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Quotientenanregung, insbesondere für zyklische oder azyklische Anregung
von Einzelrelaisschaltungen Hei 1?inrelaisschaltungen wird für die verschiedetien
Kurzschluß- und Doppelerdschlußfälle dem Meßwerk des Schutzrelais jeweils eine Strom-
und eine Spannungsgröße zugeführt, die für den betreffenden Fehlerfall kennzeichnend
ist. Dies kann in verschiedener Weise erfolgen, und zwar unterscheidet man dabei
die sogenannten zyklischen und azyklischen Schaltungen. Bei den zyklischen Schaltungen
wird für jeden der drei möglichen zweipoligen lturzscliliisse einer der drei Ströme,
und zwar für jeden Kurzschlußfall ein anderer, benutzt. Bei den azvklischen Schaltungen
dagegen kommt bei zweipoligeii Kurzschliisseii einer der Ströme nicht zur Wirkung,
l>afiir wird einer der Ströme für zwei voti clen drei möglichen Kurzschlußfällen
herangezogen. Zum Beispiel N-erwendet man bei azyklischen Schaltungen den Strom
in der Phase 7' sowohl für <leil Kurzschluß zwischen den Phasen R und T als auch
für den Kurzschluß zwischen den Phasen 7' und S und den Strom in der Phase R für
den Kurzschluß zwischen den Phasen R und S.
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Die azyklischen Schaltungen haben eine große Verbreitung gefunden,
weil sie im allgemeinen in ihrem Aufbau einfacher sind als die zyklischen Schaltungen.
Lediglich für die Quotientenanregung ergibt sich dabei gegenüber den zyklischen
Schaltungen ein Mehraufwand. Während man nämlich bei einer LTberstromanregung bei
der azyklischen Schaltung mit zwei Stromrelais z. B. in den Phasen R und T auskommt,
braucht man bei der Quotientenanregung für jede dieser Phasen zwei Quotientenanregerelais.
Das eine dieser Relais wird vom Strom in der Phase R erregt und erhält als Spannung
die verkettete Spannung URS, das andere vom Strom in der Phase R erregte Relais
erhält die verkettete Spannung LTRT, während die beiden Relais,
die
vom Strom in der Phase T erregt werden, die verkettete Spannung UTR bzw. UTS zugeführt
erhalten.
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Man kann auch drei Quotientenrelais für eine azyklische Schaltung
verwenden, von denen jedes vorn Strom einer Phase und von einer der verketteten
Spannungen beeinflußt wird. Um jedoch mit einer solchen Anregeeinrichtung, die zunächst
für eine zyklische Schaltung in Frage kommt, auch bei einer azyklischen Schaltung
die erforderliche Auswahl zu treffen, sind zusätzlich Hilfsrelais erforderlich.
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Man hat auch schon bei der azyklischen Schaltung nu'r zwei Quotientenrelais
vorgesehen, beispielsweise in den Phasen R und T. Man darf aber dann nicht verkettete
Spannungen verwenden, sondern muß die Phasenspannung benutzen, also für das Relais,
(las vom Strom in der Phase R beaufschlagt wird, die Phasenspannung UR und für das
Relais mit dem Phasenstrom T die Phasenspannung UT. Da aber die Phasenspannungen
bei einem satten zweipoligen Kurzschluß nicht auf Null zusammenbrechen, sondern
noch 5oo/o ihres vollen Betrages aufweisen, ist die Wirksamkeit einer derartigen
Anordnung, bei welcher nur zwei Relais verwendet werden, nur unvollkommen.
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In Fig. i der Zeichnung sind die Ansprechkennlinien einer Quotientenanregung
dargestellt, d. h. die Leitungsimpedanz in Ohm, bei welcher das Relais anspricht,
in Abhängigkeit vom Kurzschlußstroin JK in Ampere, der auf das Relais einwirkt.
Die Kurve a in Fig. i stellt die Kennlinie einer Quotientenanregung bei dreipoligen
Kurzschlüssen dar, und zwar unabhängig davon, ob die Quotientenrelais mit verketteter
Spannung oder Phasenspannung beaufschlagt werden, da bekanntlich beide Spannungen
bei einem satten dreipoligen Kurzschluß in gleicher Weise zusammenbrechen. Die Kurve
b zeigt die Kennlinie, die für zweipolige Kurzschlüsse bei Verwendung der Phasenspannung
in Frage kommt. Die Anregung ist, wie man aus der Figur erkennt, für zweipolige
Kurzschlüsse vor allem im Bereich kleiner Ströme erheblich unempfindlicher als bei
dreipoligen Kurzschlüssen.
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Bekanntlich werden durch größere in Kurzschlußkreisen auftretende
Lichtbogenwiderstände aber gerade im Bereich der kleinen Kurzschlußströme die Anregeverhältnisse
ungünstig beeinflußt. Die Fig.2 zeigt, wie das normale Spannungsdreieck RST zu dem
schiefen Spannungsdreieck R'ST' bei einem Kurzschluß RT zusammenbricht, wenn angenommen
wird, daß im Lichtbogen an der Fehlerstelle ein Spannungsabfall von etwa 30% der
verketteten Spannung auftritt. Befindet sich ein solcher Kurzschluß in unmittelbarer
Nähe der Einbaustelle des Relais, dann würde eine mit verketteter Spannung arbeitende
Quotientenanregung noch einen Spannungsrestbetrag von 30% zugeführt erhalten. Arbeitet
die Quotientenanregung aber mit Phasenspannung, also z. B. das Relais in der Phase
T mit der Spannung UT, dann beträgt in dem betrachteten Fehlerfall die Phasenspannung
noch 74% ihres Wertes bei fehlerfreiem Betrieb. Die Anregeverhältnisse bei Verwendung
der Phasenspannung werden also durch den Einfluß des Lichtbogens noch ungünstiger,
als sie durch die Verwendung der Phasenspannung allein bedingt sind. Bei einem zweipoligen
Kurzschluß zwischen den Phasen R und T, bei weichem eine Lichtbogenspannung von
30% der gesunden verketteten Spannung an der Fehlerstelle auftritt, zeigt die Kurve
a das Verhalten eines Quotientenrelais, welches mit verketteter Spannung arbeitet,
und die Kurve b die Anregekennlinie bei Verwendung der Phasenspannung. Obwohl, wie
vorausgesetzt, die Relaiseinrichtung sich in unmittelbarer Nähe der Kurzschlußstelle
befindet, kann bei Messung mit Phasenspannung eine Auslösung erst bei einem Kurzschlußstrom
erfolgen, der etwa dem i,6fachen Nennstrom entspricht, der im betrachteten Fall
mit 5 Amp. angenommen ist.
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Ein ungünstiger Einfluß des Lichtbogens ergibt sich auch bei Quotientenrelais,
welche mit der verketteten Spannung arbeiten, da es vorkommen kann, daß unter dem
Einfluß des Lichtbogens die verkettete Spannung auch desjenigen Relais, welches
nicht ansprechen soll, stärker zusammenbricht als ohne Lichtbogen. Die Folge davon
kann ein fehlerhaftes Ansprechen dieses Relais sein.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Quotientenanregung, durch welche
die Anregeverhältnisse verbessert werden. Gemäß der Erfindung wirkt auf das Quotientenanregerelais
mehr als eine Spannung ein. Wie die nachfolgenden Ausführungen zeigen werden, kann
man dadurch erreichen, daß infolge der Erhöhung der Empfindlichkeit der Anregerelais
bei azyklischen Schaltungen bereits zwei Quotientenrelais für die Anregung ausreichen.
Man kann aber auch erreichen, daß bei Quotientenrelais das Relais, welches im Fehlerfall
nicht ansprechen soll, stärker verriegelt wird als bei der üblichen'Schaltung. Je
nach der Auswahl der Spannungen, die auf das Relais einwirken, und je nach der angewendeten
Schaltung (Zwei-, Drei- oder Vierfachquotientenanregung) kann man den einen oder
anderen oder beide Vorteile ausnutzen.
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Man kann die das Relais beeinflussenden Spannungen in ihrer Wirkung
auf das Relais arithmetisch zusammensetzen. Man kann hierzu beispielsweise bei einem
Waagebalkenrelais zwei oder mehrere Spannungsspulen, die auf den gleichen Anker
einwirken, vorsehen, der außerdem noch vom Strom beeinflußt wird. N an kann die
Wechselspannungen unmittelbar verwenden oder auch die Spannungen gleichrichten und
die gleichgerichteten Spannungen auf das Relais zur Einwirkung bringen. Vorzugsweise
wird man bei Verwendung gleichgerichteter Spannungen ein polarisiertes Relais verwenden,
das eine im auslösenden Sinne wirkende Spule und eine im entgegengesetzten Sinne
wirkende Spule besitzt. Man kann auch ein Relais mit nur einer einzigen Spule vorsehen
und auf diese außer dem Strom die arithmetische Summe bzw. Differenz der gleichgerichteten
Spannungen zur Einwirkung bringen.
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Man kann auf das Relais beispielsweise die Absolutbeträge
z«-eier
Spannungen im sperrenden und eine dritte Spannung im auslösenden Sinne zur Einwirkung
bringen oder die (i -I- c)-fache Spannung im sperrenden Sinne und das c-fache einer
anderen Spannung im auslösenden Sinne.
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Wie man im einzelnen die auf das Relais einwirkenden Spannungen auswählt,
ergibt sich je nach der Schaltung der Quotientenrelais und dem beabsichtigten Zweck.
Im folgenden sollen einige Ausführungsbeispiele dargelegt werden: Um mit nur zwei
Quotientenrelais auszukommen, kann man die Absolutbeträge der beiden anliegenden
verketteten Spannungen im gleichen Sinne und den Absolutwert der gegenüberliegenden
Spannungen im entgegengesetzten Sinne einwirken lassen. Das Relais, das vom Strom
in der Phase R beaufschlagt wird, erhält also die Spannungen URS + ';URTB,
-' UST; , wobei die beiden ersten Spannungen im Sinne einer Sperrung der
Auslösung, die Spannung UST im Sinne der Auslösung wirksam sind. Das Relais in der
Phase T wird von den Spannungen Ul,s '-',UTR@-'1UsR@beaufschlagt. Nimmt man wie
üblich an, daß die verkettete Spannung im gesunden Betrieb den Wert von ioo Volt
hat, dann entspricht die Wirkung der drei auf ein derartiges Relais einwirkenden
Spannungen im Normalbetrieb der Wirkung einer Spannung von ioo + ioo-ioo = ioo
Volt.
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Tritt ein satter zweipoliger Kurzschluß zwischen den Phasen R und
T ein, so bricht die Spannung URT auf Null zusammen und die beiden anderen
Spannungen erhalten den Wert I- # 1/3 # ioo. Die resultierende Wirkung der auf das
Relais in der Phase R bzw. T einwirkenden Spannungen ist demnach bei einem satten
zweipoligen Kurzschluß zwischen den Phasen R und T gleich Null, denn es ist für
das Relais in der Phase R
und für das Relais in der Phase T
Sowohl bei fehlerfreiem Betrieb als auch bei einem satten zweipoligen Kurzschluß
ergibt sich also die gleiche Wirkung wie bei einer Anordnung, die vier Quotientenrelais
besitzt und mit verketteten Spannungen arbeitet. Auch alle Zwischenpunkte zwischen
der vollen Spannung und der Spannung Null stimmen überein, solange die Charakteristik
des Kurzschlußstromkreises hinsichtlich des Kurzschlußwinkels für alle Teile des
Kreises die gleiche ist. Bei Auftreten eines Lichtbogens an der Kurzschlußstelle
sind aber unter Umständen gewisse Abweichungen wirksam. Legt man wieder die Verhältnisse
nach hig. z zugrunde, dann ergeben sich für die Anordnung nach der Erfindung Abweichungen
gegenüber Anordnungen mit Vierfachquotientenanregung unter gleichzeitiger Verwendung
der einfachen verketteten Spannung. So zeigt die Kurve c in Fig. 3 für einen Kurzschluß
RT und eine Lichtbogenspannung von 30% der verketteten Spannung die Kennlinie für
das Relais in der Phase T und die Kurve d die Kennlinie für das Relais
im Stromkreis der Phase R. Die Verschiedenheit der Charakteristiken der beiden Relais
rührt von der verschiedenen Länge der Spannungen UR-s und 1JTI S in Fig.
a her. Für das Relais in der Phase R wirkt die größere Spannung UT,s im Sinne der
Auslösung mit, für das Relais in der Phase T die kleinere Spannung UR-s. Vergleicht
man die Kurven der Fig.3 mit der Normalkurve a der Fig. i, so sieht man, daß die
Kurve d etwas empfindlicher ist, während Kurve a die gleiche Empfindlichkeit aufweist
wie die Kurve a der Fig. i. Die Kurve c ist unempfindlicher als die Kurve a der
Fig. i. Die so erhaltenen Kurven werden aber doch für die meisten praktischen Fälle
genügen, insbesondere wenn man berücksichtigt, daß eine 3o%ige Lichtbogenspannung
sehr hoch ist und sich eine solche erst in ungünstigen Fällen bei längerem Bestehenbleiben
des Fehlers ausbilden kann. Durch die Anwendung der Erfindung kann man also eine
Zweifachquotientenanregung mit befriedigendem Unterscheidungsvermögen zwischen fehlerfreiem
Betrieb und Kurzschlußfall schaffen. Charakteristisch für alle diese Kennlinien
ist, daß sie wegen des vorausgesetzten Lichtbogenwiderstandes an der Kurzschlußstelle
nicht bis zur Null-Linie herabgehen.
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Es ist ohne weiteres möglich, durch Anwendung der Erfindung noch wesentliche
weitere Verbesserungen zu erzielen. Beispielsweise kann man auf das Relais in der
Phase R die folgenden Spannungen zur Einwirkung bringen:
Dabei ist das Wort oder zwischen y'3 . UT und 113 - Us so zu verstehen, daß
jeweils immer nur die größere der beiden Spannungen für das Arbeiten des Relais
wirksam wird.
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Das Relais in der Phase I' wird beaufschla;-t von' den Spannungen
Bei dieser Anordnung ergibt sich für den Normalbetrieb als resultierende Wirkung
der auf das Relais einwirkenden Spannungen ioo+ ioo-ioo = ioo Volt, d. h. die drei
Spannungen wirken so, als ob nur eine Spannung von ioo Volt auf das Relais zur Einwirkung
käme.
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Bei einem satten zweipoligen Kurzschluß zwischen den Phasen R und
T ergibt sich als resultierende Wirkung der auf das Relais einwirkenden Spannungen:
für beide Relais. Bei einem satten zweipoligen Kurzschluß ergeben also die drei
auf das Relais einwirkenden Spannungen eine Wirkung im auslösenden Sinne, die gleich
15 % der Normalspannung von ioo Volt ist. In Fig. 4 sind die entsprechenden Kennlinien
dargestellt, und zwar ist die Kurve a die Kennlinie für Fehler ohne Lichtbogen,
die Kurve b und Kurve c sind die Kennlinien für Fehler
finit Lichtbogen
(Lichtbogenspannung wiederum 30% der gesunden verketteten Spannung), und zwar gilt
die Kurve b für das Relais in der Phase R und Kurve c für das Relais in der Phase
T. Die Unterschiede zwischen den Kurven b und c sind wiederum sinngemäß wie die
Unterschiede zwischen den Kurven c und d der Fig. 3 zu erklären. Hinsichtlich des
Verhältnisses dieser Kurven zu der Normalkurve a in Fig. i ist zu sagen, daß Kurve
c praktisch mit Ktirvea in Fig. i zusainmenfällt,sodaß also alle drei Kurven a.,
b, c in l, i". .I eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber der Kennlinie der Kurve
a der Fig. i aufweisen. Zu erwähnen ist, daß diese gesteigerte Empfindlichkeit immer
nur für das oder die Relais entsteht, welches bei dem entsprechenden Kurzschluß
auch tatsächlich ansprechen soll, während das Relais, welches nicht ansprechen soll,
in ziemlichem Ausmaß unempfindlicher wird. Bei einem Kurzschluß zwischen den Phasen
I' und R werden also beide Relais etwas empfindlicher als es der Normalkurve a in
Fig. i entspricht, während bei einem Kurzschluß zwischen den Phasen T und
S oder R und S eines der Relais eine Empfindlichkeit hat, welche der
Kennlinie b oder derKennlinie c entspricht oder zwischen diesen beiden liegt, während
das andere Relais, welches nicht ansprechen wird, unempfindlicher wird. Dieses Unenipfindlicherwerden
rührt daher, daß die im sperrenden Sinne wirkenden Spannungen nicht in demselben
Maße kleiner werden wie die im auslösenden Sinne wirkenden Spannungen. Es entsteht
daher von der Spannungsseite her ein erhöhtes Moment zur Sperrung des Ansprechens.
Das ergibt eine sichere Verriegelung des Relais, das nicht vom Kurzschluß betroffen
ist.
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Die Möglichkeit, dem Relais, welches ansprechen soll, eine erhöhte
Empfindlichkeit zu geben, und bei dem Relais, welches nicht ansprechen soll, die
Empfindlichkeit herabzusetzen, kann auch für Dreifachquotientenanregung bei zyklischen
oder azyklischen Schaltungen und für Vierfachquotientenanregung bei azyklischen
Schaltungen vorgesehen werden. Hierbei wird man eine etwas andere Zusammensetzung
der zugeführten Spannungen vornehmen.
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Zum Beispiel kann man dem Relais, welches vom Strom in der Phase R
beaufschlagt wird, das (i+c)-fache der anliegenden verketteten Spannung im sperrenden
und das c-fache der gegeniil>crli:geiiden verketteten Spannung im auslösenden Sinne
zuführen, also z. B. einen Wert (i T 0 URsii C, UZ,S .
Dieser Ausdruck ist,
solange URS und L'TS annähernd gleich groß sind, so groß wie die Spannung U7zS.
Dieses ist der Fall bei Normalbetrieb und symmetrischen dreipoligen Kurzschlüssen.
In diesen Fällen verhält sich also eine derartige Anregung wie eine Quotientenanregung,
welche an die einfache verkettete Spannung angeschlossen ist. Tritt aber ein zweipoliger
Kurzschluß auf, so ändern sich die Verhältnisse. Ist zunächst, wie dies beim zweipoligen
Kurzschluß zwischen den Phasen R und S der Fall ist, die Spannung URS kleiner als
die Spannung UTS, darin wird der obige Ausdruck kleiner als die Spannung URs, d.
h. das Relais ist empfindlicher als ein normales Quotientenrelais, das an die Spannung
URS angeschlossen ist. Bei einem Kurzschluß zwischen den Phasen T und S ist
die Spannung 1.'TS kleiner als die Spannung URS. Der obige Ausdruck wird also größer
als URS, d.li. das Ansprechen des Relais wird stärker verriegelt, als dies bei einem
Quotientenrelais, das von der Spannung URs allein beaufschlagt wird, der Fall ist.
Diese Wirkung kann man je nach Wahl der Konstanten c mehr oder weniger stark in
Erscheinung treten lassen. .
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In Fig. 5 stellt b die Normalkurve dar, d. h. das Verhalten eines
Quotientenrelais mit einfacher verketteter Spannung bei einem zweipoligen Kurzschluß.
Die Kurve a ist die Kennlinie eines Relais, das man gemäß der Erfindung, wie vorher
beschrieben, beaufschlagt und bei dein die Konstante c = 0,25 gewählt ist.
Würde man die Konstante größer wählen, so würde sich die Kurve a weiter nach oben
von der Kurve b entfernen. In Fig. 6 ist ebenfalls unter der Voraussetzung, daß
c = 0,25 ist, in Abhängigkeit von der auf der Strecke auftretenden Kurzschlußspannung
die Spannung an dem Relais aufgetragen, das nicht anspricht, während b die Spannung
ist, die ein Relais, welches nur an eine verkettete Spannung angeschlossen ist,
erhalten würde. Man sieht, daß beim Normalbetrieb, d. h. bei ioo Volt Spannung,
beide Kurven zusammenfallen, während sie beim Zusammenbrechen der Spannungen auseinandergehen.
Auch hier kann die Wirkung durch Wahl einer größeren Konstanten c entsprechend verstärkt
werden. Bei größerer Konstante c wandert die Kurve a nach oben.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen die Verhältnisse bei einem Kurzschluß ohne
Lichtbogen. Die erfindungsgemäße :Anordnung ist aber gerade für Lichtbogenkurzschlüsse
von besonderer Bedeutung. Schließt man nämlich ein Quotientenrelais nur an die verkettete
Spannung an, so bricht diese bei einem zweipoligen Kurzschluß auf der gegenüberliegenden
Seite bis zu einem gewissen Grade zusammen. Durch Anwendung der Erfindung kann man
ein Zusammenbrechen der resultierenden Wirkung der auf das Relais einwirkenden Spannungen
verhüten und dadurch ein Ansprechen des Relais, welches am Kurzschluß nicht beteiligt
ist, verhindern.
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Das Relais, das voni Strom der Phase S beaufschlagt wird, erhält als
Spannung
| (i + c) - tl.s7 (" t TR |
| und das Relais, das vom '#',ti-orii der Phase T be- |
| aufschlagt wird, |
| i T C)' UTR @' ILSI . |
| Handelt es sich uni eine V ierfachquotienten- |
| anregung, so bekommen die Relais, die vorn Strom |
| der Phase R beaufschlagt werden, die Spannungen |
| (i -1- c) ' T' x .s r' 7' .t |
| bzw. |
| (i + i) @'it7 l 7,s |
und die Relais, die vom Strom der Phase T beaufschlagt werden,
die Spannungen (i+c).UTRI ._Ic.URSI
1
bzw. I(Z+c)@c# URS;.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß mancherlei Zusammensetzungen
der Spannungen, die auf das Relais einwirken, möglich und zweckmäßig sind. Wählt
man z. B. für das Relais, das vom Strom der Phase R beaufschlagt wird, als Spannung
(i + c) . UR s c . URT'I also die um das (i +c)-fache vergrößerte anliegende
Spannung im sperrenden Sinne und das c-fache der anderen anliegenden Spannung im
ausli3senden Sinne, so spricht dieses Relais nur bei einem Kurzschluß zwischen den
Phasen R und S, nicht aber bei einem Kurzschluß zwischen den Phasen R und T an.
Im letzten 1a11 ist die @\ ii-kung der auf das Relais einwirkenden Spannungen stark
sperrend, so daß auch bei sehr großen Kurzschlußströmen ein Ansprechen vermieden
wird. Würde das Relais nur mit der einfachen verketteten Spannung arbeiten, dann
kannte es auch bei Kurzschlüssen zwischen den Phasen R und T ansprechen, sobald
ein gewisser Kurschlußstrom überschritten wird.
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Das Relais in der Phase S wird sinngemäß von den Spannungen I (i
+ C) . U',;7'
C . URS und das Relais in der Phase T von den Spannungen
(i+c).UTR', c.UTs, beeinflußt. Wendet man die Schaltung sinngemäß für Vierfachquotientenanregung
an, so werden die Relais in der Phase R von den Spannungen
| (1 + C) ' URs C . URT |
| bzw. |
| I (I + C) ' URT -- I c' URSI |
| und die Relais in der Phase T von den Spannungen |
| (I + c)' UTR# C' UTS |
| bzw. |
| (i + c) - Uh.@ C - UTR I |
beeinflußt. Wie bereits erwähnt, kann man die arithmetische Zusammensetzung der
Wirkungen der Spannungen auf <las Relais dadurch herbeiführen, daß man jede dieser
Spannungen auf einen besonderen Anker eifies Waagebalkenrelais zur Einwirkung bringt.
Man kann auch die Spannungen gleichrichten und .die gleichgerichteten Spannungen
zusammensetzen und die so erhaltene resultierende Spannung auf eine Spule des Relais
zur Einwirkung bringen. Man kann auch Relais mit zwei Spulen verwenden, von denen
die eine im auslösenden und die andere im sperrenden Sinne wirkt. Der im auslösenden
Sinne wirkenden Spule werden die im auslösenden Sinne wirkende gleichgerichtete
Spannung (oder Spannungen) und der gleichgerichtete Strom und der anderen die im
sperrenden Sinne wirkenden Spannungen zugeführt. Vorzugsweise wird man ein polarisiertes
Relais vorsehen. Ausführungsbeispiele für ein polarisiertes Relais mit nur einer
Spule zeigen die folgenden Figuren.
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In Fig. 7 ist eine Schaltung für eine Zweifachquotientenanregung dargestellt,
bei welcher das Relais in der Phase R die Spannung JUR,I +jURTi--IUsz'I und das
Relais in der Phase 7' die Spannung IU'IS;+;UTRI JUSR, erhält.
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Von dem polarisierten Relais in der Phase R ist nur die Spule dargestellt,
die das Bezugszeichen i trägt. Die Spule des Relais in der Phase T trägt das Bezugszeichen
i'. Im folgenden ist jedoch nur die Schaltung für die Spule i im einzelnen erläutert,
da die Schaltung für die Spule i' sich ohne weiteres aus der Zeichnung ergibt und
sinngemäß durch Vertauschen der Ströme und Spannungen erhalten wird.
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Die Spule 1 wird von vier Gleichrichtergruppen gespeist, und zwar
von den Gleichrichtergruppen 2, 3, 4 und 5. Die Gleichrichtergruppen 2 und 3 führen
der Spule Strom im auslösenden, die anderen 4 und 5 im sperrenden Sinne zu. Die
Gleichrichtergruppe 2 richtet eine dem Strom in der Phase R proportionale Spannung
gleich. Hierzu wird diese Gleichrichtergruppe von der Spannung an dem Widerstand
6 erregt, der an der Sekundärwicklung eines nicht dargestellten Stromwandlers in
der Phase R liegt. Die Spannungen der anderen Gleichrichtergruppen werden Zwischenwandlern
8, 9 und io entnommen, die die verketteten Spannungen zur Wirkung bringen.
Dig Primärwicklungen dieser Zwischenwandler sind an die Sekundärwicklung des dreiphasigen
Spannungswandlers 17 angeschlossen, dessen Primärwicklung am Netz 18 liegt. Die
Primär- und Sekundärwicklungen dieses Wandlers sind in Stern geschaltet, und der
Sternpunkt ist geerdet. Der Zwischenwandler 8 führt die Spannung URS
der Gleichrichtergruppe
5 zu, der Zwischenwandler 9 die Spannung UST der Gleichrichtergruppe 3 und der Zwischenwandler
io die Spannung UTR der Gleichrichtergruppe 4. Wie sich aus der Schaltung der Gleichrichter
ergibt, wirkt die Spannung UST (Wandlergruppe 9) im gleichen Sinne wie der Strom,
während die Spannungen URT und URS im entgegengesetzten Sinne wirken. In die Zuführungsleitungen
zu den Gleichrichtern sind Widerstände 7 bzw. 12 bzw. 13 bzw. 14 eingeschaltet,
welche den an die Spannungen angeschlossenen Stromkreisen eine Stromcharakteristik
verleihen, so daß Spannungsabfälle in der Relaisspule und die mit der Belastung
schwankenden Widerstände in den Gleichrichtern die Messung nicht in unzulässiger
Weise beeinflussen. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei dem Relais um ein polarisiertes
Relais. Bei Überwiegen der Spannungen URS und UTR hält es seinen Kontakt offen,
während es bei Überwiegen von UST und JR seinen Kontakt schließt. Überwiegt UST
und JR, dann fließt nur ein Teil des Stromes über die Relaisspule, während ein anderer
Teil über die Gleichrichter 4 und 5 seinen Weg nimmt.
Die Schaltung
für das Relais in der Phase T ist entsprechend aufgebaut, wobei die Zwischenwandler
8 und 9 für beide Relais benutzt werden. Für die Darstellung der Spannung UTR sind
jedoch zwei getrennte Zwischenwandler io und i i vorgesehen, die primär in Reihe
geschaltet sind. Durch diese Anordnung ist es möglich, den Verbindungspunkt zwischen
den beiden Zwischenwandlern bei einem Doppelerdschluß mit Erde zu verbinden. Dies
erfolgt bei Ansprechen eitles Erdschlußrelais 15, das bei Doppelerdschluß den Kontakt
i9 schließt. Gleichzeitig wird der Kontakt 16 bzw. 16' geöffnet, wodurch die Relaisspule
i bzw. i' von den linken Gleichrichteranordnungen abgeschaltet wird. Auf diese Weise
wird bei Doppelerdschluß das Relais in der Phase R von der Phasenspannung UR und
das Relais in der Phase T von der Spannung UT beeinflußt. Diese Schaltung
erhöht die Empfindlichkeit im Doppelerdschlußfall. An Stelle der Kontakte 16 und
16' können auch Kontakte in den Sekundärwicklungen der Wandler 8 und 9 treten. Die
Kontakte 16 und 16' können auch ganz wegfallen, und man verwendet lediglich den
Kontakt i9. Die Abweichungen gegenüber den Anordnungen, bei denen die verketteten
Spannungen abgeschaltet werden, dürfte in den meisten Fällen von geringer Bedeutung
sein.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. B. Es ist wieder eine
Zweifachquotientenanregung vorgesehen, und die beiden Spulen des Relais in der Phase
R bzw. T sind mit i und i' bezeichnet. Das Relais i erhält als Spannung
und zwar ist die Schaltung so getroffen, daß jeweils nur die größere der Phasenspannungen
wirksam wird. Das Relais in der Phase T erhält die Spannungen
Im Ausführungsbeispiel wird die Relaisspule i von den Spannungen an den Widerständen
2o, 21 und 22 beaufschlagt. Am Widerstand 2o wird durch die Gleichrichteranordnung
25 ein Spannungsabfall erzeugt, der dem Strom in der Phase R proportional ist. Idierzu
ist über einen Widerstand 33 die Gleichrichteranordnung an den Widerstand 23 angeschlossen,
der parallel zu einem nicht dargestellten Stromwandler in der Phase R liegt. Die
Spannungen für die übrigen Gleichrichtergruppen 26 und 27 bzw. 34 und 35 werden
Zwischenwandlern entnommen, die an die Sekundärwicklung des dreiphasigen Spannungswandlers42
angeschlossen sind, der primär und sekundär in Stern geschaltet ist und dessen Primärwicklung
am Netz 44 liegt. Es sind drei Zwischenwandler 28, 29 und 30 für die verketteten
Spannungen und drei Zwischenwandler 37, 38 und 39 für die Phasenspannungen vorgesehen,
wobei diese Zwischenwandler für beide Relais verwendet werden. Die Spannung URS
(Zwischenwandler 28) und die Spannung URT (Zwischenwandler 3o) erzeugen über die
Gleichrichteranordnungen 27 bzw. 26 am Widerstand 21 einen Spannungsabfall, proportional
' UR s + I URT'. Damit die Summe der Spannungen zur Wirkung kommt, sind wiederum
Widerstände 31 bzw. 32 in die Zuführungsleitungen zu den Gleichrichtern eingeschaltet.
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Am Widerstand 22 liegen über Gleichrichter 34 bzw. 35 die Spannungen
1/-3-. Us bzw. l'-3. Uz, (Wandler 37 bz-,v. 38). lii diesem Fall sind aber keine
Widerstände in die Stromkreise eingeschaltet, da jeweils nur die größere der beiden
Spannungen wirksam werden soll, und dies ist nur dann möglich, wenn die Stromkreise
für die Spannungen 1 3-. Us und 1/3 - UT Spannungscharakteristik und nicht
Stromcharakteristik besitzen.
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In Fig. 9 sind die Spannungen US und UT beim Normalbetrieb dargestellt.
Infolge der Spannungscharakteristik entsteht am Widerstand 22 ein Spannungsabfall,
dessen zeitliche Veränderlichkeit durch die stark ausgezogene Begrenzungslinie dargestellt
ist, die sich aus den gleichgerichteten Halbwellen der Spannungen UT und US ergibt.
Wie man hieraus erkennt, bringt eine solche Anordnung nicht ohne weiteres, wie gewünscht,
den größeren der beiden Werte als Mittelwert zur Wirkung, sondern als Momentanwert.
Damit nur die größere der beiden Spannungen als Mittelwert zur Wirkung kommt, ist
ein Kondensator 36 vorgesehen. Wählt man diesen Kondensator entsprechend groß, so
entsteht am Widerstand 22 ein konstanter Spannungsabfall, entsprechend dem Scheitelwvert
der größeren der beiden Spannungen von US und UT. Es kann aber auch zweckmäßig sein,
diesen Einfluß des Kondensators nur zu einem Teil zur Auswirkung zu bringen. Hierdurch
wird die in Fig.4 gezeigte erhöhte Empfindlichkeit etwas herabgemindert.
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Um die Phasenspannungen zu erhalten, unabhängig davon, welche Lage
der Sternpunkt des Spannungswandlers 42 hat, ist eine dreiphasige Widerstandskombination
43 an die Sekundärwicklung des Wandlers angeschlossen. Diese Widerstandskombination
bildet einen künstlichen Schwerpunkt des Spannungsdreiecks, und der durch die Widerstandskombination
43 gebildete Sternpunkt ist mit dem Sternpunkt der Zwischenwandler 37, 38 und 39
verbunden. Die Gleichrichter sind so geschaltet, daß die Spannungsabfälle an den
Widerständen 20 und 22 im auslösenden Sinne, der Spannungsabfall am Widerstand 21
im sperrenden Sinne auf das Relais einwirken.
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Die Schaltung für das Relais in der Phase T ist entsprechend.
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Um in Doppelerdschlußfällen eine erhöhte Empfindlichkeit des Anregerelais
zu erreichen, kann man in Abhängigkeit vom Nullstrom den Sternpunkt der Widerstandskombinatiori43
mit Erde verbinden. Hierzu ist ein Kontakt 41 vorgesehen, der vom Erdschlußrelais
4o beeinflußt wird, das im Doppelerdschlußfall anspricht. Es ist dabei, wie auch
bei der Doppelerdschlußumschaltung nach Fig. 7, vorausgesetzt, daß es sich um nicht
geerdete Netze oder Netze mit induktiver Erdschlußlöschung handelt. Durch Schließen
des Kontaktes 41 im Doppelerdschlußfall steigen die Spannungen 1'3 . UT und
1'3
# Us um ungefähr 5oo/o an, allerdings je nach der Lage der Erdschlußpunkte etwas
verschieden. Da diese Spannuilgen auf das Relais im Sinne des Ansprechen; wirl<eii,
erhöht sich hierbei die Ansprechempfindlichkeit entsprechend.
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In Fig. io ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar nur für ein einziges Relais einer Dreifachquotientenanregung oder einer
Vierfachquotientenanregung. Für die anderen Relais ist die Schaltung sinngemäß zu
gestalten. l)as lMais wird N-on der Spannung
beaufschlagt und vom Strom in der Phase R. Die Relaisspule ist wiederum mit i bezeichnet.
Sie wird einerseits gespeist über die Gleichrichtergruppe So von einem Strom, der
dem Strom in der Phase R proportional ist. Hierzu ist die Gleichrichtergruppe So
an den Widerstand 53 angeschlossen, der parallel zu dem nicht dargestellten Stromwandler
in der Phase R liegt. Außerdem ist noch ein Widerstand 54 in die Zuleitung geschaltet,
damit der Kreis eine Stromcharakteristik erhält. Auf die Relaisspule wirken außerdem
noch die Gleichrichtergruppen 51 und 52 ein, und zwar liefert die Gleichrichtergruppe
5 1 einen Strom, der der Spannung URS - (i + c) entspricht und im sperrenden
Sinne wirkt, während die Gleichrichtergruppe 52 dem Relais einen Strom liefert,
der der Spannung c # UST entspricht und im auslösenden Sinne wirkt. Hierzu sind
die Gleichriclitergruppen 5i und 52 über Widerstände SS bzw. 59 an die Sekundärwicklungen
der Zwischenwandler 55 lind 56 angeschlossen, die zusammen mit dem dritten Zwischenwandler
57 die verketteten Spannungen bilden und an der Sekundärwicklung des dreipliasigeii
Spannungswandlers 6o liegen. Durch entsprechende Wahl des Übersetzungsverhältnisses
der Zwischenwandler wird das vorgeschriebene Verhältnis der Spannungen, die auf
die Gleichrichter einwirken, erzielt.
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Bei den Anordnungen, die für zweipolige Kurzschlüsse eine erhöhte
Empfindlichkeit zeigen, erfolgt bei einem satten Kurzschluß ein Ansprechen schon
bei einer Stromstärke, die unter der Mindestansprechstromstärke bei dreipoligem
Kurzschluß liegt, also unter 2,5 Amp., wie bei den vorliegenden Beispielen angenommen.
So ergibt sich bei Fig. 4 in Kurve ca ei ii ,\lindestansprechstrom von 2,2 Ainp.
und ebenso in Kurve a der Fig. 5. Dieser Unterschied zwischen 2,5 und 2,2 Amp. ist
praktisch bedeutungslos. Wählt man aber unter Anwendung des Erfindungsgedankens
die Verhältnisse etwas anders, so können auch größere Unterschiede eintreten und
der Miudestansprechstrom für zweipolige Kurzschlüsse kleiner werden als zulässig.
Dieskann man vermeiden, ohne im übrigen die Kennlinie des Anregerelais zu verändern,
daß man die Kennlinie von 2,5 Anip. an, also von der bei dreipoligen Kurzschlüssen
auftretenden Mindestansprechstromstärke ab, senkrecht verlaufen läßt. Diese Wirkungsweise
wird beispielsweise dadurch erzielt, daß man in Fig. io ein Ventil 61 vorsieht,
das verhütet, daß von der Spannungsseite her ein Strom über das Relais im Sinne
der Auslösung fließt. Soweit also in diesem Falle die Spannung einen Strom erzeugt,
der den Phasenstrom beim Auslösen unterstützt, bleibt die Spannungsseite nur so
lange wirksam, wie die die Auslösung verhindernde Spannung (oder Spannungen) größer
ist als die die Auslösung begünstigende Spannung (oder Spannungen).
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Die Anordnung nach der Erfindung ist, wie erwähnt, insbesondere für
Einrelaisschaltungen geeignet, sie kann aber auch bei Zwei- oder Dreirelaisschaltungen
Anwendung finden, da durch die Anwendung der Erfindung die Unterscheidung zwischen
gesundem Betrieb und Fehlerfall verbessert wird.
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Während bei den Anordnungen nach den Fig. 7 und io \ an den Gleichrichtern
gelieferte Ströme in Summen- bzw. Differenzschaltung auf das Relais einwirken, sind
bei der Anordnung nach Fig. S die Spannungsabfälle an in Reihe geschalteten Widerständen,
an welche das Relais angeschlossen ist, wirksam. Es ist ohne weiteres möglich, auch
bei dein den hig. 7 uild io zugrunde liegenden Erfindungsgedanken die Anordnung
so auszubilden, daß die Spannungsabfälle an in Reihe geschalteten Widerständen zur
Erregung des Relais dienen.
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Bei allen Ausführungsbeispielen ist ein polarisiertes Relais mit nur
einer Spule vorgesehen. Man kann aber auch, wie bereits früher erwähnt, ein polarisiertes
Relais mit zwei Spulen verwenden, von denen eine im auslösenden, die andere im sperrenden
Sinne wirkt. Man wird dann die gleichgerichteten Phasenströme und die gleichgerichtete
Spannung (oder Spannungen), die ebentalls auslösend wirkt, der Auslösespule zuführen,
während die gleichgerichtete Spannung (oder Spannungen), die sperrend wirkt, der
anderen Spule zugeleitet wird. Man kann auch den gleichgerichteten Strom der einen
Spule zuführen und die Summe bzw. Differenz der gleichgerichteten Spannungen der
anderen Spule, ähnlich wie es in den Figuren dargestellt ist.
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Wie bereits erwähnt, kann man auch Waagebalkenrelais verwenden und
jede Spannung auf einen besonderen Anker wirken lassen oder auch die Summe bzw.
Differenz der Spannungen auf einen einzigen Anker zur Einwirkung bringen.