DE689208C - Zum Schutz von Energieverteilungsanlagen dienende,sprechende Relaisanordnung - Google Patents

Zum Schutz von Energieverteilungsanlagen dienende,sprechende Relaisanordnung

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DE689208C
DE689208C DE1930689208D DE689208DD DE689208C DE 689208 C DE689208 C DE 689208C DE 1930689208 D DE1930689208 D DE 1930689208D DE 689208D D DE689208D D DE 689208DD DE 689208 C DE689208 C DE 689208C
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DE
Germany
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current
relay
line
switched
synchronous motor
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Expired
Application number
DE1930689208D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Reinhold Sonnenschein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens and Halske AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens and Halske AG
Siemens AG
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/44Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to the rate of change of electrical quantities

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  • Motor And Converter Starters (AREA)

Description

  • Zum Schutz von Energieverteilungsanlagen dienende, nur auf plötzliche Änderungen der Stromphase ansprechende Relaisanordnung Es ist bekannt, zum Schutze von Energievertcilungsanlagen Relais zu verwenden, die bei Rückstrom ansprechen: Solche Relais werden sowohl vom Strom als auch von der Spannung b.eeinflußt. Ihnen haftet der Nachteil an, däß gerade dann, wenn auf das Ansprechen des Relais das größte Gewicht gelegt wird, nämlich bei einem Kurzschluß, die Spannung oft .so weit zusammenbricht, daß das Relais infolgedessen. versagt. Es ist aus diesem Grunde bereits vorgeschlagen worden, für die ausfallende Spannung eine Ersatzspannung zu schaffen, beispielsweise indem ein von der Spannung erregter Motor mit großer Schwungmasse einen Hilfsgenerator auch nach Wegbleiben der Netzspannung mit praktisch gleichbleibender Geschwindigkeit noch so lange antreibt, daß das Energierichtungsrelais, dessen Spannungsspule von dem Hilfsgenerator gespeist wird, noch richtig anzusprechen vermag.
  • Gemäß ider. Erfindung wird eine nur auf plötzliche Änderungen der Stromphaise ansprechende Relaisanordnungdurch zwei ständig rotierende oder ständig schwingende und relativ zueinander bewegliche Systeme . geschaffen, von .denen nur das eine-eine jederzeit von der Stromphase abhängige Winkellage hat, während das andere eintretenden Phasenänderungen des Stromes nur mit Verzögerung folgt. Dieses Relais kann dann in an sich bekannter Weise eine Meldevorrichtung oder auch eine Abschaltvorrichtung auslösen.
  • Zwei ständig rotierende Teile, deren relative Winkellage sich bei einem Phasensprung des Wechselstromes (bei einer Umkehr der Energierichtung beträgt dieser i8o°) ändert, sind beispielsweise die rotierenden Teile eines Synchronmotors und eines Asynchronmotors, welche nachgiebig miteinander gekuppelt sind. Die Anordnung kann derartig sein, daß, solange die Anlage in Ordnung ist, der Synchronmotor den- Asynchronmotor mitnimmt; bei einer Umkehr der Energierichtung ändert sich,die Phase des Stromes um i8o°, und der Anker des Synchronmotors bleibt infolgedes-. sen um i 8.o, elektrische Grade relativ zum Rotor des Asynchronmotors zurück. Diese Relativbewegung, welche :dadurch zustande kommt, daß der Strom -von der bis dahin befolgten periodischen Änderung abweicht, wird dazu benutzt, ein Relais: zum Ansprechen zu bringen. Dies kann durch Schließen oder Öffnen eines Kontaktes geschehen, wobei die Kontaktbetätigung mechanisch oder z. B. auch durch einen Lichtstrahl oder einen Luftstrahl erfolgen kann. Beispielsweise kann bei Anwen- Jung eines Synchronmotors und eines Asynchronmotors, solange beide in bleicher Winkellage laufen, das Licht einer Lichtquelle von einer Selenzelle ferngehalten werden, während die Zelle bei der im Störungsfalle eintretenden gegenseitigen Winkelverschiebung nicht mehr beschattet wird. Zu dem Zweck können die Wellen der beiden Motore je eine Scheibe tragen, -die einen Ausschnitt besitzt. Durch diese Ausschnitte kann ein Lichtstrahl nur bei einer bestimmten gegenseitigen Winkellage der Scheibenausschnitte hindurchtreten und eine Selenzelle erreichen. Die gleiche Anordnung kann auch verwendet werden, um einen Luftstrahl zur Auslösung eines Kontaktes zu steuern. Wenn ein Lichtstrahl und eine lichtempfindliche Zelle benutzt wird, können auch Spiegel zur Anwendung kommen, deren-gegenseitige Lage geändert wird, oder auch ein Spiegel, dessen Reflexionsebene bei Änderung der gegenseitigen .Winkellage der beiden rotierenden Systeme verdreht wird.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besitzt dadurch, daß sie vollkommen unabhängig von der Spannung des Netzes arbeitet, nicht nur den Vorteil, daß sie auch beim Zusammenbruch,der Spannung einwandfrei arbeiten kann; sondern bringt außerdem auch noch eine Ersparnis an Spannungswandlern mit sich. Namentlich bei Höchstspannungsnetzen ist diese Ersparnis sehr wertvoll, weil :die Spannungswandler für hohe Spannungen sehr teuer sind.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
  • Gemäß Abb. i kann eine zu schützende Starkstromleitung i an ihrem einen Ende durch einen Leitungsschalter 2 abgeschaltet werden. Die Abschaltung des Schalters 2 erfolgt dann, wenn ein A:uslösemagnet 3 Strom erhält. An der Leitung i liegt ein Stromwandler 4. Von diesem werden die Feldspulen eines Synchronmotors und eines Asynchronmotors -erregt. Der Synchronmotor besitzt ein Magnetsystem io, das beispielsweise aus einem permanenten Magneten besteht, und Feldspulen 5 und 6. Der Asynchronmotor besitzt einen Rotor i i und zwei Feldspulen 7 und B. Der Synchronmotor und der Asynchronmotor sind Einphasenmotoren, welche außer den bereits genannten Feldspulen noch Hilfsfel,dspulen besitzen. Die Hilfsfeldspulen .des Synchronmotors sind mit 12 und 13 und die des Asynchronrnotörs mit z¢ und 15 bezeichnet. Beim Synchronrnotor können diese Hilfsfeldspulen auch fehlen. Damit der Strom in den Hilfsfeldspulen gegen den Strom in den Hauptfeldspulen in der Phase verschoben ist, ist beispielsweise eine Eisendrossel 16 in Reihe mit den Hilfsfeldspulen geschaltet. Durch das Hauptfeld und das Hilfsfeld sind die Drehrichtungen der beiden Mötore festgelegt, und zwar drehen sie sieh in gleichem Sinne. Die Welle 17 des Synchronmotors trägt eine Gabel 18, die Welle i9 des Asynchronrnotors trägt einen Ouerarm 2o. Die Gabel -iS und der O.uerärni 20 bilden zusammen eine Kupplung für den Sy nchronnrotor und den Asynchronmotör. Die Gabel i8 ist so geformt, daß der Querarm 2o je nach seiner Winkellage zur Gabel 18 den oberen oder den unteren Gabelarm berührt. Auf den oberen Gabelarm ist ein Isolierstück 21 aufgelegt. Der untere Querarrn ist dagegen nicht isoliert. Wenn der Ouerarm 20 gegen den unteren Arm der Gabel iS anliegt, sind zwUi Schleiffedern 22 und 23, die auf den Wellen 17 und i9 schleifen, leitend miteinander verbunden. Dadurch wird ein Relais 24 an eine Batterie 25 angeschlossen. Außerdern ist noch ein UJ@berstrornrelais 9 vorgesehen, welches beispielsweise in Reihe mit den Hauptfeldspülen der Motore liegt.
  • Während des normalen Laufes treibt der Synchronmotor den Asynchronnrotor an. -Der Ouerarm 2o drückt dabei gegen das IsolierstüCk 21. Der Erregerstromkreis des Relais 2.4 ist :dann unterbrochen. Wenn sich jetzt die Energierichtung in:der Leitung i infolge eines Kurzschlusses auf der Leitung umkehrt, so erfahren dadurch auch die Erregerströme in den Feldspulen der Motore eine nicht periodische Phasenänderung um i8o°. Der Asynchronmotor wird dadurch nicht beeinflußt, sondern läuft mit nahezu synchroner Tourenzahl ruhig weiter. Der Anker des Synchronmotorsdagegen fällt um iSo elektrische Grade zurück und läuft in dieser neuen Lage mit synchroner Tourenzahl weiter, sofern er nicht außer Tritt fällt. Irn letzteren Falle wird er durch den Asynchrömnotor wieder in Synchronismus gebracht. Durch das Zurückbleibendes Ankers io legt sich der Querarrn 20 gegen den unteren Teil der Gabel 18. Dadurch wird Relais 24. eingeschaltet.
  • Wenn die- Umkehrung des Stromes in der Leitung die Folge eines Leitungsfehlers ist, hat auch :das Überstromrelais 9 seine Anker 27, 28 .geschlossen. Relais 2¢ schließt dann durch seinen Anker 29 für sich einen Haltestromkreis über Kontakt 28 und Kontakt 29. Gleichzeitig kommt über Kontakt -28 und den ebenfalls geschlossenen Kontakt 27 des Überstromrelais 9,ein Stromkreis für die Auslösespule 3 zustande. Der Leitungsschalter 2 wird also ausgelöst.
  • Wenn nach Beseitigung des Fehlers der Leitungsschalter 2 wieder eingelegt wird, springt der Asynchronmotor an und setzt 'den Synchronmotor in Gang, wobei sich der Querballen 2o wiederum gegen den unteren Arm der Gabel i8 anlegt. Da je-doch das Überstromrelais g nicht ebenfalls anspricht, ist die Erregung des Relais 294 ohne Wirkung. Ist der Fehler auf der Leitung aber noch nicht beseitigt, so wird im allgemeinen die Spannung gar nicht ausreichen, um den Asynchronmotor in Gang zu setzen; andernfalls spricht auch Relais g an, und der Auslösestromkreis für Schalter 3 wird von neuem geschlossen. Relais g kann ein überstromrelais mit Zeitverzögerung sein. Den.Anlauf des Asynchronmotor s kann man auch künstlich verzögern, z. B. durch ein Wärmezeitrelais, das eine Sperrklinke, die den Rotor i i festhält, nach Ablauf einer vom Strom abhängigen oder unabhängigen Zeit zurückzieht.
  • Ein anderes Mittel, die Kontakte an. der Kupplung während der Anlaufzeit der beeiden Motöre unwirksam zu machen, ist in Abb. 2 beispielsweise wiedergegeben. Die Welle 17 des Synchronmotors trägt dabei wiederum die Gabel 18, und idie Welle ig des Asynchronmotors trägt den Querarm 2o. Damit die leitende Verbindung zwischen Querarm 2o und der Gabel 18 während des Anlaufes der Motore nach der Wiedereinschaltung der Leitung nicht zu unerwünschter Abschaltung führen kann, schleift die Kontaktfeder 23 auf einem von der Welle ig isolierten Schleifring 3o, der mit der Welle ig und dein Querarm 20 durch ein Zentrifugalpendel 31 erst dann leitend verbunden wird, wenn -die Tourenzahl der Motore der normalen Drehzahl so nahe gekommen ist, elaß der Synchronmotor mit Sicherheit auf idie synchrone Tourenzahl gelangt. Mit wachsender Tourenzahl entfernen sich die Pendel 3 z entgegen .der Kraft einer Feder 32 von der Welle ig und schieben .dadurch eine Muffe 33 gegen die Stirnfläche -des Schleifringes 30, wodurch -die leitende Verbindung zwischen Querarm 20 und Schleifring 3o hergestellt wird. Bei .der in der Einleitung erwähnten Kontaktbetätigung durch einen Lichtstrahl oder durch einen Luftstrahl oder Flüssigkeitsstrahl ist das Zentrifugalpendel entbehrlich, wenn der Lichtstrahl, Luftstrahl oder Flüssigkeitsstrahl von dem einen Motor erst bei ausreichender Geschwindigkeit :erzeugt wird.
  • Die beschriebene Einrichtung läßt sich vorteilhaft .auch zum Schutz von Leitungsstrecken verwenden, indem je eine Vorrichtung an jedem Leitungsende angeordnet wird. Die Vorrichtungen steuern beispielsweise Umschalter für Verbindungsleitungen, über welche Auslöseeinrichtungen für die Leitungsschalter an den Streckenenden miteinander in Verbindung stehen.
  • In Abib.3 ist ein Beispiel einer derartigen Schaltung schematisch wiedergegeben. In den umrandeten Teilen q.o und 41 ist je eine auf eine plötzliche Strorriphasenän.derung ansprechende Vorrichtung gemäß der Erfindung, z. B. der in Abb. i ,dargestellten Form, zu denken. Bei Umhehr der Stromrichtung schließt die Anordnung 40 einen Kontakt q.2 und erregt dadurch ein Relais 43. Relais 43 legt einen doppelpoligen Umschalter qq. in die andere Lage. Gleicherweise steuert am anderen Ende der Strecke eine Anordnung 41 einen Kontakt 45, wodurch ein Relais 46 erregt wird, Idas einen -doppelpoligen Umschalter 47 umlegt. Durch die Umschalter 44 und q.7 wird je ein Hilfsrelais 51 bzw. 52 an eine Verbindungsleitung angeschlossen. Im Stromkreis der Hilfsrelais 51 und 52 liegt je eine Lokalbatterie 53 bzw. 5q.. Die Polarität .dieser Batterien .ist so gewählt, daß in der gezeichneten Ruhelage der beidem Umschalter 44 und 4.7 kein Strom über die Fernleitungen 5o zustande kommt, weil die Spannungen der beiden Stromquellen gegeneinandergerichtet sind. Auch wenn die Urnschälter 44 und 4.7 beide zugleich oder annähernd gleichzeitig umgelegt werden, bleibt die Leitung 5o und bleiben infolgedessen auch die Relais 51 und 52 stromlos. Wenn sich dagegen die Stromrichtung nur an einem Leitungsende umkehrt und infolgedessen nur der Umschalter 44 oder nur der Umschalter 47 umgelegt wird, werden dadurch die beiden Batterien 53 und 54 untereinander mit den Relaisspulen 51 und 52 in Reihe geschaltet, so daß beide Relais ansprechen. Das Ansprechen des Relais 51 hat zur Folge, daß am einen Ende der geschützten Leitung ein Leitungsschalter 6o geöffnet wird; durch ,das Ansprechen des Relais 52 wird am anderen Ende oder Strecke ein Leitungsschalter 62 geöffnet.
  • Um den Zustand,der Verbindungsleitung 40 zu überwachen, kann noch ein Differentialrelais 63 verwendet werden, welches einen Alarm 65 auslöst, sobald über die Fernleitung 5o ein Ausgleichsstrom von einem Leitungsende bis zum anderen Leitungsende fließt oder die Fernleitung unterbrochen wird. Wenn die Anlage .in ordnungsmäßigem Zustande ist, fließt über einen Widerstand 64 ein Ruhestrom, der teils aus der Batterie 53 und teils aus der Batterie 54 stammt, der das Differentialrelais 63 aber nicht erregt. Wird die Fernleitungaber an irgendeiner Stelle unterbrochen oder kurzgeschlossen, so wird nur noch die eine Spule des Differentialrelais oder beide Spulen werden in gleichem Sinne erregt und lösen den Alarm 65 aus.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Zum Schutz von Energieverteilungsanlagen ,dienende, nur auf plötzliche Änderungen der Stromphase ansprechende Relaisanordnung, gekennzeichnet durch zwei ständig rotierende oder ständig schwingende und relativ zueinander bewegliche Systeme, von denen nur das eine eine jederzeit von der Stromphase abhängige Winkellage hat, während das andere eintretenden Phasenänderungen des Stromes nur mit Verzögerung folgt. :. Vorrichtung nach Anspruch i, da.-durch gekennzeichnet, daß die Welle eines Synchronmotors und die Welle eines Asynchronmotors mit Spiel durch eine Kupplung 'verbunden sind, deren Hälften Kontakte tragen, die geschlossen werden, wenn der Synchronmotor hinter dem Asynchronmotor zurückbleibt. 3. Vorrichtung nach Anspruch r und a, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen der Kontakte der Kupplungshälften keine Wirkung hat, wenn die Drehgeschwindigkeit der Motore unterhalb der normalen Drehgeschwindigkeit liegt. q.. Vorrichtung nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Kontakten der Kupplungshälften ein weiterer Kontakt liegt, oder von einem Zentrifugalpendel erst bei der normalen Drehzahl geschlossen. wird. 5. Vorrichtung nach Anspruch r oder i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem von den schwingenden oder rotierenden Systemen eingeschalteten Steuerrelais noch ein Überstromrelais vorgesehen ist; das sie Wirkungsdauer des infolge ,des unregelmäßigen Verlaufes -der Stromkurve eingeschalteten Steuerrelais nur so lange aufrechterhält, wie der Überstrom besteht. 6. Vorrichtung nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß infolge ,des unregelmäßigen Verlaufes der Stromkurve des Wechselstromes ansprechende Steuerrelais an den Enden einer zu schützenden Leitungsstrecke angeordnet sind und daß in an sich bekannter Weise über eine Hilfsleitung miteinander in Verbindung stehende Hilfsrelais, welche <die Abschaltung .der fehlerhaften Leitungsstrecke bewirken, eingeschaltet werden, wenn nur eines der vom Stromverlauf abhängigen Steuerrelais in Tätigkeit tritt.
DE1930689208D 1930-08-03 1930-08-03 Zum Schutz von Energieverteilungsanlagen dienende,sprechende Relaisanordnung Expired DE689208C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE742263C (de) * 1941-02-01 1943-11-26 Aeg UEber- bzw. Unterspannungsrelais

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE742263C (de) * 1941-02-01 1943-11-26 Aeg UEber- bzw. Unterspannungsrelais

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