Schaltung für Relais in Wechselstromkreisen. Es sind elektrische Relais bekannt, bei denen die zu überwachenden elektrischen Grössen auf ein mechanisch bewegtes System eine Kraft ausüben, der eine andere mecha nische Kraft entgegenwirkt und bis zum Überschreiten des Ansprechwertes das Gleichgewicht hält. Derartige Relais besit zen aber eine nicht sehr genaue Ansprech- empfindliehkeit, da die entgegenwirkende mechanische Kraft, die gewöhnlich in einer Feder besteht, nie ganz genau eingestellt werden kann und im Betrieb leicht Verände rungen erleidet.
Bei einem Umstellen des Relais auf andere Ansprechwerte besteht der Nachteil, dass ein Auswechseln der Federn oder der Strom- oder Spannungswicklungen erforderlich ist.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass der zu überwachen den elektrischen Wechselstromgrösse eine gleichgerichtete Wechselspannung oder eine Gleichspannung entgegengeschaltet wird, derart, dass die Differenz beider in einem Stromkreis wirksam ist, der eine Betäti gungseinrichtung beeinflusst. Dadurch wird erreicht, dass das Relais nur für den Differenzwert elektrischer Grössen bemessen zu sein braucht, und dass es vom Absolut wert nicht beansprucht wird.
Ausserdem wird durch die Summierung der elektrischen Grössen eine grössere Empfindlichkeit er reicht als durch die Summierung von Kräf ten, die von diesen elektrischen Grössen erst hervorgerufen werden.
In den Abbildungen sind verschiedene Anwendungsbeispiele der Erfindung darge stellt. In Fig. 1 ist ein Ü.berstromrelais ge zeigt, bei dem eine Röhre als Ansprech- element verwendet ist. An die Sekundär wicklung eines durch einen Widerstand 2 belasteten Stromwandlers 1 ist die Kathode einer Elektronenröhre 3 angeschlossen. Über eine Gleichstrombatterie 4 ist an den andern Pol des Stromwandlers 1 das Gitter der Röhre 3 geführt.
Der Heizkreis der Röhre 3 ist in an sich bekannter Weise geschaltet; im Anodenkreis liegt die Auslösespule 5 eines Schalters oder die Betätigungsspule eines Anzeigerelais in Reihe mit einer Gleichstromquelle 6.
Aus dem Diagramm der Fig. ja, das die Röhrencharakteristik, den Anodenstrom, als Funktion der Gitterspannung, zeigt, ist die Wirkung der Anordnung zu ersehen. Als Röhrencharakteristik ist die einer Elektro nenröhre mit unstetigem Entladungseinsatz, beispielsweise einer gas- oder dampfhaltigen Entladungsröhre mit lichtbogenartiger Ent ladung, gezeichnet. Der Entladungsvorgang setzte bei der positiven Gitterspannung egi relativ zur Kathode gemessen ein.
Die Gleichspannung en, die als negative Gitter vörspannung wirkt, ist so gewählt, dass e" -f - en gleich dem Ansprechwort des Relais ist, das heisst der dem Gitter aufge drückte Ansprechwert muss zunächst en überwinden und dann noch egi, wenn das Relais ansprechen soll. Wenn dieser Wert dann überschritten wird, wie beispielsweise in Fig. ja durch eine Wechselspannung ery, dann nimmt der Anodenstrom einen Wert i8, an, der zur Erregung der Spule 5 aus reicht.
In Fig. 2 ist die Anwendung der Erfin dung bei einem Überspaunungsrelais gezeigt. Die Schaltung ist ähnlich der in Fig. 1 dar gestellten. An Stelle des Stromwandlers 1 ist ein Spannungswandler 7 vorgesehen, an dessen Sekundärklemme über einen Gleich richter 8 ein Kondensator 9 geschaltet ist. Bei der Darstellung des Gleichrichters 8 ist ebenso wie bei den folgenden Figuren der Pfeil so gezeichnet, dass er die Elektronen- richtung angibt.
Parallel zu dem Konden sator liegt die Kathode und das Gitter mit einer Spannungsquelle 4 einer Elektronen röhre 3. Im Anodenkreis liegt wieder die Betätigungsspule eines Anzeigerrelais oder eines Auslöseschalters. In dem Ausfüh rungsbeispiel ist das Prinzip der Ruhestrom schaltung angewendet.
Die Gittervorspan- nung ep ist daher positiv gewählt und be sitzt eine derartige Grösse, dass ep e" (Fig. 2a) dem Ansprechwert des Relais entspricht. egi ist dabei ebenso wie bei Fig. la der Wert des Gitterpotentials, bei dem die Ent ladung einsetzt.
Wenn nun die gleichgerich tete Wechselspannung un einen Wert an nimmt, der ep egi überschreitet, dann sinkt der Anodenstrom auf einen Wert, der zum Festhalten des Ankers des Relais 5 nicht mehr ausreicht. Als Elektronenröhre kann in diesem Fall keine Röhre mit unstetigem Ent ladungseinsatz verwendet werden, da bei diesem der Anodenstrom, erst wenn seine Richtung umgekehrt ist, zu fliessen aufhört. Für diese Schaltung kommt nur eine Ent ladungsröhre normaler Bauart in Betracht. Die Gleichrichtung der Spannung itn ist aber hier erforderlich, damit der Anoden strom wirklich unterbrochen bleibt.
Wenn die Einrichtung nach dem Arbeitsstromprinzip wirkt, dann kann sie als Spannungsrückgangrelais verwendet wer den. Sobald nämlich die Spannung u. den Wert ep - P., unterschreitet, setzt der Anodenstrom ein und-die Spule des Relais 5 wird erregt.
Bei den gezeichneten Ausführungsbei spielen 1 und 2 kann auch an Stelle der Röhre ein polarisiertes Relais verwendet werden, wenn in- beiden Fällen die zu über wachende Wechselstromgrösse, bevor sie dem Relais zugeführt wird, gleichgerichtet ist.
Besonders vorteilhaft lässt sich der Er findungsgedanke dann anwenden, wenn zwei Wechselstromgrössen miteinander verglichen werden sollen. In Fig. 3 ist zum Beispiel die Schaltung -eines Stromdifferenzrelais ge zeigt. Mit 1 und 11 sind die Stromwandler bezeichnet, denen die beiden Ströme ü und i2 zugeführt werden. Die Stromwandler sind mit Luftspalt im Eisenkern ausgerüstet, um einen parallelen Widerstand überflüssig zu machen.
Die Sekundärwicklungen der Wand- ler 1 und 11 arbeiten über Gleichrichter 8 und 118 auf die Kondensatoren 9 und 19, die demgemäss auf Gleichspannungen aufgeladen werden, welche den zu vergleichenden Strö men il und i2 proportional sind. Die Span- nung am Kondensator 9 besitzt .das ent gegengesetzte Vorzeichen wie diejenige am Kondensator 19, so dass die Differenz beider wirksam wird. Diese Differenz ist in den Gitterkreis der Röhre 3, also zwischen Git ter und Kathode, eingeführt. Im Anoden-.
kreis liegt wieder die Spule eines Betäti gungsrelais 5 und eine Anodenstromquelle 6, die gleichzeitig über einen Widerstand 20 den Heizstrom liefert. Übersteigt nun die Differenz der Ströme il und i2 einen be stimmten Wert, so setzt die Entladung der Röhre 3 ein und die Spule 5 wird erregt. Die Widerstände 21 und 22 parallel zu den Kondensatoren 9 und 1.9 dienen dazu, die Ladung von den Kondensatoren abzuleiten, so dass die Kondensatorspannungen den Amplitudenwerten der Ströme il und i-2 schnell folgen.
Ein derartiges Relais kann zum Beispiel dazu dienen, die zu einem Anlageteil hinein- und die aus ihm heraus fliessenden Ströme zu messen und so das Auf treten von innern Fehlern festzustellen.
Werden an Stelle der Stromwandler 1 und 11 Spannungswandler vorgesehen, dann kann das Relais zum Beispiel zur Über wachung von mehreren Leitungen verwendet werden, die von denselben Sammelsebienen aus gespeist werden und bei denen hinter der Verzweigung in jeder der Leitungen eine Schutzdrosselspule eingebaut ist. Das Dif ferenzrelais vermag dann die Spannung hin ter den Schutzdrosselspulen zu vergleichen. Soll bei einer derartigen Schaltung die Aus lösung sowohl bei positiven, als auch bei negativen Spannungsabweichungen der einen Leitung gegen die andere erfolgen, so sind im allgemeinen zwei Relais gemäss den Fig. 5 und 6 erforderlich.
Eine Schaltung nach Fig. 3 kann auch zur Überwachung der symmetrischen Be lastung einer Dreiphasenleitung verwendet werden. Dem Dreieck der Belastungsströme proportionale Spannungen werden zu diesem Zwecke mittelst bekannter Brückenschaltun gen in die rechtläufigen und gegenläufigen Komponenten zerlegt und je zwei von der selben Phase herrührende gegenläufige wer- den einem Differenzrelais nach Fig. 3 zu geführt.
Ein Differentialrelais, das bei Unter schreitung eines gewissen Impedanzwertes anspricht, wird dadurch erhalten, dass an Stelle des Stromwandlers 11 der Fig. 3 ein Spannungswandler gesetzt wird.
Das Poten tial des Kondensators 9 (U9) ist dann dem Strom J, das Potential des Kondensators 19 (L1,9) der Spannung U der abzuschaltenden Leitung propdrtional. Liegt nun die Charak teristik der Röhre so, dass die Änderung des Anodenstromes bei der Gitterspannung Null einsetzt, dann spricht das Relais an wenn:
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c und c' sind zwei Konstanten, die von den Übersetzungsverhältnissen der Hilfswandler 1 und 2 abhängig sind. Das Relais löst also aus, wenn die Impedanz einen bestimmten Festbetrag, der von den Übersetzungsverhält nissen der Hilfswandler 1 und 2 abhängt, unterschreitet.
Fig. 4 zeigt ein Relais, das durch algebraische Differenzbildung die Energie richtung unterscheidet. Die Sekundärspan nungen der Wandler 1 und 11 sind hinter einander geschaltet und laden über den Gleichrichter 18 den Kondensator 19 auf eine der geometrischen Summe der Sekundär spannungen proportionale Gleichspannung auf. Im Gitterkreis der Röhre 3 liegt ausser dem noch die vom Hilfswandler 1 herrüh rende, dem Strom in der zu schützenden Lei tung proportionale Spannung des Konden- sators 9. Die Wirkungsweise der Schaltung soll anhand der Fig. 4a und 4b erläutert werden. Die an den Sekundärwicklungen der Wandler 1 und 11 auftretenden Hilfsspan nungen sind mit J und U bezeichnet.
Bei normalem Energiefluss schliessen die Vek toren J und U einen Winkel ein, der kleiner als<B>90'</B> ist. Die geometrische Summe Y die ser Spannungen wird im Gleichrichter 18 gleichgerichtet und lädt den Kondensator 19, dessen Ladung also proportional der Strecke Pi, P3 ist, auf.
Die Spannung des Kondensators 9, die der Strecke Pi, P2 entspricht, ist der des Kondensators 19 entgegengeschaltet. Im Gitter liegt also eine resultierende Spannung proportional der Strecke P2, P3, .die dasselbe Vorzeichen. wie die Ladung des Kondensators 19 besitzt, also .eine negative Gitterspannung darstellt. Der Entladungsstrom der Röhre 3 ist ge sperrt. Kehrt sich die Energierichtung um, so schliessen die Vektoren J .und U einen Winkel ein, der grösser als 90 ist, wie in Fig. 4b dargestellt.
Am Gitter der Röhre 3 liegt also die negative Spannung des Konden- sators 19 und in Reihe damit die positive Spannung des Kondensators 9. Die Differenz beider ist positiv. Die Entladung in der Röhre setzt also ein und die Olschalterspule 5 wird erregt.
In Fig. 5 ist eine Differentialschutzein- richtung dargestellt, die bei einer positiven, sowie negativen Differenz der Ströme in den beiden parallelen Leitungen <I>A</I> und<I>B</I> an spricht. Für eine derartige Einrichtung sind zwei Röhren 3 und 13 erforderlich. Die Stromwandler und die angeschlossenen Gleichrichterkreise sind ebenso geschaltet wie in Fig. 3.
Der Gleichrichter 8 ist aber so wohl an die Kathode der Röhre 3 als an das Gitter der Röhre 13 geführt, während der Gleichrichter 18 umgekehrt an die Kathode der Röhre 13 und an das Gitter der Röhre 3 angeschlossen ist. Die Anodenkreise beider Röhren sind von einander getrennt an je eine Spule 5 und 15 geführt, die auf einen gemeinsamen Eisen kern eines Relais oder einer Schalterbetäti- gungseinrichtung einwirken. Für diese Ein richtung sind zwei besondere Anodenstrom quellen 6 und 1,6 vorgesehen, die an sich auch vereinigt werden können.
Je nachdem ob nun der Strom in der Leitung A oder in der Leitung B überwiegt, spricht die Röhre 3 und 13 an, die die positive Gitterspannung erhält. Die Einrichtung ist in allen Fällen anzuwenden, wo es sich um den Vergleich von elektrischen Grössen handelt und wo so wohl die positive, als auch die negative Dif- ferenz der zu überwachenden Grössen das Auslösen herbeiführen soll, also auch bei einer Differentialschutzeinrichtung einer ein zelnen Leitung, die von zwei Seiten gespeist wird.
In Fig. 6 ist eine Schaltung zur Lösung derselben Aufgabe gezeigt wie die der Fig. 5 zugrunde liegende, und zwar für den Dif ferentialschutz einer einzigen Leitung. Bei dieser Ausführung sind Doppelgitterröhren und Spezialwandler erforderlich. Die Strom wandler 1 und 11 besitzen geteilte Sekundär wicklungen, an welche je zwei Konden satoren 9, 9' und 19, 19' über Gleichrichter angeschlossen sind. Die Schaltung der Gleichrichter ist derart getroffen, dass an den Kondensatoren Gleichspannungen mit den in der Abbildung eingezeichneten Vorzeichen auftreten. Die Gitter der beiden Entladungs röhren 3 und 13 sind an beide Stromwandler 1 und 11 angeschlossen.
Am Gitter 23 der Entladungsröhre 3 liegt die negative Span nung des Kondensators 9', die dem Strom J± proportional ist. Am zweiten Gitter 24 der Röhre 3 liegt eine positive Spannung, die vom Kondensator 19 herrührt und dem Strome Jn proportional ist. Überwiegt die Spannung des Kondensators 19 diejenige des Kondensators 9', so herrscht an der Röhre 3 ein resultierendes, positives Gitterpotential, die Entladung setzt ein und die Auslösespule 5 des Ölschalters wird erregt.
Die Röhre 3 spricht also an, wenn der Strom JB grösser ist als der Strom Ji. Im umgekehrten Falle spricht die Röhre 13 an, in der die Span nungen der Kondensatoren 9 und 19' in der selben Weise verglichen werden.
Durch eine Abänderung der Schaltung nach Fig. 6 kann auch erreicht -Werden, dass die Auslösung erfolgt, wenn an Stelle des Fehlerstromes (Differenz von J1 und JB) wie in Fig. 6 das Verhältnis von Fehler strom zu Belastungsstrom
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einen ge wissen Festbetrag überschreitet. Derart ein gerichtete Relais besitzen eine grössere An sprechgenauigkeit als Relais, bei denen nur die Differenz JA -JB für das Ansprechen massgebend ist.
Die Abhängigkeit von dem Verhältnis Fehlerstrom zu Belastungsstrom kann bei den bekannten Differentialschutz einrichtungen nur mit Hilfe von besonderen Haltespulen, die eine unerwünschte Kompli kation der Einrichtung darstellen, erreicht werden. Bei dem Differentialschutzsystem gemäss der Erfindung lässt sich dagegen die gewünschte Abhängigkeit lediglich - durch eine besondere Unterteilung der Wandler 1 und 11 erzielen, wie an folgender Rechnung gezeigt werden soll.
Das Verhältnis von Fehlerstrom zu Belastungsstrom, bei dem die Auslösung erfolgen soll, sei m:
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Daraus folgt: <I>JA -</I> JB <I>= in (JA</I> -\- J$) oder JA<I>(1 - m) =</I> JB <I>(1</I> + <I>na)</I> Die Auslösebedingung lautet also:
<I>JA (1 - na) -</I> JB <I>(I</I> -@- nz) <I>--- 0;</I> diejenige für einen Stromunterschied des entgegengesetzten Vorzeichens: JB <I>(1 - in) - JA (1</I> + <I>na) = 0</I> Die zwei letzten Gleichungen lassen un mittelbar erkennen, dass die gewünschte Ver hältnisabhängigkeit sich ohne weiteres er reichen lässt.
Es braucht zum Beispiel nur die Sekundärwicklung der Wandler 1 und 11 derart unterteilt zu werden, dass die an den Kondensatoren 9 und 9' bezw. 19 und 19' auftretenden Spannungen sich wie<I>K</I> (1- t) und<I>K</I> (1+m.) zu den entsprechenden Primärströmen verhalten, wobei K eine vom Übersetzungsverhältnis der Stromwandler abhängige Konstante bedeutet.
Um die Auslösung bei Strömen in der Nähe von Null zu vermeiden, ist es zweck mässig, am Gitter 24 und dem entsprechen den Gitter der Röhre 13 noch eine kleine Gittervorspannung vorzusehen.
Für Differentialschutzeinrichtungen von Kabeln besitzt das neue Relais ausser den eingangs erwähnten Vorteilen und abgesehen von der sehr erwünschten geringeren Strom- wandlerbelastung noch den zusätzlichen Vorteil, dass die Einrichtung durch Einbau von Sperrkreisen leicht gegen die von der zu schützenden Leitung induzierten Störspan nungen der Frequenz 50 Hertz oder einer Oberwelle geschützt werden kann.
Dies ist gerade bei Längsdifferentialschutzeinrich- tungen von Kabeln von grosser Bedeutung, bei denen die Prüfadern auf lange Strecken dem Kabel parallel laufen, da in fast allen Fällen, in denen die Schutzeinrichtung zu arbeiten hat, extrem grosse Ströme und ent sprechend starke Störfehler vorhanden sind. Bei den beschriebenen Relais, mit einer Ausnahme der Relaiseinrichtung nach Fig. 6, kann die Gleichrichtung der einen der zu vergleichenden Grössen erspart werden und statt dessen der Röhre 3 eine Wechselspan nung zugeführt werden.
Die Erfindung eignet sich besonders für derartige Relaiseinrichtungen, bei denen die Auslösung in Abhängigkeit ausser von den zu überwachenden Netzgrössen auch in Ab hängigkeit von der Zeit erfolgen soll. In Fig. 7 ist zum Beispiel die Anwendung der Erfindung auf ein Überstromzeitrelais ge zeigt. Die Schaltung stimmt im wesentlichen mit der der Fig. 2 überein. Der zu über wachende Strom ist einem Stromwandler 1 entnommen und über einen Gleichrichter 8 an die Klemme eines Kondensators 9 geführt.
Der Kondensator 9 liegt zusammen mit einer Gittervorspannungsbatterie 4 im Gitterkreis einer Elektronenröhre 3, in deren Anoden kreis die Betätigungsspule einer Relaisein richtung 5 liegt. In den Gleichrichterkreis des Stromes J ist aber ein Widerstand 215 eingeschaltet, der den zeitlichen Anstieg des Stromes in dem Kondensator 9 beeinflusst. Die Spannung am Kondensator 9 steigt näm lich vom Einschaltmoment an nach der Kurve
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an. UJ ist die Spannung am Kondensator 9, J der zu über wachende Strom, c eine Konstante,- e die Basis der natürlichen Logarithmen, t die Zeit und T die Zeitkonstante des Kreises 1, 25, 8, 9.
Der erste Teil - dieser Kurve kann mit grosser Annäherung als geradlinig be- trachtet-werden und wird in diesem Bereich durch :die Gleichung Ui <I>=</I> n Jt dargestellt, in der a eine weitere von den Stromkreiskonstanten abhängige Grösse be deutet.
Die Spannung an dem Gitter der Röhre 3 steigt demnach in Abhängigkeit von der Zeit geradlinig an und führt dann wenn sie die Grösse en -f- eäi überwiegt, zum An sprechen der Einrichtung. Der Spannungs- wandler 1 darf aber nicht dauernd an die Einrichtung angeschlossen sein, sondern erst beim Überschreiten eines bestimmten Strom wertes. Dazu ist ein besonderes stromab hängiges Ansprechglied erforderlich.
Wird der Widerstand 25 in eine Relais einrichtung nach Fig. 3, also ebenfalls in Serie zu dem Gleichrichter @8 eingebaut und an Stelle des Stromwandlers 11 ein Span- nungswandler gesetzt, dann erhält man eine zeitimpedanzabhängige Relaiseinrich tung. Am Kondensator 9 wird eine Span nung erzeugt, die proportional dem Strom, am Kondensator 19 eine Spannung, die proportional der Spannung der zu über wachenden Leitungsstrecke ist. Am Gitter der Entladungsröhre 3 liegt dann die Diffe renz der Gleichspannungen der Kondensa toren 9d und 19.
Bei Beginn der Störung wer den durch nicht eingezeichnete von den Stö- rungserscheinungen abhängige Ansprech- reläis die Transformatoren 1 und 11 einge schaltet. Die Spannung am Kondensator 19 stellt sich dann augenblicklich auf einen Be trag ein, welcher der Spannung der zu schützenden Leitung - proportional ist. Die Spannung am Kondensator 9 ist dagegen im Einschaltmoment Null und steigt erst all mählich proportional mit der Zeit an.
Sie besitzt das entgegengesetzte Vorzeichen wie die Spannung am Kondensator 19 und erst wenn beide Spannungen sich das Gleichge wicht halten, dann liegt am Gitter die Span nung Null, das heisst die zum Einsetzen des Entladungsvorganges erforderliche Span- nung. Die Auslösebedingung ist demnach U ,T <I>=</I> Ua. Da aber UJ <I>=</I> a. <I>J.</I> t, während Uz proportional der Kurzschlussspannung ist,
also Uu <I>= b . U,</I> wird a <I>. J .</I> t <I>= b . U</I> oder
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das heisst die Auslösezeit ist der Impedanz direkt proportional. Statt den Stromanstieg durch elektrische Trägheiten, wie den Widerstand 25, zu be einflussen, kann man in den Stromkreis der zu überwachenden Netzgrösse auch einen von einer unabhängigen Hilfskraft angetriebe nen Regulierwiderstand oder Reguliertrans formator anordnen. Eine derartige Ausfüh rung ist in Fig. 8 gezeigt. Die Gleichrich tung des zu verändernden Stromes ist dabei _ überflüssig. Es kommt also der Gleichrichter 8, sowie der Kondensator 9 in Fortfall.
An deren Stelle tritt parallel zur Sekundärwick lung des Stromwandlers 1 ein Spannungs- teiler 21, dessen Gleitkontakt 26- durch einen Motor 27 bewegt wird. Die Spannung, die zwischen dem Gleitkontakt 26 und einem Endpunkt des Spannungsteilers 21 abgenom men wird, wird dann in Serie zur Spannung des Kondensators 19 geschaltet und dem Gitter der Entladungsröhre 3 zugeführt. Wenn die Bewegung des Motors 27, der durch das Ansprechen .des Anregegliedesein- geschaltet wird, gleichmässig erfolgt, dann ist die Auslösezeit ebenso wie bei der vorher beschriebenen Anordnung .der Impedanz pro portional.
Der Vorteil des Spannungsteilers besteht darin, dass durch eine entsprechende Abstufung seines Widerstandes die Aus lösecharakteristik des Relais in beliebiger Weise beeinflusst werden kann. Ein Impedanzrelais, bei dem die zeit liche Veränderung der einen der charak teristischen Grössen durch Resonanzwirkung hervorgerufen wird und bei dem ebenfalls nur ein Gleichrichter erforderlich ist, ist in Fig. 9 dargestellt. An den Hilfstransformator 1 ist ein Resonanzkreis, bestehend aus einer Drosselspule 2:8, einem Kondensator 9 und einem Widerstand 16, angeschlossen, der auf die Frequenz des Netzstromes abge- stimmt ist.
Die Wirkungsweise der Anord nung soll anhand der Fig. 9a erläutert wer den. Die Spannung am Kondensator 19 ver läuft vom Moment des Kurzschlusses (t, = 0) geradlinig und horizontal und ist der Kurz schlussspannung porportional. Die Spannung am Widerstand 2'1 verläuft nach einer Sinus- Kurve mit ansteigender Amplitude, .deren Endwert und deren Hüllkurven-Tangente im Anfangspunkt dem Kurzschlussstrom propor tional ist.
Die Auslösung des Ölschalters er folgt, wenn am Gitter der Röhre 3 das erste Mal die resultierende Spannung Null auf tritt, also nach der Zeit t', die aus denselben Gründen wie bereits erläutert dem Verhält nis von Kurzschlussspannung zu Kurschluss- strom, also der Impedanz proportional ist.
Die zeitliche Veränderung der Netz- ,grüssen kann statt im Stromkreis auch im Spannungskreise vorgenommen werden. Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer derartigen Schal tung. Parallel zum Kondensator 19 ist ein Widerstand 22 und ein Widerstand 21 ge schaltet, die durch den Kontakthebel 29 ab wechselnd an den Kondensator 19 geschaltet werden können. Im Kurzschlussfalle nimmt der Kondensator 1'9 augenblicklich eine der Kurzschlussspannung entsprechende Ladung an, ,sodann wird ;beispielsweise durch. :das Ansprechrelais der Kontakthebel 29 in die punktiert gezeichnete Lage umgelegt.
Der Strom i durch den Widerstand 21 verläuft dann nach der Gleichung:
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Die Spannung am Gitter der Röhre 3 wird Null, wenn der Spannungsabfall iP am Widerstand 21 dem Spannungsabfall U,, am Kondensator 9 entgegengesetzt gleich geworden ist, also
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Daraus folgt:
EMI0007.0024
das ist Auslösezeit t als Funktion der Impedanz
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Die Auslösecharakteri- stik dieses Relais hat also den in Fig. loa dargestellten Charakter, der bei manchen Arten von Kraftleitungen Vorteile bietet.
Ein Reaktanzrelais ist in der Fig. 11 dargestellt. Der Transformator 1 besitzt zwei Sekundärwicklungen 1' und 1", deren jede über einen Gleichrichter 8' bezw. 8" einen Kondensator 9' bezw. 9" auflädt. Der Trans formator 11 arbeitet auf einem Resonanz kreis, bestehend aus dem Kondensator 29, der Drosselspule<B>28</B> und dem Widerstand 2,5. Die geometrische Summe der Wechselspan nungen an .der Sekundärwicklung 1' des Transformators 1 und an der Drosselspule 2,8 wird im Gleichrichter 18 gleichgerichtet, der Kondensator 19 nimmt also eine dieser geo metrischen Summe entsprechende Gleich spannung an.
Im Gitterkreis der Röhre 3 liegen demnach in Serie die Kondensatoren 19, 9' und 9". Die Wirkungsweise der Schaltung soll am Vektordiagramm Fig. 11a erläutert wer den. J und U bedeuten die dem Strom bezw. der Spannung der Leitung proportionalen Sekundärspannungen der Transformatoren 1. und 11.
Der zwischen diesen Spannungen be stehende Phasenwinkel (p entspricht dem Phasenwinkel zwischen Kurzschlussstrom und Kurzschlussspannung. Die Spannung J ist in Reihe geschaltet mit dem Spannungs abfall Y längs der Drosselspule 28, der seinerseits um<B>90'</B> gegen die Spannung U phasenverschoben ist. Der Kondensator 19 wird über den Gleichrichter 18 auf eine der geometrischen Summe, also dem Vektor T' proportionale Gleichspannung aufgeladen (Strecke Pi, P3 in Fig. 11a).
Dieser Gleich spannung ist diejenige des Kondensators 9' entgegengeschaltet, die dem Strom J in der zu schützenden Leitung proportional ist, so dass als Resultierende dieser beiden Konden- satorspannungen die Differenz wirksam ist (Strecke P2;
P3 in Fig. 11a). Diese Differenz ist wie aus der Figur ersichtlich ungefähr <I>U</I> cos (cp <I>-</I> 90 )<I>= U</I> sin (p (g9 - 90 ) wird in den praktisch vor kommenden Fällen so klein bleiben, dass diese Näherung zulässig ist. Wegen des Widerstandes 25" im Gleichrichterkreis steigt die Spannung am Kondensator 9" pro portional mit der Zeit an. Wenn diese Span nung der Differenzspannung der Konden satoren 19 und 9' gleich geworden ist, setzt die Entladung ein und die Spule 5 wird er regt.
In Fig. llb ist der zeitliche Verlauf der Gitterspannungen dargestellt. Der Punkt bei dem die Entladung einsetzt, sei mit A = 0 bezeichnet. Positive Spannungen sind nach oben, negative nach unten aufgetragen. Uä <I>'</I> ist die proportional der Zeit ansteigende positive Spannung am Kondensator 9", U,r', die ebenfalls positive Spannung am Konden sator 19. Als Abszisse ist die Zeit aufge tragen.
Auf das Gitter der Röhre 3 wirkt die Resultierende aus diesen drei Gleich spannungen<I>Up,</I> T7J und UJ'. Diese Resultie- rende vermindert sich, während die Span nung UJ ' ansteigt; ist sie Null geworden, so setzt die Entladung ein.
Eine ähnliche Betrachtung, wie sie bei der Beschreibung des Impedanz-Zeitrelais durchgeführt wurde, ergibt, dass die Aus lösezeit des Relais der Grösse
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das heisst der Reaktänz proportional ist.
Wird die Schaltung in Fig. lla dahin abgeändert, dass in Serie mit der Spannung I' des Transformators 1 die Sekundärspan nung des Transformators 11 selbst geschaltet ist, so erhält man ein Relais, dessen Aus lösezeit. von der Grösse
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also der Resistanz abhängt. Derartige Relais werden vorzugsweise in Kabelnetzen mit geringer Reaktanz verwendet, während reaktanzab- hängige Relais in Leitungen mit starker In duktivität, also beispielsweise in Freileitun gen verwendet werden.
In den Fig. 12 bis 14 sind einige beson ders zweckmässige Ausbildungen von Teilen der beschriebenen Schaltanordnung darge stellt.
Bei den Ausführungsformen, bei denen das Verhältnis zweier Netzgrössen für das Ansprechen massgebend ist, muss die Kenn linie der Entladungsröhre 3 durch eine Gittervorspannung derart korrigiert werden, dass das Einsetzen der Entladung genau dann stattfindet, wenn die Differenz der im Gitter kreis wirksamen Kondensatorspannungen ge rade Null geworden ist. In Fig. 12a bedeutet die Kurve b die Kennlinie einer Röhre, bei welcher die Entladung erst bei positiver Gitterspannung einsetzt.
Eine dieser Nenn linie angepasste Schaltung zeigt Fig. 1:2b. Der Kondensator 9 ist nämlich im Gegensatz zu früheren Figuren nicht an den Glüh- draht der Röhre 3 angeschlossen, sondern an einen passend gewählten Punkt des Wider standes, der zwischen dem Pluspol und dem positiven Glühdrahtende liegt. Dadurch -wird gewissermassen der Nullpunkt der Charakteristik in den Zündpunkt der Röhre verlegt. Eine Kennlinie nach Kurve c in Fig. 12a wird durch eine Schaltung entspre chend Fig. 12e korrigiert.
Der Kondensator 9 ist an einen passend gewählten Punkt eines Widerstandes, der hier entsprechend der Lage, des Zündpunktes auf der negativen Seite der Fig. 12a zwischen dem Minuspol und dem negativen Glühdrahtende liegt, an geschlossen. In Fig. 12 b und 1,2c ist der Anodenkreis der Röhre 13 nicht unmittelbar an den posi tiven Pol der Gleichspannungsquelle, son dern an einen Punkt des Widerstandes, der zwischen dem Pluspol und dem positiven Glühdrahtende liegt, angeschlossen.
Durch diese Anordnung werden Spannungsschwan kungen der Gleichspannungsquelle in ihrer Wirkung auf die Röhre 3 ausgeglichen, da sich die Anodenspannung und die Gittervor- spannung in gleichem Masse ändern. Die Unveränderlichkeit der Röhrencharakteristik ist gerade bei Distanzrelais von besonderer Wichtigkeit, .da stets mehrere Relais längs derselben zu schützenden Leitung angeord- net sind und die Eigenschaften der einzel nen Relais möglichst unveränderlich sein müssen, um im Störungsfalle das An sprechen in richtiger Reihenfolge zu ge währleisten.
Die Anforderungen an die Konstanz der Auslösecharakteristik sind ausserdem deshalb besonders gross, da es häufig vorkommt, dass der Widerstand des abzuschaltenden Lichtbogens gross gegen über dem Widerstand des zwischen zwei Relaisstationen liegenden Leitungsstückes ist. Die Auslösezeiten zweier im Zuge der Leitung aufeinander folgender Relais sind dann ohnehin sehr wenig voneinander ver schieden. Ist die Auslösecharakteristik des einen Relais jedoch fälschlich etwas ver ändert, so kann es vorkommen, dass das der Kurzschlussstelle zunächst liegende Relais nicht auslöst, wohl aber ein ferner liegendes, also die selektive Schutzwirkung nicht ein tritt.
Die Auslösecharakteristik der beschrie benen Relais ist, wenigstens solange im linearen Teil der Spannungskurve des Kon densators 9 gearbeitet wird, geradlinig. In manchen Fällen sind jedoch gewisse Ab weichungen von dieser Geradlinigkeit er wünscht, wie bereits bei Fig. 8 und 10 er wähnt. Diesen Forderungen kann zweck mässig dadurch entsprochen werden, dass .die Transformatoren 1 und 11 eine Einschnü- rung im Eisenweg (Seriensättigung) bezw. einen magnetischen Nebenschluss zur Sekun därwicklung Parallelsättigung) erhalten.
In den Fig. 13a-4 ist diese Ausführung der Transformatoren zusammen mit den sich daraus ergebenden Formen der Auslöse charakteristik gezeigt (Auslösezeit t' als Funktion der Impedanz ,S2). Ähnliche Wir kungen können auch durch spannungsab hängige Widerstände (zum Beispiel Wider stand 25) erreicht werden.
Die Ansprechrelais können zweckmässig dazu herangezogen werden, um das Zeit- '@eIais im Ruhezustand vor Störungen durch Kriechströme und dergleichen zu bewahren. Einige derartige Einrichtungen zeigt die Fig: 14.
Die Kondensatoren 9 und 19 wer- den im Ruhezustand des Zeitrelais von Ruhekontakten 31 und 32 des Ansprechrelais überbrückt, das Gitter der Entladungsröhre 3 erhält im Ruhezustand ein negatives Po tential (Sperrpotential) gegenüber dem Glüh- draht durch den Ruhekontakt 33 des An sprechrelais. Der Anodenkreis der Röhre 3 wird im Ruhezustand durch den Arbeits kontakt 34 des Primärrelais geöffnet.
Steht in der Relaisstation keine Gleich spannung zur Verfügung, so kann die Röhre 3 auch durch ein polarisiertes Relais und einen weiteren Gleichrichter ersetzt werden. Die entsprechende Schaltung zeigt Fig. 1.5 am Beispiel des Impedanz-Zeitrelais. Die Spannung am Kondensator 9 und am Kon densator 19 verläuft wie bei Fig. 7 be schrieben. Ist die Spannung am Kondensator 19 höher als diejenige am Kondensator 9, so sperrt der Gleichrichter 35 den Stromdurch- fluss durch das Relais 36. Ist dagegen die Spannung am Kondensator 9 höher, so wird Relais 361 erregt und schliesst den Strom kreis der Auslösespule 5.
Zweckmässig wer den für diesen Fall besonders empfindliche, Relais, zum Beispiel polarisierte Relais, nach dem Drehspulprinzip verwendet, um den Stromwandler nicht zu stark zu be lasten bezw. nicht mit zu grossen Kondensa toren 9 und 19 arbeiten zu müssen.
Um das Zeitrelais, hauptsächlich seine Trockengleichrichter und Kondensatoren auch gegen starke Temperaturschwankun gen unempfindlich zu machen, ist die Ver wendung von temperaturabhängigen Korrek- tionswiderständen zweckmässig. Das Relais wird dadurch insbesondere geeignet für un- bediente Unterstationen oder Freiluft stationen.
Zur Beseitigung des Einflusses von Spannungsschwankungen der Anodenspan nung können ferner auch mit Vorteil span nungsabhängige Vorwiderstände im Heiz- kreis der Röhre verwendet werden.