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Schutzrelais für elektrische Kraftübertragungsanlagen auf Fahrzeugen
mit Verbrennungsmotor als Kraftquelle Zum Schutz der elektrischen Übertragungsanlage
auf Fahrzeugen, die einen Verbrennungsmotor als Kraftquelle haben, wenden gewöhnlich
träge Sicherungen oder Wärmerelais verwendet. Diese Schutzart ist jedoch sehr unvollkommen.-
Sie versagt gänzlich beim Auftreten von Störungen innerhalb der elektrischen Anlage,
z. B. bei Kurzschlüssen. Infolge der stark abfallenden Stromspannungscharakteristik
der in solchen Anlagen verwendeten Generatoren ist der Kurzschlußstrom begrenzt
und von der gleichen Größe wie die im ordnungsmäßigen Betlieb, beispielsweise beim
Anfahren vorkommenden Ströme. Der Kurzschlußstrorn würde von der Sicherung erst
nach verhältnismäßig langer Zeit abgeschaltet werden, so daß durch den Kurzschlußlichtbogen
schwere Beschädigungen der Antage verursacht und Menschenleben gefährdet werden
können. Auch Überstromrelais, wie sie bei über einen Fahrdraht gespeisten Fahrzeugen
verwendet werden, sind wegen der begrenzten Stromabgabe der Generatoren nicht brauchbar.
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Die Erfindung gibt einen Weg zum wirksamen Schutz derartiger Anlagen
an. Es wind von dem oft üblichen Fall ausgegangen, daß ein von einem Verbrennungsmotor
angetriebener elektrischer Stromerzeuger zwei Fahrmotoren speist. Jedoch lassen
sich durch die Erfindung auch Anlagen schützen, bei denen der Stromerzeuger eine
beliebige Zahl von Motoren speist.
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Nach der Erfindung ist ein Relais vorgesehen mit mehrschenkligem Eisen,
dessen Mittelschenkel vom Strom des Stromerzeugers
erregt wird,
während die Zahl der Außenschenkel der Anzahl der parallelen _ Motorstromkreise
entspricht und die Außenschenkel von dem Strom je eines der einzelnen Motoren erregt
werden.
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Ganz allgemein ist eine Anordnung der schriebenen Art in Ordnung,
wenn gleiclzeitig folgende Bedingungen erfüllt sind: i. Die Motorströme müssen alle
einander gleich sein, -2. die Summe aller Motorströme muß gleich dem Generatorstrom
sein.
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Die Abb. i zeigt ein nach der Erfindung ausgebildetes Relais, das
die Einhaltung dieser Bedingungen überwacht, und zwar. für den Fall; daß zwei Fahrmotoren
vorhanden sind. Der eiserne Kern des Relais besteht .aus drei Schenkeln 1, 2 und
3, die durch ein -gemeinsames Joch ¢ magnetisch leitend miteinander verbunden sind.
Die drei Schenkel tragen drei im gleichen Sinn gewickelte-Spulen 5,6 und
7, von denen die auf dem mittleren Schenkel sitzende Spule 6 ungefähr halb so viel
Windungen hat wie die äußeren Spulen 5 und 7. Der Anker 8 des Relais ist mit der
Rückzugsfeder g verbunden» Der Anker trägt irgendwelche nicht gezeichnete Kontakte,
durch die beispielsweise ein Signalstromkreis oder der Steuerstromkreis der Anläge
beeinflußt wird.
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Die Schaltung Ides Relais zeigt Abb. 2. In den Stromkreis -des Generators
io ist die Mittelspule 6, in den Stromkreis der Motoren i i und 12 sind die Außenspulen
5 und 7 derart eingeschaltet; daß die drei Spulen im gleichen Sinn vom Strom durchflossen
werden.
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Für die Betrachtung der Wirkungsweise des Relais sei angenommen, daß
die äußeren Spulen doppelt so viel Windungen haben wie die Mittelspule. Bezeichnen
11, den Generatorstrom, 111 und 112 die Motorströme, so muß bei ordnungsmäßigem
Arbeiten der Anlage sein: (1) - J11= 112 = 0,5. J10. -Die Durchflutung.des zwischen
Schenkel a und ä liegenden Fensters I ist: (2) D, = J11- ms - Jio - wo.
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Die Durchflutung des zwischen Schenkel 2 -und 3 liegenden Fensters
II ist: (3). Dir = Jio - wo - 112 - w7.
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Dabei- bedeuten %v5, wo und w7 die Windungszahlen der mit dem gleichen
Index bezeichneten Spulen.
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Voraussetzungsgemäß ist WI = w7 = 2 - wo.
Bei Stromsymmetrie
entsprechend G1. i sind dann die Durchflutungen: (4) Di = o,5 - Jio - 2 - w..- J"
- zt" = o. (S) Drr=Jlo-wä-o,5-Jio'2-Ws=o, Die einzelnen Durchflutungen heben sich
also auf, wenn die Anlage in Ordnung ist; das Relais zieht nicht an.
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:. Tritt nun eine Störung, z: B., wie in Abb. 3a ','.gedeutet, ein
Kurzschluß des Generators ein, @. wird 11, = J12 = o und die Durchflutungen
',mkerden: (6) Dl - Jio - w6-(7) Dtr = -I- Jio - wo.
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Diese Durchflutung erzeugt, wie in Abb: 3 angedeutet, ein Feld; durch
das der Anker des Relais angezogen und der gewünschte Schaltvorgang ausgelöst wird.
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Das -Relais beschränkt sich jedoch nicht allein auf das Abschalten-
vlin Kurzschlüssen, sondern es spricht bei jeder Störung des durch die Gleichung
(i) gekennzeichneten Gleichgewidhtszustandes der Ströme an. Solche Störungen sind
z. B. Ausfall eines Motors infolge Leitungsunterbrechung; ungleiche Stromaufnahme
der Motoren infolge von Windungsschluß im Feld einds Motors usw. Das Relais wirkt
ferner .als Schleuderschutz, -da es auch anspricht, wenn infolge Schleuderns eines
Motors die Stromverteilung ungleich wird.
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Die Abb. q. und .4a zeigen die AW-Verteilung bei ungleicher Stromaufnahme
der Motoren. Dort liefert der Generator den Ström J und .durch .den einen Motor
fließt der Strom 0,4 - J, durch den anderen o,6 - J, wie aus -Abb.4a ersichtlich.
Entsprechend ergeben sich dann die Amperewindungen AW zu J - W, o,8 # J -
W und 1,2 - J - W, wie Fig. 4 zeigt.
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Nun kann der Fall eintreten, @daß infolge einer -Störung am Generator
-oder der Schaltung die Stromspannungskennlinie: des Generators sich derart ändert,
daß auch höhere Ströme als normal auftreten können. In diesem Fall ist die Anlage,
besonders die Kollektoren, auch bei völliger Stromsymmetrie gefährdet. Auch hier
kann das Relais den Schutz übernehmen. Zu diesem Zweck erhalten die Außenspulen
5 und 7 nicht genau die doppelte Windungszahl der Spule 6, sondern eine etwas größere
oder kleinere. Dann entsteht auch bei völliger, Stromsymmetrie eine dem Generatorstrom
verhältnisgleiche resultierende Durchflutung; die bei genügender Große dieses Stromes.
das Relais zum Ansprechen bringt. Die Verstimmung des Relais kann statt durch ,Ändern
der Windungszahlen auch durch Nebenschlüsse zu den Außenspulen oder der Mittelspule
erfolgen: Eine weitere Möglichkeit, das Relais auf` überstrorn ansprechen zu lassen,
is# die, daß man einen oder mehrere zusätzliche unbewickelte Schenkel ,anordnet,
deren Erregung
allein durch den Generatorstrom erfolgt, und die
so bemessen sind, daß sie bei Überschreiten einer bestimmten Generatorstromstärke
den Anker anziehen. Die Abb. 5 und 5a zeigen eine derartige Anordnung mit den zusätzlichen
Schenkeln 13 und 14. Der sich über diese, den Mittelschenkel 2, die Luftspalte 17
und 18 und den Anker 8 schließende, Magnetfluß, von dem die Kraftlinien 15
und 16 gezeichnet sind, wird nur von der vom Generatorstrom durchflossenen
Spule 6 erregt. Durch entsprechende Bemessung der Schenkelquerschnitte und der Luftspalte
wird erreicht, daß bei Überschreitung eines bestimmten Generatorstromes der Anker
8 angezogen wird, so daß bei Auftreten von Überströmen eine Auslösung stattfindet.
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Werden mehr als zwei Motoren von dem Generator gespeist, so sind ebensoviele
Schenkel, als Motonen vorhanden sind, um einen mittleren, vom Generatorstrom erregten
Schenkel anzuordnen und mit ihm magnetisch zu verketten. '