Streckenrelais zum Schutze elektrischer Zeitungen. Der Überstromschutz elektrischer Lei tungsnetze erfolgt nach drei Gesichtspunkten durch stromabhängige und spannungsabhän gige Überstromrelais, sowie durch Strornrich- tungsrelais. Die spannungsabhängigen Relais ergeben eine Staffelung der Auslösezeiten in Abhängigkeit von ihrer Lage zwischen Zen trale und Fehlerstelle, da beim Kurzschluss einer Leitung die Spannung zwischen der Kurzschlussstelle und der Zentrale von einem kleinsten bis zu einem grössten Wert wächst.
Da der Spannungsabfall aber auch von der Grösse des Kurzschlussstromes abhängig ist, so sind diese Relais gleichzeitig strom abhängig, was oft unerwünscht ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Strek- kenrelais zum Schutze elektrischer Leitungen, bei welchem zum Zwecke der Sicherheit, dass in einer Leitungsanlage das dem Feh lerpunkte zunächst liegende Streckenrelais zuerst abläuft, ein stromabhängiges Relais und ein spannungsabhängiges Relais auf eine einzige Kontaktvorrichtung einwirken und diese Relais derart eingerichtet sind, dass die Abhängigkeit der Arbeitsgeschwindigkeit des stromabhängigen Relais von der Stromstärke einerseits und die Abhängigkeit des Aus schlags des spannungsabhängigen Relais von . der Spannung anderseits nach der gleichen Gesetzmässigkeit zur Geltung kommen.
Diese Bedingung gleicher Gesetzmässigkeit kann zum Beispiel dadurch zum Ausdruck kom men, dass die Relais beide quadratische oder beide lineare Charakteristik haben.
Als stromabhängiges Relais kann im übri gen jedes beliebige Relais verwendet werden, dessen Auslösezeit in irgend einer Abhängig keit von der Stromstärke steht. Der zu ihm gehörige Teil der Kontaktvorrichtung wird also mit einer von dem Wert des Überstro mes abhängigen Geschwindigkeit bewegt. Das spannungsabhängige Relais hingegen ist ähn lich einem Voltmeter ausgebildet, d. h. jedem Werte der Spannung entspricht eine bestimmte Lage des zugehörigen Teils der Kontaktvor richtung. Während also bei dem stromabhän gigen Relais die Geschwindigkeit, mit wel cher der zugehörige Teil der Kontaktvorrich tung bewegt wird, eine bestimmte Funktion.
des Stromes ist, ist bei dem spannungsabhän gigen Relais die Länge des Weges, um die der zugehörige Teil der Kontaktvorrichtung verstellt wird, eine Funktion der anliegenden Spannung.
Zur Erläuterung ist in Fig. 1 der Zeich nung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. a ist ein Überstromzeitrelais mit linearem Charakter, bestehend aus einem Fer- raris-@l:otor, wie er beispielsweise in den deutschen Patentschriften 316599 und 327631 beschrieben ist. Der von diesem Relais be wegte Teil b der Kontaktvorrichtung steht im Ruhezustand dem andern Teil c derselben gegenüber, welcher von der Ferrarisscheibe d unter dem Einfluss der Spannung gegen die Wirkung einer Spiralfeder e. bewegt wird.
Dadurch, dass die Eisenkerne beider Relais gleich bemessen sind und die gleichen hinter einander geschalteten Stromwicklungen tragen, und ferner dadurch, dass die äussern Schenkel beider Relais nur schwach magnetisiert sind, wird erreicht, dass beide Relais die gleiche Charakteristik besitzen.
Tritt ein Überstrom auf, so bewirkt er, dass das Schlussstück /a des Relais<I>a</I> ange zogen wird und durch die Kontakte k, <I>i.</I> die Wicklungen der äussern Schenkel beider Re lais mit Strom beschickt werden und beide Relais sich in Bewegung setzen. Das span nungsabhängige Relais ist als Wattrelais aus gebildet, so dass sich die Richtung seines Drehmomentes mit der Stromrichtung ändert. Der Kontaktteil c wird also nur bei einer bestimmten Stromrichtung im Pfeilsinne ge dreht. Bei entgegengesetzt fliessendem Strom verhindert ein Anschlag f', dass er gegen den Kontaktteil b bewegt wird.
Die Kupplung zwischen der Scheibe d und dem den Kon taktteil c tragenden Hebel ist so ausgebildet, dass die Scheibe sich drehen kann, auch wenn c durch den Anschlag festgehalten wird. Da durch wird eine nicht gezeichnete Sperrung des Relais a betätigt und eine Kontaktgebung verhindert. Das Spannungsrelais dient also gleichzeitig als Stromrichtungsrelais, insofern, als es ein Auslösen des Ölschalters nur dann bewirkt, wenn der Strom eine ganz bestimmte Richtung hat, wenn nämlich der Strom von der zu schützenden Station wegfliesst.
Die Berührung von b und c bewirkt die Auslösung in irgend einer bekannten Weise, z. B. wird der Strom einer besonderen Strom quelle<I>Bit</I> über die Auslösespule d des Linien schalters o geschlossen.
Denkt man sich nun das Relais in Ge brauch zwischen einer Zentrale und einem Punkt der Anlage, wo ein KUrzgchl(iss erfolgt, so wird im Relais der Kurzschlussstrom fliessen, und es wird eine Spannung vorhanden sein, die gleich dem Produkt aus Kurzschlussstrom und Leitungswiderstand zwischen Relais und Fehlerstelle ist, wenn der Kurzschluss durch metallische Berührung zweier Leiter eritstarr- den ist.
Wenn bei gleicher Lage der drei Punkte, Zentrale, Relais und Kurzschlussstelle, die Leistung der auf die kurzgeschlossene Leitung arbeitenden Maschinen grösser ge worden ist, so wird der Kurzsehlussstroin, aber auch die am Relais herrschende Span nung höhere Werte annehmen. Das span nungsabhängige Relais stellt dann einen grö sseren Kontaktabstand ein, das strornabhän- gige Relais lässt einen Teil der Kontaktvor richtung diesen Abstand mit grösserer Ge schwindigkeit durchlaufen.
Die Zeit von dem Ansprechen des Relais bis zur Berührung der Kontakte wird hierbei die gleiche bleiben, sofern die beiden Relais die gleiche Charak teristik haben, so dass eine veränderte Zentra- lenleistung praktisch keiner) Einfluss auf die Auslösezeit des Ölschalters ausübt.
Da aus bekannten Gründen für Relais ebenso wie für Messinstrurnente allgemein eine lineare Charakteristik erwünscht ist, so wird man zweckmässig beiden Relais eine lineare Charakteristik geben.
Die Spannungsspulen des Wattrelais kön nen derart umschaltbar im Stromkreis ange ordnet sein, dass sie sich nach Belieben pa rallel oder hintereinander schalten lassen, zu dem Zwecke, dem Relais verschiedene Enip- findlichkeiten zu geben.
Da das spannungsabhängige Relais als Wattrelais ausgebildet ist, so ist die Grösse seines Drehmomentes abhängig von der Pha senverschiebung zwischen den in seiner) M'iek- lungen fliessenden Strömen, oder, da diese wieder eine bestimmte Winkellage zum Strom in der Leitung hezw. zur Netzspannung ein nehmen, abhängig von der Phasenverschie bung zwischen dem Leitungsstrom und der Spannung zwischen den Leitern.
Meist wer den dabei die Verhältnisse bei derartigen Re lais so gewählt, dass ihr Drehmoment am grössten ist, wenn keine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung besteht, wenn also der Leistungsfaktor des die Leitungen durchfliessenden Stromes, bezogen auf die Netz spannung, gleich 1. ist. Man kann dies, auf den vorliegenden Fall übertragen, auch so ausdrücken, dass das Spannungsrelais nur auf die ohm'sche Komponente des Spannungsab falles der Leitung reagiert, während die in duktive Komponente das Relais nicht beein- flusst.
Nun kann es aber in vielen Fällen zweck mässig sein, die Anordnung so zu treffen, dass das Relais nicht auf die ohm'sche, sondern nur auf die induktive Komponente des Span nungsabfalles der Leitung reagiert. Die Watt komponente ist nämlich im höheren Masse als die wattlose Komponente von Zufällen abhängig; sie ändert sich zum Beispiel sehr stark mit dem Querschnitt, oder dem Material der Leitung, oder mit der Art des Kurz schlusses, je nachdem dieser durch direkte Berührung der Leitungen zweier Phasen oder über einen grösseren Lichtbogen gebildet wird.
Bei einem Ferraris-Relais ist das Dreh moment dann am grössten, wenn: die Ströme in Strom- und Spannungswicklungen eine gegenseitige Phasenverschiebung von 90 be sitzen. Um nun zu erreichen, dass das Dreh moment des Relais am grössten ist bei einer Phasenverschiebung von 90 zwischen Strom und Spannung, ist es lediglich notwendig, den Strom der Spannungswicklung in gleiche Phase mit der an diese Wicklung angelegten Spannung zu bringen, was beispielsweise durch Vorschaltung eines auf Resonanz mit der Induktivität der Wicklung abgestimmten Kondensators erreicht wird.
Wird das im vorhergehenden beschriebene Relais in zum Beispiel auf den olim'scheii Spannungsabfall reagierenden Drehstrom netzen verwendet, so sind pro Leitungsende drei Relais erforderlich, deren Stromwicklun gen je vom Strom einer Phase durchflossen werden und deren Spannungswicklung an je eine der verketteten Spannungen in passender Reihenfolge anzuschliessen ist. Dabei tritt eine weitere Schwierigkeit dadurch in die Erschei nung, dass beim einphasigen Kurzschluss, d. h. Kurzschluss zwischen zwei Leitern, die Sym metrie der Spannungsvektoren des Netzes ge stört wird, so dass weitere zusätzliche Phasen verschiebungen auftreten, die unter Unistän den Fehlschaltungen hervorrufen können.
Diese Verhältnisse seien anhand der Diagramme von Fig. 2 und 3 erläutert. Im normalen un gestörten Betriebe oder bei völlig symmetri schem dreiphasigem Kurzschluss sei die Lage der drei Phasenspannungen des Netzes durch die Vektoren<I>ei,</I> e2, es der Fig. -2 gegeben. In das Diagramm ist weiterhin die verkettete Spannung e,-3 eingetragen. Man nehme nun an, zwischen den Phasen 1 und 3 trete ein Kurzschluss ein. Man betrachte die Spannungs verhältnisse an einem in gewisser Entfernung von der Kurzschlussstelle befindlichen Punkt der betreffenden Drehstromleitung.
Von die sem Kurzschluss wird sowohl das in Phase 1, als auch das in Phase 3 sitzende Relais be troffen, während das Relais der Phase 2 unbe einflusst bleibt. Das Relais der Phase 1 sei an die verkettete Spannung e i_3 angeschlossen, das der Phase 3 an die verkettete Spannung e3_2. Es sei der Einfachheit halber zunächst angenommen, der Kurzschlussstrom sei in Phase finit der Spannung, die Leitung habe also nur ohm'schen Widerstand, dann ist -+- il, der Strom in Phase 1 bezw. Relais 1, - ik der Strom in Relais 3.
Die am Relais 1 wirksame, je nach der Entfernung des Fehlers verschieden hohe Kurzschlussspannung ei-,-" ist phasengleich mit der normalen verketteten Spannung e 1_3, da für den betrachteten Spezialfall, wo nur ohm'sche Widerstände vorhanden sind, beide Phasenspannungen ei und e3 im selben Masse zusammenklappen. Im Diagramm sind eik und es" der Grösse nach gleich ei und e3 gezeichnet, obwohl in Wirklichkeit dies nicht der Fall ist, was aber für die Darstellung der Phasenverhältnisse,
die hier allein inter- essieren, belanglos ist. Anders ist es mit der verketteten Spannung e3_2. Die Spannung kann je nachdem, ob die Phasenspan nungen ei und es durch den Kurzschluss nicht verdreht werden oder aber bei sattem Kurz schluss vollständig zusammenklappen, alle möglichen durch den in Fig. 2 schraffierten Bereich gegebenen Lagen einnehmen. Bei sattem einphasigem Kurzschluss erscheint der Vektor e3_2 um volle 30 gegenüber seiner normalen Lage zurückgedreht.
Die herrschende Praxis ist nun die, bei in Drehstromnetze eingebauten, auf dem Ferraris- Prinzip beruhenden wattmetrisehen Relais dein Strom i "p in der Spannungswicklung gegenüber der angelegten Spannung eine Phaserinacheilung von 60 zu geben, so dass bei induktionsfreier Belastung in dem vom Relais kontrollierten Stromkreis der Strom in den Spannungswicklungen des Relais senk recht auf der Phasenspannung steht. Als Be zugsspannung für die -dem Strom in den Re laiswicklungen zu gebende Phasenverschie bung wird also nicht die verkettete Spannung, sondern die Phasenspannung gewählt.
Demgemäss ist in Fig. 2 zunächst der Strom i.pi der Spannungswicklung des Relais 1 eingetragen, der im vorliegenden Falle (cos #q = 1) einen Winkel von @i = 60 mit dem Strom in der Stromspule des Relais ein schliesst.
Der Strom i.ps der Spannungswick lung des Relais 3 kann wiederuni, je nach der Art des Kurzschlusses, mit den i Strom - ik der Stromwicklung einen Winkel #s eirischlief,en. der zwischen den Grenzen #,s normal - 120 o und @so = 150 o variieren kann.
Das auf die drehbare Scheibe beider Relais ausgeübte Drehmoment ist dein Pro dukt il, # i,p # sin @% proportional. Das Dia- grainm zeigt nun folgendes: Bei 60 o Nacheilung des Kurzschlnssstro- nies ik hinter der Spannung e1-3k kehrt das Relais der Phase 1 in allen Fällen sein posi tives Drehmoment um.
Da nun aber die Pha senverschiebung in einer kurzgeschlossenen Leitung den Betrag von 60 o noch überschrei ten kann, wird das Relais 1 unter Umständen in falscher Richtung laufen und damit Fehl- schaltungen verursachen. Das Relais 3 kann Fehlschaltungen nur bei voreilendem Strom ergeben, der jedoch bei Kurzschluss nicht be rücksichtigt zu werden braucht, indem er praktisch verschwindet.
Das Diagramm der Fig. 2 zeigt zugleich den Weg zur Abhilfe. Man braucht die Ströme i.p in den Spannungswicklungen der Relais nur um 30 zurückzudrehen, um richtiges Arbeiten der beiden betrachteten Relais bei allen Werten der Phasennacheilung des Stro mes hinter der Spannung zwischen 0 und 90 zu erreichen. Praktisch erzielt man dadurch, dass man dem Strom in der Spannungswick lung gegenüber der angelegten Spannung eine nacheilende Phasenverschiebung von nicht, wie allgemein üblich, 60 , sondern von 90 0 gibt. Fig. 3 stellt die Verhältnisse des ein phasigen Kurzschlusses für diesen neuen Fall dar und braucht nach den obigen Erörterun gen nicht mehr näher erörtert zu werden.
Die im vorhergehenden angestellten Be trachtungen gelten in gleicher Weise für den weiter oben behandelten Fall, wo nicht die ohm'sche, sondern die induktive Komponente des Spannungsabfalles der Leitung zur Be tätigung des Relais herangezogen wird.