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Schutzeinrichtung für elektrische Netze Die Erfindung bezieht sich
auf Rückleistungsrelais, denen einerseits die Aufgabe gestellt ist, eine Auslösung
des Schalters herbeizuführen, `nenn eine Rückleistung genügender Größe auftritt,
und andererseits den geöffneten Schalter selbsttätig wieder zu schließen, sofern
die Voraussetzungen dafür gegeben sind.
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Im besonderen richtet sich die Erfindung darauf, daß die Rückstromempfindlichkeit
der Rückleistungsrelais bei eingeschaltetem Schalter durch eine von einer Phasenerdspannung
erregte Wicklung vermindert wird, welche mit einer zweiten Spule wattmetrisch zusammenwirkt,
die von der entsprechenden Phasenerdspannung erregt wird, sobald die mitläufige
symmetrische Komponente der Netzspannungen eine bestimmte Größe übersteigt. Es kann
zu diesem Zwecke beispielsweise ein Relais vorgesehen werden, das in Abhängigkeit
von der mitläufigen symmetrischen Komponente der Netzspannungen anspricht. Bei geöffnetem
Schalter von der Differentialspannung erregte Relaiswicklungen können ferner, wenn
der Schalter geschlossen ist und die symmetrische Sl.:1nnung im Maschennetz keine
ausreichende Höhe besitzt, in sich geschlossen werden und dann in diesem Fall zur
Erhöhung der Relaisempfindlichkeit beitragen. Zur Durchführung der Erfindung wird
weiterhin beispielsweise ein Spannungsdrehfeldscheider vorgesehen, über welchen
solche Wicklungen des Relais erregt werden, welche ein Zusatzdrehmoment hervorrufen,
das der Auslösebewegung des Relais entgegenwirkt. Die verminderte Rückstromempfindlichkeit
wird zweckmäßig wieder aufgehoben, sobald das Rückleistungsrelais den Einschaltimpuls
gegeben hat. Dies bringt den Vorteil, daß das Relais nicht erst nach vollendeter
Schalterschließung die verminderte Rückstromempfindlichkeit annimmt, so daß das
Relais nicht etwa sofort wieder die Schalterauslösung herbeiführt, d. h. den Schalter
abwechselnd einschaltet und auslöst.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen
beschrieben. Die Erfindung ist aber nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
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In Fig. i ist ein mehrphasiges Energierichtungsrelais i dargestellt.
Dies besitzt zwei Induktionsscheiben z und 3, die auf einer gemeinsamen drehbaren
Welle 4 befestigt sind. Zwei Antriebsmagnete 5 und 6 üben auf die Ferrarisscheibe
3 Drehmomente aus und ein dritter Antriebsmagnet 7 treibt gleichermaßen die Ferrarisscheibe
z. Ein Paar Bremsmagnete 8 wirkt auf die Ferrarisscheibe 2 und
verzögert
die Drehgeschwindigkeit der Welle4. Jeder der Triebmagnete 5, 6 und 7 besitzt eine
Spannungswicklung 9ä, gb und 9" ferner Differenzspannungswicklungen ioQ, iob und
io, und Stromwicklungen IIQ, Iib und ii,.
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Ein Kurzschlußring 12 ist auf jedem Polschuh eines Spannungsmagneten
9, z. B. 9d, angebracht, so- daß die Spannungsflüsse, die durch die Wicklungen 9a,
.9b bzw. 9, hervorgerufen werden, in der Phase nacheilen.
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Die Welle 4 trägt ein Zahnvorgelege 13, welches auf ein bewegliches
Kontaktglied 14 einwirkt. Das bewegliche Kontaktglied 14 wird durch eine Rückzugsfeder
15 normalerweise gegen einen einstellbaren Einschaltkontakt 16 gedrückt, es kann
aber bei entsprechender Drehung der Welle 4 zum Auslösekontakt 17 hin bewegt
werden.
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Jeder der Triebmagnete 5, 6 und 7 besitzt eine überspannungsvorrichtung,
von welcher in Fig. i nur die Einstellschraube i8o erkennbar ist.
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In Fig. 2 ist dieser Einstellmechanismus für den Spannungspol 9d des
Triebmagneten 9 dargestellt. Die Einstellschraube ist, was aus der Darstellung aber
nicht hervorgeht, so angeordnet, daß sich die Spindel 8 verdrehen läßt. Auf der
Spindel sitzt eine Lasche igb eines beispielsweise aus Kupfer hergestellten Blechkörpers,
welcher den Kurzschlußring iga trägt. Dieser Kurzschlußring ig" liegt vor der Stirnfläche
des Magneten 9d und ist innerhalb des Luftspaltes der Magnete parallel zur Ferrarisscheibe
beweglich. Wenn man den Kurzschlußring i9" aus der Mittelstellung des Poles 9d hinaus
verstellt, wird nur ein Teil des Kraftflusses dieses Magneten durch den Kurzschlußring
in der Phase verzögert, infolgedessen ruft der Spannungsmagnet dann für sich allein
ein Drehmoment hervor.
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In Fig. 3 ist ein Teil eines Maschennetzes wiedergegeben mit einer
Schutzeinrichtung nach- der Erfindung. Einer der speisenden Transformatoren ist
durch den Transformator 2o dargestellt. Er liegt zwischen dem Hochspannungsnetz
22 einerseits und dem Netzschalter 23 andererseits. Die Schaltung des Transformators
2o ist für die Erfindung unwesentlich.
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Der Schalter 23 ist mit einer Auslösevorrichtung versehen, welche
ihre Energie beispielsweise aus dem Netz erhält und ferner auch mit einem- Einschaltmotor
oder einer Einschaltspule 23b, welche durch das Kontaktlied 16 des Rückleistungsrelais
gesteuert wird: Die Stromwicklungen iiQ, IIb und ii, des Zückleistungsrelais i sind
an einen Stromx andlersatz 24 angeschlossen und werden -on Phasenströmen erregt.
Die Phasenwicklungen ioQ, iob und io, des Relais i sind über Leitungen 25u, 25b
und 25, einerseits an die Sekundärklemme des Transformators 2o und andererseits
an Anschlüsse 26Q, 26b und 26, gelegt. Die Stromkreise dieser Wicklungen ioQ, lob
und io, teilen sich an den Punkten 26Q, 26b und 26, derart, däß ein Teil über geschlossene
Hilfsköntakte 27 des Schalters 23 und geeignete Widerstandselemente, die beispielsweise
als Phasenlampen 28 dargestellt sind, zu den entsprechenden Phasenleitern 21a, gib
und 2I, verläuft. Der andere Teil dieser Stromkreise verläuft über bei geschlossenem
Leitungsschalter ebenfalls geschlossene Hilfskontakte 29 und einstellbare Widerstände
3o und die Kontakte eines Spannungsrelais 3I zu einem geerdeten Sternpunkt.
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Das Spannungsrelais 31 ist über einen Drehfeldscheider (beispielsweise
nach österr. Patent 13d.928) derart an die Netzleitungen angeschlossen, daß das
Relais nur von der mitläüfigen Komponente der Spannung des Maschennetzes erregt
wird.
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Das Spannungsrelais 3 i ist so eingestellt, daß es seine Kontakte
schließt, wenn die mitläufige Komponente der Netzspannungen einen bestimmten Grenzwert
übersteigt, beispielsweisq den Betrag von 95 °/o der Netzspannung. Das Relais läßt
seinen Anker fallen, wenn die mitläufige Komponente unter den Wert von 85 oder go
°/o der normalen Netzspannung sinkt.
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Die Stromwandler 24 können so geschaffen sein, daß sie infolge Eisensättigung
die Sekundärströme nicht über eine gewisse Grenze ansteigen lassen. Aus dem gleichen
Grunde können die bereits erwähnten Lampen 28 auch Wolframfäden erhalten, welche
einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes besitzen. Durch die
Sättigung der Stromwandler werden die Stromwicklungen IiQ, IIb, und ii, geschützt,
durch die Wolframlampen 28 die Wicklungen ioQ, i ob und io,.
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Die Spannungswicklungen 9Q, 9b und 9, des Relais i liegen an der Spannung
zwischen den Phasenleitern 21, gib und 21, und Erde, d. h. an der Sternspannung
des Netzes. Sicherungen 34 sind in den Leitungen 2I", 24 und ?Ic vorgesehen, um
den Transformator 2o vor Ü'berlastströmen normaler und verkehrter Richtung zu schützen
für den Fall; daß die Spannung so stark absinkt, daß das Richtungsrelais i nicht
mehr zu arbeiten vermag.
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Die drei Gruppen von Strom- und Spannungswicklungen 9Q, IIQ, 9b, IIp
und 9c, IIc werden in solcher Richtung vom Strom durchflossen, daß, wenn
die Leitung ins Netz 21 fließt, das Drehmoment jedes der drei Magnete 5, 6 und 7
(Fig. i) ini Sinne einer
Schließung des Einschaltkontaktes 16 wirkt.
Wenn die Energie aber aus dem Netz zum Transformator 2o fließt, kehrt sich das Drehmoment
jeder der drei .Triebmagnete um, so daß infolgedessen alle im Sinne einer Schließung
des Auslösekontaktes 17 wirken.
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Die Differenzspannungswicklungen ioa, lob und io, sind mit Bezug auf
Richtung des Kraftflusses der Spannungswicklungen 9a, 9b und g, so angeschlossen,
daß, wenn der Schalter 23 geöffnet ist und das Leitungsnetz 21 von anderer Seite
Spannung erhält, in jedem Triebmagnet 5, 6 und 7 ein Drehmoment entsteht in Richtung
einer Schließung des Einschaltkontaktes 16, sofern die Sekundärspannung des Transformators
in richtiger Phasenlage zur Netzspannung ist und die -Netzspannung um ein gewisses
Mindestmaß, beispielsweise um den Bruchteil von einem Volt, übersteigt. Wenn aber
die Transformatorspannung kleiner als die Netzspannung ist, wird der Kontakt
17 geschlossen, auch wenn die Phasenlage der Spannungen des Transformators
2o mit denen des Netzes übereinstimmt.
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Es sei nun angenommen, daß zunächst sowohl die Speiseleitung 22 als
auch das Maschennetz 21 in Fig. 3 spannungslos sind und die verschiedenen beweglichen
Teile in Fig. 3 alle in diesem Zustand dargestellt sind. Wenn zunächst die Speiseleitung
22 Spannung erhält, entsteht auf der Sekundärseite des Transformators 2o eine Spannung,
aber noch kein Strom, weil der Schalter 23 noch offen ist. Es fließt infolgedessen
also auch kein Strom über die Wicklungen i i", I Ib, i i, des Relais i. Die Wicklungen
ioa, iob, io, sind dann in Reihe geschaltet, mit entsprechenden Spannungswicklungen
9a, 9b> 9, und den Vorschaltlampen 28 zwischen je einer entsprechenden Klemme des
Transformators 2o und Erde. Es entsteht also ein Strom in diesen Wicklungen. Die
Ströme in den Spulen ioa, lob und io, und den Spannungswicklungen 9a, 9b, 9, sind
dann identisch. In dem Ferrarisrelais rufen diese beiden Ströme kein Drehmoment
hervor, abgesehen von dem geringen Drehmoment, welches durch die Kurzschlußspule
iga hervorgerufen wird; aber vernachlässigbar ist, solange der magnetische Kraftfluß
des Spannungspoles sehr klein bleibt. Die Feder 15 hält infolgedessen das bewegliche
Kontaktglied 15 auf dem Gegenkontakt 16 fest.
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Wenn eine Verbindung hergestellt ist zwischen dem Netzteil links vom
Schalter 23 und dem von keiner anderen Seite gespeisten Netzteil 2i, besteht ein
Nebenschluß zu den zugehörigen Spannungswicklungen 9a, 9b, 9,. Es entsteht dann
eine Phasenverschiebung zwischen den Flüssen des Stromtriebkernes und des Spannungstriebkernes,
wodurch im Relais i ein Drehmoment ausgelöst wird. Unter dieser Voraussetzung entsteht
ein Drehmoment im Sinne einer Schließung des Einschaltstromkreises (Kontakt 16)
des Leitungsschalters 23. Bei seiner Einschaltung schließt der Schalter 23 die Spannungsspulen
9a, gb und 9c des Relais i an die Phasenleiter des Netzes 2i an und bewirkt ferner,
daß der Drelifeldscheider 32 Spannung bekommt. Wenn die mitläufige symmetrische
Komponente der Netzspannung größer ist als 95 °% der normalen Netzspannung,
spricht das Relais 31
an und schließt die Wicklungen ioa, iob und io, des
Relais i in Reihe mit den Widerständen 3o an die Spannungen zwischen Phasenleiter
und Erde.
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Die Wicklungen ioa, iob und io, erzeugen nun zusammen mit den Spannungswicklungen
9a, 9b und g, Drehmomente solcher Richtung und Größe, daß das Relais die durch Kurve
D beschriebene Eingenschaft annimmt. Durch Einstellung der Widerstände 3o kann man
die Größe dieses Drehmomentes im jeweiligen Anwendungsfall entsprechend einstellen.
Das Relais ist dann unempfindlich eingestellt. Die unempfindliche Einstellung des
Relais läßt einen erheblichen Rückstrom zu, welcher z. B. bei Schaltvorgängen, bei
der Synchronisierung oder Wiedereinschaltung von Generatoren, die am Netz hängen,
bei denen aber eine Schalterauslösung nicht erfolgen soll, entstehen können.
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Wenn in dem Maschennetz 21 eine Störung entsteht, werden alle parallel-
geschalteten Transformatoren Strom zur Fehlerstelle liefern.
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Wenn dagegen ein Fehler im Hochspannungsnetz 22 entsteht, kehrt sich
zwar auch die Energierichtung um, und es brechen ein oder mehrere Phasenspannungen
in erheblichem Ausmaß zusammen. Entsprechend der Verminderung der Spannung nimmt
auch die mitläufige Komponente der Spannung stark ab, und das Spannungsabfallrelais
31 läßt seinen Anker fallen und öffnet dadurch die Pliasenprüfwicklungen ioa, lob
und io, In diesem Zustand wirkt dann das Relais mit seiner vollen Empfindlichkeit
ohne Rückzugskraft. Bei starkem Rückstrom kehrt sich das Drehmoment im Relais i
um, und der bewegliche Kontakt 14 fliegt sofort zum anderen Gegenkontakt 17 hinüber,
wodurch die Ausschaltung des Schalters 23 bewirkt wird.
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Der Leitungsschalter 23 schließt in seiner Offenstellung die Hilfskontakte
27 und schaltet dadurch die Wicklungen ioa, iob und io, des Relais i in Reihe mit
den Vorschaltlanipen 28 an die Hauptkontakte des Schalters 23, welcher dann offen
ist.
Sobald der Fehler auf der Hochspannungsleitung 22 beseitigt
ist und die Speiseleitung also wieder normale Spannung führt, bewirkt Relais i die
Schließung des Schalters 23, sofern die Sekundärspannung des Transformators 2o wenigstens
etwas höher ist als die Spannung des Netzes 21. Das Maß, um wieviel die Sekundärspannung
des Transformators höher sein muß, hängt ab von der Einstellung der Verstellschraube
18. Außerdem hängt die Wiederschließung des Schalters 23 davon ab, daß gleichzeitig
die richtige Phasenlage zwischen der Transformatorspannung und der Netzspannung
besteht. Bei der beschriebenen Anordnung wird das normalerweise unempfindlich eingestellte
Relais automatisch im Falle einer Leitungsstörung (Spannungsunsymmetrie) empfindlich
gemacht. In Einzelfällen dagegen kann es vorteilhafter sein, von vornherein mit
einer empfindlichen Relaisanordnung zu arbeiten, um zu erreichen, daß der Schalter
bereits geöffnet wird, wenn ein Rückstrom von der Größe des Magnetisierungsstromes
des Transformators 2o auftritt. Um ein unter allen Umständen höher empfindliches
Relais zu erhalten, genügt es, die lösbaren Verbindungsmaschen 33 zu öffnen und
die Leiter 25a, 25b und 25, von den Verbindungspunkten 26a, 26b und 26, abzuklemmen
und statt dessen mit den Anschlüssen 27" 27b und 27, zu verbinden. In dieser Schaltung
werden die Wicklungen ioa, ,Ob und io, über die Vorschaltlampen 28
geschlossen, wenn der Leitungsschalter eingeschaltet ist, und das Relais i besitzt
größte Empfindlichkeit.
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Fig. .4 zeigt die Anwendung von drei Spannungsabfallrelais 34,
34 und 31, an Stelle nur eines Relais 31 mit Drehfeldscheider 32 in
Fig.3. Die Spannungsrelais 3ra, 3ib und 31, werden dabei zweckmäßig von den Sternspannungen
des Maschennetzes erregt und so eingestellt, daß sie ihre Kontakte schließen, wenn
diese Spannungen mehr als 95 % der Normalspannung betragen und ihre Kontakte
öffnen, wenn diese Spannungen unter 9o oder 85 % des Normalwertes sinken.
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Fig.5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung als Fig.
3, welches hauptsächlich anzuwenden ist, wenn in V-Schaltung geschaltete Transformatoren
zur Speisung des Maschennetzes dienen. In Fig. 5 besitzt der Transformator 20" V-Schaltung
und geerdete Mittenanzapfung der Einphasenwicklung. Im übrigen stimmt diese Anordnung
mit der Anordnung in Fig.3 überein mit Ausnahme; daß die Relais 31 nicht die Widerstände
30 an Erde legen und daß die Spannungswicklungen 9a, 9b und 9, des Relais i anders
angeschlossen sind. Die Spannungswicklungen sind an Stelle, daß sie in Stern geschaltet
sind, je in einem Stromkreis eingeschaltet, welcher einen Widerstand 35ä bzw. 35b
bzw. 35, besitzt, und sie werden durch Spannungen beeinflußt, die um 9o° gegenüber
den entsprechenden Phasenströmen verschoben sind. Die Widerstände 35a, 35b und 35,
besitzen solche Widerstandswerte, daß die Spannung, die jeder Spannungswicklung
9ä, 9b und 9, aufgedrückt wird, um 6o bis 70° gegenüber der den Stromkreis erregenden
Spannung voreilt.
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Dies ist zweckmäßig; um ein richtiges Verhalten des Relais im Fehlerfall
zu erzielen. Bei Einrichtungen mit in V-geschalteten Transformatoren, wie Fig. 5
zeigt, werden die Lampenstromkreise der Verbraucher im allgemeinen von je zwei verschiedenen
Phasenleitern gespeist, um eine gleichmäßige Verteilung der Last zu erzielen. Die
einphasigen Verbrauchertransformatoren werden auf die Drehstromphasen verteilt und
liegen an den Spannungen der Phasenleiter A und B, B und C bzw. A und C.
Die Stromwandler 24. führen also verkettete Ströme; dazu würde eine Sternschaltung
der Spannungswicklungen des Relais nicht passen.
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Im nachfolgenden werden die Vorgänge beschrieben, die sich bei der
in Fig.6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung abspielen.
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Wenn zunächst das Hochspannungsnetz 22 erregt, das Netz :2 aber spannungslos
und der Schalter 23 offen ist, so wird dann, abgesehen von einem geringen Strom,
der über einen Spannungsdrehfeldscheider i6 fließt, kein Strom durch die Stromwandler
auf der Sekundärseite des Transformators 20 fließen. Die Leitungen dagegen stehen
unter der vollen Spannung, und es wird über die Phasenprüfspulen io, welche mit
den Vorschaltlampen 28 in Reihe liegen, ein Strom fließen. Wenn der Leitungsschalter
23, wie angenommen, offen ist und das Netz 21 spannungslos ist, ist der Strom in
den Phasenprüfwicklungen io in Phasenübereinstimmung mit dem Strom in den zugehörigen
Spannungswicklungen 9. Da das Relais ein Ferrarissystem besitzt, entsteht durch
diese beiden Ströme kein Drehmoment: Sobald aber der Schalter 23 geschlossen, im
übrigen aber das Netz 21 von keiner Seite sonst her gespeist wird, werden die Spulen
9 kurzgeschlossen, so daß auch in 3iesem Fäll kein nennenswertes Drehmoment entstehen
kann.
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Der Stromkreis für die Einschaltspule 23b wird durch ein Hilfsrelais
6 geschlossen, wenn beim Rückleistungsrelais der Gegenkontakt 16 geschlossen wird.
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Das Relais 6 schließt bei seiner Erregung
einerseits
den Erregerstromkreis für die Einschaltspule 236 und anderseits den Erregerkreis
für das Spannungsrelais 31, indem es dieses Relais an den Drelifeldscheider 16 anschließt.
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Wenn das Spannungsrelais 31 seine Kontakte schließt, «-erden dadurch
die Wicklungen io an Spannung gelegt.
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Entsteht dann ein Fehler in der Speiseleitung 2a, so sinkt die nietläufige
symmetrische Spannungskomponente so weit ab, daß das Relais 31 seine Kontakte fallenläßt,
wodurch die Spulen io über die Vorschaltlampen 28 in sich geschlossen werden. In
dieser Schaltung besitzt dann das Relais die erhöhte Empfindlichkeit, so daß es
infolge des auftretenden Rückstromes sofort anspricht und den Kontakt 17 schließt,
der die Auslösung des Schalters 23 bewirkt.
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Eine Anordnung, welche das Pumpen des Rückleistungsrelais verhindert,
zeigt Fig. i. Außer dein Rückleistungsrelais i und dem in einem Spannungsdrehfeldscheider
16 angeschlossenen Spannungsrelais 31 und dem Hilfsschütz 6 enthält die Anordnung
noch ein zusätzliches Differenzspannungsrelais 18 mit einer Spannungswicklung 18",
einem Widerstand 136 und einer Wicklung 18,. Die Spannungsspule 18" liegt in Reihe
mit dem Widerstand 186 an der Sternspannung des Maschennetzes. Die Kontaktglieder
dieses Relais 18 liegen in Reihe mit dem Einschaltkontakt 16 des Rückleistungsrelais
i. Die Wicklungen 18, dieses Relais liegen in Reihe mit einem zugehörigen Widerstand
ig an den Hauptkontakten des Ölschalters 23. Ein Widerstand 4.o liegt an einer mit
Hilfe des Widerstandes ig gebildeten Spannungsteilschaltung, wenn das Relais 3 i
seinen Kontakt schließt und ruft dann ein Zusatzdrehmoment in dein Relais 18 hervor.
Sobald das Spannungsrelais 31 seine Kontakte schließt, d. h. schon während der Einschaltbewegung
des Ölschalters 23, entsteht sowohl in dein Rückleistungsrelais i wie in dein zusätzlichen
Relais iS eine Zusatzkraft im Sinne einer Verbesserung des Kontaktdruckes. Die Auslösung
des Leitungsschalters erfolgt unabhängig vorn Relais 18.
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In einer etwas vereinfachten Anordnung. bei welcher das Relais 6;
der Widerstand 30 und ein Satz Kontakte beine Spannungsrelais 31 in Fortfall kommen,
steuern der Einschaltkontakt des Leistungsrelais i und das Kontaktglied des zusätzlichen
Relais 18 die Einschaltspulen des Ölschalters 23 und gleichzeitig den Spannungsanschluß
für den Drehfeldscheider 16.
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Ferner kann die Erregungsspule des Einschaltschützes 6 in einen Stromkreis
eingeschaltet sein, welcher den Schließkontakt des Rückleistungsrelais enthält,
sowie in Reihe damit den Kontakt eines Phasenprüfrelais. Ein weiteres Hilfsrelais
besitzt außer Kontakten zur Einschaltung der Einschaltspule des Leistungsschalters
auch Kontakte, über welche es für sich selbst einen Haltestromkreis schließt, der
von den Kontakten des Phasenprüfrelais unabhängig ist. Das Relais 6 schaltet einen
Spannungsdrehfeldscheider ein.
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Ein Spannungsrelais, welches Stromverbindungen steuert für das zusätzliche
Drehniöment des Richtungsrelais, ist ebenfalls an den Spannungsdrehfeldscheider
angeschlossen. Dieses Spannungsrelais entspricht dem Relais 31 in Fig. 3.
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Das Phasenprüfrelais enthält Differenzspannungswicklungen und eine
Spannungswicklung mit Vorschaltwiderständen. Im übrigen entspricht es dem Richtungsrelais
in Fig. i und 2.