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Mehrphasen-Relais nach dem Ferraris-Grundsatz Zusatz zum Patent 729
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Im Hauptpatent ist eine neue Relaisbauart beschrieben, die im wesentlichen
aus ein-ein hohlen magnetischen Ständer, einem magnetischen Kern innerhalb der Ständeröffnung
und einem. vorzugsweise glockenförmigen Läufer aus elektrisch gut leitendem Material
besteht, der im Luftspalt zwischen Ständer und Kern drehbar angeordnet ist. Hierbei
werden die Pole von Wicklungen, beispielsweise Formspulen, erregt, die je an eine
elektrische Größe des zu schützenden Systems angeschlossen sind.
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Um nun mit möglichst wenigen Polen eine Abhängigkeit des Systems von
mehreren Größen zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einander gegenüberliegende
Pole von Differenzen dieser elektrischen Größen, ,beispielsweise Stromdifferenzen,
zu erregen.
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Es ist zweckmäßig, die Pole dies Relais grupperhveise von den Systemgrößen
so zu erregen, daß im Normalbetrieb die Drehmomente, die von einer Gruppe ausgeübt
werden, die Summe Null ergeben. Dies wird dadurch erreicht, daß die Pole in bestimmter
Reihenfolge von den Netzgrößen erregt werden und eine zur Anzahl der Netzgröße in
einem bestimmten Verhältnis stehende Polanzahl vorhanden ist.
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Es können aber Fälle eintreten, wo es erwünscht ist, einen Drehmomentausgleich
nur für eine Gruppe der -erregenden Größen zu erzielen und eine vorbestimmte Richtungs-oder
Rückhaltungswirkung von einer anderen Größe, z. B. von der anderen Gruppe der mehrphasigen
Größen. Hierfür benötigt man freie Pole, auf denen die Wicklungen, die die gewünschte
Wirkung erzielen sollen, angebracht werden können. Um den gewünschten Drehmomentausgleich
zu erhalten und trotzdem einen geeigneten Aufbau zur Erzielung einer bestimmten
Rückhaltungskennli.nie zu haben, werden die Pole erfindungsgemäß
so
erregt, wie es in Abb. t dargestellt ist, -wo zwei einander gegenüberliegende Pole
16 i und 165 beispielsweise von Stromdifferenzen (J,-J2 und J2-J3 ) erregt
werden. Auch hierbei treten keine Stromgrößen der zweiten Ordnung auf. Die Pole
16--, 164, 166 und 168
können dabei von den Spannungen E'23,
Eil, EI,_, F.3, erregt sein, wobei diese ebenfalls kein Drehmoment auf den
Rotor ausübten. Das resultierende Drehmoment . der dargestellten Pole ist dann ein
mehrphasiges Leistungsrichtungsmoment ohne Größen zweiter Ordnung. Die unbenutzten
Pole 163 und 167,
die in Abb. t weggelassen sind, können dann von zwei
Größen erregt werden, die für einen bestimmten Zweck eine Rückhaltewirkung erzeugen
sollen. Das können beispielsweise Systemspannungen sein, wenn :eine vorbestimmte
Beziehung zwischen dem mehrphasigen Leistungsrichtungsmoment und einem Moment, das
von bestimmten Spannungen de: gleichen Systems abhängig ist, gewünscht wird. Selbstverständlich
sind auch andere Reihenfolgen als die dargestellte zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens
brauchbar. Verwendet man andere Anordnungen, so wird dabei der Winkel, bei dem das
größte Drehmoment des Relais auftritt, verändert. Dies kann man zur Erzielung .einer
bestimmten Schutzwirkung vorteilhaft verwenden; z. B. wird man in Hochspannungsanlagen
eine andere Reihenfolge der Polerregungen wählen als für Maschennetzschalter. Im
Ausführungsbeispiel der Abb. a gehegt Leitungen i, z und ,3 von den Sammelschienen
3o ab, wobei ein Schalter 33 mit der Auslösespule 34 vorgesehen ist, um die Speiseleitung
abtrennen zu können. Das schematisch dargestellte Relais hat dabei einen Hebel
35, der entgegen einer Feder 36 die Kontakte zur Auslösung dies Ölschalters
schließen kann. Die Pole mit ungeraden Ziffern sind hierbei von Strömen erregt und
ergeben in früher erläuterter Weise zusammen das Drehmoment Null. Die von den Spannungen
erregten Pole sind hierbei, um eine bestimmte Rückhaltung zu erzielen, in der Reihenfolge
E'23, E23, E,2. E'3, erregt. Mit dieser Anordnung wird dass resultierende Moment
für die Spannungen allein nicht Null, infolgedessen ist erfindungsgemäß ein bestimmtes,
von Spannungen herrührendes Moment zusätzlich zum Leistungsrichtungsmoment vorhanden.
Die Anschlüsse sind hierbei so, daß das Spannungsmoment dem I_eistungsrichtungsmoment
unter bestimmten Systemverhältnissen "entgegenwirkt, z. B. wenn die Leistung in
einer bestimmten Richtung fließt, und diese unterstützt, wenn das Leistungsrichtungsmoment
umgekehrt wird. Die Anordnung der verschiedenen Teile ist hierbei so, daß die Spannungsrückhaltung
das Leistungsmoment bei bestimmten, auf der Leitung herrschenden Bedingungen überwiegt,
z. B. wenn normale Spannungen und normaler Leistungsfluß herrschen. Die dargestellte
Feder 36 soll hierbei verhältnismäßig schwach sein, damit sie möglichst keinen Einfluß
auf die Relaiseichung ausübt. Wenn dreiphasige Fehler nahe am Relaisort auftreten,
werden die Spannungswicklungen praktisch kurzgeschlossen, da die Systemspannungen
nahezu Null werden. Bei so geringen Spannungen ist es erwünscht, daß kein rein stromabhängiges
Drehmoment .auftritt. Gewöhnlich können. die von den Stromwicklungen erzeugten Flüsse
durch die Pole, die Spannungsspulen tragen, zurückfließen. Auf diese Weise werden
in den Spannungswicklungen Spannungen induziert. Es fließt also Strom in den Spannungswicklungen,
und die Flüsse, die durch diese Pole fließen, werden dadurch beeinflußt. Durch die
Phasenverschiebung zwischen diesen veränderten Flüssen und den Stromflüssen können
kleine Drehmomente entstehen, die normalerweise ausgeglichen sind. Wenn indessen
diese kleinen Momente sich nicht aufheben, kann ein unerwünschtes Drehmoment in
einer oder der anderen Richtung auftreten. Erfindungsgemäß werden diese Stromrichtungsmomente
dadurch aus geglichen, daß in den Kreisen -der Spannungsspulen geeignete Mittel
zur Einstellung der Impedanz vorgesehen sind, beispielsweise Widerstände 37. Ein
solcher Ausgleich ist besonders für dreiphasige Fehlerfälle vorteilhaft. Dagegen
kann die Wirkung einer Unausgeglichenheit vernachlässigt -werden, wenn eine oder
mehrere Spannungswicklungen normale oder nahezu normale Spannung führen. Durch mangelhafte
Abgleichung während der Herstellung können bestimmte Abweichungen von der theoretischen
Wirkung auftreten, so daß der Ausgleich durch zusätzliche Mittel erzwungen werden
muß. Auch hierfür sind beliebige Widerstände 37 in den Kreisen der Spannungswicklungen
oder Abflachungen, Einschnitte o. dgl. am Stator mit Vorteil verwendbar. Durch Veränderung
der Lage dieser Abflachungen oder Einschnitte kann der magnetische Widerstand der
Luftspalte an den betreffenden Polen geändert werden, um die gewünschte Abgleichung
zu erzielen.
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In Abb.3 ist eine andere Möglichkeit zum Anschluß der Erregerwicklungen
des Relais dargestellt, und zwar sind hierbei die Sternspannungen verwendet. Bei
allen Anordnungen muß man, um ein ungenaues Arbeiten zu verhindern, .darauf achten,
daß das Leistungsrichtungsmoment möglichst nicht größer als das. Erdschlußrichtungsmoment
wird.
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In Abb. 4. ist eine solche Anschlußmöglichkeit darestellt, bei der
die höchste Schutz-Z>
wirkeng durch den geringsten Aufwand erzielt
wird. Das Relais spricht hifer nicht nur auf Leistungsrichtungsgrößen, sondern auch
auf Erdschlüsse richtig an lind kann außerdem mit einer Spannungsrückhaltung versehen
sein. Um die Erdschlußspannungen E0 zu erhalten, kann beispielsweise ein Transformator
32o verwendet werden, der primärseitig in Stern geschaltet ist und sekundärseitig
eine offene Dreieckwicklung trägt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Pole
161, 165, 166 und 168 von den Leitungsströmen J1, J2 und den Spannungen F'12, E23
erregt. Die Flüsse in diesen Polen ergeben zusammen das mehrphasige Leistungsrichtungsmoment.
Die Wicklungen auf den Polen 162 und 164 sind an die offene Dreieckwicklung des
Transformator,-12o angeschaltet, um von der Erdschluß- bzw. Unsymm@etriespaimung
.erregt zu werden. Dabei ist die Wicklung auf den Polen 162 umgekehrt angeschlossen.
Die Wicklung auf den Polen 163 wird vom Unsymmetriestrom erregt und ist daher in
Summenschaltung an die Stromwandler 3 i angeschlossen. Um das erwünschte Erdschluß.drehmoment
bei Erdschlüssen zu erzielen, können zusätzliche Windungen auf den Polen 162, 163
und 164 angeordnet sein. Die Wicklungen dieser Pole erzeugen das Richtungsmoment
bei Erdschlüssen. Der Pol 167 wird von der Spannung E31 in umgekehrter Richtung
erregt. Die Wicklungen, die die Pole 166, 167 und 168 erregen, ergeben
somit die gewünschte Spannungsrückhaltung. Selbstverständlich sind auch andere Anschlußmöglichkeiten
als die dargestellte und beschriebene denkbar.
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In Abb. 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
wobei das resultierende Drehmoment ein mehrphasiges Richtungsmoment mit Spannungsrückhaltung
ist. Die einander gegenüberliegenden Pole 161 und 165 werden von den Strömen J1
und J2 erregt, wobei keinerlei Größen zweiter Ordnung auftreten. Die Pole 162,
163, 164, 166, 167 und 168 sind an die Spannung - E23, Es,>
` E12) E12) Es" - E23 angeschlossen. Das resultierende mehrphasige Richtungsmoment
rührt vom Zusammenarbeiten des Pols 161 mit den anliegenden Polen 162
und
j68 und vom Pol 165 mit seinen Nachbarpolen 164 und 166 her. Die Spannungsrückhaltewirkung
wird von den Polen 163 und 167 und deren Nachbarpolen ausgeübt. Auch hierbei sind
selbstverständlich andere Reihenfolgen der Anschlüsse denkbar. In allen Fällen ist
es vorteilhaft, besonders aber dann, wenn Erdschlüsse :erfaßt werden sollen, die
Endplatte 21 und die Buchse 2q. in Abb. 2 aus magnetischem Material zu machen, um
einen magnetischer. Rückschluß zu erhalten und zu verhindern, daß Flüsse durch andere
Pole hindurchtreten und dabei unkontrollierbare Momente erzeugen.