DE905162C

DE905162C - Phase-dependent relay, especially power direction relay

Info

Publication number: DE905162C
Application number: DEA10733D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Habil Werner Kraemer
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1938-11-05
Filing date: 1938-11-06
Publication date: 1954-02-25

Description

Phasenabhängiges Relais, insbesondere Leistungsrichtungsrelais Das Richtungsglied eines Distanzschutzes spricht in Abhängigkeit von der Energierichtung an und war in den bisher bekannten Einrichtungen nicht wattmetrisch aufgebaut. Die Erfindung ermöglicht einen Aufbau auf völlig anderer Grundlage. Sie soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.Phase-dependent relay, especially power direction relay Das The directional element of a distance protection speaks depending on the direction of energy and was not set up in the previously known facilities in a wattmetric manner. the Invention enables a structure on a completely different basis. She should be on hand the drawing will be explained in more detail.

Nach Abb. i ist ein Haftmagnet mit vier Wicklungen W" W, WH und W, vorgesehen. In der ersten Wicklung TV, fließt der gleichgerichtete Wechselstrom J, - als Wellenstrom J,' (=). J,'- wird von der Vergleichsspannung U geliefert und durch einen Widerstand r sowie eine vorgeschaltete Kapazität C oder Induktivität in Größe und Phasenlage bestimmt.. After fig i a holding magnet with four windings W "W, WH and W, provided in the first winding TV, flowing the rectified alternating current J, -. A wave current J '(=) J.' - is of the comparison voltage U supplied and determined by a resistor r and an upstream capacitance C or inductance in terms of size and phase position.

Die zweite Wicklung W, wird über eine Stromweiche G2 und den Widerstand r. mit einem Strom J.' (=) beschickt, der sich als eine Halbwelle des Wechselstromes A' darstellt. Dieser Wechselstrom soll mit U phasengleich sein und wird daber unmittelbar oder -über einen Widerstand R der Vergleichsspannungsquelle entnommen.The second winding W is via a current switch G2 and the resistor r. with a stream J. ' (=) charged, which appears as a half-wave of the alternating current A ' . This alternating current should be in phase with U and is therefore taken directly or via a resistor R from the reference voltage source.

Die Zusammensetzung der Amperewindungen von W, und W, zu einer resultierenden Gleichstrommagnetisierung des Magneten zeigt Abb. 2a. Es entsteht eine resultierende Wellenmagnetisierung, die erst nach je 36o' el. auf Null absinkt und in diesem Augenblick jeweils den Anker des Haftmagneten freigeben würde. Die Freigabe des Ankers wird jedoch durch eine Zusatzmagnetisieiung verhindert, die durch die von einem Hilfsgleichstrom JH gespeiste Wicklung WH geliefert wird. Als Hilfsstrom kann statt des Gleichstromes JH auch der Halbwellenstrom J,' (=) verwendet werden. Der Richtungsentscheid wird durch die Wicklung IV, herbeigeführt, die von dem Phasenstromj oder doch einem diesem phasengleichen Wechselstrom durchflossen wird. Die Amperewindungen der Wicklungen TV" TV, und W, ergeben dann, je nachdem ob die Pbasenverscbiebung zwischen Stromj und Spannung U gleich o", gleich 18o' oder gleich go' ist, eine resultierende Magnetisierung, wie sie den Abb. 2 b, 2 c und 2 d zu entnehmen ist. Die resultierende Magnetisierung weist einen Nulldurchgang auf, "Nenn Strom und Spannung in Phasenopposition sind (Abb. 2 c). Bis zu einer Phasenverschiebung von ± go3 el, (Abb. 2 d), also im ganzen Bereich der negativen Leistungsriebtung bleibt dieser Nulldurchgang erhalten. Bei Pbasengleichheit zwischen Strom und Spannung (Abb. 2b) andererseits tritt kein Nulldurchgang, sondern eine zusätzliche Glättung der G ,#leichstrommagnetisierung ein, und erst bei einer Phasenverschiebung von -#- go' wird das, zum Halten des Ankers erforderliche Magnetisierungsminimum JH erreicht, das dann bei weiterer Phasenverschiebung unterschritten wird. Der Haftmagnet wird daher im ganzen Bereich der positiven Leistungsrichtung nicht auslösen, wohingegen irr, ganzen Bereich der negativen Leistungsrichtung die Auslösung erfolgt.The composition of the ampere-turns of W, and W, to a resulting direct current magnetization of the magnet is shown in Fig. 2a. The result is a wave magnetization, which only drops to zero every 36o 'el. And at that moment would release the armature of the holding magnet. The armature is prevented from being released, however, by an additional magnetization which is supplied by the winding WH fed by an auxiliary direct current JH. Instead of the direct current JH, the half-wave current J, ' (=) can also be used as the auxiliary current. The direction decision is brought about by the winding IV, through which the phase current j or at least an alternating current in phase with it flows. The ampere turns of the windings TV "TV, and W, then, depending on whether the phase shift between current j and voltage U is equal to o", equal to 18o 'or equal to go', a resulting magnetization as shown in Fig. 2b , 2 c and 2 d can be found. The resulting magnetization has a zero crossing, "nominal current and voltage are in phase opposition (Fig. 2 c). This zero crossing is maintained up to a phase shift of ± go3 el, (Fig. 2 d), i.e. in the entire range of negative power friction On the other hand, if the Pbase between current and voltage (Fig. 2b) is not zero, there is an additional smoothing of the G, # light current magnetization, and the magnetization minimum JH required to hold the armature is only reached with a phase shift of - # - go ' The holding magnet will therefore not trigger in the entire range of the positive power direction, whereas in the entire range of the negative power direction the triggering takes place.

Bei der bisher beschriebenen Anordnung tritt die Auslösung des Haftmagneten im Falle der dafür erforderlichen Leistungsrichtung in der ersten negativen Halbwelle des Phasenstromes und damit spätestens in der zweiten Halbwelle nach erfolgter Ricbtungsänderung ein. Will man ein regelmäßiges Ansprechen schon in der ersten Halbwelle erzielen, so muß auch eine positive Halbwelle schon die Auslösung vornehmen können. Das läßt sich mittels eines Zweimagnetsystems erreichen, wie es in Abb. 3 dargestellt ist. Beide Magneten a und b sind dabei mit vier Wicklungen in der beschriebenen Weise ausgeführt, jedoch so, daß die Magnetisie=g bei den 'Wicklungen 1T7", und W" sowie WH" und H"Hb entgegengesetzt gerichtet ist, ferner bei den Wicklungen W", und WI b verschiedene Halbwellen des Stromes JJ- benutzt werden, wodurch sich für die resultierende Gleichstrommagnetisieriing eine Phasenverschiebung um i8o' ergibt.In the arrangement described so far, the release of the holding magnet occurs in the case of the power direction required for this in the first negative half-cycle of the phase current and thus at the latest in the second half-cycle after the change in direction has taken place. If you want to achieve regular response in the first half-wave, a positive half-wave must also be able to trigger the trigger. This can be achieved by means of a two-magnet system, as shown in Fig. 3 . Both magnets a and b are designed with four windings in the manner described, but in such a way that the magnetization = g in the 'windings 1T7 ", and W" and WH "and H" Hb, and also in the case of the W windings ", and WI b different half-waves of the current JJ- can be used, which results in a phase shift of i8o 'for the resulting DC magnetization.

Die Wechselstrommagnetisielung ist in beiden Wicklungen W", und W" die gleiche. Diese Verhältnisse sind in Abb. 4 veranschaulicht. Würde danach der Richtungswechsel des Stromes J beispielsweise in K einsetzen, so könnte der Magnet a erst in der zweiten Halbwelle (PJ ansprechen. Der Magnet b spricht jedoch bereits in der ersten Halbwelle (Pb) an. Es ist also immer ein Magnet in der Lage, die vollzogene Richtungsänderung innerhalb einer Halbwelle zu melden.The AC magnetization is the same in both windings W "and W". These relationships are illustrated in Fig. 4. If the change in direction of the current J were to set in, for example in K, the magnet a could only respond in the second half-wave (PJ. The magnet b , however, already respond in the first half-wave (Pb). So there is always a magnet capable to report the completed change of direction within a half-wave.

Da die Wechselstrommagnetisierung von der je- weiligen Stärke des Stromes1 abhängt, könnte ansich bei sehr hohen Stromstärken (Kurzschluß) durch Überwiegen der We - chselstrommagnetisierung auch im Falle der Abb. 2b ein Ummagnetisieren herbeigeführt werden. Um dies zu verhindern, erhält die Wicklung W, einen stromabbängigen Nebenschluß S. Der Nebenschluß setzt sich nach Abb. 5 aus einem stromabhängigen Widerstand S'und einem lonenableiter S" zusammen. S' übernimmt den Phasenstrom J über einen Stromwandler bis zum mehrfachen Nennstrom. Hierdurch erhält der über die Wicklung W3 fließende Anteil i neben einer ausreichenden Konstanz den in Abb. 6 dargestellten Verlauf. Die relativ große Steilbeit der Stromkurve i im Nulldurchgang gestattet, den'Haltestrom JH ohne Vergrößerung des Winkelfehlers zu erhöhen und damit ein Auslösen des Gerätes beim Phasenstrom i = o mit Sicherheit zu vermeiden. Bei kurzzeitigen, sehr hohen Überströmen spricht der parallel zu S' liegende Ionenableiter S" an und übernimmt damit die Begrenzung des Auslösestrornes.Since the AC magnetization depends on the strength of the JE weiligen Stromes1, a magnetization reversal could ansich at very high current (short circuit) by predominance of AC magnetization also in the case of Fig. 2b are brought about. To prevent this, the winding W is provided with a current-dependent shunt S. According to Fig. 5, the shunt consists of a current-dependent resistor S ' and an ion conductor S ". S' takes over the phase current J via a current transformer up to a multiple of the nominal current. As a result, the portion i flowing through the winding W3, in addition to being sufficiently constant, has the course shown in Fig. 6. The relatively large steepness of the current curve i at the zero crossing allows the holding current JH to be increased without increasing the angular error and thus triggering the device during Phase current i = o must be avoided with certainty. In the event of brief, very high overcurrents, the ion arrester S "located parallel to S ' responds and thus takes over the limitation of the tripping current.

Das erfindungsgemäße phasenabhängige Relais wird ferner zweckmäßig so ausgebildet, daß im Kurzschlußfalle nach dem Zusammenbrechen der Spannung an dem als Richtungsglied einer Distanzschutzanordnung verwendeten Relais noch für die Dauer einer Periode zum mindesten -eine ausreichende Teilspannung aufrechterhalten wird, was z. B. durch einen zusätzlichen Resonanzkreis mit einem vorgeschalteten Widerstand erreicht werden kann.The phase-dependent relay according to the invention is also expediently designed so that in the event of a short circuit after the collapse of the voltage on the relay used as a directional element of a distance protection arrangement for the duration of a period at least - a sufficient partial voltage is maintained, which z. B. can be achieved by an additional resonance circuit with an upstream resistor.

Nach Abfallen des Magnetankers ist es notwendig, daß ein Rückholmechanismus den Anker wieder anhebt und damit die Ansprucbsbereitschaft wiederherstellt. Der Rückholmechanismus kann durch den abfallenden Anker selbst in Tätigkeit gesetzt werden und beispielsweise durch Drehung einer Kurbelwelle KW entsprechend Abb. 7 das Anheben bewirken. Hierbei ist noch zu beachten, daß das Abziehen des Ankers beim Richtungsglied auch im normalen Betrieb durch Umkehr der Leistungsrichtung eintreten und damit ein Dauerzustand sein kann. Die Folge würde ein ständig sich wiederholendes Ansprechen der Rückholeeinrichtung und eine periodische Unterbrechung der Richtungsmeldung sein. Um diesen Zustand unmöglich zu machen, wird mit der Rückholevorrichtung eine Schalteinrichtung verbunden, die sich aus einem Umpolschalter T und einem Wechselschalter M zusammensetzt. Beide Schalter nehmen bei einer vollen Umdrehung der Kurbelwelle IüT4" eine Umschaltung vor. Der Schalter T polt die WechselstromwicklungW, um, während der Wechselschalter M die festen Kontakte i-- eines vom Magnetanker N betätigten Umschalters Sch im Stromkreis des Auslösemagneten F umschaltet.After the armature has fallen off, it is necessary that a return mechanism lifts the armature again and thus restores the readiness for claims. The return mechanism can be activated by the falling armature itself and, for example, can be lifted by turning a crankshaft KW as shown in Fig. 7 . It should also be noted that the pulling off of the armature of the directional link can also occur in normal operation by reversing the direction of power and can thus be a permanent condition. The consequence would be a constantly repeated response of the retrieval device and a periodic interruption of the directional message. In order to make this state impossible, a switching device, which is composed of a polarity reversal switch T and a changeover switch M, is connected to the retrieval device. Both switches change over with one full revolution of the crankshaft IüT4 ". The switch T reverses the polarity of the alternating current winding W, while the changeover switch M changes over the fixed contacts i-- of a changeover switch Sch in the circuit of the tripping magnet F operated by the armature N.

Bei der in Abb. 7 dargestellten Schalterstellung i sei die Leistungsricbtung positiv. Der Auslösekreis ist durch das Richtungsglied geschlossen. Wenn etzt auch die übrigen Glieder des Distanzschutzes herstromglied und Distanzglied) ansprechen, löst der Schaltmagnet F aus. Ändert sich die LeistungS7 richtung, so fällt dei Anker des Haftmagneten N ab. Damit schaltet Sch von i nach 2 und unterbricht den Auslösekreis. Durch das Abfallen des Ankers wird der Rückholemechanismus eingeschaltet, und es werden damit zugleichmit demAnheben des Ankers die SchalterT und M von i nach -2 geschaltet, während der Anker andererseits Sch von 2 nach i zurückverstellt. Da die Wechselstromwichlung W, durch T umgepolt ist, haftet jetzt der Anker bei negativer Leistungsrichtung, der Auslösekreis bleibt offen, da er, obwohl in Sck wieder geschlossen, im M geöffnet ist. Der Anker fällt nunmehr bei positiver Leistungsrichtung ab und schließt dann den Auslösekreis durch Umlegen des Schalters Sch auf 2. Auf diese Weise wird ein Ansprechen des Haftmagneten bei jeder Änderung der Leistungsrichtung erreicht, während ein Schließen des Auslösekreises nur bei positiver Leistungsrichtung erf olgt.With the switch position i shown in Fig. 7 , the power direction is positive. The trip circuit is closed by the directional link. If the remaining elements of the distance protection (herstromelement and spacer element) also respond, the switching magnet F trips. If the direction of power S7 changes, the armature of the holding magnet N drops out. With this, Sch switches from i to 2 and interrupts the trip circuit. When the armature falls, the return mechanism is switched on and, at the same time as the armature is raised, switches T and M are switched from i to -2, while the armature, on the other hand, moves Sch back from 2 to i. Since the polarity of the alternating current W, is reversed by T, the armature now sticks in the case of a negative power direction, the trip circuit remains open because it is open in M , although it is closed again in Sck. The armature now drops when the power direction is positive and then closes the trip circuit by flipping the switch Sch to 2. In this way, the holding magnet is activated every time the power direction changes, while the trip circuit only closes when the power direction is positive.

Abb. 8 zeigt die Ausführung des Schalters Sch für den Fall der Zweimagnetschaltung. Der Schalter ist dabei in zwei Schalter Sch" und SChb aufgeteilt, die hintereinander im Auslösestromkreis angeordnet sind und von denen der eine durch den Magneten a, der andere durch den Magneten b beeinflußt wird. In der Stellung i müssen beide Schalter eingelegt sein, damit der Auslösestromkreis geschlossen wird, wohingegen in Stellung 2 jeder einzelne Schalter schon für sich allein dazu genügt.Fig. 8 shows the design of the switch Sch for the case of the two-magnet circuit. The switch is divided into two switches Sch " and SChb, which are arranged one behind the other in the tripping circuit and of which one is influenced by magnet a, the other by magnet b . In position i, both switches must be inserted so that the The tripping circuit is closed, whereas in position 2 each individual switch is sufficient on its own.

Bei richtiger Auslegung des Haftmagneten erreicht die Phasenabhängigkeit der Auslösung einen hohen Genauigkeitsgrad. Die Abweichung des Ruhebereiches und des Ansprechbereiches vom theoretischen Wert 18o' el. beträgt nur wenige Grad und kann durch die Wahl des Haltestromes korrigieit werden. Gegenüber dem wattmetrischen System hat der Haftmagnet als Richtungsglied den Vorzug, auch bei kleinstem Leistungsfaktor immer die gleiche hohe Schaltkraft zu besitzen. Hinzu kommt die bisher unerreichte Schnelligkeit des Richtungsentscheides in o,oi Sekunden.With the correct design of the holding magnet, the phase dependency is achieved triggering a high degree of accuracy. The deviation of the rest area and the response range from the theoretical value 18o 'el. is only a few degrees and can be corrected by choosing the holding current. Compared to the wattmetric In the system, the holding magnet is preferred as a directional element, even with the smallest power factor always have the same high switching force. In addition, there is the previously unattainable Speed of the directional decision in o, oi seconds.

Natürlich lassen sich in den Einzelheiten der Ausführung mancherlei Änderungen treffen. Die Erfindung ist auch nicht auf den Fall des Richtungsgliedes eines Distanzrelais oder überhaupt eines von der Leistungsrichtung abhängigen Relais beschränkt; sie kann vielmehr allgemein Verwendung finden, wenn es sich darum handelt, ein phasenabhängiges Relais zu schaffen, das auf eine Phasenverschiebung zwischen zwei Wechselströmen anspricht.Of course, many things can be said about the details of the execution Make changes. The invention is also not in the case of the directional member a distance relay or a relay that is dependent on the direction of power limited; Rather, it can be used generally when it comes to to create a phase dependent relay that responds to a phase shift between responds to two alternating currents.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Phase-dependent relay that reacts to a phase shift responds between two alternating currents, characterized in that a holding magnet from one alternating current via rectifier such a periodic wave magnetization and this with an alternating current magnetization originating from the other alternating current is composed in such a way that only in a certain phase position or a limited Phase range the resulting magnetization assumes values at which a drop of the holding magnet and thus a responding relay takes place.

2. Phase-dependent relay according to claim i, characterized in that with the wave current resulting from a full-wave rectification, a phase-shifted by go ', half-wave current resulting from a one-way rectification, preferably from the same voltage source, interacts, so that a wave magnetization arises, depending on 36o 'el. Drops to zero. 3. Phase-dependent relay according to claim i or z, characterized in that the holding magnet is supplied with a holding current, preferably via an auxiliary winding from an external power source. 4. Phase-dependent relay according to claim i to 3, characterized in that two holding magnets are provided, the wave magnetization of which has mean values shifted by 18o 'el., Such that the directional relay responds in the first half-wave of the short-circuit current. 5. phase-dependent relay according to claim i to 3, characterized in that a current- and voltage-dependent shunt is parallel to the alternating current winding of the holding magnet to limit the alternating current magnetization. 6. phase-dependent relay according to claim i and 5, characterized in that the Nebenscbluß consists of the combination of a current-dependent resistor with a gas discharge tube. 7. Phase-dependent relay according to claim i to 3, characterized in that the magnet armature when falling off sets a drive in action, which raises it again and at the same time brings about a polarity reversal of the alternating current winding. 8. Phase-dependent relay according to claim i and 7, characterized in that the armature itself adjusts a changeover switch, but on the other hand, another changeover switch is controlled by the return drive and both changeover switches are arranged in the tripping circuit in such a way that the tripping circuit despite the return of the armature maintains the switching state achieved by the response of the relay, i.e. remains open or closed, depending on the situation. G. Phase-dependent relay according to Claims 1 and 4, 7 and 8, characterized in that each of the two magnet armatures acts on a changeover switch, the changeover switch contacts being in series in one switch position and parallel in the other in the trip circuit, io. Phase-dependent relay according to claim i and 2 or the following, in particular as a power reverse current relay, e.g. B. for distance protection devices, characterized in that the wave magnetizations of the holding magnet are made by the mains voltage itself, the alternating current magnetization by the mains current. ii. Phase-dependent relay according to claims i and io, characterized by the arrangement of an oscillating circuit which, in the event of a short circuit, maintains the mains voltage at least partially for at least one period. 12. Phase-dependent relay according to claim i and ii, characterized in that the oscillating circuit consists of a blocking circuit with an upstream impedance.