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.
Line relay to protect electrical newspapers. The overcurrent protection of electrical line networks is carried out according to three aspects by current-dependent and voltage-dependent overcurrent relays, as well as by directional relays. The voltage-dependent relays result in a graduation of the tripping times depending on their position between the center and the fault point, since when a line shorts, the voltage between the short-circuit point and the center increases from a lowest to a highest value.
Since the voltage drop is also dependent on the size of the short-circuit current, these relays are also current-dependent, which is often undesirable.
The subject of the invention is a line relay for protecting electrical lines, in which, for the purpose of security that the line relay located at the point of failure in a line system runs first, a current-dependent relay and a voltage-dependent relay act on a single contact device and these relays in this way are set up that the dependence of the operating speed of the current-dependent relay on the current strength on the one hand and the dependence of the deflection of the voltage-dependent relay on. the tension on the other hand come into effect according to the same regularity.
This condition of the same regularity can be expressed, for example, by the fact that the relays both have quadratic or both linear characteristics.
As a current-dependent relay, any relay can be used whose tripping time is dependent on the current strength. The part of the contact device belonging to it is therefore moved at a speed that is dependent on the value of the overcurrent. The voltage-dependent relay, however, is designed similar to a voltmeter, d. H. each value of the voltage corresponds to a certain position of the associated part of the contact device. While the speed at which the associated part of the Kontaktvorrich device is moved, a certain function in the case of the current-dependent relay.
of the current, the length of the path by which the associated part of the contact device is adjusted is a function of the applied voltage in the voltage-dependent relay.
For explanation, an embodiment of the invention is shown in Fig. 1 of the drawing voltage. a is an overcurrent time relay with a linear character, consisting of a Fer- raris- @ l: otor, as described, for example, in German patents 316599 and 327631. The moving from this relay part b of the contact device is in the rest state opposite to the other part c of the same, which of the Ferrari disk d under the influence of tension against the action of a spiral spring e. is moved.
The fact that the iron cores of both relays are dimensioned the same and carry the same current windings connected one behind the other, and also that the outer legs of both relays are only weakly magnetized, ensures that both relays have the same characteristics.
If an overcurrent occurs, it causes the tail piece / a of the relay <I> a </I> to be attracted and the windings of the outer legs of both relays through the contacts k, <I> i. </I> are charged with electricity and both relays start moving. The voltage-dependent relay is designed as a watertight relay, so that the direction of its torque changes with the direction of the current. The contact part c is therefore only rotates in the direction of the arrow in a certain current direction. When the current flows in the opposite direction, a stop f 'prevents it from being moved against the contact part b.
The coupling between the disc d and the lever carrying the con tact part c is designed so that the disc can rotate even if c is held by the stop. Since a not shown locking of the relay a is actuated and prevents contact. The voltage relay also serves as a current direction relay, insofar as it only triggers the oil switch when the current has a very specific direction, namely when the current flows away from the station to be protected.
Touching b and c causes the trip in any known manner, e.g. B. the current of a special current source <I> Bit </I> is closed via the trip coil d of the line switch o.
If you now imagine the relay in use between a control center and a point in the system where a short circuit is made, the short-circuit current will flow in the relay and a voltage will be present that is equal to the product of the short-circuit current and the line resistance between Relay and fault point are when the short circuit has solidified due to metallic contact between two conductors.
If with the same position of the three points, control center, relay and short-circuit point, the power of the machines working on the short-circuited line has increased, the short-circuit current, but also the voltage at the relay, will assume higher values. The voltage-dependent relay then sets a larger contact distance, the current-dependent relay allows part of the contact device to pass through this distance at a greater speed.
The time from the response of the relay to the touching of the contacts will remain the same, provided that the two relays have the same characteristics, so that a changed central power has practically no influence on the tripping time of the oil switch.
Since, for known reasons, a linear characteristic is generally desired for relays as well as for measuring instruments, it is expedient to give both relays a linear characteristic.
The voltage coils of the wading relay can be arranged in the circuit in such a way that they can be switched in parallel or one behind the other as desired, for the purpose of giving the relay different sensitivities.
Since the voltage-dependent relay is designed as a watertight relay, the size of its torque depends on the phase shift between the currents flowing in its) M'iek- lungen, or, since this again a certain angular position to the current in the line. to the mains voltage, depending on the phase shift between the line current and the voltage between the conductors.
Usually who the conditions with such relays are chosen so that their torque is greatest when there is no phase shift between current and voltage, i.e. when the power factor of the current flowing through the lines, based on the mains voltage, is equal to 1.. Transferred to the present case, this can also be expressed in such a way that the voltage relay only reacts to the ohmic component of the voltage drop in the line, while the inductive component does not affect the relay.
In many cases, however, it can be useful to arrange the relay in such a way that the relay does not react to the ohmic component, but only to the inductive component of the voltage drop in the line. The watt component is more dependent on coincidences than the wattless component; it changes, for example, very strongly with the cross-section or the material of the line, or with the type of short circuit, depending on whether it is formed by direct contact between the lines of two phases or via a larger arc.
With a Ferraris relay, the torque is greatest when: The currents in the current and voltage windings have a mutual phase shift of 90. In order to achieve that the torque of the relay is greatest with a phase shift of 90 between current and voltage, it is only necessary to bring the current of the voltage winding into the same phase with the voltage applied to this winding, for example by connecting it upstream a capacitor tuned to resonance with the inductance of the winding is achieved.
If the relay described above is used in, for example, three-phase networks that react to the olim'scheii voltage drop, three relays are required per line end, whose current windings are traversed by the current of one phase and their voltage winding is connected to one of the linked voltages in a suitable order is to be connected. A further difficulty arises from the fact that in the case of a single-phase short circuit, i. H. Short circuit between two conductors, the symmetry of the voltage vectors of the network is disturbed, so that further additional phase shifts occur, which can cause incorrect switching under Unistän.
These relationships are explained with the aid of the diagrams in FIGS. 2 and 3. In normal, undisturbed operations or with a completely symmetrical three-phase short circuit, the position of the three phase voltages of the network is given by the vectors <I> ei, </I> e2, es of FIG. The linked voltage e, -3 is also entered in the diagram. Assume now that a short circuit occurs between phases 1 and 3. Consider the voltage conditions at a point on the relevant three-phase line at a certain distance from the short-circuit point.
This short circuit affects both the relay in phase 1 and the relay in phase 3, while the relay in phase 2 remains unaffected. The relay of phase 1 is connected to the chained voltage e i_3, that of phase 3 to the chained voltage e3_2. For the sake of simplicity, let us first assume that the short-circuit current is finite in phase with the voltage, so the line has only ohmic resistance, then - + - il, the current in phase 1 or. Relay 1, - ik the current in relay 3.
The short-circuit voltage ei -, - "effective at relay 1, which varies depending on the distance from the fault, is in phase with the normal line-to-line voltage e 1_3, since both phase voltages ei and e3 are used for the special case under consideration, where only ohmic resistances are present in the diagram eik and es are drawn "equal in size to ei and e3, although in reality this is not the case, but what for the representation of the phase relationships,
that are of interest here alone is irrelevant. It is different with the linked voltage e3_2. Depending on whether the phase voltages ei and es are not twisted by the short circuit or whether they collapse completely in the case of a full short circuit, the voltage can assume all possible positions given by the hatched area in FIG. In the case of a full single-phase short circuit, the vector e3_2 appears turned back by a full 30 compared to its normal position.
The prevailing practice is now to give the current i "p in the voltage winding a phase lag of 60 to the applied voltage in wattmetric relays built into three-phase networks, based on the Ferraris principle, so that with induction-free loading in the circuit controlled by the relay the current in the voltage windings of the relay is perpendicular to the phase voltage, so the phase voltage is not selected as the reference voltage for the phase shift to be given to the current in the relay windings.
Accordingly, the current i.pi of the voltage winding of the relay 1 is entered in Fig. 2, which in the present case (cos #q = 1) includes an angle of @i = 60 with the current in the current coil of the relay.
The current i.ps of the voltage winding of the relay 3 can again, depending on the type of short circuit, form an angle with the current - ik of the current winding. which can vary between the limits #, s normal - 120 o and @so = 150 o.
The torque exerted on the rotating disc of both relays is proportional to your product il, # i, p # sin @%. The diagram shows the following: If the short-circuit current lag behind the voltage e1-3k by 60 o, the relay of phase 1 reverses its positive torque in all cases.
However, since the phase shift in a short-circuited line can still exceed 60 o, relay 1 may run in the wrong direction and thus cause faulty switching. The relay 3 can result in incorrect switching only with leading current, which does not need to be taken into account in the event of a short circuit by practically disappearing.
The diagram in FIG. 2 also shows the way to remedy this. The currents i.p in the voltage windings of the relays only need to be turned back by 30 in order to achieve correct operation of the two relays under consideration for all values of the phase lag of the current behind the voltage between 0 and 90. In practice, this is achieved by giving the current in the voltage winding a lagging phase shift of 90 0, not 60, as is generally the case with the applied voltage. Fig. 3 shows the relationships of a phase short circuit for this new case and does not need to be discussed in more detail after the above Erörtun conditions.
The considerations made above apply equally to the case discussed above, where not the ohmic, but the inductive component of the voltage drop in the line is used to actuate the relay.