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Relaiseinrichtung für Gleichstrom-Hochspannungsleitungen Durch die
Patentschrift 61q.922 sind Relaiseinrichtungen für Hochspannungsleitungen bekanntgeworden,
bei welchen ein - auf Hochspannungspotential befindliches Relais die Größe eines
Wechselstromwiderstandes im Erregerkreis eines auf niedrigem Potential, z. B. Erdpotential,
befindlichen Relais oder Anzeigegerätes steuert. Die Aufgabe der Isolierung wird
also dem Relais abgenommen und einem dazu geeigneten Wechselstromwiderstand übertragen,
welcher durch seine Größe die Erregerstromstärke des auf Erdpotential befindlichen
Relais beeinflußt und der hinsichtlich seiner Größe durch das auf Hochspannung befindliche
Relais gesteuert wird. Als derartige Widerstände sind Drosselspulen mit einer Sekundärwicklung
oder Kondensatoren vorgeschlagen. Auch ist vorgeschlagen, ein polarisiertes Relais
zu verwenden, um die Richtung des hochgespannten Gleichstromes festzustellen.
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Bei derartigen polarisierten Relais besteht nun die Gefahr, daß bei
einem übermäßigen Anwachsen des Gleichstromes, z. B. bei einem Kurzschluß, der permanente
Magnet umgepolt wird, so daß bei einem erneuten Ansprechen Fehlanzeigen auftreten
können. Gemäß der Erfindung erhält das Relais eine Erregerspule, die von einem gleichgerichteten
Wechselstrom erregt wird, der über Isoliertransformatoren oder Isolierkondensatoren
aus dem Niederspannungsnetz und auf der Hochspannungsseite befindliche Gleichrichter
der Wicklung zugeführt wird.
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In Fig. t ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dias
Relais besteht aus einem permanenten Magneten oder einem Weicheisenstab
4,
der sich im Luftspalt der Polschuhe 5 bewegt. Das Feld in diesem Luftspalt wird
von dem Gleichstrom-Hochspannungsleiter 6 erzeugt. Das U-förmige Eisenstück 7 führt
den Magnetfluß über die schmalen Stege 8; die aus einem Material mit niedriger Sättigungsgrenze,
z. @B. aus Nickeleisen, bestehen, den Polschuhen 5 zu. Bei hohen Stromstärken im
Leiter 6 sättigen sich die Eisenstege 8, wodurch ein weiterer Schutz des polarisierten
Relais erreicht wird. Die Kraftlinien verlaufen dann hauptsächlich über das im Streuweg
liegende, aus einem Eisen mit hoher Sättigungsgrenze bestehenden Schlußstück g.
Der Anker 4., .der um eine Mittelachse drehbar gelagert ist, wird -durch die Federn
i o und i i im stromlosen Zustand des Leiters 6 in :der Mittellage gehalten. Der
Anker trägt auf seinem anderen Ende ein Eisenstück 12, das mehr oder weniger tief
,in den Luftspalt 13 einer Drosselspule 14 eintaucht. Hierdurch wird der
Widerstand der -Drossel entsprechend der Bewegu,g ödes Ankers 4 geändert. Gemäß
der Erfindung besitzt das Relais eine Erregerwicklung 3, die über @Ieichrichter
2 an die Sekundärseiten eines Isolierwandlers i angeschlossen ist, der auf der Niederspannungsseite
vom Wechselstromgenerator 15 gespeist wird. Diieser kann eine Frequenz von So Perioden
haben, oder er erhält zweckmäßigerweise eine höhere Frequenz, z. B.. von
500 oder iooo Per./sec. Die auf der Sekundärseite auftretende Spannung bzw.
Strom wird über Gleichrichter 2 gleichgerichtet und der Wicklung 3 des Relais zugeführt,
so.daß diese das Relais durch Vormagnetisierung des Ankers .4 zu einem polarisierten
Relais macht, oder bei Verwendung eines permanenten Magneten die Änderung des Magnetismus
:dieses Magneten, der bei einem plötzlichen Kurzschluß auftreten kann, wieder rückgängig
macht. Der Isolierwandler r befindet sich in bekannter Weise in einem Stutzer 18.
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Der Sekundärstrom des Wandlers i wird auch der Wicklung der Drosselspule
14 zugeführt. Da je nach der Eintauchtiefe des Eisenstückes 12 der Widerstand der
Drossel größer oder kleiner wird, so ändert sich der von der Drosselspule 14 aufgenommene
Strom und damit auch der Strom des Generators 15 beispielsweise entsprechend der
Kurve in Fig. 2, in welcher in Abhängigkeit vom Gleichstrom im Leiter 6 der Wechselstrom,
welcher vom Generator 15 geliefert wird, aufgetragen wird. Steht der Anker des Relais
4 in der Mitteltage, so wird ein Wechselstrom entsprechend dem Punkt B fließen.
Schlägt das polarisierte Relais nach rechts aus, so wird !der Strom kleiner, schlägt
es nach links aus, so wird der Strom größer. Die Dimensionierung der Spule 3 ist
so getroffen, daß der Strom in dieser Spule nur einen verhältnismäßig geringen Anteil
des Stromes in der Spule 14 ausmacht.
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Um nun zu erkennen, ob der Strom im Leiter 6 die eine oder die andere
Richtung besitzt, sind in Reihe mit .dem Generator 15 die Wicklungen zweier Relais
16 und 17 angeschlossen: Davon ist beispielsweise das Relais 16 so eingestellt,
daß es bei Abnahme des Stromes vom Wert B auf den Wert A abfällt. Fließt der Strom
in der entgegengesetzten Richtung, so wird der Anker aus dem Luftspalt herausgezogen,
und -der Wechselstrom steigt an. Bei dem Punkt C spricht das Relais 17 an. Bei Verwendung
der Einrichtung für eine Streckenschutzschaltung wird durch entsprechenden Anschluß
der Erregerspule 3 oder des Diurchlaufsinnes des Leiters 6 die Anordnung beispielsweise
so eingestellt, daß bei Fließen eines Überstromes in die Strecke hinein das polarisierte
Relais nach links ausschlägt, bei Fließen eines Überstromes aus der Strecke heraus
dagegen nach rechts. Zweckmäßig wird man, wie in Fig. 2 dargestellt, die Relais
16 und 17 so einstellen, daß bei Abnahme des Stromes von dem Wert B auf den Wert
A .das Relais 16 abfällt, daß dagegen das Relais 17 erst anspricht, wenn der Strom
auf den Wert C gestiegen ist, wobei der Wert BC größer ist als der Wert BA.
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In Fig. 3 ist eine Streckenschutzschaltung unter Verwendung der Relaiseinrichtung
nach der Erfindung schematisch dargestellt. Es sind zwei Stationen gezeichnet, die
durch den Gleichstrom-Hochspannungsleiter 6 verbunden sind.
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An den Enden der Strecke sind die beiden polarisierten Relais, die
nur schematisch dargestellt sind, vorgesehen. Zum Unterschied von der Anordnung
nach Fig. i ist an Stelle des Relais 16 ein Zwischenwandler 26 gesetzt, der die
Wechselspannung gegebenenfalls von Tonfrequenz oder Hochfrequenz, die der Generator
15 erzeugt, über Gleichrichter 2o einem Relais 2i auf der anderen Station zuführt.
Die Relais 21 halten ihren Kontakt 22 normalerweise geschlossen und öffnen ihn erst,
wenn ein Strom auftritt, der den Wert A besitzt. Tritt in der Strecke ein Kurzschluß
auf und wird diese von beiden Seiten gespeist, so zeigen beide polarisierten Relais
nach innen und bewegen das Eisenstück 12 so, daß der Widerstand der Drosselspule
14 am kleinsten wird. Dadurch steigt der Wert des Stromes, der von den Generatoren
15 geliefert wird, an. Die Relais 17 schließen ihre Kontakte und erregen die Auslösespulen
der Schalter ig, wodurch die Strecke ausgelöst wird, Wird nur von einer Seite eingespeist,
z. B. von der linken Seite, so bleibt das Relais 21 auf der linken Seite erregt,
und da auch das Relais _17 in der linken Station seinen Kontakt schließt, erfolgt
auf oder linken Seite die Auslösung.
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Bei einem außenliegenden Fehler, z. B. am Punkt 23, wird auf der linken
Seite der Kontakt des Relais 17 geschlossen, und das Relais 21 der rechten Seite
hält seinen Kontakt 22 geschlossen. In -der rechten Station spricht jedoch das polarisierte
Relais auf der Hochspannungsleitung im umgekehrten Sinne an, der Strom des Wechselstromgenerators
15 sinkt daher vom Wert B in Fig. 2 auf den Wert A, wodurch der Wandler 26 der rechten
Seite keinen genügenden Wechselstrom mehr über .die Hilfsverbindung zum .Relais
21 auf der linken Seite sendet, so .d@aß das Relais 21 auf der linken Seite seinen
Kontakt 22 öffnet und damit die Auslösung unterbindet. Die Relaiseinrichtung
auf
der rechten Seite kann ohnedies nicht ansprechen, da hier das Relais 17 nicht zum
Ansprechen kommt.
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In Fig. q. ist in vereinfachter Form eine Streckenschutzschaltung
unter Verwendung einer Gleichstromhilfsverbindung dargestellt, wobei die Relais
16 normalerweise den Strom über die Hilfsverbindung 24 aufrechterhalten, in welchen
Relais 25 liegen, die die Kontakte im Auslösestromkreis der Spulen i9 geschlossen
halten. Im Auslösestromkreis der Spule i9 der linken Station liegt der Kontakt des
Relais 17, im Stromkreis der Auslösespule i9 der rechten Station,liegt derArbeitskontakt
des Relais 17 der rechten Station. Im normalen Betrieb sind die Kontakte der Relais
16 geschlossen, so daß bei Erregung des Relais 17 eine Auslösiung erfolgt. Bei einem
Fehler außerhalb jedoch zeigt eines der polarisierten Relais nach außen, so daß
dort der vom Generator 15 gelieferte Strom so gering wird, daß das betreffende Relais
16 seinen Kontakt öffnet und damit durch Öffnen der Hilfsverbindung 24 die Sperrung
des Schutzes herbeiführt.
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An Stelle eines Gleichstromes oder einer Tonfrequenzverbindung kann
auch eine Hochfrequenzverbindung in bekannter Weise benutzt werden.
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Die beschriebenen Anordnungen können auch mit polarisierten Relais
anderer mechanischer Bauart, als sie in Fig. i dargestellt sind, ausgeführt werden,
wobei jedoch das gleiche Prinzip verwendet wird, das richtige Arbeiten des Relais
durch Übertragen und Gleichrichten eines Wechselstromes von der Unterspannungsseite
über Isolierwandler sicherzustellen. An Stelle der Isolierwandler können auch Kondensatoren
treten.
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Im Ausführungsbeispiel ,der Fing. i ist der gleiche Wechselstrom für
die Steuerung der Drosselspule 1,4 und 'für die Erregung der Spule 3 des polarisierten
Relais verwendet worden. Man kann auch innerhalb des Isoliertransformators 18 zwei
getrennte Wandler vorsehen, so daß die Erregerspule 3 und die Drosselspule 14 getrennt
gespeist werden. Das gleiche kann man auch bei Speisung über Kondensatoren ausführen.
Man kann auch an Stelle ;der durch Veränderung des Luftspaltes gesteuerten; Drosselspule
14 durch das Relais Kontakte steuern, die in den Stromkreis der auf Hochspannung
befindlichen Wicklung des Isolierwandlers Widerstände zuschalten oder kurzschließen.
In ähnlicher Weise kann man auch bei Anwendung von Kondensatoren verfahren.
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Das in Fig. i dargestellte polarisierte Relais ist so eingerichtet,
daß der Anker symmetrisch in der Mitte liegt. Wenn der Gleichstrom bei einem Kurzschluß
auf sehr hohe Werte steigt, so erreicht er diese Werte nicht augenblicklich, sondern
wegen der unvermeidlichen Induktivitäten steigt er mit einer gewissen Zeitverzögerung
an. Diese genügt, um den Anker q., ohne daß er ummagnetisiert werden kann, aus der
Mittelstellung in die gewünschte Richtung zu drehen. Selbst wenn jetzt der anfangs
vorhandene Magnetismus :des Ankers q. bei weiterem Ansteigen des Gleichstromes zerstört
wird, beendet der Anker q. infolge der nun vorhandenen magnetischen Unsymmetrie
der Anordnung den einmal begonnenen Weg und bleibt in der Endstellung, solange der
Kurzschluß andauert. Man bekommt also auf jeden Fall einen richtigen Ausschlag des
polarisierten Relais. Nach Beendigung des Kurzschlusses wird durch die Wicklung
3 der Anker wieder in der richtigen Weise magnetisiert. Die Wicklung 3 stellt also
nach einem großen Gleichstromstoß die richtige Magnetisierung des Ankers wieder
her bzw. sie verhindert die vollständige Entmagnetisierung dieses Ankers.
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Die ganze Anordnung wird zweckmäßigerweise so eingestellt, .daß sie
erst bei einem kurzschlußartigen Überstrom zum Ansprechen kommt. Man kann sie jedoch
auch bei kleineren Strömen in derselben Form für die Ausführung von Steuerungen
oder Messungen irgendwelcher Art verwenden.