaket 12 ist durch Schrauben 5a
gehalten. Es ist auf einer Grundplatte 6 aus nicht magnetischem Stoff befestigt
und umschließt teilweise die Sammelschiene 7, welche von dem Wechselstrom durchflossen
wird, bei dessen Phasenumkehr eine Schalterauslösung erfolgen soll. Die Achse q
ist in zwei ebenfalls an ,der Gruind'platte 6 befestigten Backen $ gelagert.
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Ein Anker g kann durch das Magnetsystem 2 angezogen werden, welches
einen Magnetkörper 5 mit Luftspalt besitzt.
Der Aufbau des die Rückzugskraft
liefernden Magnetsystems 3 ist in Fig. 2 ausführlicher zu sehen. Man erkennt einen
ebenfalls aus Blechen bestehenden Teil i o vor den Polen des festen Magnetkörpers
12. Der Teil io ist durch Teile i i aus nicht magnetischem Stoff in solcher Lage
im Verhältnis zu den Polen des Magnetkörpers: iä befestigt, daß dadurch zwei Luftspalte
x und y entstehen. Es ist zweckmäßig, das Blechpaket 12 aus Blechen gleicher Art
und Dicke zu fertigen wie den Teil io, um auf diese Weise möglichst gleiche magnetische
Eigenschaften für beide Teile zu erhalten.
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Das Rückzugssystem besitzt einen Anker 13, der an einem metallischen
Block 1q. befestigt ist, welcher zu dem beweglichen System i gehört. In dem Ausführungsbeispiel
ist der Anker 13 auf einem Bolzen 13a befestigt und wird durch eine Feder 13b in
möglichst großer Entfernung von dem Metallblock 14 gehalten. Auf dem Bolzen
13a ist eine Gestellmutter 13° angebracht, mit deren Hilfe die relative Größe der
beiden gegeneinandergerichteten Drehmomente eingestellt werden kann. Ein Paar Windungen
zoa und i ob sind auf :dem Teil i o angebracht. Die Anschlüsse für diese Windungen
könnten auf ein Klemmenbrett ioe untergebracht werden.
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Das bewegliche Glied i ist auf der Drehachse q: mechanisch ausbalanciert.
; Es besteht aus einem Paar Platten 15 und 16, die an dein Block 14 befestigt sind
und Laschen 9° zur Befestigung des Ankers 9 tragen. Für die Betätigung der Auslöseklinke
des Schalters ist ein Bolzen i9 vorgesehen.
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Der Aufbau des Teiles io ist am besten in den Fig, 3 und q. zu erkennen.
Die Bleche, aus denen dieser Teil io besteht, sind so angeordnet und von solcher
Breite, daß dadurch die Wirkung eines Luftspaltes von der Größe z längs des ganzen
Querschnittes des Eisenkörpers entsteht. Ein Paar Schirmringe 2o und 21 sind an
den Enden des ein offenes U bildenden Blechkörperteiles angeordnet und sorgen dafür,
daß Teilflüsse mit verschiedener Phasenlage entstehen, um auf diese Weise das Vibrieren
des Ankers zu unterdrücken. Die Schirmringe 2o und 21 umfassen nur einen Teil des
Kraftlinienweges, etwa die Hälfte; ein dritter Schirmring 22; der in der Nähe des
Luftspaltes z angeordnet ist, umfaßt ungefähr einen gleich großen Teil des Eisenquerschnittes:
Die Eisenquerschnitte sind an den Stellen, an denen die Schirmringe 2o, 21 und 22
sichbefinden, von gleicher Größe. Der Schirmring 22 soll doppelt soviel Energie
verbrauchen wie jeder der beiden Schirmringe 2o und 2i.
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Die Kraftlinienverteilung des Rückzugsystems 3 zeigt Fig. 5. Es ist
dabei das durch den Leiterstrom hervorgerufene Feld durch den Pfeil 7b angedeutet
Infolge der Luftspalte x und y teilt sich dieser Kraftfluß an den Polen des Magnetsystems
12 in zwei Teile, von denen der eine, der Teil2q:, ein Streufluß ist und der andere
teilweise in Richtung des Pfeiles 25 und teilweise in Richtung des, Pfeiles 26 den
Magnetteil io durchsetzt. Die Unterteilung der beiden Kraftflüsse 25 und 26 ist
deshalb vorzunehmen, um eine wechselseitige Induktivität zwischen dem Magnetfeld
7b und dem durch die Spannung hervorgerufenen Kraftfluß indem Eisenkreis io auszuschließen,
indem die Flüsse 26 und 25 die beiden Spannungswicklungen ioa und iob in entgegengesetztern
Sinne duxchsetzen. Der erwähnte Luftspalt z ist deshalb eingeschaltet, um zu erreichen,
daß die Teilflüsse 25 und 26 einander gleich werden. Unter dieser Voraussetzung
werden die Windungen der Wicklungen ioa und iob einander gleich gemacht. Da der
Kraftfluß 25 wenigstens teilweise den Schirmring 2z und den Schirmring 2o durchsetzt;
während der Teilfluß 26 niur den Schirmring 22 durchsetzt, ist; wie vorhin erwähnt,
die Wirkung es Schirmringes 22 gleich der Summe der Wirkungen der zwei Schirmringe
2o und 21 gemacht. Auf diese Weise sind die beiden Teilflüsse 25 und 26 nicht nur
gleich groß, sondern auch gleichphasig gemacht. Der Streufluß 2q. ist zwar für die
Drehmomentbildung nicht ausgenutzt; er ist aber vorteilhaft, weil er den induktiven
Widerstand der Anordnung als Ganzes erhöht.
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Die Spannungsspulen ioa und lob sind zweckmäßig in Reihe geschaltet
und werden durch, die Leitungsspannung erregt. Solange die Energierichtung normal
ist, möge die Windung ioa ein durch den Pfeil 27 angedeutetes Magnetfeld erzeugen.
Der normalen Energierichtung möge anderseits das vom Strom hervorgerufene Feld in
Richtung des Pfeiles 25 entsprechen. Die Kraftflüsse 27 und 25 addieren sich dann
und ergeben zusammen mit dem resultierenden Kraftfluß, der aus den Teilflüssen 25
und 26 besteht, ein Rückzugsdrehrnoment für den Anker 13.
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Wenn aber die Energierichtung umkehrt, dann vermindern sich die Kraftflüsse
25 und 27 gegenseitig, und das Drehmoment wird entsprechend kleiner und u: U. kleiner
als das Anzugsmoment des Magnetsystems 2. Dadurch wird dann eine Bewegung des gemeinsamen.
Gliedes i und eine Schalterauslösung bewirkt. Das bewegliche Glied i verläßt dabei
seine in der Fig. i gezeichnete Normallage, wodurch die Rückzugskraft, die auf dein
Anker 13 einwirkte, noch. weiter vermindert wird, während im Gegensatz dazu die
Anzugskraft des Systems 2 ansteigt, weil dort der Luftspalt verkleinert wird. Die
Kraftwirkung
wächst also während der Ankerbewegung ständig an.
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Die Ansprechbedingungen des Auslösers sind in Fig. 6 durch ein Vektordiagramm
erläutert. Der Einfachheit halber ist auf die Wirkung der magnetischen Sättigung
dabei keine Rücksicht genommen. Die Leitungsspannung sei durch den Vektor
E dargestellt; der durch die Leitungsspannung hervorgerufene Fluß 27 der
Windung ioa ist auch im Diagramm mit 27 bezeichnet. Die Phasenlage und Größe dieses
Flusses hängt von den Widerständen und Phasenwinkeln des Spannungsmeßkreises ab.
Im Diagramm ist auch ein Stromvektor J, willkürlich angenommen, eingezeichnet. Ein
solcher Strom ruft einen Kraftfluß 28 in dem Magnetsystem 2 hervor, wobei die Felder
in dem Rückzugssystem und in dem Auslösesystem in demselben Maßstab dargestellt
sind. In dem Rückzugssystem fließt der Kraftfluß 28' in Phase mit dem Strom J. Der
Vektor 28' addiert sich zum Vektor 27 und ergibt einen ' resultierenden Fluß 2g.
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Es sei nun angenommen, daß die Einstellmutter 13e so eingestellt
ist, daß die Kraft des Magnetsystems 2 bei einer ganz bestimmten Größe des Leitungsstromes
gerade gleich cler Kraft des Rückzugsmagneten 3 ist. Die Größe des Drehmomentes
im Sinne der Auslösung und entgegen der Auslösung sind proportional den Kraftflüssen
28 und 29. Solange der resultierende Vektor 29 seinem Betrag nach größer ist als
der Vektor 28, überwiegt die Kraft des Rückzugssystems, so daß also der Relaisanker
in Ruhe bleibt. Wenn aber der resultierende Vektor 29 beispielsweise die Größe 29'
annimmt und sein Endpunkt auf einer LiriieB liegt, die senkrecht steht auf dem Feldvektor
27, dann herrscht Gleichgewicht der Kräfte. Um diese Bedingung nun herzustellen,
muß der entsprechende Stromvektor mit seinem Endpunkt auf der Linie C liegen, welche
zur Linie B parallel verläuft. Infolgedessen stellt also Linie C den geometrischen
Ort der kritischen Stromwerte dar, bei denen Gleichgewicht der Kräfte herrscht.
Bei jedem Stromvektor, welcher unterhalb der an der Schraffur hervorgehobenen Linie
C endet, erfolgt eine Auslösung des Schalters.
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Wie aus Fig.7 erkennbar ist, kann die Linie C auch eine andere Neigung
haben, beispielsweise die Lage Cl erhalten. Dies läßt sich erreichen durch Änderung
des Phasenwinkels des Spannungserregerkreises,welcher die Spulen ioa und iob'enthält.
Zu dem Zweck können in den Erregerkreis zusätzliche Impedanzen eingeschaltet werden,
wie es an sich bekannt ist. Durch Verstellung der Mutter i3c ändert man den geradlinigen
Verlauf: der Charakteristik C derart, daß er einen Kreisbogen enthält, etwa wie
es durch die Kurve D oder die Kurve Dl angedeutet ist. Bei der in Fig. i und 2 erläuterten
Ausführungsform der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die Blechpakete 5 und 12 aus
Blechen gleicher Art und Stärke zusammengesetzt sind. Auf diese Weise erreicht man,
daß sie hinsichtlich des Eintritts in die Sättigung einander gleich sind. Jedoch
wenn die Einstellmutter i3° so eingestellt wird, daß die Kraftwirkung des' Auslösesystems
2 und die des Rückzugssystems 3 bei einer gegebenen Stromstärke einander, nicht
gleich sind, hat die magnetische Sättigung die Wirkung, daß das Übergewicht an Kraft
desjenigen Systems, welches bei gleicher Stromstärke eine größere Kraft erzeugt,
bei hohen Stromstärken abnimmt. Dadurch wird der kreisbogenförmige Teil der Charakteristik
bei hohen Stromstärken abgeflacht. Fig. 8 zeigt, daß die Kurven beispielsweise die
Form der Charakteristik o annehmen kann unter Äusnutzung der magnetischen Sättigung,
wenn außerhalb des Gebietes der Sättigung die Charakteristik dem Kreisbogen D der
Fig. 7 entsprach. Die Kurve o in Fig. 8 ist im wesentlichen eine von der Richtung
abhängigeüberstromcharakteristik; d.h., um eine Auslösung des Schalters zu erreichen,
muß der Strom eine bestimmte Mindestgröße i, übersteigen und außerdem eine bestimmte
Phasenlage gegenüber der Spannung besitzen.
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Anwendungen des Rückwattauslösers nach der Erfindung zeigen die Fig.
9 und io. In Fig. 9, ist mit 31 der Transformator zur Speisung des Maschennetzes
dargestellt. Die Leitung 33 stellt die hochspannungsseitige Speiseleitung für die
Energieversorgung des Ma- i schennetzes dar. Auf der Niederspannungsseite liegt
ein Schalter 34. Die Schaltung des Transformators 3;i ist für die Wirkungsweise
der Anordnung unerheblich. Der Schalter 34 in der Figur besitzt drei je für sich
zu be- i tätigende Schalter mit je einem besonderen Klinkwerk 34a, 346 uhd 34c und
je einer besonderen Auslösefeder 35a; 35b, 35°. Sowie eines der Klinkwerke 34a,
34b, 34@ über seine Tatlage hinaus bewegt ist, sorgen die Zugfedern 35a, 35b, 35°
für die Durchführung der vollständigen Öffnungsbewegung des Schalters. Die Kupplungsvorrichtung
36 sorgt dafür, daß, wenn auch nur einer der Schalter durch den zugehörigen Auslöser
ausgelöst wird, dann auch die beiden anderen Schalter mitgerissen werden. Es ist
aber durch diese Kupplung der einzelnen Schalter mit Spiel erreicht, daß jeder Auslöser
nur den mechanischen Widerstand zu überwinden braucht, um eine der Klinken 34a,
34b, 34e über dieTotlage herüberzuziehen. Alle weitere Kraft zur Betätigung
der
Schalter wird dann von den Federn 35a, 35b und 35 aufgebracht. Eine gemeinsame Einschaltspule
für alle drei Schalter ist die Spule 38.
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Der Schalter jeder Phase besitzt einen eigenen Auslöser; der die Auslösebewegung
des Schalters einleitet. Durch Zugstangen 39, welche mit den Auslöseklinken der
Auslöser 37a, 37b und 37e gekuppelt sind, wird die Kraft des Auslösers auf die Klinken
34a, 34b und 34@ übertragen. Die in der Figur erkennbare Spannungswicklung 4o des
Auslösers oll schematisch die Wicklungen roa und iob, die in Fig. r, 2 und 5 besser
erkennbar sind, andeuten. Die Spannungswicklungen erhalten verkettete Spannungen,
sind mit Impedanzen 41 in Reihe, geschaltet und liegen im Nebenschluß zu je einer
Drosselspule 42 mit Eisenkern. Die Eisendrosseln 42 führen von dem durch die Impedanz
41 fließenden Strom einen bei höherer Spannung mehr als proportional vergrößerten
Anteil an der Erregerwicklung 40 vorbei. Auf diese Weise wird eine hinreichende
Spannungserregung .des Auslösers auch bei erniedrigter Netzspannung gesichert und
zugleich die Spannungswicklung 4o bei voller Netzspannung gegen thermische Überbeanspruchung
gesichert.
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Um zweckmäßige Eigenschaften zu erhalten, werden die Drosselspulen
42 so bemessen, daß sie schon bei etwa 5o 0/, der Normalspannung gesättigt
sind.
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Die Einschaltspule 38 wird über .eine Gleichrichteranordnung 43 gespeist,
die aus Trockengleichrichtern, z. B. Kupferoxydgleichrichtern, besteht, und kann
ferner nur erregt werden, wenn ein von der Netzspannung abhängiges Relais 44 seinen
Arbeitskontakt geschlossen hat. Das Relais 44 liegt an einem Drehfeldscheider 45
und ist so eingestellt, daß es nur bei einer symmetrischen Netzspannung, die mindestens
etwa 95°(ö der vollen Netzspannung beträgt, seinen Kontakt schließt und bereits
bei einer geringen Spannungsverminderung etwa auf 9o % des vollen Wertes der Spannung
seinen Anker fallen läßt. Das Relais 44 wird nur durch die mitläufige Komponente
der Netzspannung erregt.
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Ferner ist noch ein Sperrelais 46 vorgesehen, welches die Wiederschließung
des Leitungsschalters .verhindert, solange nicht die Speiseleitung 33 zunächst vollständig
spannungslos geworden ist. Das Sperrelais 46 fällt erst bei roll, der normalen Spannung
ab und geht wieder in die Arbeitsstellung, wenn die Spannung etwa-mindestens 6o°/,
der normalen Spannungshöhe erreicht. Ein Umschaltrelais 47 ist vorgesehen; welches-
über seinen Kontakt den einen Anschluß des Drehfeldscheiders 45 von der Phase C
auf der Transformatorseite des Schalters 34 umschaltet auf die Phase C auf der Maschennetzseite
des Schalters.
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In Fig. 9 sind alle Relais in ihrer Normalstellung bei geschlossenem
Schalter 34 und Energiefluß vom Transformator 3 i un das Maschennetz 32 dargestellt.
Wenn nun im Maschennetz 32 ein Fehler entsteht, bleibt die Energierichtung die normale,
und die Abschaltung des Fehlers erfolgt durch die dazu vorgesehenen Mittel des Maschennetzes.
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Wenn aber ein Fehler in der Speiseleitung 33 entsteht, kehrt sich.
die Richtung der Energie, die über den Schalter 34 fließt, um, und einer oder mehrere
der Auslöser 37a, 37b; 370 sprechen an. Dadurch wird die Leitung in sämtlichen drei
Phasen abgeschaltet.
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Nachdem die Speiseleitung 33 spannungslos geworden ist, indem einerseits
der VIaschennetzschalter 34 und anderseits der Schalter am entfernten Ende der Speiseleitung
sich geöffnet haben, läßt das Relais 46 seinen Anker fallen und schließt dadurch
einen Kontakt im Erregerkreis des Relais 44. Wenn das Maschennetz 32 auch noch von
anderen Seiten her gespeist wird, bleibt das Relais 47 ebenfalls erregt; und dadurch
ist der Drehfeldscheider 4$ mit zwei seiner Anschlüsse mit der Niederspannungsseite
des Transformators 31 und mit seinem dritten Anschluß mit dem dritten Phasenleiter
des Maschennetzes 32 verbunden. Wenn sich dann ergibt, daß die symmetrische Spannung
95 °/ö des vollen Wertes erreicht, spricht das Relais 4,4 an, schließt seinen Kontakt
und schaltet dadurch die Einschaltspule 38 ein, so daß der Schalter geschlossen
wird.
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Wenn aber nach der bffnung des Schalters 34 auch der Netzteil rechts
des Schalters 34 spannungslos ist, dann läßt Relais 47 seinen Anker fallen und schließt
auch die dritte Verbindung des Drehfeldscheiders 45 an die: Niederspannungsseite
des Transformators 31.
Dadurch ist es dann möglich, daß nach der Wiederkehr
der Spannung der Hochspannungsleitung 33, der Maschennetzschalter 34 sich schließt.
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Fig. ro zeigt, daß es mit Hilfe der Rückstromauslöser gemäß der Erfindung
auch möglich ist, einen dreiphasigen Schalter mit einer gemeinsamen Traverse für
die drei Phasenunterbrechungen auszulösen.