Impedanzanspreeh rgan für Distanzrelals. Beim Distanzschutz wird das Reaktanz- organ, welches die Reaktanz der geschützten Strecke misst, allgemein von einem auf Im pedanz reagierenden Ansprechorgan einge schaltet, resp. Ei-ei gegeben.
Beispielsweise seien im Impedanzdiagramm der beiliegenden Fig. 1, in der Ordinatenrichtung die Impedanz- werte Z in Funktion des durchfliessenden Stromes J aufgetragen. 1 ist die Kurve der Betriebsimpedanz für eine konstante Netz spannung;
2 sei die Ansprechkurve des Im pedanzorganes, 3 die Kurzschlussimpedanz der geschützten Leitungsstrecke und 4 das Ge biet der Lichtbogenkurzschlüsse. Das Auf treten eines Fehlers bei einem bestimmten metallischen Kurzschlussstrom J,; ist dadurch charakterisiert, dass der durch das Distanz relais festgestellte Wert der Impedanz vom Betriebswerte ZB.. auf den Kurzschlusswert ZK, heruntergefallen ist.
Handelt es sich nun nicht um einen metallischen Kurzschluss, son dern um einen Lichtbogenkurzschluss,.so wird infolge des eventuell grossen ohmschen Ab falles des Lichtbogens selbst die Impedanz
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auch <SEP> bei <SEP> einem <SEP> Fehler <SEP> über <SEP> & @ <SEP> im <SEP> schraf fierten <SEP> Gebiet <SEP> liegen. <SEP> Damit <SEP> das <SEP> Distanzrelais
<tb> bei <SEP> Lichtbogenkurzschlüssen <SEP> auch <SEP> anspricht,
<tb> muss <SEP> die <SEP> Ansprechkurve <SEP> des <SEP> Impedanzorganes
<tb> über <SEP> dem <SEP> schraffierten <SEP> Gebiet <SEP> liegen.
<SEP> Es <SEP> wird
<tb> also <SEP> nicht <SEP> zweckmässig <SEP> sein, <SEP> die <SEP> Ansprech kurve <SEP> als <SEP> Gerade <SEP> parallel <SEP> und <SEP> etwas <SEP> ober halb <SEP> der <SEP> Kurzschlussimpedanz <SEP> zu <SEP> legen. <SEP> Es
<tb> hat <SEP> sich <SEP> nun <SEP> als <SEP> vorteilhaft <SEP> erwiesen, <SEP> diese
<tb> Ansprechkurve <SEP> als <SEP> gleichseitige <SEP> Hyperbel
<tb> auszubilden, <SEP> deren <SEP> Axen <SEP> mit <SEP> den <SEP> Axen <SEP> der
<tb> Betriebsimpedanzkurve, <SEP> d. <SEP> h. <SEP> mit <SEP> den <SEP> Koor dinatenaxen, <SEP> zusammenfallen.
<tb> Hat <SEP> nun <SEP> das <SEP> zu <SEP> schützende <SEP> Leitungsnetz
<tb> eine <SEP> grosse <SEP> Kurzschlussleistung, <SEP> bezw.
<SEP> ist <SEP> die
<tb> kilometrische <SEP> Impedanz <SEP> oder <SEP> die <SEP> Länge <SEP> der
<tb> betreffenden <SEP> Strecke <SEP> gross, <SEP> so <SEP> kann <SEP> es <SEP> vor kommen, <SEP> dass, <SEP> wie <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 2 <SEP> dargestellt <SEP> ist,
<tb> die <SEP> Kurzschlussimpedanzgerade <SEP> 3 <SEP> die <SEP> Betriebs impedanzkurve <SEP> schneidet. <SEP> Der <SEP> Übergang <SEP> von
<tb> der <SEP> Betriebsimpedanz <SEP> auf <SEP> die <SEP> Kurzschlussim pedanä <SEP> erfolgt <SEP> beim <SEP> Strom <SEP> J. <SEP> nicht <SEP> mehr
<tb> sprungweise, <SEP> sondern <SEP> stetig.
<SEP> Das <SEP> Distanzrelais
<tb> wird <SEP> aber <SEP> trotz <SEP> dem <SEP> Vorhandensein <SEP> eines Fehlers nicht mehr arbeiten, da sein Impe- danzansprechorgan gar nicht anspricht, weil dessen Ansprechkurve 2 unterhalb des Wertes von Z$", liegt. In derartigen Fällen würde ein Verlauf der Ansprechkurve des Impedanz- organes nach einer geraden horizontalen Li nie, die sich, wie eingangs gezeigt wurde, infolge-des Lichtbogenwiderstandes bei klei neren und bei mittleren Strömen nicht emp fiehlt, von Vorteil sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Im pedanzansprechorgan, dessen Ansprechcharak- teristik (Impedanz in Funktion des Stromes) für einen bestimmten Strombereich einer sich an die Betriebsimpedanzkurve anschmiegenden Hyperbel folgt, während sie bei Überschreiten eines bestimmten Stromwertes in eine zur Abszissenaxe parallele Gerade übergeht. Die Ansprechkurve verläuft als Hyperbel bis zum Punkte B (Fig. 4) nahe oberhalb der Kurz schlussimpedanzgerade, wo sie in eine zur letzteren parallele Gerade übergeht.
Das Im pedanzansprechorgan wird also stets anspre chen, bevor die Betriebsimpedanzkurve sich mit der Kurzschlussgeraden schneidet.
In Fig. 3a ist eine der möglichen Ausfüh rungen des Impedanzansprechorganes mit rein hyperbolischem Verlauf der Charakteristik beispielsweise dargestellt. An einem Wage balken 41, der um den Punkt 42 drehbar ist, greift rechts eine Spannungsspule 43 direkt und links eine Stromspule 44 über eine Feder 45 an, die nur bis zurn Anschlag 46 gespannt werden kann.
Solange der Anschlag 46 nicht berührt wird, verhält sich das Steuerorgan wie ein gewöhnlichesImpedanz-Balance-Relais mit konstanter Ansprechimpedanz. Bei einem gewissen Grenzstrom J (Punkt G, Fig. 3b) ist die Feder bis zum Anschlag gespannt. Von diesem Augenblick an wirkt nur noch die Spannung der Feder 45 dem Zug der Span nungsspule 43 entgegen, während die weitere Zunahme des Stromes in der Spule 44 keinen Einfluss auf den Wagebalken 41 ausüben kann. Das von der Feder 45 ausgeübte Drehmoment sei Di (konstant).
Das von der Spannungs spule 43 ausgeübte Drehmoment sei D. Letzteres ist eine bestimmte Funktion der Spannung E, zum Beispiel D2 <I>= p .</I> E1, wo p eine Konstante bedeutet.
Das Steuerorgan spricht an, wenn Di --- D2 <I>-</I> p # E2. Nun ist <I>E =</I> ZJ. Setzt man diesen Wert für E ein, so folgt die Beziehung: D, <I>=</I> p (Z1)1 und hieraus:
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; wo = kon- stant ist.
Die Impedanz
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Z wird somit in Funktion von J durch eine Hyperbel darge stellt, wie in Fig. 3b gezeichnet. An Stelle der Feder 45 kann auch ein Gewicht als mechanisches Gegendrehmoment verwendet werden.
Eine zweite Möglichkeit, diesen Verlauf der Ansprechkurve zu erhalten, besteht in der Anwendung verschiedener Mittel, wie Sätti gung und Shunten der magnetischen Kreise, elektrische Shuntung, spannungsabhängige Vorschaltwiderstände, derart, dass das Dreh moment der Stromspule bei höheren Strömen abnimmt, während das Drehmoment der Span nungsspule bei höheren Spannungen zunimmt. Die so erhaltenen Ansprechkurven gehen beim Grenzstrom nicht in eine ausgesprochene Gerade über, sondern biegen etwas rascher ab gegen den Ursprung zu (vergl. Schweizer Patent Nr. 128132).
Um den begrenzt hyperbolischen Verlauf der Kurve 2 in Fig. 4 zu erhalten, mass das Relais zum Beispiel nach Fig. 5 ergänzt wer den. Die Feder 45 zwischen dem Strommag neten 44 und dem Wagebalken 41 wird bei behalten. Ausserdem ist eine Lasche 47 am Hebel angehängt. Diese Lasche besitzt unten einen Schlitz 48, in welchem der Aufhänge punkt 49 des Magnetes 44 geführt ist. So lange die Feder 45 nicht gespannt ist, ver läuft die Ansprechkurve also horizontal, wie der gestrichelte Teil der Kurve 2 vor dem Punkt A. (Fig. 4) angedeutet.
Ist der Strom J so gross, dass die Feder 45 ganz gespannt ist, dann befindet sich der Punkt 49 ganz unten im Schlitz 48, und die Lasche 47 übernimmt nun die Übertragung einer weiteren Zugkraft. Die Feder 45 ist von weiterer Beanspruchung entlastet. Um den hyperbolischen Teil der Kurve 2 (Fig.4) zu erhalten, ist auf dem Anschlag 46 eine rela tiv harte vorgespannte Feder 52 angebracht, auf welche der Magnet 44 über die Scheibe 50, die mit der Zugstange 51 fest verbun den ist, wirkt.
Die Vorspannung der Feder 52 ist so gewählt, dass die Ansprechkurve dem hyperbolischen Verlauf zwischen 9. und <I>B</I> (Fix. 4) folgt. Übersteigt bei<I>B</I> der Strom den Wert, der für die Überwindung der Vor spannung der Feder 52 notwendig ist, so ar beitet das Relais im wesentlichen, wie wenn beide Systeme, das Strom- und das Span nungssystem, starr gekuppelt wären. Die An sprechkurve geht also vom Punkt B an in eine Gerade über.
Derselbe Gedanke des Kraft- oder Dreh inomentvergleiches lässt sich auch mit zwei Systemen verwirklichen, die mit umgekehrtem Drehsinn auf eine gemeinsame Welle wirken.
Den rein hyperbolischen Verlauf der An sprechcharakteristik kann man bekanntlich nicht nur mit einem nach Fig. 5 konstruier ten Relais erhalten. Man kann auch mit der Kombination zweier einfacher Relais auskom men, wie zum Beispiel in Fig. 6 angedeutet wurde. 61 ist ein Minitnalspannungs- und 63 ein Magimalstrommagnet. Bei einer be stimmten Unterschreitung der Betriebsspan nung am Anschlusspunkt. lässt der Magnet 61 den von der Feder 69 gezogenen Anker 62 fallen, während bei Überschreiten des Wertes des kleinsten Kurzschlussstromes der Magnet 63 den Anker 64 entgegen dem Moment des Gewichtes 70 anzieht.
Treten beide Zustände gleichzeitig ein, so ist die gemessene Impe danz kleiner als der Betriebsimpedanz ent spricht.
Die Kontaktstücke 71' und 77 haben die Kontaktfeder 72' und 73' bezw. 72 und 73 überbrückt. Der Stromkreis, der das hier nicht abgebildete Reaktanzorgan des Distanzrelais einschaltet, ist zwischen den Klemmen 65 und 65' geschlossen.
Es werden nun die beiden Anker 62 und 64 mit Hebeln 65 bezw. 66 versehen, die durch eine Lasche 67 mit Schlitzloch 68 verbunden sind. Wenn nun die gemessene Impedanz des Kurzschlusskreises so hoch ist, dass das Produkt Strom und Impedanzspan- nung grösser als der Abfallwert des Magnetes 61 ist, so würde ohne Lasche 67 der Anker 62 angezogen bleiben. Die Kontakte 72 und 73 würden nicht überbrückt, trotzdem der Anker 64 angezogen und die Kontakte 72' und 73' geschlossen hat. Mit dem Vorhanden sein der Lasche 67 und der Feder<B>70f</B> ändert sich die Arbeitsweise grundsätzlich.
Bei klei nen Strömen, d. h. vom kleinsten Ansprech- strom bis zu einem maximalen Kurzschluss- strom, der das Mehrfache des Nennstromes beträgt, wird der Anker 64 entgegen dein Gewichte 70 angezogen, bis der Bolzen 70 b am Anschlag 70a anschlägt. Dann sind die Kontakte 72' und 73' überbrückt. Die Zu schaltung des Reaktanzorganes erfolgt nun ganz nach dem Zustand der Spannung, deren Höhe durch die Zugkraft der Feder 69 über wacht wird. Das Ansprechen der Relaiskom bination der Magnete 61 und 63 in diesem Strombereich erfolgt nach der Hyperbelkurve.
Übersteigt der Strom die oben erwähnte Grenze, so spannt der Anker 64 die Feder <B>70f</B> über den Anschlag 70a, den Bolzen 70b und das Zugstängelchen 70e. Gleichzeitig kommt der Bolzen 66a an das Ende des Schlitzloches 68, so dass der Anker 64 bei seiner Schliessbewegung den Anker 62 ab reisst, trotz Vorhandensein genügender Span nung am Magnet 61. Von diesem Stromwert an folgt die Ansprechcharakteristik einer Geraden, die zur Abszissenaxe parallel läuft; das heisst auch wenn die Impedanz mit zu nehmendem Strom konstant bleibt, wird das Reaktanzorgan des Distanzrelais eingeschaltet.
Fig. 7 zeigt eine andere mögliche Ausfüh rung des Erfindungsgedankens, die sich von der in Fig. 6 dargestellten nur dadurch unterscheidet, dass die zwei Kontaktstellen 71', 72', 73' und 77, 72, 73 zu einer ein zigen vereinigt sind (71, 72). Die federnden Kontaktstücke 71 und 72 kommen direkt auf einander zu liegen. Die Arbeitsweise bleibt im übrigen genau dieselbe.
Da es sich stets nur darum handelt, dass das Impedanzorgan das Reaktanzmessorgan des Distanzrelais frei gibt, könnte auch an Stelle.der Kontaktgabe in bekannter Art und Weise eine direkte mechanische Freigabe. des letzteren Organes erfolgen.
Impedance response organ for distance relals. In the case of distance protection, the reactance organ, which measures the reactance of the protected section, is generally switched on by a response organ that reacts to impedance, or Egg-egg given.
For example, in the impedance diagram of the accompanying FIG. 1, the impedance values Z are plotted in the ordinate direction as a function of the current J flowing through. 1 is the operating impedance curve for a constant line voltage;
2 is the response curve of the Im pedanzorganes, 3 is the short-circuit impedance of the protected line section and 4 is the Ge area of the arc short-circuits. The occurrence of an error at a certain metallic short-circuit current J,; is characterized by the fact that the impedance value determined by the distance relay has dropped from the operating value ZB .. to the short-circuit value ZK.
If it is not a metallic short circuit, but an arc short circuit, then the impedance itself is reduced as a result of the possibly large ohmic drop in the arc
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also <SEP> with <SEP> a <SEP> error <SEP> above <SEP> & @ <SEP> are in the <SEP> hatched <SEP> area <SEP>. <SEP> So <SEP> the <SEP> distance relay
<tb> with <SEP> arc short-circuits <SEP> also responds <SEP>,
<tb> must <SEP> the <SEP> response curve <SEP> of the <SEP> impedance organ
<tb> above <SEP> the <SEP> hatched <SEP> area <SEP>.
<SEP> It will <SEP>
<tb> so <SEP> not <SEP> be appropriate <SEP>, <SEP> the <SEP> response curve <SEP> as <SEP> straight line <SEP> parallel <SEP> and <SEP> a little <SEP> above half <SEP> of <SEP> short circuit impedance <SEP> to <SEP>. <SEP> It
<tb> <SEP> <SEP> has now proven to be <SEP> advantageous <SEP>, <SEP> this one
<tb> Response curve <SEP> as <SEP> equilateral <SEP> hyperbola
<tb> to train <SEP> their <SEP> axes <SEP> with <SEP> the <SEP> axes <SEP> the
<tb> operating impedance curve, <SEP> d. <SEP> h. <SEP> coincide with <SEP> the <SEP> coordinate axes, <SEP>.
<tb> Has <SEP> now <SEP> the <SEP> <SEP> protecting <SEP> line network
<tb> a <SEP> large <SEP> short circuit power, <SEP> resp.
<SEP> is <SEP> the
<tb> kilometric <SEP> impedance <SEP> or <SEP> the <SEP> length <SEP> of the
<tb> relevant <SEP> segment <SEP> large, <SEP> so <SEP> <SEP> it <SEP> can occur, <SEP> that, <SEP> like <SEP> in <SEP> Fig. < SEP> 2 <SEP> is shown <SEP>,
<tb> the <SEP> short-circuit impedance line <SEP> 3 <SEP> intersects the <SEP> operating impedance curve <SEP>. <SEP> The <SEP> transition <SEP> from
<tb> the <SEP> operating impedance <SEP> on <SEP> the <SEP> short circuit in the pedanä <SEP> takes place <SEP> with <SEP> current <SEP> J. <SEP> no more <SEP>
<tb> step by step, <SEP> but <SEP> continuously.
<SEP> The <SEP> distance relay
<tb>, <SEP> but <SEP> will no longer work despite <SEP> the <SEP> presence <SEP> of an error, since its impedance response element does not respond at all because its response curve 2 is below the value of Z $ ", In such cases, a response curve of the impedance organ along a straight horizontal line, which, as was shown at the beginning, is not recommended for smaller and medium currents due to the arc resistance, would be advantageous.
The present invention relates to an Im pedanzansprechorgan whose response characteristic (impedance as a function of the current) for a certain current range follows a hyperbola that conforms to the operating impedance curve, while when a certain current value is exceeded it changes into a straight line parallel to the axis of the abscissa. The response curve runs as a hyperbola up to point B (Fig. 4) close above the short-circuit impedance line, where it merges into a straight line parallel to the latter.
The impedance response element will always respond before the operating impedance curve intersects with the straight line.
In Fig. 3a one of the possible Ausfüh ments of the impedance response organ with a purely hyperbolic course of the characteristic is shown, for example. On a balance beam 41, which can be rotated around point 42, a voltage coil 43 engages directly on the right and a current coil 44 on the left via a spring 45, which can only be tensioned up to the stop 46.
As long as the stop 46 is not touched, the control element behaves like an ordinary impedance balance relay with a constant response impedance. At a certain limit current J (point G, Fig. 3b), the spring is tensioned to the stop. From this moment on, only the tension of the spring 45 acts against the tension of the tension coil 43, while the further increase in the current in the coil 44 cannot exert any influence on the balance beam 41. Let the torque exerted by the spring 45 be Di (constant).
Let the torque exerted by the voltage coil 43 be D. The latter is a specific function of the voltage E, for example D2 <I> = p. </I> E1, where p means a constant.
The control unit responds when Di --- D2 <I> - </I> p # E2. Now <I> E = </I> ZJ. Substituting this value for E, the relation follows: D, <I> = </I> p (Z1) 1 and from this:
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; where = is constant.
The impedance
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Z is thus represented as a function of J by a hyperbola, as shown in Fig. 3b. Instead of the spring 45, a weight can also be used as a mechanical counter-torque.
A second way of obtaining this response curve is to use various means, such as saturation and shunting of the magnetic circuits, electrical shunting, voltage-dependent series resistors, such that the torque of the current coil decreases at higher currents, while the torque of the Voltage coil increases at higher voltages. The response curves obtained in this way do not merge into a pronounced straight line at the limit current, but rather turn a little faster towards the origin (see Swiss patent no. 128132).
In order to obtain the limited hyperbolic course of curve 2 in FIG. 4, the relay measured, for example, according to FIG. 5, who added the. The spring 45 between the Strommag Neten 44 and the balance beam 41 is retained. In addition, a tab 47 is attached to the lever. This tab has a slot 48 at the bottom, in which the suspension point 49 of the magnet 44 is guided. As long as the spring 45 is not stretched, the response curve ver runs horizontally, as indicated by the dashed part of curve 2 before point A. (Fig. 4).
If the current J is so great that the spring 45 is fully tensioned, the point 49 is located at the very bottom in the slot 48, and the tab 47 now takes over the transmission of a further tensile force. The spring 45 is relieved of further stress. In order to obtain the hyperbolic part of curve 2 (FIG. 4), a rela tively hard biased spring 52 is attached to the stop 46, on which the magnet 44 via the disc 50, which is firmly connected to the pull rod 51, acts .
The preload of the spring 52 is selected so that the response curve follows the hyperbolic course between 9 and <I> B </I> (Fix. 4). If at <I> B </I> the current exceeds the value that is necessary to overcome the pre-tension of the spring 52, the relay works essentially as if both systems, the current and the tension system, are rigid would be coupled. The response curve goes from point B to a straight line.
The same idea of comparing force or torque can also be implemented with two systems that act on a common shaft with the opposite direction of rotation.
As is known, the purely hyperbolic course of the response characteristic can not only be obtained with a relay constructed according to FIG. You can also get along with the combination of two simple relays, as was indicated, for example, in FIG. 61 is a minimum voltage magnet and 63 is a magnetic current magnet. If the operating voltage falls below a certain level at the connection point. the magnet 61 lets the armature 62 pulled by the spring 69 fall, while when the value of the smallest short-circuit current is exceeded, the magnet 63 attracts the armature 64 against the moment of the weight 70.
If both states occur at the same time, the measured impedance is less than the operating impedance.
The contact pieces 71 'and 77 have the contact spring 72' and 73 'respectively. 72 and 73 bridged. The circuit that switches on the reactance element of the distance relay, not shown here, is closed between terminals 65 and 65 '.
There are now the two anchors 62 and 64 with levers 65 respectively. 66, which are connected to slotted hole 68 by a tab 67. If the measured impedance of the short circuit is so high that the product of current and impedance voltage is greater than the drop-off value of magnet 61, armature 62 would remain attracted without tab 67. The contacts 72 and 73 would not be bridged although the armature 64 has attracted and the contacts 72 'and 73' closed. With the presence of the tab 67 and the spring <B> 70f </B>, the mode of operation changes fundamentally.
With small currents, i. H. from the smallest response current to a maximum short-circuit current that is a multiple of the nominal current, the armature 64 is attracted against the weight 70 until the bolt 70b strikes the stop 70a. The contacts 72 'and 73' are then bridged. The circuit to the reactance element now takes place entirely according to the state of tension, the level of which is monitored by the tensile force of the spring 69. The response of the relay combination of magnets 61 and 63 in this current range takes place according to the hyperbolic curve.
If the current exceeds the limit mentioned above, the armature 64 tensions the spring 70f via the stop 70a, the bolt 70b and the pull rod 70e. At the same time, the bolt 66a comes to the end of the slotted hole 68, so that the armature 64 tears off the armature 62 during its closing movement, despite the presence of sufficient tension on the magnet 61. From this current value on, the response characteristic follows a straight line that runs parallel to the axis of the abscissa ; This means that even if the impedance remains constant with increasing current, the reactance element of the distance relay is switched on.
Fig. 7 shows another possible Ausfüh tion of the inventive concept, which differs from that shown in Fig. 6 only in that the two contact points 71 ', 72', 73 'and 77, 72, 73 are combined into one ( 71, 72). The resilient contact pieces 71 and 72 come to lie directly on one another. The way of working remains exactly the same.
Since it is always only a matter of the impedance organ releasing the reactance measuring organ of the distance relay, a direct mechanical release could also be used instead of making contact in a known manner. of the latter body.