Schnellschaltrelais <B>für</B> Wechselstrom. Die neuzeitlichen Hochspannungsleistungs- sehalter weisen sehr kurze Abschaltzeiten auf. Man ist infolgedessen in der Lage zum Beispiel einen vorübergehenden, das heisst nicht metallischen Kurzschluss in einem Ver teilungsnetz dadurch zum Verschwinden zu bringen, dass in dem betreffenden Netzteil die Spannung durch ein schnelles Ausschalten und sofortiges schnelles Wiedereinschalten des Leistungsschalters kurzzeitig abgesenkt wird,
ohne dass infolge der ausserordentlichen Schnelligkeit des gesamten Schaltvorganges eine nachteilige Beeinflussung der Verbrau- eher stattfindet.
Handelt es sich dabei um eine selbst tätige Netzüberwachung, zum Beispiel mit tels einer Distanzschutzanordnung, so setzen diese schnellen Leistungsschalter aber auch entsprechend schnell wirkende Netzschutz relais voraus. Andernfalls geht der durch die Ausbildung der Leistungsschalter als Schnellschalter gewonnene Vorteil wieder ver- loren. Die bisher bekannten und gebräuch lichen Netzschutzrelais, insbesondere die Im pedanzrelais für Distanzschutzanordnungen,
genügen jedoch infolge ihrer Bauart auf wattmetrischer Grundlage oder als Zug magnete diesen Anforderungen nicht und weisen zu lange Ansprechzeiten auf.
Diesem Mangel wird dadurch abgeholfen, dass gemäss der Erfindung bei .dem als Netz schutzrelais ausgebildeten Schnellschaltrelais für Wechselstrom, das eine Haltewicklung sowie eine Auslösemagnetisierungswicklung aufweist, mittels der beiden Magnetisierungs- wicklungen ein Vergleich zweier veränder licher, elektrischer, vorzugsweise voneinander abhängiger Grössen stattfindet.
Es gelingt auf diese Weise, die Ansprechzeiten der- Netz- schutzeinrichtungen so weit herabzusetzen, dass die gesamten Auslösevorgänge der Netz schutzanordnung einschliesslich der Schalt vorgänge der zugehörigen Leistungsschalter sieh innerhalb von zwei Halbwellen voll ziehen.
Bei einem Impedanzrelais für Distanz schutzzwecke nach dem Haltemagnetprinzip wird der Stromspa,nnungsvergleich zur Im pedanzmessung durch die Magnetisierungs- wieklungen der Haltemagneten vorgenom men.
Dies kann in der Weise erfolgen, dass der einen Wicklung des Relais ein der Netz spannung proportionaler, gleichgerichteter und geglätteter Strom und einer andern Wicklung des Relais der Phasenstrom des Netzes zugeführt wird, so dass bei nega tivem Augenblickswert des Phasenstromes eine Differenzbildung der Amperewindungen (AW) erfolgt, wodurch die Auslösung des Relais stets nach Unterschreitung des Ver hältnisses
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und damit einer bestimmten Leitungsimpe danz U/J erfolgt.
Im nachstehenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung, die mehrere Ausfüh rungsbeispiele darstellt, näher erläutert.
Fig. 1 zeigt zunächst den konstruktiven Aufbau. Dabei ist 1 der Haltemagnet, des sen Spulensysteme 2 und 3, die insbesondere als Scheibenspulen ausgebildet sein können, von Gleich- und Wechselstrom durehflossen werden. Zweckmässig dient die Gleichstrom ma.gnetisierung als Haltemagnetisierung, während die Wechselstrommagnetisierung die Auslösemagnetisierung ist.
Die Wechsel strommagnetisierung wird dann in bekannter Weise der Gleichstrommagnetisierung über lagert und hebt diese im Ansprechfalle auf, so dass nunmehr die Abreisskraft überwiegt und den Anker zum Abfallen bringt. Die Pole des Haltemagneten 1 sind durch einen Spalt voneinander getrennt, durch den die den Anker 5 tragende Blattfeder 4 hindurch geführt wird. Die Ausbildung der Pole hat auch zur Folge, dass bei beliebig kurzzeitigem Nulldurchgang der resultierenden Ma,gneti- sierung kein Zurückholen des abgezogenen Ankers nach Umkehrung der Magnetisierung erfolgen kann.
Der Anker 5, dessen Ausbil dungsform aus der Fig. 2 ersichtlich ist, be steht vorzugsweise aus nichtrostendem Eisen und liegt im angezogenen Zustand fest an den durch besondere Bearbeitung möglichst glatt geschliffenen Halteflächen des Ma gneten an. Der Anker ist durch die Blatt feder 4 elastisch mit der Zugstange verbun den, damit er mit voller Fläche an den Pol scheiben anliegen kann. Der Ankerfortsatz steht unter der Einwirkung einer in dem Ge häuse 6 untergebrachten Kraftspeicherfeder ?.
Die an dem Anker wirksame Abreisskraft wird zweckmässig durch eine Gleichstrom- Hilfsmagnetisierung gesondert kompensiert, da sonst ein Abreissen des Ankers schon stattfindet, bevor die Auslösemagnetisierung die Haltemagnetisierung aufhebt, was aber im Interesse eines genauen Ansprechens des Relais nicht erwünscht ist.
Bei Verwendung eines gleichgeriehteten Wechselstromes erhält man für denselben das Kurvenschaubild nach Fig. 3, während in der Fig. 4 die schaltungstechnische Durchfüh rung hierfür gezeigt ist. Der Wechselstrom wicklung a wird hierbei über einen Gleich richter g, ein gleichgerichteter Wechselstrom an der Gleichstromwicklung b über den Gleichrichter g2 von einer Wechselstromhilfs- quelle I' der Gleichstrom zugeführt.
Zwecks Oberwellenglättung sind im Gleichstromkreis eine Drossel D und ein Parallelkondensator K vorgesehen.
Während eine Auslösung in jeder Halb welle bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 durch Verwendung eines gleichgerich teten Wechselstromes erfolgt, kann das glei che man auch, und zwar noch besser durch Verwendung zweier Haltemagnete erzielen. Die Fig. i und 6 zeigen Ausführungsbeispiele hierfür. Dabei sind die beiden Wechsel stromwicklungen a1 und a@ und die beiden Gleichstromwicli:lungen b1 und b2 bezeichnet. Die eingezeichneten Pfeile deuten die Strom richtung an.
Ausser den beiden Arbeitswick lungen ist noch eine Kurzschlusswicklung W vorgesehen, deren beide Systeme entgegenge- schaltet sind. Die Kurzsehlusswicklung dient zur Unterdrückung der zweiten Harmoni- sehen im Gleichstromkreis. Statt dieser Wick lung kann man auch eine Drossel D oder einen Parallelkondensator g im Gleichstrom kreis vorsehen.
In Fig. 5 sind die beiden Wechselstrom wicklungen a, und a2 parallel, die Gleich stromwicklungen b,. und b2 in Reihe geschal tet. Im Gegensatz hierzu sind in Fig. 6 die Wechselstromwicklungen al und a.2 in Reihe und die Gleichstromwicklungen b1 und b. entgegengeschaltet.
Die Fig. 7 und 8 zeigen den Erfindungs gegenstand als Impedanzrelais einer Distanz sehutzanordnung. Dabei wird die Wechsel stromwicklung durch den Strom und die Gleichstromwicklung unter Verwendung aus reichender Oberwellenglättungseinrichtungen (Drosselspulen, Kapazität und dergleichen) über Gleichrichter durch die Spannung des Gleichstromnetzes erregt.
Die Auslösung des Magneten ist im letz teren Falle abhängig von dem Verhältnis
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worin c,. und e. Konstante, U die Spannung und<I>J</I> den Strom des Netzes und AW .., den Scheitelwert der Amperewindungen dar stellen.
Angenommen, zur Festhaltung des An kers sei eine unendlich kleine Magnetisierung erforderlich, so wird der Anker bei
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abfallen, während er bei
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haften bleibt. Im Fall normaler Betriebsbedingungen, das heisst also, wenn der Scheitelwert der negativen Wechselstromhalbwelle ( -All'.") in seinem A W-Betrag kleiner als die Gleich- strommagnetisierung (AW [=]) ist, bleibt der Anker haften, während er bei Grösser werden desselben losgelöst wird, Da, wie oben ausgeführt,
die Beziehung gilt
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U/J aber den Wechselstromwiderstand (Im pedanz) einer Leiterschleife bei Kurzschluss darstellt, ist die Anordnung, wie in Fig. 7 gezeigt, auch als Impedanzrelais verwendbar. Bei Auftreten eines Kurzschlusses beim Punkt A wird hierbei die Gleichstromwick lung 1 des nicht gezeigten Haltemagneten über den Gleichrichter g von der Spannung des Netzes erregt, während die Wechselstrom- wicklung 2 vom Strom desselben Netzes er regt wird.
Liegt der Widerstand Z der kurz geschlossenen Schleife unter .dem Wert
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so löst der Magnet aus, während andern falls die Abschaltung unterbleibt. Da aber in Wirklichkeit der Haltemagnet einen be stimmten Haltestrom, der den Wert<I>A J (=)</I> haben möge, benötigt, würde dieser als Feh ler in die Beziehung -
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eingehen und damit die Genauigkeit des Impedanzrelais bei kleineren Spannungen und Strömen herabsetzen.
Ein derartiger Nachteil kann dadurch vermieden werden, dass dem Haltemagneten über eine besondere Tertiärwicklung der Haltestrom<I>A J</I> (=) = konstant zugeführt wird, wie zum Beispiel die Fig. 8 bei Ver wendung eines Doppelrelais zeigt. Die vom Wechselstrom J (N) des Netzes erregten Wicklungen a1 und a2 liegen beispielsweise parallel, während die von der Spannung des selben Netzes über den Gleichrichter g er regten Wicklungen b, und bz, in Reihe liegen.
Die Tertiärwicklungen cl und c#_ für den Ealtestrom A J (=) = konstant liegen in diesem Falle gleichfalls in Reihe.
Zur Her absetzung der Zeitkonstante der Anordnung in bezug auf den Gleichstromkreis sind die Widerstände R und r eingeführt worden. Der besondere Vorteil einer derartigen Anordnung nach Fig. 8 besteht einerseits in der grossen Genauigkeit der Quotientenmes- sung und anderseits in der sehr kleinen An sprechzeit. Des weiteren kann eine unmittel bare Verwendung als Primärrelais vorge sehen sein.
Fast switching relay <B> for </B> alternating current. The modern high-voltage circuit breakers have very short switch-off times. As a result, it is possible, for example, to make a temporary, i.e. non-metallic, short circuit in a distribution network disappear by briefly reducing the voltage in the relevant power supply unit by quickly switching off and immediately switching on the circuit breaker again,
without a negative impact on the consumer taking place due to the extraordinary speed of the entire switching process.
If this involves automatic network monitoring, for example by means of a distance protection arrangement, these fast circuit breakers also require correspondingly fast-acting network protection relays. Otherwise the advantage gained by designing the circuit breaker as a high-speed switch is lost again. The previously known and common network protection relays, in particular the impedance relays for distance protection arrangements,
However, due to their design on a wattmetric basis or as pull magnets, they do not meet these requirements and their response times are too long.
This deficiency is remedied by the fact that, according to the invention, the high-speed switching relay for alternating current, which is designed as a mains protection relay and has a holding winding and a triggering magnetization winding, uses the two magnetization windings to compare two variable, electrical, preferably mutually dependent variables.
In this way, it is possible to reduce the response times of the network protection devices to such an extent that the entire tripping processes of the network protection arrangement, including the switching processes of the associated circuit breakers, are completed within two half-waves.
In the case of an impedance relay for distance protection purposes based on the holding magnet principle, the current voltage comparison for impedance measurement is made by the magnetization waves of the holding magnets.
This can be done in such a way that one winding of the relay is supplied with a rectified and smoothed current proportional to the mains voltage and the phase current of the network is supplied to another winding of the relay, so that if the instantaneous value of the phase current is negative, the ampere turns (AW ) takes place, which means that the relay is always tripped when the ratio falls below the limit
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and thus a certain line impedance U / J takes place.
In the following the invention is explained in more detail with reference to the drawing, which represents several Ausfüh approximately examples.
Fig. 1 first shows the structural design. Here, 1 is the holding magnet, the sen coil systems 2 and 3, which can in particular be designed as disc coils, can be flowed through by direct and alternating current. The direct current magnetization is expediently used as holding magnetization, while the alternating current magnetization is the trigger magnetization.
The alternating current magnetization is then superimposed on the direct current magnetization in a known manner and cancels it in the event of a response, so that the tear-off force now predominates and causes the armature to drop. The poles of the holding magnet 1 are separated from one another by a gap through which the leaf spring 4 carrying the armature 5 is passed. The formation of the poles also means that if the resulting magnetization passes through zero for any short time, the withdrawn armature cannot be retrieved after the magnetization has been reversed.
The armature 5, whose form of training can be seen in FIG. 2, is preferably made of stainless iron and, when tightened, is firmly attached to the holding surfaces of the Ma magnetically sanded as smoothly as possible by special processing. The armature is elastically verbun through the leaf spring 4 with the tie rod so that it can rest against the pole discs with full surface. The anchor extension is under the action of a force storage spring housed in the housing 6?
The pull-off force acting on the armature is expediently compensated separately by a direct current auxiliary magnetization, otherwise the armature will tear off before the release magnetization cancels the holding magnetization, which is not desirable in the interests of an accurate response of the relay.
If a rectified alternating current is used, the graph of FIG. 3 is obtained for the same, while the circuitry implementation for this is shown in FIG. The alternating current winding a is supplied with the direct current via a rectifier g, a rectified alternating current to the direct current winding b via the rectifier g2 from an alternating current auxiliary source I '.
A choke D and a parallel capacitor K are provided in the direct current circuit for the purpose of smoothing harmonics.
While tripping occurs in each half-wave in the embodiment of FIGS. 3 and 4 by using a rectified alternating current, the same surface can be achieved, even better by using two holding magnets. FIGS. I and 6 show exemplary embodiments for this. The two alternating current windings a1 and a @ and the two direct current windings are designated b1 and b2. The arrows shown indicate the direction of the current.
In addition to the two working windings, a short-circuit winding W is also provided, the two systems of which are connected in opposition. The short-circuit winding serves to suppress the second harmonic see in the direct current circuit. Instead of this winding you can also provide a choke D or a parallel capacitor g in the direct current circuit.
In Fig. 5, the two alternating current windings a, and a2 are parallel, the direct current windings b ,. and b2 connected in series. In contrast to this, in FIG. 6 the alternating current windings a1 and a.2 are in series and the direct current windings b1 and b. switched in the opposite direction.
7 and 8 show the object of the invention as an impedance relay of a distance protection arrangement. The alternating current winding is excited by the current and the direct current winding using from reaching harmonic smoothing devices (inductors, capacitance and the like) via rectifiers by the voltage of the direct current network.
In the latter case, the triggering of the magnet depends on the ratio
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where c ,. and e. The constant, U the voltage and <I> J </I> the current of the network and AW .., the peak value of the ampere turns.
Assuming that an infinitely small magnetization is required to hold the armature, the armature is at
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fall off while he's at
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sticks. In the case of normal operating conditions, i.e. when the peak value of the negative alternating current half-wave (-All '. ") Is smaller in its A W value than the direct current magnetization (AW [=]), the armature remains stuck while it is at Greater will be detached from it, Since, as stated above,
the relationship holds
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U / J, however, represents the alternating current resistance (Im pedance) of a conductor loop in the event of a short circuit, the arrangement, as shown in FIG. 7, can also be used as an impedance relay. When a short circuit occurs at point A, the DC winding 1 of the holding magnet, not shown, is excited by the voltage of the network via the rectifier g, while the AC winding 2 is excited by the current of the same network.
If the resistance Z of the short-circuited loop is below the value
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so the magnet triggers, while otherwise the shutdown does not take place. However, since the holding magnet actually requires a certain holding current, which may have the value <I> A J (=) </I>, this would be included as an error in the relationship -
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and thus reduce the accuracy of the impedance relay at lower voltages and currents.
Such a disadvantage can be avoided in that the holding magnet is constantly supplied with the holding current <I> A J </I> (=) = via a special tertiary winding, as, for example, FIG. 8 shows when using a double relay. The windings a1 and a2 excited by the alternating current J (N) of the network are, for example, parallel, while the windings b and bz, excited by the voltage of the same network via the rectifier g, are in series.
The tertiary windings cl and c # _ for the Ealtestrom A J (=) = constant are also in series in this case.
To reduce the time constant of the arrangement with respect to the direct current circuit, the resistors R and r have been introduced. The particular advantage of such an arrangement according to FIG. 8 consists on the one hand in the great accuracy of the quotient measurement and on the other hand in the very short response time. Furthermore, immediate use as a primary relay can be provided.