Einrichtung zum Schutze von Wechselstromanlagen gegen Kurzschlüsse. In den Schutzeinrichtungen für Wechsel stromanlagen können als Richtungsrelais die bekannten Multiplikations- oder Wattmetri schen Relais Verwendung finden, da sie bei der Änderung der Richtung des Energieflus ses ansprechen. Ihre Empfindlichkeit hängt jedoch von dem Cosinus des Phasenverschie- bungswinkels (cos 9p) zwischen zwei das Relais speisenden, der zu schützenden Anlage ent nommenen Wechselgrössen ab.
Die Empfind lichkeit der Schutzeinrichtung verbessert sich wesentlich, falls das Richtungsrelais bloss auf die Änderung des Vorzeichens des cos (p rea giert, seine Wirkung aber von der Grösse der Phasenverschiebung zwischen den beiden ihm zugeführten Grössen unabhängig ist.
Es wurde gefunden, dass man dies einfach dadurch er reichen kann, dass die beiden der geschützten Wechselstromanlage entnommenen Grössen vor dem Eintritt in das eigentliche Schutzgerät, das heisst zum Beispiel in das wattmetrische Relais oder eine andere ähnlich wirkende Ein richtung, so umgeformt werden, dass eine von den Grössen in jeder Halbperiode die Gestalt eines kurzzeitigen, steilen Impulses, wogegen die andere Grösse die Gestalt eines zeitlich langen, flachen Impulses aufweist.
Die Fig.1 und 2 der beigelegten Zeich nung stellen den zeitlichen Verlauf zweier sol cher, der Anlage .entnommenen Grössen nach deren Umformung in vereinfachter Weise graphisch dar. Die in der Fig.1 veranschau lichten Grössen U1 und U2 haben dieselbe Polarität und die in der Fig.2 veranschau lichten die entgegengesetzte Polarität.
Durch diese Umformung der zum Beispiel auf ein wattmetrisches Relais wirkenden elektrischen Grössen erzielt man, dass seine Funktionieriing von der Phasenverschiebung innerhalb einer Ilalbperiode unabhängig ist, da die umge formten Grössen während jeder Halbperiode ungeachtet dessen, welche Phasenverschie bung zwischen ihnen vorkommt, stets gleichen Wert haben, so dass ihr Produkt, durch wel ches das im Relais entstehende Drehmoment bestimmt ist, -unabhängig von der Phasen verschiebung ist.
Nur das Vorzeichen einer der beiden Grössen Ui, U2 ändert sieh mit dem Vorzeichen des cos 99 zwischen den Grössen.
Derart umgeformte Grössen können in Ge räten zum Schutze von elektrischen Leitungen Verwendung finden. Sie können zur Feststel lung der Kurzschlussstromrichtung, gegebenen falls der Kurzschlussstelle dienen, je nach der Einstellung des Schutzgerätes.
Die Empfind lichkeit des Schutzgerätes ist immer dieselbe, sei der Kurzschlussstrom induktiv, ohmisch oder kapazitiv. Schutzeinrichtungen, bei wel chen elektrische Wechselstromgrössen von zeit lich sinusförmigem oder fast sinusförmigem Verlauf in spitzige oder flache Impulse um geformt werden, sind an sich bekannt. Es sind teils Einrichtungen mit Elektronenröh ren, teils Anordnungen, bei welchen Transfor matoren bzw.
Drosselspulen mit einem ge- sättigten ferromagnetisehen Kern vorkommen. Beispielsweise wird auf die französischen Patentschriften Nr. 820997 und Nr. 914919 hingewiesen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte und vereinfachte Einrichtung letzterwähnter Art zum Schutz von Wechsel stromanlagen gegen Kurzschlüsse mittels als Richtungsrelais dienender Schutzgeräte, denen je zwei an verschiedenen Stellen der Anlage entnommene Wechselstromgrössen so umge formt zugeführt werden, dass eine von ihnen, dem zeitlichen Verlauf nach, die Gestalt eines kurzen, steilen Impulses, dagegen die andere Grösse die Gestalt eines langen, flachen, einem Rechteck sich nähernden Impulses besitzt.
Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeich net, dass 'zur Umformung der genannten Wech- selstromgrössen je ein Transformator mit drei Säulen vorgesehen ist, von welchen Säulen eine einen Luftspalt aufweist, die beiden an dern aber ohne Luftspalt vorgesehen sind, wobei eine der letzteren so dimensioniert ist, dass sie jeweils durch den Fluss gesättigt wird, während die andern beiden Säulen ungesät tigt bleiben, und wobei die ungesättigte Säule ohne Luftspalt durch eine.
Wicklung erregt wird, die im Stromkreis der Anlage einge schaltet ist, während die beiden andern Säulen je eine Wicklung tragen, in welchen Wick lungen die Impulse der obengenannten Form induziert werden, von denen der eine dem einen, der andere dein andern Schutzgerät zugeführt wird.
Die Fig. 3 bis 6 beziehen sich auf Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung.
Die Fig.3 veranschaulicht einen Trans formator zur Erzeugung von spitzen und flachen Impulsen. Seine mittlere Säule trägt eine in den Stromkreis der geschützten An lage eingeschaltete Wicklung und die linke Säule mit verringertem Querschnitt, so dass sie magnetisch bald gesättigt wird, besitzt eine andere Wicklung, in welcher die Span nung E2 induziert wird. An der dritten Säule ist ein Luftspalt angeordnet und eine Wick lung vorgesehen, in welcher die Spannung E3 entsteht.
Die magnetischen und elektrischen Erscheinungen am Transformator sind im ne- benstehenden Zeitdiagramm dargestellt. Der dem Transformator zugeführte magnetisie rende Strom I1 von Sinusform entwickelt einen der Vereinfachung der Fig. 3 wegen nicht dar gestellten magnetischen Kraftfluss <B>01</B> in der mittleren Säule, welcher Kraftfluss sich in zwei die andern Säulen durchfliessenden Kraftflüsse 02 und 03 teilt.
Des verringer ten Querschnittes der linken Säule zufolge wird der Kraftfluss 02 abgeflacht, wogegen der Kraftfluss 03, wie dargestellt, eine De formation entgegengesetzter Natur erfährt. Die der Ableitung der Kraftflüsse nach der Zeit proportionalen Spannungen E2, E3 haben also die Gestalt eines kurzzeitigen, steilen bzw. langzeitigen flachen, einem Rechteck sich nä hernden Impulses.
Eine beispielsweise Anwendung von sol chen Transformatoren in einer Einrichtung zum Schutze einer Wechselstromanlage ist in der Fig. 4 gezeigt. Der Einfachheit halber ist die Anlage einphasig gezeichnet. Als Schutz geräte sind hier je eine Elektronenröhre 1 in Verbindung mit einem elektromagnetischen Gleichstromrelais 2 bekannter Ausführung vorgesehen. Die mittleren Wicklungen der Transformatoren 3 der dargestellten Einrich tung sind vermittels je eines Stromwandlers 4 in den Stromkreis der geschützten Anlage 5 eingeschaltet. Die Wicklungen an den Säulen ohne Luftspalt, welche einen spitzigen Impuls liefert, befindet sich je im Anodenstromkreis der zugehörigen Elektronenröhre 1 in Reihe geschaltet mit dem zugehörigen Relais 2.
Die @automatischen Schalter 6, 7, welche eine Ab schaltung eines Leitungsabschnittes bei einer Störung ermöglichen, werden mit -Hilfe der Relais 2 ausgelöst. Die entsprechenden Hilfs leitungen sind der Einfachheit halber nicht eingezeichnet. Die bereits beschriebenen Appa rate sind an jedem der beiden Enden des geschützten Leitungsabschnittes in gleicher Weise angeordnet. Die Wicklungen der Trans formatoren 3, welche sich an der Säule mit Luftspalt befindet, sind je vermittels je eines Transformators 8 sowie je eines Widerstandes 9 je in den Gitterstromkreis der Elektronen röhre 1 am andern Ende des geschützten Lei- tungsabschnittes geschaltet.
Die Verbindungs leitungen zwischen den beiden Schutzeinrich tungen an den Enden des Abschnittes sind mit <I>a, b, c, d</I> bezeichnet. Die Einschaltung der Transformatoren 8 bezweckt, die Impedanzen der Verbindungswege der Eintrittsimpedanz der Elektronenröhre 1 anzupassen. An Stelle der vier eingezeichneten Leitungen können auch nur drei Leitungen in Verwendung kom men, oder sogar nur zwei Leitungen, falls man die bekannte, bei Telephonverstärkern übliche Ausgleichsleitung benützt.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Ein richtung sei mit Hilfe der Fig. 5 erläutert. Die zwei Wechselstromquellen Sr, S2, Genera toren, Elektrizitätswerke usw., sind mittels einer Leitung 5, welche in zwei Abschnitte A-A und B-B geteilt ist, verbunden. An den Enden der Abschnitte sind die Schutz einrichtungen nach Fig. 4 angeordnet. Sie sind so eingestellt, dass die Elektronenröhren 1 keinen Strom durchlassen und somit die Re lais 2 an ihrem Anodenkreis nicht ansprechen, falls die Stromrichtung an beiden Enden des Leitungsabschnittes dieselbe ist.
Ein solcher Zustand kommt vor, wenn der betreffende Leitungsabschnitt störungsfrei ist, wie es bei der gezeichneten Anordnung für den Abschnitt A--1 der Fall ist. Die gewünschte Einstel- lung der Schutzeinrichtung erreicht man durch solche Schaltung der Transformator wicklungen, dass sich während des störungs freien Betriebes der Leitung die Anodenspan nung jeder Elektronenröhre 1 in Gegenphase mit ihrer Gitterspannung befindet.
Kommt ein Kurzschluss an der Leitung vor, wie am Abschnitt B-B der Leitung einge zeichnet, so fliessen an seinen beiden Enden Ströme entgegengesetzter Richtung. Das be deutet, dass die Anoden- und Gitterspannung der diesbezüglichen Elektronenröhre gleich- phasig werden; die Schutzgeräte werden in Tätigkeit gesetzt und bewirken ein Ausschal ten des Abschnittes B-B.
Handelt es sich um eine Schutzvorrichtung für Dreiphasenanlagen, kann eine selbständige Einrichtung gemäss Fig. 4 für jede Phase vor gesehen werden. Es ist jedoch auch möglich, mit nur einer Schutzeinrichtung auszukom men, falls man ein Überstrom- bzw. Unter impedanzglied anordnet, welches die mit der Störung betroffene Phase feststellt und an sie die Schutzvorrichtung automatisch anschliesst.
Die Nachteile dieser komplizierten, kost spieligen und betriebsmässig nicht einwand freien Lösung beseitigt eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, gemäss welcher es möglich ist, auch bei Dreiphasenanlagen an jedem der beiden Enden des geschützten Abschnittes nur ein einziges Schutzgerät zu verwenden, wobei die Umschaltung der Schutz einrichtung in Wegfall kommt. Das entspre chende Schaltschema für diese Ausführung der Schutzeinrichtung ist beispielsweise in Fig. 6 dargestellt. Der Transformator zur Ge winnung von einem spitzigen und flachen Im puls ist hier als Summentransformator 10 aus gebildet.
Seine .von Stromwandlern 11 ge speiste Primärwicklung ist in drei ungleiche Teile unterteilt, oder der Transformator be sitzt drei ungleiche Primärwicklungen. Da durch erzielt man beim Transformator ein anderes Übersetzungsverhältnis für jede Phase der geschützten Anlage, so dass auch bei einem ausgeglichenen Dreiphasenkurzschluss der Transformator eine genügend grosse Se- kundärspannung in den Anodenkreis der Elek tronenröhre 1 liefert. Im Vergleich mit der dreifachen Anwendung der Einrichtung nach Fig. 4 wird durch Anordnung des Summen transformators eine gewisse .
Verzerrung der elektrischen Verhältnisse herbeigeführt, was jedoch keinen schädlichen Einfluss auf die Wirkung der Schutzeinrichtung ausübt, falls die Transformatoren 10 an beiden Enden , des geschützten Abschnittes in gleicher Weise. ausgeführt und geschaltet sind.
In den dargestellten ' Beispielen wurden als Schutzgeräte solche, die eine Elektronen röhre in Verbindung mit einem elektromagne tischen Gleichstromgerät aufweisen, verwen det. Es kann jedoch zum Beispiel auch ein wattmetrisches Relais zur Anwendung kom men, dessen einer Wicklung der kurzzeitige, steile Impuls und der andern Wicklung der langzeitige, flache Impuls zugeführt wird. Die Primärwicklung des Transformators zur Gewinnung von erwähnten Impulsen kann auch direkt in den Stromkreis der geschütz ten Anlage, also: ohne Vermittlung von Strom wandlern, eingeschaltet werden.