DE736927C

DE736927C - Multi-phase relay based on the Ferraris principle

Info

Publication number: DE736927C
Application number: DEA84921D
Authority: DE
Inventors: Andrew J Mcconnel
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1936-11-21
Filing date: 1937-11-23
Publication date: 1943-07-02

Description

Mehrphasen-Relais nach dem Ferraris-Grundsatz Zusatz zum Patent 729 023 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.Multi-phase relay according to the Ferraris principle Addition to patent 729 023 In the main patent, a new type of relay is described, which essentially consists of a hollow magnetic stator, a magnetic core within the stator opening and a. preferably bell-shaped rotor is made of electrically good conductive material, which is rotatably arranged in the air gap between the stator and core. Here, the poles of windings, for example pre-formed coils, are excited, each of which is connected to an electrical variable of the system to be protected.

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.In order to make the system dependent on To achieve several sizes, it is proposed according to the invention, mutually opposite Poles of differences between these electrical quantities, for example current differences, to excite.

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.It is useful to group the poles of this relay according to the system sizes to excite so that in normal operation the torques exerted by a group result in the sum zero. This is achieved by placing the poles in a certain Sequence of the network sizes are excited and one to the number of the network size in a certain number of poles is present.

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.However, there may be cases where it is desired to achieve a torque compensation only for a group of the energizing variables and a predetermined directional or restraint effect of another variable, e.g. B. from the other group of multiphase quantities. For this you need free poles on which the windings that are to achieve the desired effect can be attached. In order to obtain the desired torque compensation and still have a suitable structure for obtaining a certain Rückhaltungskennli.nie, the poles are in the present invention excited as it is shown in fig. T, -where two opposite poles 1 6 i and 165, for example, Current differences (J, -J2 and J2-J3) are excited. Here, too, there are no second-order currents. The poles 1 6--, 164, 1 66 and 1 68 can be excited by the voltages E'23, Eil, EI, _, F.3, whereby these also do not exert any torque on the rotor. The resulting torque. of the pole shown is then a multi-phase power direction moment without second-order magnitudes. The unused poles 1 63 and 1 67, which are omitted in Fig. T, can then be excited by two quantities which are intended to produce a restraining effect for a specific purpose. These can be system voltages, for example, if: a predetermined relationship between the multi-phase power direction torque and a torque that is dependent on certain voltages of the same system is desired. Of course, other sequences than those shown can also be used to implement the concept of the invention. If other arrangements are used, the angle at which the greatest torque of the relay occurs is changed. This can be used advantageously to achieve a certain protective effect; z. B. one will choose a different sequence of pole excitations in high-voltage systems than for mesh network switches. In the exemplary embodiment in FIG. A, lines i, z and 3 are separated from the busbars 3o, a switch 33 with the trip coil 34 being provided in order to be able to disconnect the feed line. The relay shown schematically has a lever 35 which, against a spring 36, can close the contacts for triggering this oil switch. The poles with odd digits are excited by currents and, in the manner explained earlier, together result in zero torque. The poles excited by the voltages are here in the order E'23, E23, E, 2 in order to achieve a certain restraint. E'3, excited. With this arrangement, the resultant torque for the voltages alone does not become zero; as a result, according to the invention, a certain torque originating from the voltages is present in addition to the power directional torque. The connections are such that the voltage moment counteracts the power direction moment under certain system conditions, e.g. when the power flows in a certain direction, and supports it when the power direction moment is reversed. The arrangement of the various parts is such that the voltage retention outweighs the power torque under certain conditions prevailing on the line, for example when normal voltages and normal power flow prevail occur at the relay location, the voltage windings are practically short-circuited, since the system voltages are almost zero. With such low voltages, it is desirable that no purely current-dependent torque occurs agen, flow back. In this way, voltages are induced in the voltage windings. So current flows in the voltage windings and the fluxes that flow through these poles are influenced by it. The phase shift between these changed fluxes and the current flows can result in small torques that are normally balanced. If, however, these small moments do not cancel each other, an undesirable torque can occur in one direction or the other. According to the invention, these current directional torques are compensated by providing suitable means for adjusting the impedance, for example resistors 37, in the circuits of the voltage coils. Such compensation is particularly advantageous for three-phase faults. On the other hand, the effect of an imbalance can be neglected if one or more voltage windings are at normal or near normal voltage. Inadequate adjustment during production can result in certain deviations from the theoretical effect, so that the adjustment must be enforced by additional means. For this purpose, any resistors 37 in the circles of the voltage windings or flattened areas, incisions or the like on the stator can advantageously be used. By changing the position of these flats or cuts, the magnetic resistance of the air gaps at the relevant poles can be changed in order to achieve the desired balance.

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.In Fig.3 there is another possibility to connect the excitation windings of the relay, namely the star voltages are used here. at one must pay attention to all arrangements in order to prevent inaccurate work, that the power direction moment is as little as possible greater than the earth fault direction moment will.

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.In Fig. 4, such a connection option is shown, in which the highest protection Z> is achieved with the least effort. The relay not only responds correctly to power direction variables, but also to earth faults and can also be provided with voltage retention. In order to obtain the earth fault voltages E0, a transformer 32o can be used, for example, which is connected in star on the primary side and has an open delta winding on the secondary side. In this embodiment, the poles 161, 165, 166 and 168 are excited by the line currents J1, J2 and the voltages F'12, E23. The flows in these poles together result in the multi-phase power direction moment. The windings on poles 162 and 164 are connected to the open delta winding of the transformer, -12o, in order to be .excited by the earth fault or asymmetry spaimung. The winding on poles 162 is connected in reverse. The winding on the poles 163 is excited by the unbalance current and is therefore connected to the current transformer 3 i in a summation circuit. In order to achieve the desired earth fault torque in the event of earth faults, additional turns can be arranged on poles 162, 163 and 164. The windings of these poles generate the directional moment in the event of earth faults. The pole 1 67 is excited in the opposite direction by the voltage E31. The windings that excite poles 1 66, 1 67 and 168 thus provide the desired voltage retention. Of course, other connection options than those shown and described are also conceivable.

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.In Fig. 5, another embodiment of the invention is shown, wherein the resulting torque is a multi-phase directional torque with voltage retention. The opposing poles 161 and 165 are excited by the currents J1 and J2, with no magnitudes of the second order occurring. The poles 1 62, 1 63, 164, 166, 167 and 168 are connected to the voltage - E23, Es,> `E12) E12) Es" - E23. The resulting multiphase directional moment is due to the cooperation of the pole 161 with the adjacent poles 1 62 and j68 and from the pole 165 with its neighboring poles 164 and 1 66. The voltage retention effect is exerted by the poles 163 and 167 and their neighboring poles. Here, too, of course, other sequences of connections are conceivable. In all cases it is advantageous, but especially Then, if earth faults are to be detected, the end plate 21 and the socket 2q. in Fig. 2 should be made of magnetic material in order to obtain a magnetic return path and to prevent fluxes from passing through other poles and generating uncontrollable moments.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Multi-phase relay according to the Ferraris principle, in particular for the protection of electrical systems with a magnetic stator, with several inwardly pronounced poles according to patent 729 023, characterized in that opposing pole pairs are each excited with a difference of mvei phase sizes.

2. Relay according to claim i using simultaneous Current and voltage excitation, characterized in that in the circuits of the Voltage coils means for adjusting the impedance, for example resistors (37), are provided.