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Anordnung zur selektiven Abschaltung von Leitungsstrecken eines Verteilnetzes,
insbesondere beim Versagen des Schnelldistanzschutzes Die selektive Abechaltung
von Leitungsstrecken eines Verteilnetzes erfolgt bekanntlicih vermittels spannungsabhängigen
Zeitrelais, welches durch ein Maxi-rnalstronlrel,ajis zum Ablauf angeregt wird.
Bei bekannten Einrichtungen dieser Art wind die Ablaufzeit eines Laufwerkes durch
eine von der Spannung abhängige Bremskraft beeinflußt, und zwar so, daß bei geringer
,Spannung die Laufzeit kurz :und bei hoher Sparnnung die, Lau-fizeit lang ist. Da
an der Kurz.schlußstelle ,die B:etriebssgiannung um -den größten Betrag abfällt,
sprechen die spannu.ngsa@lähängigen Zeitrelais rings um die Kurzschl.u-ßstelle schneller
an als die weiter entfernt li.eg1en.den. Da-durch gelingt die vollständige Eingrenzung
der kranken Stelle. Bei einem bekannten spannungsabhängigen Zeitrelais der genannten
Art ist eine durch ein Gewicht in Drehung versetzte Ferrarisscheibe vorgesehen,
weiche durch eine von .der Spannung der Leitung erregten Bremsspule abgebremst wind.
Bei einem Kurzschluß wird die Ferrarisscheibe über einen Ü!berstrommagnet und ein
Überstrornrelais ausgeklinkt, wobei gleichzeitig die Bremsspule eingeschaltet wird.
Nach einer einstellbaren Zeit schließt .das sich senkende Gewicht den Aus@lQsestromkreis.
Dieses bekannte Zeitrelais hat den Nachteil, deß es verhältnismäßig kompliziert
aufgebaut is.t. Dies ist leicht zu erkennen, wenn man bedenkt, diaß für den Wiederaufzug
eine besondere Aufzugs,spu.le vorgesehen werden muß und daß für ein einigermaßen
selektives
Arbeiten bei- großem Spannungsverlust; also bei geringer wirksamer Spannung, eine
besondereAnwurfsvorrichtung für dieFerrarisscheibe und eine im Sinn des Ablaufes=
wirksame Hilfs-'hurzscihlußspulc benötigt werden. Trotz :dieses Auifwandes arbeitet
die bekannte Einrichtung nur ver= hültnismäß,ig träge.
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Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung mit spannungsabhängiigem
Zeitrelais, insbesondere für Zeitstaffelschutz in Verteileranlagen, bei welcher
die erwähnten Nachteile vermieden sind. Das: vo:rgesehene Zeitrelais weist .gerade
irn Bereich niedriger Spannungen eine starke Differenzierung :der Schaltzeiten von
den Spannungen auf und arbeitet verhältnismäßig schnell. Dieses Zeitrelais weist
eine unter der Wirkung einer Feder stehende, drehbar gelagerte Bremsscheibe mit
mindestens einem -elektromagnetischen Bremsmagnet auf, der beim Ansprechen eines
Minimalspännungsrelais eine von der Spannung im Netz abhängige Erregung erhält.
Es ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der Scheibenachse ein beweglicher Kontakt
14, welcherzusammen mit einem im Rau fest angeordneten Kontakt 18 als Auslösekontakt
arbeitet, befestigt ist, wobei ein Steuerrelais 2o mit unter der Wirkung einer Rückstellfeder
2i stehendem Drehanker 32 vorgesehen ist, welcher mit Hilfe von AnschLägenderart
mit der Bremsscheibe zusammenarbeitet, daß bei nicht erregtem Steuerrelais die Bremsscheibe
entgegen der Wirkung einer zugeordeten Feder 17 in eine Ruhestellung gedreht wird,
in welcher die Kontakte 14--bzw. 1.8 offenstehen, -und bei erregtem Steuerrelais
die Bremsscheibe freigegeben wird, die unter Vermittlung der zugeordneten Feder
17 abläuft, bis :die Kontakte 14, 18 awfeinanderliegen.
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Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung kann nicht nur zum selektiven
Abschalten gefährdeter Leitungsstrecken, sondern auch als Reserveauslösung des Hauptschalters
in einem Verteilernetz bei eventuellem Versagen der normalen, z. B. nasch dem Reaktanz-ImpedanzPrinzip
arbeitenden Selektivschnztzeinrichtu,ng benutzt werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht den Gegenstand der Erfindung, und zwar
,zeigt Fig. i ein Beispiel der erfindungsgemäßen Schaltanar dnung, Fig. 2 ,den Aufbau
eines. der Zeitrelais in schematisch gehaltener, @chaüiäildfidher--Ansicht,.- -Fig.
3 das Beispiel-einer Kurve der Schaltzeiten :des Zeitrelais in Funktion der Kurzschlußspannung,
im Vergleich ,zu entsprechenden Kurven ohne die erfindüngsgemäßen Merkmale. -. Bei
dem Beisp.idl nach -Fig. i sind mit a und b .die beiden Leitungen eines einphasgen
Verteilernetzes bezeichnet. Im Netz ä, b liegt ein Hauptschaster r mit Schaltmiagnet
ia, vor dem über einen Transformator 3 ein Minimalspanriungszeliais 4 mit Kontakten
5 und 6 zum Schließen und Öffnzn -von Leitungen angeschlossen ist, die zu einem;
Zeitrelais 7 (Fig. i) führen,-welehes dem Schalter i, ia zugeordnet ist. -Das Zeitrelais
7 besitzt ein in Abhängigkeit von der Netzspannung gesteuertes. Schaltsystem, welches
aus einem Verzögerungslaufwerk besteht und mit bei Kurzschluß ,zunehmendem Netz.spannungsabfall
mit kürzeren Schaltzeiten anspricht. Das Verzögerungslaufwerk ibesteht aus einex
elektromagnetischen Bremse mit zwischen .den-Luftspalten zweier Elektromagnete 8
und g :drehbare.m Anker i o. Die Wicklungen 8a und, 9a der beiden Elektromagnete
sind ,in Reihe über :die an der Grundp:laitte d:es Zeitrelais 7 angeordneten Anschlußklemmen
i i, i2 und' den Kontakt 5 des Minimalspannungsrelais 4 an den Transformator 3 bzw.
das Netz a, b angeschlossen. Die. Elektromagnete sind somit direkt, d.h. ohne:Gleichrichtung
an das Netz angeschlossen, und der Anschiluß :des Verzögerungslaufwerkes des Zeitrelais
7 liegt in Richtung von der Spe.isung zu den Verbrauchern vor .dem Hauptschalter
i, ia. Der Anker io der elektromagnetischen Bremise ist um die Achse 13 zwischen
zwei festen Lagern drehbar. An der Achse 13 ist ein beweglicher Kontakt 14 .sowie
ein federnder Finger 15 befestigt. Eine an :dem Arm, 14, 15 einerseits und an einem
feststehenden Teil 16 anderseits befestigte Feder 17 ist bestrebt, den Anker io
bzw. den Kontakt 14 stets gegen einen im Raum fest ;angeordneten Kontakt 18 zu drücken.
Daran wird der Anker io ibzw. der Kontakt 14 aber gehindert, und: zwar durch :den
Stift ig eines Drehankerrelais 2o, dessen Spiralfeder' 21 (Fig. i) in der Ruhelage
:das Dre'hank:e:rsYstOnv 10, 13 und :damit den Kontakt 14 entgegen der Wirkung der
Feder 17 in der Öffnungsstellung hält.
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Dias Drehankerrelai.s. 2o. besitzt eine Wicklung 31 und :einen Anker
32, @an :dem :der vorerwähnte Stift ig angebracht ist, der in den Bereich des am
Drelhsystem angeordneten Armes, 15 eingreift. Die Wicklung 31 des Drehankerrelais
2o ist über :die Anschlu.Bklemunen 3,3 und 34 der Grundplatte zu :dem Kontakt 6
des Minimalspannungsrelais geführt. Der Kontakt 6 .und ,die Wicklung 3.1i des Drehankerrelai,s
2o sind an eine Fremdspannung, beispielsweise an :die Klemmen c, d einer Batterie,
an-- geschlossen. Der Kontakt 14,18 ist der eigentliche Auslösekontakt für den-
Hauptschalter i, ia. Dieser Kontakt ist über die Spule 3,0 eines an Idas Relais
7 angebauten Schützes 24 ebenfalls an :den Batteriestromkreis c, d angeschlossen.
Zum Kontakt 14, 18 ist,ferner über idde Feder 17 und die Leitungen 22, 25 ein Kontakt-23,
26 des Schützes. 24 parallel geschaltet, :der als Selbst'haltekontakt-zur Vermvei.dung
von Schaltpendelungen dient. An die Batterie c, d ist bei 3i5.; 36 der Schaltmagnet
ia des Hauptschalters i über einen Kontakt 37, 38 des Schnitzes 24 angeschlossen.
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Zur Erreichung einer :größeren Zunahme der Bremsung, ' d. h. einer
- :größeren Verzögerung der Bewegung :des Ankers io bei kleineren Spannungen, enthalten
die Magneteisen 8 und g ferromagnetische Einlagen mit hoher Anfangspermeabilität.
Hierzu, und nun .möglichst an @soilchen Materialien, wie z. B. »^Metall, einsparen
zu. können, sind diese nicht zwischen .die Eisenlamellen gemischt, sondern getrennt
von .den Lamellen- in Richtung nach dem
äußeren Umfang des Scheibenankers
io hin angeordnet, weit sie an dieser Stelle infolge des größten Abstandes von der
Drebfachse 13 die größte Bremsung bzw. Verzögerung bewirken.
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Um für einen möglichst kurzen Ankerweg und unter möglichst geringer
Leistungsaufnahme die verlangte Laufzeit von beispielsweise 4,5 ,Sekunden bei
70 V Spannung zu erzielen, ist es notwendig, eine Form für den Anker io zu
verwenden, durch die bei möglichst geringer Fläche (zwecks Gewichtsersparnis) und
@möglichst geringer Trägheit durch die Netzspannung kein Drehmoment (Vortrieb) in
dein Anker erzeugt wird, da ein solches. zusätzliches Drehmoment der Bremsung stark
entgegenwirken würde. Hierbei ist ferner der Gesichtspunkt maßgebend, im: Zeitpunkt,
in dem der Auslösekontakt 1q., 18 geschlossen wird, die Entstehung eines Rückwärtsdrehmoments
in der Scheibe io zu verhüten, da hierdurch .der Kontaktdruck stark herabgesetzt
würde. Hiergegen ist es wünschenswert, ,zu Beginn der Drehung,des Ankers io bis
ungefähr in die Mitte des Weges, wo idie Feder 17 noch stark gespannt ist, ein Rückwärtsdeehmoment
zu erzeugen, um genügend Brernswir'lcung aufzubringen. Es m-uß hierfür also eine
Ankerform benutzt werden, die am, Anfang der Drehbewegung einen Rücktrieb zwecks
besserer Bremsung und am Ende .der Bewegung zwecks starkem Kontraktdruck möglichst,
einen Vortrieb oder zum mindesten keinen Rücktrieb ergibt.
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Dies wurde,dadurch erreicht, daß als Anker eine S-förm,ige Scheibe
Verwendung findet. Hierbei ist die Form. der S-förmigen Scheibe so gewählt, daß
die beiden Übergänge vom Steg zu den Schenkeln ioa, iob sowie die Enden der Schenkel
breiter gehalten sind als die dazwischenliegenden Zonen. Hierdurch wird erreicht,
daß die Drehung vom Anfang bis zur Wegmitte trotz hier noch stärker gespannter Feder
17 ;langsamer erfolgt als kurz vor Kontaktgabe bzw. entspannter Feder. Gegenüber
einer runden .Seheibe ist es durch diese besondere Scheibenform möglich, die Leistungsaufnahme
der Spulen 8a, 9a stark zu reduzieren und den Kontaktdruck von beispielsweise o,2,9
auf 0,q:9 zu verdoppeln.
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Uni das Zeitrelais bei einer bestimmten Spannung auf verschiedene
Laufzeiten einstellen zu. können, ist ein um die Achse 13 verstellbarer Anschliag
39- eingebaut, dessen einer Arm quo in den Bereich der Scheibe io hineinragt und
.dessen anderer Arm; ¢1 gegenüber einer Skala 42 durch eine Schraube 43 feststellbar
ist.
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In Fig. 3 sind die Verhältnisse, d. h. die Schaltzeiten des Zeitrelais
in Funktion der Kurzschlußspannung bei einem 162/s--Bahn-Netz gezeigt.
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Die Kurve a zeigt .die Verhältnisse bei dem Zeitrelais gemäß der Erfindung.
Von etwa 15 V ab verläuft die Kumve annähernd proportional zu, den Spannungswerten,
d. h. mit abnehmender Spannung wird eine abnehmende Schaltzeit erzielt.
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Die Kurve b zeigt die Verhältnisse ohne die Verwendung von Einlagen
hoher Anfangspermea!bilität in den Eisen 84 und 9a, während. die Kurve c die Verhältnisse
ohne Einlagen und ohne S-förmige Scheibe zeigt.
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Beim Vergleich der Kurven a, b und c erkennt man, daß die Kurve
a weit ;bessere Schaltverhältnisse @zeigt, indem sie :auch. bei kleineren Spannungen
stärker differenzierte Schaltzeiten ergibt.
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Die Wirkungsweise,der Schaltanordnung ist die folgende: In Fig. i
sind nur ein einziger Hauptschalter i, ia und das zugehörige Schaltrelais 7 gezeigt.
Die Anordnung ist aber so gedacht; daß jedem Hauptschalter in den verschiedenen
Leitungsstrecken eines Netzes ein entsprechendes Zeitrelais zugeordnet ist. Bei
einem Kurzschluß wird infolge des hohen Spannungsabfalls gegen das Leitungsende
hin außer den hinter der KUTzsehlußstelle liegenden .Schaltern .nur noch der am
nächsten vor der Kurzschlußs.telle liegende Schalter ausgelöst. Alle übrigen Schalter
bleiben infolge der vorhandenen höheren Spannung bizw. längeren Schaltzeit .der
betreffenden Zeitrelais geschlossen, obwohl,auch diese den Ablauf eventuell begonnen
haben. Im einzelnen ist die Wirkungsweise die folgende Angenommen, es entstehe an
der Stelle qq. hinter dem Hauptschalter i, ia ein Kurzschluß, so spricht das Minimalspannungsrelais
q. an und schaltet über seinen Kontakt 6 die Gleichstrombatterie c, d auf den Drehankermagnet
2o, welcher über seinen Stift i9 den Arm; 15 der .Scheibenachse 13 freigibt. Dadurch
entspannt sich die Feder 17 und dreht die S-förmige Scheibe. Gleichzeitig mit dem
Ansprechendes Minimalspannungsrel;ai-s q. erfolgt über den Kontakt 5 die Einschaltung
der Elektromagnete 8 und g. Die durch den Stift i9 freigegebene Ankerscheibe io
wird zum Zweck der Verzögerung des Zeitablaufes somit gebremst. Nach Zurücklegung
des durch den Anschlag 40 einstellbaren Weges bzw. nach dem entsprechenden Zeitablauf
wird der Kontakt 1q., 18 geschlossen, so daß auch der Stromkreis über den Schaltmagnet
30 des Schützes :2q. geschlossen ist, dieses schließt sowohl .den Kontakt 23, 26
als auch 3.7, 38. Durch den Kontaktschlu337, 38 ist der Stromkreis des Schaltmagnets,
ia des Hauptschalters i über 3-5, 36 an die Batterie angeschlossen, so daß der Schalter
ausgelöst wird:.
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Nach Abschaltung .des Hauptschalters i wird ,die Spannung auf der
Leitungsstrecke a, b und innt Netz wieder auf Nennspannung ansteigen, so
daß das Minimalspannungsrelais die Stromkreise des Zeitrelais 7 wieder unterbricht,
wodurch die Spiralfeder 21 des Freigaberelais 2o das Dre@hankersYstem
10, 13, 1q. wieder in die Ruhelage (Fig. 2) zurückführt.
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Die weiter hinter dem: Hauptschalter i liegenden Schalter werden durch
das Abschalten. des Schalters i ebenfalls ausgeschaltet. Außer dem am, nächsten
vor der Kurzschluß.stelle 44 liegenden Schalter i, il davor angeschlossene weitere
Schalter werden ,durch die entsprechenden Zeitrelais nicht ausgelöst, da jene Relais
unter höherer Spannung liegen als das Relais 7 des .Schalters i und demzufolge auch
eine längere Schaltzeit haben: Wenn
nach. Abschaltung des Schalters
r, rd ,die Spannung im Netz a, b wieder auf Nennwert ansteigt, werden jene Relais,
:auch wenn deren Ablauf eventuell bereits begonnen hat, nach Öffnung des Schalters
i, ja
in die Ruhelage zurückgeführt.
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Der Kontakt-23, 26 dient, wie oben erwähnt, als Selbsthaltekontakt,
Auf diese Weise werden Pendelungen, d. h. ein intermittierendes Öffnen des Kontaktes
14 Überbrückt.
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An Stelle des Sel'bsthaltekontaktes 23, 26 könnte auch ein getrenntes
Zwischenrelais mit Selbsthaltekontakt vorgesehen sein. Ebenso könnte an Stelle eines
Minimalspannungsrelais 4 ein Maximalstromrelais oder eine Kombination beider Relaisarten
vorgesehen .sein.
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Für die einwandfreie Funktion der Schaftanordnung müssen als Hauptschalter
Schnellschalter verwendet werden.
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Normalerweise sind die Zeitrelais einer Leitungsstrecke auf die gleiche
Schaltzeit eingestellt. Es kann aber nötig werden, die Selektivität, die sich aus
-den Spannungsabfällen ergibt, noch weiter zu erhöhen. Dies ist dadurch möglich,
daß man Iden Schaltweg .der Relais auf verschiedene Werte einstellt und, dadurch
eine Differenzierung erreicht.
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Anstatt wie durch die Einrichtung 4Q bis 43 den Bremsweg einstellbar
zu machen, kann man auch den Abstand der Kontakte 14 und i8 voneinander verändern
bzw. einstellbar machen. In rdiesem Fall steht dann der feste Kontakt i8 in Verbindung
mit einer Skala.