DE681386C - Overcurrent protection device for electrical networks with strongly fluctuating operating currents - Google Patents

Description

Überstromschutzeinrichtung für elektrische Netze mit stark schwankender Betriebsstromstärke Der Schutz von Netzen mit stark schwankender Betriebsstromstärke bereitet insofern manche Schwierigkeiten, als zu gewissen Zeiten die durch einen Kurzschluß hervorgerufene Fehlerstromstärke kleiner sein kann als zu anderen .Zeiten betriebsmäßige Ströme der gesunden Anlage. Man hat, um zu erreichen, daß eine Schutzeinrichtung auch unter diesen erschwerten Umständen richtig arbeitet, ihre Wirksamkeit von dem Widerstand des Netzes abhängig gemacht. Aber auch diese Lösung beseitigt nicht alle Schwierigkeiten; denn wenn auch das Relais die Schalterauslösung allein in Abhängigkeit von der Fehlerentfernung herbeiführt, so bleibt trotzdem die Schwierigkeit bestehen, daß die Anregevorrichtung des Schutzes bei unempfindlicher Einstellung nicht mit Sicherheit jeden Fehlerfall erfaßt, dagegen bei empfindlicher Einstellung die Schutzeinrichtung unnötigerweise anregt, wenn bei starkem Anwachsen des Betriebsstromes ein erhöhter Spannungsabfall auftritt. Besonders groß sind diese Schwierigkeiten bei Bahnanlagen, bei denen hinzukommt, daß durch die in eine Strecke einfahrenden Züge der Betriebswiderstand eines Abschnittes stark herabgesetzt wird. Man hatte zwar für die Überwachung derartiger Stromkreise bereits Minimalwiderstandsrelais vorgesehen, welche bei langsamer Verminderung der Betriebsimpedanz ihre Ansprechempfindlichkeit ändern, aber durch diese Änderung der Ansprechen zpfindlichkeit wird bei Anlagen mit mehreren Relaisstellen leicht die Selektivität der Schutzeinrichtung gefährdet. Bei langen Bahnleitungen oder ungünstigen Schaltzuständen sind sogar Fälle möglich, bei denen der Betriebswiderstand geringer ist als der Widerstand der kurzgeschlossenen Strecke. Hierbei versagt ein Schutz auf dem Widerstandsprinzip überhaupt. Bei Netzen mit stark schwankender Belastung versagt auch ein auf dem Spannungsabfall aufgebauter Schutz.Overcurrent protection device for electrical networks with strongly fluctuating Operating current The protection of networks with strongly fluctuating operating currents causes some difficulties insofar as at certain times those caused by one Short-circuit caused fault current strength can be smaller than at other times operational currents of the healthy plant. One has to achieve that a protective device even under these difficult circumstances, its effectiveness works properly from that Resistance of the network made dependent. But even this solution does not eliminate all of them Trouble; because even if the relay is dependent on the switch tripping alone from the removal of errors, the difficulty still remains that the starting device of the protection is not with an insensitive setting Safety detects every fault case, but the protective device in the case of a sensitive setting unnecessarily stimulates if, with a strong increase in the operating current, an increased Voltage drop occurs. These difficulties are particularly great in railway systems, in which there is also the fact that the trains entering a route reduce the operating resistance of a section is greatly reduced. One had to monitor such Circuits already provided with minimum resistance relays, which at slow reduction the operational impedance change their sensitivity, but by this change the response sensitivity is easy in systems with several relay points the selectivity of the protective device is endangered. For long railway lines or unfavorable switching states are even possible in which the operating resistance is less than the resistance of the short-circuited section. Here one fails Protection on the principle of resistance at all. For networks with strongly fluctuating load A protection based on the voltage drop also fails.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird erfindungsgemäß außer dem Überstromschutzrelais noch ein Hilfsrelais vorgesehen; dessen Ansprechstromstärke kleiner ist als die des Überstromrelais und welches bei seinem Ansprechen die Ansprechstromstärke des Überstromrelais innerhalb einer bestimmten von der Stromstärke unabhängigen Zeit auf einen vorher bestimmten höheren Wert bringt. Dadurch wird erreicht, daß bei raschem Stromanstieg das Überstromrelais bei einem geringeren Strom anspricht als bei langsamem Anstieg des Stromes. Überstromschützeinrichtungen, die bei raschem Stromanstieg bei einer geringeren Stromstärke ansprechen als bei langsamem Stromanstieg; sind an sich bekannt. Bei diesen bekannten Einrichtungen wird zu diesem Zweck rin Zwischenwandler vorgesehen und das Übersetzungsverhältnis des Zwischenwandlers durch Drehung der Sekundärspule in Abhängigkeit vom Strom geändert, oder es wird ein dreischenkliger Zwischenwandler vorgesehen, bei dem Primär- und Sekundärwicklung auf verschiedenen Schenkeln liegen und der dritte Schenkel einen durch einen Anker veränderlichen Luftspalt besitzt. Bei der erstgenannten Anordnung ist wegen der unvermeidlichen Streuung ein verhältnismäßig großer Stromwandler erforderlich, bei der zweiten Anordnung ist die "Einstellung sehr schwierig, weil die Zugkraft, die auf den beweglichen Anker wirkt, bei der Drehung des Ankers quadratisch ansteigt. Auch sind bei dieser bekannten Anordnung und weiteren bekannten Anordnungen, auf die hier nicht weiter eingegangen zu werden braucht, besondere Einzelteile erforderlich. Bei der Anordnung nach der Erfindung dagegen werden nur normale Teile verwendet, die sich leicht einstellen lassen. Beispielsweise kann das als Zeitrelais ausgebildete Hilfsrelais von einem Stromrelais in Gang gesetzt werden und nach seinem Ablauf dem Überstromschutzrelais einen Nebenschlüß parallel schalten: Einzelheiten der Erfindung werden im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert, jedoch ist die Erfindung keineswegs auf das Ausführungsbeispiel beschränkt.To overcome these difficulties, the invention is except An auxiliary relay is also provided for the overcurrent protection relay; its response current is smaller than that of the overcurrent relay and which is the response current when it is triggered of the overcurrent relay within a certain independent of the current strength Bringing time to a previously determined higher value. It is thereby achieved that in the event of a rapid increase in current, the overcurrent relay responds at a lower current than when the current rises slowly. Overcurrent contactor devices, which at rapid Respond to current increase at a lower current intensity than with a slow current increase; are known per se. In these known devices, rin is used for this purpose Intermediate converter provided and the transmission ratio of the intermediate converter through Rotation of the secondary coil changed depending on the current, or it becomes a three-legged one Intermediate transformer provided with the primary and secondary windings on different ones Legs lie and the third leg a variable by an anchor Owns air gap. The former arrangement is because of the inevitable Scatter, a relatively large current transformer is required in the second arrangement The "adjustment is very difficult because of the tensile force that acts on the moving Armature acts, increases quadratically with the rotation of the armature. Also are at this one known arrangement and other known arrangements, which are not referred to here needs to be received, special items required. In the arrangement according to the invention, however, only normal parts are used that are easy to adjust permit. For example, the auxiliary relay, which is designed as a time relay, can be operated by one Current relay are set in motion and after its expiry the overcurrent protection relay Connect a shunt in parallel: Details of the invention are given below explained using an exemplary embodiment, but the invention is by no means limited to the embodiment.

In dem Ausführungsbeispiel ist eine Leitungsstrecke i dargestellt, die zu einem Netz mit erheblich schwankender Betriebsstrornstärke gehört. In der Leitung i ist ein Schalter 2 vorgesehen, der geöffnet wird, wenn eine Auslösespule: 3 durch in Überstromrelais 4 erregt wird. Das Überstromrelais 4 ist, um ein Zahlenbeispiel zu nennen, beispielsweise auf eine Stromstärke von 5oo Amp. eingestellt. Es ist mit einem Stromrelais 5 in Reihe geschaltet. Beide Relais werden von einem Stromwandler 6 entsprechend der Stärke des Stromes in der Leitung i erregt. Das Stromrelais 5 ist beispielsweise auf eine Stromstärke von 40o Amp. eingestellt und schließt bei seinem Ansprechen einen Kontakt 7, durch welchen ein Zeitrelais 8 eingeschaltet wird. Wenn das Zeitrelais 8 seinen Kontakt 9 schließt, wird dadurch ein zweckmäßig wählbarer Teil einer Drosselspule oder eines Widerstandes io zu der Erregerwicklung des Relais 4 parallel geschaltet. Die Zeitverzögerung des Zeitrelais 8 beträgt beispielswAise o,5 Sekunden. Die übrigen Relais arbeiten unverzögert.In the exemplary embodiment, a line section i is shown, which belongs to a network with considerably fluctuating operating currents. In the A switch 2 is provided for line i, which is opened when a trip coil: 3 is excited by in overcurrent relay 4. The overcurrent relay 4 is, to give a numerical example to be mentioned, for example, set to a current strength of 500 Amp. It is connected in series with a current relay 5. Both relays are powered by a current transformer 6 excited according to the strength of the current in the line i. The current relay 5 is set, for example, to a current of 40o Amp. and closes at its response a contact 7, through which a timing relay 8 is switched on will. When the timing relay 8 closes its contact 9, this is an appropriate one selectable part of a choke coil or a resistor io to the excitation winding of relay 4 connected in parallel. The time delay of the timing relay 8 is for example o, 5 seconds. The other relays work instantaneously.

Wenn der Strom auf der Leitung i nicht die Stärke 40o Amp. besitzt, die zum Ansprechen des Relais 5 notwendig ist, sind sämtliche Relais unerregt. Wenn ein Kurzschluß oder ErdschluB entsteht und infolge-. dessen der Strom auf der Leitung i plötzlich einen Wert von über 5oo Amp. erreicht, spricht das Überstromrelais 4 an und löst sofort mittels der Spule 3 den Schalter 2 aus. Das Relais 5 spricht zwar ebenfalls an und erregt das Zeitrelais 8, jedoch hat dies keine weitere Wirkung.If the current on line i is not 40o Amp., which is necessary to respond to relay 5, all relays are de-energized. if a short circuit or earth fault occurs and as a result. whose the current on the line i suddenly reaches a value of over 500 amps, the overcurrent relay 4 speaks and immediately triggers switch 2 by means of coil 3. The relay 5 speaks although also on and excites the timing relay 8, this has no further effect.

Wenn die Stromstärke der Leitung i betriebsmäßig anwächst; so ist die Geschwindigkeit des Stromanstieges kleiner als im Fehlerfall. Es kann vorkommen, daß die betriebsmäßige Stromstärke höher liegt als 5oo Amp., es soll in diesem Fall aber eine öffnung des Schalters?, unterbleiben. Dies ist dadurch erreicht, däß bei langsamem Anstieg der Stromstärke, sobald der Wert von 40o Amp. erreicht ist, zunächst nur das Relais 5 anspricht, wodurch das Zeitrelais 8 in Lauf gesetzt wird. Nach der Laufzeit des Relais 8, also nach beispielsweise 0,5 Sekunden, schließt das Relais 8 seinen Kontakt 9 und schaltet dadurch den Nebenschlußwiderstand io zur Wicklung des Überstromrelais 4.@ parallel. Dadurch wird die Ansprechstrornstärke des Relais 4 um einen bestimmten Betrag, beispielsweise um 2öo. Amp., erhöht. Wenn die Stromstärke nicht innerhalb von o,5 Sekunden nach Ansprechen des Relais 5 bereits den Wert 5oo Amp. erreicht hatte, wird durch die Einschaltung des Nebenschlußwiderstandes io die Ansprechstromstärke des Relais 4 heraufgesetzt, bevor das Relais 4 angesprochen hat. Es ist dann eine Auslösung des Schalters 2 nur noch möglich, wenn der Anstieg der Stromstärke den oberen Grenzwert von 70o Amp. übersteigen sollte.When the current strength of the line i increases operationally; so the speed of the increase in current is less than in the event of a fault. It can happen that the operational amperage is higher than 500 amps, but in this case the switch? Should not be opened. This is achieved by the fact that, with a slow increase in the current strength, as soon as the value of 40o Amp. Is reached, initially only relay 5 responds, whereby the timing relay 8 is set to run. After the running time of the relay 8, i.e. after 0.5 seconds, for example, the relay 8 closes its contact 9 and thereby switches the shunt resistor io to the winding of the overcurrent relay 4. @ in parallel. This increases the response current strength of the relay 4 by a certain amount, for example by 20. Amp., Increased. If the amperage has not reached 500 amps within 0.5 seconds after relay 5 has responded, switching on the shunt resistor increases the response amperage of relay 4 before relay 4 has responded. It is then only possible to trip switch 2 if the increase in current strength should exceed the upper limit of 70 o amps.

Die Auslösung des Schalters :2 bei dem unteren Grenzwert, z. B. 5oo Amp., ist also davon .abhängig, daß dieser Grenzwert mit einer bestimmten Geschwindigkeit des Stromanstiegs erreicht wird, weil die Stromstärke innerhalb der Laufzeit des Relais 8 von dem Ansprechwert des Relais 5 auf den Ansprechwert des Relais q. angewachsen sein muß. Bei langsamerem Anstieg der Stromstärke kommt nicht der untere Grenzwert der Einstellung des Relais q., sondern der obere Grenzwert der Ansprechstromstärke dieses Relais zur Geltung, weil der Nebenschlußwiderstand ro zur Wicklung des Relais ¢ parallel geschaltet wird. Bei Strömen oberhalb dieses höheren Grenzwertes dagegen erfolgt eine Öffnung des Schalters z unabhängig davon, ob diese Stromstärke in raschem oder in langsamem Anstieg erreicht würde.The triggering of the switch: 2 at the lower limit value, e.g. B. 5oo Amp., Is therefore dependent on the fact that this limit value occurs at a certain speed of the increase in current is achieved because the amperage is within the running time of relay 8 from the response value of relay 5 to the response value of the relay q. must have grown. With a slower increase in the current strength comes not the lower limit value of the setting of the relay q., but the upper limit value the response current of this relay comes into its own because of the shunt resistance ro is connected in parallel to the winding of the relay ¢. With currents above this higher limit value, on the other hand, the switch z is opened regardless of whether this current intensity would be reached in a rapid or in a slow increase.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Zeitrelais 8 von einem unverzögerten Stromrelais 5 gesteuert. An Stelle dieser Schaltung mit zwei Relais kann auch- eine Schaltung mit nur einem Relais verwendet werden, welches bei einer bestimmten Stromstärke anspricht und einen Kontakt mit Verzögerung steuert. Auch kann an. Stelle eines Nebenschlusses zur Spule des Überstromrelais q. eine Abschaltung einiger Windungen dieses Relais oder die Einschaltung von Kompensationswindungen oder einer zusätzlichen Rückzugskraft in diesem Relais angewendet werden, da auch mit solchen Mitteln die Ansprechstromstärke des Relais q: um einen bestimmten Betrag heraufgesetzt werden kann.In the illustrated embodiment, a timing relay 8 is from an instantaneous current relay 5 controlled. Instead of this circuit with two Relay can also be used - a circuit with only one relay, whichever responds at a certain current strength and controls a contact with delay. Also can on. Place of a shunt to the coil of the overcurrent relay q. one Switching off some windings of this relay or switching on compensation windings or an additional retraction force can be applied in this relay, as well with such means the response current of the relay q: by a certain amount can be increased.

Die gemachten Zahlenangaben für die Stromstärke der Relais und für die Zeitverzögerung des Hilfsrelais sollen nur ein Beispiel zur Erläuterung des Grundgedankens sein. Die vorbeschriebene Schaltung läßt sich auch im Zusammenhang mit anderen Schutzschaltungen, z. B. als Anregeglied, verwenden.The figures given for the amperage of the relay and for the time delay of the auxiliary relay is only intended as an example to explain the Be the basic idea. The circuit described above can also be used in connection with other protective circuits, e.g. B. as a stimulus, use.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: r. Überstromschutzeinrichtung für elektrische Netze mit stark schwankender Betriebsstromstärke, welche bei raschem Stromanstieg schon bei einer geringeren Stromstärke anspricht als bei langsamem Stromanstieg, dadurch gekennzeichnet, daß das Überstromschutzrelais normalerweise auf die geringe Stromstärke eingestellt ist und daß diese Ansprechstromstärke durch ein auf noch geringere Stromstärke ansprechendes Hilfsrelais auf einen vorher bestimmten höheren Wert innerhalb einer bestimmten von der Stromstärke unabhängigen Zeit gebracht wird. a. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsrelais ein stromunabhängiges Zeitrelais ist, welches von einem Stromrelais bei einer Stromstärke unterhalb des Ansprechwertes des Überstromrelais in Gang gesetzt wird und nach seinem Ablauf dem Überstromrelais einen Nebenschluß parallel schaltet. 3. Selektivschutzeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung nach Anspruch r oder folgendem als Anregevorrichtung für weitere Selektivrelais dient.PATENT CLAIMS: r. Overcurrent protection device for electrical networks with strongly fluctuating operating currents, which already occur with a rapid increase in current responds at a lower amperage than when the current increases slowly, thereby characterized that the overcurrent protection relay is normally set to the low amperage is set and that this response current strength by an even lower current strength responding auxiliary relay to a previously determined higher value within a a certain time that is independent of the current intensity. a. Establishment according to Claim r, characterized in that the auxiliary relay is a current-independent timing relay is that of a current relay at a current strength below the response value of the overcurrent relay is activated and after its expiry the overcurrent relay connects a shunt in parallel. 3. Selective protection device, characterized in that that a device according to claim r or the following as an excitation device for further Selective relay is used.