Distanzschntzeinrichtung. Die Erfindung betrifft Distanzschutzein- richtungen, das heisst Schutzeinrichtungen, die nach einer durch den Widerstand der relilersohleife bestimmten Zeit ihre Kontakte betätigen. Je nach der Grösse des Widerstan des, den der Strom auf seinem Wege zwischen dem Einbauort der Schutzeinrichtung und dem Fehlerort vorfindet, ist demnach die Auslösezeit eine andere.
Bei den Relais der bekannten Schutzeinrichtungen wird diese Auslösecharakteristik dadurch erreicht, dass ein von dem Widerstand abhängiges Glied, sowie ein Zeitablaufglied mechanisch aufein ander einwirken und durch komplizierte He belgestänge die Auslösecharakteristik beein flussen.
Eine viel einfachere Einrichtung, die mit grosser Genauigkeit und hoher Selektivität arbeitet, wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die Kontakte der mechanisch voneinander unabhängigen Widerstands- und zeitabhängigen Relais so verbunden sind, dass je nach der Stellung des widerstands- abhängigen Relais von den Kontakten des Zeitrelais nur diejenigen den Auslösekreis vervollständigen, die nach einer dem Wider stand der Fehlerschleife entsprechenden Zeit geschlossen werden.
In Abb. 1 ist als Anwendungsbeispiel der Erfindung ein Schutzsystem für einen drei- phasigen Netzabschnitt dargestellt. Die drei Leitungen sind mit<B>10,</B> 11 und 12 bezeichnet. Der zu überwachende Streckenabschnitt wird durch einen Schalter 18 begrenzt, der durch eine Auslösespule 14 betätigt wird. Durch den Schalter werden gleichzeitig Hilfs kontakte 16 und 17 geschaltet, welche in den Stromkreis der Spule 14 eingeschaltet sind.
Das zur Überwachung dienende Distanzrelais besteht aus einem Zeitablaufrelais 18, einem Ohmmeter 19 und einem Anregerelais 920, das ebenfalls von der Widerstandscharakte ristik des zu überwachenden Stromkreises abhängig ist.
Das Zeitrelais 18 kann in bekannter Weise ausgeführt werden. Es ist bei dem Ausfüh- rungsbeispiel so ausgebildet, dass es nur einer geringen Wartung bedarf und zu diesem Zwecke mit einer Selbstaufzugsvorrichtung verbunden. Der bewegliche Kontakthebel 21 des Relais ist auf einer Welle 22 befestigt. Die Welle 22. ist mit dem Antriebsmechanis mus verbunden, der aus einer Welle 23, be steht, die durch einen Energiespeicher, wie zum Beispiel eine Feder 24, angetrieben wird. Die Feder 24 ist dabei an ihrem einen Ende mit der Welle 22 verbunden, an ihrem an dern mit einem Hebel 25, der an der Welle 23 befestigt ist.
Die Welle 22 ist weiterhin mit einem Hemmwerk 26 durch eine Klinke 27 und ein Klinkenrad 2'8 verbunden, wel-. ehe eine schnelle Zurückbewegung des Kon takthebels 21 unabhängig von dem Hemm werk gestatten.
Das Klinkenrad 2'8 ist mit der Welle 22 fest verbunden und kommt mit der Klinke 2;7 in Eingriff, welche auf einem Rad 29, das frei beweglich .auf der Welle 22' sitzt, angeordnet ist und mit dem Zahnrad 30 des Hemmwerkes 2:6 verbunden ist.
Um die Feder 24 automatisch aufzuziehen, ist ein Antriebsmechanismus, der aus einem Motor 31 besteht, vorgesehen. Wenn der Motor erregt ist, überwindet er die Feder kraft 32 und bringt über eine Schnecke 33, ein Zahnrad 34 den Hebel 25 in Bewegung in der durch den Pfeil 35 angezeigten Dreh richtung. Wenn auch die Energie rasch in der Feder 24 aufgespeichert wird, so wird sie doch nur langsam infolge des Hemm werkes 26 wieder freigegeben. Bei der Ent spannung der Feder bewegt sich dann der Kontakthebel 21 in der Richtung des Pfeils 36. In der Bahn des Kontaktes 21 sind ein oder mehrere Kontakte 37, 38 auf einer Skala.
39 verschiebbar angeordnet. Wenn der Motor 31 entregt ist, dann wird der Hebel 25 unter dem Einfluss der Feder 32 rasch in eine dem Pfeil entgegengesetzte Richtung gedreht. Bei dieser Bewegung kommt der Hebel 25 mit einem auf der Welle 22, angeordneten Arm 40 in Eingriff. Die dann einsetzende Bewegung wird von dem Hemmwerk 26 nicht beein flusst, so dass der Hebel 25 rasch in seine An fangslage zurückkommt, wobei diese Bewe gung begrenzt ist durch die Windungen der Schnecke 33 und die Masse des mit ihr ver bundenen Elektromagnetes 31.
Das Ohmmeter 19 ist als Ferrarisrelais ausgebildet. Es besitzt eine Scheibe 41, wel che sich in Abhängigkeit von der Wider standscharakteristik, wie zum Beispiel der Impedanz, der Reaktanz oder der Resistanz der Leitungen 10, 11 und 12 oder einer Kom ponente dieser Grössen bewegt. Im allgemei nen wird die Abhängigkeit von der Reaktanz die günstigste Arbeitsweise sichern. Auf die Scheibe wirken zwei Antriebsglieder, 42 und 43, im entgegengesetzten Sinne. Das Dreh moment des einen Gliedes ist abhängig von <I>E .
J .</I> sin 9p <I>. f</I> (,8), das des andern von J2 <I>. f'</I> (ss), wobei E die Netzspannung, J der Strom einer Phase des zu überwachenden Stromkreises sind, während g) der Phasen winkel zwischen beiden bedeutet. Mit ss ist der Drehwinkel der Scheibe bezeichnet.
Die Winkelabhängigkeit der Drehmomente ist durch die verschieden langen Einschnitte in der Ferrarisseheibe bestimmt, die bewirken, dass sich die Wirbelströme in der Ferraris- scheibe verschieden stark ausbilden und eine Kraft hervorrufen, die mit verschieden gro ssem Hebelarm auf das Drehsystem drückt. Da die beiden Drehmomente einander ent gegenwirken, wird die Scheibe 41 eine Stel lung einnehmen, die durch das Gleichgewicht beider Drehmomente bestimmt ist.
Der Dreh winkel ,8 der Scheibe ist gegeben durch die Gleichung
EMI0002.0039
Z und X bedeuten dabei die Impedanz bezw. die Reaktanz der Fehlerschleife. Mit der Scheibe 41 ist ein Kontakthebel 44 verbun den, der mit den Kontakten 45 und 46 in Eingriff kommt, die ihrerseits auf einer nach der Grösse des Widerstandes oder der Entfernung geeichten Skala 47 angeordnet sind.
Das Antriebsglied 42 besitzt eine watt metrische Ausbildung. Es enthält zusammen arbeitende Strom- und Spannungswicklungen 48 und 49, welche von dem Strom einer Phase bezcv. eine Spannung zwischen den Leitern 10 und 11. über einen Stromwandler 50 bezw. einen Spannungswandler 51 erregt werden. Um die erforderliche Phasenverschiebung zwischen den Strömen in den Wicklungen 48 und 49 zu erhalten, sind Kondensatoren 52 vorgesehen. Um das von dem Glied 42 ausgeübte Drehmoment einzustellen, ist ein veränderlicher Widerstand 53 in Serie mit der Spannungswicklung 49 angeordnet.
Das Antriebsglied 43 besitzt eine Strom wicklung 54, welche von dem Strom in der Leitung 10 erregt wird. Das Drehmoment wird durch Anordnung einer Kurzschluss- wicklung erzeugt. Es wirkt in derRichtung des Pfeils 5.5 bei normalen Bedingungen entgegen dem von dem Magnet 42 ausgeübten Dreh moment. Bei normaler Energierichtung wir ken die Drehmomente in den Magnetgliedern 42 und 43 einander entgegen, bei Umkehr der Energierichtung in demselben Sinne.
Bei einem Kurzschluss in der Nähe des Einbauortes soll der Kontakthebel 44 mit dem Kontakt 45 in Eingriff kommen. In die sem Falle ist die kürzeste Auslösezeit er wünscht. Um dies zu erreichen, ist im nor malen Betrieb allein das Stromglied 43 wirk sam, dessen Drehmoment den Kontakthebel 44 mit dem Kontakt 45 in Eingriff zu brin gen sucht. Das Antriebsglied 42 ist unwirk sam gemacht, indem zum Beispiel seine Span nungswicklungen über die Kontakte 56 des Anregerelais 2'0 kurzgeschlossen sind. Statt dessen kann auch der Kondensator 522 und der Widerstand 53 kurz geschlossen werden.
Dadurch wird gleichzeitig erreicht, dass der wirksame Blindwiderstand des Spannungs- spulenkreises normalerweise erhöht ist, so dass der Spannungswandler 51 normalerweise nur wenig beansprucht wird.
Das Anregerelais 20 besteht aus einer Ferrarisscheibe 57, welche ebenfalls in Ab- hängigl-zeit von der Widerstandscharakteristik der Leitungen 10, 11 und 12 anspricht. In den meisten Fällen wird es zweckmässig sein, als Widerstand die Impedanz zu wählen.
Zwei Antriebsglieder 58 und 59 üben in ent- (regengesetztem Sinne Drehmomente auf die Ferrarisscheibe 57 aus, und zwar sind die Drehmomente proportional <I>E .</I> .l <I>.</I> cos (cp -f- <I>a) .
f</I> iss)@ und E' <I>- f'</I> (ss). ss ist dabei der Drehwinkel der Scheibe, der sich ebenso wie beim System 19 in Abhängigkeit von dem Quotienten bei der Grössen einstellt, a ein Winkel, der be stimmt ist durch die gewünschte Arbeitsweise des Relais, ob es von der Phasenverschiebung 9p allein oder noch von einer zusätzlichen Pha senverschiebung a abhängig sein soll. Mit der Scheibe 57 ist ein Kontakthebel 60 ver bunden. Das auf die Scheibe 57 ausgeübte Drehmoment wirkt normalerweise so, dass der Kontakthebel 60 bestrebt ist, mit den Kon takten 61 in Eingriff zu kommen.
Durch eine Feder 6 wird er aber normalerweise an die Kontakte 5G herangedrückt.
Das Antriebselement 59 ist abhängig von der Spannung zwischen den Leitungen 10 und 11, von der die Wicklung 9 erregt ist. Das Drehmoment wirkt im Sinne des Pfeil 62. Das Element 58 besitzt Strom- und Span nungswicklungen 63, 64, welche vom Strom in der Leitung 10 und von der Spannung zwischen den Leitungen 10 und 11 erregt sind. Durch einen Widerstand 65 parallel zur Wicklung 63 wird die gewünschte Pha senverschiebung erzielt.
Durch einen Kondensator 66, welcher in Serie zur Spannungswicklung 64 liegt und der mit der Wicklung 64 so abgestimmt ist, dass bei normaler Frequenz Resonanz herrscht, wird die Empfindlichkeit der Anordnung er höht. Demselben Zwecke dient ein spannungs abhängiger Widerstand 67, der bei hoher Spannung verhältnismässig niedrig ist und bei niedrigen Spannungen sehr hoch, so dass der Strom durch die Wicklung 64 begrenzt wird. Bei normaler Spannung wird der Strom, der in der Spannungswicklung des Elementes 58 fliesst, deswegen stark voreilend sein, weil der Widerstandswert von 67 sehr klein ist und daher der Einfluss der Kapazi tät 66 in erster Linie für seine Richtung mass gebend ist.
Infolgedessen kann hierdurch die nacheilende Komponente anderer Spannungs wicklungen, die an den Wandler 51 ange schlossen sind, kompensiert werden. Wenn es erwünscht ist, den Phasenwinkel mit an wachsender Spannung mehr nacheilend zu machen, dann kann ein Widerstand 6:8 von ähnlicher Beschaffenheit wie der Widerstand 67 parallel zum Kondensator 616 gelegt wer den.
Wenn die Energie in den Leitungen 10, 11, 12 in einer bestimmten Richtung fliesst, zum Beispiel von den Sammelschienen der Station weggerichtet ist, dann ist das Dreh moment, das von den Magnetgliedern 58, 59 ausgeübt wird, gleichgerichtet und hält die Kontakte 56; geschlossen. Beim Auftreten einer entgegengesetzten Energierichtung wir ken die Drehmomente einander entgegen. Wenn das von dem Element 58 hervor gerufene Drehmoment überwiegt, werden die Kontakte 56 geöffnet und die Kontakte 61 geschlossen. Da dadurch der Kurzschluss der Spannungswicklung 49 aufgehoben wird, wird das widerstandsabhängige Relais 19 in Tätigkeit gesetzt.
Das Überbrücken der Kon takte 61 stellt den Stromkreis des Motors 31 des Zeitrelais 18 von einer Seite der Bat terie 15 zu der andern über den Leiter 69, die Kontakte 61, den Leiter 70, die Wick lung 31, den Leiter 71 und die Hilfskontakte her und setzt das Zeitrelais in Gang. Nehmen wir zunächst an, dass, der Fehler auf der Leitung zwischen den Punkten _A und B liegt, entsprechend dem Diagramm der Abb. 3.
Der Kontakthebel 44 des widerstandsabhängigen Relais wird dann die Kontakte 45 überbrücken und den Netzschalter 13 in der kürzesten Zeit t, das ist diejenige Zeit, die das Anrege- glied zur Betätigung seiner Kontakte benötigt, auslösen. Der Stromkreis der Auslösespule 14 wird dabei von einer Klemme der Bat terie 1.5 zur andern folgenden Verlauf neh men: Leiter 69, Kontakte 61., Leiter 72, Kon takthebel 44, Kontakt 45, Leiter 73, Zwi schenrelais 74, Leiter 75, Auslösespule 14 und Hilfskontakt 16. Das Zwischenrelais 74 schliesst seine Kontakte 76.
Dadurch wird ein Stromkreis über die Leitungen 69 und 77, die Kontakte 76, die Wicklung des Hilfs relais 74, Leiter 75, Auslösespule 14 und Hilfskontakt 16 geschlossen. Die Betätigungs spule des Relais 74 wirkt demnach gleich zeitig als Haltespule und sichert einen guten Kontaktübergang.
Nehmen wir nun an, dass der Fehler zwischen Punkt $ und<B>D</B>, und zwar links von der Station E liegt; der Kontakthebel 44 des widerstandsabhängigen Relais 19 wird dann rasch in eine Stellung gelangen, die zwischen den Kontakten 45 und 46 liegt. Nach einer bestimmten Zeit t1 wird der Kon takthebel 2:1 des Zeitrelais 18 mit dem Kon takte 37 in Eingriff kommen.
Dadurch wird der Stromkreis der Auslösespule 14 von einer Seite der Batterie zur andern über den Leiter 699 die Kontakte 61, den Leiter<B>70,</B> den Kon takthebel 21, Kontakt 37, Leiter 78, Kontakt 79 des Zwischenrelais 80, Zwischenrelais 74, Leiter 75, Auslösespule 14 und Hilfskontakt 1.6 hergestellt. Das Relais 14 wird wie beim ersten Fehlerfalle erregt und der Netzschal ter 1!3 geöffnet.
Wenn nun der Fehler zwischen den Punk ten D und F rechts von der Station E liegt, dann kommt der Kontakthebel 44 des Wi derstandsrelais mit dem Kontakt 46 in Ver bindung und schliesst dadurch den Stromkreis des Zwischenrelais 80 von einer Seite der Bat terie 15 zu der andern über Leiter 69, Kon takte 61, Leiter 72, Kontakthebel 44, Kon takt 46, Leiter 81, Relaiswicklung 80, Leiter 71 und Hilfskontakt 17. Das Zwischenrelais 80 öffnet seine Kontakte 79 und überbrückt die Kontakte 82. Das Öffnen der Kontakte 79 verhindert, dass die Auslösespule über den Kontakthebel 21 des Zeitrelais geschlossen wird, wenn dieser mit den Kontakten 37 in Eingriff kommt.
Nach einer bestimmten Zeit t, indessen berührt der Kontakthebel 21 des Zeitrelais 18 die Kontakte 38 und schliesst den Stromkreis der Auslösespule 14 von einer Seite der Batterie 15 zu der andern über Leiter 69, Kontakte 61, Leiter<B>70,</B> Kontakt hebel 21, Kontakte 68, Leiter 83, Relaiswick lung 74, Leiter 75, Auslösespule 14 und Hilfskontakt 16. Das Hilfsrelais 14 wird dadurch erregt und führt das Auslösen des Netzschalters 13 herbei.
Bei einem Fehler innerhalb des Bereiches <I>A-F.</I> der eine Umkehr der Energierichtung zur Folge hat, wird der Schalter 13 in ver schiedenen Zeiten<I>t.</I> t1, <I><U>t.,</U></I> ausgelöst, die von der Entfernung A-B, B-D und D-F ab hängen. Die Entfernung A-F entspricht da bei dem grössten Widerstandswert, bei wel chem das Anregeglied in Tätigkeit tritt, so dass bei einem Fehler ausserhalb des Bereiches A-F keine Auslösung erfolgt.
Um zu verhüten, dass bei einem Strom, der unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, eine Auslösung erfolgt, ist es zweckmässig, entsprechende Mittel vorzusehen, um den Kontakthebel 4-4 von dem Kontakt 45 weg zuhalten, wenn der Strom unterhalb dieses Wertes liegt. Diese Mittel können aus einer Feder 8 bestehen, die mit dem Kontakthebel 44 verbunden ist, und einem Anschlag 7. Wenn der Strom oberhalb eines bestimmten Wertes liegt, dann wird die Kraft der Fe der 8 überwunden und der Kontakthebel 44 kommt mit dem Kontakt 45 in Berührung. Wenn aber der Strom unterhalb dieses Wer tes liegt, dann überwiegt die Wirkung der Feder 8 und hält die Kontakte 44 und 45 auseinander.
Die Anordnung der Feder hat noch den weiteren Vorteil, dass. bei Fehlern. die in der Nähe des Einbauortes der Schutz einrichtung liegen, eine rasche Trennung der Bontakte 44 und 45 erfolgt und dadurch eine genauere Unterscheidung zwischen den Zei ten, die bei kleinstem Ohmzahlen, und denen, die bei grösseren einsetzen sollen, bewirkt wird.
Um eine einheitliche Arbeitsweise haupt sächlich der widerstandsabhängigen Relais 19 und,20 bei einem Fehler, der zwischen zwei Leitungen und zwischen drei Leitungen liegt, zu erzielen, kann die Einrichtung in der in Abb. 2 dargestellten Weise abgeändert wer den. Diese Änderung kann getroffen werden, ohne dass zusätzliche Stromtransformatoren erforderlich werden.
In Abb. 2. sind nur die widerstands abhängigen Elemente 19 und 2,0 dargestellt, da diese allein abgeändert zu werden brau chen. Die Änderung besteht darin, dass die Stromwicklungen der Elemente 42, 43 und 58 von der Differenz zwischen den Strömen in zwei Phasen erregt werden, während die Spannung zwischen diesen die Spannungs wicklungen der Elemente 42 und 58, 59 speist. Die Stromdifferenz kann erhalten wer den, indem die Magnetkerne der Antriebsglie der 42, 43 und 58 je mit zwei Wicklungen 48, 48' 54' und 63, 63' ausgerüstet werden. Die Anordnung und Schaltung erfolgt dabei in der Weise, dass in den Magnetkreisen ein Fluss entsteht, der abhängig ist von der Dif ferenz der Ströme in den Leitungen 10 und 11.
Beim Auftreten eines Kurzschlusses zwi schen diesen Leitern wird bei Gleichheit der Windungszahlen in beiden Wicklungsteilen ein Fluss entstehen, der proportional ist der Summe der Fehlerströme in diesen beiden Leitungen, da diese beiden Ströme um<B>180'</B> gegeneinander verschoben sind. Die Wick lungen 48, 54 und 63 können also beispiels weise in dem Stromkreis des Wandlers 50, die Wicklungen 48', 54' und 63' in den Stromkreis des Wandlers 50' geschaltet wer den.
Bei dieser Anordnung wirkt auf die be weglichen Systeme der Relais 19 und 20 das gleiche Drehmoment, unabhängig davon, ob der Fehler zwei oder drei Phasen umfasst. Die Einrichtung ist in Abb. 2 nur für eine Phase dargestellt. Sie kann natürlich in ähn licher Weise in jede der übrigen Phasen des Systems eingebaut werden. Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 4 ist ein Zeitrelais mit zwei verschiedenen Ein heiten 18', 18" entsprechend den Zeiten t1 und t. angeordnet. Die Zeitrelais können da bei in derselben Weise wie in Abb. 1 aus gebildet sein.
Der Kontakthebel 60 des An regegliedes 20 ist mit zwei voneinander iso lierten Kontakten 56 und 5i6' ausgerüstet. Der Kontakthebel 44 des Widerstandsrelais 19 wird in einer Lage gehalten, die einem höheren Ohmwert entspricht als der Lage des Kontaktes 45, durch entsprechende Mittel, wie zum Beispiel einem Magneten 84, der nor malerweise in Abhängigkeit von der Span nung des Stromkreises über die Kontakte 56 und 5,6" erregt ist. Statt dessen kann auch der Kontakt 61 des Anregerelais 20 in Serie zu dem Kontakt 45 des Widerstandsrelais 19 gemäss Abb. 1 angeordnet sein.
In dem letz ten Falle muss die Zeit bis zur Kontaktgabe 21 genügend gross sein, -um zu ermöglichen, dass der Kontakt unterbrochen bleibt, unab hängig von der Betätigung des Kontaktes 45. was in den Fällen erforderlich ist, in denen dem Fehler ein Ohmwert zugeordnet ist, der grösser ist als der Lage des Kontaktes 45 ent spricht. Die Wicklung des Magnetes 84 liegt parallel zur Spannung der Wicklung 49 des Widerstandsrelais 19 und ist erregt, wenn die Kontakte 56 und 56" geschlossen sind.
Bei einem Fehler, der von einer bestimm ten Energierichtung begleitet ist, öffnet das Anregerelais 20 seine Kontakte 56 und 56" und entregt dabei den Magneten 84 und setzt das Widerstandsrelais 19 in Bewegung. Wenn der Fehler sehr nahe an dem Einbau des Relais liegt, dann erreicht der Kontakthebel 44 schnell den Kontakt 45. Dadurch wird der Stromkreis der Auslösespule vom Pluspol einer Batterie über Hilfskontakte 16, Auslöse spule 14, Leiter 75 und 73, Kontakte 45 und 44 und Leiter 7 0 zum Minuspol hergestellt.
Wenn die Kontakte 56' und 61 in Ein griff kommen, dann werden die Zeitrelais 18' und 18" in Tätigkeit gesetzt. Wenn der Feh ler in dem Bereich zwischen <I>B</I> und<I>D</I> der Abb. 3 liegt, dann liegt der Kontakthebel 44 zwischen den Kontakten 45 und 46; das Zeit relais 18' wird erregt und schliesst seine Kon takte<B>3;7'.</B> Dieses stellt den Stromkreis der Auslösespule her vom Pluspol über die Hilfs kontakte 16, Auslösespule 14, Leiter 75, Kon takt 37', Leiter 78 und 69 zum Minuspol.
Wenn der Fehler im Bereich zwischen D und I' liegt, dann wird das Zeitrelais 18 dadurch unwirksam gemacht, dass der Kontakthebel 44 mit dem Kontakt 46 in Eingriff gelangt und dadurch die Spule des Zeitrelais 18' über den Leiter 70, die Kontakte 44 und 46, den Leiter 83, einen Schutzwiderstand 86 und die Kontakte 61 und 56' kurzschliesst. Nach dem Ablauf der Zeit t. indessen schliesst das Zeit relais 18" seine Kontakte 38' und stellt da durch den Stromkreis der Auslösespule her von Plus über die Hilfskontakte 16 zur Spule 14, den Leiter<B>75,</B> die Kontakte 38' und die Leiter 78 und 69 zu Minus.
In Abb. 5 ist das Anregerelais und wider standsabhängige Relais zu einem einzigen Relais 19' vereinigt, dessen Antriebsglieder 59 und 58 von der Spannung und Leistung der Leitung abhängig sind. Bei einer be stimmten Energierichtung wirkt auf den Kontakthebel 85 ein Drehmoment in Rich tung des Pfeils 55, welches die Kontakte 87 geöffnet hält. Diese Kontakte liegen in dem Stromkreis des Zeitrelais 18, welches sich in folgedessen nicht in Betrieb befindet. Das Zeitrelais kann ähnlich ausgebildet sein, wie in Abb.1 dargestellt.
Das spannungsabhängige Glied 59 vergrössert sein Drehmoment beim Anwachsen des Widerstandes, während das leistungsabhängige Glied 58 sein Drehmoment mit der Verminderung des Widerstandes er höht, aber gleichzeitig abhängig ist von der Energierichtung, so dass beim Energiefluss in der Richtung, in der eine Auslösung erfolgen soll, das Kontaktglied 85 sich in einer Rich tung bewegt, die derjenigen des Pfeils 55 ent gegengesetzt ist.
Bei einem Fehler, der einen Energiefluss in der Richtung zur Folge hat, bei welcher der Schalter 13 betätigt werden soll, erreicht der Kontakthebel 85 rasch den Kontakt 88 bei einem Fehler im Bereich des niedrigsten ()hm@@-erte. Dadurch wird der Stromkreis des Zwischenrelais 74 hergestellt, welches in Serie zur Auslösespule 14 über den Leiter 75 liegt. Wenn das Relais erregt ist, dann schliesst es seine Kontakte<B>76</B> und hält die Auslösespule 1-t erregt über einen Stromkreis, der vom Minuspol der Batterie über die Kon takte<B>76</B> des Relais 74, den Leiter 75,
die Auslesespule 14 und die Hilfskontakte<B>16</B> zum Pluspol verläuft.
Bei einem Fehler im Bereich B-D kommt der Kontakthebel 85 mit dem Kontakt 89 in Berührung und schliesst dabei den Strom kreis des Hilfsrelais 90, welches über die Kontakte 91 sich selbst erregt und den Mi- nuspol der Batterie an die Kontakte 3 7 des Zeitrelais 18 legt. Wenn infolgedessen der Kontakthebel 21 mit den Kontakten 37 nach der Zeit t, in Berührung kommt, dann wird cler Stromkreis des Zwischenrelais 74 über die Leitungen 92 und 75 geschlossen und da durch der Schalter 13 ausgelöst.
Wenn der Fehler im Bereich D-F liegt, dann erreicht der Kontakthebel 85 nicht schnell genug den Kontakt 89. Das Zeit relais I8 vermag seinen Kontakt 3'8 zu er reicl(en und dabei die Auslösespule 14 und das Zwischenrelais 74 zu erregen. Der Schal ter 14 wird infolgedessen ausgelöst. Wenn der Fehler ausserhalb des Bereiches A-- <I>F</I> liegt, dann wird der Kontakthebel 85 über haupt nicht in Tätigkeit gesetzt und infolge dessen erfolgt keine Betätigung der Schutz- en
Distance protection device. The invention relates to distance protection devices, that is to say protection devices which actuate their contacts after a time determined by the resistance of the reliler's sole. Depending on the size of the resistance that the current finds on its way between the installation location of the protective device and the fault location, the tripping time is therefore different.
In the case of the relays of the known protective devices, this triggering characteristic is achieved in that a member dependent on the resistance, as well as a timing member, mechanically act on one another and influence the triggering characteristics through complicated lever linkages.
A much simpler device that works with great accuracy and high selectivity is achieved according to the invention in that the contacts of the mechanically independent resistance and time-dependent relays are connected so that depending on the position of the resistance-dependent relay of the contacts of the timing relay, only those complete the trip circuit that are closed after a time corresponding to the resistance of the error loop.
In Fig. 1, a protection system for a three-phase network section is shown as an application example of the invention. The three lines are labeled <B> 10, </B> 11 and 12. The route section to be monitored is limited by a switch 18 which is actuated by a trigger coil 14. Auxiliary contacts 16 and 17, which are switched into the circuit of the coil 14, are simultaneously switched by the switch.
The distance relay used for monitoring consists of a timing relay 18, an ohmmeter 19 and an exciter relay 920, which is also dependent on the resistance characteristics of the circuit to be monitored.
The timing relay 18 can be implemented in a known manner. In the exemplary embodiment, it is designed in such a way that it requires little maintenance and, for this purpose, is connected to a self-winding device. The movable contact lever 21 of the relay is mounted on a shaft 22. The shaft 22 is connected to the drive mechanism, which consists of a shaft 23, which is driven by an energy store, such as a spring 24, for example. The spring 24 is connected at one end to the shaft 22 and at its other end with a lever 25 which is attached to the shaft 23.
The shaft 22 is also connected to an escapement 26 by a pawl 27 and a ratchet wheel 2'8, wel-. before a quick return movement of the con tact lever 21 allow independently of the Hemm work.
The ratchet wheel 2'8 is firmly connected to the shaft 22 and comes into engagement with the pawl 2; 7, which is arranged on a wheel 29, which sits freely movable on the shaft 22 ', and with the gear wheel 30 of the inhibiting mechanism 2 : 6 is connected.
In order to automatically wind up the spring 24, a drive mechanism consisting of a motor 31 is provided. When the motor is excited, it overcomes the spring force 32 and brings the lever 25 in motion in the direction of rotation indicated by the arrow 35 via a worm 33, a gear 34. Even if the energy is quickly stored in the spring 24, it is only slowly released again as a result of the inhibitor 26. When the spring is released, the contact lever 21 moves in the direction of arrow 36. In the path of contact 21, one or more contacts 37, 38 are on a scale.
39 slidably arranged. When the motor 31 is de-energized, the lever 25 is rotated rapidly under the influence of the spring 32 in a direction opposite to the arrow. During this movement, the lever 25 comes into engagement with an arm 40 arranged on the shaft 22. The movement that then begins is not influenced by the inhibiting mechanism 26, so that the lever 25 quickly returns to its initial position, this movement being limited by the turns of the worm 33 and the mass of the electromagnet 31 connected to it.
The ohmmeter 19 is designed as a Ferrari relay. It has a disk 41, which moves as a function of the resistance characteristics, such as the impedance, reactance or resistance of lines 10, 11 and 12 or a component of these sizes. In general, the dependence on reactance will ensure the most favorable mode of operation. Two drive members, 42 and 43, act in opposite directions on the disc. The torque of one link depends on <I> E.
J. </I> sin 9p <I>. f </I> (, 8), that of the other from J2 <I>. f '</I> (ss), where E is the mains voltage, J is the current of one phase of the circuit to be monitored, while g) is the phase angle between the two. The angle of rotation of the disk is denoted by ss.
The angular dependency of the torques is determined by the incisions of different lengths in the Ferrari disk, which cause the eddy currents to develop in the Ferrari disk to different degrees and cause a force that presses on the rotating system with a different lever arm. Since the two torques counteract each other, the disc 41 will assume a position that is determined by the balance of the two torques.
The angle of rotation, θ of the disc is given by the equation
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Z and X mean the impedance respectively. the reactance of the fault loop. With the disc 41, a contact lever 44 is connected, which comes into engagement with the contacts 45 and 46, which in turn are arranged on a scale 47 calibrated according to the size of the resistance or the distance.
The drive member 42 has a watt metric training. It contains cooperating current and voltage windings 48 and 49, which bezcv from the current of a phase. a voltage between the conductors 10 and 11. via a current transformer 50 respectively. a voltage converter 51 can be energized. In order to obtain the necessary phase shift between the currents in the windings 48 and 49, capacitors 52 are provided. To adjust the torque exerted by member 42, a variable resistor 53 is placed in series with voltage winding 49.
The drive member 43 has a current winding 54 which is excited by the current in the line 10. The torque is generated by arranging a short-circuit winding. It acts in the direction of arrow 5.5 under normal conditions against the torque exerted by the magnet 42. With normal energy direction we ken the torques in the magnetic members 42 and 43 against each other, with reversal of the energy direction in the same sense.
In the event of a short circuit in the vicinity of the installation location, the contact lever 44 is intended to engage the contact 45. In this case, the shortest tripping time is what he wants. To achieve this, in normal operation only the current element 43 is effective, whose torque seeks the contact lever 44 with the contact 45 to engage. The drive member 42 is made ineffective, for example, in that its voltage windings are short-circuited via the contacts 56 of the excitation relay 2'0. Instead, the capacitor 522 and the resistor 53 can also be short-circuited.
This at the same time ensures that the effective reactance of the voltage coil circuit is normally increased, so that the voltage converter 51 is normally only subjected to little stress.
The start relay 20 consists of a Ferraris disk 57, which also responds as a function of the resistance characteristics of the lines 10, 11 and 12. In most cases it will be useful to choose impedance as the resistance.
Two drive elements 58 and 59 exert torques on the Ferrari disk 57 in the opposite sense, namely the torques are proportional to <I> E. </I> .l <I>. </I> cos (cp -f- <I> a).
f </I> iss) @ and E '<I> - f' </I> (ss). ss is the angle of rotation of the disk, which, as with system 19, is set as a function of the quotient of the variables, a an angle that is determined by the desired mode of operation of the relay, whether it is from the phase shift 9p alone or from an additional phase shift a should be dependent. With the disc 57, a contact lever 60 is a related party. The torque exerted on the disk 57 normally acts in such a way that the contact lever 60 strives to come into engagement with the contacts 61.
However, it is normally pressed against the contacts 5G by a spring 6.
The drive element 59 is dependent on the voltage between the lines 10 and 11, by which the winding 9 is excited. The torque acts in the direction of arrow 62. Element 58 has current and voltage windings 63, 64, which are excited by the current in line 10 and by the voltage between lines 10 and 11. Through a resistor 65 parallel to the winding 63, the desired phase shift is achieved.
The sensitivity of the arrangement is increased by a capacitor 66 which is in series with the voltage winding 64 and which is coordinated with the winding 64 so that there is resonance at normal frequency. The same purpose is served by a voltage-dependent resistor 67 which is relatively low at high voltage and very high at low voltages, so that the current through winding 64 is limited. At normal voltage, the current flowing in the voltage winding of element 58 will be very leading because the resistance value of 67 is very small and therefore the influence of the capacitance 66 is primarily decisive for its direction.
As a result, the lagging component of other voltage windings that are connected to the converter 51 can be compensated for. If it is desired to make the phase angle more lagging as the voltage increases, then a resistor 6: 8 of similar nature to resistor 67 can be placed in parallel with capacitor 616.
If the energy in the lines 10, 11, 12 flows in a certain direction, for example away from the busbars of the station, then the torque exerted by the magnetic members 58, 59 is rectified and holds the contacts 56; closed. When an opposite energy direction occurs, the torques counteract each other. When the torque produced by element 58 predominates, contacts 56 are opened and contacts 61 are closed. Since the short circuit of the voltage winding 49 is thereby canceled, the resistance-dependent relay 19 is activated.
The bridging of the contacts 61 establishes the circuit of the motor 31 of the timing relay 18 from one side of the battery 15 to the other via the conductor 69, the contacts 61, the conductor 70, the winding 31, the conductor 71 and the auxiliary contacts and sets the time relay in motion. Let us first assume that the fault on the line lies between points _A and B, according to the diagram in Fig. 3.
The contact lever 44 of the resistance-dependent relay will then bypass the contacts 45 and trigger the mains switch 13 in the shortest time t, that is the time that the trigger element needs to operate its contacts. The circuit of the trip coil 14 will take the following course from one terminal of the battery 1.5 to the other: conductor 69, contacts 61, conductor 72, contact lever 44, contact 45, conductor 73, intermediate relay 74, conductor 75, trip coil 14 and auxiliary contact 16. The intermediate relay 74 closes its contacts 76.
As a result, a circuit via the lines 69 and 77, the contacts 76, the winding of the auxiliary relay 74, conductor 75, trip coil 14 and auxiliary contact 16 is closed. The actuation coil of the relay 74 therefore acts at the same time as a holding coil and ensures a good contact transition.
Let us now assume that the error lies between point $ and <B> D </B>, to the left of station E; the contact lever 44 of the resistance-dependent relay 19 will then quickly move into a position which lies between the contacts 45 and 46. After a certain time t1, the con tact lever 2: 1 of the timing relay 18 with the con contacts 37 come into engagement.
As a result, the circuit of the trip coil 14 from one side of the battery to the other via the conductor 699, the contacts 61, the conductor <B> 70, </B> the con tact lever 21, contact 37, conductor 78, contact 79 of the intermediate relay 80, Intermediate relay 74, conductor 75, trip coil 14 and auxiliary contact 1.6 made. The relay 14 is energized as in the first error and the mains switch 1! 3 opened.
If the error between the points D and F is to the right of station E, then the contact lever 44 of the resistance relay comes into contact with the contact 46 and thereby closes the circuit of the intermediate relay 80 from one side of the battery 15 to the other via conductor 69, contacts 61, conductor 72, contact lever 44, con tact 46, conductor 81, relay winding 80, conductor 71 and auxiliary contact 17. The intermediate relay 80 opens its contacts 79 and bridges the contacts 82. The opening of the contacts 79 prevents that the trip coil is closed via the contact lever 21 of the timing relay when the latter comes into engagement with the contacts 37.
After a certain time t, however, the contact lever 21 of the timing relay 18 touches the contacts 38 and closes the circuit of the trip coil 14 from one side of the battery 15 to the other via conductors 69, contacts 61, conductors 70, Contact lever 21, contacts 68, conductor 83, relay winding 74, conductor 75, trip coil 14 and auxiliary contact 16. The auxiliary relay 14 is thereby energized and triggers the power switch 13.
In the event of an error within the range <I> AF. </I> which results in a reversal of the energy direction, switch 13 is <I> t. </I> t1, <I> <U> t at different times ., </U> </I>, which depend on the distance AB, BD and DF. The distance A-F corresponds to the greatest resistance value at which the excitation element comes into operation, so that there is no triggering in the event of an error outside the range A-F.
In order to prevent tripping when the current is below a certain value, it is advisable to provide appropriate means to hold the contact lever 4-4 away from the contact 45 when the current is below this value. These means can consist of a spring 8, which is connected to the contact lever 44, and a stop 7. If the current is above a certain value, then the force of the Fe of 8 is overcome and the contact lever 44 comes with the contact 45 in Contact. But if the current is below this who tes, then the action of the spring 8 prevails and keeps the contacts 44 and 45 apart.
The arrangement of the spring has the further advantage that. In the event of errors. which are located near the installation site of the protective device, a rapid separation of the contacts 44 and 45 takes place and thus a more precise differentiation between the times that are caused by the smallest ohmic values and those that are to start with larger ones.
In order to achieve a uniform operation mainly of the resistance-dependent relays 19 and 20 in the event of a fault between two lines and between three lines, the device can be modified in the manner shown in FIG. This change can be made without the need for additional current transformers.
In Fig. 2. only the resistance-dependent elements 19 and 2.0 are shown, since these alone need to be modified. The change is that the current windings of elements 42, 43 and 58 are excited by the difference between the currents in two phases, while the voltage between them feeds the voltage windings of elements 42 and 58, 59. The current difference can be obtained by equipping the magnetic cores of the drive elements 42, 43 and 58 with two windings 48, 48 '54' and 63, 63 '. The arrangement and switching are carried out in such a way that a flux is created in the magnetic circuits that is dependent on the difference between the currents in lines 10 and 11.
If a short circuit occurs between these conductors, if the number of turns in both parts of the winding is the same, a flux will arise that is proportional to the sum of the fault currents in these two lines, since these two currents are shifted by <B> 180 '</B> against each other. The windings 48, 54 and 63 can thus example, in the circuit of the converter 50, the windings 48 ', 54' and 63 'in the circuit of the converter 50' who switched the.
In this arrangement, the moving systems of the relays 19 and 20 have the same torque, regardless of whether the fault comprises two or three phases. The setup is shown in Fig. 2 for only one phase. It can of course be built into any of the other phases of the system in a similar way. In the embodiment of FIG. 4, a timing relay with two different units 18 ', 18 "is arranged corresponding to the times t1 and t. The timing relays can be designed in the same way as in FIG.
The contact lever 60 of the regulating member 20 is equipped with two isolated contacts 56 and 5i6 '. The contact lever 44 of the resistance relay 19 is held in a position that corresponds to a higher ohmic value than the position of the contact 45, by appropriate means, such as a magnet 84, which normally depends on the voltage of the circuit across the contacts 56 and 5.6 ". Instead, the contact 61 of the excitation relay 20 can also be arranged in series with the contact 45 of the resistance relay 19 according to FIG.
In the latter case, the time until contact 21 must be sufficiently long to enable the contact to remain interrupted, regardless of the actuation of contact 45, which is necessary in cases in which an ohmic value is assigned to the error is, which is greater than the position of the contact 45 ent speaks. The winding of the magnet 84 is parallel to the voltage of the winding 49 of the resistance relay 19 and is energized when the contacts 56 and 56 "are closed.
In the event of a fault which is accompanied by a certain direction of energy, the excitation relay 20 opens its contacts 56 and 56 ″ and thereby de-excites the magnet 84 and sets the resistance relay 19 in motion. If the fault is very close to the installation of the relay, then the contact lever 44 quickly reaches the contact 45. This makes the circuit of the trip coil from the positive pole of a battery via auxiliary contacts 16, trip coil 14, conductor 75 and 73, contacts 45 and 44 and conductor 7 0 to the negative pole.
If the contacts 56 'and 61 come into engagement, then the timing relays 18' and 18 "are activated. If the fault is in the range between <I> B </I> and <I> D </I> 3, then the contact lever 44 lies between the contacts 45 and 46; the time relay 18 'is energized and closes its contacts <B> 3; 7'. </B> This establishes the circuit of the trip coil from Positive pole via the auxiliary contacts 16, trip coil 14, conductor 75, con tact 37 ', conductors 78 and 69 to the negative pole.
If the error is in the range between D and I ', the timing relay 18 is rendered ineffective in that the contact lever 44 engages with the contact 46 and thereby the coil of the timing relay 18' via the conductor 70, the contacts 44 and 46 , the conductor 83, a protective resistor 86 and the contacts 61 and 56 'short-circuited. After the time t. Meanwhile, the timing relay 18 "closes its contacts 38 'and there by the circuit of the trip coil from plus via the auxiliary contacts 16 to the coil 14, the conductor <B> 75, </B> the contacts 38' and the conductors 78 and 69 to minus.
In Fig. 5, the excitation relay and resistance-dependent relay is combined into a single relay 19 ', the drive elements 59 and 58 are dependent on the voltage and power of the line. In the case of a certain energy direction, a torque acts on the contact lever 85 in the direction of the arrow 55, which keeps the contacts 87 open. These contacts are in the circuit of the timing relay 18, which is consequently not in operation. The timing relay can be designed similar to that shown in Fig.
The voltage-dependent element 59 increases its torque when the resistance increases, while the power-dependent element 58 increases its torque with the decrease in the resistance, but at the same time depends on the direction of energy, so that when the energy flows in the direction in which a release is to take place, the contact member 85 moves in a direction that is opposite to that of the arrow 55 ent.
In the event of an error which results in a flow of energy in the direction in which the switch 13 is to be actuated, the contact lever 85 quickly reaches the contact 88 in the event of an error in the region of the lowest () hm @@ value. This creates the circuit of the intermediate relay 74, which is in series with the trip coil 14 via the conductor 75. When the relay is energized, it closes its contacts <B> 76 </B> and keeps the trip coil 1-t energized via a circuit that goes from the negative pole of the battery via the contacts <B> 76 </B> of the relay 74, the head 75,
the readout coil 14 and the auxiliary contacts <B> 16 </B> run to the positive pole.
In the event of a fault in the BD area, the contact lever 85 comes into contact with the contact 89 and thereby closes the circuit of the auxiliary relay 90, which excites itself via the contacts 91 and applies the negative pole of the battery to the contacts 37 of the timing relay 18 . If, as a result, the contact lever 21 comes into contact with the contacts 37 after the time t 1, then the circuit of the intermediate relay 74 is closed via the lines 92 and 75 and triggered by the switch 13 there.
If the error is in the DF range, then the contact lever 85 does not reach the contact 89 quickly enough. The time relay I8 is able to reach its contact 3'8 and in the process excite the tripping coil 14 and the intermediate relay 74. The switch 14 is triggered as a result. If the fault lies outside the range A- <I> F </I>, then the contact lever 85 is not activated at all and as a result, the guards are not activated