DE630533C - Sperrelais fuer Differentialschutzeinrichtungen - Google Patents

Description

In dem Patent 586 577 ist ein Sperrelais beschrieben, dessen Ansprechen von der relativen Phasenlage zwischen den Strömen zu beiden Seiten eines durch eine Differential-Schutzeinrichtung zu schützenden Anlageteiles abhängt. Die Wirkungsweise dieses Sperrrelais ist au's Fig. 1 zu ersehen. Zum Schutz eines Transformators T sind zwei Stromwandler S₁ und 6*2 vorgesehen. Wenn ein Differenzstrom auftritt, spricht ein Differentialschutzrelais D an und schließt seine Kontakte, die im Stromkreis eines Auslösemagneten M liegen. Das Ansprechen des Differentialrelais D hat aber nur dann eine Erregung des Auslösemagneten M zur Folge, wenn nicht das Sperrelais V eine Verriegelung des Differentialschutzes bewirkt. Das Sperrelais V ist im wesentlichen ein wattmetrisches Relais mit zwei Erregerspulen A und B, von denen jede für sich von dem Sekundärstrom des Wandlers S₁ bzw. S₂ durchflossen wird. Von der relativen Phasenlage der Ströme der Wandler hängt es also ab, ob das wattmetrische Sperrelais V seinen

as Kontakt schließt oder öffnet.

Der mechanische Aufbau des Magnetsystems eines solchen Relais ist aus den Fig. 3 bis 5 zu entnehmen. Er besteht im wesentlichen aus einem feststehenden Rahmen aus magnetisierbar em Material, welcher dem feststehenden Magnetsystem angehört und einen Luftspalt besitzt. Innerhalb des Luftspaltes kann sich ein Eisenanker bewegen, welcher einen dritten Schenkel für das feststehende Magnetsystem bildet. Der Sekundärstrom des Stromwandlers .S₁ wird beispielsweise über Spulen A geleitet, die dem feststehenden Magnetsystem angehören, und der Strom J₂ des Wandlers 5"₃ wird durch eine Spule geschickt, welcher den beweglich gelagerten oder biegsamen Anker magnetisiert. Der Ausschlag des Reläisankers nach rechts oder links ändert sich bei. dieser Anordnung, wenn entweder der Strom in den Spulen ^4 oder der Strom in der Spule B seine Richtung wechselt.

Bei jeder Stellungsänderung des beweglichen Ankers ändern sich die Verhältnisse des magnetischen Kreises, weil dadurch der Relaisanker' dem einen Magnetsystem näher gebracht und gleichzeitig von dem anderen Magnetsystem wieder entfernt wird. Den Relaisanker von dem Gegenpol loszureißen, an dem er liegt, verlangt eine große Kraft.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer in Berlin-Spandau.

Man kann durch Anwendung einer zusätzlichen Federkraft die Loslösung des Ankers von einem der Pole begünstigen, man kannaber die Wirkung der magnetischen Halte-; kraft nicht vollkommen durch eine Feä§j#>; kraft ausgleichen, weil die Federkraft bei^ Ausschlag des. Ankers nur linear ansteigt, während die magnetische Kraft stärker als . linear zunimmt. Insbesondere wenn der ίο Strom, der die Haltekraft erzeugt, wie es bei diesem Schutzrelais immer der Fall ist, starken Schwankungen unterworfen ist und sehr groß sein kann, reicht die Federkraft nicht . aus. Wenn der bewegliche Anker eines Sperrrelais (Fig. 1) in der einen'Stellung steht, so wird bei einer Umkehr des Erregerstromes für das eine Magnetsystem, beispielsweise für den Anker noch nicht ein Umschlag des Relaisankers erzielt, solange nicht der in anderer Richtung fließende Erregerstrom solche Stärke besitzt, daß auch der magnetische Kraftfluß im Anker sich umkehrt. Man möchte in diesen Fällen erreichen, daß ein Umschlag des Relaisankers aus der einen Stellung in die Ruhestellung bereits dann erfolgt, wenn einer der beiden Haupterregerströme (J₁, J₂) verschwindet. In einem solchen Fall löst sich aber mitunter bei den bisherigen Relaiskonstruktionen der Anker nicht von dem Magnetpol, gegen den er sich gelegt hat, trotzdem eine vorhandene Federkraft den Anker in die andere Stellung herüberzuziehen sucht. Die Federkraft-erweist sich aber als zu schwach, wenn der noch allein vorhandene Strom erhebliche Stärke besitzt. Erfindungsgetnäß sind der Anker und das feststehende Magnetsystem durch zusätzliche Hilfsf el der in solcher Weise erregt, daß, wenn von den beiden Strömen, die das Sperrelais erregen, der eine Strom gleich Null wird, auf den Anker eine elektromagnetische Kraft ausgeübt wird, welche ihn in die Ruhelage zurückzubringen bestrebt ist. Zu diesem Zweck kann man Zusatzwicklungen anordnen, welche sich auf den Anker und das feststehende Magnetsystem verteilen und derart geschaltet sind, daß die Zusatzwicklung auf dem Anker in Reihe oder parallel zu den Haupterregerspulen des festen Magnetsystems liegt, während umgekehrt die; Zusatzwicklung oder Zusatzwicklungen des feststehenden Magnetsystems von dem zweiten Strom der Differentialanordnung durchflossen werden, welcher auch zur Magnetisierung des bewegliehen Ankers dient. An Stelle einer unmittelbaren Reihenschaltung oder Parallelschaltung kann man die Hilf s wicklungen auch so ausgestalten, daß sie vom Kraftfluß im Magnet selbst erregt werden, und kann beispielsweise vom Kraftfluß des festen Magnetsystems eine Hilfserregung für den Relaisanker ableiten, und umgekehrt. Damit die von dem einen Teil des Magnetsystems abgeleitete Hilfserregung für den anderen Teil jgie für die Drehmomentbildung günstigste iij-thasenlage besitzt, ist es vorteilhaft, die bekannten Mittel zur Phasenschwenkung in Reihe oder parallel zu den betreffenden Wicklungen zu schalten.

Man kann die Hilfserregung von der Summe des Kraftflusses der beiden Außenschenkel des festen Magnetsystems ableiten oder auch von der Differenz dieser beiden Kraftflüsse, weil je nach der Ankerstellung der Kraftfluß im einen oder anderen Außenschenkel überwiegt.

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. 2 ist ein Prinzipbild der Schaltung eines Relais nach der Erfindung. Die Haupterregerwicklungen A und B werden von dem Strom I₁ bzw. I₂ einer Doppelleitung erregt. Die Spulet gehört beispielsweise zu dem feststehenden Magnetsystem, die Spule B dagegen zu dem beweglichen Magnetsystem, zum Anker. Die Hilfswicklung auf dem festen Magnetsystem ist mit a. und die Hilfswicklung auf dem Anker mit b bezeichnet. Man erkennt aus Fig. 2, daß die Erregung der Hilfswicklung α auf dem feststehenden Magnetsystem der Stärke und Phasenlage der Erregung des beweglichen Relaisankers folgt. Umgekehrt ist die Zusatzwicklung b auf dem Anker von einem Strom durchflossen, der sich entsprechend den Änderungen des Stromes in der Wicklung A des festen Magnetsystems ändert. Wenn in der Spulet des Schaltschemas der Strom I₁ von links nach rechts fließt, so fließt der entsprechende Strom in der Spule b von rechts nach links. Bei fehlerlosem Zustand des zu schützenden Anlageteiles fließt der Strom in der Spule B in der gleichen Richtung wie der Strom in der Spule A, d. h. von links nach rechts. Dann sind die Felder der Erregerwickhingen .<4 und α bzw. B und b gegeneinandergerichtet, während die Ströme in den Spulend und B gleiche Richtung haben. Wenn ein Überstrom über den zu schützenden Anlageteil hinwegfließt, ergeben die beiden Haupterregerwicklungen A und B also zusammen ein kräftiges Drehmoment im Sinne einer Sperrung des Differentialschutzes. Wenn-aber der eine Strom, beispielsweise der ,Strom I₂, verschwindet, dann bleiben die Spulend und b erregt und erzeugen ein in der Richtung stets gleichbleibendes Drehmoment, durch welches der Anker in eine bestimmte Stellung, die Ruhestellung, zurückgebracht wird.. Das gleiche tritt ein, wenn beispielsweise der Strom Z₁ verschwinde^ so daß nur der Strom I₂ übrigbleibt,

Die Spulen sind so geschaltet und gewickelt, daß in beiden Fällen das Relais nach derselben Ruhelage zurückkehrt.

Man kann die Wirkung dieser elektromagnetischen Kräfte, welche den Anker in die Ruhelage zurückbringen sollen, durch eine Federkraft unterstützen, wie in Fig. 3 durch die Feder F angedeutet ist. Bei Anwendung der Erfindurig kann die Kraft der Feder F schwächer gewählt werden als bei einer Ausführung des Relais ohne die Zusatzerregung. In den Fig. 4 und 5 sind abweichende Ausführungsformen des Erfindungsgedankens schematisch dargestellt. Die Spulen .4 werden wiederum vom Strom J₁ und die Spule B wird vom Strom J₂ erregt. Mit diesen Spulen sind aber keine Hilfsspulen in Reihe geschaltet, sondern statt dessen sind Hilfswicklungen α auf den Polen des feststehenden Magnetsystems und eine Hilfswicklung b zur Magnetisierung des Ankers nur induktiv mit den Spulen A und B gekoppelt. Wenn nur der Strom J₁ fließt, induziert der Kraftfluß durch die Pole des feststehenden Magnetsystems einen Strom in den Hilfswicklungen a und b. Der Wicklungssinn und die Schaltung der Spulen α und b ist so gewählt, daß hierdurch eine Abstoßungskraft zwischen dem Anker und dem rechten Pol des festen Magnetsystems erzeugt wird wie in Fig. 3. Wenn allein der Strom J₂ besteht, wird in der Spule b eine Spannung induziert, die einen Strom über die Hilfsspulen α treibt. Die Kraftwirkung auf den Anker ist in diesein Fall wiederum die gleiche wie vorhin. Bei den Anordnungen, die schematisch in Fig. 2 und außerdem in den Fig. 3 bis S dargestellt sind, sowie bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist unter Umständen eine besondere Phaseneinstellung notwendig. Diesem Zweck sollen die in Fig. 4 beispielsweise angedeuteten bekannten Mittel für die Einstellung des Phasenwinkels dienen. Statt der gezeichneten Parallelschaltung kann auch eine Reihenschaltung oder eine Kombination aus Reihenschaltung und Parallelschaltung angewendet werden.

Fig. S unterscheidet sich von der Anordnung in Fig. 4 dadurch, daß die Spulen a, welche eine Spannung zur Speisung der Spule b liefern, so geschaltet sind, daß b nur entsprechend der Differenz der Erregungen der beiden Spulen α gespeist wird. In b fließt also ein Strom, dessen Phasenlage mit Bezug auf die Kraftflüsse in den Außenschenkeln des feststehenden Magnetsystems davon abhängt, ob in dem linken oder in dem rechten Außenschenkel der größere Kraftfluß entsteht. Dadurch, daß der Anker sich entweder an den rechten oder an den linken Pol legt und damit die magnetischen Flüsse im rechten und im linken Außenschenkel des feststehenden Systeihs verschieden groß macht, wird eine Zusatzerregung für den Magnetanker gewonnen, welche sich jeweils umkehrt, wenn der Anker seine Stellung wechselt. -Es ist nun die Wicklungs- und die Schaltungsweise der Spulen α und b so gewählt, daß die durch die Spulen b hervorgerufene Zusatzerregung eine abstoßende Kraft zwischen dem Anker und demjenigen Pol hervorruft, dem der Anker am nächsten liegt. Diese Anordnung gibt also, zum Unterschied von der Anordnung in Fig. 4, eine solche Zusatzeinwirkung auf den Anker, daß dieser dadurch der mittleren Stellung zugetrieben wird, während in Fig. 4 der Anker durch die Zusatzkraft stets in die eine Endlage gedrängt wird. Die Anordnung in. Fig. 5 eignet sich also für solche Anordnungen, bei denen der Anker eine Mittelstellung besitzt und von dieser unter bestimmten Bedingungen nach links oder rechts abweicht, bei Aufhörung dieser Bedingungen aber in die Mittellage zurückkehren soll. Der Anker kann zusätzlich durch eine schwache Federkraft in die Mittelstellung zurückgeführt werden. Fig. 4 zeigt eine zusätzliche Erregung, welche unmittelbar von den Kraftflüssen abgeleitet wird, die von dem Strom J₁ und dem Strom J₂ erzeugt werden. Wenn man statt dessen zwischen die Anschlußklemmen für die Reihenschaltung der drei Spulend, A und B einen Widerstand legt, so gibt auch dieser eine Umkehrung des Stromes in der Spule B, sofern der Strom J₂ Null wird, oder in den Spulen A, sofern der Strom J₁ Null wird. Auf diese Weise kann man auch durch Anwendung eines Nebenschlusses erreichen, daß bei Verschwinden des einen Stromes eine elektromagnetische Kraft entsteht, welche die Rückkehr des Relaisankers in die Ruhelage bewirkt oder eine zu dem Zweck vorhandene Federkraft unterstützt. Um die günstigste Wirkung zu erzielen, gibt man dem Nebenschlußwiderstand eine solche Zusammensetzung, daß der Strom, der über den Widerstand fließt, in Phasengleichheit ist mit dem Strom derjenigen Hauptspule, deren zugehöriger Wandler erregt ist. Es kann vorteilhaft sein, mit den Hauptspulen Ohmsche Widerstände in Reihe zu legen, um zu erreichen, daß die Phasenverschiebung in diesen Spulen möglichst klein ist, so daß ein rein Ohmscher Nebenschluß widerstand eine genügende Phasenübereinstimmung liefert. Wenn, wie in den dargestellten Ausführungsbeispielen, die Spulend und B galvanisch untereinander verbunden sind, kann der Nebenschluß widerstand ebenfalls mit den Spulen galvanisch verbunden sein, so daß er einen Nebenschluß für beide Spulen bildet.

Wenn aber die Stromwandler-Sekundärkreise galvanisch getrennt sind, indem etwa zur Speisung des Differenzstromrelais ein Differenzwandler benutzt wird oder das Differenzstromrelais zwei voneinander isolierte Wicklungen besitzt, dann kann auch eine von der Differenz der Ströme Z₁ und I₂ induktiv erregte Zusatzwicklung zur Anwendung kommen, welche auf. Anker und festem ίο Magnetsystem verteilt angeordnet¹ ist und die gleiche Wirkung hat wie ein Nebenschluß..

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   * 15 i. Sperrelais für Differentialschutzeinrichtungen, dessen eines Magnetfeld von dem einen Strom und dessen Ankermagnetisierung von einem zweiten Strom der Differentialschaltung erzeugt wird, nach Patent 568 577, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker und das feststehende Magnetsystem durch zusätzliche Hilfsfelder in solcher Weise erregt sind, daß dadurch auf den Anker eine Kraft zu seiner Rückführung in die Ruhelage ausgeübt wird, wenn einer von den beiden Strömen der Differentialschaltung verschwindet.
2. 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker eine zusätzliche Wicklung (b) trägt, welche vom Erregerstrom des feststehenden Magnetsystems durchflossen wird, und daß das feststehende Magnetsystem eine zusätzliehe Erregung durch den Erregerstrom des Ankers erhält.
3. 3. Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklung (6) des Ankers mit den Haupterregerwicklungen (A) des feststehenden Magnetsystems in Reihe liegt, oder umgekehrt.
4. 4. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß untereinander verbtindene Zusatzspulen (a, b) so angeordnet sind, daß sie vom Kraftfluß im Anker und vom KraftfLuß im feststehenden Magnetsystem durchsetzt sind.
5. 5. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker eine zusatzliehe Erregerwicklung trägt, deren Erregung der Summe der Kraftflüsse in den beiden Außenschenkeln des feststehenden Magnetsystems entspricht, in welchem der Anker einen beweglichen Mittelschenkel bildet.
6. 6. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker eine zusätzliche Wicklung (b) trägt, deren Erregung der Differenz der Kraftflüsse in den Äußenschenkeln des feststehenden Magnetsystems entspricht, in welchem der Anker einen beweglichen Mittelschenkel bildet.
7. 7. Relais nach Anspruch 1 oder 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe oder parallel oder auch sowohl in Reihe wie auch parallel zu der zusätzlichen Wicklung des Ankers oder des feststehenden Magnetsystems oder beide zur Erzielung der günstigsten Phaseneinstellung dienende Mittel vorgesehen sind.
8. 8. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Hauptfelder erzeugenden Spulen durch einen Nebenschlußwiderstand überbrückt sind, so daß, wenn nur einer der Ströme der Differentialschaltung fließt, in den Hauptspulen Ströme mit bestimmter relativer Phasenlage fließen, so daß auf den Anker eine Kraft ausgeübt wird, die ihn in die Ruhelage zu bringen bestrebt ist.
9. 9. Relais nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet,, daß mit den beiden Hauptspulen eine Ausgleichswicklung induktiv gekoppelt ist, welche, wenn nur einer der beiden Ströme der Differentialschaltung fließt, bewirkt, daß in den beiden Hauptspulen Ströme einer bestimmten relativen Phasenlage fließen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen