-
Überstromzeitrelais Die üblichen 1`berstromzeitschutzeinrichtungen
verwenden entweder ein besonderes von Gleichstrom erregtes Zeitrelais mit Hemmwerk
oder ein Wech,selstromze,itrelais (-\Iotorrelais),dasvonÜberstromrelais bei ihrem
Ansprechen an Spannung gelegt wird, oder es handelt sich um Einrichtungen, bei denen
Überstrom- und Zeitrelais mechanisch zusammenwirken.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Überstrocnzeitrelais, das hach einem
anderen Prinzip arbeitet und gegenüber den bekannten Relais sehr billig im Auf-.
bau ist und nur sehr geringer Wartung bedarf.
-
Gemäß der Erfindung ist ein Drehspulenrelais vorgesehen, (las über
ein Ventil von erinem Gleichstromruhestrom durchflossen wird. In den Stromkreis
des Relais ist eine gleichgerichtete, von dem Wechselstrom der zu schützenden Anlage
abhängige Spannung eingefügt, welche das Fließen des Ruhestromes bei einem bestimmten
Wert des Wechselstromes unterbindet. Sobald also der Wechselstrom einen solchen
Wert erreicht hat, daß der Ruhestrom verschwindet, fällt das Relais unter dem Einfluß
.der eigenen, Dämpfung verzögert ab. Durch Anwendung starker Dauermagnete und entsprechenden
Aufbau des Relais ist es möglich, eine Verzögerungszeit von vielen Sekunden zu erreichen.
Man kann den Ruhestrom von einer konstanten Spannung erzeugen lassen. Man kann aber
auch hierzu eine Spannung verwenden, die ebenfalls von dem zu überwachenden Wechselstrom
abhängig ist, die sich aber in anderer Weise mit dem Wechselstrom ändert als.die
Spannung, welche dem Fließen des Ruhestromes eine Grenze setzt. Man kann hierzu
beispielsweise das Relais über ein Ventil an zwei Widerstände verschiedener Stromcharakteristik
anschließen und diese Widerstände über je einen Vorschaltwiderstand an eine Gleichspannung
anschließen, die durch Gleichrichtung einer von dem zu überwachenden Wechselstrom
erzeugten Wechselspannung gebildet wird. Man kann
aber auch zwei
konstante Widerstände vorsehen und jeden der beiden Widerstände an eine besondere
Gleichspannung anschließen und diese Spannungen in unterschiedlicher Weise von dem
zu überwachenden Wechselstrom abhängig machen. Um eine schnelle Auslösung bei Überschreiben
eines bestimmten Stromwertes zu erreichen, kann man der Drehspule des Relais bei
Überschreiten dieses Stromwertes einen Strom zuführen., welcher die Spule des Relais
beschleunigt in die Stellung führt, die sie auch im stromlosen Zustand einnehmen
würde. Man kann aber auch hierzu eine zweite Spule auf dem Relais anbringen, oder
man kann auch ein besonderes Hilfsrelais vorsehen, das von der Gleichspannung, die
von dem zu überwachenden Wechselstrom abhängig ist, erregt wird.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
-
Bei der Anordnung nach Fig. i ist mit i ein Drehspiilenrela:is bezeichnet,
.das aus einer Drehspule 2, einem nicht dargestellten Dauermagneten, einer Dämpfungswicklung
3 und einem beweglichen Kontakt 4 besteht. Die .Spule wird von einem Ruhestrom durchflossen,
der von der örtlichen Gleichspannungsquelle über einen Widerstand 9 entnommen wird.
In Reihe mit diesem Widerstand liegt ein Eisen-Wasserstoff-Widerstand io, um die
Spannung an dem Widerstand 9 konstant zu halten. Der Spannungsabfall an dem unteren
Teil des Widerstandes 9 treibt über den Widerstand i i und. ein Ventil 12, z. B.
einen Trockengleichrichter, einen Ruhestrom über das Relais, wodurch der Kontakt
4 sich gegen den feststehenden Kontakt 5 anlegt.
-
Um nun zu erreichen, daß bei einem bestimmten Wert des zu überwachenden
Stromes das Relais abfällt und der bewegliche Kontakt 4 mit dem feststehenden Kontakt
6 in Berührung kommt, ist der Widerstand i i an die Sammelschienen 13 angeschlossen,
an welchen eine Gleichspannung erzeugt wird, die von dem zu überwachenden Strom
abhängig ist. Zu diesem Zweck sind an die Sekundärwicklungen der Strarnwandler 16,
deren Primärwicklungen in der zu überwachenden Leitung liegen, die Primärwicklungen
von Zwischenwandlern 1 7 angeschlossen, deren Sekundärwicklungen über Widerstände
18 geschlossen sind. Die Spannungen an diesen Widerständen werden über Gleichrichteranordnungen
i 9 gleichgerichtet, so daß an den Sammelschienen 13 eine Spannung herrscht, die
von dem höchsten der jeweils in den drei Phasen auftretenden Ströme abhängig ist.
Ein Kondensator 2o dient zur Glättung. Wenn die Gleichspannung an den Sammelschienen
13 am Widerstand i i eine Spannung hervorruft, die gleich ist der Spannung am unteren
Teil des Widerstandes 9, so hört der Ruhestrom über .die Spule 2 des Relais i auf:
Diese @, Spannung versucht, einen Strom in umgekehrter Richtung wie den Ruhestrom
über die Spule 2 zu treiben. Ein solcher Strom kann aber nicht zustande kommen,
weil ihn das Ventil 12 verhindert. Von dem Wert des Wechselstromes an, bei welchem
die Spannung am Widerstand i i gleich der Spannung am unteren ,Teil des Widerstandes
9 ist, und bei größeren Werten des Wechselstrdmes wird also die Spule 2 des Drehspulenrelais
i stromlos und das Relais fällt unter der dämpfenden. Wirkung der Kurzschlußwicklung
3 verzögert ab. Wie bereits erwähnt, kann durch Anwendung starker Dauermagnete und
entsprechende Konstruktion des Relais eine Verzögerung von vielen Sekunden erreicht
werden. Wenn das bewegliche Kontaktstück 4 den feststehenden Kontakt 6 berührt,
wird des Hilfsrelais 21 erregt, das zwei Spulen 22 und 23 besitzt und durch Schließen
seines Kontaktes i9 den Leistungsschalter ausschaltet. Das Hilfsrelais 21 besitzt
einen unterbrechungslos umschaltenden Kontakt 24, durch den nach Ansprerhe.n des
Relais 21 der untere Wicklungsteil 23 unmittelbar an Spannung gelegt wird. Das hät
zur Folge, daß der Kontakt des Drehspulenrelais geschont wird. Um in einfacher Weise
den Wert des Wechselstromes einstellen zu können, bei welchem das Relais sich in
seine Ruhelage zurückbewegt, ist der Widerstand i i nicht unmittelbar, sondern über
den einstellbaren Widerstand 14 an die Sammelschienen 13 angeschlossen.
-
In vielen Fällen ist es erwünscht, daß das Überstromzeitrelais von
einem bestimmten Wert ab, der größer ist als der Strom, bei welchem es die Berührung
zwischen den Kontakten .4 und 5 aufhebt, nicht mehr verzögert abschaltet, sondern
ohne Verzögerung. Um dies zu erreichen, liegt parallel zur Reihenschaltung aus dem
Widerstand i i und dem Ventil 12 ein Widerstand 28 und ein Ventil 29, z. B. ein
Trockengleichrichter, das entgegengesetzte Durchlaßrichtung wie <las Ventil 12
besitzt. Der Widerstand 28 ist über einen einstellbaren Widerstand 30 ebenfalls
an die Gleichstromsammelschienen 13 angeschlossen. Die Bemessung wird nun so getroffen,
daß bei der Stromstärke, bei welcher der Übergang von der verzögerten Auslösung
in die unverzögerte Auslösung gewünscht wird, der Spannungsabfall am Widerstand
28 den Spannungsabfall am unteren Teil des Widerstandes 9 überwitld-et. Nimmt der
Strom weiter zu, dann wird über die Spule 2 des Relais i, das Ventil 29 und den
Widerstand 28 ein Strom fließen, welcher ein Drehmoment entwickelt, das das durch
die-Dämpf ungswicklun.g 3 entstehende Drehmoment zu überwinden sucht. Da die für
die Betätigung der Drehspule 2 erforderliche Energie nur sehr gering ist, kann man
im Stromkreis aus den Widerständen 28 und 30 eine im Verhältnis zu dieser
Energie große Energie unterbringen, so daß schon bei einem nicht zu großen Überschuß
des Wechselstromes über .den Wert, bei welchem der .Stromkreis aus den Widerständen
28 und 30 auf die Drehspule 2 einwirkt, die Auslösezeit auf einen kleinen
Wert herabgesetzt wird.
-
Wenn die Stationsgleichspannung abgeschaltet ist, also kein Ruhestrom
durch das Drehspulenrelais fließt, hat der bewegliche Kontakt 4 die in der Zeichnung
dargestellte Lage; d. h. er steht in der Auslösestellung. Es kann nun vorkommen,
daß beim Zuschalten der Gleichspannung, wenn der Kerntakt 4 sich nicht schnell getllig
vom Kontakt 6
abhebt, ein unbeabsichtigter Auslösebefehl an den
Leistungsschalter gegeben wird. Man kann dies dadurch vermeiden, daß man einen Widerstand
25 in die Zuleitung zu dem Hilfsrelais 21 legt und ferner einen Kondensator 26 parallel
zum Relais vorsieht. Dadurch wird im ersten Augenblick des Zuschaltens die Spannung
am Relais 21 abgesenkt, so d,aß das Relais noch nicht ansprechen kann. Inzwischen
wird sich unter dem Einfluß der Gleichspannung der Kontakt 4 schnell nach oben bewegen,
so daß die durch den Widerstand 25 und den Kondensator 26 hervorgerufene Zeitverzögerung
im Anstieg der Spannung ausreicht, ein fehlerhaftes Auslösen beim Zuschalten der
Gleichspannung zu vermeiden.
-
Die Zeit, welche der bewegliche Kontakt 4 braucht, um beim Unterbrechen
des Ruhestromes vom festen Kontakt 5 zum beweglichen Kontakt 6 zu gelangen, ist
temperaturabhängig infolge der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes der Kurzschlußwicklung.
Man kann diese Temperaturalshängigkeit dadurch kompensieren, daß die Aufhängevorrichtung
der Rückzugfeder 7 durch Anordnung eines Bimetalls in Abhängigkeit von der Temperatur
in geeigneter Weise geändert wird. Zum Beispiel könnte man den Zeiteinstellhebel
8 mit Bimetall versehen. Man kann aber auch, den dem beweglichen Relaiskontakt zur
Verfügung stehenden Drehwinkel in Abhängigkeit von@,der Temperatur ändern, indem
man den beweglichen Kontakt .4 an einem Bimetall 27 befestigt, wie es in
Fig.2 dargestellt ist.
-
Man kann auch, wie in Fig.3 dargestellt, die Dämpfung des Relais durch
einen parallel zur Spule gelegten Trockengleichrichter 3o hervorrufen. Das hat den
Vorteil, daß sich die Widerstände des Kurzschlußkreises infolge der entgegengesetzten
Temperaturkonstanten des Gleichrichters und des Spulenmaterials aufheben können
und ferner, daß die dämpfende Wirkung nur in einer Bewegungsrichtung erfolgt, so
daß ein besonders schnelles Zurückbewegen des Kontaktes 4 vom feststehenden Kontakt
6 zum feststehenden Kontakt 5 möglich ist. Man kann auch noch in Reihe mit demTrockengleichriehter3o
einen verstellbaren Widerstand 31 einfügen, mit dem die Verzögerungszeit des Relais
eingestellt werden kann.
-
Im Ausführungsbeispiel ist noch ein Widerstand 32 parallel zum Ventil
12 geschaltet. Bei Vorhandensein dieses Widerstandes entsteht ein abhängiges überstromzeitrelais,
bei dem sich also mit zunehmendem Strom die Verzögerungszeit verringert.
-
Im Ausführungsbeispiel der Fig. i und auch in den folgenden ist das
Drehspulenrelais nur schematisch dargestellt. Es besteht, wie erwähnt, aus einer
Spule (Rähmchen), die sich im Felde eines feststehenden Magneten drehen kann und
durch eine Direktionskraft (Feder 7) im stromlosem Zustand in die Nullstellung zurückgedreht
wird, in welcher der Kontakt .4 mit dem feststehenden Kontakt 6 in Berührung kommt.
-
Bei der Anordnung nach Fig. i ist eine besondere Gleic.hspannungsquelle
erforderlich, die den Ruhestrom über das Relais erzeugt. Man, kann aber auch ohne
eine solche Gleichspannungsquelle auskommen, indem man auf .das Relais die Differenz
zweier Spannungen zur Einwirkung bringt, die in verschiedener Weise von dem zu überwachenden
Wechselstrom abhängig sind. Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. ¢ der Zeichnung
dargestellt. Soweit die Teile mit denen in Fig. i übereinstimmen, sind die gleichen
Bezugszeichen vorgesehen. Im Rähmchen 2 sind die gleichen Spannungsabfälle am Widerstand»
und am Widerstand des Gleichrichters 40 maßgebend. In Reihe mit dem Widerstand des
Gleichrichters 4o kann noch ein Widerstand 41 geschaltet sein, um die Temperaturabhängigkeit
des Gleichrichters zu kompensieren. Das Kennzeichnende für die Widerstände, also
für den Widerstand 39 und die ,Widerstände 40 und 41 ist, daß der Widerstand 39
eine geradlinige Spannungstromcharakteristik besitzt, während infolge des Gleichrichters
4o der Widerstandswert, bestehend aus den Widerständen 40 und 41; bei zunehmendem,
,durch die Widerstände 40 und 41 fließendem Strom ;abnimmt. Es handelt sich also
um eine stromabhängige Widerstandskombination. Die Widerstände sind nun an die Sammelschienen
13 über Widerstände 42 bzw.43 so angeschlossen, daß die Spannungsabfälle einander
entgegengerichtet sind. Von der Differenz der Spannungsabfälle wird die Drehspule
2 über den Gleichrichter 38 erregt. Bei kleinem Wechselstrom ist derSpannungsabfall
an denWiderstäuden4o und4r größer als am Widerstand' 39. Es kommt also über das
Ventil 38 e.in Ruhestrom durch die Spule 2 des Rähmchens zustande, welcher den Kontakt
4 an den feststehenden Kontakt 5 anlegt. Nimmt nun der Wechselstrom weiter zu, dann
wird infolge der Verkleinerung des Widerstandes 40 bei einem ganz. bestimmten Stromwert
der Fall eintreten, daß der Spannungsabfall an dem Widerstand 39 gleich .dem Spannungsabfall
an den Widerständen 40 und 41 ist. In diesem Augenblick hört der Stromfluß in der
Spule 2 auf und kann infolge des Gleichrichters 38 auch bei größer werdendem Wechselstrom
nicht wieder einsetzen. Das Drehspulenrelais kann also, wie bei Fig. i beschrieben,
unter der dämpfenden Einwirkung. des Stromkreises, gebildet aus der Spule 2, dem
Gleichrichter 30 und dem Widerstand_31, verzögert in seine Ruhelage zurückkehren.
-
In Fig. 5 ist durch die gerade Linie a der Spannungsabfall @am Widerstand
39 und durch die Kurve b der Spannungsabfall an der Wi@d'erstan @dskombinatiOn 40,
41 in Abhängigkeit vom primären Wechselstrom aufgetragen. Man erkennt den Schnittpunkt,
der dem Strom entspricht, bei welchem der Ruhestrom durch das Relais aufhört. Die
Differenz zwischen den Kurven a und b ist ein Maß für den Ruhestrom, der durch die
Spule 2 fließt.
-
Beim Wechselstrom Null kann kein Ruhestrom fließen. Würde daher eine
leer laufende Leitung mit einem derartigen Relais auf einen Kurzschluß
geschaltet,
so würde eine unverzögerte Auslösung die Folge sein, da ohne genügenden zeitlichen
Abstand der Ansprechwert des Relais überschritten wird. Es ist nun vorgesehen, daß
die Gleichspannung, welche die Widerstände 39 bzw. 40 und 41 erregt, beim Auftreten
eines Kurzschlusses in einem Augenblick, in dem primärseitig kein oder kaum ein
Betriebsstrom fließt, mit etwas Verzögerung erscheint. Dies geschieht dadurch, daß
die genannten Widerstände nicht unmittelbar an die Sammelschienen 13 angeschlossen
sind, sondern an einen Kondensator 46, der über einen Widerstand 45 mit den Sammelschienen
13 verbunden ist. Die dadurch bedingte kleine Zeitverzögerung im Erscheinen der
Spannung am Kondensator 46 muß genügen, um den beweglichen Kontakt 4 von dem Gegenkontakt
6 abzuheben und ihn an den Gegenkontakt 5 anzulegen. In diesem Zusammenhang ist
es vorteilhaft, daß der Dämpfungskreis für die Spule 2 den Gleichrichter 3o enthält,
so daß also bei Bewegung des Kontaktes 4 auf den Kontakt 5 zu die dämpfende Wirkung
in Fortfall kommt. Das Hilfsrelais 21 wird ebenfalls von der Spannung der Sammelschienen
13 erregt. Es ist auch hier wiederum ein Widerstand 25 und ein Kondensator 26 vorgesehen,
durch welchen erreicht wird, daß sich die Gleichspannung für die Betätigung dies
Hilfsrelais etwas später einstellt als die Gleichspannung, welche den beweglichen
Kontakt 4 vom feststehenden Kontakt 6 abhebt. Parallel zum Kondensator 46 liegt
ein Widerstand 47, so daß durch den verstellbaren Widerstand 45 der An-sprechwert
des Relais i eingestellt werden kann.
-
Um bei großen Überströmen eine unverzögerte Auslösung herbeizuführen,-
ist im Ausführungsbeispiel eine zweite Drehspule 5o auf dem Relais vorgesehen. Die
Spule 5o ist über einen Gleichrichter 51 an die Reihenschaltung des Widerstandes
52 mit der Widerstandskombination aus dem Gleichrichter 53 und dem Widerstand 54
angeschlossen, wobei der Widerstand 52 über einen Widerstand 55 und die Widerstandskombination
aus den Widerständen 53 und 54 über einen Widerstand 56 an die Gleichspannungssammelschiene
13 so angeschlossen sind; daß der Spannungsabfall am Widerstand 52 entgegengesetzte
Richtung wie der an den Widerständen 53 und 54 hat. Der Gleichrichter 51 besitzt
die entgegengesetzte Durchlaßriohtung wie der Gleichrichter 38. Die Charakteristik
der Widerstände .ist in Fig. 6 dargestellt. Mit a ist die Spannung-Strom-Kennlinie
des Widerstandes 52 und b die der Widerstandskombination aus den Widerständen 53
und 54 bezeichnet. Die Bemessung ist nun .so getroffen, daß ,der Schnittpunkt beider
Kurven weiter rechts als der Schnittpunkt der Kurven. @in Fig. 5 liegt. Das hat
zur Folge, daß erst bei einem verhältnismäßig großen Strom die Spule 50 von
einem Strom durchflossen wird, der bewirkt, daß der Kontakt 4 schnell zum Gegenkontakt
6 hin bewegt wird, so daß also durch Anwendung der Spule 50 eine Schnellauslösung
oberhalb eines bestimmten Stromwertes erreicht wird. Bei der Bemessung der Widerstände
39, 40 und 41 *kommt es darauf an, daß in Fig. 5 vor dem Schnittpunkt eine
möglichst große Spannungsdifferenz vorhanden ist, während es für die Bemessung der
Widerstände 52, 53 und 54 günstig ist, wenn in Fig.6 nach dem Schnittpunkt die Sparnnungsdifferenz
groß ist.
-
In Fig. 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Spule 2 des Relais ist bei dieser Anordnung in gleicher Weise angeschlossen
wie bei der Anordnung nach Fig. 4. Bei der Anordnung nach Fig. 7 wird jedoch der
Kontakt 4 in seiner oberen Stellung durch eine Feder 6o gehalten, wenn kein Wechselstrom
fließt. Diese Feder wird, sobald nur ein kleiner Strom vorhanden ist, hinsichtlich
ihrer Wirkung auf den Kontakt s durch die Magnetspule 6i außer Wirkung gesetzt.
Man erreicht dadurch in einfacher Weise, daß, auch wenn in einer leer laufenden
Leitung ein Kurzschluß auftritt oder diese auf einen Kurzschluß geschaltet wird,
keine Fehlauslösung entstehen kann. Bei der Anordnung nach Fig. 7 sind daher auch
der Kondensator 46, der Widerstand 25 und der Kondensator 26 der Fig. .I in Fortfall
gekommen. Die Anordnung nach Fig. 7 unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig.
4 auch noch dadurch, daß die Schnellauslösung nicht über das Drehspulenrelais erfolgt,
sondern daß das Hilfsrelais 21 unmittelbar beim Irreichen des Schnellauslösungswertes
zum Ansprechen gebracht wird. Hierzu dient eine besondere Wicklung 62 auf dem Hilfsrelais
21, die an die Sammelschiene 13 angeschlossen wird. An Stelle einer Hilfswicklung
62 könnte auch ein besonderes Hilfsrelais treten, das einen Kontakt parallel zum
Kontakt i 19 schließt.
-
In den Ausführungbeispielen der Fig.4 und 7 wirkt auf das Drehspulenrelais
die Differenz zweier Spannungen an Widerständen ein, von denen die eine konstant
ist, während die andere stromabhängig ist. Man kann aber auch zwei konstante Widerstände
vorsehen, wenn man sie mit Spannungen speist, die in verschiedener Weise vom Wechselstrom.
abhängig sind. Ein Aizsführungsbeispiel hierfür zeigt die Fig. B. Die Spule 2 des
Drehspulenrelais ist über einen Gleichrichter 38 an zwei Widerständen
70 und 71 angeschlossen. Der Widerstand 70 wird über einen einstellbaren
Widerstand 72 von <1e71 Gleichrichtern 75, der Widerstand 71 von den Gleichrichtern
74 gespeist. Die Gleichrichter 73 richten die Wechselspannung an den Widerständen
76, die Gleichrichter 74 an den Widerständen 77 gleich. Die Widerstände 76 werden
von Zwischenwandlern 78, die Widerstände 77 von Zwischenwandlern 79 gespeist. Die
Zwischenwandler 78 und 79 haben verschiedene magnetische Charakteristik. Die Zwischenwandler
78 sättigen sich vor den Zwischenwandlern 79.
-
In Fig. 9 ist in Abhängigkeit vom Wechselstrom die an den Gleichrichtern
73 bzw. 74 auftretende Spannung El bzw. EZ aufgetragen. Durch Einstellung der Widerstände
77 kann man die Spannung an den Gleichrichtern 74 verändern, wie
durch
die Kurv E.= in Fig. 9 dargestellt. Wenn sich die beiden Kurven F_1 und E2 'von
links kommend schneiden, wird der Strom in der Spule :2 Null. Es ist zweckmäßig,
die Bemessung der Zwischenwandler 77 so vorzunehmen,, daß oberhalb der Stromstärke,
hei welcher die Schnellauslösung durch die Spule 62 erfolgt, sich der Wandler sättigt.
7.5 und Ho sind wieder Glättungskondeits.itoren.. I)ieWirkungsweise derAnordnung
stimmt ini übrigen mit der der Fig. 7 überein.