DE409124C - Netzschutzrelais mit Zeiteinstellung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 2. MÄRZ 1925

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE

(M 7<$go6 VIU\2ic^z)

Dr. Paul Meyer A. G. in Berlin.

Netzschutzrelais mit Zeiteinstellung.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. September 1922 ab.

Es ist bekannt, den Selektivschutz elektrischer Netze dadurch zu bewirken, daß man die Zeiteinstellung der verschiedenen Schalter von der an ihrem Orte herrschenden Betriebsspannung derart abhängig macht, daß sie um so schneller auslösen, je geringer die Spannung ist. Diese Aufgabe läßt sich in der Weise lösen, daß die Verzögerungszeit vom Strom und der Spannung oder nur von der Spannung abhängig ist.

Man hat dies dadurch zu erzielen gesucht, daß man ein Hauptstromrelais und ein Spannungsverlustrelais elektrisch so verbunden hat, daß nur bei gleichzeitigem Ansprechen beider die Auslösung möglich war. Dann muß das Spannungsverlustrelais so eingerichtet sein, daß es bei verhältnismäßig geringem Sinken der Spannung abläuft. Nachdem es abgelaufen ist, ist es aber dann nicht mehr imstande, wieder in den Ruhezustand zurückzukehren, auch wenn die Spannung den vollen Betrag erreicht; deshalb braucht man hierzu unabhängige Stromquellen, welche in den meisten Fällen nicht vorhanden sind.

Man hat die Aufgabe auch so gelöst, daß

man Hauptstrom- und Spannungsrelais mechanisch miteinander verbunden hat, derart, daß das Hauptstromrelais beim Rückgang das Spannungsverlustrelais in seine Ruhelage zurückdrängt. Ein derartiges Relais erfordert sehr starke Hauptstrommagnete, weil das Kerngewicht allein bzw. mit einer zusätzlichen Rückzugskraft in der Lage sein muß, das Spannungsverlustrelais beim Rückgang des Magneten in ίο seinen Ruhezustand zurückzubringen, also der Magnet beim Anziehen diese große Gegenkraft überwinden muß. Die Gegenkraft muß aber um so größer sein, als der Magnet ja unter Umständen schon zurückgehen soll, wenn der Strom von der eingestellten Stromgrenze um 30 Prozent zurückgeht. Dann ist der Kraftüberschuß des Rückzuggewichtes verhältnismäßig gering, und dieser Überschuß muß noch ausreichen, um das Spannungsverlustrelais in die Ruhelage zurückzudrängen. Da nun das Spannungsverlustrelais selbst im allgemeinen einen Kraftspeicher besitzt, welcher durch die Spannung gebremst wird, so muß das Hauptstromrelais bei geringem Überschuß seiner Rückzugskraft über die magnetische Kraft diesen Kraftspeicher auffüllen, wird also sehr groß.

Die Erfindung beseitigt nun die Schwierigkeiten dadurch, daß der Hauptstrommagnet bei seiner Anzugbewegung, bei welcher er also im allgemeinen verhältnismäßig großen Überschuß an Kraft besitzt, den Kraftspeicher des Spannungsverlustrelais nicht nur aufzieht, sondern auch zur Entladung freigibt. Das Spannungsverlustrelais kehrt also in seine Ruhestellung, die gleichzeitig die wirksame Stellung ist, durch seinen Kraftspeicher zurück, und der zurückgehende Anker des Hauptstromrelais hat dabei keine mechanische Arbeit zu leisten. Diese Anordnung wird dadurch erreicht, daß man den Kraftspeicher des Spannungsverlust-. relais mit dem Anker des Hauptstromrelais durch eine Kupplung verbindet, welche sich am Ende der Hubbewegung des Hauptstromrelais auslöst.

In der Abb. 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Hauptstrommagnet H zieht seinen Anker A bei Überschreitung der eingestellten Stromstärke an und hebt damit gleichzeitig das Gewicht G des Spannungsverlustrelais. Letzteres besteht aus einer von dem beweglichen Gewicht G mittels passender Übersetzungen und zweckmäßig eines einseitigen Gesperres E mitgenommenen Bremsscheibe B, die sich im Felde eines von der Spannung abhängigen Magneten S bewegt, also um so stärker gebremst wird, je höher die Spannung ist. Beim Ansprechen des Hauptstrommagneten wird der Anker hochgezogen. Er nimmt mittels der »Klinke K das Gewicht G mit. Am Ende der Bewegung wird die Klinke ausgelöst, und das Gewicht G fällt unter entsprechender Bremsung langsam herunter.

Die dargestellte Anordnung ist für Stromwandleranordnung gedacht. Die Auslösespule wird durch einen Stromwandler gespeist und ist durch die beiden Kontakte C¹ und C² kurzgeschlossen. In der Ruhestellung, wenn also keine Überlastung und kein Fehler vorhanden ist, ist zwar der untere Kontakt C² durch das Gewicht G geöffnet, aber der obere Kontakt C¹ . geschlossen, demnach die Auslösespule über-. brückt und unwirksam.

Beim Eintritt der Überlastung hebt sich das Gewicht G, und der untere Kontakt C² schließt sich. Am Ende der Hubbewegung öffnet der Kern des Hauptstromrelais H den oberen Kontakt C¹. Dies hat aber keine Wirkung, weil die Auslösespule noch durch den Kontakt C² kurzgeschlossen ist.

Kurz vor dem oberen Ende des Hubes löst sich die Klinke; das Gewicht G sinkt unter entsprechender Bremsung zurück, und wenn die Überlastung hinreichend lange andauert, öffnet sich auch der Kontakt C², so daß nunmehr der Kurzschluß der Auslösesptrlerüür den ; Ölschalter unterbrochen ist und letztere arbeiten kann.

Wenn dagegen während der Abwärtsbewegung des Gewichtes G die Überlastung aufhört, so sinkt der Magnetkern des Hauptstrommagneten A herunter und kuppelt sich mit dem Gewicht G durch die Klinke K wieder ein. Beim Heruntersinken des Magnetkerns wird aber der obere Schalter C¹ geschlossen, so daß die Auslösung wieder unmöglich gemacht wird. Der Magnet wird bei der Hubbewegung durch eine gewisse Stromstärke, welche gerade die eingestellte Grenze erreichen kann, gehoben. Er soll wieder loslassen, wenn die Stromstärke um einen geringen Betrag, etwa 30 Prozent, sinkt. Da aber bei dem Auskuppeln des Gewichtes G die Rückzugskraft wesentlich verringert wird, so würde ein erheblich stärkeres Absinken des Stromes notwendig sein, damit der Kern zurückgeht. Diese Schwierigkeit läßt sich in an sich bekannter Weise durch eine Hilfsschaltung beseitigen, die z. B. in der oberen Stellung des Kernes betätigt wird, etwa in der Weise, daß eine am Magneten ange- no brachte Hilfswicklung kurzgeschlossen wird, oder daß durch einen in der oberen Stellung betätigten Hilfsschalter die magnetische Wirkung der Hauptstromspule selbst, z. B. durch Umschalten oder durch Einschalten von Nebenschlußwiderständen, geschwächt wird.

In den Abb. 2 und 3 ist eine derartige Anordnung dargestellt, wobei die Kontakte C¹ und C² fortgelassen wurden.

Abb. 2 zeigt die Anordnung im Ruhezustand bei normaler Belastung,
Abb. 3 in dem Augenblick, wo nach dem

Ansprechen bei einer Überlastung die Klinke sich gelöst hat und das Gewicht frei wird.

Mit H ist wieder die Hauptstromwicklung, mit A der Anker, mit G das Gewicht, mit B die Bremsscheibe, mit 5 der Spannungsmagnet und mit K die zur Mitnahme des Gewichtes vom Anker aus dienende Klinke bezeichnet. „Y¹ ist der Anschlag, welcher die Bewegung des Gewichtes nach unten begrenzt, X² derjenige, welcher die Umsteuerung der Klinke in der oberen Stellung des Magnetankers A bewirkt.

Das Wesentliche, was in diesen Abbildungen zu der ursprünglichen Anordnung zugesetzt ist, ist der Umschalter U, welcher von der Klinke K gesteuert wird.

In der Stellung Abb. 2 steht der Umschalter U derart, daß der Hauptstrom die ganze Wicklung durchfließt, so daß die Erregung sehr stark ist.

Wenn nach Abb. 3 der Anker A in seiner höchsten Stellung angelangt ist, hat sich die Klinke K entgegen einer Hilfsfeder F durch Berührung mit dem Anschlag X² im Sinne des Uhrzeigers gedreht, und die untere Nase des Leerlaufhebels L hat den Umschalter U nach unten umgelegt, so daß nunmehr nur der obere Teil der Hauptstromwicklung vom Hauptstrom durchflossen, der untere Teil dagegen in sich kurzgeschlossen ist. Beide Maßnahmen bedeuten eine Verringerung der auf den Anker bei gegebenem Strom einwirkenden Kraft, mithin eine Erhöhung seiner Empfindlichkeit. ■ Die in Abb. 2 gezeichnete Stellung ergibt sich dann wieder, wenn die obere Nase des Leerlaufhebels L den rückwärtigen Anschlag des Umschalters trifft, d. h. wenn der Kern A in seiner unteren Stellung angelangt ist und sich mittels der Klinke K wieder mit dem Gewicht G eingekuppelt hat. Wenn vor Beendigung der Sinkbewegung des Gewichtes G der Strom zurückgeht, so fällt der Anker schon früher herab und kuppelt sich vor der unteren Stellung mit dem Gewicht G, trotzdem der Umschalter U noch nicht umgeschaltet, also die Erregung des Hauptstrommagneten immer noch geschwächt ist; infolgedessen wird der nunmehr stark belastete Anker mit größerer Kraft nach unten gezogen, bis das Gewicht G in seiner unteren Lage angelangt und gleichzeitig durch die obere Nase des Leerlaufhebels L der Umschalter U umgesteuert ist. Dann ist wieder die alte Empfindlichkeit des Magneten für das Anziehen hergestellt, so daß der Apparat wieder, wie in Abb. 2 dargestellt, arbeiten kann.

Das gezeichnete Ausführungsbeispiel zeigt eine magnetische Betätigung für das Hauptstromrelais und eine Wirbelstrombremse für den Spannungsverlustteil. Es kann an deren Stelle irgendeine bekannte Anordnung für den gleichen Zweck treten. An Stelle des Magneten für den Hauptstrom kann z. B. ein thermisches oder Drehfeldsystem verwendet werden. Die Bremsung des Kraftspeichers für den Spannungsverlustteil kann durch Luftpumpen, Viskositätsbremsen, überlaufende Kugeln usw. bewirkt werden, wenn nur der Betrag der Bremsung in der Geschwindigkeit dabei von den jeweiligen Werten der Spannung abhängig gemacht wird. Das Hauptstromrelais kann auch noch mit einer beliebigen Verzögerung, abhängiger, halbabhängiger oder unabhängiger Art, mit oder ohne Kurzschlußauslösung, versehen sein.

Als Kraftspeicher für die Betätigung des Spannungsverlustteils ist ein Gewicht gezeichnet; an dessen Stelle können andere Kraftspeicher, also Federn, Luftdruck, Kolben und ähnliche Organe, treten.

In der beschriebenen oder einer dieser ahnliehen Anordnung ist die Hilfsschaltung zur Erhöhung der Empfindlichkeit beim Rückgang des Hauptstromteils von der Stellung des Hauptstromankers abhängig gemacht, in der Art, daß die Hilfsschaltung in der höchsten Stellung des Hauptstromankers eingeleitet wird und entweder sofort beim Rückgang des Hauptstromankers oder nach einem gewissen Rückgangswege sich wieder aufhebt. Es wird in vielen Fällen zweckmäßiger sein, diese Hilfsschaltung nicht von der Stellung des Ankers, sondern von der Kupplung abhängig zu machen, etwa in der Art, daß die Hilfsschaltung nur dann wirksam ist, wenn die Klinke ausgekuppelt ist, daß sie also sich einschaltet, wenn am oberen Ende des Hubes die Kupplung sich löst, und daß sie sich ausschaltet, wenn dei Hauptstromanker beim Heruntergehen sich wieder mit dem Gewicht zusammenkuppelt. Man kann zu diesem Zweck z. B. an den beiden Flächen der Kupplung Kontakte anbringen oder die Verdrehung der Kupplungsklinke zu diesem Zweck benutzen.

Wenn solche Netzschutzrelais in Stationen verwendet werden, in welchen mehrere Schalter vorhanden sind, so kann man eine Ersparnis dadurch ei zielen, daß man ein und dasselbe Spannungsglied des bisher beschriebenen Schutzrelais mit mehreren Stromgliedern verbindet. Das Spannungsglied wird z. B. von einer Welle n_o betätigt, auf welche die einzelnen Hauptstrommagnete mittels Hebels arbeiten, so daß derjenige Hauptstrommagnet, welcher seinen Anker anzieht, eine Drehung der Welle hervorruft, während die anderen Hauptstrommagnete, welche eine Bewegung des Ankers nicht hervorrufen, auch die Bewegung dei Welle für das Spannungsglied nicht hindern. Man kann z. B. in einer Station mit fünf Schaltern sämtliche fünf Hauptstrommagnete der Phase 1 auf eine solche gemeinsame Welle wirken lassen, welche ihrerseits ein zwischen der Phase 1 und dem

Nullpunkt oder zwischen Phase ι und einer anderen Phase eingeschaltetes Spannungsglied antreibt. Ein gleiches System wird für die ' anderen Phasen zu verwenden sein. In diesem · Falle würde also ein Spannungsglied mit fünf Hauptstromgliedern zusammenarbeiten. \

Dabei sind die oberen Kontakte C¹ gemäß Abb. ι bei Stromwandlerauslösung so zu schal- | ten, daß jeder nur die Auslösespule des züge- | ίο hörigen Schalters kurzschließt. Die Kontakte C² müssen bei Stromwandlerauslösung so oft ausgeführt werden, wie Schalter zu bedienen sind, und je ein Schalter C¹ an einem Hauptstromglied ist einem Schalter C² am Spannungsglied parallel zu schalten.

Ist eine unabhängige Hilfsstromquelle, z. B. Gleichstrom, vorhanden, so ist die Reihenschaltung der Hilfsschalter C¹, C² mit Arbeitsstrom anzuwenden. In diesem Falle genügt es, den Kontakt C² einmal zu verwenden. Ein Pol der Batterie wird über diesen Schalter geführt; von dort verzweigt sich die Leitung zu den verschiedenen Schaltern C¹ und geht von dort über die zugehörige Auslösespule für Arbeitsstrom zurück zum anderen Pol der Batterie. Die Hilfsschalter C¹ und C² sind dann so zu schalten, daß sie im Ruhezustand, d."h. unbeeinflußt von irgendwelchen beweg- 1 liehen Teilen des Apparates, offen, im Arbeits- j augenblick geschlossen sind. Der Schalter C¹ j ist also offen, solange der Hauptstrommagnet seinen Anker nicht angezogen hat, und der Schalter C² ist geschlossen, solange das Ge-λνίοΐιΐ des Spannungsteils unten liegt. !

Die Hilfsschaltung, welche die Veränderung der Rückzugskraft ausgleichen soll, kann natürlich auch dazu benutzt werden, die Empfindlichkeit noch weiter zu erhöhen, als durch , die vorher angegebenen Maßnahmen erreichbar ' ist, so daß nach dem Anziehen des Ankers in j der eingestellten Stromstärke nicht ein Rück- ' gang um etwa 30 Prozent, sondern ein solcher um 10 Prozent oder weniger erforderlich ist. j Zum. befriedigenden Arbeiten des Relais muß | die Ablaufzeit des angewendeten Spannungs- i rückgangrelais linear von der Spannung ab- ' hängen, d. h. die Zeiten müssen mit der Span- \ nung annähernd proportional ansteigen. Man ; erreicht diesen Zweck dadurch, daß ein Brems- t system benutzt wild, welches zwei parallel ! geschaltete Kraftfiüsse enthält, die beide durch dieselbe Spannungsspule hervorgerufen werden, und zwar derart, daß der eine Kraftfluß, welcher ', die Triebscheibe durchsetzt und motorisch j wirksam ist, eine erhebliche Sättigung besitzt, j während der andere Kraftfluß im Nebenschluß liegt und ungesättigt ist. Auf diese Weise läßt sich, unter Benutzung der Eigenschaft gesättigter Relais, die Induktion wesentlich langsamer erhöhen, als die Erregung steigt, und unter Verwendung einer sich ändernden Verteilung des erzeugten Kraftflusses auf wirksame und unwirksame Teile eine Bremsung erzielen, welche innerhalb des erforderlichen Bereichs von Null bis zur vollen Spannung die lineare Charakteristik mit hinreichender Genauigkeit ergibt. Man kann dabei auch die beiden Kraftflüsse regulierbar machen, z. B. durch Veränderung der Eisenquerschnitte oder der den Luftspalt begrenzenden Flächen usw., ferner durch Veränderung des in dem unwirksamen magnetischen Nebenschluß enthaltenen Luftspaltes.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Netzschutzrelais mit Zeiteinstellung, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Spannung in seiner Ablaufbewegung beeinflußter Kraftspeicher für die Auslösung des Netzschalters von einem mit oder ohne Verzögerung arbeitenden Hauptstromteil des Relais bei dessen Arbeitsbewegung aufgefüllt und dann zum Ablauf freigegeben wird.

2. Netzschutzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hauptstromteil und dem von der Spannung gebremsten Kraftspeicher eine Kupplung eingebaut ist, welche sich selbsttätig unmittelbar vor dem Ende der Bewegung des go Hauptstromteils löst und bei dessen Zurückgehen wieder einkuppelt.

3. Netzschutzrelais nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kraftspeicher auffüllende Hauptstromteil durch einen am Ende der Hubbewegung oder bei der Öffnung der Kupplung betätigten Kontakt seine Erregung entsprechend der durch die Abkupplung des Kraftspeichers verringerten Rückzugskraft schwächt.

4. Netzschutzrelais nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Spannungssystem mit mehreren, verschiedenen Netzschaltern zugeordneten Hauptstromsystemen zusammenarbeitet.

5. Netzschutzrelais nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Bremse des Spannungsteils ein Spannungsmagnet mit einem stark gesättigten motorischen Kraftfluß und einem wenig gesättigten magnetischen Nebenschluß verwendet wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.