DE654379C - Anordnung zur Ausloesung von Schaltvorgaengen - Google Patents

Description

Die bei Störungen in einer Wechselstromanlage auftretenden Betriebserscheinungen besitzen in der Mehrzahl der Fälle einen exponentialen Verlauf, derart, daß ihr Einfluß während der ersten Periode abnimmt und dann bald einem festen Wert zustrebt. Zwischen das Auftreten des Fehlers und die Auslösung von Schaltern, die einen fehlerhaften Netzteil abschalten sollen, schiebt man daher vorteilhaft eine Verzögerungszeit ein, in der die dem Fehlerort zugeführte Leistung auf den Endwert absinken kann. Die durch die Schalter zu unterbrechenden Ströme werden dadurch verringert. Trotzdem wird ein befriedigender Schutz der Apparate der Anlage nicht immer erzielt.

In vielen Fällen wurde es als erwünscht angesehen, die Zeitverzögerung veränderlich zu machen, derart, daß bei starker Belastung die Auslösezeit geringer ist als bei geringer Belastung, jedoch in allen Fällen eine bestimmte Mindestzeit vergeht zwischen dem Auftreten des Fehlers und dem Arbeiten der Schalter. Man benutzte dann z. B. Leistungsrichtungsrelais mit fallender Charakteristik und fester Mindestauslösezeit (begrenzt abhängig).
Relais dieser Art benutzt man häufig für Maschennetzschalter, die Speiseleitungen über Transformatoren an ein Maschennetz anschließen. Ein Fehler in einer Speiseleitung kann sowohl vom Kraftwerk aus als auch vom Maschennetz aus gespeist werden. Die Speiseleitung muß daher an beiden Enden abgeschaltet werden. Die den Maschennetzschaltern zugeordneten Richtungsrelais schalten die Speiseleitung am netzseitigen Ende ab. Als Richtungsrelais benutzt man bei Maschennetzen im allgemeinen Ferrarisrelais, bei denen von der magnetischen Sättigung eines besonderen Transformators die Mindestauslösezeit abhängt. Die Ferrarisscheibe des leistungsabhängigen Relais, das dauernd angeschlossen ist, bewegt sich jedoch bei jeder geringen Leistungsumkehr, die durch unvermeidliche Betriebserscheinungen, wie z. B. Nutzbremsung oder Schaltvorgänge, herbeigeführt wird, nach der Auslösestellung zu. Die Lage der beweglichen Relaisteile liegt daher insbesondere bei geringer Belastung nicht absolut fest. Tritt ein Fehler im Netz ein, wenn die Relaiskontakte einen Teil des Schließungsweges zurückgelegt hatten, so ist die Auslösezeit geringer als bei vorher voll geöffneten Kontakten.

Das Ergebnis dieser Erscheinungen war, daß die belastungsabhängige Zeitverzögerung für die Auslösung nicht oder nicht eindeutig zur Wirksamkeit kam. Bei der üblichen Aus-^ij führung sah man unter diesen Umstand¹' zwei besondere Ferrarisscheiben in jedfer Leistungsrichtungsrelais vor. Die eine Fer-: rarisscheibe sprach hochempfindlich auf die Rückleistung an, ohne für sich allein die ίο Auslösung des Schalters herbeiführen zu können, die andere nur auf den Strom und diente dazu, die Zeitverzögerung mit der Mindestauslösezeit zur Wirkung zu bringen. Die beiden Ferrarisscheiben steuerten getrennte Kontaktsätze, die in Reihe miteinander im Auslösekreis des gesteuerten Maschennetzschalters liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die stromabhängige Ferrarisscheibe zu ersparen. Erfindungsgemäß wird zur Erzielung einer stromabhängigen, begrenzt stromabhängigen oder unabhängigen Auslösezeit ein Stromanregerelais vorgesehen, das die Spannungswicklung des Leistungsrichtungsrelais erst bei einem bestimmten Strom einschaltet, und die magnetische Sättigung des Eisenkreises des Leistungsrichtungsrelais wird entsprechend gewählt.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar in Anwendung bei einem Einphasennetz. Fig. 2 zeigt eine Anwendung der Erfindung für ein Dreiphasennetz.

In Fig. ι werden die zum Maschennetz führenden Leitungen an die Speiseleitung über den Schalter 1 angeschlossen. Im Stromkreis der Auslösespule 3 des Schalters i, die von der Batterie 4 gespeist wird, liegen die Kontakte 5 und 6 des Rückleistungsrelais 7. Die Stromspulen 12 des Rückleistungsrelais liegen an dem Stromwandler 18, und zwar über die Wicklung des Relais 17. Die Spannungswicklung 15 des Rückleistungsrelais ist an die Leitungen 2 über die Kontakte des Relais 17 angeschlossen.

Der Gegenkontakt 6 ist auf einer Scheibe 10 einstellbar befestigt, deren Teilung entsprechend der Auslösezeit des Rückleistungsrelais geeicht ist.

Das Rückleistungsrelais besitzt ferner einen Dämpfungsmagneten o.^a und eine als Gegenkraft dienende Feder 8^a, welche die den Kontakt 5 tragende Ferrarisscheibe 9 im Sinne einer Offenhaltung der Kontakte 5 und 6 zu bewegen sucht.

Der die Spannungswicklung 15 tragende Kern 13 und die die Stromwicklungen tragenden Kerne 12 sind durch die Joche 11 magnetisch verbunden. Bei einem bestimmten Strom in der Leitung 2 spricht das erfindungsgemäß vorgesehene Überstromrelais 17 an und verbindet die Spannungswicklung 15 über seine Kontakte mit den Leitungen 2, SO daß bei ausreichender Rückleistung eine

Auslösung des Schalters 1 erfolgen kann. ^Die Joche 11 des Triebmagneten im Rückvleistungsrelais sind erfindungsgemäß derart dimensioniert, daß durch den verringerten Querschnitt der Joche der in den Kernen 12 und 13 erzeugbare Fluß begrenzt wird. Durch entsprechende Wahl der Amperewindungen bei den Stromwicklungen 14 und bei der Spannungswicklung 15 sowie Einstellung der Feder 8^a kann das Relais 7 mit fester Auslösezeit, mit stromabhängig fallender Auslösezeit und schließlich auch mit stromabhängig fallender Auslösezeit, jedoch fester Mindestauslösezeit, aber begrenzt stromabhängiger Auslösezeit arbeiten.

Es sei beispielsweise angenommen, daß die Stromwicklungen 14 eine verhältnismäßig hohe Windungszahl besitzen, so daß der Triebmagnetkern 11 bereits bei dem Mindeststromwert in der Leitung 2, bei dem das Relais 7 anzusprechen vermag, gesättigt ist. Die Feder 8^a sei ferner so stark, daß ihr Drehmoment etwas kleiner ist als .das von dem gesättigten Kern 11 hervorgerufene Drehmoment. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Ferrarisscheibe 9 bewegt, wird dann für jeden höheren Stromwert unverändert bleiben. Das Relais 7 schließt sich also bei allen Belastungen mit unveränderter Auslösezeit.

Als weiteres Beispiel sei angenommen, daß die Stromwicklungen. 14 eine verhältnismäßig geringe Windungszahl haben, so daß der Kern 11 auch beim Höchstwert des Leitungsstromes nicht gesättigt ist. Es werde ferner eine verhältnismäßig schwache Feder 8 benutzt. Die Geschwindigkeit der Ferrarisscheibe 9 ist dann annähernd proportional der Leistung der Leitung 2; das Relais arbeitet mit stromabhängig fallender Auslösezeit.

Liegt die Windungszahl der Stromwick-Jungen 14 zwischen den beiden eben angeführten Extremfällen und ist die Feder 8 verhältnismäßig schwach, so daß das Einschaltdrehmoment des Relais das Bremsmoment der Feder bereits bei geringen Lei- no stungswerten überschreitet, so ist die Geschwindigkeit der Ferrarisscheibe 9 proportional der Leistung bei den Leistungswerten, bei denen der Magnetkern 11 noch nicht gesättigt ist; bei höheren Leistungswerten ist die Auslösezeit konstant. Das Relais arbeitet also mit stromabhängig fallender Auslösezeit, deren Mindestwert jedoch festliegt (begrenzt stromabhängig).

Die aufgeführten Einstellmöglichkeiten des Rückleistungsrelais hängen offenbar davon ab, daß die Spannungswicklung 15 bei niedri-

gen Strömwerten ausgeschaltet. ist, also bei geringem Strom und normaler Spannung nicht bereits infolge des geringen Gegenmomentes der Feder 8 eine Auslösung erfolgen kann. '"-.

In Drehstromnetzen kann man eine besonders einfache Relaisanordnung dadurch erzielen, daß man ein -einphasiges Relais benutzt, dessen Arbeiten jedoch von den Betriebsverhältnissen aller Phasen abhängt. Zur Auslösung des Maschennetzschalters durch das Rückleistungsrelais bei offenem Speiseleitungsschalter kann man die Tatsache benutzen, daß die vom Maschennetz gelieferten Ladeströme der Speiseleitungen nicht gleich sind. Sollte die Ungleichheit der Ladeströme aber nicht genügen, so kann man eine Auslösung des Maschennetzschalters dadurch herbeiführen, daß man durch eine Z.usatzspannung mit negativer Drehfeldkomponente entsprechende Ströme in das Netz einführt, auf die dann ebenso wie in dem ersten Fall ein weiteres stromabhängiges Anregerelais anspricht. Damit dieses Relais in beiden.

?·5 Fällen arbeiten kann, muß es mit Hilfseinrichtungen versehen sein, welche die Ströme mit negativer Drehfeldkomponente aussieben. Aus rein mechanischen Gründen pflegen die in Drehstromnetzen verwendeten Schalter nicht in allen drei Phasen genau gleichzeitig abzuschalten. In der Zeit, die zwischen der Unterbrechung einer Phase und der Unterbrechung der nächsten Phase vergeht, fließt ein starker unsymmetrischer Strom, der eine entsprechend große negative Drehfeldkomponente den Einrichtungen des weiteren Anregerelais zuführen kann. Trotzdem darf eine Auslösung des Maschennetzschalters nicht bei jedem Schaltvorgang im Netz eintreten. Man verhindert diese Fehlauslösung durch eine Zeitverzögerung, die zwischen einem kurzzeitigen Auftreten der negativen Stromdrehfeldkomponente infolge von Schaltvorgängen und der langer auftretenden negativen Drehfeldkomponente infolge unsymmetrischer Fehler und unausgeglichener Ladeströme unterscheidt.

Gemäß Fig. 2 dient zur Speisung der Auslösespule 3 des Schalters 1 wieder ein Rückleistungsrelais 7, das in gleicher Weise wie das Relais der Fig. 1 gebaut ist. Die Einschaltung des Schalters 1 erfolgt durch die Einschaltspule 20 und den Schalter 22. Die zusammengeschalteten Stromwandler i8^aund iS⁶ liegen in je zwei Phasen der Leitungen 2. Die Sekundärwicklungen der Stromwandler 18^α sind gegeneinandergeschaltet und an zwei diagonal gegenüberliegende Punkte eines Schaltvierecks 25 angeschlossen, das als Drehfeldscheider dient. Entsprechend liegen die gegeneinandergeschalteten Sekundärwicklungen der Stromwandler i8⁶ an den beiden anderen diagonal gegenüberliegenden Punkten des Schaltvierecks.

Das Schaltviereck 25 enthält eine Drosselspule 23, einen Ohmschen Widerstand 24, die Wicklung des Überstromrelais ij^a und in der vierten Schaltungsseite die Stromwicklungen 14 des Rückleistungsrelais 7 sowie die Wicklung eines Überstromrelais iy^h.

Zur Herbeiführung der Drehfeldscheidung sind die Konstanten des Schaltvierecks aufeinander abgestimmt. Reaktanz und Widerstand der Wicklung des Relais i/.^a sind gleich der Summe der Reaktanzen und Widerstände der Wicklung des Relais ij^b und der Stromwicklungen 14. Die Vektorensumme der Impedanz der Relaiswicklung 17° plus der Impedanz der Drossel 23 ist gleich der A^ektorensumme der Impedanz der Wicklungen 14 plus der Impedanz des Widerstandes 24. Der Winkel zwischen diesen beiden Impedanzvektoren ist 6o°.

Die bei dem beschriebenen Schaltviereck auftretende Stromverteilung ist in der Literatur behandelt worden, so daß sich ein näheres Eingehen hier erübrigt.

Die Ströme in den die Relaiswicklungen ιγ" und 17⁶ enthaltenden Seiten, des Schaltvierecks sind direkt proportional den symmetrischen Stromdrehfeldkomponenten der Leitungen 2. Bei einer bestimmten Unsymmetrie im Leitungssystem 2 erhält die Relaiswicklung ij^a eine negative Drehfeldkomponente, die Relaiswicklung iy^b eine positive Drehfeldkomponente. Bei Vertauschung zweier Phasen (Änderung des Drehsinnes) erhält die Relaiswicklung ij^a eine positive Drehfei dkomponente und die Relaiswicklung ij^b eine negative Drehfeldkomponente.

Die Spannungswicklung 15 des Relais 7 kann sowohl durch die Kontakte des Relais i7^b als auch durch die parallel liegenden Kontakte des Relais iy^a an Spannung gelegt werden. ■

Zur Lieferung der Spannungsdrehfeldkomponente dient die Hilfsschaltung 26, die einen Ohmschen Widerstand 27 und eine Drossel 28 enthält. Die Drossel 28 besitzt denselben Impedanzwert wie der Widerstand 27. In- no duktivität und Ohmscher Widerstand der Drossel 28 stehen jedoch in einem derartigen Verhältnis zueinander, daß der Strom in der Drossel der an ihr liegenden Spannung um 6o° nacheilt. Zur Speisung der Schaltung 26 sind die beiden Spannungswandler 21 vorgesehen. Bei normalen Spannungsbedingungen in den Leitungen 2 liefert die Schaltung 26 eine positive Spannungsdrehfeldkomponente. Das Schaltviereck 25 liefert der Relaiswicklung 17* eine positive Stromdrehfeldkomponente, ebenso den Stromwicklungen 14 des

Rückleistungsrelais 7. Die Wicklung des Relais 17°'erhält bei auftretenden Unsymmetrien eine negative Stromdrehfeldkomponente. Die Wicklungen des Relais 7 sind so geschaltet, daß die Relaiskontakte 5 und 6 bei Rückleistung der positiven Strom- und Spannungskomponente sich zu schließen suchen.

Es sei nun angenommen, daß bei geschlossenem Schalter 1 die Belastung in der Leitung 2, die durch eine positive Drehfeldkomponente charakterisiert ist, ansteigt. Bei einem bestimmten Stromwert schließt das Überstromrelais ij^b seine Kontakte und schaltet die Spannungswicklung 15 des Relais 7 ein. Bei normaler Richtung des Leistungsflusses erfolgt jedoch keine Auslösung.

Tritt eine Unsymmetrie bei starker Belastung der Leitungen 2 ein, so erhält das Relais iy^a eine negative Stromdrehfeldkomponente und schließt seine Kontakte. Da jedoch die Richtung des Leistungsflusses normal ist, erfolgt auch dann keine Auslösung.

Fällt die Leistung, die in den Leitungen 2 fließt, auf Null, so öffnen die Relais 17" und 17* ihre Kontakte. Tritt nun ein Leistungsrückfluß in der Leitung 2 wieder auf und steigt die negative Stromdrehfeldkomponente oder auch die positive Drehfeldkompo-.· nente auf einen Wert, bei dem sich die Kontakte des Relais 17° oder 17* schließen, so arbeitet das Relais 7 mit fester oder veränderlicher Auslösezeit in gleicher Weise, wie dies für Fig. ι beschrieben wurde.

Ein Leistungsrückfluß in der Leitung 2 kann entweder durch Nutzbremsung einer Maschine, die im Netz liegt, durch eine Synchronisierung im Netz oder aus anderen Gründen auftreten. Tritt der Leistungsrückfluß beispielsweise durch eine Nutzbremsung auf, so ist der Wert des Rückstromes im allgemeinen geringer als der Stromwert, der sich durch einen Speiseleitungsfehler ergibt. Das Relais iy^b kann so eingestellt sein, daß es nur auf Fehlerströme anspricht; statt dessen kann es jedoch auch so empfindlich eingestellt werden, daß es auf einen verhältnismäßig niedrigen Rückstrom, z. B. den Erregerstrom eines Transformators, bereits anspricht. Das Relais 17° kann man so einstellen, daß es bei einem beliebigen Unsymmetriestrom eine Auslösung "bewirkt.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Auslösung von Schaltvorgängen, insbesondere zur Steuerung von Mascnennetzschaltern bei Leistungsrückfluß in die Speiseleitung, mit einem Leistungsrichtungsrelais zur Schaltersteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer stromabhängigen, begrenzt stromabhängigen oder unabhängigen Auslösezeit ein Stromanregerelais, das die Spannungswicklung des Leistungsrichtungsrelais erst nach Erreichung eines bestimmten Stromes in an sich bekannter Weise einschaltet, vorgesehen ist und daß die magnetische Sättigung des Eisenkreises des Leistungsrichtungsrelais entsprechend der Höhe des Ansprechstromes des Anregerelais gewählt ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsrichtungsrelais als Ferrarisrelais ausgebildet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Strom- und Spannungskern verbindende Joch bereits beim Mindestwert des Leitungsstromes, bei dem das Relais anspricht, gesättigt ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Strom- und Spannungskern verbindende Joch auch beim Höchstwert des Leitungsstromes, der für die Auslösung praktisch in Frage kommt, nicht gesättigt ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft des Leistungsrichtungsrelais klein ist im Verhältnis zum Schaltdrehmoment, derart, daß das Relais mit stromunabhängiger konstanter Auslösezeit arbeitet.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft des Leistungsrichtungsrelais klein ist im Verhältnis zum Schaltdrehmoment, derart, daß das Relais mit stromabhängiger Auslösezeit arbeitet.
7. 7. Anordnung nach Anspruch r bis 6 für Drehstromleitungen, gekennzeichnet durch ein einphasiges Leistungsrichtungsrelais, dessen Auslösung mittels Drehfei dscheiders abhängig von der positiven Strom- und Spannungsdrehfeldkomponente erfolgt.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 und 7, gekennzeichnet durch ein an Stromwandlern liegendes Schaltviereck, an dessen die positive und negative Stromdrehfeldkotnponente abgebende Diagonalen je ein Überstromrelais geschaltet ist, wobei die Kontakte der beiden Überstromrelais parallel zueinander im Stromkreis der Spannungswicklung des Leistungsrichtungs- relais liegen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen