Einrichtung zur FeststeUung von Kurzschlü.ssen. In Hochspannungsnetzen mit sehr langen Leitungsstrecken kann es vorkommen, dass die üblichen Anregerelais, wie überstrom-Anrege- relais oder Quotientenrelais, nicht mehr an sprechen, wenn ein Kurzschluss in grosser Entfernung von der Messstelle auftritt.
Der Grund liegt darin, dass infolge des grossen Leitungswiderstandes der Kurzschlussstrom gleich oder kleiner als der Betriebsstrom i4, und dass auch die Spannung an der Messstelle nicht merkbar unter die Betriebsspannung ab sinkt. Die vom Überstrom oder vom Verhältnis Spannung zu Strom abhängigen Anregerelais sprechen daher in einem solchen Falle nicht mehr an.
Um trotzdem eine Abschaltung der fehlAaften Leitungsstrecke zu bewirken,. hat man an einzelnen Punkten der Strecke vom Spannungsabf all abhängige Überwachungs einrichtungen vorgesehen, und wenn vom Streckenende und einigen der Überwachungs einrichtungen zum Streckenanfang gemeldet wird, dass ein Fehler,aufgetreten ist, so wer den diese übereinstimmenden Signale so ge wertet, als hätte das Anregerelais am Strecken anfang angesprochen.' Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Feststellung von Kurzschlüssen in elektri- sehen Energieübertragungsleitungen,
bei denen der Kurzschlussstrom. in der Grössenordnung des grössten Betriebsstromes oder kleiner als dieser ist, insbesondere zur Anregung von Se- lektivschutzeinrichtungen, und besteht darin, dass die Einrichtung ein Relais enthält, wel- ehes mindestens unter dem Einfluss der induk tiven Blindleistung steht.
Die Erfindung geht dabei von der Über legung aus, dass bei sehr langen Leitungen die übertragbaren L#istungswerte durch den noch zulässigen Spannungsuntersehied zwischen Auf ang und Ende der Leitung bedingt sind. Dies gilt im besonderen Masse für die Blind-. leistung. Das Maximum an Blindleistung, wel ches übertragen werden kann, ist im fehler freien Betrieb, wenn die Spannung am Ende .nicht zu stark absinken soll, wesentlich kleiner als die, welche bei einem Kurzschluss an einer entfernten Stelle auftritt.
Den Kurz- sehluss kann man daher mit Hilf e eines Blind- leistungsrelais feststellen, das bei einer bestimmten induktiven Blindleistung an spricht. Das Relais prüft also da., Verhältnis
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worin<B>U</B> die Spannung der Leitung,<B>J</B> der Strom der Leltung an der Messstelle, <B>99</B> der Phasenverschiebungswinkel zwischen diesen beiden Grössen und C eine Konstante (Gegenkraft) ist, die von den Leitungseigenschaften abhängig ist.
Es wird C so gewählt, dass es grösser ist als die im ungestörten Zustand auftretende induktive Blindleistung. Das Relais spricht an, wenn die Blindleistung die Konstante<B>C,</B> Gleich gewichtsbedingung<B>0 =</B> TJ <B><I>- J</I> -</B> sin <B>99,</B> über schreitet, das oben genannte Verhältnis also kleiner<B>1</B> wird.
Wenn an der Messstelle, zum Beispiel also am Anfang der Strecke, nicht Wirkleistung in die Leitungsstrecke hineinfliesst, sondern Wirkleistung aus der Strecke herausfliesst, so besteht die Möglichkeit, eine grössere ind-tik- tive Blindleistung in die Strecke zu liefern als bei in die Strecke hineinfliessender Wirk leistung, ohne dass die zulässigen Spanuungs- unterschiede zwischen Anfang und Ende der Leitung überschritten werden.
Aus diesem Grunde kann man daher die Anordnung so treffen, dass auch die Richtung der Wirk leistung überwacht wird; denn bei einem Feh ler fliesst immer Wirkleistung in die Strecke hinein. Man kann zum Bdispiel die Anord nung so treffen, dass bei Herausfliessen der Wirkleistung das Blindleistungsrelais abge schaltet ist, oder man kann auch dafür sorgen, dass trotz Ansprechen des Blindleistungsrelais kein Vorgang ausgelöst wird, indem man den Kontakt des Blindleistungsrelais und<B>-</B> des Wirkleistungsrelais so in Reihe schaltet, dass nur,
wenn das Blindleistunprelais angespro chen hat und das Wirlzleist-Lmgsrelais vorwärts fliessende Energierichtung anzeigt, ein Vor gang, zum Beispiel die Anregung der Selek- tivschutzeinrichtung, ausgelöst werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel dafür zeigt die Fig. <B>1.</B> Mit<B>1</B> ist dabei der Kontakt eines Blindleistungsrelais bezeichnet, der. nur ge schlossen wird, wenn induktive Blindleistung in die Leitungsstrecke hineinfliesst und diese eine bestimmte Grösse überschreitet. 2 ist der bewegliche Kontakt des Richtungsrelais, der bei vorwärtsf-IiessenderWirkleistung den Kon takt<B>3,</B> bei rückwärtsfliessender Wirkleistung den Kontakt 4 schliesst. Nur wenn das Blin(1- leistungsrelais seinen Kontakt<B>1</B> geschlossen hat und der Kontakt<B>3</B> geschlossen ist, kommt ein Kommando zustande.
Die Eigenschaft der langen Leitung, bei vorgegebenen zulässigen Spannungsdiff eren- zen nur begrenzte Wirk- und Blindleistiing übertragen zu können, wobei auch das Vor zeichen in der Beziehung zwischen Wirk- und Blindleistung eine massgebliche Rolle spielt, erlaubt'es, die Einrichtung zur Feststellung eines Kurzschlusses sehr eng an die Leitungs- eigenschaften anzupassen, indem man das Relais nicht nur von der Grösse der Blind leistung, sondern auch von der Grösse der Wirkleistung abhängig macht,
wobei durch mechanische Addition der Wirkungen der beiden Grössen auch ihr Vorzeichen für das Ansprechen der Einrichtung -wirksam wird, Man verwendet dann ein Relais, welches das Verhältnis prüft:
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Hierbei hat die Vorwärts <B>-</B> Richtuno, (Fliessen von Leistung in die Strecke hinein) ein positives, die Rück\värts -Richtung (Flie ssen von Leistung an der Messstelle aus der Strecke heraus) ein negatives Vorzeichen so wohl für die Blindleistung als auch für die Wirkleistung. Infolgedessen wird das Relais hinsichtlich der Blindleistung bei in die Strecke hineinfliessender Wirkleistung emp findlicher, bei herausfliessender Wirkleistung dagegen unempfindlicher, wie e*s gewünscht wird.
Die Konstanten<B><I>Cl, C2</I></B> und C.# werden auf die besonderen Leitungeigenschaften ab gestimmt.
Da-, Relais kann beispielsweise als Ferraris- relais oder als dynamometrisches Relais aus gebildet werden, indem man zwei Yerraris- scheiben oder zwei Dynamometer miteinander kuppelt, von denen das eine System von der Blindleistung, das andere von der Wirk leistung erregt wird und die beide entgegen einer Feder einen Kontakt zu schliessen suchen, wenn das Vorzeichen der Leistung positiv ist.
Wenn bei einem Kurzschluss die Spannung stark zusammenbricht, zum Beispiel bei nahe- liegenden Fehlern, werden diese Relais, welche nur von der Blindleistung oder von der Blind lind Wirkleistung abhängig sind, unempfind lich. Man kann ihre Empfindlichkeit erhöhen, wenn man die Grösse der Blindleistung bzw. der Blind- und Wirkleistung, bei welcher das Relai,9 anspricht, von der Grösse der Spannung abhängig macht.
Die Spannung wirkt also in d,ein Sinne, dass sie das Ansprechen erseliwert. Die Relais arbeiten dann nach dem Prinzip
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wobei man wiederum die Konstanten<B>Cl, C2</B> und<B>C3</B> den Leitungsverhältnissen anpasst. Macht man beispielsweise C3 <B>= 0,</B> so bekommt man ein von der induktiven Blindleistung ab hängiges Relais, das um so eher Kontakt macht,<B>je</B> kleiner die Spannung ist.
Ausführungsbeispiele für das letztge nannte Relais zeigen die Fig. 2 und<B>3.</B> In Fig. 2 ist eine Ferrarisseheibe <B>10</B> vorgesehen, auf welche zwei Triebmagnete<B>11</B> und 12 und eine nicht gezeichnete Gegenkraft einwirken.
Der Triebmagnet<B>11</B> wird von einem Span- nungswandler von der Spannung U, der Triebmagnet 12 wird einerseits vom Strom<B>J,</B> anderseits von der Spannung TJ so erregt, dass er in bekannter Weise ein Drehmoment hervorruft,
tionail ist. Der welches bewegliche der Blindleistung Kontakt 13 propor- legt sich im fehlerfreien Betrieb gegen einen festen Anschlag 14.<B>16</B> ist.der feststehende Kontakt.
Das Triebsystem<B>11</B> wirkt<B>im.</B> Uhr- zeigersinne, das Triebsystem 12 entgegen dem Uhrzeigersinne. Tritt ein Fehler in der Lei tung auf, so wird die Spannung kleiner und die Blindleistung grösser, so dass der Kontakt <B>13</B> mit dem feststehenden Kontakt<B>16</B> in Be rührung kommt.
In Fig. <B>3</B> ist ein feststehendes Magnet system 20 vorgesehen, welches von der Spule 21 erregt wird. Das bewegliche System trägt zwei Wicklungen 22 und<B>23.</B> Die Wicklung 22 wird vom Phasenstrom<B>J</B> über den Strom wandler 24 gespeist, die Wicklung<B>23</B> und ebenso die Spule 21 werden über eine 900- Schaltung <B>25</B> von der PhasenspannungU der Leitung an der Messstelle erregt. Mit dem be- weglichen'System ist der Kontaktarm<B>26</B> ver bunden.<B>27</B> ist der feststehende Kontakt.
Das von der Wicklung 21 erzeugte Magnetfeld ruft mit der Wicklung<B>23</B> ein Drehmoment hervor, welches den Kontakt zu öffnen ver- ,sucht, während sie mit der Wickliuig 22 ein Drehmoment hervorruft, welches den Kon takt zu schliessen versucht.
Um eine Einrichtung zu schallen, die nicht nur von der Spannung und der Blind leistung, sondern entsprechend der Gleich gewichtsbedingung CITT2 <B><I>=</I></B> C2UJ sin <B>99<I>+</I></B> CJJJ cos <B>99</B> auch noch von der Wirkleistung ab- hängi-g ist, kann man mit der Ferraxisscheibe <B>10</B> in Fig. 2 eine zweite Ferrarisseheibe kup peln, auf welche die Wirkleistung in vorher beschriebenem Sinne einwirkt,
und mit dem beweglichen System in Fig. <B>3</B> das bewegliche System eines zweiten Dynamometers, dessen Drehmoment von der Wirkleistung abhängig ist.
In Drelisstron-lsysteinen ist es zweckmässig, ein Relais zu verwenden, welches bei zwehpoli- gen Kurzschlüssen seine volle Enipf indliehkeit besitzt, dagegen bei dreipoligen Kurzschlüs sen unempfindlicher ist, um zu verhindern, dass es auch bei einer Überlast anspricht.
Zu diesem Zweck kann man beispielsweise zur Bildung der genannt-en Blind- und Wirk- leistungsgrössen die verkettete Spannung und den Phasenstrom verwenden, also zum Bei- S-Piel. die Spannung RS mit dem Strom S. Man erreicht dann bei zweipoligen Kurz schlüssen die volle Empfindlichkeit, weil dann treibende Spannung und Fehlerstrom nahezu in Phase sind. Bei dreipoligen Kurz schlüssen dagegen besitzen Spannung und Strom eine Phasenverschiebung von<B>300</B> und inlolgedesssen wird das Relais weniger emp findlicher.
In Drehstromanlagen wird man zur Er fassung von zweipoligen Kurzschlüssen drei solcher wattmetrischer Relais verwenden, die vorteilhaft noch ergänzt werden durch ein<B>zu-</B> sätzliches Blindleisftingsrelais, dem zum Bei spiel Phasenstrom und Phasenspannung, oder aber verketteter Strom und verkettete Span nung zugeführt wird oder bei dem eine schaltungsmässig bedingte Phasenverschie bung zwischen Strom und Spannung durch KompensationswiderstanUsschaltungen nün- destens zum Teil kompensiert ist.
Es kann bei Anwendung solcher Relais vorteilhaft sein, noch ein zusätzliches Relais vorzusehen, welches den besonderen Verhält nissen bei dreipoligen Kurzschlüssen Rech- nung trägt. Man kann dabei bei der Wahl der Konstanten darauf Rücksicht nehmen, dass bei Fehlern in grossen Entfernungen drei- polige Kurzschlüsse einen<B>15</B> % höheren Strom aufweisen als zweipolige. Man kann also das Relais durch Wahl der Konstanten<B>C</B> unempfindlicher machen, so dass es nur bei dreipoligen Kurzschlüssen anspricht.
Um eine bevorzugte Empfindlichkeit auf dreipolige Kurzschlüsse zu erzielen, zieht man 7ur Bildung der auf das Relais einwirkenden Leistungsgrössen vorteilhaft solche Ströme und Spannungen heran, die im ungestörten Betrieb gleichphasig sind, also Phasenstrom und Phasenspannung oder verketteten Strom und verkettete Spannung, oder man hebt eie schaltungsmässig bedingte Phasenverschie bung, zum Beispiel eine 3011-Verschiebung bei Verwendung von verketteter Spannung und Phasenstrom,
durch Kompensationswider- standsschaltungen im Strom-oderSpannungs- pfad des wattmetrischen Relais oder in beiden <U>auf.</U>
Da ein dreipoliger Kurzschluss immer symmetrisch ist, genügt es, -zur Erfassung dreipoliger Kurzschlüsse ein einziges Relais zu verwenden. Dient die Anordnung beispiels weise zur Anregung von Selektivschutzein- richtungen und wird hierbei immer eine Phase bevorzugt, zum Beispiel die Phase R, so wird man die Messung in dieser Phase vornehmen.
Man kann die Anordn-tuig noch weiterhin verbessern, indem man zu den beschriebenen wattmetrischen Relais noch andere bekannte Anregerelais, zum Beispiel Stromanregerelais oder vom Verhältnis Spannung durch Strom abhängige Anregerelais, zusätzlich verwendet.
Man kann dabei eine Unterteilung in dem Wirkungsbereich in dem Sinne vornehmen, dass die von der Leistung abhängigen Relais in erster Linie für Fehler in grosser Ent fernung, die zweite kontaktmässig dazu par allel geschaltete Überstroin- oder Quotienten- anregung d-agegen für nahe Kurzschlü & 4e dimensioniert werden.
Die beschriebenen Einrichtungen können vorzugsweise angewendet werden als Anrege- relals für Selektivschutzschaltungen oder als Anregerelais für Kurzschlussfortschalteinrieh- tungen, das sind Einrichtungen, bei denen kurzzeitig die Energiezufuhr zur Fehlerstelle unterbrochen wird, indem ein in der Leitung liegender Schalter kurzzeitig geöffnet und wieder geschlossen oder ein parallel zur Lei tung liegen-der Schalter kurzzeitig geschlossen und wieder geöffnet wird.
Man kann die Ein richtung auch beispielsweise verwenden, um, die fehlerhafte Phase bzw. Phasen bei kurz- schlussartigen Störungen anzuzeigen, also bei Phasenkurzschlüssen oder bei Kurzschlüssen über Erde.
Device for the control of short circuits. In high-voltage networks with very long cable runs, it can happen that the usual pickup relays, such as overcurrent pickup relays or quotient relays, no longer respond if a short circuit occurs a great distance from the measuring point.
The reason is that, due to the high line resistance, the short-circuit current is equal to or less than the operating current i4, and that the voltage at the measuring point does not drop noticeably below the operating voltage. The starting relays, which are dependent on the overcurrent or the ratio of voltage to current, therefore no longer respond in such a case.
In order to switch off the faulty line section anyway. If monitoring devices that are dependent on the voltage drop have been provided at individual points along the route, and if the end of the route and some of the monitoring devices at the start of the route report that an error has occurred, these matching signals will be evaluated as if the start relay had addressed at the beginning of the route. ' The invention relates to a device for detecting short circuits in electrical power transmission lines see,
where the short circuit current. of the order of magnitude of the largest operating current or less than this, in particular for the excitation of selective protection devices, and consists in that the device contains a relay which is at least under the influence of the inductive reactive power.
The invention is based on the assumption that, in the case of very long lines, the transmission values are determined by the still permissible voltage difference between the end and the end of the line. This is especially true for the blind. power. The maximum amount of reactive power that can be transmitted is significantly smaller than that which occurs in the event of a short circuit at a remote location in error-free operation, if the voltage at the end should not drop too much.
The short circuit can therefore be determined with the aid of a reactive power relay that responds to a certain inductive reactive power. So the relay checks there., Relationship
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where <B> U </B> is the voltage of the line, <B> J </B> is the current of the line at the measuring point, <B> 99 </B> is the phase shift angle between these two quantities and C is a constant (counterforce ), which depends on the line properties.
C is chosen so that it is greater than the inductive reactive power that occurs in the undisturbed state. The relay responds when the reactive power equals the constant <B> C, </B> equilibrium condition <B> 0 = </B> TJ <B> <I> - J </I> - </B> sin < B> 99, </B> exceeds, so the above-mentioned ratio becomes <B> 1 </B> smaller.
If at the measuring point, for example at the beginning of the line, active power does not flow into the line, but real power flows out of the line, there is the possibility of delivering a greater reactive reactive power into the line than into the line active power flowing in without exceeding the permissible voltage differences between the beginning and the end of the line.
For this reason, you can therefore make the arrangement so that the direction of the real power is monitored; because in the event of a fault, real power always flows into the line. For example, the arrangement can be made so that the reactive power relay is switched off when the active power flows out, or you can also ensure that no process is triggered despite the reactive power relay responding by pressing the contact of the reactive power relay and <B> - < / B> of the active power relay switches in series so that only
if the reactive power relay has responded and the Wirlzleist Lmgsrelais indicates a forward direction of energy, a process, for example the activation of the selective protection device, can be triggered.
An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 1. With <B> 1 </B> the contact of a reactive power relay is referred to, which. is only closed when inductive reactive power flows into the line section and this exceeds a certain size. 2 is the moving contact of the direction relay, which closes contact <B> 3 when active power flows forwards and contact 4 when active power flows backwards. A command is only issued when the Blin (1-power relay has closed its contact <B> 1 </B> and contact <B> 3 </B> is closed.
The property of the long line of being able to transmit only limited active and reactive power with given permissible voltage differences, whereby the sign in the relationship between active and reactive power also plays a decisive role, allows the device to determine a Short circuit very closely to the line properties by making the relay dependent not only on the size of the reactive power, but also on the size of the active power,
With the mechanical addition of the effects of the two variables, their sign also becomes effective for the response of the device. A relay is then used to check the relationship:
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Here the forwards <B> - </B> direction (flow of power into the line) has a positive sign, the backward direction (flow of power at the measuring point out of the line) has a negative sign for reactive power as well as for active power. As a result, the relay becomes more sensitive with regard to reactive power when active power flows into the path, but less sensitive when active power flows out, as is desired.
The constants <B> <I> Cl, C2 </I> </B> and C. # are matched to the special line properties.
The relay can, for example, be designed as a Ferraris relay or a dynamometric relay by coupling two Yerraris discs or two dynamometers, one of which is excited by the reactive power, the other by the active power, and both try to close a contact against a spring when the sign of the performance is positive.
If the voltage collapses sharply in the event of a short circuit, for example in the event of an error, these relays, which are only dependent on the reactive power or the reactive and active power, become insensitive. Their sensitivity can be increased by making the size of the reactive power or the reactive and active power at which the relay 9 responds dependent on the size of the voltage.
The tension thus acts in a sense that it is worth responding to. The relays then work on the principle
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whereby the constants <B> Cl, C2 </B> and <B> C3 </B> are again adapted to the line conditions. For example, if C3 <B> = 0, </B> you get a relay that is dependent on the inductive reactive power and that makes contact the sooner, <B> the </B> the lower the voltage.
Exemplary embodiments of the relay mentioned last are shown in FIGS. 2 and 3. In FIG. 2, a Ferrari disk <B> 10 </B> is provided, onto which two drive magnets <B> 11 </B> and 12 and a counterforce, not shown, act.
The drive magnet 11 is excited by the voltage U by a voltage converter, the drive magnet 12 is excited on the one hand by the current J and on the other hand by the voltage TJ so that it is excited in a known manner creates a torque,
tionail is. Which of the reactive power contacts 13 is movable, in fault-free operation, lies against a fixed stop 14. <B> 16 </B> is the fixed contact.
The drive system <B> 11 </B> works <B> in. </B> clockwise direction, the drive system 12 counterclockwise. If a fault occurs in the line, the voltage becomes lower and the reactive power higher, so that the contact <B> 13 </B> comes into contact with the fixed contact <B> 16 </B>.
In Fig. 3, a fixed magnet system 20 is provided, which is excited by the coil 21. The movable system carries two windings 22 and 23. The winding 22 is fed by the phase current <B> J </B> via the current transformer 24, the winding <B> 23 </B> and the same the coil 21 are excited by the phase voltage U of the line at the measuring point via a 900 circuit <B> 25 </B>. The contact arm <B> 26 </B> is connected to the moving system. <B> 27 </B> is the fixed contact.
The magnetic field generated by the winding 21 produces a torque with the winding 23 which tries to open the contact, while it produces a torque with the winding 22 which tries to make the contact .
In order to sound a device that is not only affected by the voltage and reactive power, but also in accordance with the equilibrium condition CITT2 <B><I>=</I> </B> C2UJ sin <B> 99 <I> + </ I> </B> CJJJ cos <B> 99 </B> is also dependent on the active power, a second Ferrari disk can be coupled with the Ferraxis disk <B> 10 </B> in FIG. 2 on which the active power acts in the sense described above,
and with the movable system in FIG. 3, the movable system of a second dynamometer, the torque of which is dependent on the active power.
In Drelisstron isosystones, it is advisable to use a relay which is fully capable of two-pole short circuits, but is less sensitive to three-pole short circuits in order to prevent it from responding in the event of an overload.
For this purpose, the linked voltage and the phase current can be used, for example, to form the reactive and active power variables mentioned, i.e. for example. the voltage RS with the current S. In the case of two-pole short circuits, full sensitivity is then achieved because the driving voltage and fault current are almost in phase. In the case of three-pole short circuits, on the other hand, the voltage and current have a phase shift of <B> 300 </B> and as a result the relay becomes less sensitive.
In three-phase systems, you will use three such wattmetric relays to detect two-pole short circuits, which are advantageously supplemented by an additional reactive relay, for example phase current and phase voltage, or linked current and linked span voltage is supplied or in which a circuit-related phase shift between current and voltage is at least partially compensated by compensation resistor circuits.
When using such relays, it can be advantageous to provide an additional relay which takes into account the special conditions in the case of three-pole short circuits. When choosing the constants, one can take into account that in the event of faults at great distances, three-pole short circuits have a <B> 15 </B>% higher current than two-pole short circuits. So you can make the relay less sensitive by choosing the constant <B> C </B>, so that it only responds to three-pole short circuits.
In order to achieve a preferred sensitivity to three-pole short circuits, currents and voltages that are in phase in undisturbed operation, i.e. phase current and phase voltage or linked current and linked voltage, are advantageously used to form the power variables acting on the relay, or they are raised in the circuit Conditional phase shift, for example a 3011 shift when using linked voltage and phase current,
by compensating resistor circuits in the current or voltage path of the wattmetric relay or in both <U> on. </U>
Since a three-pole short circuit is always symmetrical, it is sufficient to use a single relay to detect three-pole short circuits. If the arrangement is used, for example, to excite selective protection devices and if one phase is always preferred, for example phase R, the measurement will be carried out in this phase.
The arrangement can be further improved by using other known excitation relays in addition to the wattmetric relays described, for example current excitation relays or excitation relays dependent on the voltage-to-current ratio.
A subdivision can be made in the area of action in the sense that the power-dependent relays primarily for faults at a great distance, the second overcurrent or quotient excitation connected in parallel with them for close short circuits. 4e can be dimensioned.
The devices described can preferably be used as excitation relals for selective protection circuits or as excitation relays for short-circuit continuation units; to the line-the switch is briefly closed and opened again.
The device can also be used, for example, to display the faulty phase or phases in the event of short-circuit-type faults, i.e. in the event of phase short circuits or short circuits to earth.